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　在美國弗吉尼亞州有一個叫阿靈頓縣(Arlington County)的地方。提到阿靈頓，喜歡軍事的朋友可能會知道美國著名的阿靈頓國家公墓（Arlington National Cemetery）就在此地。除了國防軍事，位于阿靈頓南部的污水廠在水圈也享有名氣——該廠的升級改造計劃獲得了2011年美國環境工程與科學杰出獎(Excellence in Environmental Engineering and Science? Award)。該升級改造計劃使出水總氮低于2.5mg/L，總磷低于0.1mg/L，為改善切薩皮克灣的環境質量作出重大貢獻。
　　
　　圖1. 升級改造后的阿靈頓水污染控制廠鳥瞰圖 | 圖源：balfourbeattyus
　　大獎沒有讓阿靈頓水務部門就此自滿，2014年他們開始新的計劃，著手污泥處理處置。參與該項目的CDM Smith公司在國際水協的期刊《Water Practice & Technology》上分享了這個項目的成果進展。
　　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)，簡稱WPCP。該廠位于阿林頓的東南部，日處理約15.1萬m3/天。出水排入離Potomac河不遠的Four Mile Run。初始污泥和剩余污泥經濃縮、脫水和石灰穩定化后制成脫水泥餅外運。
　　2015年，約有27000噸石灰穩定化污泥作為B級生物固體(Class B Biosolids)用于土地利用。這套石灰穩定化系統建于上世紀90年代中期，由于老化和設計條件的限制，其運行需要大量的操作和維護保養。為了改善當前工藝的可持續性，阿靈頓縣在2014年開始制定污泥總規劃，該計劃目標包括：
　　替代即將報廢的設備
　　減輕因未來法規變更對目前B級污泥土地農用的潛在風險
　　減少WPCP的能耗和溫室氣體排放
　　實現全縣范圍額外可持續發展的目標
　　制定可提供長期可靠性的污泥管理戰略
　　建立與縣級資本改善項目資金共存的實施計劃
　　計劃制定
　　這個整體規劃是一個綜合決策的成果。參與者包括多家咨詢公司、水研究基金會(WRF)、弗吉尼亞理工大學、污水廠的運行人員、環境服務部的代表等。首先他們制定評估標準和指標，對技術進行初步篩選；然后他們對選出的技術進行組合；項目小組會對再根據一系列標準對組合的工藝流程進行評估。每項子標準都有其權重，并經由項目小組同意確認。初步評估的主要考慮因素包括：
　　預期費用：
　　投資成本(CAPEX) = 資本支出；
　　運行成本(OPEX) = 年度運營支出；
　　生命周期 = CAPEX加OPEX的20年凈現值
　　占地面積/場地限制
　　與縣項目目標的一致性
　　初步篩選得到的技術組合包會進入更細致的評估，并對每一項進行評分。
　　
　　表1. 技術篩選的標準和評分指南
　　初步篩選階段他們一共對70多種技術進行了考察，包括可以減少污泥體積的設備、穩定污泥的工藝、熱處理工藝以及處理副產物的技術。根據上表1的五項標準和得分指南，他們得到了下表2的技術組合。
　　
　　表2. 適合阿靈頓縣污泥規劃的工藝技術
　　此后他們舉行了兩次項目研討會，并根據上述評估結果，選出了三個新方案和原方案進行對比：
　　石灰穩定化 – 目前的工藝。產出B級污泥，只對老化設備進行替換；
　　中溫厭氧消化 – 被視作更優的污泥穩定化工藝，因為可以減少污泥產量，產出甲烷，占地也有優勢。產出B級污泥和生物沼氣；
　　熱水解+厭氧消化 – 該工藝可以產出A級脫水污泥和生物沼氣；
　　厭氧消化+干化 – 中溫消化后的污泥經熱干燥后產出A級污泥，污泥量最小。，
　　在評估階段，他們制定了以下19條標準，并可分成經濟、運行、環境和社會四大類型，每個標準都有相對的權重。
　　
　　圖2. 技術評估的標準和權重分布
　　根據以上標準，他們對四個技術方案進行詳細評估，評估得分如下圖所示。結果顯示，方案2的經濟性得分最高，因為CAPEX適中，而OPEX是最低的。污泥減量之后也減少了外運成本。方案3和4雖然因為產出A級污泥，所以在終端使用管理一項標準得分更高，但因為經濟性是項目小組最看重的因素，所以整體下來方案2的經濟性最佳。運行方面，方案1得分最高。原因有三點：一、由于設備更少，運行成本和安全性更有；二、此前的運行經驗可以得到延續；三、新增占地要求更低。但這單項得分并沒過分影響總得分。
　　至于環境方面，方案3最優。主要是因為污泥級別更優，而且能耗低于方案4。在社會角度而言，方案3也是最高分的，原因也是A級污泥質量更好，而且臭氣管理和接受度更好。
　　
　　圖3. 四個方案的評分結果
　　方案選擇
　　上圖3顯示方案2的總得分最高。但項目團隊從長遠適應性出發，考慮到未來土地利用法規的變化，他們最終認為A級生物固體是更合適的產品。因此，結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，例如優質的A級污泥可作為農用的土壤改良劑。沼氣可以熱電聯產，凈化后還可以成為壓縮天然氣(CNG)。除了A級污泥和生物沼氣，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的一個工藝流程示意圖，初始污泥和剩余污泥經過混合、格柵過篩和預脫水后，進入熱水解單元，接著進入消化罐，再經脫水后，生成泥餅。他們還對每個單元的成本進行估算，預算分析如下表3所示：
　　
　　表3. 方案3的投資成本解析
　　值得一提的是，他們還專門針對沼氣的環境影響進行調研。經評估確認，該工藝不會對廠區周邊的空氣質量造成重大影響，可充分保護與該設施鄰近的敏感人群的健康。
　　未來計劃
　　美國阿靈頓污水廠的污泥處理升級計劃有三點值得同行參考學習：
　　積極的外聯和溝通，并借此獲得利益相關者的支持。
　　調研充分，確保排放產物不會對環境造成負面影響
　　評估條件的制定詳細透明，為方案選擇奠定基礎
　　經過前幾年的技術評估論證之后，廠區規劃是項目組下一步的工作重點。他們將對沼氣利用以及氮磷側流處理做更詳細的調研，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。我們的目標始終是有效利用回收的營養物，變成可以銷售的有價值的產品。” 污水廠經理Tom Broderick在接受采訪時說，“我們會致力于污泥的安全使用，相信城市和農業景觀都會因此受益。”Broderick先生還透露，升級項目的設計工作計劃在2020年開始，預計在2027年左右投產使用。
　　
　　圖5. 阿靈頓污水廠實景 |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/