纽约市污水处理一瞥
徐 进（译）成都市排水有限责任公司
一、纽约市给排水现状
1. 纽约的污水来自哪里？
纽约市每天为800万居民及居住在城市北面威斯彻斯、普特南、阿尔斯特、橘县的另外100万消费者输送13亿加仑（1加仑=3.785升）安全饮用水。自来水水源由向城市北部和西部延伸125英里、总计1972平方英里流域内的19个水库和3个调控湖通过管网供应。给排水系统总干管为数百万纽约市民和游客服务。每个人可以通过节约用水、妥善处理垃圾和家庭化学品以及关心城市周围水环境的水质等行动使给排水系统运行良好。
2. 污水排到哪里？
每天产生的污水排入纽约市的污水处理管网中。该管网包括：6000余英里长的污水管，135000个污水边井，494个允许排放溢流污水和雨水的排放口，93个污水泵站，通过这些设施把污水输送至纽约5个区的14个污水处理厂进行处理。纽约市环保局所属的污水处理部负责所有污水处理设施的运行和维护。污水处理部有1900位员工，年运行预算费用为2.62亿美元，年资金预算为1.14亿美元。通过这些相关设施，污水处理厂处理800万居民每天排放的14亿加仑污水。污水厂把处理后的高标准出水排入环绕纽约的河道中。
二、污水处理的历史和现状
在1842年开发纽约北部的水库系统前，纽约居民通过井水—街头零售商贩获得饮用水。第一批在下曼哈顿安置的荷兰人从池塘、小溪和浅井中取水。随着人口的增加，居民对水的需求也随之增大。由于没有对污水和垃圾进行处理，人类和动物排放的废物污染了供水系统，造成水生疾病如黄热病和霍乱的频繁流行。人们清楚地意识到必须采取措施处理人类和动物产生的废物和垃圾。
当局于19世纪九十年代末、二十世纪初开始在布鲁克林的两处地点和皇后区的一处地点修建纽约的污水处理厂。这三处就是后来的布鲁克林26区污水厂、柯勒岛污水处理厂和皇后区贾迈卡污水处理厂。由于修建污水厂要大量使用公共河滩，因此政府优先考虑在这三处地点修建处理厂。污水处理工艺包括化学絮凝沉淀和季节性加氯消毒。其目的是保持河滩清洁、保护常去河滩的居民的健康，而不仅仅是保护水质。当纽约人口增长到350万时，这三座厂开始超负荷运行，不能满足需要。在发现水生细菌和人类疾病间的关系后，人们意思到需要制定一个总体规划来保护周围的河道。于是在1904年成立了大都会污水委员会，它承担对纽约港口的调查和水质分析工作，并研究潮汐以及港口自然冲洗的规律，最后制定了城市污水处理厂总体规划。这项计划包括新建污水厂并确定未来污水厂的最佳厂址以满足人口增长的需要。
在1935—1945年间，当局又在曼哈顿沃茨岛、波威湾和皇后区托曼岛修建了三座污水处理厂。沃茨岛污水处理厂主要处理曼哈顿东边和布朗克斯南边的污水。这座1936年开始运行的处理厂第一次使用活性污泥法处理污水。
波威湾和托曼污水处理厂也使用活性污泥法。由于纽约人口已接近750万，当局对26区污水厂、柯勒岛污水处理厂和贾迈卡污水处理厂进行升级改造。这六个污水厂每天可处理4.97亿加仑污水。在1945—1965年间，又新修了5个处理厂以满足近800万的人口的需要。这五个厂是布朗克斯的亨茨波特污水厂、斯坦顿岛的奥克伍德比奇和波特瑞奇蒙污水厂，布鲁克林的洛克威和欧日赫德污水厂。
在此期间，当局同时对波威湾、柯勒岛和托曼岛污水处理厂进行了升级改造。使用新发明的分步曝气工艺，即让初级出水进入曝气池以减少停留时间，使工艺运行更为灵活。包括这五个厂在内的11个污水厂的日处理量从4.97亿加仑增加到10.37亿加仑。
