據(jù)了解，這些營養(yǎng)物質(zhì)的過量排放來自于切薩皮克灣流域的農(nóng)場、路面、污水處理基地及其他來源，包括紐約、賓夕法尼亞、特拉華、西弗吉尼亞、弗吉尼亞州、馬里蘭州和哥倫比亞特區(qū)的部分地區(qū)。富營物污染使得藻類大量生長，影響水質(zhì)和水生生物生長，導(dǎo)致該灣被美國國家環(huán)境保護局列為受損水域之一。
為應(yīng)對瀕危的生態(tài)系統(tǒng)，切薩皮克灣已將其水域的總氮和總磷標(biāo)準(zhǔn)提升至全美最嚴之一。許多該流域的污水處理廠和企業(yè)正在引進新設(shè)備來減少排放進切薩皮克灣支流的營養(yǎng)物質(zhì)。
巴爾的摩后河污水處理廠是最新升級的污水處理廠之一，改造計劃將使總氮減少超過九成，而目前減少量僅有七成。這個龐大的項目由水環(huán)純水務(wù)技術(shù)有限公司(Severn Trent Services)的TETRA® Denite®固定床生物膜反硝化技術(shù)承擔(dān)。TETRA® Denite®系統(tǒng)是一步去除硝酸鹽氮和總懸浮固體量最經(jīng)濟的方式。固定床生物膜反硝化系統(tǒng)也是一項深床濾池系統(tǒng)，能夠移除美國國家污染物排放削減許可證所規(guī)定的懸浮固體量。該項目完成后，巴爾的摩污水處理基地的出水中總懸浮固體量將少于5毫克/升，硝酸鹽氮含量將少于1.0毫克/升，總氮將少于4.0毫克/升。
對中國富營化污染治理的啟示
美國馬里蘭州政府采用最為經(jīng)濟的TETRA® Denite®系統(tǒng)治理其富營化污染，生態(tài)恢復(fù)情況逐漸步入正軌。而在經(jīng)濟高速發(fā)展的中國，水域富營化問題已是迫在眉睫，例如近些年的太湖藍藻爆發(fā)引起飲用水安全問題；安徽巢湖、云南滇池等流域，雖經(jīng)多年持續(xù)治理，但富營化情況依然較為嚴重。
隨著水流域的富營化日益嚴重，民眾、社會和政府對環(huán)保的日益關(guān)注，早在2003年，大部分國內(nèi)城鎮(zhèn)污水處理廠已將排放標(biāo)準(zhǔn)提高到較為嚴格的一級A，而北京則在2012年決定執(zhí)行更加嚴格的排放標(biāo)準(zhǔn)如地表水四類水標(biāo)準(zhǔn)。顯然中國政府近年來對污染治理的動作越來越頻繁，繼“大氣十條”之后，“水十條”也即將出爐。
可以預(yù)見，污水排放標(biāo)準(zhǔn)會隨之有新一輪升級，美國巴爾的摩這一案例可為國內(nèi)執(zhí)行最嚴格排放標(biāo)準(zhǔn)的污水處理廠升級改造提供極好的借鑒意義。
目前的污水富營養(yǎng)治理多采用傳統(tǒng)濾池如普通快濾池、V型濾池等。普通快濾池出現(xiàn)較早，有成熟的運行管理經(jīng)驗，因為池深淺、施工難度也較低。但普通快濾池的管配件及閥門較多，導(dǎo)致操作復(fù)雜，運行自動化程度低。V型濾池采用V型槽進水，布水均勻，反沖洗效果好，土建費用較一般濾池��；缺點是土建施工技術(shù)要求高，在運行過程中有濾料流失現(xiàn)象。而巴爾的摩污水處理廠采用的反硝化深床濾池是目前較為先進的污水處理濾池，雖然前期建設(shè)投入較高，但反硝化深床濾池?zé)o論是出水效果、懸浮固體量，還是脫氮效果都更為出色，日后的運營管理費用少、維護量極低，可實現(xiàn)全自動化控制，無人值守，濾池內(nèi)部終身免維護，并可為未來的進一步升級改造提高排放標(biāo)準(zhǔn)預(yù)留空間。
