在美国的华盛顿特区，有一座污水厂，曾被称为“世界上最先进”的污水厂——蓝色平原（BluePlains）污水处理厂。
它由DC Water公司运营，拥有极限脱氮除磷技术（TP≤0.18mg/L， TN≤4mg/L）和北美最大污泥热水解系统。
今天，我就将带大家认识这座污水厂中的“明星“，看看我们可以从它身上学到些什么。
1. 为什么要在当地建立一座对脱氮除磷效果要求如此高的污水厂？
2. 蓝色平原污水厂是如何处理污水和污泥的？它的核心技术是什么？
其实，蓝色平原并不是从建成开始就拥有先进的污水处理技术的，它的发展就是现代污水处理的发展缩影。
1938年，蓝色平原污水厂刚开业时，它只有一个一级处理设施。当时人们对污水处理认知还停留在只需要去除COD。
到了20世纪70年代，人们意识到氮和磷的处理更加关键，这些营养物会导致水体的富营养化。
从1970年到1983年，蓝色平原进行了扩建，升级到了二级处理。工艺是两段法，第一段是去除COD，然后沉淀分离，然后再进行硝化、反硝化。
21世界以后，蓝色平原引入砂滤池和氯化杀菌等设施，进一步提高出水质量，从而使得处理后的水基本上已经达到饮用水的标准。
截止到2018年，蓝色平原的占地面积约为65万平方米，为华盛顿市区的600万人提供服务。每天的处理量约为140万吨，峰值可达到400万吨。
目前，蓝色平原的计划是希望能将厌氧氨氧化技术应用到主流工艺中，这将是对污水处理技术的重大创新和挑战。
相信水友们在了解蓝色平原污水厂建成和改扩建的原因后，一定对这座污水厂的处理工艺很好奇，它到底是怎么做到出水总氮仅为3mg/L的呢？它拥有的北美最大污泥热水解工艺是如何应用的？
蓝色平原污水厂的工艺路线为格栅、曝气沉砂池、初沉池、一级曝气池、二沉池、硝化/反硝化活性污泥系统、三沉池、多介质滤池和消毒处理。
第一个处理阶段从机械过滤开始，被格栅拦截的固体和沉砂池中的沉淀物将被卡车运到垃圾填埋场。
然后，污水流入初沉池，该沉淀池能将一半以上的悬浮固体与液体分离。
接着，污水流入二级处理设施。向其中鼓入氧气，这样微生物就可以分解有机物。
二沉池污水进入硝化/反硝化池，在这里，微生物会将氨转化为无害的氮气（如有必要，可将氢氧化钠添加到污水中，以提供在硝化过程中消耗的碱度；如果发生反硝化，则不需要这一过程）。
硝化/反硝化后的混合液进入三沉池泥水分离，出水进入到多介质滤池进行过滤，除去残留的悬浮固体和相关的磷。
蓝色平原的硝化/反硝化过程类似于二级处理过程，是一个悬浮的生物生长系统，由反应器和矩形沉淀池组成。
该过程共有12个反应器和28个沉淀池，对应12条污水处理线，其中的6条采用硝化-反硝化运行模式，另外6条为硝化模式。
每条处理线由5个完全混合反应器串联而成，每个反应器均配有搅拌装置。
第4和5个反应器仅搅拌，保持反应器中处于缺氧状态，发生反硝化反应，并投加纯净的甲醇作为反硝化的补充碳源（投加量根据季节调整）。
甲醇存贮设备包括四个地下储罐和三个地上储罐，带输送泵，一个日间储罐，24个甲醇计量泵，监控设备以及相关的管道，阀门和配件。（由于甲醇的易燃性，还提供了灭火系统。）
工艺的关键是保证前3个反应器内实现硝化，为反硝化提供硝酸盐。
蓝色平原采用Cambi（厌氧热水解）工艺来处理污泥，是北美第一个采用污泥热水解的污水厂，也是当时世界上最大的污泥热水解装置。
每天的处理量为450吨干污泥，共有三条处理线，操作压力6bar，投产时间为2008年，产气量为300m3/吨绝干，热电联产发电量为13兆瓦/天。
选择Cambi工艺的目的是为了减少剩余污泥产量并提高剩余污泥质量，达到EPA 的Class A标准。
美国联邦法律(40 CFR Part 503)中针对生物污泥的利用和处置有明确的规定，并以Class A和Class B的级别加以区分。
Class A和Class B污泥必须分别达到Part 503中关于重金属含量、病原体去除、载体(蚊蝇和啮齿动物)吸引等方面不同的限值水平，方可不受限制或部分受限地在草坪和花园中利用。但在达到Part 503限定的条件情况下，均可用于农用、森林、公共接触土地、土地复垦等。
