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总氮3mg/L！连续11年获奖的美国污水厂如何灵活升级？
来源：pg国际环保 发布时间：2020-11-26
2020年10月 ，美国*净水机构协会NACWA (National Association of Clean Water Agencies) 发布了2019年美国污水厂白金巅峰表现奖(Plantinum Peak Performance Award)名单 ，获奖要求是要连续多年100%满足所在州的排放标准 。其中一座叫H.L. Mooney的深度再生水厂再度入选 ，成为连续11年获得该奖的污水厂 。这是一个怎样的成就？要知道 ，DC Water的Blue Plains污水厂不过也只是连续8年获奖而已 。
“很荣幸我们能再次获得NACWA的认可 ，”O’Shaughnessy接受采访说：“这奖是污水厂员工每天为� ；せ肪扯燎诟冻龅亩钔獠� 。”
在过去十多年里 ，面对着弗吉尼亚州不断变化的环保要求 ，H.L. Mooney依然能成功保住奖项 ，这是一个了不起的成就 。这座在中国还鲜为人知的污水厂成功的秘密在哪里呢？
小编此前偶然拜读过O’Shaughnessy在约4-5年前做的一份技术报告 ，她在报告中介绍了H.L. Mooney污水厂在设计灵活性上的一些经验 。在本期的《水星漫谈》专栏里 ，小编想和大家分享一下报告里的精彩内容 。
污水厂改造的灵活性
H.L. Mooney污水处理厂 ，以当地卫生局一名管理员的名字命名 ，因为提供极度优质的出水（可以用于游泳） ，所以可拥有深度再生水厂的名称(Advanced Water Reclamation Facility ，简称AWRF) 。该厂位于弗吉尼亚州的Woodbridge ，离华盛顿白宫只需半小时的车程 。该厂始建于1979年 ，当时的处理能力为12MGD ，1997年增至18MGD ，2010年达到目前的24MGD（约100000 m3/d） ，出水流入 Neabsco Creek ，然后汇入Potomac River 。该厂由Prince William县服务局(PWCSA)运行 ，它为东岸数百万人提供安全的水源 。
当年的这个升级改造项目共花费1.317亿美元 ，除了增加处理量之外 ，出水标准也有所提高 ，其中总氮年平均值从8 mg/L降至3mg/L ，总磷月平均值为0.18mg/L ，五天cBOD为2mg/L 。另外 ，污泥焚烧也根据2016年美国环保署EPA对污泥焚烧设备(SSIs)的*大可实现控制技术(MACT)标准要求增设对汞(Hg)和镉(Cd)的处理 。
为了满足这些要求 ，他们分别做了以下改动：
新格栅和除砂池
新的分段式生物脱氮池和二沉池
反硝化滤池扩容+甲醇自动投加设备
污泥重力浓缩扩容
污泥脱水扩容(第三台离心机+泵)
脱氮除磷的化学系统
电力供应升级
控制系统升级-新的SCADA系统
焚烧器加入新的除汞设备和WESP
污水厂的设计灵活性
O’Shaughnessy说在Mooney污水厂的升级项目设计过程中 ，他们加入了一些具有灵活性的元素 ，提高系统的稳定性 ，帮助污水厂在下一次改造前能够应对外部环境的变化 。她还对设计灵活性的定义进行了探讨 ，对此她参考了维基百科对“工程灵活性(Engineering Flexibility)”的定义：可以适应外部变化的设计 。
O’Shaughnessy还借用Mandelbaum在1978年的一篇文章对Flexibility(灵活性)和Robustness(中文有译作鲁棒性)进行了对比 。没想到人家还能把两者拿出来对比吧？赶紧收藏做笔记吧！
那么 ，H.L. Mooney污水厂是怎么在升级改造中加入灵活性的元素的呢？
污水处理线
原来的污水处理就已采用生物脱氮处理的MLE工艺 ，在这次升级中 ，为了提高污水处理线的灵活性 ，原工艺改为了4段式的Bardenpho工艺 。在原工艺里 ，甲醇投加点位于1区的缺氧区 ，在新工艺里则移至了11区的摇摆兼容区(Swing Zone) 。工艺改造后 ，出水总氮从原来的8mg/L降至3mg/L！
这个改造将脱氮的控制点减为一个 ，减少了因为甲醇投加过量使出水BOD超标的风险 ，也简化了滤池的运行 。
