美國的城市衛(wèi)生治理起源于18世紀(jì)，從對街道垃圾傾倒的治理發(fā)展到19世紀(jì)中葉至20世紀(jì)初的廢水收集時代，但這個時期還極少有廢水處理的理念。直到20世紀(jì)中葉，隨著美國《清潔水法案(theClean Water Act)》的頒布，人們開始系統(tǒng)關(guān)注廢水處理，并先后提出了二級處理和深度處理的理念。根據(jù)《英國醫(yī)學(xué)雜志(the British Medical Journal)》最近對11341名讀者進(jìn)行的民意調(diào)查，統(tǒng)計出“廢水收集”和“廢水處理”是過去兩個世紀(jì)以來人類社會中最重要的公共衛(wèi)生事業(yè)。

同樣，負(fù)責(zé)這一公共事業(yè)的管理機構(gòu)也在隨之進(jìn)行角色轉(zhuǎn)換。早年，污水處理公司幾乎都是私人所有并經(jīng)營，隨著各國政府逐漸意識到現(xiàn)代衛(wèi)生設(shè)施是保證人口健康和經(jīng)濟增長的關(guān)鍵之一，從而政府開始紛紛介入對污水收集的管控。美國的城市公共工程部門逐漸出現(xiàn)分支，并演變?yōu)?a target="_blank" title="城市污水新聞專題">城市污水管理部門。在“清潔水法案”頒布的最初幾十年里，由于治理難度的增加和財政復(fù)雜性的提升，許多城市污水管理機構(gòu)正式過渡為國有，這些合并后的機構(gòu)通常規(guī)模較大、地域性強、獨立性強、管理職能廣泛。由于公用事業(yè)領(lǐng)導(dǎo)力的多元化，這些機構(gòu)內(nèi)甚至擁有律師、經(jīng)濟學(xué)家、科學(xué)家、管理專家和工程師等多種類專業(yè)人員。

今天，美國的城市污水管理機構(gòu)是世界上最先進(jìn)和最有效的公用事業(yè)機構(gòu)之一。他們?yōu)槊绹?0%以上的人口提供服務(wù)，其管理范圍影響美國幾乎所有的河流、湖泊、水域，他們管理著超過5000億美元的凈資產(chǎn)，每年融資約250億美元，每年管理的合并預(yù)算超過550億美元。根據(jù)美國環(huán)保局和各州的分析，經(jīng)過污水處理，可以去除90%以上的有機物，大約55%的營養(yǎng)物和幾乎所有的有害細(xì)菌。

回望美國污水管理機構(gòu)走過的150年，變革的挑戰(zhàn)從未停止。2013年，全國清潔水協(xié)會(NACWA)、水環(huán)境與回用基金會(WERF)、水環(huán)境聯(lián)盟(WEF)聯(lián)名遞交了一份報告——《TheWater Resource Utility of the Future——A Blueprint forAction》(簡譯為《未來污水廠行動藍(lán)圖》)，該報告系統(tǒng)介紹了美國過去和未來在水環(huán)境領(lǐng)域如何實現(xiàn)創(chuàng)新與變革所付出的實踐與規(guī)劃。本期《創(chuàng)新水吧》將帶領(lǐng)讀者們共同解讀這份面向未來的行動藍(lán)圖。

如何定義“未來污水廠”

除了傳統(tǒng)的公眾健康和環(huán)境保護(hù)之外，“未來污水廠”提出了新的訴求?！拔磥砦鬯畯S”的目標(biāo)是以創(chuàng)新的方式可持續(xù)利用資源，從廢水中分離、提取、回收或轉(zhuǎn)換有再利用價值的水、能源和資源，以降低成本、增加收入并助力當(dāng)?shù)亟?jīng)濟。“未來污水廠”還提出通過合理開展流域共享、搭建創(chuàng)新的合作伙伴關(guān)系、采用適用性管理技術(shù)，使共享水資源的多方可以更充分地保持聯(lián)系，以確保最大限度地提高環(huán)境效益。

