總氮3mg/L!連續11年獲獎的美國汙水廠如何靈活升級?

2020-12-01 中國水網

2020年10月，美國國家淨水機構協會NACWA (National Association of Clean Water Agencies) 發布了2019年美國汙水廠白金巔峰表現獎(Plantinum Peak Performance Award)名單，獲獎要求是要連續多年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11年獲得該獎的汙水廠。這是一個怎樣的成就？要知道，DC Water的Blue Plains汙水廠不過也只是連續8年獲獎而已。

「很榮幸我們能再次獲得NACWA的認可，」O』Shaughnessy接受採訪說：「這獎是汙水廠員工每天為保護環境而辛勤付出的額外產出。」

在過去十多年裡，面對著維吉尼亞州不斷變化的環保要求，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汙水廠成功的秘密在哪裡呢？

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汙水廠在設計靈活性上的一些經驗。在本期的《水星漫談》專欄裡，小編想和大家分享一下報告裡的精彩內容。

作者：瓦村農夫

汙水廠改造的靈活性

H.L. Mooney汙水處理廠，以當地衛生局一名管理員的名字命名，因為提供極度優質的出水（可以用於遊泳），所以可擁有深度再生水廠的名稱(Advanced Water Reclamation Facility，簡稱AWRF)。該廠位於維吉尼亞州的Woodbridge，離華盛頓白宮只需半小時的車程。該廠始建於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，然後匯入Potomac River。該廠由Prince William縣服務局(PWCSA)運行，它為東岸數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，汙泥焚燒也根據2016年美國環保署EPA對汙泥焚燒設備(SSIs)的最大可實現控制技術(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

汙泥重力濃縮擴容

汙泥脫水擴容(第三臺離心機+泵)

脫氮除磷的化學系統

電力供應升級

控制系統升級-新的SCADA系統

焚燒器加入新的除汞設備和WESP

汙水廠的設計靈活性

O』Shaughnessy說在Mooney汙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，提高系統的穩定性，幫助汙水廠在下一次改造前能夠應對外部環境的變化。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！

那麼，H.L. Mooney汙水廠是怎麼在升級改造中加入靈活性的元素的呢？

汙水處理線

原來的汙水處理就已採用生物脫氮處理的MLE工藝，在這次升級中，為了提高汙水處理線的靈活性，原工藝改為了4段式的Bardenpho工藝。在原工藝裡，甲醇投加點位於1區的缺氧區，在新工藝裡則移至了11區的搖擺兼容區(Swing Zone)。工藝改造後，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單元來實現甲醇投加的自動化操作，它能防止甲醇的過量投加，也為低於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，確保汙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的柴油發電機，每臺都足夠整個廠區的需求。並從兩個分開的供電站作為供電點。還有第三臺發電機專門用於紫外消毒。

汙泥處理線

汙泥處理線方面，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。

對於處理能力，如上圖所示，他們對過去30年的處理量進行了統計，來評估目前的設備是否滿足要求。

處理工藝方面，他們採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後邊再新增一個除鎘的溼式電除塵器(WESP)、一個鹼度補給單元和一個除汞單元。

鑑於焚燒爐每年會有一個月左右的宕機維修時間，而2011年後，堆填區也因為臭氣問題拒絕接受外運的脫水泥餅，他們需要為汙泥處置尋求新的出路。

O』Shaughnessy提到了兩個選項：第一是安裝石灰穩定單元，處理後的汙泥可以作為A級或B級汙泥用於土地利用；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。總之，目標都是減輕對填埋的依賴。

小結

在報告的最後一頁，O』Shaughnessy指出，當地法規和廠區處理能力的變化，汙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，能幫助汙水廠應對法規環境帶來的不確定性、汙水廠流量、負荷的變化。

我們也看到汙泥處置是全球汙水廠都面臨的問題。未來的法規要求會影響汙水廠的替代技術的選擇。美國越來越多的汙水廠選擇將汙泥加工成A級汙泥這種可以出售的商品，相信這會慢慢成為新常態。

在小編看來，人也是汙水廠靈活性的重要組成，一個汙水廠能有幾個像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

在文章最後，小編找到了一個H.L.Mooney汙水廠的視頻，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「後曝氣人工瀑布(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，小編必須手動點讚。

編輯：趙凡

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