美国密歇根州的污泥跨城联合管理经验
不同城市的水务部门之间在饮用水和污水处理上的合作已经在不同国家得到实践，也取得了不同程度的成功。2004年，位于密歇根州西部的Grand Rapids和Wyoming两个城市成立了大峡谷地区污泥管理局（Grand Valley Regional Biosolids Authority)。项目的第一个联合污泥处理厂于2009年投入运行。尽管2007-2011年的经济危机对这个项目造成了严重影响，但两个城市依然信守合作的承诺，并将更多的可持续发展的概念应用到项目中。今天我们和大家分享两个城市间长达十年的污泥联合管理项目的发展历史、主要驱动因素，分析这个区域合作的利弊，并对其未来作简要展望。
Grand Rapids污水厂和Wyoming污水厂的绝对距离只有5公里。两个污水厂独立收集并处理各自城市的污水，服务人口约40万。出水都排入格兰德河（Grand River），最终流入密歇根湖（Lake Michigan）。
Grand Rapids污水厂的设计日处理能力是250,000 m3，日平均流量约174,000 m3，使用的是活性污泥加生物脱氮作为主要的二级处理工艺。2013年前，污水厂使用氯化亚铁作为除磷药剂，所以还没完全实现的生物脱氮除磷。
Wyoming污水厂 (Wyoming Clean Water Plant)，设计日处理能力为98,000 m3，实际日平均流量约56,000 m3 ，处理工艺与Grand Rapids污水厂基本相同。2007年Wyoming污水厂进行了升级改造，不再使用滴滤池和氯化铁，如今已经实现了完全的生物脱氮工艺。
在大峡谷地区污泥管理局成立之前，Grand Rapids污水厂将二沉池的剩余污泥和初沉池的污泥混合泵至储泥池，经脱水后作填埋处理。脱水和填埋都由外部的承包商进行。Wyoming污水厂的初沉池的污泥和经过浓缩后的二沉池剩余污泥混合，经石灰稳定化、存储后作土地利用。土地利用有第三方运行商作监督。
▲Grand Rapids污水厂（左）和Wyoming污水厂（右）
2001年，Grand Rapids市对污水厂的污泥处置项目进行评估，作为其城市发展计划的一部分。两市主要领导第一次讨论了合作的可能性。
2002 - 2003年，由相关水务部门的管理层、市政府和污水厂的运行者组成的项目工作组开始具体讨论工作如何开展，并聘请咨询公司Black&Veatch担任顾问。他们在2003年的四月份就项目的目的和目标和签订了一个协议备忘录。备忘录包括了概念设计的初始构想。
2003-2005年， 项目工作组和Black&Veatch公司共同对概念设计的细节进行了审核，并且对其他替代方案进行了评估。
两个城市于2004年的4月22日地球日签署合作协议，正式成立大峡谷地区污泥管理局（Grand Valley Regional Biosolids Authority)，其目标是要建立一套完整的污泥处理系统，包括厌氧消化、脱水、干化、造粒制成Class-A污泥化肥产品，这一目标被称为“完整愿景（full vision）”。项目在2013年曾发布了一份名为Vision 2020的报告，描述了可持续发展的污泥处理项目的目标、价值和评判标准。
评估结果显示通过区域合作实现污泥完全处理的成本更低，每吨干污泥的成本约568美元，但仍远高于每个城市约200美元的单位处理成本。项目团队因此还对另外三个方案进行了对比评估。根据评估结果，他们建议先只对污泥作脱水处理，同时保留日后加入其它技术的灵活性。
▲通过区域合作和各自处理的实现“完整愿景”的项目成本评估对比
评估报告还显示，如果仅对污泥采取脱水处理，两市分开处理的项目方式成本更低。然而，因为两市的最终目标是能对污泥进行完整处理，最大程度的实现污泥的无害化和资源化，并且区域间的合作能争取更多的政府资助，双方仍然决定继续区域合作的道路。
▲若只对污泥作脱水处理，区域合作和各自处理的项目成本评估
项目从2005年开始动工，内容包括了在Wyoming污水厂的泵房、连接两地污水厂的管道、Grand Rapids污水厂的储泥池和脱水设备。项目2009年开始运行，耗费金额为3,400万美元。
▲ 泵站、管道、储泥池/脱水设备的鸟瞰图
2009年，双方制定了污泥联合管理项目协议，总时长为30年，每五年一续，对参与方相关责任和工艺系统的细节都有明确规定。大峡谷地区污泥管理局由董事会和日常运行团队共同管理，另外还有一个技术顾问团给董事会提供建议。
