紐約市污水處理一瞥
紐約市污水處理一瞥
徐 進(jìn)（譯）成都市排水有限責(zé)任公司
一、紐約市給排水現(xiàn)狀
1. 紐約的污水來(lái)自哪里？
紐約市每天為800萬(wàn)居民及居住在城市北面威斯徹斯、普特南、阿爾斯特、橘縣的另外100萬(wàn)消費(fèi)者輸送13億加侖（
2. 污水排到哪里？
每天產(chǎn)生的污水排入紐約市的污水處理管網(wǎng)中。該管網(wǎng)包括：6000余英里長(zhǎng)的污水管，135000個(gè)污水邊井，494個(gè)允許排放溢流污水和雨水的排放口，93個(gè)污水泵站，通過(guò)這些設(shè)施把污水輸送至紐約5個(gè)區(qū)的14個(gè)污水處理廠進(jìn)行處理。紐約市環(huán)保局所屬的污水處理部負(fù)責(zé)所有污水處理設(shè)施的運(yùn)行和維護(hù)。污水處理部有1900位員工，年運(yùn)行預(yù)算費(fèi)用為2.62億美元，年資金預(yù)算為1.14億美元。通過(guò)這些相關(guān)設(shè)施，污水處理廠處理800萬(wàn)居民每天排放的14億加侖污水。污水廠把處理后的高標(biāo)準(zhǔn)出水排入環(huán)繞紐約的河道中。
二、污水處理的歷史和現(xiàn)狀
在1842年開發(fā)紐約北部的水庫(kù)系統(tǒng)前，紐約居民通過(guò)井水—街頭零售商販獲得飲用水。第一批在下曼哈頓安置的荷蘭人從池塘、小溪和淺井中取水。隨著人口的增加，居民對(duì)水的需求也隨之增大。由于沒有對(duì)污水和垃圾進(jìn)行處理，人類和動(dòng)物排放的廢物污染了供水系統(tǒng)，造成水生疾病如黃熱病和霍亂的頻繁流行。人們清楚地意識(shí)到必須采取措施處理人類和動(dòng)物產(chǎn)生的廢物和垃圾。
當(dāng)局于19世紀(jì)九十年代末、二十世紀(jì)初開始在布魯克林的兩處地點(diǎn)和皇后區(qū)的一處地點(diǎn)修建紐約的污水處理廠。這三處就是后來(lái)的布魯克林26區(qū)污水廠、柯勒島污水處理廠和皇后區(qū)賈邁卡污水處理廠。由于修建污水廠要大量使用公共河灘，因此政府優(yōu)先考慮在這三處地點(diǎn)修建處理廠。污水處理工藝包括化學(xué)絮凝沉淀和季節(jié)性加氯消毒。其目的是保持河灘清潔、保護(hù)常去河灘的居民的健康，而不僅僅是保護(hù)水質(zhì)。當(dāng)紐約人口增長(zhǎng)到350萬(wàn)時(shí)，這三座廠開始超負(fù)荷運(yùn)行，不能滿足需要。在發(fā)現(xiàn)水生細(xì)菌和人類疾病間的關(guān)系后，人們意思到需要制定一個(gè)總體規(guī)劃來(lái)保護(hù)周圍的河道。于是在1904年成立了大都會(huì)污水委員會(huì)，它承擔(dān)對(duì)紐約港口的調(diào)查和水質(zhì)分析工作，并研究潮汐以及港口自然沖洗的規(guī)律，最后制定了城市污水處理廠總體規(guī)劃。這項(xiàng)計(jì)劃包括新建污水廠并確定未來(lái)污水廠的最佳廠址以滿足人口增長(zhǎng)的需要。
在1935—1945年間，當(dāng)局又在曼哈頓沃茨島、波威灣和皇后區(qū)托曼島修建了三座污水處理廠。沃茨島污水處理廠主要處理曼哈頓東邊和布朗克斯南邊的污水。這座1936年開始運(yùn)行的處理廠第一次使用活性污泥法處理污水。
波威灣和托曼污水處理廠也使用活性污泥法。由于紐約人口已接近750萬(wàn)，當(dāng)局對(duì)26區(qū)污水廠、柯勒島污水處理廠和賈邁卡污水處理廠進(jìn)行升級(jí)改造。這六個(gè)污水廠每天可處理4.97億加侖污水。在1945—1965年間，又新修了5個(gè)處理廠以滿足近800萬(wàn)的人口的需要。這五個(gè)廠是布朗克斯的亨茨波特污水廠、斯坦頓島的奧克伍德比奇和波特瑞奇蒙污水廠，布魯克林的洛克威和歐日赫德污水廠。