1965年---1979年，当局在布鲁克林修建了新克威格污水处理厂，设计日处理量3.1亿加仑，占地面积仅30英亩。这个厂没有初沉池，污水从沉砂池直接进入曝气池，再到二沉池，没有中间渠，因此节约了面积，减少了泵的数量。此外还修建了斯普林克威格辅助厂（它连接26区污水厂，有污水溢流设施，还有一个一千万加仑的蓄水池接纳雨水）。到1968年，纽约已有12个投运的污水处理厂，每天共处理10亿加仑污水，从污水中去掉65%的污染物。到1972年，联邦政府颁布通过了《净水法》。它规定了全国污水厂的最低标准。这意味着污水处理厂必须升级至二级处理，污染物去除率需达到85%。通过《净水法》的颁布实施使人们了解到环境保护的重要性。
当局对纽约市的8个处理厂进行升级改造，日处理量达13.9亿加仑。到1979年，纽约的9个厂已改造升级为二级处理。从1979至1995年，柯勒岛和欧日赫德污水厂这两座厂完全达到二级处理。同时，又修建了两座新厂：布鲁克林的瑞德霍克和北河污水厂。这两座厂坐落在跨越哈德森河的平台上，处理曼哈顿以西的污水。纽约市的污水处理厂达到14座，基本能收集、处理纽约市的污水。目前，污水的日处理量达18.08亿加仑。
三、污水处理工艺
每天从工厂、商业场所、学校、家庭排出的污水流入纽约市的污水管网。雨水、融化的雪水、冲洗街道的水、以及户外活动产生的污水流入街道的污水边井再汇入污水管网。在纽约的一些社区中，街道的排水由单独的雨水管网直接排入小溪、河流和海湾中。
纽约大部分地区的生活污水、工业废水、雨水及街道排水都通过污水管网收集、运送到城市污水处理厂进行处理。这是雨污合流系统。在下暴雨时，管网有时会漫溢，不能把污水和雨水送到污水厂进行处理。多余的雨水和未经处理的污水直接排入河道中，称为合流污水溢流。纽约市约70%的污水管网是合流制。污水处理厂去除污水中的大部分污染物，处理后的水排入城市河道。污水厂的物理、生物处理工艺仿照湿地、河流、小溪和湖泊自然净化污水。污水厂的处理过程快捷、迅速，仅花7小时就可以去除污水中的大部分污染物。而靠自然环境却要花几周时间，而且仅靠自然界还不能处理完纽约市如此巨量的污水。城市污水处理厂主要有5个步骤处理污水：预处理、初级处理、二级处理、消毒以及最后的污泥处理。初级、二级处理去除污水中85%-95%的污染物，随后对污水进行消毒，并排放到当地河道中。对污水处理过程中产生的污泥进行消化稳定后再脱水，以便于处置。处置后的污泥称为生物固体，可撒在土地中增加植被营养，也可进一步处理后作为堆肥或肥料。
预处理
连接纽约千家万户和商业场所的污水管网把污水送入污水厂。污水进水流经由间隔1---3英寸的垂直栅条组成的格栅。栅条截留外形尺寸大的渣物如破布、棍子、报纸、软饮料罐、瓶子、塑料杯等物品。格栅保护污水泵和其他设备不被破坏。渣物被运走填埋。污水泵把污水从格栅井提升至厂内地平。
初级处理
污水随后流入初沉池并停留1-2小时。水流变缓，重的固体物沉淀在池底，轻的浮在水面。漂浮物如油脂和小的塑料物上升至池面并被刮掉。
沉淀下来的污泥称为初级污泥。旋风除砂装置通过离心作用把沙、砂（如咖啡末）和砾石分离出来。砂被去除、冲洗后再被填埋。
分离出来的初级污泥被泵送入污泥处理装置中进行进一步处理。经过初级处理的污水流入二沉池。
