老牌污水处理强国遭遇设备老化难题

美国的自来水质普遍被认为质量很高，可以直接饮用，这与美国先进的污水处理技术分不开。

笔者第一次飞越美国时，就注意到内华达州的一些沙漠地带，能从空中明显地看到一个个圆形的建筑，反射着阳光闪闪发亮。多年以后，才知道原来这些就是污水处理厂中的露天水池。

美国许多城市都允许公众到他们的生活污水处理厂参观，这并不是因为他们的工厂有多么漂亮，而是因为这些厂离城市很远，要帮助普通人认识污水处理并且配合污水处理厂的工作，最直接的办法就是让他们亲眼目睹污水处理的过程。

高度自动化的污水处理系统

走进美国的污水处理厂，大家最先注意到的就是大量的检测仪器。这些仪器不间断地在每个处理的过程中搜集着水质量的数据，会在美国联邦环境保护署（EPA）检查时派上用场，而且使得工作人员能根据水质不同而调整化学物质的投放。例如，海边城市因为食用海鲜较多，生活污水中磷的含量就较高。同时，这些厂高度自动化和数字化，日处理容量巨大，却很少看到工作人员进进出出，因为他们多数坐在办公室里进行监测工作。

最让人吃惊的是，美国大规模的污水处理早在19世纪末就开始了，一些污水处理厂建于半个世纪前，有些老设备经过每年的修补加固，还在继续工作着，而且过程也没有太多改变，仍然遵循着二到三级处理的过程（过滤、沉降、羽化等机械处理后再通过生物薄膜将污水里的有机化合物分解为无机物，最后用活性炭化解毒素，工业废水的处理更复杂）。美国污水处理的历史与技术可见一斑。

美国的生活污水中98％都是水，仅2％是固体废物。2013年美国土木工程师协会的报告称，截至2008年，美国有大约14780个污水处理厂和19739个污水管道系统（管网），约有70万到80万英里（113万到128万公里）的公共下水道主管道，另有50万英里左右的私有管道连接私宅到公共管道。

公有的污水处理系统中有98％为市属，污水经过城市管网集中进入地区性的污水处理厂。这就决定了污水处理实际上主要由州政府和地方政府负责管理，但受EPA的监管——最重要的联邦法律是1977年颁布的《清洁水法》和1987年颁布的《水质法》，这两项法案详细地规定了污水处理的标准和过程。

在一些偏远地区不通污水管网，当地居民使用自家的化粪池，将处理后的污水直接排入田地里，这些私有的污水处理系统也有严格的规定，化粪池都有可容纳多少用户的规格，并不能无限量地增加房屋的面积和住户的人数。

困扰：大面积管道老化

由于美国污水处理卓有成效，美国民众一般并不关心这个与他们生活息息相关的行业，但今年以来，污水处理问题占据了美国媒体的头条——这是因为2014年4月开始，美国密歇根州弗林特市的市民发现他们的自来水颜色发红、味道奇怪，开始不断地找当地政府汇报情况，结果被官员们互相推诿甚至无视，直到美国环保署介入，才发现水被老化管道中的铅严重污染，影响到当地10万人的健康。

这起惊人的水危机，起因不外乎缺钱：弗林特市位于“汽车之都”底特律附近，多年来都是为美国汽车产业输送配件的工业化小城市，当赖以生存的汽车行业衰退后，不仅底特律陷入破产泥潭，弗林特市的人口也减半，加上次贷危机的冲击，市政府被迫想方设法缩减开支，为了省500万美元（1美元约合6.47元人民币），把当地自来水源从休伦湖湖水换成了弗林特河水。

然而，污水处理的一个关键原则就是要因地制宜、因材处理，弗林特河水含有高浓度的氯化物，对管道有更强的腐蚀作用，而弗林特自来水厂的工作人员并没有加强抗腐蚀处理，加上自20世纪初沿用下来的当地自来水管道多使用便宜易生产的铅管，弗林特的危机因此爆发。

弗林特事件是全美大规模基础设施危机的一个缩影，凸显美国水管理系统的老龄化问题。美国的污水管道许多都是第二次世界大战后安装的，这意味着它们的使用寿命已经快要完结。

美国给水工程协会（简称AWWA）2012年的一项研究显示，虽然目前绝大多数社区的饮用水都是安全可靠的，但是要想保持这个水平，预计到2050年至少要投资1.7万亿美元。这个数字仅指饮用水基础设施的维修和必要的扩建，还不包括污水和雨水处理系统。而老化的管道和能力不足，导致了大量未经处理的污水直接排放到河流和湖泊中。

