阿灵顿郡污水厂耗时10年升级改造

弗吉尼亚州南阿灵顿市的阿灵顿郡水污染控制厂（WPCP），位于紧靠商业与住宅区内的一片35英亩土地上，向东不到一英里就是罗纳德•里根华盛顿国家机场。该厂处理来自阿灵顿的几乎所有污水以及周边部分地区的污水。处理后的污水向南排入四英里河，然后流入波托马克河，并最终注入切萨皮克湾。 

该厂始建于1937年，在20世纪50年代、60年代、70年代和90年代曾经过多次升级。2001年，由于全郡住宅及商业社区不断增长、场地空间的日益紧缩以及雨水流量的大幅攀升，设备日益老化的WPCP面临巨大压力。为此，郡董事会采取了一个前瞻性的做法。2003年1月，该郡决定主动地提前对污水厂进行升级改造，。提高生物营养物去除能力，将总氮（TN）含量从8毫克/升提升至预期的约3毫克/升TN，同时降低总磷含量至0.18毫克/升。 

由此产生的规划、设计和建设项目就是总额达5.68亿美元、时间历时长达十年之久。该项目将工厂的处理能力从3千万加仑每日扩大到4千万加仑每日，同时将氮含量降低至技术所能达到的极限。 

庞大的工程分为两个阶段 

郡董事会最终选定了ARCADIS的水处理部门马尔科姆•皮尔尼公司，作为这个复杂项目的建筑师/工程师，对工厂的几乎每一个流程和结构进行了翻修、扩展或升级。该项目分两个阶段执行。第一阶段包括建造2个总容量达1200万加仑的预应力混凝土流量水力调节池，一个3万平方英尺的过滤消毒设施，该设施配备了17个反硝化深床滤池和2个氯接触池。二期工程包括3个新的直径140英尺的二沉池，2个新的高级曝气池，1个新泵站，1个初步处理旁路设施，2个混合酒精分布设施和1条主要污水通道。此外，主要合同中还包括增加2个气味控制洗涤器，2座化学填料设施以及对大部分配电网络进行升级改造。 

其他需要升级的设施包括6个二沉池、6个初级沉淀池、操作控制楼、风机楼、泵站、反冲洗废液池、配电中心和化学品进料系统。 

在整个施工过程中，保持工厂运行不间断至关重要。因此，改进过程通过多个建设工程来完成，每个工程都能够让工厂的水处理过程保持连续运行。该项目的总承包商Fru-Con建筑公司与工厂的员工协调执行了超过240次计划停机，以便让新的设施和系统上线运转。正是由于这些努力，在该项目46个月的工程期间，工厂保持了全面运转的状态。 

对施工队伍构成特殊挑战的是该工厂所处的位置 – 环绕四周的是住宅区、道路、高架电线和四英里河。这不仅要求改造过程非常紧凑，施工物流也必须采用创造性的方法。例如，在均衡池的浇注过程中，为了保持必须的稳定混凝土浇注流，此项浇注工作安排在一个周末进行，32小时连续浇注，以避开繁忙的交通。在拆除现有设施以为新设施腾出空间的过程中，为了保持设施的正常运转，工程师们在新曝气池的下方新建了两条直径72英寸的临时管道。他们还设立了临时发电设施，以保证在整个电气系统重建期间，仍能提供持续的电力。因为现场存储空间有限，在离现场大约5英里的地方设立了两块面积各为2英亩的存储区域。 

两种反硝化过滤技术中试 

马尔科姆•皮尔尼的工程师们进行了中试，以评估两种反硝化过滤技术在实现污水总氮含量限度，以及消除污水总悬浮固体以确保污水低磷浓度的能力。两种试验平行进行，测试了各种流量和负荷条件，以及在平均和峰值条件以及进水磷浓度时系统的性能。试点试验结束后，该公司决定采用水环纯水务（Severn Trent Services）提供的深床反硝化过滤技术TETRA®Denite®更换工厂现有的三级过滤器。水环纯设计了17格Denite滤池，每格尺寸12'6"×72'4"，总表面面积达15,370平方英尺，以解决WPCP对处理能力的要求。 