二级处理
二级处理也称为活性污泥工艺。原理是把空气和“种子”污泥投入到污水中对污水进行进一步分解。输入曝气池的空气和污水、污泥进行混合，刺激污水中耗氧菌和其他微小有机物的生长。这些有益微生物消耗污染水质的大部分剩余有机物，产生的重的颗粒在二沉池沉淀。污水在曝气池内停留3-6小时。
经过曝气的污水流入与初沉池类似的二沉池。重的颗粒和其他固体在池底沉淀，称为二级污泥。一部分污泥回流至曝气池，作为“种子”污泥刺激活性污泥的生长。回流污泥包含的数百万个微生物促使细菌和空气充分混合，以尽量去除污染物。其余的污泥从二沉池排出，和初级污泥中一起进行进一步处置。污水在二沉池停留2-3小时，最后然后进入消毒池。
消毒
经过一、二级处理后的污水仍含致病有机物。为了消毒并杀灭有害有机物，污水在氯接触池中和次氯酸钠进行混合，最短停留时间为15—20分钟。出水最后被排放到当地水体中。
污泥处置
污泥处置包括下面几个步骤
浓缩
初、二沉池产生的污泥含水率约为99%，必须进行浓缩处理。污泥在浓缩池中停留24小时以上，和水进行沉淀、分离。水被送回进水井或曝气池。
消化
对浓缩后的污泥进行进一步处置使它对环境无害。污泥在厌氧消化池中被加热到95华氏度，停留15-20天，促使厌氧菌的生长，消耗污泥中的有机物。这种细菌不同于曝气池中的细菌，它是在无氧或“厌氧”环境中生长。消化工艺使浓缩污泥趋于稳定，大部分物质转换为水、二氧化碳和沼气。消化后的黑色污泥基本上没有臭气，被称为消化污泥。
纽约市污水处理厂产生的沼气可用作能源。沼气可通过发电机产生电能或直接驱动厂内设备。锅炉也可使用沼气，产生的热能供消化池或厂内建筑使用。目前，纽约环保部和电业部共同在四个厂安装了燃料电池。燃料电池把沼气和二氧化碳转换为热能和电，供厂内使用。使用燃料电池大大降低了排放到空气中的废气。
用泵把贮泥池的消化污泥输送到脱水车间进行处理。没有脱水车间的污水厂的污泥则通过管道或污泥船送到设有脱水车间的厂内处理。
污泥脱水
脱水能去除污泥中90%的水分。纽约市14座污水厂中有8座厂有离心脱水设施。通过离心机的快速旋转分离掉污泥中的大部分水分，脱水后的污泥称为生物固体。分离出的水送回污水厂进水口进行处理。在此过程中添加有机聚合物以增加泥饼的浓度，使之成为更坚硬、更容易管理的产品。生物固体的含固率为25-27%。
四、有效利用生物固体
从1938年开始，纽约市把污水污泥作为废弃物进行处理，并用驳船从污水厂运走倒入海中。1988年，国会通过了禁止海洋倾倒法。从1992年6月30日起，禁止把污水污泥倒入海中。环境保护部提出了即时、临时和长期三个方案管理每天产生的1200吨湿污泥。即时方案是规划设计了8个脱水车间，这8个车间于1991年3月动工修建。第一个污泥处置车间于1991年12月投入运行。其他七个厂于1992年6月完工并投运，总投资为6.7亿美元。
临时方案是把为期五年、每年价值一亿美元的生物固体管理项目合同授予三个承包商。承包商负责加工、生产、运输生物固体，成为优质土壤调节剂。长期方案目前每年耗资5000万美元，包括3个15年合同，目标是到2013年6月把整个纽约市的生物固体进行加工。脱水后的污泥由于含有丰富的营养物和有机物，100%可成为有利用价值的资源。生物固体及其产品可用作化肥或土壤调节剂撒在公园、农田、草地、高尔夫球场等处。