從長遠的眼光來看，反硝化深床濾池?zé)o疑是未來的技術(shù)主流之一。Denite®反硝化深床濾池技術(shù)是這一細分技術(shù)的發(fā)明者及全球范圍內(nèi)的領(lǐng)導(dǎo)者，也是世界上最早成功工程化應(yīng)用的生物濾池技術(shù)，不僅過濾去除懸浮物SS（可確保達到SS小于5毫克/升）而且同步進行反硝化脫氮達到總氮TN小于3毫克/升的極嚴排放標(biāo)準(zhǔn)。Denite®在后期維護方面做得也很出色，成為污水廠提標(biāo)改造的優(yōu)選技術(shù)。
全球最大的反硝化過濾系統(tǒng)為中國富營化治理帶來的啟示
時間：2014-12-19 來源：E20環(huán)境平臺
給水排水|美國污水就地生態(tài)處理技術(shù)的經(jīng)驗及啟示
時間：2014-12-19 來源：E20環(huán)境平臺
本文摘自《給水排水》雜志2015年第10期。
原文題目：北京市農(nóng)村污水處理設(shè)施普遍閑置的反思（Ⅱ）——美國污水就地生態(tài)處理技術(shù)的經(jīng)驗及啟示
作者： 北京市環(huán)境保護科學(xué)研究院 李憲法/北京市市政工程設(shè)計研究總院有限公司 許京騏
摘要:污水生態(tài)處理技術(shù)具有低能耗、低成本、運行管理簡單、無二次污染等優(yōu)點，在美國得到了極為廣泛的應(yīng)用。分析總結(jié)了美國污水生態(tài)技術(shù)發(fā)展歷程及其作為“革新/替代技術(shù)”寫入《清潔水法》的技術(shù)背景，重點介紹農(nóng)村污水就地處理系統(tǒng)(OWT)在美國的應(yīng)用，并在此基礎(chǔ)上，對我國農(nóng)村污水建設(shè)提出思考和建議。
1污水生態(tài)技術(shù)概述
所謂污水生態(tài)技術(shù)，是利用自然系統(tǒng)的基礎(chǔ)組分：水、土壤、細菌、高等植物和陽光組成的污水自然凈化系統(tǒng)。與常規(guī)污水處理技術(shù)比較，生態(tài)技術(shù)具有以下優(yōu)點：
①不需要大規(guī)模的鋼鐵、水泥和投加化學(xué)藥劑，基本沒有二次污染;
②造價和運行成本低廉，分別為傳統(tǒng)處理技術(shù)的1/3~1/8和1/6~1/17;
③低能耗或無能耗運行，有效去除污水中的氮磷營養(yǎng)物，而能耗只有傳統(tǒng)技術(shù)的1/10左右;
④耐沖擊負荷能力強;處理效果比較穩(wěn)定，適用于農(nóng)村污水量晝夜波動大的特點;
⑤操作管理簡單，一般可以不需要專業(yè)技術(shù)人員;
⑥可以營造成生態(tài)景觀，改善村鎮(zhèn)環(huán)境，農(nóng)田灌溉或種植蔬菜也可以獲得經(jīng)濟收益。
其最大的缺點是：單位污水量需要較多的土地，在污水量大而地價昂貴的城市地區(qū)難以推廣。
但有專家則認為，既然城市可以從數(shù)百公里以外引水，為何不能把城市污水輸送到容易獲得土地的農(nóng)村地區(qū)處理或者灌溉農(nóng)田?例如，美國有“沙漠城”之稱的鳳凰城嚴重缺水，就采用城市污水作為農(nóng)業(yè)灌溉用水，同時換取另一地區(qū)的優(yōu)質(zhì)地下水，雙方都獲得滿意的生態(tài)經(jīng)濟效益。
我國壽光市利用距市區(qū)約35km的廢棄鹽場地，建造成蘆葦濕地作為污水高級處理系統(tǒng)，處理規(guī)模達10萬m3/d。
