美国城镇的污水处理和回用

建设部赴美污水回用技术考察团

概况

　　污水处理和污水回用在美国的发展，可以追溯到20世纪20年代。但城镇污水处理设施的大规模建设和普及，始于20世纪60年代末、70年代初。产业化的污水回用设施建设的全面展开，则是自20世纪90年代初期开始的。
　　目前，美国的城镇污水处理设施已经全面普及，污水处理率100%，污水处理程度都达到了二级处理以上的标准，城镇污水回用也已经从研究试验阶段进入生产应用阶段，城镇污水回用设施的数量和功能增长迅速。在气候干旱的美国中西部地区，一些起步较早的城镇，汗水回用的产业化运营已经有了近30年的历史。
　　回用水作为一种合法的替代水源，在美国正在得到越来越广泛的利用，成为城市水资源的重要组成部分。2000年，加利福和亚州的污水回用量为8.64亿立方米，污水回用率10%（回用水量与污水总量之比），回用水量占平水年份全州城镇年用水总量的7%左右。加州埃尔温市（Irvine,人口26万人），约20%的用水需求是通过回用水满足的。美国城镇污水回用的用途十分广泛，包括非饮用用途的直接利用和饮用用途的间接利用。从回用水的使用构成上看，农作物灌溉、回灌地下水、景观与生态环境用水以及工业用水，日目前美国城镇污水回用几项最主要的用途。加州的统计数据显示，全部回用水总量中，约32%用于农业灌溉，27%用于回灌地下水，17%用于绿化灌溉，7%用于工业生产，3%用于补充地表径流、营造湿地和休闲娱乐水面等景观生态用水，1%用于屏蔽海水入侵，其余13%用于城镇公共建筑和居民家庭的多种非饮用用途，包括冲厕、洗车、街道清洗、建筑物的卫生保洁、非食品和非饮食用具的洗涤等等。
　　从可持续发展战略的高度，重视和加强污水处理和污水回用工作，是美国城镇污水处理和污水回用高水平发展的内在动因。

规划与投融资

　　自20世纪60后代末至80年代中期，美国用大约15年的时间，完成了城镇污水处理设施的全面普及。联邦政府的统筹规划和强有力的投资支持，对城镇污水处理的普及和污水回用的启动，发挥了至关重要的作用。
　　20世纪60年代末，面对渐趋严重的水环境污染和由此引发的种种社会矛盾和经济纠纷，美国联邦政府组织各相关部门和机构的专业人士，研究制定了推动全国城镇污水处理设施建设的战略规划，确立了促进污水处理设施建设的目标、要求、投资计划和鼓励政策，发动了全国性的城镇污水处理普及运动。有关污水处理的几项重要法律，也先后颁布实施。
　　1972年，联邦政府启动了“清洁水被助金工程”，向各州政府也设了类似的专项财政资金，如加州先后设立了“州周转贷款工程”和“水回用贷款工程”，配套支持城镇污水处理设施的建设。到1985年，联邦政府用于城镇污水处理设施建设项目的补助金拨款，累计达800多亿美元，城镇污水处理设施实现了全面普及。在此期间，美国城镇污水处理设施的建设资金，75%来自联邦政府的财政补助，12.5%来自州政府的拨款或低息贷款，12.5%由地方通过发行债券筹集。联邦政府、州政府和地方政府的投资比例为6:1：1。
　　城镇污水处理设施的普及，为污水回用的启动和产业化发展奠定了良好基础。美国城镇的污水回用，主要是在污水处理设施市场化运营的基础上，依靠污水处理收费所形成的投资偿还能力和滚动发展机制发展起来的。联邦政府主要对污水回用技术与设备的研究开发和相关科研项目（如回用水安全性的跟踪测试和比较研究）提供资助，并有选择地对少数大型污水回用项目提供部分投资补助，对单个项目的资助比例，最高不超过项目投资总额的25%，资助金额最高不超过2000万美元。州政府通常以提供低息贷款的方式（利率为商业贷款的一半），支持地方污水回用设施的建设。
　　在生产流程上，污水回用是污水处理的延续和深化。污水处理厂新增和扩展污水回用能力所需的建设资金，一般通过申请贷款（包括商业贷款和政府低息贷款）和发行债券来筹集，通过污水处理收费来偿还。贷款的期限一般都在30年以上。为鼓励居民购买教学改革水回用建设债券，联邦政府规定对居民购买污水回用建设债券所获得的收益，免征收入税。目前，美国城镇污水回用厂供应工商业用启用居民家庭使用的回用水，一般按供水价格的50%——75%收取回用水价。这部分收益和污水处理收费一起，共同用于偿还建设投资贷款或债券本息，并补偿生产运营成本。

