當下，中美關(guān)系與中美發(fā)展對比似乎已成為較為敏感的議題。但在政治的紛擾之外，兩個(gè)大國之間的互相注視、互相影響與互相交流從未停止。在全球結成命運共同體的環(huán)境領(lǐng)域，這種在經(jīng)驗和方法層面的學(xué)習借鑒更是必行之事。在中國水污染治理已進(jìn)入“深水區”的當下，重新審視和觀(guān)察發(fā)達國家治水、治污、改善和管理水環(huán)境的歷程，或許能為下一個(gè)五年，下一個(gè)“十條”提供一些參考。
美國的水污染治理需求肇始于經(jīng)濟蓬勃發(fā)展帶來(lái)的水體污染問(wèn)題和環(huán)境事件。20世紀50年代前后，美國開(kāi)始嘗試系統性的管理并打下政策基礎(發(fā)布聯(lián)邦級的綜合性水污染控制法、水質(zhì)法案)，70年代確立以水環(huán)境管理的職能主體(EPA)為代表的全國性的環(huán)境管理，同時(shí)確立了適用于全國范圍的基礎性廢水排放限值以及針對排污主體的排污管理制度(排污許可制度)。20世紀70年代末，清潔水法案出臺，排污許可制度優(yōu)化為基于國家污染物排放削減制度(NPDES)的排污許可，水污染治理思路也從對常規污染物的控制轉為對“可游泳，可垂釣(waters are safe for fishing and swimming)”水環(huán)境的改善與追求。
承接前幾十年確立的大框架，進(jìn)入2000年以后，美國的水污染防治政策和思路又有所補充和延伸。近年來(lái)美國水環(huán)境管理的重心主要是城市及鄉村雨水徑流管理、近岸海域海水監測體系建設、特殊污染物的控制、以及脫氮除磷等，后者即本文的論述主題。
2000年以來(lái)，EPA發(fā)布了一系列與脫氮除磷相關(guān)的技術(shù)文件(表1)，其核心在于進(jìn)一步推動(dòng)有水環(huán)境質(zhì)量提升需求區域的污水處理廠(chǎng)在營(yíng)養物去除方面的低費用升級改造。
一州之視角看美國脫氮思路
在州一級的視角，美國的水環(huán)境營(yíng)養物控制思路值得一談。
一方面，作為典型的小政府國家，美國各州政府地方自治程度較高。這自然也體現在環(huán)境管理方面，如在聯(lián)邦層級污水廠(chǎng)污染物排放標準非常粗線(xiàn)條，具體到微觀(guān)層面，NPDES體系管理下的排放標準能細化到各個(gè)污水處理廠(chǎng)。因此不同地區污水廠(chǎng)氮磷污染物的排放限值也差別極大。
但另一方面，美國同時(shí)又是非常強調流域整體化治理的國家。20世紀30年代，羅斯福政府就專(zhuān)門(mén)成立了流域委員會(huì )對田納西河進(jìn)行治理，并取得了較大的成功。流域整體化治理的基因也自此開(kāi)始在美國環(huán)境管理體系中傳遞。
以最具代表性的佛羅里達州為例。該州污水廠(chǎng)TN、TP排放標準總體而言在美國各州之中最為嚴格。佛羅里達州是一個(gè)水質(zhì)較為敏感的地區，主要體現在：海岸線(xiàn)長(cháng)(全美第二、農業(yè)發(fā)達——美國最主要柑橘類(lèi)作物產(chǎn)區)、河湖繁密(境內有河流17116條，湖泊3萬(wàn)多個(gè))、有重要湖泊和生態(tài)保護區(美國第二大淡水湖、美國知名的生態(tài)濕地大沼澤地‘everglades’)。而該州的水污染控制一直面臨著(zhù)比較嚴峻的挑戰。早在20世紀60、70年代，就有Jacksonville市因污水處理設施缺乏建設資金而向河流直排5.6萬(wàn)m3/d市政污水，導致佛羅里達州中西部沿海水域發(fā)生短裸甲藻赤潮，致使近1500km2海域生物幾乎全部滅絕的污染事件。根據當時(shí)環(huán)境管理部門(mén)的一份報告，市政污水、工業(yè)源(以磷肥工業(yè)為典型)、農業(yè)源(畜牧業(yè)糞便、種植業(yè)的化肥使用)等是境內主要河流、湖泊的水生生物數量和種類(lèi)出現明顯下降的主要原因，居民的飲水安全受到嚴重威脅。
隨后佛羅里達州開(kāi)始逐漸重視水污染問(wèn)題，其在前期的摸索和準備期中逐漸形成了兩條治污主線(xiàn)：一條是州政府一級的整體規劃統籌，包括發(fā)布治理計劃(州級的水污染防治行動(dòng)計劃、河流和海港污染防治計劃)、募集資金投入治污(每年花費數億美元主要用于支持建設污水處理設施)、嘗試和創(chuàng )新管理手段和制度(分級管理污水廠(chǎng))等宏觀(guān)舉措;另一條是重點(diǎn)流域開(kāi)始構建形成專(zhuān)門(mén)的治污和水環(huán)境保護組織，推動(dòng)特定水域的污染治理，如持續至今的大沼澤地‘everglades’富營(yíng)養物去除項目、印第安河瀉湖 (Indian River Lagoon)流域富營(yíng)養化調查和治理項目等。
