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芝加哥是美國(guó)中部最大的城市，位于密歇根湖湖畔。為避免城市污水污染湖水，市政管理部門(MWRDGC)采取了一系列監(jiān)測(cè)控制措施以保護(hù)湖水，其中最主要的是將居住在2200km2市區(qū)范圍內(nèi)的550萬(wàn)人的生活污水和550萬(wàn)人口當(dāng)量的非生活污水進(jìn)行嚴(yán)格的處理。
芝加哥市區(qū)污水處理區(qū)Metropolitan Water Reclamation District of Greater Chicago(MWRDGC)的工作任務(wù)：
1、 確保該地區(qū)區(qū)民的飲水安全和健康;
2、 保證密西根湖(Lake Michigan)的水質(zhì)安全;
3、 改善該地區(qū)所有河流水道的水質(zhì);
4、 減少商業(yè)和民用設(shè)施受洪水的侵害;
5、 把水資源作為重要資源來(lái)管理。
大約在20世紀(jì)初期，由于人口劇增導(dǎo)致了工業(yè)及生活用水量的陡增，由于沒有具體的污水處理系統(tǒng)，污水直接排入密西根湖，而當(dāng)時(shí)負(fù)責(zé)從密西根湖中取水的取水塔離岸邊太近，導(dǎo)致了生活用水遭到污染，在當(dāng)時(shí)造成了大約100多人由于水質(zhì)不達(dá)標(biāo)死亡。從此以后芝加哥的2座取水塔均建在距離湖岸2英里處，防止類似事件再次發(fā)生。
芝加哥市區(qū)范圍內(nèi)年平均日總污水量為520萬(wàn)m3，其中98%以上由3座大型二級(jí)污水處理廠處理，其余不足10萬(wàn)m3/d污水則由3座小型水回收廠經(jīng)深度處理后回用。
美國(guó)芝加哥Stickney污水處理廠
位于市中心地區(qū)的西西南污水處理廠是美國(guó)最大的污水處理廠，也是世界上最大的污水處理廠之一。該廠的進(jìn)水泵站及一級(jí)處理能力超過(guò)500萬(wàn)m3/d，二級(jí)處理能力平均為455萬(wàn)m3/d，最大為545萬(wàn)m3/d。污泥處理能力除負(fù)擔(dān)本廠所產(chǎn)生的污泥外，還負(fù)擔(dān)著由北方污水處理廠壓力輸送來(lái)的及另外兩座深度處理廠的污泥。
西西南污水處理廠由西廠和西南廠合并而成，現(xiàn)稱為司提克內(nèi)水回收廠(Stickney Water Reclamation Plant)，是一座具有90多年歷史的污水處理廠西廠于1930年建成投入運(yùn)行，為一座有3組雙層沉淀池和12條污泥自然干化床組成的一級(jí)處理廠。其進(jìn)水泵站是世界最大的地下式污水提升泵站，污水從地下90米深的隧道中提升至污水處理廠。該廠如此之大甚至建設(shè)了鐵路運(yùn)輸系統(tǒng)。
隨著城市的發(fā)展和水源保護(hù)標(biāo)準(zhǔn)的提高，1935年開始在西廠的西南側(cè)建設(shè)以活性污泥法為主要處理工藝的西南污水處理廠，1939年投入運(yùn)行。1949年和1975年兩次擴(kuò)建，形成455萬(wàn)m3/d二級(jí)處理的規(guī)模。在污泥處理方面，經(jīng)多次擴(kuò)建，增設(shè)了濕式氧化站，中溫消化池，真空脫水機(jī)裝置，使該廠的設(shè)施更加完善。由于歷史原因，其污水處理設(shè)施既有古老的雙層沉淀池和污泥自然干化床，也有新穎的曝氣池、污泥消化池和濕式氧化裝置。
