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净水技术 蓝色行动计划——美国未来公共水事业

发布时间:2023-12-29 15:52:10   来源:杏彩体育

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  早在10年前,美国从国家层面便制定了未来公共水事业蓝色发展计划,目前计划通过立法等方式逐步实施。蓝色发展计划重点是让传统水业目标转型,即从只关注出水达标排放转向资源回收管理,将水务管理者打造成“资源管理部门”。蓝色行动的关键是要加强资源回收(再生水及其它有价值的新产品)和能源回收(化学能及余温热能)。美国蓝色计划从全国区域层面做多元化的分析,着重对项目融资、监督管理问题和技术风险等战略性问题提出建议,为水务行业转向“蓝色”新范式提供指引。美国蓝色计划对我国管理部门、水务从业者及行业专家均有非常积极的参考意义。为此,我们总结了这份蓝色计划,以供国内同行参考。

  美国水处理模式正在改变。未来公用事业(Utility of the Future,UOTF)将改变传统运营管理方式。国家清洁水机构协会(NACWA)、水环境研究基金会(WERF)和水环境联合会(WEF)发布了未来水资源效用蓝图行动计划。

  蓝色计划明确了目前需解决的障碍,提出了创新激发鼓励措施,并汇编了一系列可能改变水行业动态的行动:

  (1)要求美国国会在立法上发挥最大的作用,以确保《清洁水法》和其它授权法规充分支持整个清洁水行业公立与私营企业向UOTF过渡。

  (2)鼓励在可行、必要和具有成本效益的情况下重复用水和节约用水,并采取类似渐进式改变,使污水处理厂能够充分回收余热和废能,并在其设施中生产清洁可再生能源。

  (3)解决金融和风险分配公约,将不同联邦金融支持计划集中在UOTF目标上。

  此外,蓝色计划还呼吁建立一个国会核心小组,使水务部门专家可以与立法者合作,帮助推动UOTF倡议,并制定一个21世纪分水岭法案,该法案建立在40年清洁水法成就的基础上,但更全面拥护UOTF倡议。

  在过去150年里发展起来的基于公共卫生与环境的“传统”污水处理设备,其主要目标是迅速、且尽可能远地收集和运输人类社会生产的生活垃圾污水集中处理,以便对其进行充分净化和经济有效处理,从而在排放出水时符合适用的环境标准。

  未来公用事业模式(UOTF)正在朝着新方向发展,其目标是分离、提取、再利用或从污水中转换有价值的水、能源和商品;同时,以创新方式使用公用事业资产,以减少相关成本,增加收入,加强当地经济。UOTF还寻求通过基于流域的方法、创新的伙伴关系和适应性管理技术更充分地与其它共享水资源的国家合作,以确保行动实现环境效益最大化。

  美国水务部门正在提高能源和运营效率,从生物固体中回收能源,再利用污水和生物固体,回收营养的东西和其它成分,将废物流转化为有价值的新商品;通过设定资本投资优先事项来满足工业需求,支持经济扩张,并在其流域内与其它水质利益相关者合作。

  新模式的一个关键驱动因素是资金。从污水处理、处置到可持续资源管理,对UOTF采取变革性措施的公用事业来说,减少相关成本和增加收入可产生净收益。另外,这些行动也会为国家经济及社会环境带来一定的好处(如下图2)。

  UOTF将通过分布式、局部重复利用冷却或景观灌溉等方式显著节省能源、减少基础设施更换与维护;UOTF过程将是循环的,即,水、营养的东西、固体、热量、等将被重复使用而不是丢/废弃;UOTF将更加环保,并更多地与流域内其它利益相关者合作。

  在2012年对62家大中型水务机构调查中,“项目融资”和“监督管理问题”是成功实施UOTF活动最常提及的两个障碍,而技术风险紧随其后排在第三位。

  以下部分将探讨这些障碍中最普遍的部分,并提出缓解措施。它还研究了如何为技术创新和在整个行业更广泛地采用提供激励措施。

  本节讨论了创新激励与障碍。提出了改变现行法规、融资公约、风险分配机制、行政程序和运营效率的方法,以扩大激励并克服阻碍。毫无疑问,这些行动将有利于公用事业从污水收集者和处理者转变为资源管理者和环境领导者。

