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市的费耶特维尔污水处理厂（WWTP）就是一个例子，该处理厂不仅仅是在降低成本的同时努力实现水质和出水目标。相反，它将言辞付诸行动。

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，采取了前瞻性的方式来运营工厂，并采取了多项旨在降低运营成本和提高效率的措施。其中一项措施是耗资500万元进行工厂升级，包括安装先进技术，包括:

• 监控和数据采集（SCADA）系统。
• 更新的曝气池具有发光溶解氧(LDO)探针。在工厂升级之前，还在曝气池使用的机械表面曝气器上安装了变速频率驱动器(VFDs)。
• 高效曝气鼓风机优化其沼气池储罐。
• 最先进的脱水系统，配有高效离心机和其他设备，旨在节省成本和更多。

	费耶特维尔污水处理厂主管德怀特·金斯。

工厂升级与渐进式管理战略相结合，使工厂能够消耗更少的能源，减少对外部承包商去除生物固体的依赖，从而每年节省约60000美元的运营成本。该工厂还可以在未来几十年内有效管理该地区的废水。

费耶特维尔公用事业公司（FPU）首席执行官兼总经理布里特·戴伊说：“作为一家公有污水处理厂，我们的工作是按照州和联邦法规提供优质水，同时降低成本。”。“这就是为什么我们总是采取积极主动的方式来投资未来和升级工厂。对我们来说，这一切都是为了向前迈进。”

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，是一座人口约7000人的城市。FPU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大约150万加仑的城市污水，其中有进水的按需生化需氧量₅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米高，但高峰日流量可超过5至6米高，需要两列沟车同时运行。该工厂持续生产高质量的废水与BOD₅平均值为5至8 mg/l。总悬浮固体（TSS）值平均为5-9 mg/l。

能源管理措施推出

自工厂成立以来，FPU和污水处理厂运营商一直在寻求降低工厂运营成本。然而，2011年，当EPA（第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计划（EMI）时，FPU加快了工厂的成本节约措施。从那时起，工厂就再也没有回头看。

电磁干扰过程包括能源评估，以及各种研讨会，以帮助工厂更有效和成本效益。该团队包括EPA R4、TDEC、田纳西州经济和社区发展部和田纳西州河谷管理局(TVA)。它还得到了孟菲斯大学土木工程系、田纳西大学市政技术咨询服务中心和北卡罗来纳大学环境金融中心的帮助。

TDEC的能源项目主管Ben Bolton说:“除了在环境管理方面实施持续的最佳实践外，FPU是一个充分重视测量和控制废水处理厂能源使用价值的公用事业公司。”“正是这种承诺使田纳西州成为一个吸引人的居住、工作和参观的地方。”

通过EMI过程，工厂发现了许多节省能源的机会。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。这样做可以让工厂节省相当大的能源成本。两年后，该工厂又向节能迈进了一大步，在正常情况下只运行两列氧化沟列车中的一列。

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。

氧化沟升级减少能源使用

该厂节能工作的一个重点是氧化沟。在核电站内，由重力输送的污水通过一个条形筛管进入主泵站，在那里经过精细的筛选过程，然后进入核电站的两个错层氧化沟。每个氧化沟(或曝气池)设计用于处理1,959360加仑的废水。

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。

沟槽采用机械表面曝气器，使混合液在进入内环之前，外环出水端保持1.0 ~ 3.0 mg/L的溶解氧。这些沟渠总共使用8个电动表面曝气器，包括4台25马力(hp)和4台50马力(hp)。

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。”

优化的有氧消化器增加能源节约

除了曝气池外，FPU还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2011年作为EMI工艺的一部分，FPU在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过程确定了该工厂的蒸煮池已经过度曝气。FPU随后选择减少鼓风机运行时间，允许它节省能源，同时也提供所需的适当水平的曝气。

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。

在计划升级时，FPU确定通过更新的曝气鼓风机来提供污泥中有机物代谢所需的氧气，同时满足BOD，可以实现更多的成本节约₅水平。因此，作为工厂升级的一部分，它用三台新的75马力正排量鼓风机替换了两台125马力的鼓风机。每台鼓风机的额定输出功率为1500 CFM，压力为6 psig。

在正常负荷条件下，工厂以50%至75%的容量运行蒸煮器。在36小时曝气期间，电厂操作员手动启动一台鼓风机，以提供两个消化池所需的所有曝气。曝气策略要求操作员在罕见的情况下启动第二台鼓风机，此时工厂已达到其日流量峰值，且两个消化池均满负荷运行。第三个鼓风机提供系统冗余。在非曝气期间，主鼓风机关闭。

“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，工厂为其持续的进步和工厂和FPU所有相关人员的努力感到自豪。

Jeans说：“保持工厂高效运行和管理成本是一项团队工作，包括工厂的每一个人，以及像Dana Pollock这样的管理人员，他们能够研究和收集自新技术在污水处理厂部署以来FPU所积累的成本节约信息。”。

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其好氧消化池和实现节能方面发挥了关键作用。

脱水系统节省成本，实现自给自足

除了通过使用升级的工厂控制、优化的氧化沟和消化池来提高效率外，FPU还采用了一种污泥脱水和去除生物固体的新方法。

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。

经过深入的分析，FPU选择建造一个新的设备脱水大楼，包括高速离心机，输送系统，混泥土机和储存仓。

离心机通过以每分钟55加仑（GPM）的速度处理湿污泥来启动该过程，这基本上将处理后的污泥转化为生物固体。然后将生物固体输送至泥磨机，泥磨机将窑灰与污泥混合，以稳定材料的碱性水平，并启动生化加热过程。然后将生物固体输送至储存区72小时，从而产生a级生物固体最终产品。

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。

所示为费耶特维尔污水处理厂脱水过程中使用的高速离心机。

“当脱水联系人的最低出价从491美元升至每吨914美元时，我们需要找到一种更具成本效益的方法来管理这部分工厂，”Jeans说。“新的脱水系统就是答案，尽管它抵消了我们的一些节能，但它每年在脱水成本上节省了80000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用事业公司提供。

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