成本与效益

　　污水回用的成本因地而异。总体而言，原污水的污染程度越严重、输送回用水的管网越长，污水回用的成本就越高。其中，管网投资是污水回用成本的主要组成部分，通常占污水回用总投资的60%左右。
　　美国的实践证明，随着技术的进步，污水回用设施的建造成本正在逐渐降低。以污水高级深度处理的关键技术——膜处理技术为例，膜的过高价格曾经是制药其推广使用的主要障碍之一，但在过去的10年中，随着新的高分子膜材料的开发和规模化生产，膜的价格已经下降了约90%，使膜处理技术的广泛应用，具备了更强的经济可行性。
　　相关的比较分析还显示，尽管发展污水回用需要大量投资，但是，在可用水源有限的情况下，以传统方式拓展水源的代价也同昂贵。加州蒙特利县污水回用项目，总投资7800万美元，其中3400万美元为回用厂建造费用，4400万美元为中水管网建设费用。项目日供水能力考核成绩6.85万吨，相当于新增了2500万立方米的可用水源，平均每立方米耗资3.16美。而加州康特拉考斯塔县为拓展供水水源，修筑的蓄水量1.23亿立方米的水库存，投资4.5亿美元，平均每立方米耗资3.68美元。加州城镇污水回用的运营成本约为0.3-0.5美元/吨，与30年代启动、60年代完成的中心谷地项目的调水平均成本相当（0.4美元/吨）。
　　而且，发展污水回用具有不可替代的环境效益和社会效益。如果把污水回用所具备的减少污水排放、维护生态平衡、增强供水的稳定性和可靠性等社会效益和环境效益，纳入到成本计算之中，与其他拓展水源的方式相比，污水回用具有明显的综合效益优势。

立法

　　美国联邦政府制定了多项有关污水处理和污水回用的法律法规。对于每项联邦污染，各州基本上都有相应的配套污染法规。州与州之间，关于污水处理和污水回用的具体法律规定并不完全相同，但都必须在联邦法律法规规定的限度之内。以下几项联邦法律，是美国城镇污水处理和污水回用最主要的法律依据：
　　《自然和风景河流法》。1968年颁布实施。主要目的是防止因大量截流或向流域外抽调河水，破坏流自然水平衡，以及由此造成的一系列与自然河流径流量变化相关的生态环境问题，如上游地区自然风景景观的改变，下游地区自然径流的减少，河流入海水量的减少等。法律对在自然河道上拦河筑坝、截流引水作出了严格的限制，并划定了严禁修筑大坝的河流和抽调自然河水的区域。这项法律的颁布实施，促使美国中西部干旱地区各州开始调整水资源战略，将水管理的重点从扩展新的外地水源，转向本地水资源的保护和水资源利用效率的提高。
　　《国家环境质量法》。1970年颁布发实施。主要从维护生态环境平衡的角度，对包括水生态环境在内的环境质量保护，作出了具体规定。法律规定水资源的开发利用活动，必须符合生态环境保护的各项要求。其中严格规定了向珍稀水生动植物的生长栖息水域排水的水质、水量和排放时间，对沿海城市的排海水质、水量也作了严格限定。这些规定，促使许多城市在提高污水处理率的同时，努力拓展处理后教学改革水的再生用途径，对于美国城镇污水回用的发展，发挥了重要的促进作用。
　　《清洁水法》。1972年颁布实施，是关于污水处理排放的一项专门法律。法律明确提出了将全国自然水体的水质，维持在能够养殖鱼类和进行游泳活动的安全水平的要求，规定了所有排水必须遵守的基本准则，包括污水处理达标后的排放时间、排放量、排放方式等。法律还规定了推动城镇污水处理设施建设和普及的措施，要求城镇污水处理厂的排水水质都必须达到二级处理标准（包括除磷脱氮）。联邦政府拨款支持地主污水处理设施建设的清洁水补助金工程，就是根据这项法律的要求启动实施的。
　　《安全饮用水法》。1974年颁布实施。法律规定了城镇饮用水中，各种化学污染物含量高限度的强制性标准，并授权政府主管部门，主持建立具体的供水水质检测技术规范。针对越来越多的回用水间接用于饮用用途（回灌作为饮用水源的地下水、与地表饮用水源一起混合供水），该法在1996年进行了修改，加强了对饮用水中细菌、病毒等生物污染物含量的控制要求。