  3)将水重复利用纳入更广泛区域供水解决方案,同时管理公共卫生风险和所有用水户成本。

  据估计,由美国污水处理厂提取的生物固体中的热量和化学能量所包含的能量足以满足美国12%的电力需求。一些美国污水处理厂正在使用厌氧消化热电联产;或者,使用干燥的生物固体作为燃料(污泥热解)。

  从污水自身也可回收能源。污水处理厂,特别是在寒冷气候下,可使用热交换器从污水中提取热量,进行预热,以抵消能源需求。较有前景的技术还包括太阳能将污水中的营养的东西转化为藻类,用于生物燃料生产,以及使用污水燃料电池来捕获微生物转化碳和氮化合物时产生的电能。

  首先,水处理机构应与国会合作,以确保私人投资者有充分的动机与其合作,从污水和生物固体中提取能源,并确保这些设施生产的可再次生产的能源有资格参与可再次生产的能源市场。

  随着美国清洁水管理部门围绕能源回收进行创新,能源回收与其它目标之间的冲突将不可避免出现。这样一些问题可以通过多目标风险和效益分析来解决。

  2.2.3 可再次生产的能源组合标准(RPS)中包括水厂的热电联产(CHP)项目

  许多州的可再次生产的能源组合标准(State Renewable Portfolio Standards,RPSs)要求州内生产的能源有特殊的比例(通常为10~30%)来自可再次生产的能源。州立法机构应修订其RPS资格,将生物固体能源回收项目包括在内。水处理行业应该在此问题上指导州立法机构,从而让立法机构意识到为何这样的变化会产生三重底线 水回用

  随着慢慢的变多具体工程开始采用水回用项目,需要继续分析这些和一些水回用所带来的问题。1)据《清洁水法》,各州在利用州循环基金(SRF)资金为项目设定优先级方面拥有广泛自由。额外水回用将有利于满足未来安全供水需求。

  2)在公共安全风险评估上,根据国家科学院研究结果,国会应该修改《安全饮用水法》,

  3)监管框架特别是《安全饮用水法》和《清洁水法》,未能充分说明再生水供应在

  方面发挥的及其重要的作用。国会应考虑对《清洁水法》进行三项修正案,以承认在当地可行和可取的地方进行水回收和再利用。此外,应考虑发行行政命令:①建立一个关于水回用的联邦跨机构特别工作组,以协调所有联邦水再利用计划;②为所有新的联邦设施设定再生水最低比例目标。

  在许多情况下,只需改变项目优先级或管理流程就可以推动创新,并帮助水处理机构实施有效和高效的未来公用事业活动。1)市政单独雨水下水道系统要制定和实施雨水管理计划,以减少其管辖范围内雨水径流污染,为此,政府在未来20年里将投资420亿美元。环保局(EPA)应该支持当地旨在

  2)地区政府应考虑建立联合的水/污水/雨水公用事业,将其管辖范围内的所有水作为单一资源来管理。此外,这些统一的水管理企业将更好地与土地利用、交通、住房、能源和其它使用或影响水的地方当局进行更有效的协调。

  在财务和风险管理方面,UOTF商业案例强烈支持一种混合方式来筹集资金,既包括地方和国家来源,也涵盖公共和私人来源。这种方法将依赖现有赠款和贷款计划以及公共资本市场来提供项目融资。它还将与能源服务公司和技术开发商等私营解决方案提供商建立更具创新性的伙伴关系,后者通过绩效联系等方式与公共污水处理实体分担风险和回报。

  具体方案包括:1)美国环境保护署(EPA)、美国能源部(DOE)、垦荒局(USBR)等机构的参与,将使联邦资助计划集中在UOTF计划上。

  2)采用早期技术创新基金(Advanced Research Projects Agency,ARPA-W)内风险降低基金、州认证互换等具体举措减轻资金和政府官方层面风险给予早期技术创新资助:降低技术采用风险战略。