在此期間，當(dāng)局同時(shí)對(duì)波威灣、柯勒島和托曼島污水處理廠進(jìn)行了升級(jí)改造。使用新發(fā)明的分步曝氣工藝，即讓初級(jí)出水進(jìn)入曝氣池以減少停留時(shí)間，使工藝運(yùn)行更為靈活。包括這五個(gè)廠在內(nèi)的11個(gè)污水廠的日處理量從4.97億加侖增加到10.37億加侖。
1965年---1979年，當(dāng)局在布魯克林修建了新克威格污水處理廠，設(shè)計(jì)日處理量3.1億加侖，占地面積僅30英畝。這個(gè)廠沒有初沉池，污水從沉砂池直接進(jìn)入曝氣池，再到二沉池，沒有中間渠，因此節(jié)約了面積，減少了泵的數(shù)量。此外還修建了斯普林克威格輔助廠（它連接26區(qū)污水廠，有污水溢流設(shè)施，還有一個(gè)一千萬(wàn)加侖的蓄水池接納雨水）。到1968年，紐約已有12個(gè)投運(yùn)的污水處理廠，每天共處理10億加侖污水，從污水中去掉65%的污染物。到1972年，聯(lián)邦政府頒布通過(guò)了《凈水法》。它規(guī)定了全國(guó)污水廠的最低標(biāo)準(zhǔn)。這意味著污水處理廠必須升級(jí)至二級(jí)處理，污染物去除率需達(dá)到85%。通過(guò)《凈水法》的頒布實(shí)施使人們了解到環(huán)境保護(hù)的重要性。
當(dāng)局對(duì)紐約市的8個(gè)處理廠進(jìn)行升級(jí)改造，日處理量達(dá)13.
三、污水處理工藝
每天從工廠、商業(yè)場(chǎng)所、學(xué)校、家庭排出的污水流入紐約市的污水管網(wǎng)。雨水、融化的雪水、沖洗街道的水、以及戶外活動(dòng)產(chǎn)生的污水流入街道的污水邊井再匯入污水管網(wǎng)。在紐約的一些社區(qū)中，街道的排水由單獨(dú)的雨水管網(wǎng)直接排入小溪、河流和海灣中。
紐約大部分地區(qū)的生活污水、工業(yè)廢水、雨水及街道排水都通過(guò)污水管網(wǎng)收集、運(yùn)送到城市污水處理廠進(jìn)行處理。這是雨污合流系統(tǒng)。在下暴雨時(shí)，管網(wǎng)有時(shí)會(huì)漫溢，不能把污水和雨水送到污水廠進(jìn)行處理。多余的雨水和未經(jīng)處理的污水直接排入河道中，稱為合流污水溢流。紐約市約70%的污水管網(wǎng)是合流制。污水處理廠去除污水中的大部分污染物，處理后的水排入城市河道。污水廠的物理、生物處理工藝仿照濕地、河流、小溪和湖泊自然凈化污水。污水廠的處理過(guò)程快捷、迅速，僅花7小時(shí)就可以去除污水中的大部分污染物。而靠自然環(huán)境卻要花幾周時(shí)間，而且僅靠自然界還不能處理完紐約市如此巨量的污水。城市污水處理廠主要有5個(gè)步驟處理污水：預(yù)處理、初級(jí)處理、二級(jí)處理、消毒以及最后的污泥處理。初級(jí)、二級(jí)處理去除污水中85%-95%的污染物，隨后對(duì)污水進(jìn)行消毒，并排放到當(dāng)?shù)睾拥乐�。�?duì)污水處理過(guò)程中產(chǎn)生的污泥進(jìn)行消化穩(wěn)定后再脫水，以便于處置。處置后的污泥稱為生物固體，可撒在土地中增加植被營(yíng)養(yǎng)，也可進(jìn)一步處理后作為堆肥或肥料。
預(yù)處理
連接紐約千家萬(wàn)戶和商業(yè)場(chǎng)所的污水管網(wǎng)把污水送入污水廠。污水進(jìn)水流經(jīng)由間隔1---
初級(jí)處理
污水隨后流入初沉池并停留1-2小時(shí)。水流變緩，重的固體物沉淀在池底，輕的浮在水面。漂浮物如油脂和小的塑料物上升至池面并被刮掉。
沉淀下來(lái)的污泥稱為初級(jí)污泥。旋風(fēng)除砂裝置通過(guò)離心作用把沙、砂（如咖啡末）和礫石分離出來(lái)。砂被去除、沖洗后再被填埋。
分離出來(lái)的初級(jí)污泥被泵送入污泥處理裝置中進(jìn)行進(jìn)一步處理。經(jīng)過(guò)初級(jí)處理的污水流入二沉池。
二級(jí)處理
