弗吉尼亞州南阿靈頓市的阿靈頓郡水污染控制廠（WPCP），位于緊靠商業(yè)與住宅區(qū)內(nèi)的一片35英畝土地上，向東不到一英里就是羅納德?里根華盛頓國(guó)家機(jī)場(chǎng)。該廠處理來自阿靈頓的幾乎所有污水以及周邊部分地區(qū)的污水。處理后的污水向南排入四英里河，然后流入波托馬克河，并最終注入切薩皮克灣。 

該廠始建于1937年，在20世紀(jì)50年代、60年代、70年代和90年代曾經(jīng)過多次升級(jí)。2001年，由于全郡住宅及商業(yè)社區(qū)不斷增長(zhǎng)、場(chǎng)地空間的日益緊縮以及雨水流量的大幅攀升，設(shè)備日益老化的WPCP面臨巨大壓力。為此，郡董事會(huì)采取了一個(gè)前瞻性的做法。2003年1月，該郡決定主動(dòng)地提前對(duì)污水廠進(jìn)行升級(jí)改造，。提高生物營(yíng)養(yǎng)物去除能力，將總氮（TN）含量從8毫克/升提升至預(yù)期的約3毫克/升TN，同時(shí)降低總磷含量至0.18毫克/升。 

由此產(chǎn)生的規(guī)劃、設(shè)計(jì)和建設(shè)項(xiàng)目就是總額達(dá)5.68億美元、時(shí)間歷時(shí)長(zhǎng)達(dá)十年之久。該項(xiàng)目將工廠的處理能力從3千萬加侖每日擴(kuò)大到4千萬加侖每日，同時(shí)將氮含量降低至技術(shù)所能達(dá)到的極限。 

龐大的工程分為兩個(gè)階段 

郡董事會(huì)最終選定了ARCADIS的水處理部門馬爾科姆?皮爾尼公司，作為這個(gè)復(fù)雜項(xiàng)目的建筑師/工程師，對(duì)工廠的幾乎每一個(gè)流程和結(jié)構(gòu)進(jìn)行了翻修、擴(kuò)展或升級(jí)。該項(xiàng)目分兩個(gè)階段執(zhí)行。第一階段包括建造2個(gè)總?cè)萘窟_(dá)1200萬加侖的預(yù)應(yīng)力混凝土流量水力調(diào)節(jié)池，一個(gè)3萬平方英尺的過濾消毒設(shè)施，該設(shè)施配備了17個(gè)反硝化深床濾池和2個(gè)氯接觸池。二期工程包括3個(gè)新的直徑140英尺的二沉池，2個(gè)新的高級(jí)曝氣池，1個(gè)新泵站，1個(gè)初步處理旁路設(shè)施，2個(gè)混合酒精分布設(shè)施和1條主要污水通道。此外，主要合同中還包括增加2個(gè)氣味控制洗滌器，2座化學(xué)填料設(shè)施以及對(duì)大部分配電網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行升級(jí)改造。 

其他需要升級(jí)的設(shè)施包括6個(gè)二沉池、6個(gè)初級(jí)沉淀池、操作控制樓、風(fēng)機(jī)樓、泵站、反沖洗廢液池、配電中心和化學(xué)品進(jìn)料系統(tǒng)。 

在整個(gè)施工過程中，保持工廠運(yùn)行不間斷至關(guān)重要。因此，改進(jìn)過程通過多個(gè)建設(shè)工程來完成，每個(gè)工程都能夠讓工廠的水處理過程保持連續(xù)運(yùn)行。該項(xiàng)目的總承包商Fru-Con建筑公司與工廠的員工協(xié)調(diào)執(zhí)行了超過240次計(jì)劃停機(jī)，以便讓新的設(shè)施和系統(tǒng)上線運(yùn)轉(zhuǎn)。正是由于這些努力，在該項(xiàng)目46個(gè)月的工程期間，工廠保持了全面運(yùn)轉(zhuǎn)的狀態(tài)。 

對(duì)施工隊(duì)伍構(gòu)成特殊挑戰(zhàn)的是該工廠所處的位置 – 環(huán)繞四周的是住宅區(qū)、道路、高架電線和四英里河。這不僅要求改造過程非常緊湊，施工物流也必須采用創(chuàng)造性的方法。例如，在均衡池的澆注過程中，為了保持必須的穩(wěn)定混凝土澆注流，此項(xiàng)澆注工作安排在一個(gè)周末進(jìn)行，32小時(shí)連續(xù)澆注，以避開繁忙的交通。在拆除現(xiàn)有設(shè)施以為新設(shè)施騰出空間的過程中，為了保持設(shè)施的正常運(yùn)轉(zhuǎn)，工程師們?cè)谛缕貧獬氐南路叫陆藘蓷l直徑72英寸的臨時(shí)管道。他們還設(shè)立了臨時(shí)發(fā)電設(shè)施，以保證在整個(gè)電氣系統(tǒng)重建期間，仍能提供持續(xù)的電力。因?yàn)楝F(xiàn)場(chǎng)存儲(chǔ)空間有限，在離現(xiàn)場(chǎng)大約5英里的地方設(shè)立了兩塊面積各為2英畝的存儲(chǔ)區(qū)域。 

