在美國(guó)弗吉尼亞州有一個(gè)叫阿靈頓縣(Arlington County)的地方。提到阿靈頓，喜歡軍事的朋友可能會(huì)知道美國(guó)著名的阿靈頓國(guó)家公墓（Arlington National Cemetery）就在此地。除了國(guó)防軍事，位于阿靈頓南部的污水廠在水圈也享有名氣——該廠的升級(jí)改造計(jì)劃獲得了2011年美國(guó)環(huán)境工程與科學(xué)杰出獎(jiǎng)(Excellence in Environmental Engineering and Science? Award)。該升級(jí)改造計(jì)劃使出水總氮低于2.5mg/L，總磷低于0.1mg/L，為改善切薩皮克灣的環(huán)境質(zhì)量作出重大貢獻(xiàn)。
　　
　　圖1. 升級(jí)改造后的阿靈頓水污染控制廠鳥瞰圖 | 圖源：balfourbeattyus
　　大獎(jiǎng)沒(méi)有讓阿靈頓水務(wù)部門就此自滿，2014年他們開始新的計(jì)劃，著手污泥處理處置。參與該項(xiàng)目的CDM Smith公司在國(guó)際水協(xié)的期刊《Water Practice & Technology》上分享了這個(gè)項(xiàng)目的成果進(jìn)展。
　　阿靈頓水污染控制廠
　　阿靈頓縣稱該污水廠為水污染控制廠(Water Pollution Control Plant)，簡(jiǎn)稱WPCP。該廠位于阿林頓的東南部，日處理約15.1萬(wàn)m3/天。出水排入離Potomac河不遠(yuǎn)的Four Mile Run。初始污泥和剩余污泥經(jīng)濃縮、脫水和石灰穩(wěn)定化后制成脫水泥餅外運(yùn)。
　　2015年，約有27000噸石灰穩(wěn)定化污泥作為B級(jí)生物固體(Class B Biosolids)用于土地利用。這套石灰穩(wěn)定化系統(tǒng)建于上世紀(jì)90年代中期，由于老化和設(shè)計(jì)條件的限制，其運(yùn)行需要大量的操作和維護(hù)保養(yǎng)。為了改善當(dāng)前工藝的可持續(xù)性，阿靈頓縣在2014年開始制定污泥總規(guī)劃，該計(jì)劃目標(biāo)包括：
　　替代即將報(bào)廢的設(shè)備
　　減輕因未來(lái)法規(guī)變更對(duì)目前B級(jí)污泥土地農(nóng)用的潛在風(fēng)險(xiǎn)
　　減少WPCP的能耗和溫室氣體排放
　　實(shí)現(xiàn)全縣范圍額外可持續(xù)發(fā)展的目標(biāo)
　　制定可提供長(zhǎng)期可靠性的污泥管理戰(zhàn)略
　　建立與縣級(jí)資本改善項(xiàng)目資金共存的實(shí)施計(jì)劃
　　計(jì)劃制定
　　這個(gè)整體規(guī)劃是一個(gè)綜合決策的成果。參與者包括多家咨詢公司、水研究基金會(huì)(WRF)、弗吉尼亞理工大學(xué)、污水廠的運(yùn)行人員、環(huán)境服務(wù)部的代表等。首先他們制定評(píng)估標(biāo)準(zhǔn)和指標(biāo)，對(duì)技術(shù)進(jìn)行初步篩選；然后他們對(duì)選出的技術(shù)進(jìn)行組合；項(xiàng)目小組會(huì)對(duì)再根據(jù)一系列標(biāo)準(zhǔn)對(duì)組合的工藝流程進(jìn)行評(píng)估。每項(xiàng)子標(biāo)準(zhǔn)都有其權(quán)重，并經(jīng)由項(xiàng)目小組同意確認(rèn)。初步評(píng)估的主要考慮因素包括：
　　預(yù)期費(fèi)用：
　　投資成本(CAPEX) = 資本支出；
　　運(yùn)行成本(OPEX) = 年度運(yùn)營(yíng)支出；