2美國污水生態(tài)技術(shù)再興起歷史背景
其實污水生態(tài)技術(shù)并不新鮮，已有幾百年的歷史。早在1650年蘇格蘭就有污水農(nóng)場(sewage farms)在運行;19世紀中葉美國采用化糞池+土壤吸附系統(tǒng)處理分散的農(nóng)村家庭污水;1901年美國建成了第一個城市污水穩(wěn)定塘處理系統(tǒng);1907年澳大利亞的沃瑞比農(nóng)場投入使用，利用廢水塘灌溉約1萬hm2的土地;
1938年英國41個城市系統(tǒng)的污水采用土地處理技術(shù)，同期美國有94個城市污水農(nóng)場和污水土地處理系統(tǒng)在運行。
之后，由于城市化的發(fā)展以及日漸昂貴的城市地價，這些污水生態(tài)處理場地逐步被侵占，城市污水處理代之以機械性、化學(xué)品處理技術(shù)。
到了20世紀70年代初，美國通過實踐證明“傳統(tǒng)的污水末端處理技術(shù)救不了我們的環(huán)境”，這是生態(tài)技術(shù)再次興起的歷史背景。
3美國污水生態(tài)技術(shù)的應(yīng)用概況
3.1氧化塘系統(tǒng)
美國1901年就建成了第一個城市污水氧化塘處理工程，1983年全國城市污水氧化塘處理系統(tǒng)達7000座，比1968年增加一倍多，是1988年城市污水處理廠系統(tǒng)總數(shù)15 591座的45%，是當(dāng)年城市污水二級處理廠8536座的82%。1990年全國氧化塘系統(tǒng)達2萬個，占全國城市污水處理系統(tǒng)的25%。90%的氧化塘用于城市人口1萬或小于1萬的小城鎮(zhèn)污水處理。
3.2農(nóng)村家庭污水就地處理系統(tǒng)
在美國污水就地處理系統(tǒng)(OWTS)有上百年的歷史，最早用于沒有污水收集系統(tǒng)分散居住的農(nóng)村家庭污水處理，其典型的處理工藝是《化糞池-土壤吸附系統(tǒng)》(ST/SAS)。這種方法的基礎(chǔ)是化糞池和土壤吸附，處理系統(tǒng)改造簡單，化糞池出水經(jīng)過一個配水井分配到埋于地下的穿孔管，形成滲濾土壤場地(見圖1)。由于不要能耗和運行費用，被稱之為“革新/替代技術(shù)”，實際是一種生態(tài)技術(shù)，同時由于費用低和管理簡單，處理設(shè)施均埋于地下,不妨礙環(huán)境衛(wèi)生條件，所以成為美國分散的農(nóng)村家庭污水最常用的處理方法。
圖1美國農(nóng)村家庭廢水就地處理系統(tǒng)
隨著生態(tài)技術(shù)的研究和應(yīng)用，又發(fā)展了以化糞池或沉淀池為預(yù)處理的潛流人工濕地系統(tǒng)，一般用于社區(qū)居民污水處理，同時這種系統(tǒng)可以打造成庭院花園或綠地。
3.2.1應(yīng)用情況
就地處理系統(tǒng)在美國得到政府的支持而得到廣泛應(yīng)用。19世紀中葉，美國有1800萬個化糞池/土壤就地處理系統(tǒng)，占全國住宅總數(shù)的25%;1970年全國29%的家庭(1950萬)污水采用了就地處理系統(tǒng);1970~1980年，全國平均每年新建約50萬個就地處理系統(tǒng)。有的州這種系統(tǒng)的服務(wù)人口比例很大：其中有10個州高達40%， 22個州為25%~40%，14個州小于25%。1978~1984年弗羅里達州每年平均建成56 327個就地處理系統(tǒng);1986年北卡羅林那發(fā)放57835個ST/ SAS處理系統(tǒng)執(zhí)照，1986年對該州11207個系統(tǒng)發(fā)放了改建許可證，1988年全州有1500萬個在運行。1988年全國建成2300萬個化糞池-土壤處理系統(tǒng)，其服務(wù)人口約占全國總?cè)丝诘?5%;1999年達2465萬個。