該廠位于城市的中心地區(qū)，用地受到限制，廠內(nèi)建筑物的布置極為緊湊。在污水處理工藝方面，采用了傳統(tǒng)的活性污泥法為二級(jí)處理的主要手段。矩形回流槽曝氣池的容積，超過(guò)80萬(wàn)m3，按平均日流量455萬(wàn)m3計(jì)，停留時(shí)間在4h以上。二次沉淀池采用直徑為38.4m的輻流式沉淀池，共96座，表面水力負(fù)荷為40.7m3/(m2˙d)。
污泥處理工藝是多種多樣的。初次沉淀污泥在雙層沉淀池下部常溫消化，消化后的污泥部分經(jīng)干化床自然干化，部分轉(zhuǎn)送到污泥塘靜置穩(wěn)定。全部剩余活性污泥經(jīng)濃縮后進(jìn)人中溫消化池，部分消化污泥由真空濾機(jī)脫水后烘干制成肥料;另一部分經(jīng)濃縮后加壓輸送到污泥塘，進(jìn)一步穩(wěn)定并脫水，然后用船送到郊區(qū)農(nóng)田施肥。自然干化的污泥餅，則用鐵路運(yùn)送分散到各用戶。
早在40年前，Sitckney污水處理廠就通過(guò)延長(zhǎng)泥齡實(shí)現(xiàn)了氨氮的穩(wěn)定去除。Stickney污水處理廠的平均水力停留時(shí)間(HRT)是8小時(shí)，峰值水力停留時(shí)間不到4小時(shí)，出水BOD5和SS均小于10mg/L，出水氨氮小于1mg/L。
司提克內(nèi)廠的污水處理效果較好。根據(jù)1999年11月的報(bào)告，1998年全年平均污水量為300萬(wàn)m3/d情況下，出水生化需氧量BOD為2.2mg/L，懸浮物SS為5.4mg/L，氨氮為0.5mg/L，溶解氧DO為8.5mg/L，大大超過(guò)了所要求的標(biāo)準(zhǔn)。在二級(jí)處理中，控制較長(zhǎng)的固體停留時(shí)間，取得了硝化除氮的效果，去除率達(dá)到77%，出水氨氮小于2mg/L。1978年全廠管理費(fèi)用為1842萬(wàn)美元，折合每立方米污水處理費(fèi)用為1.62美分。處理廠的操作人員采用了先進(jìn)的電腦程序監(jiān)視和控制系統(tǒng)，所有設(shè)施始終以最少的人力高效運(yùn)行。
由于芝加哥市及其周邊地區(qū)的排水系統(tǒng)是合流制，隨著城市的發(fā)展，暴雨徑流增大，污水處理廠經(jīng)常超負(fù)荷，迫使未經(jīng)處理的污水流人河道。因此，早在20世紀(jì)70年代初期，市政當(dāng)局就提出了隧道及水庫(kù)計(jì)劃(Tunnel and Reservoir Plan)，簡(jiǎn)稱TARP。這個(gè)計(jì)劃包括160km隧道，用以截流貯存合流管中的溢流水，以便污水處理廠以后處理。其目標(biāo)是防止污水充人密歇根湖，為芝加哥市及其鄰縣800萬(wàn)人口提供飲用水，并為洪水提供出路。工程分兩期進(jìn)行，經(jīng)過(guò)25年的緊張施工，一期工程已經(jīng)完成，起到了預(yù)期的作用。雖然耗資巨大，但該方案比置換22000km合流管，修建污水管，還是經(jīng)濟(jì)的。
Stickney污水處理廠目前面臨的問(wèn)題是升級(jí)改造，升級(jí)改造需要實(shí)現(xiàn)磷的去除。當(dāng)局計(jì)劃采用生物除磷，在現(xiàn)有的曝氣池上增設(shè)厭氧區(qū)，并不打算采用投加填料。主要是由于(1)芝加哥地區(qū)的人口不再增長(zhǎng);(2)污水處理行業(yè)向著資源回收、能源回收的方向發(fā)展。目前，當(dāng)局正在對(duì)厭氧氨氧化技術(shù)應(yīng)用于側(cè)流工藝進(jìn)行研究。該技術(shù)在歐洲和北美發(fā)展迅速，相比于傳統(tǒng)的硝化反硝化技術(shù)，厭氧氨氧化技術(shù)只需消耗40%的能源，而且脫氮無(wú)需碳源。
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