01 情况介绍
华盛顿地区水环境遭受地区性人口增长以及上游污染的双重压力。城市以及郊区地表径流、农业径流以及污水严重影响了Potomac河、Anacostia河以及切萨皮克湾的水环境健康。Blue Plains Advanced Wastewater treatment plant（后续翻译为：Blue plains 污水处理厂）作为世界上同类污水处理厂中规模最大的一座高级污水处理厂，其依旧是保护当地水环境的最有效措施。除了普通大型污水厂所采用的初级及二级处理外，Blue plains 污水处理厂还采取了许多其他措施以保障当地水环境健康，例如：硝化和反硝化、多种触媒过滤等。目前，该厂平均处理水量为3.84亿加仑/天，其处理峰值可达10亿加仑/天，服务人口超过200万人，服务范围超过725平方英里。
图1 污水处理厂服务范围
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进化历史
此污水处理厂始建于1937年，通过多次的升级改造，以达到增加处理环节及处理量，并更新处理技术的目的。此设施随着环保和可持续能源项目持续扩展，目前用地范围达到153英亩。该厂的运行服务商DC WATER为了确保出水质量符合联邦、州和地方法规要求使用承包及现场实验的方法分析样品，其内部实验室每年进行超过10万次测试。
2015年，DC water 开始采用厌氧消化技术，将一半以上的有机物质从水处理过程转化为甲烷发电，使其成为蓝色平原的新能源。剩下的固体则被加工成符合A类标准的生物质固体，此类固体可以作为土壤改良剂用于花园和农场中。
环境保护是一项持续的承诺。DC WATER的工程师不断更新污水处理技术，并提供实施创新式的解决方案，保证其运用于具体工程实践中。目前，新的大规模环境计划正在进行，投资共计约40亿美元，主要用于增加营养物去除设施（降低处理水中的氮含量，使其＜5.0mg/L）。除此之外，主要是由于磷在一级和二级处理中的捕获，并使其储存在可应于于土壤改良的生物质固体中，这就使P这种有价值的营养物质重新回归土壤。
图2 污水厂演变过程
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处理过程
(1)筛捡和除砂
污水通过区域周围1,800英里的下水道和波托马克拦截器来到Blue plains 污水处理厂，这是一个从杜勒斯机场开始的大型污水渠，沿途连接了马里兰州和弗吉尼亚州郊区的污水。
污水从地下抽出，在厂内处理。一系列格栅装置剔除物体及一些大颗粒物质。砂砾室除去岩石和其他不可降解的颗粒。这些颗粒物质被装载到卡车中运往垃圾填埋场。污水流入下一个处理环节。
b)初沉池
初级处理是在锥形罐中进行，其中固体颗粒沉淀并落到底部，而污水则通过堰向外流出。机械撇渣器将轻质漂浮物如：脂肪，油和油脂（FOG）从顶部清除，随后送到往圾填埋场，初沉污泥经过处理后再利用。
c)二级反应器及沉淀池
二次处理是使用微生物处理有机物质（脂肪，糖，短链碳分子）的生物过程。在Blue plains 污水处理厂，采用活性污泥法实现二次处理。
为了使整个处理过程更加有效，微生物需要氧气和食物。Blue plains 污水处理厂通过曝气的方法提供氧气，污水本身含有的物质（有机物或碳）可为微生物提供食物。微生物通过消耗有机物或碳生长出更多的微生物。添加氧会使二次反应器中的污水起泡，并使微生物产生红褐色的活性外观。这是一个微妙的环境，需要长期不断的监测，以确保健康的微生物菌落。微生物在氧气充足的情况下吸收有机物，并氧化分解，形成二氧化碳和水，另一部分则供给自身增值繁衍，增值的微生物从二沉池排出，部分定居微生物，重新引入二级反应器，以维持这一进程。
d) 硝化及反硝化反应
在好氧条件下，通过亚硝酸盐菌和硝酸盐菌的作用，将氨氮氧化成亚硝酸盐氮和硝酸盐氮的过程。在缺氧条件下，由于兼性脱氮菌（反硝化菌）的作用，将NO2-和NO3-中的氮通过一系列中间产物还原成N2。通过以上反应，可以有效减少污水中的氮含量。
e)多媒介过滤消毒
经过上述处理后的水通过世界上最大的砂和无烟煤结合的污水过滤设施。在过滤器进水时，用次氯酸钠进行氯化消毒，在排水前使用硫酸氢钠除去残留的氯。最后经过处理的水的外观与我们日常饮用水相似。
f)污泥浓缩、脱水
初沉池中的污泥采用重力浓缩，二沉池及硝化/反硝化沉淀池里的污泥采用气浮浓缩。最终进入热水解环节的污泥含固率为18%。通过热水解后的污泥进行厌氧消化，产生的沼气通过汽轮机进行发电（产生蒸汽，为热水解提供蒸汽），最终的沼渣成为A级生物质固体，待利用。
图3 污水厂处理流程
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污泥利用
Blue plains 污水处理厂的污泥通过热水解+厌氧消化技术可以进行热电联产，其中上网电量可达10MW。DC WATER原本是当地最大的单体耗电用户，现在通过厌氧消化发电，使其耗电量削减三分之一。除此之外，此过程还可产生A级生物质固体（沼渣），其可使用范围及品质远远高于B级产品。通过此技术，Blue plains 污水处理厂在减少温室气体排放，减少厂区碳足迹方面表现出色。其中，A级生物质固体可被用于以下方面：
造林：提高林木产量提升品质
农业：为每英亩的土地提供价值300美元的碳和营养物质
复垦：恢复矿山的自然状态和提供野生动物栖息地
社区花园：为蔬菜、水果及草本植物提供营养元素
城市修复：与海绵城市结合，通过城市植物种植，减少地表径流
图4 污水厂污泥利用途径
文字采编 / 纪莎莎
编图排版 / 许云骅
校对审核 / 汪胜 唐建国
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