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總氮3mg/L!連續(xù)11年獲獎(jiǎng)的美國(guó)污水廠如何靈活升級(jí)?
發(fā)布日期:2020/11/30 13:26:30

   2020年10月,美國(guó)國(guó)家凈水機(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的深度再生水廠再度入選,成為連續(xù)11年獲得該獎(jiǎng)的污水廠。這是一個(gè)怎樣的成就?要知道,DC Water的Blue Plains污水廠不過也只是連續(xù)8年獲獎(jiǎng)而已。

 

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  “很榮幸我們能再次獲得NACWA的認(rèn)可,”O’Shaughnessy接受采訪說:“這獎(jiǎng)是污水廠員工每天為保護(hù)環(huán)境而辛勤付出的額外產(chǎn)出。”

 

  在過去十多年里,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成功的秘密在哪里呢?

 

  小編此前偶然拜讀過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》專欄里,小編想和大家分享一下報(bào)告里的精彩內(nèi)容。

 

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  作者:瓦村農(nóng)夫

 

  污水廠改造的靈活性

 

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  H.L. Mooney污水處理廠,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的名稱(Advanced Water Reclamation Facility,簡(jiǎn)稱AWRF)。該廠位于弗吉尼亞州的Woodbridge,離華盛頓白宮只需半小時(shí)的車程。該廠始建于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 m?/d),出水流入 Neabsco Creek,然后匯入Potomac River。該廠由Prince William縣服務(wù)局(PWCSA)運(yùn)行,它為東岸數(shù)百萬人提供安全的水源。

 

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  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)的最大可實(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。

 

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  為了滿足這些要求,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

 

  污水廠的設(shè)計(jì)靈活性

 

  O’Shaughnessy說在Mooney污水廠的升級(jí)項(xiàng)目設(shè)計(jì)過程中,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。沒想到人家還能把兩者拿出來對(duì)比吧?趕緊收藏做筆記吧!

 

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  那么,H.L. Mooney污水廠是怎么在升級(jí)改造中加入靈活性的元素的呢?

 

  污水處理線

 

  原來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,出水總氮從原來的8mg/L降至3mg/L!

 

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  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^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單元來實(shí)現(xiàn)甲醇投加的自動(dòng)化操作,它能防止甲醇的過量投加,也為低于2mg/L的CBOD5做出貢獻(xiàn)。

 

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  在測(cè)試期間,他們只也使用了四條平行線中的一條,確保污水廠的日常正常運(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)廠區(qū)的需求。并從兩個(gè)分開的供電站作為供電點(diǎn)。還有第三臺(tái)發(fā)電機(jī)專門用于紫外消毒。

 

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  污泥處理線

 

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  污泥處理線方面,他們是如何增強(qiáng)其靈活性呢?首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)過去30年的處理量進(jìn)行了統(tǒng)計(jì),來評(píng)估目前的設(shè)備是否滿足要求。

 

  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谠瓉淼南礈焖筮呍傩略鲆粋€(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。

 

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  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)槌魵鈫栴}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):第一是安裝石灰穩(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;第三是尋求與本地堆肥廠合作的可能性??傊?,目標(biāo)都是減輕對(duì)填埋的依賴。

 

  小結(jié)

 

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  在報(bào)告的最后一頁,O’Shaughnessy指出,當(dāng)?shù)胤ㄒ?guī)和廠區(qū)處理能力的變化,污水廠在過去十幾年一直進(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,能幫助污水廠應(yīng)對(duì)法規(guī)環(huán)境帶來的不確定性、污水廠流量、負(fù)荷的變化。

 

  我們也看到污泥處置是全球污水廠都面臨的問題。未來的法規(guī)要求會(huì)影響污水廠的替代技術(shù)的選擇。美國(guó)越來越多的污水廠選擇將污泥加工成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,人也是污水廠靈活性的重要組成,一個(gè)污水廠能有幾個(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

 

  在文章最后,小編找到了一個(gè)H.L.Mooney污水廠的視頻,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“后曝氣人工瀑布(Post Aeration Cascade)”的設(shè)計(jì)——經(jīng)過紫外消毒的出水,在排入河流之前,會(huì)經(jīng)過一段階梯式斜坡,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)用性和景觀結(jié)合的設(shè)計(jì),小編必須手動(dòng)點(diǎn)贊。

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