美国的城市卫生治理起源于18世纪，从对街道垃圾倾倒的治理发展到19世纪中叶至20世纪初的废水收集时代，但这个时期还极少有废水处理的理念。直到20世纪中叶，随着美国《清洁水法案(theClean Water Act)》的颁布，人们开始系统关注废水处理，并先后提出了二级处理和深度处理的理念。根据《英国医学杂志(the British Medical Journal)》最近对11341名读者进行的民意调查，统计出“废水收集”和“废水处理”是过去两个世纪以来人类社会中最重要的公共卫生事业。
同样，负责这一公共事业的管理机构也在随之进行角色转换。早年，污水处理公司几乎都是私人所有并经营，随着各国政府逐渐意识到现代卫生设施是保证人口健康和经济增长的关键之一，从而政府开始纷纷介入对污水收集的管控。美国的城市公共工程部门逐渐出现分支，并演变为城市污水管理部门。在“清洁水法案”颁布的最初几十年里，由于治理难度的增加和财政复杂性的提升，许多城市污水管理机构正式过渡为国有，这些合并后的机构通常规模较大、地域性强、独立性强、管理职能广泛。由于公用事业领导力的多元化，这些机构内甚至拥有律师、经济学家、科学家、管理专家和工程师等多种类专业人员。
今天，美国的城市污水管理机构是世界上最先进和最有效的公用事业机构之一。他们为美国90%以上的人口提供服务，其管理范围影响美国几乎所有的河流、湖泊、水域，他们管理着超过5000亿美元的净资产，每年融资约250亿美元，每年管理的合并预算超过550亿美元。根据美国环保局和各州的分析，经过污水处理，可以去除90%以上的有机物，大约55%的营养物和几乎所有的有害细菌。
回望美国污水管理机构走过的150年，变革的挑战从未停止。2013年，全国清洁水协会(NACWA)、水环境与回用基金会(WERF)、水环境联盟(WEF)联名递交了一份报告——《TheWater Resource Utility of the Future——A Blueprint forAction》(简译为《未来污水厂行动蓝图》)，该报告系统介绍了美国过去和未来在水环境领域如何实现创新与变革所付出的实践与规划。本期《创新水吧》将带领读者们共同解读这份面向未来的行动蓝图。
如何定义“未来污水厂”
除了传统的公众健康和环境保护之外，“未来污水厂”提出了新的诉求。“未来污水厂”的目标是以创新的方式可持续利用资源，从废水中分离、提取、回收或转换有再利用价值的水、能源和资源，以降低成本、增加收入并助力当地经济。“未来污水厂”还提出通过合理开展流域共享、搭建创新的合作伙伴关系、采用适用性管理技术，使共享水资源的多方可以更充分地保持联系，以确保最大限度地提高环境效益。
“未来污水厂”模型
转型的动力
为什么美国要提出“未来污水厂”的理念，为什么污水管理机构大多表示赞同并付诸于实践?可能包括以下三点原因。
来自于污水管理机构这些年来职务角色的自然转变。经过近百年的经验累积，除了实现传统目标之外(去除污染物等)，污水管理机构还意识到，对于营养物、汞和新兴污染物而言，最有效的和最经济的解决方案是直接掌控其处置权，而不是让更多编外人员插手其中。来自于财政的压力。在美国的许多缺水地域，特别是西部干旱地区，正逐渐逼近城市水源极限，与此同时，能源成本稳步上升，地方政府的预算也因为资产置换成本和实际处理成本的上升而被逐年拉低。在某些情况下，客户购买废水服务的能力也有限。因此，“未来污水厂”的关键驱动因素之一就来自财政压力。对自愿采取转型的污水管理机构而言，从单纯的废水处理转向可持续的资源管理，都将以降低成本和增加收入的形式带来净收益。转型确实可以给环境、社会、经济带来好处。环境方面，减少二氧化碳的排放量，回收资源和能源。节约产生的效益又将以减缓费率增加和投资的方式反作用于社区，进一步强化服务和改善环境质量。经济方面，企业将获得更多的资金来投资工厂和设备以及开展研发。这部分投资的结果将为技术和制造业创造新的就业机会，从而带动一系列实体经济需求，政府也有可能获得增长的税收。在当地，污水管理机构可以从这些价值动力中分得红利，并以需求增加和收入增加的形式回馈给公用事业。在全国范围内，能源自给将会减少进口需求，并拉动更健康的贸易平衡。
美国“未来污水厂”代言人
卡姆登市政公用管理事业局