他们使用了两台ChemScan单元来实现甲醇投加的自动化操作 ，它能防止甲醇的过量投加 ，也为低于2mg/L的CBOD5做出贡献 。
在测试期间 ，他们只也使用了四条平行线中的一条 ，确保污水厂的日常正常运作 。
电力供应
为了确保电力供应 ，他们有2台2.5MW的柴油发电机 ，每台都足够整个厂区的需求 。并从两个分开的供电站作为供电点 � ；褂械谌ǚ⒌缁庞糜谧贤庀� 。
污泥处理线
污泥处理线方面 ，他们是如何增强其灵活性呢？*先他们要考虑处理量和处理标准的变化 。
对于处理能力 ，如上图所示 ，他们对过去30年的处理量进行了统计 ，来评估目前的设备是否满足要求 。
处理工艺方面 ，他们采用的是流化床焚烧技术Fluid Bed Incinerator (FBI) 。但如上面提到的 ，因为标准的提高 ，他们在需要在原来的洗涤塔后边再新增一个除镉的湿式电除尘器(WESP)、一个碱度补给单元和一个除汞单元 。
鉴于焚烧炉每年会有一个月左右的宕机维修时间 ，而2011年后 ，堆填区也因为臭气问题拒绝接受外运的脱水泥饼 ，他们需要为污泥处置寻求新的出路 。
O’Shaughnessy提到了两个选项：*是安装石灰稳定单元 ，处理后的污泥可以作为A级或B级污泥用于土地利用 ；第二是将泥饼运至其他焚烧厂 ；第三是寻求与本地堆肥厂合作的可能性 。总之 ，目标都是减轻对填埋的依赖 。
小结
在报告的*后一页 ，O’Shaughnessy指出 ，当地法规和厂区处理能力的变化 ，污水厂在过去十几年一直进行着大大小小的施工项目 。如果能在设计阶段就制定具备灵活性的运行策略 ，能帮助污水厂应对法规环境带来的不确定性、污水厂流量、负荷的变化 。
我们也看到污泥处置是全球污水厂都面临的问题 。未来的法规要求会影响污水厂的替代技术的选择 。美国越来越多的污水厂选择将污泥加工成A级污泥这种可以出售的商品 ，相信这会慢慢成为新常态 。
在小编看来 ，人也是污水厂灵活性的重要组成 ，一个污水厂能有几个像O’Shaughnessy女士这种资深工艺工程师 ，灵活性也能大大提高 。
Post Aeration Cascade
在文章*后 ，小编找到了一个H.L.Mooney污水厂的视频 ，感兴趣的读者可再跟随镜头走一遍全厂 。我本人特别喜欢它的“后曝气人工瀑布(Post Aeration Cascade)”的设计——经过紫外消毒的出水 ，在排入河流之前 ，会经过一段阶梯式斜坡 ，增加水中的溶解氧 ，对河流的水生生物十分有益 。这种将实用性和景观结合的设计 ，小编必须手动点赞 。
“很荣幸我们能再次获得NACWA的认可 ，”O’Shaughnessy接受采访说：“这奖是污水厂员工每天为� ；せ肪扯燎诟冻龅亩钔獠� 。”
在过去十多年里 ，面对着弗吉尼亚州不断变化的环保要求 ，H.L. Mooney依然能成功保住奖项 ，这是一个了不起的成就 。这座在中国还鲜为人知的污水厂成功的秘密在哪里呢？
小编此前偶然拜读过O’Shaughnessy在约4-5年前做的一份技术报告 ，她在报告中介绍了H.L. Mooney污水厂在设计灵活性上的一些经验 。在本期的《水星漫谈》专栏里 ，小编想和大家分享一下报告里的精彩内容 。
作者：瓦村农夫
污水厂改造的灵活性
H.L. Mooney污水处理厂 ，以当地卫生局一名管理员的名字命名 ，因为提供极度优质的出水（可以用于游泳） ，所以可拥有深度再生水厂的名称(Advanced Water Reclamation Facility ，简称AWRF) 。该厂位于弗吉尼亚州的Woodbridge ，离华盛顿白宫只需半小时的车程 。该厂始建于1979年 ，当时的处理能力为12MGD ，1997年增至18MGD ，2010年达到目前的24MGD（约100000 m3/d） ，出水流入 Neabsco Creek ，然后汇入Potomac River 。该厂由Prince William县服务局(PWCSA)运行 ，它为东岸数百万人提供安全的水源 。
当年的这个升级改造项目共花费1.317亿美元 ，除了增加处理量之外 ，出水标准也有所提高 ，其中总氮年平均值从8 mg/L降至3mg/L ，总磷月平均值为0.18mg/L ，五天cBOD为2mg/L 。另外 ，污泥焚烧也根据2016年美国环保署EPA对污泥焚烧设备(SSIs)的*大可实现控制技术(MACT)标准要求增设对汞(Hg)和镉(Cd)的处理 。