　　生命周期 = CAPEX加OPEX的20年凈現(xiàn)值
　　占地面積/場(chǎng)地限制
　　與縣項(xiàng)目目標(biāo)的一致性
　　初步篩選得到的技術(shù)組合包會(huì)進(jìn)入更細(xì)致的評(píng)估，并對(duì)每一項(xiàng)進(jìn)行評(píng)分。
　　
　　表1. 技術(shù)篩選的標(biāo)準(zhǔn)和評(píng)分指南
　　初步篩選階段他們一共對(duì)70多種技術(shù)進(jìn)行了考察，包括可以減少污泥體積的設(shè)備、穩(wěn)定污泥的工藝、熱處理工藝以及處理副產(chǎn)物的技術(shù)。根據(jù)上表1的五項(xiàng)標(biāo)準(zhǔn)和得分指南，他們得到了下表2的技術(shù)組合。
　　
　　表2. 適合阿靈頓縣污泥規(guī)劃的工藝技術(shù)
　　此后他們舉行了兩次項(xiàng)目研討會(huì)，并根據(jù)上述評(píng)估結(jié)果，選出了三個(gè)新方案和原方案進(jìn)行對(duì)比：
　　石灰穩(wěn)定化 – 目前的工藝。產(chǎn)出B級(jí)污泥，只對(duì)老化設(shè)備進(jìn)行替換；
　　中溫厭氧消化 – 被視作更優(yōu)的污泥穩(wěn)定化工藝，因?yàn)榭梢詼p少污泥產(chǎn)量，產(chǎn)出甲烷，占地也有優(yōu)勢(shì)。產(chǎn)出B級(jí)污泥和生物沼氣；
　　熱水解+厭氧消化 – 該工藝可以產(chǎn)出A級(jí)脫水污泥和生物沼氣；
　　厭氧消化+干化 – 中溫消化后的污泥經(jīng)熱干燥后產(chǎn)出A級(jí)污泥，污泥量最小。，
　　在評(píng)估階段，他們制定了以下19條標(biāo)準(zhǔn)，并可分成經(jīng)濟(jì)、運(yùn)行、環(huán)境和社會(huì)四大類型，每個(gè)標(biāo)準(zhǔn)都有相對(duì)的權(quán)重。
　　
　　圖2. 技術(shù)評(píng)估的標(biāo)準(zhǔn)和權(quán)重分布
　　根據(jù)以上標(biāo)準(zhǔn)，他們對(duì)四個(gè)技術(shù)方案進(jìn)行詳細(xì)評(píng)估，評(píng)估得分如下圖所示。結(jié)果顯示，方案2的經(jīng)濟(jì)性得分最高，因?yàn)镃APEX適中，而OPEX是最低的。污泥減量之后也減少了外運(yùn)成本。方案3和4雖然因?yàn)楫a(chǎn)出A級(jí)污泥，所以在終端使用管理一項(xiàng)標(biāo)準(zhǔn)得分更高，但因?yàn)榻?jīng)濟(jì)性是項(xiàng)目小組最看重的因素，所以整體下來(lái)方案2的經(jīng)濟(jì)性最佳。運(yùn)行方面，方案1得分最高。原因有三點(diǎn)：一、由于設(shè)備更少，運(yùn)行成本和安全性更有；二、此前的運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)可以得到延續(xù)；三、新增占地要求更低。但這單項(xiàng)得分并沒(méi)過(guò)分影響總得分。
　　至于環(huán)境方面，方案3最優(yōu)。主要是因?yàn)槲勰嗉?jí)別更優(yōu)，而且能耗低于方案4。在社會(huì)角度而言，方案3也是最高分的，原因也是A級(jí)污泥質(zhì)量更好，而且臭氣管理和接受度更好。
　　
　　圖3. 四個(gè)方案的評(píng)分結(jié)果
　　方案選擇
　　上圖3顯示方案2的總得分最高。但項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)從長(zhǎng)遠(yuǎn)適應(yīng)性出發(fā)，考慮到未來(lái)土地利用法規(guī)的變化，他們最終認(rèn)為A級(jí)生物固體是更合適的產(chǎn)品。因此，結(jié)合了熱水解和厭氧消化的方案3成為他們的最終選擇。
