美國的城市衛(wèi)生治理起源于18世紀，從對街道垃圾傾倒的治理發(fā)展到19世紀中葉至20世紀初的廢水收集時代，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)學雜志(the British Medical Journal)》最近對11341名讀者進行的民意調查，統(tǒng)計出“廢水收集”和“廢水處理”是過去兩個世紀以來人類社會中最重要的公共衛(wèi)生事業(yè)。

同樣，負責這一公共事業(yè)的管理機構也在隨之進行角色轉換。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)生設施是保證人口健康和經(jīng)濟增長的關鍵之一，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雜性的提升，許多城市污水管理機構正式過渡為國有，這些合并后的機構通常規(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)領導力的多元化，這些機構內甚至擁有律師、經(jīng)濟學家、科學家、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是世界上最先進和最有效的公用事業(yè)機構之一。他們?yōu)槊绹?0%以上的人口提供服務，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菌。

回望美國污水管理機構走過的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《未來污水廠行動藍圖》)，該報告系統(tǒng)介紹了美國過去和未來在水環(huán)境領域如何實現(xiàn)創(chuàng)新與變革所付出的實踐與規(guī)劃。本期《創(chuàng)新水吧》將帶領讀者們共同解讀這份面向未來的行動藍圖。

如何定義“未來污水廠”

除了傳統(tǒng)的公眾健康和環(huán)境保護之外，“未來污水廠”提出了新的訴求。“未來污水廠”的目標是以創(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?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)新的合作伙伴關系、采用適用性管理技術，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這些年來職務角色的自然轉變。經(jīng)過近百年的經(jīng)驗累積，除了實現(xiàn)傳統(tǒng)目標之外(去除污染物等)，污水管理機構還意識到，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，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，客戶購買廢水服務的能力也有限。因此，“未來污水廠”的關鍵驅動因素之一就來自財政壓力。對自愿采取轉型的污水管理機構而言，從單純的廢水處理轉向可持續(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)，進一步強化服務和改善環(huán)境質量。經(jīng)濟方面，企業(yè)將獲得更多的資金來投資工廠和設備以及開展研發(fā)。這部分投資的結果將為技術和制造業(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?shù)?，污水管理機構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，能源自給將會減少進口需求，并拉動更健康的貿易平衡。

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，該污水廠的設計流量為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?shù)?8個社區(qū)、約110萬用戶提供污水處理服務，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會指定為美國歷史性土木工程地標之一(Historic Civil Engineering Landmark)。

MMSD是“未來污水廠”先驅者之一，榮獲美國水獎等多項殊榮。MMSD設定了25年發(fā)展計劃，堅持可持續(xù)、低成本、高效率。MMSD轉型“未來污水廠”的兩個基本原則是(1)以持續(xù)發(fā)展為基調，平衡經(jīng)濟、環(huán)境和社會之間的發(fā)展步調;(2)成立戰(zhàn)略聯(lián)盟和流域水質合作體系。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，主要服務奧克蘭和舊金山以東周邊地區(qū)，服務人口約為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320MGD，污水廠設有容積為415MGD的流量調節(jié)池，平均每天處理廢水量為6300萬加侖。

EBMUD是“未來污水廠”先驅者之一，從20世紀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)內的食物垃圾(當?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?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被公認為行業(yè)的領導者之一，遵守著極為嚴苛的弗吉尼亞污染物排放清除系統(tǒng)(VPDES)的許可排放標準，該標準由弗吉尼亞州環(huán)境質量部頒發(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%的氮進行回收，轉化為緩釋肥料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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