二級(jí)處理也稱為活性污泥工藝。原理是把空氣和“種子”污泥投入到污水中對(duì)污水進(jìn)行進(jìn)一步分解。輸入曝氣池的空氣和污水、污泥進(jìn)行混合，刺激污水中耗氧菌和其他微小有機(jī)物的生長(zhǎng)。這些有益微生物消耗污染水質(zhì)的大部分剩余有機(jī)物，產(chǎn)生的重的顆粒在二沉池沉淀。污水在曝氣池內(nèi)停留3-6小時(shí)。
經(jīng)過(guò)曝氣的污水流入與初沉池類似的二沉池。重的顆粒和其他固體在池底沉淀，稱為二級(jí)污泥。一部分污泥回流至曝氣池，作為“種子”污泥刺激活性污泥的生長(zhǎng)。回流污泥包含的數(shù)百萬(wàn)個(gè)微生物促使細(xì)菌和空氣充分混合，以盡量去除污染物。其余的污泥從二沉池排出，和初級(jí)污泥中一起進(jìn)行進(jìn)一步處置。污水在二沉池停留2-3小時(shí)，最后然后進(jìn)入消毒池。
消毒
經(jīng)過(guò)一、二級(jí)處理后的污水仍含致病有機(jī)物。為了消毒并殺滅有害有機(jī)物，污水在氯接觸池中和次氯酸鈉進(jìn)行混合，最短停留時(shí)間為15—20分鐘。出水最后被排放到當(dāng)?shù)厮w中。
污泥處置
污泥處置包括下面幾個(gè)步驟
濃縮
初、二沉池產(chǎn)生的污泥含水率約為99%，必須進(jìn)行濃縮處理。污泥在濃縮池中停留24小時(shí)以上，和水進(jìn)行沉淀、分離。水被送回進(jìn)水井或曝氣池。
消化
對(duì)濃縮后的污泥進(jìn)行進(jìn)一步處置使它對(duì)環(huán)境無(wú)害。污泥在厭氧消化池中被加熱到95華氏度，停留15-20天，促使厭氧菌的生長(zhǎng)，消耗污泥中的有機(jī)物。這種細(xì)菌不同于曝氣池中的細(xì)菌，它是在無(wú)氧或“厭氧”環(huán)境中生長(zhǎng)。消化工藝使?jié)饪s污泥趨于穩(wěn)定，大部分物質(zhì)轉(zhuǎn)換為水、二氧化碳和沼氣。消化后的黑色污泥基本上沒有臭氣，被稱為消化污泥。
紐約市污水處理廠產(chǎn)生的沼氣可用作能源。沼氣可通過(guò)發(fā)電機(jī)產(chǎn)生電能或直接驅(qū)動(dòng)廠內(nèi)設(shè)備。鍋爐也可使用沼氣，產(chǎn)生的熱能供消化池或廠內(nèi)建筑使用。目前，紐約環(huán)保部和電業(yè)部共同在四個(gè)廠安裝了燃料電池。燃料電池把沼氣和二氧化碳轉(zhuǎn)換為熱能和電，供廠內(nèi)使用。使用燃料電池大大降低了排放到空氣中的廢氣。
用泵把貯泥池的消化污泥輸送到脫水車間進(jìn)行處理。沒有脫水車間的污水廠的污泥則通過(guò)管道或污泥船送到設(shè)有脫水車間的廠內(nèi)處理。
污泥脫水
脫水能去除污泥中90%的水分。紐約市14座污水廠中有8座廠有離心脫水設(shè)施。通過(guò)離心機(jī)的快速旋轉(zhuǎn)分離掉污泥中的大部分水分，脫水后的污泥稱為生物固體。分離出的水送回污水廠進(jìn)水口進(jìn)行處理。在此過(guò)程中添加有機(jī)聚合物以增加泥餅的濃度，使之成為更堅(jiān)硬、更容易管理的產(chǎn)品。生物固體的含固率為25-27%。
四、有效利用生物固體
從1938年開始，紐約市把污水污泥作為廢棄物進(jìn)行處理，并用駁船從污水廠運(yùn)走倒入海中。1988年，國(guó)會(huì)通過(guò)了禁止海洋傾倒法。從
臨時(shí)方案是把為期五年、每年價(jià)值一億美元的生物固體管理項(xiàng)目合同授予三個(gè)承包商。承包商負(fù)責(zé)加工、生產(chǎn)、運(yùn)輸生物固體，成為優(yōu)質(zhì)土壤調(diào)節(jié)劑。長(zhǎng)期方案目前每年耗資5000萬(wàn)美元，包括3個(gè)15年合同，目標(biāo)是到2013年6月把整個(gè)紐約市的生物固體進(jìn)行加工。脫水后的污泥由于含有豐富的營(yíng)養(yǎng)物和有機(jī)物，100%可成為有利用價(jià)值的資源。生物固體及其產(chǎn)品可用作化肥或土壤調(diào)節(jié)劑撒在公園、農(nóng)田、草地、高爾夫球場(chǎng)等處。