　　其實(shí)熱水解工藝也給阿靈頓縣污水廠提供更多的資源回收選擇，例如優(yōu)質(zhì)的A級(jí)污泥可作為農(nóng)用的土壤改良劑。沼氣可以熱電聯(lián)產(chǎn)，凈化后還可以成為壓縮天然氣(CNG)。除了A級(jí)污泥和生物沼氣，還可以回收磷。
　　
　　圖4. 熱水解+厭氧消化的工藝流程圖
　　上圖4是方案3的一個(gè)工藝流程示意圖，初始污泥和剩余污泥經(jīng)過(guò)混合、格柵過(guò)篩和預(yù)脫水后，進(jìn)入熱水解單元，接著進(jìn)入消化罐，再經(jīng)脫水后，生成泥餅。他們還對(duì)每個(gè)單元的成本進(jìn)行估算，預(yù)算分析如下表3所示：
　　
　　表3. 方案3的投資成本解析
　　值得一提的是，他們還專門針對(duì)沼氣的環(huán)境影響進(jìn)行調(diào)研。經(jīng)評(píng)估確認(rèn)，該工藝不會(huì)對(duì)廠區(qū)周邊的空氣質(zhì)量造成重大影響，可充分保護(hù)與該設(shè)施鄰近的敏感人群的健康。
　　未來(lái)計(jì)劃
　　美國(guó)阿靈頓污水廠的污泥處理升級(jí)計(jì)劃有三點(diǎn)值得同行參考學(xué)習(xí)：
　　積極的外聯(lián)和溝通，并借此獲得利益相關(guān)者的支持。
　　調(diào)研充分，確保排放產(chǎn)物不會(huì)對(duì)環(huán)境造成負(fù)面影響
　　評(píng)估條件的制定詳細(xì)透明，為方案選擇奠定基礎(chǔ)
　　經(jīng)過(guò)前幾年的技術(shù)評(píng)估論證之后，廠區(qū)規(guī)劃是項(xiàng)目組下一步的工作重點(diǎn)。他們將對(duì)沼氣利用以及氮磷側(cè)流處理做更詳細(xì)的調(diào)研，其中包括磷回收的可能性。
　　“污泥管理是所有水資源回收工廠的基本要求。我們的目標(biāo)始終是有效利用回收的營(yíng)養(yǎng)物，變成可以銷售的有價(jià)值的產(chǎn)品。” 污水廠經(jīng)理Tom Broderick在接受采訪時(shí)說(shuō)，“我們會(huì)致力于污泥的安全使用，相信城市和農(nóng)業(yè)景觀都會(huì)因此受益?！盉roderick先生還透露，升級(jí)項(xiàng)目的設(shè)計(jì)工作計(jì)劃在2020年開始，預(yù)計(jì)在2027年左右投產(chǎn)使用。
　　
　　圖5. 阿靈頓污水廠實(shí)景 |圖源：Alingtonva.us
　　參考資料
　　http://www.virginiabiosolids.com/arlington-plan-focuses-resource-recovery/
　　https://newsroom.arlingtonva.us/release/county-board-approves-water-pollution-control-plants-solids-master-plan/
　　https://www.aaees.org/e3scompetition/2011grandprize-design.php
　　https://balfourbeattyus.com/our-work/project-portfolio/arlington-water-pollution-control-plant-upgrade-an
　　https://water.arlingtonva.us/sewer/wastewater-treatment/