兩種反硝化過濾技術(shù)中試 

馬爾科姆?皮爾尼的工程師們進(jìn)行了中試，以評(píng)估兩種反硝化過濾技術(shù)在實(shí)現(xiàn)污水總氮含量限度，以及消除污水總懸浮固體以確保污水低磷濃度的能力。兩種試驗(yàn)平行進(jìn)行，測(cè)試了各種流量和負(fù)荷條件，以及在平均和峰值條件以及進(jìn)水磷濃度時(shí)系統(tǒng)的性能。試點(diǎn)試驗(yàn)結(jié)束后，該公司決定采用水環(huán)純水務(wù)（Severn Trent Services）提供的深床反硝化過濾技術(shù)TETRA?Denite?更換工廠現(xiàn)有的三級(jí)過濾器。水環(huán)純?cè)O(shè)計(jì)了17格Denite濾池，每格尺寸12'6"×72'4"，總表面面積達(dá)15,370平方英尺，以解決WPCP對(duì)處理能力的要求。 

TETRA過濾系統(tǒng)是一個(gè)固定膜生物脫氮工藝，也是深床過濾系統(tǒng)，能夠同步去除硝態(tài)氮（NOx-N）、總磷（TP）和懸浮固體（SS），以滿足高標(biāo)準(zhǔn)的污水排放要求。 TETRA Denite是一個(gè)一步到位的處理技術(shù)，能滿足污水處理廠的多種工藝需求，是一個(gè)經(jīng)濟(jì)、占地面積小和幾乎免維護(hù)操作的解決方案。 

TETRA Denite工藝的基礎(chǔ)是在固定膜生物過濾器中使用特殊尺寸和形狀的顆粒介質(zhì)。介質(zhì)的高固體負(fù)荷容量是保留反硝化過程中產(chǎn)生的生物固體的理想選擇，Denite過濾系統(tǒng)強(qiáng)大的反沖洗能力可以定期去除這些固體。直徑2-3毫米的砂粒表面積非常大，可以為廢水供應(yīng)和生物物質(zhì)提供650 m2/m3的接觸面積。介質(zhì)可以捕獲大量的固體 – 在固體反沖洗之前，每平方英尺過濾器表面面積至少可以捕獲1磅重的固體。高固體捕獲能力使設(shè)施運(yùn)營(yíng)期限得以延長(zhǎng)，并可輕松應(yīng)對(duì)峰值流量或工廠故障。 

在反硝化過程中，廢水被迫圍繞過濾容器介質(zhì)空隙中累積的氮?dú)鈿馀萘鲃?dòng)，提高了生物質(zhì)的接觸和過濾效率。NOx-N的有效去除是通過投加外部碳源，如甲醇，并使用自動(dòng)劑量控制方法來實(shí)現(xiàn)的。劑量控制方法是根據(jù)進(jìn)水流量信號(hào)，加上進(jìn)水和出水的NOx-N濃度分析儀來完成的。本系統(tǒng)的一種替代方案是包含流計(jì)量、前饋或反饋的系統(tǒng)。如果工廠有嚴(yán)格的BOD限制和低TN限制，加強(qiáng)甲醇控制就具有顯著的優(yōu)勢(shì)。在這些條件下，更嚴(yán)格的控制和降低了的風(fēng)險(xiǎn)是確保工廠始終滿足限制要求的關(guān)鍵。 

“驅(qū)氮”操作用來去除在濾床中可能累積的氮?dú)?。如有必要，使用SpeedBump?專利技術(shù)，“驅(qū)氮”操作可以在濾池不停車的情況下完成。該技術(shù)將反沖洗水施加于過濾器的底部，將被截留的氣體釋放到大氣中，并減少水頭損失。 

Denite工藝的另一個(gè)好處是它能夠去除磷，磷作為營(yíng)養(yǎng)物被生物質(zhì)同化，并通過含磷固體的過濾過程除去。被困的固體由同時(shí)注入的空氣和水從過濾器洗出，并在每個(gè)周期結(jié)束時(shí)返回到前端的生物處理單元。通過降流式運(yùn)行，即可達(dá)到優(yōu)異的固體去除水平，從而免除對(duì)額外的污水凈化過濾器的需求。 

獲獎(jiǎng)工廠設(shè)計(jì)超越“技術(shù)極限” 

阿靈頓郡的污水處理廠是此流域第一批實(shí)現(xiàn)出水TN<3.0毫克/升和TP<0.18毫克/升的大型污水脫氮設(shè)施之一。自 2010年6月以來，該工廠持續(xù)實(shí)現(xiàn)TN<2.5毫克/升及TP<0.1毫克/升。這一成績(jī)不僅是通過更新后的濾池實(shí)現(xiàn)的，同時(shí)也是由于升級(jí)了所有前端工藝。例如，為了在雨天流量出現(xiàn)大幅波動(dòng)時(shí)保護(hù)工廠的處理流程，工廠的設(shè)計(jì)方案包括了增加均衡池的容量，以及對(duì)其他主要處理設(shè)計(jì)進(jìn)行修改。 

該項(xiàng)目的成功可以用各種不同的方式加以衡量： 

? 在預(yù)算范圍內(nèi)完成了該項(xiàng)目的設(shè)計(jì)和建造，工程的主要部分提前約18個(gè)月完成。 

? 該工廠如今向四英里河的排污水質(zhì)達(dá)到TN <1.0毫克/升水、TP< 0.1毫克/升水，而在氮減排行動(dòng)開始前的1985年，工廠的排污水質(zhì)為TN=19.6毫克。 

? 馬爾科姆?皮爾尼公司榮獲2011年優(yōu)秀環(huán)境工程競(jìng)賽的設(shè)計(jì)大獎(jiǎng)。此次大賽由美國(guó)環(huán)境工程師學(xué)會(huì)主辦。 

作為切薩皮克灣流域第一個(gè)達(dá)到強(qiáng)化營(yíng)養(yǎng)物去除處理質(zhì)量的大型污水處理廠之一，阿靈頓郡的污水處理廠為海灣的環(huán)境質(zhì)量目標(biāo)做出了重大貢獻(xiàn)。 

編輯：羅宇