混合污水溢流成新挑战

美国城市污水处理的另一项主要挑战是混合污水溢流（简称CSO），影响超过700个美国城市和城镇。混合污水指雨水和生活废水的混合物，污水雨水的分流分合流制和分流制，合流制又分直接合流制和截流式合流制。

直接合流制是将雨水和污废水直接用同一套排水管网排放到河流，特点是投资小但污染大，而截流式合流制是在进河流前设置截流干管，当雨量小时雨水和污水通过截流干管都进入污水处理厂，当降雨量大时，超出管道负荷的雨水通过溢流管溢入河中排走，特点是投资较省但仍有污染；最理想的做法是分流制，就是建两套排水管网，雨水和污水管网分开建设，投资大但能保证污水经过处理才排放。例如，美国中西部大城市印第安纳波利斯拥有的污水处理系统已经过时，每年有七八十亿加仑的污水和雨水混合物不经处理就进入小溪和河流。

2009年，EPA向国会报告说，他们已经评估了美国16％的河流，发现其中36％的水不适合鱼类和野生动物使用，28％的水不适合人类，18％不宜用作公共供水，10％的水不适合农业用途。

EPA和美国司法部把消除CSO当成污水处理中最当务之急需要解决的问题。2007年以来，这些联邦机构要求运营公有污水处理厂的地方政府投资超过150亿美元建设新的管道、厂房和设备。然而，钱不会从天上掉下来，解决这个问题需要政府和民间共同投资。

过时的基础设施还不是威胁美国饮用水安全的唯一因素。不仅清洁供水系统的零部件已经年久失修，美国现有的水资源保护法和传统的管理机制也已经无法应对新的水资源供应和水质挑战。

2014年伊利湖爆发了有害水事件，造成附近50万人饮用水中断，农业污染排放是此次事故的重要原因，但《清洁水法》却基本没有对这一领域进行监管。尽管修改法案的呼声越来越高，但是近三十年来《清洁水法》却并没有得到重大的修订。

是危机也是机遇

美国环保新闻组织CircleofBlue关注世界的能源短缺问题，其中水资源是重中之重。他们的记者科迪˙耶格尔-科扎塞克从这次弗林特的水危机里却看到了机遇。他采访的斯坦福大学土木与环境工程教授、美国国家科学基金会工程研究中心负责人理查德˙卢西表示：“水质与安全饮用水供应对于一个社会的健康均衡发展至关重要。如果我们不能完成这项基本要求，就要面对类似弗林特事故这样的严重后果，而这一切本来都是可以避免的。”

2013年，美国清洁水机构国家协会、水环境研究基金会和水环境联盟联合发布了一个研究报告《污水处理设施的未来：行动蓝图》，为污水处理的发展进行了权威展望。他们提出未来的污水处理厂具有分散性、自动化程度高和可循环利用等三大特点。

最近几年，加州的严重干旱不仅影响了本地人，还因为蔬果减产而影响了全美的消费者，迫使许多美国城市开始重新思考水资源管理的模式。过去，人们会选择利用联邦和地方沟渠进行远距离水资源调度。而如今，有些地方已经开始探索通过捕集雨水来补充当地含水层了。在这个大数据的时代，数字管理污水也成了热门的研究方向。

同时，灰水（Graywater，也称中水，指不可饮用但可以用于工业降温或者浇灌景观植物）的循环利用近几年都是建筑师、城市规划师和景观设计师关注的焦点。美国地广人稀，传统的集中处理过程实际上能耗大，而且需要大量的管线布局，维护成本高，使得污水回用变得不经济，所以发展就地处理更合理。而利用污泥制造甲烷、有机肥等更是大有前途的循环再利用。

当然，要实现这些目标，美国的污水处理行业还面临着诸多挑战，密歇根大学土木与环境工程教授格兰˙戴格尔表示：“不要只看到水资源管理模式改进的成本，其实这种可持续的新型系统也会给我们带来巨大的经济收益。我们当然希望改革过程中的每一分钱都花的物有所值，而事实上这些花费也的确能够产生几倍的回报。”

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