费耶特维尔污水处理厂降低运营成本，提高效率

田纳西州费耶特维尔的费耶特维尔污水处理厂(WWTP)就是一个例子，它不仅仅是在降低成本的同时，努力实现水质和污水排放目标。相反，它把语言变成了行动。

田纳西州的费耶特维尔污水处理厂每天处理大约150万加仑(MGD)的城市废水。

在费耶特维尔污水处理厂，采取了前瞻性的工厂运营方法和多项旨在降低运营成本和提高效率的举措。其中一项举措是耗资500万美元的工厂升级，包括安装先进技术，包括：

• 监控和数据采集(SCADA)系统。
• 采用发光溶解氧（LDO）探头的更新曝气池。在电厂升级之前，它还在曝气池上使用的机械表面曝气器上安装了变速变频驱动器（VFD）。
• 高效曝气鼓风机优化其沼气池储罐。
• 最先进的脱水系统，配备高效离心机和其他设备，旨在节约成本和更多成本。

	费耶特维尔污水处理厂主管德怀特·金斯。

该工厂的升级，结合先进的管理策略，使工厂消耗更少的能源，减少对外部承包商去除生物固体的依赖，导致每年总运营节省约6万美元。该工厂还将在未来几十年有效地管理该地区的废水。

费耶特维尔公共事业公司(FPU)首席执行官兼总经理布里特·戴伊说:“作为一家国有废水处理厂，我们的工作是提供符合州和联邦法规的优质水，同时降低成本。”“这就是为什么我们总是采取积极的方式投资未来和升级我们的工厂。对我们来说，一切都是为了前进。”

氧化沟工艺

费耶特维尔位于田纳西州纳什维尔以南约90英里处，是一个人口约7000人的城市。FPU负责管理工厂和城市供水服务。

费耶特维尔污水处理厂每天处理约150万加仑（MGD）的城市污水，进水BOD₅大约225毫克/升该厂采用氧化沟工艺，采用两列平行沟列，平均日流量为3.35 MGD，峰值日流量为7.7 MGD。氧化沟是一种改良的活性污泥生物处理工艺，利用较长的固体滞留时间(SRTs)来去除可生物降解的有机物。

最终的污水按月平均国家污染排放消除系统(NPDES)的cod排放限值排放到麋鹿河₅以及30毫克/升的悬浮物。美国环境保护署(EPA)确定了NPDES的限制。

自2009年年中以来，平均日流量约为1.5 MGD，但峰值日流量可能超过5至6 MGD，需要运行两条沟渠列车。该工厂持续产生具有BOD的高质量废水₅值平均5至8毫克/升。总悬浮固体(TSS)值平均为5-9毫克/升。

能源管理措施推出

自工厂成立以来，FPU和WWTP运营商一直在寻求降低工厂运营成本。然而，在2011年，当美国环保署(4区-亚特兰大)和田纳西州环境与保护部(TDEC)组建了一个团队来实施能源管理倡议(EMI)时，FPU加快了工厂的成本节约措施。从那以后，这家工厂再也没有回头。

EMI过程包括能源评估，以及各种车间，以帮助工厂更高效、更经济地运行。该团队包括EPA R4、TDEC、田纳西州经济和社区发展部以及田纳西河谷管理局（TVA）。它还包括孟菲斯大学土木工程系、田纳西大学市政技术咨询服务和北卡罗来那大学环境金融中心的帮助。

TDEC能源项目管理员Ben Bolton说：“FPU是一个充分认识到测量和控制废水处理厂能源使用价值的公用事业公司的例子，此外，它还实施了环境管理方面的持续最佳实践。”。“正是这种承诺使田纳西州成为一个有吸引力的居住、工作和参观的地方。”

通过EMI过程，电厂发现了许多节约能源的机会。其中一项措施包括决定减少好氧消化器所用鼓风机的运行时间。这样做可以使工厂节省大量的能源成本。两年后，该厂又朝着节能方向迈出了一大步，在正常条件下只运行了两列氧化沟中的一列。

然而，FPU继续看到了更多节省成本的机会。因此，它利用国家循环基金提供的资金，推进了一个500万美元的工厂升级项目，进一步提高工厂效率。该项目还将允许工厂遵守更严格的EPA废水排放限制。

氧化沟升级可减少能源使用

该厂节能工作的一个重点是氧化沟。在电厂，重力进水通过一个条形滤网进入主泵站，然后通过一个细筛流程泵送至电厂的两个分层氧化沟。每个氧化沟（或曝气池）设计用于处理1959360加仑废水。

氧化沟采用同心环路设计，由内环和外环组成，并有专门的区域用于特定的处理过程。该过程还包括使用二级澄清器从混合液中分离活性污泥生物固体。

沟渠使用机械表面曝气器，在进入内环之前，在外环出水端的混合液中保持1.0至3.0 mg/L的溶解氧。这些沟渠总共使用八台电动表面曝气机，包括四台25马力（hp）机组和四台50马力机组。

