當傳統的生物去除過程受到挑戰時，位于肯德基州，列克星敦的West Hickman Creek 污水處理廠卻取得了成功。利用最少的改建投資成本，該污水廠將其初沉池改建成生物磷去除池（BPR），并將其兩級硝化系統改建成單級硝化系統。該污水廠創新、靈活的設計，再加上對一些關鍵的參數進行在線監測，其中包括連續監測二沉池中的污泥界面，使得該污水廠的處理能力有了很大的提高，同時減少了曝氣能量的消耗，消除了化學物質的消耗并提高了好氧硝化的速率。污水廠主管TimBullock 說：“我們控制沉淀池出水中的硝酸鹽和磷的含量，我們會將其降低到一定限值。”
厭氧和好氧區的設計流程
West Hickman Creek 污水處理廠的進水成分相對比較穩定，主要是市政污水。該污水廠自從1972 年開始運行以來，已經經歷了一系列的擴建工程。而且，由于居住區與污水處理廠之間的隔離緩沖帶基本上已經消失了，所以臭味又成了一個主要問題。最后，改建工程提出磷的排放限值應符合NPDES 標準。這種經濟有效的單級活性污泥系統解決方法是由RR 咨詢公司的總裁Doug Ralston 設計的，該公司位于列克星敦，是一家專門從事水和廢水設計施工的工程公司。他設想將該污水處理廠內的微生物機體循環利用，使其依次進入厭氧區和好氧區，從而在初始的厭氧區充分利用有機基質。在好氧區充分吸收磷酸鹽，最終將磷去除。
HACH 公司的在線污泥界面監測儀有圖形顯示功能，可幫助污水處理廠的工作人員有效控制污泥量，并將二沉池出水中的磷降到最低。傳感器安裝在一個三角架上，便于恢復。
初始發酵
Ralston 預計如果能取消初沉池，他就可以將現有的初沉池改造成BPR 單元。在進水處安裝新的鏈條壓縮格柵，并將厭氧消解池改造成好氧的污泥停留池。經證實這種方法既可取消初沉池，又可以解決臭味的問題。一項在發酵后使用呼吸設備測定氧的吸收速率的試驗性研究表明，使用BPR 方法時，現存的8 個初沉池已經完全能滿足要求了。將初沉池改造成發酵區的直接經濟的方法包括：去除現有的所有初沉池設備，增加浸沒式混合單元。這些混合裝置能維持水廠進水混合液和回流活性污泥中的懸浮固體濃度。
效果好、效率高、靈活
污水廠意識到傳統的BPR系統的好處，其中包括對絲狀菌的抑制、有助于絮狀體的生成，從而可以提高后續沉淀和澄清處理的效率。BPR 過程也減少了去除磷所需的化學物質的使用，無需對堿度進行調整。同時使用BPR 和生物脫氮可以進一步提高處理效率。去除厭氧區的一些可溶性有機基質可以提高后續的好氧區的硝化效率。出水中的總磷濃度通常低于0.8mg/L,符合國家2002 年制定的排放限值。氨氮的平均值低于0.2mg/L。通過關閉一臺500 馬力的風機可以有效降低水廠的能耗。根據Ralston 講，操作人員根據環境變化調節污水處理系統對于整個處理過程的成敗而言是非常關鍵的。他們依靠能提供連續讀數的分析儀監測硝氮、氨氮和磷，從而控制脫磷所需的化學沉淀劑的添加量。進入兩個發酵池的擴大的入口使得操作人員在水廠的正常流量情況下可以關閉其中一個入口。在BPR 前面的流量轉換裝置可以保護第一曝氣區免受高負荷沖擊。West Hickman Creek 污水處理廠的發酵區是由初沉池改造的，容積為144.8 萬加侖。當活性污泥回流量為40％時，水力停留時間為44 分鐘。
在線污泥界面監測節省時間和生物磷去除
據Bullock 講，另外一個關鍵的控制因素是二沉池中的污泥界面。合適的污泥界面厚度可以防止污泥腐爛，避免磷釋放到上清液和出水中，與生物除磷效果相關。為了確保污泥界面的厚度在1.5～2.5 英尺之間，操作人員需使用傳統的“污泥檢測”方法，每四小時測量一次污泥界面的厚度，多雨季節需要每2 小時測一次。當沉淀池的總面積大于90000 平方英尺時，人工測量污泥界面就需要花費大量的時間了。Bullock 發現了一個現成的解決方法，即HACH公司的在線污泥界面監測儀，它可以將操作人員從重復性的手動測量工作中解放出來，并可以改善污泥界面的監測。大約在2002 年年底，我們在四個二沉池中安裝了四臺污泥界面在線監測儀，我只需要對它們進行正確的設置，它們就可以工作了。傳感器安裝在接近池頂的地方，利用超聲波檢測技術測量污泥界面頂部或底部的位置。這種術可以避免傳感器與污泥接觸。設置的傳感器刷可以連續清潔傳感器檢測器窗口，消除由于氣泡和污染物引起的干擾，因此操作人員幾乎不需要對該儀器進行維護即可獲得準確的讀數。Bullock 說，自從我們安裝了這幾臺在線分析儀之后，除了讀數之外，我們幾乎就沒有其它的工作了。水廠的操作人員每天需對監測儀的讀數檢查12 次。監測儀的圖形顯示功能使操作人員能一目了然地了解到是否需要對監測儀進行重新調整，以控制沉淀池出水中磷和硝酸鹽的濃度。在解決問題時，我們非常喜歡該儀器提供的趨勢圖。他進一步解釋說，傳感器的靈敏度可以根據具體的環境進行設置：“當由于降雨引起污泥界面結構發生變化時，傳感器就不會在我們選定的范圍內讀數。然而，與其它可供選擇的方法相比，這種情況也很容易對付。在遇到這種情況時，我們無需調節傳感器的靈敏度，操作人員只需進行間歇的手工測量即可。”
Ralston 和Bullock 都贊同West Hickman Creek污水處理廠的BPR 過程成功的關鍵在于使用了在線污泥界面監測儀。Bullock 說：“自從我們使用該系統以來，磷的排放從來沒有超出過1mg/L 的限值，我們把這都歸功于在線污泥界面監測儀。”
下一步的計劃
Bullock認為進一步的優化就是在污水廠集成一套自動化控制系統能夠接收污泥界面傳感器輸出的信號。到那時，操作人員可以根據從傳感器接收到的測量結果手動調節澄清過程。“由于預算控制嚴格，目前我們只能做到這種程度。”Bullock 說。“隨著我們的解決方案逐漸得到認可，我們準備再增加幾臺HACH 的在線污泥界面監測儀，其中一臺用在重力濃縮池。”West Hickman Creek 污水處理廠是最早應用單級硝化過程的污水處理廠之一，運行四年之后，仍然很成功。