這些水污染防治的基礎打牢、并且各類(lèi)舉措收到一定成效后，佛羅里達州于1996年發(fā)布了較為重要的提標政策 ——“市政污水處理設施Chapter 62-600–Domestic Wastewater Facilities)”。該政策將州內部分重點(diǎn)流域的總氮排放標準規定為I、II類(lèi)污水處理設施年平均TN濃度≤3mg/L，III類(lèi)污水處理設施年平均TN濃度≤10mg/L。這一“嚴約束總量、對日常波動(dòng)寬容”精神的提標政策開(kāi)始推動(dòng)州內污水廠(chǎng)的升級，并逐步向極限脫氮邁進(jìn)。
美國極限脫氮(LOT)發(fā)展及應用現狀
中文語(yǔ)境下的“極限脫氮”脫胎于英文術(shù)語(yǔ)‘the Limit of Technology (LOT)’。而這一概念則屬于美國環(huán)境學(xué)界較為公認的水體污染物去除之“三層級”：即較為傳統的生物去除(BNR)、加強型營(yíng)養物去除(ENR)和極限營(yíng)養物去除(LOT)。這三個(gè)層級更為細化的內涵如下：
BNR：傳統的厭氧-缺氧-好氧的順序排列組合，通?？蓪?shí)現TN≤10 mg/L，TP≤1 mg/L。
ENR：在應用BNR技術(shù)的工藝基礎上加入化學(xué)沉降及過(guò)濾以實(shí)現更優(yōu)的氮磷去除效果，可以實(shí)現TN≤6 mg/L，TP≤0.2 mg/L。
LOT：代表“最先進(jìn)技術(shù)”的內涵。這一類(lèi)技術(shù)和工藝雖然非常先進(jìn)，但在習慣于對公共支出精打細算、同時(shí)強調地區個(gè)性化的美國此類(lèi)技術(shù)沒(méi)有過(guò)于普及。如果將學(xué)界和產(chǎn)業(yè)界較為公認的TN≤3 mg/L，TP≤0.1 mg/L作為對LOT類(lèi)工藝的入門(mén)要求，根據EPA網(wǎng)站等官方來(lái)源的資料統計，美國全境約有十余座污水廠(chǎng)達到這一標準。在美國，實(shí)現極限脫氮的技術(shù)工藝主要為在二級處理后加上化學(xué)處理+過(guò)濾、膜過(guò)濾、離子交換/吸收等工藝。
應用極限脫氮技術(shù)的污水廠(chǎng)主要分布在美國東部，尤其是接近五大湖區的區域和前文已提到的佛羅里達州。
污水廠(chǎng)脫氮除磷升級案例
近數十年，一些與佛羅里達州類(lèi)似，有著(zhù)更高污水/水環(huán)境營(yíng)養物質(zhì)控制需求的州在各種因素的推動(dòng)下開(kāi)始推行污水廠(chǎng)脫氮除磷的提標改造，由BNR提升為ENR甚至LOT。具有代表性的部分案例見(jiàn)表2及表3。
可以看出，綜合而言，美國各州污水廠(chǎng)在脫氮除磷升級方面較為精打細算——既不脫離自身實(shí)際需求定過(guò)高的目標，也不投入過(guò)多資金。同時(shí)，在美國污泥農用政策較為友好的框架下通過(guò)營(yíng)養物質(zhì)的產(chǎn)出和出售以及能量的節省等途徑追求脫氮處理環(huán)境效益之外的經(jīng)濟利益產(chǎn)出。
此外，更讓人有些意外的是，美國部分污水廠(chǎng)脫氮除磷改造的個(gè)案經(jīng)濟性數據顯示，極限脫氮和增強型脫氮實(shí)際的噸水花費不但不高于普通的生物脫氮，甚至會(huì )低于后者。當然，這樣的情況可能由于實(shí)施普通生物脫氮升級的污水廠(chǎng)通常較老舊，需要改造的設施較多。而實(shí)施更高兩個(gè)層級標準脫氮除磷升級的污水廠(chǎng)通常較新，需實(shí)施改造的設施和工藝較少等因素的影響。個(gè)案數據無(wú)法給出定性的結論，但也足以對“極限脫氮=高昂費用”的慣性思維等式給出一定的質(zhì)疑。
對中國脫氮事業(yè)的啟示
回顧美國的水體富營(yíng)養化治理路徑，不難發(fā)現一些值得參考且學(xué)習引入的點(diǎn)。比如地方政府統籌和跨區域流域治理的雙管齊下;比如對投入產(chǎn)出的精打細算;比如對區域特殊性的強調和從個(gè)體實(shí)際需求出發(fā)的務(wù)實(shí)……另一方面，從美國一些區域依然持續的治污舉措和依然偶有爆發(fā)的水污染事件中也可以看出，即使在環(huán)保已先行幾十年的發(fā)達國家，治水和防污依然是不輟的長(cháng)期事業(yè)。
京公網(wǎng)安備 11010802021286號