總氮3mg/L！連續(xù)11年獲獎的美國污水廠如何靈活升級？

2020年10月，美國國家凈水機構協(xié)會NACWA (National Association of Clean Water Agencies) 發(fā)布了2019年美國污水廠白金巔峰表現(xiàn)獎(Plantinum Peak Performance Award)名單，獲獎要求是要連續(xù)多年100%滿足所在州的排放標準。其中一座叫H.L. Mooney的深度再生水廠再度入選，成為連續(xù)11年獲得該獎的污水廠。這是一個怎樣的成就？要知道，DC Water的Blue Plains污水廠不過也只是連續(xù)8年獲獎而已。

“很榮幸我們能再次獲得NACWA的認可，”O(jiān)’Shaughnessy接受采訪說：“這獎是污水廠員工每天為保護環(huán)境而辛勤付出的額外產出?！?/p>

在過去十多年里，面對著弗吉尼亞州不斷變化的環(huán)保要求，H.L. Mooney依然能成功保住獎項，這是一個了不起的成就。這座在中國還鮮為人知的污水廠成功的秘密在哪里呢？

小編此前偶然拜讀過O’Shaughnessy在約4-5年前做的一份技術報告，她在報告中介紹了H.L. Mooney污水廠在設計靈活性上的一些經驗。在本期的《水星漫談》專欄里，小編想和大家分享一下報告里的精彩內容。

作者：瓦村農夫

污水廠改造的靈活性

H.L. Mooney污水處理廠，以當?shù)匦l(wèi)生局一名管理員的名字命名，因為提供極度優(yōu)質的出水（可以用于游泳），所以可擁有深度再生水廠的名稱(Advanced Water Reclamation Facility，簡稱AWRF)。該廠位于弗吉尼亞州的Woodbridge，離華盛頓白宮只需半小時的車程。該廠始建于1979年，當時的處理能力為12MGD，1997年增至18MGD，2010年達到目前的24MGD（約100000 m3/d），出水流入 Neabsco Creek，然后匯入Potomac River。該廠由Prince William縣服務局(PWCSA)運行，它為東岸數(shù)百萬人提供安全的水源。

當年的這個升級改造項目共花費1.317億美元，除了增加處理量之外，出水標準也有所提高，其中總氮年平均值從8 mg/L降至3mg/L，總磷月平均值為0.18mg/L，五天cBOD為2mg/L。另外，污泥焚燒也根據(jù)2016年美國環(huán)保署EPA對污泥焚燒設備(SSIs)的最大可實現(xiàn)控制技術(MACT)標準要求增設對汞(Hg)和鎘(Cd)的處理。

為了滿足這些要求，他們分別做了以下改動：

新格柵和除砂池

新的分段式生物脫氮池和二沉池

反硝化濾池擴容+甲醇自動投加設備

污泥重力濃縮擴容

污泥脫水擴容(第三臺離心機+泵)

脫氮除磷的化學系統(tǒng)

電力供應升級

控制系統(tǒng)升級-新的SCADA系統(tǒng)

焚燒器加入新的除汞設備和WESP

污水廠的設計靈活性

O’Shaughnessy說在Mooney污水廠的升級項目設計過程中，他們加入了一些具有靈活性的元素，提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性，幫助污水廠在下一次改造前能夠應對外部環(huán)境的變化。她還對設計靈活性的定義進行了探討，對此她參考了維基百科對“工程靈活性(Engineering Flexibility)”的定義：可以適應外部變化的設計。

O’Shaughnessy還借用Mandelbaum在1978年的一篇文章對Flexibility(靈活性)和Robustness(中文有譯作魯棒性)進行了對比。沒想到人家還能把兩者拿出來對比吧？趕緊收藏做筆記吧！

那么，H.L. Mooney污水廠是怎么在升級改造中加入靈活性的元素的呢？

污水處理線

原來的污水處理就已采用生物脫氮處理的MLE工藝，在這次升級中，為了提高污水處理線的靈活性，原工藝改為了4段式的Bardenpho工藝。在原工藝里，甲醇投加點位于1區(qū)的缺氧區(qū)，在新工藝里則移至了11區(qū)的搖擺兼容區(qū)(Swing Zone)。工藝改造后，出水總氮從原來的8mg/L降至3mg/L！

這個改造將脫氮的控制點減為一個，減少了因為甲醇投加過量使出水BOD超標的風險，也簡化了濾池的運行。

他們使用了兩臺ChemScan單元來實現(xiàn)甲醇投加的自動化操作，它能防止甲醇的過量投加，也為低于2mg/L的CBOD5做出貢獻。

在測試期間，他們只也使用了四條平行線中的一條，確保污水廠的日常正常運作。

電力供應

為了確保電力供應，他們有2臺2.5MW的柴油發(fā)電機，每臺都足夠整個廠區(qū)的需求。并從兩個分開的供電站作為供電點。還有第三臺發(fā)電機專門用于紫外消毒。

污泥處理線

污泥處理線方面，他們是如何增強其靈活性呢？首先他們要考慮處理量和處理標準的變化。

對于處理能力，如上圖所示，他們對過去30年的處理量進行了統(tǒng)計，來評估目前的設備是否滿足要求。

處理工藝方面，他們采用的是流化床焚燒技術Fluid Bed Incinerator (FBI)。但如上面提到的，因為標準的提高，他們在需要在原來的洗滌塔后邊再新增一個除鎘的濕式電除塵器(WESP)、一個堿度補給單元和一個除汞單元。

鑒于焚燒爐每年會有一個月左右的宕機維修時間，而2011年后，堆填區(qū)也因為臭氣問題拒絕接受外運的脫水泥餅，他們需要為污泥處置尋求新的出路。

O’Shaughnessy提到了兩個選項：第一是安裝石灰穩(wěn)定單元，處理后的污泥可以作為A級或B級污泥用于土地利用；第二是將泥餅運至其他焚燒廠；第三是尋求與本地堆肥廠合作的可能性?？傊?，目標都是減輕對填埋的依賴。

小結

在報告的最后一頁，O’Shaughnessy指出，當?shù)胤ㄒ?guī)和廠區(qū)處理能力的變化，污水廠在過去十幾年一直進行著大大小小的施工項目。如果能在設計階段就制定具備靈活性的運行策略，能幫助污水廠應對法規(guī)環(huán)境帶來的不確定性、污水廠流量、負荷的變化。

我們也看到污泥處置是全球污水廠都面臨的問題。未來的法規(guī)要求會影響污水廠的替代技術的選擇。美國越來越多的污水廠選擇將污泥加工成A級污泥這種可以出售的商品，相信這會慢慢成為新常態(tài)。

在小編看來，人也是污水廠靈活性的重要組成，一個污水廠能有幾個像O’Shaughnessy女士這種資深工藝工程師，靈活性也能大大提高。

Post Aeration Cascade

在文章最后，小編找到了一個H.L.Mooney污水廠的視頻，感興趣的讀者可再跟隨鏡頭走一遍全廠。我本人特別喜歡它的“后曝氣人工瀑布(Post Aeration Cascade)”的設計——經過紫外消毒的出水，在排入河流之前，會經過一段階梯式斜坡，增加水中的溶解氧，對河流的水生生物十分有益。這種將實用性和景觀結合的設計，小編必須手動點贊。

編輯：趙凡