卡姆登市政公用管理事业局(The Camden County Municipal Utility Authority(CCMUA))位于新泽西州西南部，为该区域37个社区、约50万人口服务，该污水厂的设计流量为80MGD，平均流量为58MGD，二级处理工艺采用纯氧活性污泥工艺，出水排入特拉华河(Delaware River)。在过去的几年中，CCMUA通过执行“未来污水厂”的理念，大大缓解了该区域的经济压力。CCMUA采取的措施主要包括将现有建筑改为绿色既能建筑、采用太阳能光伏板、从生物质中回收甲烷、提高污水厂运行效率。通过这一系列举措，污水厂的运维成本大幅下降，其中通过太阳能光伏板每年可节省大约30万美元能源成本。该厂计划在2020年实现完全能源自给，预计届时每年将节省300万美元。
密尔沃基大都会污水管理局
密尔沃基大都会污水管理局(The Milwaukee Metropolitan Sewerage District(MMSD))位于威斯康星州，紧邻密歇根湖，为当地28个社区、约110万用户提供污水处理服务，是威斯康星州最大的污水处理排放大户。MMSD旗下有两座污水处理厂，分别位于琼斯岛(Jones Island)和橡树湾南岸(the South Shore in OakCreek)，目前由威立雅运营。琼斯岛污水处理厂建成于1925年，是美国最早成功运行活性污泥工艺的污水处理厂之一，也是美国第一座将污泥处理为有机肥进行销售的污水处理厂(有机肥命名为Milorganite)，这座高寿的污水处理厂被美国土木工程师学会指定为美国历史性土木工程地标之一(Historic Civil Engineering Landmark)。
延伸阅读：
MMSD是“未来污水厂”先驱者之一，荣获美国水奖等多项殊荣。MMSD设定了25年发展计划，坚持可持续、低成本、高效率。MMSD转型“未来污水厂”的两个基本原则是(1)以持续发展为基调，平衡经济、环境和社会之间的发展步调;(2)成立战略联盟和流域水质合作体系。MMSD改建了大批绿色建筑、采用了可再生能源、并采取了多项有利于减轻气候变暖的措施。目前，该厂已实现100%能源自给，碳排放量也比2005年降低了90%。
琼斯岛污水处理厂(JonesI sland WWTP)
东湾市政公用事业局
东湾市政公用事业局(The East Bay Municipal Utility District(EBMUD))位于加州，是1923年根据加州“市政公用事业法”成立的公用事业公司，主要服务奥克兰和旧金山以东周边地区，服务人口约为68.5万。二级处理工艺的最大处理流量为168MGD，初级处理工艺的最大流量可达320MGD，污水厂设有容积为415MGD的流量调节池，平均每天处理废水量为6300万加仑。
EBMUD是“未来污水厂”先驱者之一，从20世纪80年代中期以来，就一直致力于污水处理厂回收、再利用和生产可再生能源。通过将社区内的食物垃圾(当地餐馆的油脂、酿酒厂和农场的食物垃圾)回收，与污水厂的污泥混合进行协同厌氧消化，产生的沼气用以发电，除了可以满足自身的用电需求，剩余的电还能并入当地电网。该沼气发电项目投资约为3100万美元，产电量为55000兆瓦时/年，每年可节约300万美元的能源成本，并且与2010年相比，每年的碳减排量为13300吨。
汉普顿路卫生事业局
汉普顿路卫生事业局(The Hampton Roads Sanitation District(HRSD))成立于1940年，位于佛吉尼亚州南部，服务约17个社区、160万人口。HRSD运营着9座大型污水处理厂和4座小型污水处理厂，每天污水处理量为249MGD。HRSD被公认为行业的领导者之一，遵守着极为严苛的弗吉尼亚污染物排放清除系统(VPDES)的许可排放标准，该标准由弗吉尼亚州环境质量部颁发许可证，经过审查、修订，每5年重新印发一次。
HRSD运营之一的南塞蒙德污水处理厂(Nansemond WWTP)以其营养物回收工艺而出名。该厂采用的是Ostara磷回收工艺，可将污泥脱水过程中85%的磷和25%的氮进行回收，转化为缓释肥料Crystal Green™。化肥收入抵消了资本和运营成本，还提高了整个工厂的效率，并取代了磷肥开采，创造了经济和环境收益。同时，还安装了太阳能光伏板和风力涡轮机，并将建筑改建为绿色建筑，通过采用可再生能源为其设施供电，降低能源成本并减少碳排放。
南塞蒙德污水处理厂(Nansemond WWTP)
延伸阅读：
原标题：创新水吧（十二月上）｜ 浅析《美国“未来污水厂”行动蓝图》