  3)国会应建立项目并资助ARPA-W,与工业界合作,确定高风险、高回报研发需求,为污水回收和再利用提供财政激励。

  水务行业如今面临着历史上从未有过的财政紧缩,许多地方基础设施更换成本远超出投资。因此,未来成功在很大程度上取决于公用事业自我管理和尽可能高效运营的主动性。2008年,EPA等组织发布了

  ,重申了行业对“有效公用事业管理”(EUM)承诺,作为评估公用事业优势和劣势、设置机构优先事项和决定他们所希望实现的结果的一种途径。优先需要注意的几点如下:1)精益运营六西格玛是一种商业改进方法,旨在消除非增值活动或“浪费”。

  2)UOTF将进一步推进全国一致的运维人员培训和认证,以便于操作当今复杂的设施。3)环境教育也是行动重要的一环,展示超值的水行业服务带来的巨大环境和经济效益。

  的环境管理体系(EMS),帮助各组织通过对其一致的运作来实现其环境目标。

  5)通过云计算、智能终端使得净水机构提供服务和与客户互动的方式和各种有关设施的状况智能化。

  本节中所描述的各种举措,是对当前条件的巨大改变来实现UOTF,以大胆和变革性的思维来影

  新行业出现难以避免会出现一些问题,此时交流协调发挥着重要的作用,官方更会发挥最大的作用。对此,国会领导人应创建一个国会核心小组,将

  聚集在一起,将能够系统地评估本蓝色计划中讨论的一些行动以及解决出现一些明显的异常问题的新方法。3.2 创造未来产业

  方面发挥关键作用。在“未来工业”背后组织清洁水部门的一致行动将包括以下活动:有重点的合作研究;倡导立法改革;向监督管理的机构提供咨询服务;公共信息;以及UOTF知识库平台,详细的介绍和更新最新的UOTF技术和流程,使全国16,000个清洁水机构能够效仿它们。3.3 应对极端天气事件的政府间伙伴关系

  ,以应对国家清洁水基础设施的极端天气事件。基于此,美国国会应支持与各州建立一个协调一致的10年伙伴关系,以制定并帮助资助基础设施和其它措施,以确保所有易受影响设施实施弹性计划。3.4 为水创造真正的市场

  在目标流域内买卖水权、明确市场将有利于有序向再生水市场过渡,并支持希望从出售再生水中创造新收入的清洁水机构。

  还将帮助缺水的城市中心维持来自生产力较低的用户(如,在干旱期间灌溉边缘土地的农民)的临时供应。结语

  本蓝色计划中描述的行动是重要的步骤。每个水务部门将采取不同的路径,从污水处理者到可持续资源的管理者;从寻求许可证合规的受监管实体,到寻求最低成本环境和社会解决方案的流域级环境领导者;从设计混凝土和钢铁处理厂的工程师,到设计和建造适应气候平均状态随时间的变化的绿色社区的区域规划者;从孤立的公共服务单位到经济繁荣的地方经济的综合成员。

  另外,应该推动立法者、行业从业者和技术创新者就《21世纪流域法案》展开对话,超越《清洁水法》。

  。《21世纪流域法案》将以1972年《清洁水法》为基础,该法案呼吁监督管理的机构和受监管社区通过在整个区域或流域范围内合作,为美国水质挑战找到解决方案。新的《21世纪流域法案》会推动这种思维模式转变,包括基于全ECO管理决策和流域综合评价的健全科学,以确定可持续的处理方法;将鼓励审查接收水的历史记录,以确保了解和控制所有损害的原因;将允许各种流域过程,如前面讨论的适应性管理和“智能工程”方法被纳入;将鼓励绿色基础设施和其它解决方案,以恢复和创造渔业和湿地,更能抵御极端天气事件,同时创造未来的就业机会。1)图3(a):2)图3(b):

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