总氮3mg/L！连续11年获奖的美国污水厂如何灵活升级？

2020年10月，美国国家净水机构协会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保护环境而辛勤付出的额外产出。”

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)的最大可实现控制技术(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。还有第三台发电机专门用于紫外消毒。

污泥处理线

污泥处理线方面，他们是如何增强其灵活性呢？首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：第一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

在报告的最后一页，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

在文章最后，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。