弗吉尼亞州南阿靈頓市的阿靈頓郡水污染控制廠（WPCP），位于緊靠商業與住宅區內的一片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年代曾經過多次升級。2001年，由于全郡住宅及商業社區不斷增長、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，。提高生物營養物去除能力，將總氮（TN）含量從8毫克/升提升至預期的約3毫克/升TN，同時降低總磷含量至0.18毫克/升。 

由此產生的規劃、設計和建設項目就是總額達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，作為這個復雜項目的建筑師/工程師，對工廠的幾乎每一個流程和結構進行了翻修、擴展或升級。該項目分兩個階段執行。第一階段包括建造2個總容量達1200萬加侖的預應力混凝土流量水力調節池，一個3萬平方英尺的過濾消毒設施，該設施配備了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個初步處理旁路設施，2個混合酒精分布設施和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座化學填料設施以及對大部分配電網絡進行升級改造。 

其他需要升級的設施包括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。 

在整個施工過程中，保持工廠運行不間斷至關重要。因此，改進過程通過多個建設工程來完成，每個工程都能夠讓工廠的水處理過程保持連續運行。該項目的總承包商Fru-Con建筑公司與工廠的員工協調執行了超過240次計劃停機，以便讓新的設施和系統上線運轉。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的狀態。 

對施工隊伍構成特殊挑戰的是該工廠所處的位置 – 環繞四周的是住宅區、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小時連續澆注，以避開繁忙的交通。在拆除現有設施以為新設施騰出空間的過程中，為了保持設施的正常運轉，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。他們還設立了臨時發電設施，以保證在整個電氣系統重建期間，仍能提供持續的電力。因為現場存儲空間有限，在離現場大約5英里的地方設立了兩塊面積各為2英畝的存儲區域。 

兩種反硝化過濾技術中試 

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在實現污水總氮含量限度，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的性能。試點試驗結束后，該公司決定采用水環純水務（Severn Trent Services）提供的深床反硝化過濾技術TETRA?Denite?更換工廠現有的三級過濾器。水環純設計了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過濾系統是一個固定膜生物脫氮工藝，也是深床過濾系統，能夠同步去除硝態氮（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，能滿足污水處理廠的多種工藝需求，是一個經濟、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。介質的高固體負荷容量是保留反硝化過程中產生的生物固體的理想選擇，Denite過濾系統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，可以為廢水供應和生物物質提供650 m2/m3的接觸面積。介質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施運營期限得以延長，并可輕松應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空隙中累積的氮氣氣泡流動，提高了生物質的接觸和過濾效率。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的。劑量控制方法是根據進水流量信號，加上進水和出水的NOx-N濃度分析儀來完成的。本系統的一種替代方案是包含流計量、前饋或反饋的系統。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鍵。 

“驅氮”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，“驅氮”操作可以在濾池不停車的情況下完成。該技術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，磷作為營養物被生物質同化，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。 

獲獎工廠設計超越“技術極限” 

阿靈頓郡的污水處理廠是此流域第一批實現出水TN<3.0毫克/升和TP<0.18毫克/升的大型污水脫氮設施之一。自 2010年6月以來，該工廠持續實現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大幅波動時保護工廠的處理流程，工廠的設計方案包括了增加均衡池的容量，以及對其他主要處理設計進行修改。 

該項目的成功可以用各種不同的方式加以衡量： 

? 在預算范圍內完成了該項目的設計和建造，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，工廠的排污水質為TN=19.6毫克。 

? 馬爾科姆?皮爾尼公司榮獲2011年優秀環境工程競賽的設計大獎。此次大賽由美國環境工程師學會主辦。 

作為切薩皮克灣流域第一個達到強化營養物去除處理質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境質量目標做出了重大貢獻。 

編輯：羅宇