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普通污水处理厂（CETP）：可行性分析和性能评估
Ashwini V. Padalkar, Rakesh Kumar
摘要
印度各地已经安装了普通污水处理厂（CETP）并且在众多产业集群中运行。它们有助于降低污水处理成本，提供更好的集体处理，并降低无法负担个别处理厂的小规模工业设施的土地成本。处理废水的最佳工作条件与排放标准相当，是所有CETP的主要任务。在这项研究中，研究了印度马哈拉施特拉邦工业区CETP的可行性和去除效率（REs）。采用既定方法确定CETP在生化需氧量（BOD），化学需氧量（COD），总悬浮固体（TSS）以及油脂（O＆G）浓度方面的去除率。CETP对设计标准及其运行的遵守情况进行了详细研究。本文重点介绍了RE的结果和从CETP数据中获得的测定系数（R2），估算了在一段时间内以最高和最低速率去除的污染物，并突出了问题区域的原因以及补救措施。据观察，除O＆G外，所有参数（BOD，COD和TSS）均显示出去除效率及其可行性的波动。这种情况可以通过按照标准释放含有水力和有机负荷的废水到CETP并优化处理过程来改善，特别是初级澄清絮凝器和曝气池，这两者都是所有CETP的重要单位。
关键词：曝气池;澄清絮凝器;可行性系数;变异系数;常用污水处理厂;去除效率;可行性分析
1.介绍
常见的污水处理厂（CETP）是专门设计用于集中处理工业集群中小规模工业设施产生的污水的处理系统（Vyas等，2011）。个别污水处理厂（ETP）通常面临缺乏空间，资源，资金成本以及操作和维护专业人员的问题，这些问题对于小规模工业设施尤其明显（Pathe等，2004）。这些问题通过集体处理来自一个地方的废水而减少大量的小规模设施，其中污水经过与单独处理相似的处理（Padalkar等，2016）。这有助于保护土地，在一个地方提供更好的处理，便于操作和维护以及共享费用。CETP旨在收集和处理来自多个设施的污水，这也可能需要CETP来处理不同质量和数量的污水（Vyas等，2011）。尽管均衡罐作为每个CETP中主要处理的一部分，在流出物中引起稳态机制以进行进一步处理，但存在多种可能的失效原因，包括冲击载荷，混合器损坏和泵堵塞等。管道系统，仅举几例（Du et al。，2014; Garcia et al。，2013）。这可能导致未均质化的污水流入后续装置，通常会导致整个过程不均匀，导致处理后的废水质量不合格（Padalkar等，2016）。从技术上讲，污水处理不良的影响可以称为CETP的失败，其中处理后的污水污染物浓度超过标准排放值（Al Saleem，2007）。CETP的失败程度可能会偶尔或定期更改，具体取决于现场条件。故障可能由不同因素引起，故障程度可能根据情况而变化。因此，很难通过短期研究定期预测这些失败（Weirich等，2015）。研究CETP效率的最接近的替代方法是去除效率（RE），其被定义为CETP去除的污染物的总百分比（Luo等人，2014）。它可以作为一种更安全，更快捷的选择，可以随时了解CETP的表现。该参数仅需要入口和出口污染物的定量数据，可通过主要来源（实际的第一手样品收集和分析）或二级来源（二手或间接来源获得的结果的收集）获得。RE目前是评估处理厂性能评估的首选方案（Luo et al。，2014）。然而，该参数有其自身的优点同时也存在局限性。它可用于快速评估CETP处理目标污染物的充分性。但是，它不能关注导致不合格处理和污染物去除不充分的原因。此外，它无法区分修复措施，其中可能包括设计优化，正确的操作和维护，或原始废水水力和污染物负荷的变化。此外，CETP的RE值可以每日甚至每小时改变，这可能使未来的系统预测更具挑战性（Golovko等，2014）。