目前Wyoming污水厂的初始污泥、剩余污泥或浓缩后的剩余污泥可以混合或者通过管道独立运到GVRBA的储泥池。Grand Rapids污水厂的初始污泥、剩余污泥、浓缩污泥会运到储泥池与怀俄明运来的污泥作混合，之后再分别放入初始污泥池或者剩余污泥池里。剩余污泥池配有曝气系统，除了搅拌之外，还为了防止磷的释出。根据实际情况，铁盐可能会投加到储泥池中作臭气控制和除磷的目的。
储泥池的污泥会运到搅拌池，经机械混合后送至三个平行离心机，并通过投加乳状聚合物辅助脱水。然后通过螺旋供料器和螺杆泵将泥饼运至滑架料仓（sliding frame silos）。料仓里的固体会被外运作填埋。湿井的浓缩液被回流到污水厂的进水端口。臭气通过三个碳吸附单元控制。目前的脱水设备由Grand Rapids污水厂的工人运行，外运和填埋则由外边的承包商负责。
整个工艺总览如下图所示：
Grand Rapids污水厂的所有污泥都经过脱水处理，然后运到当地三个填埋场，并回收沼气。污泥的土地利用目前只在Wyoming污水厂进行。Wyoming污水厂25%的污泥会作脱水处理，一般在每年的1-3月和7月，因为这些时间由于场地状况较差，无法进行土地利用。余下的75%则经过石灰稳定化处理之后经喷射施用于农田。这些污泥经过长期储存和杀菌消毒后符合当地法规，将施用于12,500公顷的土地中，另外有14,000公顷作备用。
项目设计由Black&Veatch公司在2005-2006年完成，2006-2009年建造，2010年开始投入运行。下表显示了项目的预计产量和成本（2007）与实际运行数据的（2010-2013）的对比。
对比显示，运行和维护费的实际情况和预期值接近。由于2007年开始的经济危机的影响，人口增长和工业发展都相对减缓，实际处理量并未达到设计时的预想。此外，Wyoming市的的一家市政水务公司扩建了自己的污水处理设备后就没有再将剩余污水送至Wyoming污水厂，这导致了项目实际处理量减少10%。
另外，设施建造的实际总成本约为3,400万美元，比预期的2,580万美元多出近900万，这导致实际单位处理成本远高于设计预期。值得一提的是，侧流消化液的处理费没有纳入运行维护费用的考量中，因为这项费用视乎工业用户的实际排污费。侧流成本情况如下表所示。
经过十年的发展（包括5年的运行），Grand Rapids污水厂和Wyoming污水厂在污泥区域联合管理项目上的合作总结了经验。
联合项目的优势包括：
1. 项目的多样性
2. 信息资源共享
3. 财政的获益
4. 对地区的贡献
5. 超前的探索
6. 促进了两个地区的关系
7. 实现成本的跟踪分析
联合项目的弊端包括：
1. 管理流程复杂，反应速度慢
2. 两地人口数量差异巨大，而且政治理念也不一致
3. 两市体量不一致导致财政资源共享的不便
4. 污泥管理局成员来自不同地区，存在较大的文化差异，需要更明确的政策规章制度来管理
5. 新增污泥工艺对污水处理工艺的运行有时产生负面影响
在联合项目建立之初，双方就提出了“完整愿景”的目标，即建立厌氧消化、脱水、干化、出产Class-A污泥化肥产品的完整污泥管理体系。2013年，有一些工程公司和咨询公司主动联系项目团队，想参与到这个项目中来。技术顾问团决定对申请方案进行评估。7家公司递交了申请，5家获批提案申请的资格。2014年初，技术顾问团和污泥工程项目顾问公司CDM Smith合作制定了评审标准，包括了设计、建造、承包、运行和融资等方面。但是由于提交上来的方案并不令人满意，以及对投资风险等因素的考量，董事会最终还是决定暂时不采纳任何方案建议，而是由技术顾问组继续跟CDM Smith合作找出推进完整愿景的机会。下图显示了项目团队对污泥填埋和土地利用成本的分析。
技术顾问团将与CDM Smith一起制定了基于厌氧消化的一套标准。他们推断成本组成，并由此找到项目扩建的关键影响因素。除了成本和财务信息之外，他们也会跟踪其他社会和环境影响因素，例如法规、补助、投诉和技术的进步等。这些信息最后会汇总成为正式的商业计划，帮助董事会更好地决策。其中一个重要部分是跟Vision 2020相关的可持续发展标准。下表是他们暂拟的社会影响因素参考表。
Grand Rapids市和Wyoming市的污泥城际联合管理项目从最初筹划构想至今已经历了15年。两个城市认识到通过共同合作来解决各自需求从长远的管理和经济角度都是有益的。相信实际运行过程中的经验将帮助这一项目朝着其制定的“完整远景”目标不断迈进。