“未來污水廠”模型

轉(zhuǎn)型的動力

為什么美國要提出“未來污水廠”的理念，為什么污水管理機構(gòu)大多表示贊同并付諸于實踐?可能包括以下三點原因。

來自于污水管理機構(gòu)這些年來職務(wù)角色的自然轉(zhuǎn)變。經(jīng)過近百年的經(jīng)驗累積，除了實現(xiàn)傳統(tǒng)目標(biāo)之外(去除污染物等)，污水管理機構(gòu)還意識到，對于營養(yǎng)物、汞和新興污染物而言，最有效的和最經(jīng)濟的解決方案是直接掌控其處置權(quán)，而不是讓更多編外人員插手其中。來自于財政的壓力。在美國的許多缺水地域，特別是西部干旱地區(qū)，正逐漸逼近城市水源極限，與此同時，能源成本穩(wěn)步上升，地方政府的預(yù)算也因為資產(chǎn)置換成本和實際處理成本的上升而被逐年拉低。在某些情況下，客戶購買廢水服務(wù)的能力也有限。因此，“未來污水廠”的關(guān)鍵驅(qū)動因素之一就來自財政壓力。對自愿采取轉(zhuǎn)型的污水管理機構(gòu)而言，從單純的廢水處理轉(zhuǎn)向可持續(xù)的資源管理，都將以降低成本和增加收入的形式帶來凈收益。轉(zhuǎn)型確實可以給環(huán)境、社會、經(jīng)濟帶來好處。環(huán)境方面，減少二氧化碳的排放量，回收資源和能源。節(jié)約產(chǎn)生的效益又將以減緩費率增加和投資的方式反作用于社區(qū)，進(jìn)一步強化服務(wù)和改善環(huán)境質(zhì)量。經(jīng)濟方面，企業(yè)將獲得更多的資金來投資工廠和設(shè)備以及開展研發(fā)。這部分投資的結(jié)果將為技術(shù)和制造業(yè)創(chuàng)造新的就業(yè)機會，從而帶動一系列實體經(jīng)濟需求，政府也有可能獲得增長的稅收。在當(dāng)?shù)?，污水管理機構(gòu)可以從這些價值動力中分得紅利，并以需求增加和收入增加的形式回饋給公用事業(yè)。在全國范圍內(nèi)，能源自給將會減少進(jìn)口需求，并拉動更健康的貿(mào)易平衡。

美國“未來污水廠”代言人

卡姆登市政公用管理事業(yè)局

卡姆登市政公用管理事業(yè)局(The Camden County Municipal Utility Authority(CCMUA))位于新澤西州西南部，為該區(qū)域37個社區(qū)、約50萬人口服務(wù)，該污水廠的設(shè)計流量為80MGD，平均流量為58MGD，二級處理工藝采用純氧活性污泥工藝，出水排入特拉華河(Delaware River)。在過去的幾年中，CCMUA通過執(zhí)行“未來污水廠”的理念，大大緩解了該區(qū)域的經(jīng)濟壓力。CCMUA采取的措施主要包括將現(xiàn)有建筑改為綠色既能建筑、采用太陽能光伏板、從生物質(zhì)中回收甲烷、提高污水廠運行效率。通過這一系列舉措，污水廠的運維成本大幅下降，其中通過太陽能光伏板每年可節(jié)省大約30萬美元能源成本。該廠計劃在2020年實現(xiàn)完全能源自給，預(yù)計屆時每年將節(jié)省300萬美元。

密爾沃基大都會污水管理局

密爾沃基大都會污水管理局(The Milwaukee Metropolitan Sewerage District(MMSD))位于威斯康星州，緊鄰密歇根湖，為當(dāng)?shù)?8個社區(qū)、約110萬用戶提供污水處理服務(wù)，是威斯康星州最大的污水處理排放大戶。MMSD旗下有兩座污水處理廠，分別位于瓊斯島(Jones Island)和橡樹灣南岸(the South Shore in OakCreek)，目前由威立雅運營。瓊斯島污水處理廠建成于1925年，是美國最早成功運行活性污泥工藝的污水處理廠之一，也是美國第一座將污泥處理為有機肥進(jìn)行銷售的污水處理廠(有機肥命名為Milorganite)，這座高壽的污水處理廠被美國土木工程師學(xué)會指定為美國歷史性土木工程地標(biāo)之一(Historic Civil Engineering Landmark)。

