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總氮3mg/L！連續(xù)11年獲獎(jiǎng)的美國(guó)污水廠(chǎng)如何靈活升級(jí)？
來(lái)源：科柏盛環(huán)保 發(fā)布時(shí)間：2020-11-26
2020年10月，美國(guó)*凈水機(jī)構(gòu)協(xié)會(huì)NACWA (National Association of Clean Water Agencies) 發(fā)布了2019年美國(guó)污水廠(chǎng)白金巔峰表現(xiàn)獎(jiǎng)(Plantinum Peak Performance Award)名單，獲獎(jiǎng)要求是要連續(xù)多年100%滿(mǎn)足所在州的排放標(biāo)準(zhǔn)。其中一座叫H.L. Mooney的深度再生水廠(chǎng)再度入選，成為連續(xù)11年獲得該獎(jiǎng)的污水廠(chǎng)。這是一個(gè)怎樣的成就？要知道，DC Water的Blue Plains污水廠(chǎng)不過(guò)也只是連續(xù)8年獲獎(jiǎng)而已。
“很榮幸我們能再次獲得NACWA的認(rèn)可，”O(jiān)’Shaughnessy接受采訪(fǎng)說(shuō)：“這獎(jiǎng)是污水廠(chǎng)員工每天為保護(hù)環(huán)境而辛勤付出的額外產(chǎn)出。”
在過(guò)去十多年里，面對(duì)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(jiǎng)項(xiàng)，這是一個(gè)了不起的成就。這座在中國(guó)還鮮為人知的污水廠(chǎng)成功的秘密在哪里呢？
小編此前偶然拜讀過(guò)O’Shaughnessy在約4-5年前做的一份技術(shù)報(bào)告，她在報(bào)告中介紹了H.L. Mooney污水廠(chǎng)在設(shè)計(jì)靈活性上的一些經(jīng)驗(yàn)。在本期的《水星漫談》專(zhuān)欄里，小編想和大家分享一下報(bào)告里的精彩內(nèi)容。
污水廠(chǎng)改造的靈活性
H.L. Mooney污水處理廠(chǎng)，以當(dāng)?shù)匦l(wèi)生局一名管理員的名字命名，因?yàn)樘峁O度優(yōu)質(zhì)的出水（可以用于游泳），所以可擁有深度再生水廠(chǎng)的名稱(chēng)(Advanced Water Reclamation Facility，簡(jiǎn)稱(chēng)AWRF)。該廠(chǎng)位于弗吉尼亞州的Woodbridge，離華盛頓白宮只需半小時(shí)的車(chē)程。該廠(chǎng)始建于1979年，當(dāng)時(shí)的處理能力為12MGD，1997年增至18MGD，2010年達(dá)到目前的24MGD（約100000 m3/d），出水流入 Neabsco Creek，然后匯入Potomac River。該廠(chǎng)由Prince William縣服務(wù)局(PWCSA)運(yùn)行，它為東岸數(shù)百萬(wàn)人提供安全的水源。
當(dāng)年的這個(gè)升級(jí)改造項(xiàng)目共花費(fèi)1.317億美元，除了增加處理量之外，出水標(biāo)準(zhǔn)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(guó)環(huán)保署EPA對(duì)污泥焚燒設(shè)備(SSIs)的*大可實(shí)現(xiàn)控制技術(shù)(MACT)標(biāo)準(zhǔn)要求增設(shè)對(duì)汞(Hg)和鎘(Cd)的處理。
為了滿(mǎn)足這些要求，他們分別做了以下改動(dòng)：
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?cái)U(kuò)容+甲醇自動(dòng)投加設(shè)備
污泥重力濃縮擴(kuò)容
污泥脫水?dāng)U容(第三臺(tái)離心機(jī)+泵)
脫氮除磷的化學(xué)系統(tǒng)
電力供應(yīng)升級(jí)
控制系統(tǒng)升級(jí)-新的SCADA系統(tǒng)
焚燒器加入新的除汞設(shè)備和WESP
污水廠(chǎng)的設(shè)計(jì)靈活性