RE研究的另一个选择是CETP的可行性研究，其中考虑了流出物的变异系数（Cv），可行性系数（Cr），污染物排放标准（由相关监管机构）和可能的置信度阈值，通常被认为是95％（Metcalf和Eddy，Inc.，2003）。可行性基本上证明了CETP的预测功能的程度。它有助于估计（1）机制和系统故障的未来概率，（2）机理和系统故障对出水水质的影响，（3）正常操作条件下治疗效果的变化（Alderson等，2015）。它被纳入任何处理系统的未来规划和设计过程的重要部分，以避免故障和不合格的出水水质（Alderson等，2015）。这是一个非常重要的参数，对治疗过程的有效性以及对公共健康和环境的保护具有长期影响。研究人员使用不同的技术，包括故障树分析，事件树分析，故障模式，效果分析和关键成分分析来预测系统的可行性（Metcalf and Eddy，Inc.，2003）。然而，该参数需要大量数据来解释由于不同原因在流出物处理中发生的所有可能的变化，包括成员工业批次和班次CETP中的变化，处理单元的运行方式，季节变化，操作和维护问题以及设计和升级变化。在我们之前的研究中已经讨论了另一种方法，该方法推导了RE与可行性之间的关系（Padalkar等，2018）。由此获得的测定系数（R2）显示完全取决于研究区域中主要成员设施的流出物类型。
该研究是我们以前工作的延伸，旨在研究R2 值在提高CETP有效性方面的应用。本研究的目的是（1）比较从CETP数据中获得的RE和R2 值的结果，（2）根据结果估算出CETP在一段时间内以较低的速率去除的污染物，（3）突出问题区域的可能原因，（4）确定消除问题区域的方法。该研究基于先前收集和描述的数据。
因此，本文没有提供样本收集，处理和分析的重复。过去的CETP经验被用作问题识别和改进的基础。本研究的结果将有助于研究人员快速了解处理单元，更好地了解和推导出水水质标准，并为相关领域的读者提供指导。
2.材料和方法
2.2研究区介绍
本研究中的CETP旨在收集和处理印度马哈拉施特拉邦工业集群中化学和纺织工业的废水。超过90％的组成设施属于红色类别，表明它们属于高污染类型，其污水在处置前需要采取适当的处理措施。该CETP具有常规的处理方式，包括初级（均衡罐和初级克拉 - 絮凝器）和次级（曝气池和二级澄清池）处理过程。该CETP的成员设施（化学和纺织品）类型和处理系统可被视为其他CETP的代表，其处理类似行业的污水和处理过程，因此选择该CETP进行进一步研究。CETP的设计能力为16000米3/ d，处理单元包括均衡罐（中和和表面曝气，保留时间为11小时），澄清絮凝器（使用高速率和薄片分离器，保留时间为3.6 h），曝气池采用活性污泥法（表面或扩散曝气）和二级澄清池装置（使用高速率的薄片分离器，保留时间为3.6） h）带有最终出口（保留时间为0.26小时）。图1显示了本研究中检查的CETP中涉及的治疗过程的布局。
使用通常研究的四个流出物参数评估CETP入口和出口处的流出物质量：生化需氧量（BOD，mg / L，27°C，Winkler叠氮化物法测定三天） ，化学需氧量（COD，mg / L，酸消解），总悬浮固体（TSS，mg / L，重量法），油和油脂（O＆G，mg / L，重量法）。使用pH计测量流出物的pH。从CETP获得的数据在所有季节中都是两年（2014-2016），并且直接从工厂的运行记录中获得。这些数据足以涵盖CETP内发生的季节性变化（潮湿和干燥），峰值负荷以及其他运行变化。用于分析物理化学参数的操作条件在表1中给出。
图1 本研究中CETP的操作布局
2.2可行性分析和可行性系数
符合理事机构规定的标准排放值的污水阈值。许多涉及工业和污水排放的手册都推荐了这种方法（Metcalf and Eddy，Inc.，2003）。由Niku等人开发的可行性模型。（1979）如下：
r = 1 - PF
其中r是污水处理厂的可行性，Pf 是失败的概率。