MMSD是“未來污水廠”先驅(qū)者之一，榮獲美國水獎等多項殊榮。MMSD設(shè)定了25年發(fā)展計劃，堅持可持續(xù)、低成本、高效率。MMSD轉(zhuǎn)型“未來污水廠”的兩個基本原則是(1)以持續(xù)發(fā)展為基調(diào)，平衡經(jīng)濟、環(huán)境和社會之間的發(fā)展步調(diào);(2)成立戰(zhàn)略聯(lián)盟和流域水質(zhì)合作體系。MMSD改建了大批綠色建筑、采用了可再生能源、并采取了多項有利于減輕氣候變暖的措施。目前，該廠已實現(xiàn)100%能源自給，碳排放量也比2005年降低了90%。

瓊斯島污水處理廠(JonesI sland WWTP)

東灣市政公用事業(yè)局

東灣市政公用事業(yè)局(The East Bay Municipal Utility District(EBMUD))位于加州，是1923年根據(jù)加州“市政公用事業(yè)法”成立的公用事業(yè)公司，主要服務(wù)奧克蘭和舊金山以東周邊地區(qū)，服務(wù)人口約為68.5萬。二級處理工藝的最大處理流量為168MGD，初級處理工藝的最大流量可達(dá)320MGD，污水廠設(shè)有容積為415MGD的流量調(diào)節(jié)池，平均每天處理廢水量為6300萬加侖。

EBMUD是“未來污水廠”先驅(qū)者之一，從20世紀(jì)80年代中期以來，就一直致力于污水處理廠回收、再利用和生產(chǎn)可再生能源。通過將社區(qū)內(nèi)的食物垃圾(當(dāng)?shù)夭宛^的油脂、釀酒廠和農(nóng)場的食物垃圾)回收，與污水廠的污泥混合進(jìn)行協(xié)同厭氧消化，產(chǎn)生的沼氣用以發(fā)電，除了可以滿足自身的用電需求，剩余的電還能并入當(dāng)?shù)仉娋W(wǎng)。該沼氣發(fā)電項目投資約為3100萬美元，產(chǎn)電量為55000兆瓦時/年，每年可節(jié)約300萬美元的能源成本，并且與2010年相比，每年的碳減排量為13300噸。

漢普頓路衛(wèi)生事業(yè)局

漢普頓路衛(wèi)生事業(yè)局(The Hampton Roads Sanitation District(HRSD))成立于1940年，位于佛吉尼亞州南部，服務(wù)約17個社區(qū)、160萬人口。HRSD運營著9座大型污水處理廠和4座小型污水處理廠，每天污水處理量為249MGD。HRSD被公認(rèn)為行業(yè)的領(lǐng)導(dǎo)者之一，遵守著極為嚴(yán)苛的弗吉尼亞污染物排放清除系統(tǒng)(VPDES)的許可排放標(biāo)準(zhǔn)，該標(biāo)準(zhǔn)由弗吉尼亞州環(huán)境質(zhì)量部頒發(fā)許可證，經(jīng)過審查、修訂，每5年重新印發(fā)一次。

HRSD運營之一的南塞蒙德污水處理廠(Nansemond WWTP)以其營養(yǎng)物回收工藝而出名。該廠采用的是Ostara磷回收工藝，可將污泥脫水過程中85%的磷和25%的氮進(jìn)行回收，轉(zhuǎn)化為緩釋肥料Crystal Green??；适杖氲窒速Y本和運營成本，還提高了整個工廠的效率，并取代了磷肥開采，創(chuàng)造了經(jīng)濟和環(huán)境收益。同時，還安裝了太陽能光伏板和風(fēng)力渦輪機，并將建筑改建為綠色建筑，通過采用可再生能源為其設(shè)施供電，降低能源成本并減少碳排放。

南塞蒙德污水處理廠(Nansemond WWTP)

來源:中宜環(huán)科環(huán)保產(chǎn)業(yè)研究  作者:張婧怡

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