O’Shaughnessy說(shuō)在Mooney污水廠(chǎng)的升級(jí)項(xiàng)目設(shè)計(jì)過(guò)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(chǎng)在下一次改造前能夠應(yīng)對(duì)外部環(huán)境的變化。她還對(duì)設(shè)計(jì)靈活性的定義進(jìn)行了探討，對(duì)此她參考了維基百科對(duì)“工程靈活性(Engineering Flexibility)”的定義：可以適應(yīng)外部變化的設(shè)計(jì)。
O’Shaughnessy還借用Mandelbaum在1978年的一篇文章對(duì)Flexibility(靈活性)和Robustness(中文有譯作魯棒性)進(jìn)行了對(duì)比。沒(méi)想到人家還能把兩者拿出來(lái)對(duì)比吧？趕緊收藏做筆記吧！
那么，H.L. Mooney污水廠(chǎng)是怎么在升級(jí)改造中加入靈活性的元素的呢？
污水處理線(xiàn)
原來(lái)的污水處理就已采用生物脫氮處理的MLE工藝，在這次升級(jí)中，為了提高污水處理線(xiàn)的靈活性，原工藝改為了4段式的Bardenpho工藝。在原工藝?yán)�，甲醇投加點(diǎn)位于1區(qū)的缺氧區(qū)，在新工藝?yán)飫t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(lái)的8mg/L降至3mg/L！
這個(gè)改造將脫氮的控制點(diǎn)減為一個(gè)，減少了因?yàn)榧状纪都舆^(guò)量使出水BOD超標(biāo)的風(fēng)險(xiǎn)，也簡(jiǎn)化了濾池的運(yùn)行。
他們使用了兩臺(tái)ChemScan單元來(lái)實(shí)現(xiàn)甲醇投加的自動(dòng)化操作，它能防止甲醇的過(guò)量投加，也為低于2mg/L的CBOD5做出貢獻(xiàn)。
在測(cè)試期間，他們只也使用了四條平行線(xiàn)中的一條，確保污水廠(chǎng)的日常正常運(yùn)作。
電力供應(yīng)
為了確保電力供應(yīng)，他們有2臺(tái)2.5MW的柴油發(fā)電機(jī)，每臺(tái)都足夠整個(gè)廠(chǎng)區(qū)的需求。并從兩個(gè)分開(kāi)的供電站作為供電點(diǎn)。還有第三臺(tái)發(fā)電機(jī)專(zhuān)門(mén)用于紫外消毒。
污泥處理線(xiàn)
污泥處理線(xiàn)方面，他們是如何增強(qiáng)其靈活性呢？*先他們要考慮處理量和處理標(biāo)準(zhǔn)的變化。
對(duì)于處理能力，如上圖所示，他們對(duì)過(guò)去30年的處理量進(jìn)行了統(tǒng)計(jì)，來(lái)評(píng)估目前的設(shè)備是否滿(mǎn)足要求。
處理工藝方面，他們采用的是流化床焚燒技術(shù)Fluid Bed Incinerator (FBI)。但如上面提到的，因?yàn)闃?biāo)準(zhǔn)的提高，他們?cè)谛枰谠瓉?lái)的洗滌塔后邊再新增一個(gè)除鎘的濕式電除塵器(WESP)、一個(gè)堿度補(bǔ)給單元和一個(gè)除汞單元。
鑒于焚燒爐每年會(huì)有一個(gè)月左右的宕機(jī)維修時(shí)間，而2011年后，堆填區(qū)也因?yàn)槌魵鈫?wèn)題拒絕接受外運(yùn)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(gè)選項(xiàng)：*是安裝石灰穩(wěn)定單元，處理后的污泥可以作為A級(jí)或B級(jí)污泥用于土地利用；第二是將泥餅運(yùn)至其他焚燒廠(chǎng)；第三是尋求與本地堆肥廠(chǎng)合作的可能性。總之，目標(biāo)都是減輕對(duì)填埋的依賴(lài)。
小結(jié)
在報(bào)告的*后一頁(yè)，O’Shaughnessy指出，當(dāng)?shù)胤ㄒ?guī)和廠(chǎng)區(qū)處理能力的變化，污水廠(chǎng)在過(guò)去十幾年一直進(jìn)行著大大小小的施工項(xiàng)目。如果能在設(shè)計(jì)階段就制定具備靈活性的運(yùn)行策略，能幫助污水廠(chǎng)應(yīng)對(duì)法規(guī)環(huán)境帶來(lái)的不確定性、污水廠(chǎng)流量、負(fù)荷的變化。
我們也看到污泥處置是全球污水廠(chǎng)都面臨的問(wèn)題。未來(lái)的法規(guī)要求會(huì)影響污水廠(chǎng)的替代技術(shù)的選擇。美國(guó)越來(lái)越多的污水廠(chǎng)選擇將污泥加工成A級(jí)污泥這種可以出售的商品，相信這會(huì)慢慢成為新常態(tài)。
