2020年10月，美（měi）國*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（xiàn）獎(Plantinum Peak Performance Award)名單，獲（huò）獎要求是要連續多年100%滿足所在州的排放標（biāo）準。其中一座（zuò）叫（jiào）H.L. Mooney的深度再生水（shuǐ）廠再度入選，成（chéng）為連續11年獲得該獎的汙水廠。這是一個怎樣的（de）成就？要知道（dào），DC Water的Blue Plains汙水廠不過也隻是連續8年獲（huò）獎而已。


       “很榮幸我們能再次獲得NACWA的認可，”O’Shaughnessy接受采訪說：“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。”

       在過去十多年裏，麵對著弗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（le）不起的成就。這座在中國還鮮為人（rén）知的（de）汙水廠成功的秘密在（zài）哪裏呢？

       小編此前偶然拜讀（dú）過O’Shaughnessy在約4-5年前做的（de）一份技術報告（gào），她在報告中介紹了H.L. Mooney汙水廠在（zài）設計靈活性上的一些經驗。在本期的《水星（xīng）漫談》專欄裏，小編想和大（dà）家分享一（yī）下（xià）報（bào）告裏（lǐ）的精彩內容。


       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)。該廠位於弗吉尼亞州的Woodbridge，離華盛頓白宮隻需半小時的車程。該廠始建於1979年，當時的（de）處理能力為12MGD，1997年增至（zhì）18MGD，2010年達到（dào）目前的24MGD（約100000 m3/d），出（chū）水流入 Neabsco Creek，然後匯（huì）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（jiā）處理量之外，出水標準也有所（suǒ）提高，其中總氮年平均（jun1）值從（cóng）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（huán）保署EPA對汙泥焚（fén）燒設備(SSIs)的*大可實現控（kòng）製（zhì）技（jì）術(MACT)標準要求增設對汞(Hg)和鎘(Cd)的處理。


       為了（le）滿足這些要（yào）求，他（tā）們分別做了以下改動：

       新格柵和除砂池

       新的分段（duàn）式生物脫氮池和二沉池

       反硝化濾池擴（kuò）容（róng）+甲醇自動投加設（shè）備

       汙泥重力濃縮擴（kuò）容

       汙泥脫水擴容(第三台離（lí）心機+泵)

       脫氮除磷的化學（xué）係統

       電力供應升級

       控製係統升級-新的SCADA係統

       焚燒器加入新的除汞設備和WESP

       汙水廠（chǎng）的設（shè）計靈活性

       O’Shaughnessy說（shuō）在Mooney汙水廠（chǎng）的升級項目設（shè）計過程中，他們加入了一些具有靈活性的元素，提高係統的穩定性，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（dìng）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（shì）應外（wài）部變化的設計。

       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)進行了對比。沒想到人家還能把兩者拿出來對比吧？趕緊（jǐn）收藏做筆記吧！

       那（nà）麽，H.L. Mooney汙水廠是怎麽在升級改造（zào）中（zhōng）加入靈活性的元素的（de）呢？

       汙（wū）水處（chù）理線

       原（yuán）來的汙水處理就已采用（yòng）生物脫氮處理的（de）MLE工藝，在這次升級中，為了提高汙水處理（lǐ）線的靈活性，原工藝改為了4段式的Bardenpho工藝。在原工（gōng）藝裏，甲醇（chún）投加點位於1區的缺氧區，在新工藝（yì）裏則（zé）移至了11區的搖擺兼容區(Swing Zone)。工藝改造（zào）後，出水總氮從原來的8mg/L降至3mg/L！


       這個（gè）改造將脫氮的控製點減為一個，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。

       他們使用了兩台ChemScan單元來實現甲醇投加的自動化操作，它能（néng）防止甲醇的過量投加（jiā），也為低於2mg/L的CBOD5做出貢（gòng）獻。


       在測試期間，他們隻也使用了四條平行線中的（de）一條，確保汙水（shuǐ）廠的日常正常（cháng）運作。


       電力供（gòng）應

       為了確保電力供（gòng）應，他們有（yǒu）2台2.5MW的柴油（yóu）發電機，每台都（dōu）足夠整個廠（chǎng）區的需求。並（bìng）從兩個分開的供電站作為供電點。還有第三台發電機專門用於紫外（wài）消毒。


       汙泥處理線


       汙泥處理線方麵，他（tā）們是如何增強其靈活性呢？*先他們（men）要考慮處理量和處理標準的變化。

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

       處理工藝方麵，他們采（cǎi）用的是流化床焚燒技術Fluid Bed Incinerator (FBI)。但如上麵提到的，因為標準的提高（gāo），他（tā）們在需要在原來的洗滌塔後邊再新增一（yī）個除鎘的濕式電除塵（chén）器(WESP)、一個堿度補給單（dān）元和一（yī）個除汞單元。


       鑒於焚燒爐每（měi）年會（huì）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（zhì）尋求新的出路。

       O’Shaughnessy提到了兩個選項：*是安裝石灰穩定（dìng）單元，處理後的汙泥可以作為A級或（huò）B級汙泥（ní）用於土地利用；第二是將泥餅運至其他焚（fén）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（jié）


       在報告的*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（dà）大小小的（de）施（shī）工項目。如果能（néng）在設計階（jiē）段就製定具備靈活性的運行（háng）策略，能幫助汙水廠應對法規環境帶來的不確定性、汙（wū）水廠流量（liàng）、負荷的變化。

       我們也看到汙（wū）泥處置是（shì）全球汙水廠都麵臨的問題。未來的法規要求會影響汙水廠的替（tì）代（dài）技術的選擇。美國越來越多（duō）的汙水廠選（xuǎn）擇將汙泥（ní）加工成A級汙泥這（zhè）種可以（yǐ）出售的商品，相信這會慢慢成為新常態。

       在小編（biān）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*後（hòu），小編找到了一個H.L.Mooney汙水廠的視（shì）頻，感興趣的讀者可再跟（gēn）隨鏡頭走一（yī）遍全（quán）廠。我本人特別喜歡它的（de）“後（hòu）曝氣人工瀑布(Post Aeration Cascade)”的設（shè）計——經（jīng）過紫外消毒的出水（shuǐ），在排入河流之前，會經過一段階梯式（shì）斜坡，增加水中（zhōng）的溶解氧，對河流的水生生物（wù）十分有益。這種將實用性和景觀結（jié）合的設計，小編必須手動點讚。