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. 紐約的污水來自哪里？
紐約市每天為800萬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100萬消費者輸送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余英里長的污水管，135000個污水邊井，494個允許排放溢流污水和雨水的排放口，93個污水泵站，通過這些設(shè)施把污水輸送至紐約5個區(qū)的14個污水處理廠進(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)施的運行和維護(hù)。污水處理部有1900位員工，年運行預(yù)算費用為2.62億美元，年資金預(yù)算為1.14億美元。通過這些相關(guān)設(shè)施，污水處理廠處理800萬居民每天排放的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)紐約北部的水庫系統(tǒng)前，紐約居民通過井水—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，居民對水的需求也隨之增大。由于沒有對污水和垃圾進(jìn)行處理，人類和動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。人們清楚地意識到必須采取措施處理人類和動物產(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和皇后區(qū)的一處地點修建紐約的污水處理廠。這三處就是后來的布魯克林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)紐約人口增長到350萬時，這三座廠開始超負(fù)荷運行，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總體規(guī)劃來保護(hù)周圍的河道。于是在1904年成立了大都會污水委員會，它承擔(dān)對紐約港口的調(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。這項計劃包括新建污水廠并確定未來污水廠的最佳廠址以滿足人口增長的需要。
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，當(dāng)局對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)行升級改造。這六個污水廠每天可處理4.97億加侖污水。在1945—1965年間，又新修了5個處理廠以滿足近800萬的人口的需要。這五個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)局同時對波威灣、柯勒島和托曼島污水處理廠進(jìn)行了升級改造。使用新發(fā)明的分步曝氣工藝，即讓初級出水進(jìn)入曝氣池以減少停留時間，使工藝運行更為靈活。包括這五個廠在內(nèi)的11個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)計日處理量3.1億加侖，占地面積僅30英畝。這個廠沒有初沉池，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，還有一個一千萬加侖的蓄水池接納雨水）。到1968年，紐約已有12個投運的污水處理廠，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)邦政府頒布通過了《凈水法》。它規(guī)定了全國污水廠的最低標(biāo)準(zhǔn)。這意味著污水處理廠必須升級至二級處理，污染物去除率需達(dá)到85%。通過《凈水法》的頒布實施使人們了解到環(huán)境保護(hù)的重要性。
當(dāng)局對紐約市的8個處理廠進(jìn)行升級改造，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污水管網(wǎng)收集、運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，管網(wǎng)有時會漫溢，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。污水廠的處理過程快捷、迅速，僅花7小時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個步驟處理污水：預(yù)處理、初級處理、二級處理、消毒以及最后的污泥處理。初級、二級處理去除污水中85%-95%的污染物，隨后對污水進(jìn)行消毒，并排放到當(dāng)?shù)睾拥乐小ξ鬯幚磉^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
連接紐約千家萬戶和商業(yè)場所的污水管網(wǎng)把污水送入污水廠。污水進(jìn)水流經(jīng)由間隔1---
初級處理
污水隨后流入初沉池并停留1-2小時。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。
沉淀下來的污泥稱為初級污泥。旋風(fēng)除砂裝置通過離心作用把沙、砂（如咖啡末）和礫石分離出來。砂被去除、沖洗后再被填埋。
分離出來的初級污泥被泵送入污泥處理裝置中進(jìn)行進(jìn)一步處理。經(jīng)過初級處理的污水流入二沉池。
二級處理
二級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物的生長。這些有益微生物消耗污染水質(zhì)的大部分剩余有機物，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。
經(jīng)過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。回流污泥包含的數(shù)百萬個微生物促使細(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，最后然后進(jìn)入消毒池。
消毒
經(jīng)過一、二級處理后的污水仍含致病有機物。為了消毒并殺滅有害有機物，污水在氯接觸池中和次氯酸鈉進(jìn)行混合，最短停留時間為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
對濃縮后的污泥進(jìn)行進(jìn)一步處置使它對環(huán)境無害。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，消耗污泥中的有機物。這種細(xì)菌不同于曝氣池中的細(xì)菌，它是在無氧或“厭氧”環(huán)境中生長。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。沼氣可通過發(fā)電機產(chǎn)生電能或直接驅(qū)動廠內(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。通過離心機的快速旋轉(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。在此過程中添加有機聚合物以增加泥餅的濃度，使之成為更堅硬、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走倒入海中。1988年，國會通過了禁止海洋傾倒法。從
臨時方案是把為期五年、每年價值一億美元的生物固體管理項目合同授予三個承包商。承包商負(fù)責(zé)加工、生產(chǎn)、運輸生物固體，成為優(yōu)質(zhì)土壤調(diào)節(jié)劑。長期方案目前每年耗資5000萬美元，包括3個15年合同，目標(biāo)是到2013年6月把整個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養(yǎng)物和有機物，100%可成為有利用價值的資源。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、高爾夫球場等處。