在小編看來(lái)，人也是污水廠(chǎng)靈活性的重要組成，一個(gè)污水廠(chǎng)能有幾個(gè)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*后，小編找到了一個(gè)H.L.Mooney污水廠(chǎng)的視頻，感興趣的讀者可再跟隨鏡頭走一遍全廠(chǎng)。我本人特別喜歡它的“后曝氣人工瀑布(Post Aeration Cascade)”的設(shè)計(jì)——經(jīng)過(guò)紫外消毒的出水，在排入河流之前，會(huì)經(jīng)過(guò)一段階梯式斜坡，增加水中的溶解氧，對(duì)河流的水生生物十分有益。這種將實(shí)用性和景觀(guān)結(jié)合的設(shè)計(jì)，小編必須手動(dòng)點(diǎn)贊。
“很榮幸我們能再次獲得NACWA的認(rèn)可，”O(jiān)’Shaughnessy接受采訪(fǎng)說(shuō)：“這獎(jiǎng)是污水廠(chǎng)員工每天為保護(hù)環(huán)境而辛勤付出的額外產(chǎn)出。”
在過(guò)去十多年里，面對(duì)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(jiǎng)項(xiàng)，這是一個(gè)了不起的成就。這座在中國(guó)還鮮為人知的污水廠(chǎng)成功的秘密在哪里呢？
小編此前偶然拜讀過(guò)O’Shaughnessy在約4-5年前做的一份技術(shù)報(bào)告，她在報(bào)告中介紹了H.L. Mooney污水廠(chǎng)在設(shè)計(jì)靈活性上的一些經(jīng)驗(yàn)。在本期的《水星漫談》專(zhuān)欄里，小編想和大家分享一下報(bào)告里的精彩內(nèi)容。
作者：瓦村農(nóng)夫
污水廠(chǎng)改造的靈活性
H.L. Mooney污水處理廠(chǎng)，以當(dāng)?shù)匦l(wèi)生局一名管理員的名字命名，因?yàn)樘峁O度優(yōu)質(zhì)的出水（可以用于游泳），所以可擁有深度再生水廠(chǎng)的名稱(chēng)(Advanced Water Reclamation Facility，簡(jiǎn)稱(chēng)AWRF)。該廠(chǎng)位于弗吉尼亞州的Woodbridge，離華盛頓白宮只需半小時(shí)的車(chē)程。該廠(chǎng)始建于1979年，當(dāng)時(shí)的處理能力為12MGD，1997年增至18MGD，2010年達(dá)到目前的24MGD（約100000 m3/d），出水流入 Neabsco Creek，然后匯入Potomac River。該廠(chǎng)由Prince William縣服務(wù)局(PWCSA)運(yùn)行，它為東岸數(shù)百萬(wàn)人提供安全的水源。
當(dāng)年的這個(gè)升級(jí)改造項(xiàng)目共花費(fèi)1.317億美元，除了增加處理量之外，出水標(biāo)準(zhǔn)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(guó)環(huán)保署EPA對(duì)污泥焚燒設(shè)備(SSIs)的*大可實(shí)現(xiàn)控制技術(shù)(MACT)標(biāo)準(zhǔn)要求增設(shè)對(duì)汞(Hg)和鎘(Cd)的處理。
為了滿(mǎn)足這些要求，他們分別做了以下改動(dòng)：
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?cái)U(kuò)容+甲醇自動(dòng)投加設(shè)備
污泥重力濃縮擴(kuò)容
污泥脫水?dāng)U容(第三臺(tái)離心機(jī)+泵)
脫氮除磷的化學(xué)系統(tǒng)
電力供應(yīng)升級(jí)
控制系統(tǒng)升級(jí)-新的SCADA系統(tǒng)
焚燒器加入新的除汞設(shè)備和WESP
污水廠(chǎng)的設(shè)計(jì)靈活性
O’Shaughnessy說(shuō)在Mooney污水廠(chǎng)的升級(jí)項(xiàng)目設(shè)計(jì)過(guò)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(chǎng)在下一次改造前能夠應(yīng)對(duì)外部環(huán)境的變化。她還對(duì)設(shè)計(jì)靈活性的定義進(jìn)行了探討，對(duì)此她參考了維基百科對(duì)“工程靈活性(Engineering Flexibility)”的定義：可以適應(yīng)外部變化的設(shè)計(jì)。
O’Shaughnessy還借用Mandelbaum在1978年的一篇文章對(duì)Flexibility(靈活性)和Robustness(中文有譯作魯棒性)進(jìn)行了對(duì)比。沒(méi)想到人家還能把兩者拿出來(lái)對(duì)比吧？趕緊收藏做筆記吧！
