一州之视角看美国脱氮思路

 

　　在州一级的视角，美国的水环境营养物控制思路值得一谈。

 

　　一方面，作为典型的小政府国家，美国各州政府地方自治程度较高。这自然也体现在环境管理方面，如在联邦层级污水厂污染物排放标准非常粗线条，具体到微观层面，NPDES体系管理下的排放标准能细化到各个污水处理厂。因此不同地区污水厂氮磷污染物的排放限值也差别极大。

 

　　但另一方面，美国同时又是非常强调流域整体化治理的国家。20世纪30年代，罗斯福政府就专门成立了流域委员会对田纳西河进行治理，并取得了较大的成功。流域整体化治理的基因也自此开始在美国环境管理体系中传递。

 

　　以最具代表性的佛罗里达州为例。该州污水厂TN、TP排放标准总体而言在美国各州之中最为严格。佛罗里达州是一个水质较为敏感的地区，主要体现在：海岸线长(全美第二、农业发达——美国最主要柑橘类作物产区)、河湖繁密(境内有河流17116条，湖泊3万多个)、有重要湖泊和生态保护区(美国第二大淡水湖、美国知名的生态湿地大沼泽地‘everglades’)。而该州的水污染控制一直面临着比较严峻的挑战。早在20世纪60、70年代，就有Jacksonville市因污水处理设施缺乏建设资金而向河流直排5.6万m3/d市政污水，导致佛罗里达州中西部沿海水域发生短裸甲藻赤潮，致使近1500km2海域生物几乎全部灭绝的污染事件。根据当时环境管理部门的一份报告，市政污水、工业源(以磷肥工业为典型)、农业源(畜牧业粪便、种植业的化肥使用)等是境内主要河流、湖泊的水生生物数量和种类出现明显下降的主要原因，居民的饮水安全受到严重威胁。

 

　　随后佛罗里达州开始逐渐重视水污染问题，其在前期的摸索和准备期中逐渐形成了两条治污主线：一条是州政府一级的整体规划统筹，包括发布治理计划(州级的水污染防治行动计划、河流和海港污染防治计划)、募集资金投入治污(每年花费数亿美元主要用于支持建设污水处理设施)、尝试和创新管理手段和制度(分级管理污水厂)等宏观举措;另一条是重点流域开始构建形成专门的治污和水环境保护组织，推动特定水域的污染治理，如持续至今的大沼泽地‘everglades’富营养物去除项目、印第安河泻湖 (Indian River Lagoon)流域富营养化调查和治理项目等。

 

　　这些水污染防治的基础打牢、并且各类举措收到一定成效后，佛罗里达州于1996年发布了较为重要的提标政策 ——“市政污水处理设施Chapter 62-600–Domestic Wastewater Facilities)”。该政策将州内部分重点流域的总氮排放标准规定为I、II类污水处理设施年平均TN浓度≤3mg/L，III类污水处理设施年平均TN浓度≤10mg/L。这一“严约束总量、对日常波动宽容”精神的提标政策开始推动州内污水厂的升级，并逐步向极限脱氮迈进。

 

　　美国极限脱氮(LOT)发展及应用现状

 

　　中文语境下的“极限脱氮”脱胎于英文术语‘the Limit of Technology (LOT)’。而这一概念则属于美国环境学界较为公认的水体污染物去除之“三层级”：即较为传统的生物去除(BNR)、加强型营养物去除(ENR)和极限营养物去除(LOT)。这三个层级更为细化的内涵如下：

 

　　BNR：传统的厌氧-缺氧-好氧的顺序排列组合，通常可实现TN≤10 mg/L，TP≤1 mg/L。

 

　　ENR：在应用BNR技术的工艺基础上加入化学沉降及过滤以实现更优的氮磷去除效果，可以实现TN≤6 mg/L，TP≤0.2 mg/L。

 

　　LOT：代表“最先进技术”的内涵。这一类技术和工艺虽然非常先进，但在习惯于对公共支出精打细算、同时强调地区个性化的美国此类技术没有过于普及。如果将学界和产业界较为公认的TN≤3 mg/L，TP≤0.1 mg/L作为对LOT类工艺的入门要求，根据EPA网站等官方来源的资料统计，美国全境约有十余座污水厂达到这一标准。在美国，实现极限脱氮的技术工艺主要为在二级处理后加上化学处理+过滤、膜过滤、离子交换/吸收等工艺。

 

　　应用极限脱氮技术的污水厂主要分布在美国东部，尤其是接近五大湖区的区域和前文已提到的佛罗里达州。