在这座污水厂面前，世界最大污水厂都是弟弟......

tmz1326 2020-05-27

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作者｜零COD

美国的密尔沃基污水厂是美国最早的大型活性污泥污水处理厂，可以说它的成功运行引领了美国其他许多城市的污水处理，比如世界第一、第二大的污水厂斯蒂克尼和鹿岛污水厂，在这座污水厂面前，都得叫声大哥。

这座污水厂虽然现在已经不是最大的活性污泥污水厂了，但它的活性污泥工艺堪称经典。

同时，密尔沃基污水厂在污泥制肥方面也是世界污水厂学习的典范。

所以，今天我就来给大家讲讲这座世界污水厂中的老大哥——美国密尔沃基污水厂。

结合刚刚说的几个这座水厂的特点，我提了三个问题，文章也将围绕这些问题展开：

1. 作为美国最早的活性污泥污水厂，密尔沃基的处理工艺和效果如何？(含视频讲解)

2. 什么是深隧项目？它是如何工作的？为何密尔沃基的深隧如此成功？（含视频讲解）

3. 密尔沃基是如何利用污泥制肥，从而获得每年超1000万美元的收入的？

密尔沃基的处理工艺和效果如何？

密尔沃基污水厂由MMSD（Milwaukee Metropolitan SewerageDistrict：密尔沃基大都市污水处理区，当地政府机构）运营，为密尔沃基地区的28个社区的约110万人提供水回收和洪水管理服务。

密尔沃基污水厂服务区域

最早的活性污泥污水厂

密尔沃基其实包括两座废水处理设施：琼斯岛水再生设施和南岸水回收设施，两座污水处理设施的合并峰值处理能力可达到240万吨/日。

“美国最早的大型活性污泥污水厂”其实说的是位于琼斯岛的琼斯岛水再生设施。

1925年之前，来自密尔沃基市及其郊区（当时的人口500,000）的污水和工业废物被排放到密尔沃基，梅诺莫尼和金尼克宁河中，这些河在密尔沃基汇聚，并通过一个出口汇入密歇根湖。

流经城市中心的污染几乎使人们难以忍受（霍乱和伤寒爆发）。尽管最后想出的办法是将干净的密歇根湖水通过两个隧道抽提至密尔沃基和尼克河中，但公共健康问题仍未得到解决。

1913年，该市成立了污水处理委员会，以建设和发展截污系统和污水处理设施。

经过大量的试验和测试，该委员会选择了当时新的活性污泥-微生物技术，将有机物质转化为碳，氢和氧等简单元素的首选处理方法。

琼斯岛水再生设施（1925年）

琼斯岛水再生设施建成之初的日处理规模33万吨，后来扩建至78万吨/日。

处理工艺包括格栅、沉砂池、曝气池、二沉池、消毒及污泥脱水。

剩余污泥的有机物含量约75%，含氮量高，并包含一些磷元素，污泥脱水后可转化成肥料，称为“密尔沃基有机氮肥”。

处理后的出水通过海港入口的4个虹吸管处排放，管道位于水位线以下23米。

琼斯岛水再生设施（2020）

而位于奥克里克市南岸水回收设施于1968年开始运营，日处理量约为120万吨。

与琼斯岛水再生设施相比，南岸水回收设施多了个厌氧消化池和热电联产厂，能够将有机物质转化为甲烷气体，并在该设施中产生能量（收集气体并燃烧产生电能）。

南岸水回收设施

污水处理工艺

看到这里，我知道大家可能有些累了，于是我贴心的给大家准备了一段2分钟的视频版工艺讲解，让我们来一起看看密尔沃基这套经典的活性污泥处理工艺吧！（PS.如果不方便观看视频的可以看我后面的文字讲解。）

其实密尔沃基污水厂的处理工艺非常简单，污水首先经过一级处理设施，包括格栅和初沉池；接着进入二级生物处理设施，通过活性污泥去除水中的有机物；最后经消毒处理后排放至自然水体中。

如果需要进一步脱氮处理，污水将被送至南岸污水厂的厌氧设施进行处理，产生的沼气将用于热电联产，为污水厂提供电能和热能。

密尔沃基污水处理的4步工艺

1. 格栅：去除大小物体，例如生活垃圾、沙子和碎石。

2.初步澄清：油脂和油浮到大型沉降池的顶部，固体沉入底部并收集。

初沉池

3.生物处理：利用活性污泥微生物分解有机物质。

生物处理

4.消毒：致病生物被化学物质杀死，然后被中和。干净的水返回密歇根湖。

处理效果

说了这么多，水友们也一定很好奇密尔沃基污水厂的处理效果吧。

其实想想也知道，它的处理效果显然是成功的，不然也不会有那么多污水厂都模仿它而建立了。

下表为美国威斯康星州污染物排放消除系统许可证限制的污水排放标准，密尔沃基污水厂的出水就是满足以下标准的。

密尔沃基污水厂排放标准

看完密尔沃基污水厂的排放标准，很多水友又要长叹一口气了：为什么他们的氨氮排放限制这么高！

确实，相较于我国的地表水Ⅴ类，他们的氨氮标准要高的多，但这与当地的地理和气候条件有关。

美国的环境标准细致到每条河流，每个污水厂的排放标准都太一样，就比如我们之前介绍过的蓝色平原污水厂，出水总氮就能达到3 mg/L。

而密尔沃基的年降雨量能达到740毫米，也就是说排放的污水很快就能被雨水稀释了。

这也是为什么有的排放标准只针对特定的月份进行限制的原因（暴雨季节由于溢流设施根本不需要限制）。

暴雨溢流控制系统

所以，我国南方的一些高降雨量的城市，比如云南、广东、广西等，比起控制氮排放量，更重要的是做好暴雨控制工作，这也是我接下来要说的内容——密尔沃基的深隧项目。

什么是深隧项目？

试想一下，当暴雨发生的时候，你最怕发生什么？显然，我们害怕过多的雨水进入下水道，而下水道无法承受，从而造成污水倒流到地面，甚至造成洪水，淹到我们的房子和汽车，也会给周围水环境造成污染。