这种失败概率对研究中污染物参数的概率分布函数（PDF）很敏感。因此，该PDF在已知时可用于理解超出参数设定标准的时间。它还可用于预测未来CETP的行为，并可帮助设定给定参数的阈值（Messaoud等，2013）。为CETP处理后的污水中的给定污染物参数设定阈值（t），即为保证最大顺应性而维持的处理后出水的平均浓度，以便始终将污染物排放限值保持在标准范围内，是基于所研究的工厂的可行性。它如下：
t = CrCs
其中Cs 是由标准设定的所选流出物浓度。
系统预测系统未来获得的治疗值的能力的一致性（Garrido-Baserba等，2014）。当CETP比通常超过标准的CETP更符合设定的排放标准时，CETP被认为更可靠（Alderson等，2015）。由Niku等人开发的概率分析方法。（1979）已用于确定排放
其中Z1-alpha; 是标准化的正态变量，对应于置信度阈值为1的无超越概率值，其中alpha;是显着性水平（Padalkar等，2018）。
表2中给出了其对应的Z1-alpha;分布值的置信水平，以便于理解Cr的概念。这些值通常用于所有污水处理厂
-
表2 给定置信度阈值的标准正态分布的累积概率。
|
1 - alpha; (%) |
Z1-alpha; |
|
99.9 |
3.090 |
|
99 |
2.326 |
|
98 |
2.054 |
|
95 |
1.645 |
|
90 |
1.282 |
|
80 |
0.842 |
|
70 |
0.525 |
|
60 |
0.253 |
|
50 |
0.214 |
如此确定的Z1-alpha; 的值用于绘制任意Cv 值的Cr ，置信度阈值为60％-99％。仅在60％-90％的范围内选择置信度阈值，因为对于置信度阈值小于60％确定的Cr 值可能表现出较差的性能结果。还可以假设任何以50％的置信度阈值工作的CETP都非常不可靠并且需要实施重大变化，而不是较小的改进。绘制数据以研究获得的结果的模式。如图2所示，Cr 与Cv成反比，即，随着数据的可变性增加，如果置信度阈值保持不变，则Cr 成比例减少。对于相同的可变性水平，Cr 随着1alpha;的置信度阈值降低而增加。一个例子如下：对于处理厂的Cv 值为1.8，如果预期处理的可行性为95％，则Cr 的值将为0.689。但是，如果预计置信度阈值会进一步增加到99％，则Cr 的值将为0.590。这意味着对于相同的Cv，如果可行性受限，则Cr 将增加，即，对于置信度阈值的增加，Cr减少。这是合乎逻辑的，因为处理的设计值来自Cr 和污水排放的标准浓度。如果Cr 值高，则对于相同的Cv，设计值将相应地高。此外，如果必须增加Cr 值置信度阈值保持不变，流出物的Cv 值必须降低。这可以通过保持流出物质量的一致性来实现，这将降低流出物的标准偏差（SD）。可以观察到，置信度阈值为90％或更高（在大多数情况下通常考虑的阈值），Cr 的值总体显示下降趋势，如图2所示。这可归因于Cr 与可行性之间的反比关系，即所需可行性越高，Cr 越低，因此需要流出物的平均值。
-
用于执行所有测试的软件是IBM社会科学统计软件包（IBM SPSS 17）和Microsoft Excel 7（MS Excel 7）。使用这些软件通过测量用于检查处理的流出物质量的每日流出物特征，使用马哈拉施特拉邦工业区中CETP的Cv 值来获得置信阈值。
2.3操作参数以达到所需的浓度和百分比符合性
经过处理的水从CETP出口排放到接收水体所需的最低标准取决于成员行业的类型和接收水体。这些排放标准由印度马哈拉施特拉邦的马哈拉施特拉邦污染控制委员会（MPCB）制定和管理。正在研究的CETP的排放点位于一条小溪中，属于海洋沿岸水域。此点的污染物排放标准是100 mg / L的BOD，250 mg / L的COD，100 mg / L的TSS和20 mg
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