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?里根華盛頓國家機場。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50年代、60年代、70年代和90年代曾經(jīng)過多次升級。2001年，由于全郡住宅及商業(yè)社區(qū)不斷增長、場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，郡董事會采取了一個前瞻性的做法。2003年1月，該郡決定主動地提前對污水廠進行升級改造，。提高生物營養(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，同時降低總磷含量至0.18毫克/升。 

由此產(chǎn)生的規(guī)劃、設(shè)計和建設(shè)項目就是總額達5.68億美元、時間歷時長達十年之久。該項目將工廠的處理能力從3千萬加侖每日擴大到4千萬加侖每日，同時將氮含量降低至技術(shù)所能達到的極限。 

龐大的工程分為兩個階段 

郡董事會最終選定了ARCADIS的水處理部門馬爾科姆?皮爾尼公司，作為這個復(fù)雜項目的建筑師/工程師，對工廠的幾乎每一個流程和結(jié)構(gòu)進行了翻修、擴展或升級。該項目分兩個階段執(zhí)行。第一階段包括建造2個總?cè)萘窟_1200萬加侖的預(yù)應(yīng)力混凝土流量水力調(diào)節(jié)池，一個3萬平方英尺的過濾消毒設(shè)施，該設(shè)施配備了17個反硝化深床濾池和2個氯接觸池。二期工程包括3個新的直徑140英尺的二沉池，2個新的高級曝氣池，1個新泵站，1個初步處理旁路設(shè)施，2個混合酒精分布設(shè)施和1條主要污水通道。此外，主要合同中還包括增加2個氣味控制洗滌器，2座化學填料設(shè)施以及對大部分配電網(wǎng)絡(luò)進行升級改造。 

其他需要升級的設(shè)施包括6個二沉池、6個初級沉淀池、操作控制樓、風機樓、泵站、反沖洗廢液池、配電中心和化學品進料系統(tǒng)。 

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

對施工隊伍構(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，此項澆注工作安排在一個周末進行，32小時連續(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)施的正常運轉(zhuǎn)，工程師們在新曝氣池的下方新建了兩條直徑72英寸的臨時管道。他們還設(shè)立了臨時發(fā)電設(shè)施，以保證在整個電氣系統(tǒng)重建期間，仍能提供持續(xù)的電力。因為現(xiàn)場存儲空間有限，在離現(xiàn)場大約5英里的地方設(shè)立了兩塊面積各為2英畝的存儲區(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行了中試，以評估兩種反硝化過濾技術(shù)在實現(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。兩種試驗平行進行，測試了各種流量和負荷條件，以及在平均和峰值條件以及進水磷濃度時系統(tǒng)的性能。試點試驗結(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)有的三級過濾器。水環(huán)純設(shè)計了17格Denite濾池，每格尺寸12'6"×72'4"，總表面面積達15,370平方英尺，以解決WPCP對處理能力的要求。 

TETRA過濾系統(tǒng)是一個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），以滿足高標準的污水排放要求。 TETRA Denite是一個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，是一個經(jīng)濟、占地面積小和幾乎免維護操作的解決方案。 

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)施運營期限得以延長，并可輕松應(yīng)對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)空隙中累積的氮氣氣泡流動，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，并使用自動劑量控制方法來實現(xiàn)的。劑量控制方法是根據(jù)進水流量信號，加上進水和出水的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量、前饋或反饋的系統(tǒng)。如果工廠有嚴格的BOD限制和低TN限制，加強甲醇控制就具有顯著的優(yōu)勢。在這些條件下，更嚴格的控制和降低了的風險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氣。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工藝的另一個好處是它能夠去除磷，磷作為營養(yǎng)物被生物質(zhì)同化，并通過含磷固體的過濾過程除去。被困的固體由同時注入的空氣和水從過濾器洗出，并在每個周期結(jié)束時返回到前端的生物處理單元。通過降流式運行，即可達到優(yōu)異的固體去除水平，從而免除對額外的污水凈化過濾器的需求。 

獲獎工廠設(shè)計超越“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)實現(xiàn)TN<2.5毫克/升及TP<0.1毫克/升。這一成績不僅是通過更新后的濾池實現(xiàn)的，同時也是由于升級了所有前端工藝。例如，為了在雨天流量出現(xiàn)大幅波動時保護工廠的處理流程，工廠的設(shè)計方案包括了增加均衡池的容量，以及對其他主要處理設(shè)計進行修改。 

該項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)完成了該項目的設(shè)計和建造，工程的主要部分提前約18個月完成。 

? 該工廠如今向四英里河的排污水質(zhì)達到TN <1.0毫克/升水、TP< 0.1毫克/升水，而在氮減排行動開始前的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)境工程競賽的設(shè)計大獎。此次大賽由美國環(huán)境工程師學會主辦。 

作為切薩皮克灣流域第一個達到強化營養(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)量目標做出了重大貢獻。 

編輯：羅宇