污水處理線(xiàn)
原來(lái)的污水處理就已采用生物脫氮處理的MLE工藝，在這次升級(jí)中，為了提高污水處理線(xiàn)的靈活性，原工藝改為了4段式的Bardenpho工藝。在原工藝?yán)�，甲醇投加點(diǎn)位于1區(qū)的缺氧區(qū)，在新工藝?yán)飫t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(lái)的8mg/L降至3mg/L！
這個(gè)改造將脫氮的控制點(diǎn)減為一個(gè)，減少了因?yàn)榧状纪都舆^(guò)量使出水BOD超標(biāo)的風(fēng)險(xiǎn)，也簡(jiǎn)化了濾池的運(yùn)行。
他們使用了兩臺(tái)ChemScan單元來(lái)實(shí)現(xiàn)甲醇投加的自動(dòng)化操作，它能防止甲醇的過(guò)量投加，也為低于2mg/L的CBOD5做出貢獻(xiàn)。
在測(cè)試期間，他們只也使用了四條平行線(xiàn)中的一條，確保污水廠(chǎng)的日常正常運(yùn)作。
電力供應(yīng)
為了確保電力供應(yīng)，他們有2臺(tái)2.5MW的柴油發(fā)電機(jī)，每臺(tái)都足夠整個(gè)廠(chǎng)區(qū)的需求。并從兩個(gè)分開(kāi)的供電站作為供電點(diǎn)。還有第三臺(tái)發(fā)電機(jī)專(zhuān)門(mén)用于紫外消毒。
污泥處理線(xiàn)
污泥處理線(xiàn)方面，他們是如何增強(qiáng)其靈活性呢？*先他們要考慮處理量和處理標(biāo)準(zhǔn)的變化。
對(duì)于處理能力，如上圖所示，他們對(duì)過(guò)去30年的處理量進(jìn)行了統(tǒng)計(jì)，來(lái)評(píng)估目前的設(shè)備是否滿(mǎn)足要求。
處理工藝方面，他們采用的是流化床焚燒技術(shù)Fluid Bed Incinerator (FBI)。但如上面提到的，因?yàn)闃?biāo)準(zhǔn)的提高，他們?cè)谛枰谠瓉?lái)的洗滌塔后邊再新增一個(gè)除鎘的濕式電除塵器(WESP)、一個(gè)堿度補(bǔ)給單元和一個(gè)除汞單元。
鑒于焚燒爐每年會(huì)有一個(gè)月左右的宕機(jī)維修時(shí)間，而2011年后，堆填區(qū)也因?yàn)槌魵鈫?wèn)題拒絕接受外運(yùn)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(gè)選項(xiàng)：*是安裝石灰穩(wěn)定單元，處理后的污泥可以作為A級(jí)或B級(jí)污泥用于土地利用；第二是將泥餅運(yùn)至其他焚燒廠(chǎng)；第三是尋求與本地堆肥廠(chǎng)合作的可能性。總之，目標(biāo)都是減輕對(duì)填埋的依賴(lài)。
小結(jié)
在報(bào)告的*后一頁(yè)，O’Shaughnessy指出，當(dāng)?shù)胤ㄒ?guī)和廠(chǎng)區(qū)處理能力的變化，污水廠(chǎng)在過(guò)去十幾年一直進(jìn)行著大大小小的施工項(xiàng)目。如果能在設(shè)計(jì)階段就制定具備靈活性的運(yùn)行策略，能幫助污水廠(chǎng)應(yīng)對(duì)法規(guī)環(huán)境帶來(lái)的不確定性、污水廠(chǎng)流量、負(fù)荷的變化。
我們也看到污泥處置是全球污水廠(chǎng)都面臨的問(wèn)題。未來(lái)的法規(guī)要求會(huì)影響污水廠(chǎng)的替代技術(shù)的選擇。美國(guó)越來(lái)越多的污水廠(chǎng)選擇將污泥加工成A級(jí)污泥這種可以出售的商品，相信這會(huì)慢慢成為新常態(tài)。
在小編看來(lái)，人也是污水廠(chǎng)靈活性的重要組成，一個(gè)污水廠(chǎng)能有幾個(gè)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*后，小編找到了一個(gè)H.L.Mooney污水廠(chǎng)的視頻，感興趣的讀者可再跟隨鏡頭走一遍全廠(chǎng)。我本人特別喜歡它的“后曝氣人工瀑布(Post Aeration Cascade)”的設(shè)計(jì)——經(jīng)過(guò)紫外消毒的出水，在排入河流之前，會(huì)經(jīng)過(guò)一段階梯式斜坡，增加水中的溶解氧，對(duì)河流的水生生物十分有益。這種將實(shí)用性和景觀(guān)結(jié)合的設(shè)計(jì)，小編必須手動(dòng)點(diǎn)贊。
