当传统的生物去除过程受到挑战时，位于肯德基州，列克星敦的West Hickman Creek 污水处理厂却取得了成功。利用最少的改建投资成本，该污水厂将其初沉池改建成生物磷去除池（BPR），并将其两级硝化系统改建成单级硝化系统。该污水厂创新、灵活的设计，再加上对一些关键的参数进行在线监测，其中包括连续监测二沉池中的污泥界面，使得该污水厂的处理能力有了很大的提高，同时减少了曝气能量的消耗，消除了化学物质的消耗并提高了好氧硝化的速率。污水厂主管TimBullock 说：“我们控制沉淀池出水中的硝酸盐和磷的含量，我们会将其降低到一定限值。”
厌氧和好氧区的设计流程
West Hickman Creek 污水处理厂的进水成分相对比较稳定，主要是市政污水。该污水厂自从1972 年开始运行以来，已经经历了一系列的扩建工程。而且，由于居住区与污水处理厂之间的隔离缓冲带基本上已经消失了，所以臭味又成了一个主要问题。最后，改建工程提出磷的排放限值应符合NPDES 标准。这种经济有效的单级活性污泥系统解决方法是由RR 咨询公司的总裁Doug Ralston 设计的，该公司位于列克星敦，是一家专门从事水和废水设计施工的工程公司。他设想将该污水处理厂内的微生物机体循环利用，使其依次进入厌氧区和好氧区，从而在初始的厌氧区充分利用有机基质。在好氧区充分吸收磷酸盐，最终将磷去除。
HACH 公司的在线污泥界面监测仪有图形显示功能，可帮助污水处理厂的工作人员有效控制污泥量，并将二沉池出水中的磷降到最低。传感器安装在一个三角架上，便于恢复。
初始发酵
Ralston 预计如果能取消初沉池，他就可以将现有的初沉池改造成BPR 单元。在进水处安装新的链条压缩格栅，并将厌氧消解池改造成好氧的污泥停留池。经证实这种方法既可取消初沉池，又可以解决臭味的问题。一项在发酵后使用呼吸设备测定氧的吸收速率的试验性研究表明，使用BPR 方法时，现存的8 个初沉池已经完全能满足要求了。将初沉池改造成发酵区的直接经济的方法包括：去除现有的所有初沉池设备，增加浸没式混合单元。这些混合装置能维持水厂进水混合液和回流活性污泥中的悬浮固体浓度。
效果好、效率高、灵活
污水厂意识到传统的BPR系统的好处，其中包括对丝状菌的抑制、有助于絮状体的生成，从而可以提高后续沉淀和澄清处理的效率。BPR 过程也减少了去除磷所需的化学物质的使用，无需对碱度进行调整。同时使用BPR 和生物脱氮可以进一步提高处理效率。去除厌氧区的一些可溶性有机基质可以提高后续的好氧区的硝化效率。出水中的总磷浓度通常低于0.8mg/L,符合国家2002 年制定的排放限值。氨氮的平均值低于0.2mg/L。通过关闭一台500 马力的风机可以有效降低水厂的能耗。根据Ralston 讲，操作人员根据环境变化调节污水处理系统对于整个处理过程的成败而言是非常关键的。他们依靠能提供连续读数的分析仪监测硝氮、氨氮和磷，从而控制脱磷所需的化学沉淀剂的添加量。进入两个发酵池的扩大的入口使得操作人员在水厂的正常流量情况下可以关闭其中一个入口。在BPR 前面的流量转换装置可以保护第一曝气区免受高负荷冲击。West Hickman Creek 污水处理厂的发酵区是由初沉池改造的，容积为144.8 万加仑。当活性污泥回流量为40％时，水力停留时间为44 分钟。
在线污泥界面监测节省时间和生物磷去除
据Bullock 讲，另外一个关键的控制因素是二沉池中的污泥界面。合适的污泥界面厚度可以防止污泥腐烂，避免磷释放到上清液和出水中，与生物除磷效果相关。为了确保污泥界面的厚度在1.5～2.5 英尺之间，操作人员需使用传统的“污泥检测”方法，每四小时测量一次污泥界面的厚度，多雨季节需要每2 小时测一次。当沉淀池的总面积大于90000 平方英尺时，人工测量污泥界面就需要花费大量的时间了。Bullock 发现了一个现成的解决方法，即HACH公司的在线污泥界面监测仪，它可以将操作人员从重复性的手动测量工作中解放出来，并可以改善污泥界面的监测。大约在2002 年年底，我们在四个二沉池中安装了四台污泥界面在线监测仪，我只需要对它们进行正确的设置，它们就可以工作了。传感器安装在接近池顶的地方，利用超声波检测技术测量污泥界面顶部或底部的位置。这种术可以避免传感器与污泥接触。设置的传感器刷可以连续清洁传感器检测器窗口，消除由于气泡和污染物引起的干扰，因此操作人员几乎不需要对该仪器进行维护即可获得准确的读数。Bullock 说，自从我们安装了这几台在线分析仪之后，除了读数之外，我们几乎就没有其它的工作了。水厂的操作人员每天需对监测仪的读数检查12 次。监测仪的图形显示功能使操作人员能一目了然地了解到是否需要对监测仪进行重新调整，以控制沉淀池出水中磷和硝酸盐的浓度。在解决问题时，我们非常喜欢该仪器提供的趋势图。他进一步解释说，传感器的灵敏度可以根据具体的环境进行设置：“当由于降雨引起污泥界面结构发生变化时，传感器就不会在我们选定的范围内读数。然而，与其它可供选择的方法相比，这种情况也很容易对付。在遇到这种情况时，我们无需调节传感器的灵敏度，操作人员只需进行间歇的手工测量即可。”
Ralston 和Bullock 都赞同West Hickman Creek污水处理厂的BPR 过程成功的关键在于使用了在线污泥界面监测仪。Bullock 说：“自从我们使用该系统以来，磷的排放从来没有超出过1mg/L 的限值，我们把这都归功于在线污泥界面监测仪。”
下一步的计划
Bullock认为进一步的优化就是在污水厂集成一套自动化控制系统能够接收污泥界面传感器输出的信号。到那时，操作人员可以根据从传感器接收到的测量结果手动调节澄清过程。“由于预算控制严格，目前我们只能做到这种程度。”Bullock 说。“随着我们的解决方案逐渐得到认可，我们准备再增加几台HACH 的在线污泥界面监测仪，其中一台用在重力浓缩池。”West Hickman Creek 污水处理厂是最早应用单级硝化过程的污水处理厂之一，运行四年之后，仍然很成功。