为了满足这些要求 ，他们分别做了以下改动：
新格栅和除砂池
新的分段式生物脱氮池和二沉池
反硝化滤池扩容+甲醇自动投加设备
污泥重力浓缩扩容
污泥脱水扩容(第三台离心机+泵)
脱氮除磷的化学系统
电力供应升级
控制系统升级-新的SCADA系统
焚烧器加入新的除汞设备和WESP
污水厂的设计灵活性
O’Shaughnessy说在Mooney污水厂的升级项目设计过程中 ，他们加入了一些具有灵活性的元素 ，提高系统的稳定性 ，帮助污水厂在下一次改造前能够应对外部环境的变化 。她还对设计灵活性的定义进行了探讨 ，对此她参考了维基百科对“工程灵活性(Engineering Flexibility)”的定义：可以适应外部变化的设计 。
O’Shaughnessy还借用Mandelbaum在1978年的一篇文章对Flexibility(灵活性)和Robustness(中文有译作鲁棒性)进行了对比 。没想到人家还能把两者拿出来对比吧？赶紧收藏做笔记吧！
污水处理线
原来的污水处理就已采用生物脱氮处理的MLE工艺 ，在这次升级中 ，为了提高污水处理线的灵活性 ，原工艺改为了4段式的Bardenpho工艺 。在原工艺里 ，甲醇投加点位于1区的缺氧区 ，在新工艺里则移至了11区的摇摆兼容区(Swing Zone) 。工艺改造后 ，出水总氮从原来的8mg/L降至3mg/L！
这个改造将脱氮的控制点减为一个 ，减少了因为甲醇投加过量使出水BOD超标的风险 ，也简化了滤池的运行 。
他们使用了两台ChemScan单元来实现甲醇投加的自动化操作 ，它能防止甲醇的过量投加 ，也为低于2mg/L的CBOD5做出贡献 。
在测试期间 ，他们只也使用了四条平行线中的一条 ，确保污水厂的日常正常运作 。
电力供应
为了确保电力供应 ，他们有2台2.5MW的柴油发电机 ，每台都足够整个厂区的需求 。并从两个分开的供电站作为供电点 � ；褂械谌ǚ⒌缁庞糜谧贤庀� 。
污泥处理线
污泥处理线方面 ，他们是如何增强其灵活性呢？*先他们要考虑处理量和处理标准的变化 。
对于处理能力 ，如上图所示 ，他们对过去30年的处理量进行了统计 ，来评估目前的设备是否满足要求 。
处理工艺方面 ，他们采用的是流化床焚烧技术Fluid Bed Incinerator (FBI) 。但如上面提到的 ，因为标准的提高 ，他们在需要在原来的洗涤塔后边再新增一个除镉的湿式电除尘器(WESP)、一个碱度补给单元和一个除汞单元 。
鉴于焚烧炉每年会有一个月左右的宕机维修时间 ，而2011年后 ，堆填区也因为臭气问题拒绝接受外运的脱水泥饼 ，他们需要为污泥处置寻求新的出路 。
O’Shaughnessy提到了两个选项：*是安装石灰稳定单元 ，处理后的污泥可以作为A级或B级污泥用于土地利用 ；第二是将泥饼运至其他焚烧厂 ；第三是寻求与本地堆肥厂合作的可能性 。总之 ，目标都是减轻对填埋的依赖 。
小结
在报告的*后一页 ，O’Shaughnessy指出 ，当地法规和厂区处理能力的变化 ，污水厂在过去十几年一直进行着大大小小的施工项目 。如果能在设计阶段就制定具备灵活性的运行策略 ，能帮助污水厂应对法规环境带来的不确定性、污水厂流量、负荷的变化 。
我们也看到污泥处置是全球污水厂都面临的问题 。未来的法规要求会影响污水厂的替代技术的选择 。美国越来越多的污水厂选择将污泥加工成A级污泥这种可以出售的商品 ，相信这会慢慢成为新常态 。
在小编看来 ，人也是污水厂灵活性的重要组成 ，一个污水厂能有几个像O’Shaughnessy女士这种资深工艺工程师 ，灵活性也能大大提高 。
Post Aeration Cascade
在文章*后 ，小编找到了一个H.L.Mooney污水厂的视频 ，感兴趣的读者可再跟随镜头走一遍全厂 。我本人特别喜欢它的“后曝气人工瀑布(Post Aeration Cascade)”的设计——经过紫外消毒的出水 ，在排入河流之前 ，会经过一段阶梯式斜坡 ，增加水中的溶解氧 ，对河流的水生生物十分有益 。这种将实用性和景观结合的设计 ，小编必须手动点赞 。