为了节约能源，工厂在氧化沟中安装了LDO探头，以监测溶解氧(DO)水平，并将数据传输到工厂的新SCADA系统。此外，还在表面曝气器中添加了vfd。今天，工厂不再一直运行所有的表面曝气器。相反，SCADA系统会根据设定的DO设定值自动启动和停止所需的适当数量的单元。

费耶特维尔污水处理厂的错层氧化沟采用vfd控制的表面曝气器，以节省能源并确保适当的曝气。

费耶特维尔污水处理厂主管Dwight Jeans说:“LDO探测器和在表面曝气器上使用vfd是完全合理的。”“现在，我们不会把它们完全打开，让它们过度充气。相反，我们的表面曝气器只使用维持DO水平所需的特定能量，从而大幅节省能源。”

优化的好氧消化池提高了节能效果

除了其曝气池，FPU选择优化工厂的好氧消化池操作，以进一步降低能源成本，尽管作为EMI过程的一部分，它在2011年的消化池节能方面取得了良好的开端。

在该工厂，废水活性污泥(WAS)从澄清池流入两个好氧消化池，每个消化池可处理296,000加仑的污泥。每个罐都配有粗气泡空气扩散器，以帮助曝气过程。

EPA和TDEC领导的EMI流程确定该工厂的消化池过度充气。FPU随后选择减少鼓风机的运行时间，使其能够节省能源，同时提供所需的适当通风水平。

图中是费耶特维尔污水处理厂使用的两个有氧消化器之一。

在规划升级时，FPU确定其可以通过更新曝气鼓风机实现更多成本节约，用于提供污泥中有机化合物代谢所需的氧气，同时满足BOD要求₅的水平。因此，它取代了它的两个125马力鼓风机与三个，新的75马力积极置换鼓风机作为其工厂升级的一部分。每个风机额定在6psig下提供1500 CFM。

在正常负荷条件下，工厂以50%到75%的容量运行消化器。在36小时曝气期间，工厂操作人员手动启动一台鼓风机，为两个蒸煮器提供所需的曝气。曝气策略要求操作人员在罕见的情况下启动第二个鼓风机，即当工厂达到日流量峰值，两个消化池都已满负荷运转。第三个鼓风机提供系统冗余。一次鼓风机在无曝气期间关闭。

“仅仅其中一个新的鼓风机所做的工作相当于两个旧鼓风机加起来的工作量，但它使用更少的马力和能耗。如今，我们在沼气池曝气过程中投入的能量并不比需要的多，我们有可靠的鼓风机，使我们能够达到水质目标，”Jeans说。

Jeans说，该工厂为其持续的进步以及工厂和FPU所有相关人员的努力感到自豪。

“保持植物的有效运行和管理成本是一个团队的努力,其中包括每个人都在工厂,达纳·波洛克等人在政府能够学习和收集信息的成本节约,积累了FPU自WWTP新技术的部署,“牛仔裤说。

最近安装的曝气鼓风机在帮助费耶特维尔污水处理厂优化好氧消化池和实现节能方面发挥了关键作用。

脱水系统节约成本，自给自足

除了通过使用升级的装置控制、优化的氧化沟和沼气池来提高效率外，FPU还采用了一种新的污泥脱水和生物固体去除方法。

在工厂曝气后，消化池污泥进入操作的脱水阶段。在过去，FPU依靠当地的承包商脱水污泥和拖走生物固体。然而，随着服务成本的持续上升，最终FPU决定探索各种方法，消除对外部承包商脱水和生物固体去除的依赖。

经过深入分析，FPU选择使用新设备建造脱水大楼，包括高速离心机、输送系统、泥磨机搅拌机和储存筒仓。

离心机以每分钟55加仑(GPM)的速度处理湿污泥，从而将处理过的污泥转化为生物固体。然后，生物固体被输送到混泥厂，混泥厂将窑灰与污泥混合，以稳定物料的碱性水平，并启动生化加热过程。然后，这些生物固体被输送到存储区域，在72小时的时间内，最终形成a类生物固体产品。

总的来说，该工厂每年生产250吨甲级生物固体。当地农民和社区其他人可以利用这些生物固体作为肥料。

图中为费耶特维尔污水处理厂脱水过程中使用的高速离心机。

“当脱水接触的最低出价从每吨491美元攀升到914美元时，我们需要找到一个更具有成本效益的方法来管理工厂的这一部分，”Jeans说。“新的脱水系统解决了这个问题，尽管它抵消了我们节省的一些能源，但它每年在脱水成本上节省了8万美元。”

着眼于持续的效率

自2017年工厂升级完成以来，由于先进的节能技术和FPU决定生产供整个社区使用的a级生物固体，该工厂节省了估计6万美元的运营成本。

Dye表示，该工厂的成本节约措施是前瞻性方法和持续改进承诺的结果。他举例说，污水处理厂正在制定计划，在电力公司非高峰时段运行脱水过程，以节省能源。

“我们很久以前就决定要成为废水处理领域的领导者，”戴伊说。”由于EPA的帮助下,TDEC和其他组织在社区里,以及我们知识渊博的员工,我们已经能够做出实质性的改进,不仅节省能源和帮助我们降低成本,但也加强植物保护环境未来几十年的能力。”

所有照片由费耶特维尔公共事业公司提供。

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