2002年，全美有1/4的家庭生活污水處理使用了OWT技術(shù)。每天有40多億gal(1 gal(英)≈4.55 L) 的生活污水經(jīng)該技術(shù)處理系統(tǒng)后進入地下水。在美國居民生活污水處理所使用的技術(shù)種類統(tǒng)計中，城鎮(zhèn)污水集中處理率占74.8%(服務(wù)人口與總?cè)丝诒?，就地處理技術(shù)占24.1%，其他技術(shù)為1.1%。
3.2.2就地處理系統(tǒng)的安全性問題
20世紀中期就地處理系統(tǒng)安全問題曾受到質(zhì)疑，主要集中在污染地下水和化糞池失效兩個問題，也曾一度將就地處理改造為集中處理系統(tǒng)。1950~1970年約有1000萬個就地處理系統(tǒng)被改成了集中處理設(shè)施。
為了確認就地處理系統(tǒng)的安全性，美國環(huán)保局委托威斯康辛大學(xué)進行了考察研究，研究顯示就地處理系統(tǒng)失效主要有以下幾種原因;
①對處理場地的評價不夠仔細;
②系統(tǒng)的設(shè)計不夠合理;
③沒有按設(shè)計要求施工;
④監(jiān)管部門審查不力;
⑤缺乏合理的運行操作規(guī)程等。
筆者認為，其中缺乏合理的操作管理是特別重要的原因�；S池系統(tǒng)的失效通常是由于人們的忽略，對化糞池不能定期進行清理，導(dǎo)致泥沙淤積且進入土壤吸附場，堵塞污水進入土壤。如果有合適的場地，嚴格的設(shè)計、施工和運行管理，化糞池系統(tǒng)的有效運行壽命與集中處理系統(tǒng)相同，可達30~40 a，其安全性是可以保證的。
3.2.3就地處理技術(shù)的優(yōu)勢
管理簡單，運行方便;系統(tǒng)運行安全可靠;施工簡單方便可以預(yù)制;造價和成本低廉;基本不耗能;不影響周圍環(huán)境衛(wèi)生。
3.2.4美國化糞池/土壤吸附處理的設(shè)計參考數(shù)據(jù)
(1)人均污水量：美國典型的農(nóng)村家庭人均污水量為170 L/(人˙d)(北京農(nóng)村地區(qū)為50~80 L/(人˙d))。
(2)化糞池容量：化糞池容量取決于服務(wù)人口數(shù)量及化糞池污泥清理的間隔時間。例如按每個家庭5口人，4個家庭20口人的污水進行聯(lián)合處理時，需要化糞池容積約4 m3，預(yù)計化糞池污泥每3年清理一次。
(3)土壤處理部分：按每人占地面積約2 m2左右。
(4)穿孔管：連接化糞池出水與土壤的穿孔管埋設(shè)在土壤中，形成土壤滲濾場，其埋深根據(jù)地區(qū)的冰凍層而定�；S池出水進入的土壤是處理系統(tǒng)的基礎(chǔ)。由于處理設(shè)施均埋于地下,不影響環(huán)境衛(wèi)生條件。
3.2.5發(fā)展前景
2007年美國環(huán)保局委托水環(huán)境協(xié)會召開中長期發(fā)展研討會，制定至2025年研發(fā)計劃。美國環(huán)保局制定了就地處理系統(tǒng)的長期發(fā)展戰(zhàn)略。美國提出以現(xiàn)有穩(wěn)定塘、沉淀池、化糞池作為3種預(yù)處理技術(shù)，與土壤為載體的土地處理、人工濕地和地下滲濾等組合，可根據(jù)當(dāng)?shù)貤l件作為社區(qū)生活污水就地處理系統(tǒng)的選擇模式。