而防止污水倒流的唯一的防护措施就是是溢流，通过管道将多余的水输送到最近的河流或湖泊。

深隧就是在地下深处挖掘隧道，将下水道的溢流储存，直到污水厂可以对其进行处理，然后再将污水输送到污水厂。

密尔沃基污水厂的深层隧道内部

深隧是如何工作的？

没错，我又为大家准备了一个2分钟的小视频，帮助大家直观地看看密尔沃基的深随是如何工作的？

（视频制作于2014年，最新参数以下文为准）

密尔沃基的深邃始建于1994年，至今已阻止了超过4.73亿吨的污染物进入密歇根湖，帮助清除进入区域下水道系统的所有雨水和废水的98.4％。

密尔沃基污水厂下水道系统构造

从上图中我们可以看到，深隧的大部分建在地下约90m的基岩中。

通常，来自家庭的污水通过排水渠与其他污水（工业污水、雨水等）一同进入MMSD下水道，通往密尔沃基污水厂。

但当暴雨季节来临时，下水道无法承担暴增的水量。于是，过量的水通过溢流设施（地面和下水道双入口）进入深隧中进行储存，等到污水厂有能力处理这些污水时，再将其送至污水厂。

密尔沃基污水厂的深隧相关参数

深隧防溢流效果

密尔沃基污水厂的深隧防溢流数据

从图中我们可以看到，自1994年深隧投入使用后，溢流量就减少到了176百万加仑（约66万吨）。

近十年，随着对深隧相关设施的建造和升级，溢流量也逐渐趋于稳定。

当然，想要完全控制暴雨造成的污水溢流，我们还有很长的路要走。

污泥制肥

密尔沃基污水厂自从1926年起就在当地研发并市场化了一种污水处理工艺，可以将城市区域内收集到的污水（尤其是酿酒厂排放的污水）转化为生物固体肥料。

Milorganite有机氮肥

什么是Milorganite？

Milorganite是美国市场上最古老的品牌肥料之一，它是一种多功能的缓释氮肥，可以安全地用于草坪，花卉，蔬菜和树木上，并可以在播种草籽时用作载体。

它由密尔沃基污水厂制造，将已消化废水中有机微生物热干燥小颗粒构成生物肥料。

Milorganite如何制成？

废水进入琼斯水回收设施，首先清除所有固体物质，如沙子，塑料和碎屑。

接着，微生物被添加到水中（活化过程），氧气在水中鼓泡，从而为微生物创造了理想的消化营养环境。

将絮凝剂添加到水中，使微生物凝聚在一起，并沉降到沉淀池中未搅动的水的底部。

一切解决后，将干净的水送回密歇根湖，然后将微生物团块进行脱水和干燥。

污泥压滤机

首先使用皮带压滤机将水分从团块中挤出，产生的污泥类似于湿纸板的样子（也有点像巧克力块儿

）。

压滤后的污泥

随后，半固体物料移至高温回转干燥机，将污泥加热到185℃（内部温度），去除更多的水分并杀死病原体。

污泥干化设备

冷却后的颗粒状的物质就是Milorganite肥料，它被火车或卡车运送到临近的密尔沃基港，装入容量不等的袋子，运送给商业和零售客户。

正如密尔沃基大区污水管理局执行董事Kevin Shafer说的：“其它城市也在生产类似的肥料。但由于来自啤酒厂污水的良好BOD含量（生物需氧量），使我们的品质更高。

密尔沃基有机氮Milorganite?的吸引力在于：它来自于自然资源，因此它比开采的磷生产的合成肥料溶解得更慢，而且能更有效地渗入地下。”

有机氮肥的收益

Milorganite有机氮肥

利用污泥制肥工艺，2017年密尔沃基有机氮年产约48000吨，销售收入超1000万美元。

不仅如此，密尔沃基大区污水管理局提出了一项建议，即通过利用沼气来减少琼斯岛污水处理设备的能源消耗。

沼气来自27公里以外的垃圾填埋场。在那里，垃圾通过厌氧消化产生的甲烷会被管道回收、输送至污水处理厂。

该项目已于2017年完工，运行期间已使污水处理设备的天然气消耗量减少了一半，平均每年节省150万大卡热量。

此外，一个新的沼气厂即将开工，届时沼气供电在污水处理设备用电中的占比将提高至85%。

总结

最后，我们回到文章开头的三个问题：

作为美国最早的活性污泥污水厂，密尔沃基的处理工艺和效果如何？

密尔沃基污水厂采用活性污泥二级处理工艺，出水BOD530mg/L，氨氮27mg/L，总磷0.66mg/L。虽然这出水数据放在我国可能离达标还有一段距离，但它确实是符合WPDES排放许可的。

但话说回来，作为一座美国最早的活性污泥污水厂，密尔沃基的意义可能不仅仅是单纯的污水处理，更多的在于其示范效应。就连世界最大污水厂斯蒂克尼污水厂，也可以说是它的翻版，更不必说它在学术界的贡献了，自建成后密尔沃基就一直设有专门的实验室供学者试验。