在美国，Class A是污泥处理的首选，Part 503推荐的几种工艺包括55 ℃以上堆肥3~15 d；超过80℃或将含水率减少到10%以下的热干化；在180℃条件下停留30 min的热处理；55 ~60 ℃且SRT =10 d的高温好氧消化；1兆拉德的β射线室温照射；钴60或铯137室温照射的γ射线;维持70℃以上且停留时间30 min以上的巴氏杀菌等。
在污水处理过程中，从初沉池排出的污泥进行重力浓缩；来自二级处理和硝化/反硝化系统的污泥进行气浮浓缩。
污泥混合后经过格栅，格栅尺寸5mm，其目的是减少热水解组件的磨损，降低压力容器失效的风险，延长泵的使用寿命。
随后对污泥进行脱水处理，该过程使用离心机脱水至污泥含量15% -18%，脱水后污泥送至Cambi（热水解）处理装置。
Cambi工艺由一个浆化罐(97°C) 、四个到六个反应罐(155-170 °C, 30min) 、和一个卸压闪蒸罐(102°C左右)组成。
污泥经螺旋泵运至浆化罐，加热经预脱水后的污泥。然后经过螺旋泵以批次方式送入各个反应罐，批次进行高压蒸煮后，在反应罐自身压力推动下污泥进入闪蒸罐卸压闪蒸。
闪蒸罐中的放压步骤起着至关重要的作用，它能使活性污泥的细胞壁破裂，从而使其易于蒸炼、脱水。有机负荷在蒸煮过程中所释放的强大能量使得挥发性固体负荷和总蒸炼量提高两倍，沼气产量上升35%。
闪蒸后的热水解污泥在闪蒸罐停留一定时间，并通过螺旋泵连续不断地送出到下一步冷却工艺中。
经热水解后的污泥，用污水厂出水冷却至82-85℃，然后进入4个1.4x104 m3的厌氧消化器中温消化。
消化后的污泥进行最终脱水，产生符合Class A标准的污泥。
污泥可以作为土壤肥料用于城市的公园、花园和绿色基础设施，或用于增加林木产量，给农田提供养分。
蓝色平原还将污泥注册了Bloom肥料品牌，作为有机肥或营养土进行商业销售
另一方面，在处理过程中产生的沼气可以实现综合产电供热。
投运以来，该系统热电联产的能量累计已达13 MW，全部回用于该厂的运行，节约了上百万美元的运营成本，能源得到进一步回收利用。
看到这里，相信水友们已经了解了蓝色平原建立和不断扩建的原因，也知道了它的处理过程。
但是这座污水厂的处理效果到底好到什么程度呢？让我们一起揭开最后一个谜底。
蓝色平原污水厂的出水直接排放至波托马克河口，出水要求满足美国最严格的国家污染物排放消除系统标准（NPDES）。
从上表中可以看到，蓝色平原排水年平均值基本控制在以下水平：BOD<5.0 mg/L，SS <7.0 mg/L，TP<0. 18 mg/L，NH3 -N<1.0mg/L，N <4 mg/L，最低溶解氧>5.0 mg/L，总余氯<0.02 mg/L，pH=6.0-8.5，大肠杆菌<126个/L。
其中表现最出色的便是脱氮的效果，蓝色平原每年能将氮气产量减少到约2130吨。
相信水友们都知道氮的危害和去除的难度，而蓝色平原却一直是减少废水处理过程中氮和磷排放量的领导者。
另一方面，蓝色平原的污泥热水解系统也号称是世界一流的工艺，那么它的处理效果如何呢？
蓝色平原污水厂通过对污水处理、污泥处理的一步步提标改造，能够满足不断更新的环境要求，实现水质达标、污泥资源化、雨水收集缓存和处理的目标，是城镇污水处理厂的楷模，也是
提标改造的一个
经典案例。
其实蓝色平原污水厂本身看上去并没有什么太特别，也不是从建成开始就拥有先进的水处理工艺的，但它最大的特点就是能够在保留原有设备的同时，升级新工艺和设备。
它会尽可能使用古老的东西，比如初沉池，从建厂一直沿用至今。
做出的就不轻易否定，在改
扩建时会在原来的
基础上随着要求的提高不断升级。
因为能够做到这一点，所以蓝色平原所选的工艺都是最适合当地环境情况的，也是最节约成本的。
另外，除了主流工艺之外，蓝色平原的所有配套设施也非常先进，例如处理过程中采用全过程监测（利用传感器和控制系统），格栅式选择器和智能分析系统。
但蓝色平原污水厂也存在一些运营问题，水厂
因为经过多次改造
，污
水的处理路线很长，
能耗也很高
。
所以，如何将主流工艺逐步改造成“短程硝化+主流厌氧氨氧化脱氮工艺”是该厂的一大挑战，也是目前所有脱氮改造项目面临的一大难题。
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