英國斯托夫著《水危機》(2000年)一書中，提出作為水污染解決辦法的 “生態(tài)技術(shù)”。所謂生態(tài)技術(shù)就是基本全部依賴于土壤、水、植物、細菌和太陽的自然要素為基礎(chǔ)，組成的低費用、低能耗、不加入化學(xué)藥劑的自然處理系統(tǒng)。
書中介紹：“這項技術(shù)的興趣已經(jīng)從德國擴展到歐洲、北美、澳大利亞和全世界。如今，北至加拿大的育空地區(qū)和西北地區(qū)，南到澳大利亞和新西蘭，數(shù)以百計的天然濕地和人工濕地用來處理廢水和暴雨水。系統(tǒng)的規(guī)模從單門獨戶的家庭到10萬人口污水的大系統(tǒng)。”
4我國農(nóng)村污水處理工程建設(shè)的思考
根據(jù)住建部2013年城鄉(xiāng)建設(shè)統(tǒng)計公報，全國自然村265萬個，行政村53.72萬個，總?cè)丝?.62億。有關(guān)領(lǐng)導(dǎo)介紹“十二五”我國農(nóng)村污水處理目標(biāo)表示，目前我國農(nóng)村污水處理率為8%，預(yù)計“十三五”將是小城鎮(zhèn)和農(nóng)村環(huán)境治理的重要時期，到2020年，農(nóng)村污水處理率有望翻番，由目前的8%增至15%~20%。另據(jù)環(huán)保部研究，目前全國約有60萬個行政村，按照其中1/3即20萬個行政村迫切需要治理，每個行政村治理需要100萬元，共需財政投入2 000億元。
目前全國各個省市普遍積極地開展了農(nóng)村污水處理技術(shù)方案的示范研究。據(jù)報道，山東文登市農(nóng)村正在推廣“化糞池—垂直式潛流人工濕地”組成的村莊污水就地處理系統(tǒng)。國家環(huán)保部在壽光市三元朱村示范了“OWT技術(shù)處理農(nóng)村生活污水”，也就是本文所述美國農(nóng)村普遍采用的“化糞池/土壤吸附”就地處理系統(tǒng)。該系統(tǒng)全部埋于地下，不影響環(huán)境衛(wèi)生，地面還可以打造成綠地。由于不需要動力運行，實現(xiàn)了“零”成本，系統(tǒng)穩(wěn)定運行壽命可達40年。有的地區(qū)在同時示范各種處理模式，例如浙江紹興上虞西湖村一口氣拿出了7套方案：“厭氧+濕地”模式、“厭氧+好氧+濕地”模式、“沉淀池+提升泵”模式、“小戶型厭氧+濕地”模式，以及采用德國一體化設(shè)備、“厭氧+滴灌”模式和集中納管進城市管網(wǎng)模式等。有傳統(tǒng)的“土辦法”，也有從德國引進來的先進技術(shù)。
值得提出的是，低能耗、低費用、以土壤為基礎(chǔ)的生態(tài)技術(shù)應(yīng)該成為農(nóng)村污水處理的主導(dǎo)方向，例如利用“化糞池—土壤滲濾”、“化糞池—潛流人工濕地“組成的就地處理系統(tǒng)，以及儲存污水的氧化塘系統(tǒng)與污水灌溉相結(jié)合的綜合利用模式，可能是最佳的選擇。應(yīng)該吸取有些地區(qū)農(nóng)村污水處理出現(xiàn)的“有錢建設(shè)，無錢運行”的教訓(xùn)。國家環(huán)保部和住建部應(yīng)該聯(lián)合起來及早地進行統(tǒng)一規(guī)劃和指導(dǎo)。