TETRA过滤系统是一个固定膜生物脱氮工艺，也是深床过滤系统，能够同步去除硝态氮（NOx-N）、总磷（TP）和悬浮固体（SS），以满足高标准的污水排放要求。 TETRA Denite是一个一步到位的处理技术，能满足污水处理厂的多种工艺需求，是一个经济、占地面积小和几乎免维护操作的解决方案。 

TETRA Denite工艺的基础是在固定膜生物过滤器中使用特殊尺寸和形状的颗粒介质。介质的高固体负荷容量是保留反硝化过程中产生的生物固体的理想选择，Denite过滤系统强大的反冲洗能力可以定期去除这些固体。直径2-3毫米的砂粒表面积非常大，可以为废水供应和生物物质提供650 m2/m3的接触面积。介质可以捕获大量的固体 – 在固体反冲洗之前，每平方英尺过滤器表面面积至少可以捕获1磅重的固体。高固体捕获能力使设施运营期限得以延长，并可轻松应对峰值流量或工厂故障。 

在反硝化过程中，废水被迫围绕过滤容器介质空隙中累积的氮气气泡流动，提高了生物质的接触和过滤效率。NOx-N的有效去除是通过投加外部碳源，如甲醇，并使用自动剂量控制方法来实现的。剂量控制方法是根据进水流量信号，加上进水和出水的NOx-N浓度分析仪来完成的。本系统的一种替代方案是包含流计量、前馈或反馈的系统。如果工厂有严格的BOD限制和低TN限制，加强甲醇控制就具有显著的优势。在这些条件下，更严格的控制和降低了的风险是确保工厂始终满足限制要求的关键。 

“驱氮”操作用来去除在滤床中可能累积的氮气。如有必要，使用SpeedBump®专利技术，“驱氮”操作可以在滤池不停车的情况下完成。该技术将反冲洗水施加于过滤器的底部，将被截留的气体释放到大气中，并减少水头损失。 

Denite工艺的另一个好处是它能够去除磷，磷作为营养物被生物质同化，并通过含磷固体的过滤过程除去。被困的固体由同时注入的空气和水从过滤器洗出，并在每个周期结束时返回到前端的生物处理单元。通过降流式运行，即可达到优异的固体去除水平，从而免除对额外的污水净化过滤器的需求。 

获奖工厂设计超越“技术极限” 

阿灵顿郡的污水处理厂是此流域第一批实现出水TN<3.0毫克/升和TP<0.18毫克/升的大型污水脱氮设施之一。自 2010年6月以来，该工厂持续实现TN<2.5毫克/升及TP<0.1毫克/升。这一成绩不仅是通过更新后的滤池实现的，同时也是由于升级了所有前端工艺。例如，为了在雨天流量出现大幅波动时保护工厂的处理流程，工厂的设计方案包括了增加均衡池的容量，以及对其他主要处理设计进行修改。 

该项目的成功可以用各种不同的方式加以衡量： 

• 在预算范围内完成了该项目的设计和建造，工程的主要部分提前约18个月完成。 

• 该工厂如今向四英里河的排污水质达到TN <1.0毫克/升水、TP< 0.1毫克/升水，而在氮减排行动开始前的1985年，工厂的排污水质为TN=19.6毫克。 

• 马尔科姆•皮尔尼公司荣获2011年优秀环境工程竞赛的设计大奖。此次大赛由美国环境工程师学会主办。 

作为切萨皮克湾流域第一个达到强化营养物去除处理质量的大型污水处理厂之一，阿灵顿郡的污水处理厂为海湾的环境质量目标做出了重大贡献。 

编辑：罗宇