技术规范与安全卫生监测

　　在科学实验和跟踪监测的基础上，制定污水回用的技术规范，对回用水的各种用途和应用的水质标准作出详细规定，保证污水回用的安全性和合理性，是美国城镇污水回用顺利发展的一条重要经验。
　　美国有关污水回用的具体技术规范，是由各州在联邦有关法律规定的基本技术准则基础上，根据本州有关法律的特别规定研究制定的。回用水质的标准越高，处理的成本也就越大。在保证污水回用对人体健康安全无害的前提下，兼顾污水回用的经济效益，是各州制定污水回用技术标准共同遵循的一项基本原则。按照这一原则，污水回用的用途，决定了回用水必须达到的处理深度和水质指标。人体接触机会越大的回用水用途，相应的水质要求就越高，技术指标就越严格。各州法律都规定，污水回用厂必须对出水水质进行不间断的监测，并定期向主管部门报告。政府主管部门会同卫生部门，对回用水质进行不定期的抽查，提供虚假水质报告者，一经发现，将直接由司法机关处理。
　　加利福利亚州是美国最早建立专门的教学改革水回用技术规范的州之一，其回用水技术指标也是各州中最详细、最严格的。
1978年，加州的制定颁布了《水回用标准》。标准首先规定了所有有用途的回用水，都必须满足的基本处理程序和最低水质标准。然后根据不同用途人体接触的频率高低、与食品生产或饮用水源的关系密切程度等，确定了详细的回用水分类分级标准。
在推行污水回用的同时，美国各级政府都十分注重对回用水卫生安全性能的科研监测工作。80年代中期以来，随着回灌地下水和补充地表饮用水源的回用水量的逐渐增长，政府及有关科研机构，加强了对间接饮用水源的回用水卫生安全可靠性的研究和跟踪测试。1984--1991年，加州洛杉矶县和加州大学洛杉矶分校公共卫生学院合作，对温特纳诺斯的回用水回灌地下水饮用水源项目（受水人口90万人），进行了跟踪研究。研究结果显示，使用回用水地区的肿瘤发病率、传染病发病率以及死亡率等，与未使用回用水的地区处于相同的水平，没有发现污水回用对人体健康存在任何可探测的不利影响。
　　1998年，美国国家研究委员会提出了一份间接饮用回用水对体健康影响到的全国性评估报告。报告题为《饮用用途的再利用问题：以回用水补充饮用水供应的安全可靠性》，报告得出的结论是：对于经过规划和全面细致的检测（包括污染物检测、健康与安全测试以及污水处理系统稳定性评价）的污水回用项目，间接饮用回用水是安全可靠的。报告还指出，一些人对回用水可能含有无法检测的有害物质和细菌的担忧，是不必要的。如果真有这样的未知物质和细菌，它们在传统的供水水源中也同样是无法检测的。因此，这种担忧不能成为反对间接饮用回用水的理由。

管理

　　美国城镇供排水管理的特点，是将城镇视为一个基本的用水单元，将供水、排水、污水处理和污水回用作一个完整的水循环过程，由专门机构统一管理。城镇供排水管理机构是政府机构（公共部门），但却是一种相对独立的专门机构，由城镇选举产生的委员与地方政府指派的委员一起，组成董事会，负责管理机构的运作。
　　与上述特点相对应，美国每个城镇供排水管理机构的管辖范围，是按照城镇发展过程中，历史形成的取水、用水、排水实际覆盖范围划定的。美国称之为城镇水区。城镇水区的范围不同于流域管理的范围，也与城镇的行政区划范围并不完全吻合，而是相应于以该城镇用水为主体的水功能区范围。在高度城市化的城镇密集地区，往往由多个相邻的城镇水区签订协议，联合组成区域性的大都市水区，负责区域性的城镇供排水设施的共建共享和协调管理。如加州大都市水区成立于1929年，由洛杉矶、帕萨迪纳、长滩、里弗赛德、圣地亚哥、贝克斯菲德等若干个城镇水区联合组成，负责加州南部以大洛杉矶为核心的城镇密集地区的供水管理。
　　与投资来源相关，美国的城镇污水处理设施和污水回用设施有公有设施，美国90%的城镇供水设施也是公用设施。城镇污水处理设施和污水回用设施的经营运作方式，则是多样化的。有的污水处理厂和污水回用厂，由城镇水区直接管理，经营管理人员属于政府职员，实行企业化运作。有的城镇水区，则将污水处理和污水回用设施的经营权，委托给私人企业，实行特许经营制度。无论哪种经营运作方式，污水处理厂和污水回用厂的生产和服务，都必须符合联邦和地方污律法规的有关规定，接受有关部门的执法监督。