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使用模式

多年来，人类对废水进行了处理，以保护人类和生态健康免受水传播疾病的侵害。自20世纪70年代初以来，通过《清洁水法》(CWA)规定的主要公共和私人投资，公共污水处理厂(POTWs)和其他点源排放的污水质量得到了改善。尽管出水质量有所改善，但点源排放仍然是造成地表水质量退化的重要因素。此外，许多现有的废水基础设施，包括收集系统、处理厂和设备，已经恶化，需要维修或更换。

污染及影响

• 污染物通过许多途径污染接收水:点源、非点源(如空气沉积、农业)、卫生下水道溢流、雨水径流、联合下水道溢流和水文改造(如沟渠化和疏浚)。
• 在美国，经美国环境保护署评估，58%的河流和溪流英里、40%的湖泊英亩、17%的河口平方英里和23%的五大湖岸线英里存在营养过剩。²
• 过量的营养物质可能来自农业、城市径流和废水处理，并导致水质问题，如藻类大量繁殖和鱼类死亡。²
• 超过16%的家庭没有公共污水渠，通常依赖化粪池处理和处置废水。^3.失败的化粪池系统可能污染地表水和地下水。⁴

污水处理流程¹

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城市污水的处理

• 估计有14,748个POTWs为超过2.38亿人提供废水收集、处理和处置服务。beplay官网苹果手机下载⁶将再生水用于消费正变得越来越普遍，特别是在容易发生干旱或用水需求不断增长的地区(如美国西南部)。⁷
• 2015年，加州每年回收约71.4万英亩英尺的水(ac-ft/年)。它制定了雄心勃勃的目标，以增加水循环，到2020年至少循环150万英尺/年，到2030年至少循环250万英尺/年。⁸
• POTWs每年产生超过1380万吨(干重)的污泥。⁹处理污泥需要大量的能量——大约占废水处理系统总用电量的三分之一。¹⁰
  在美国，氯化消毒是最常见的消毒方法。加氯后可先脱氯，以避免恶化接收河流的生态健康和产生致癌副产物。¹¹
• 紫外线消毒是一种不向水中添加化学物质的氯化消毒的替代方法。然而，这种方法可能有较高的维护、能源和资金成本。¹²
• 铁盐和石灰的化学添加可增强混凝和沉降过程，以改善固体去除以及有毒污染物的去除。然而，它们的生产和运输具有生命周期影响。¹³
• 被称为“新兴关注污染物”(CECs)的不受管制化合物是水处理工程师关注的问题，特别是药品和个人护理产品。¹⁴多溴二苯醚(PBDEs)以及全氟烷基和多氟烷基物质(PFASs)由于其在环境中的广泛分布和持久性而成为CECs。¹⁵其中一些化学物质是内分泌干扰物，这是一类改变内分泌系统正常功能的化合物，包括那些影响生长和生殖的化合物。¹⁶POTWs无法去除其中许多化学物质。¹⁷

生物固体(污泥)寿命结束

• 合格的生物固体在“稳定化”后可以有效地使用，稳定化可以杀死病原体并分解吸引载体的物质。¹⁸
• 在美国，54%的生物固体得到了有效利用。大部分适用于农业用地，少量适用于林业和填海用地(如超级基金和棕地)和城市地区(如维护公园用地)。¹⁹

生物固体的使用和处置⁵

^{*(如。，作园艺用途)}

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生命周期影响

废水处理系统减少了接收水中的环境影响，但产生了其他生命周期影响，主要是通过能源消耗。温室气体(GHG)排放与废水处理中使用的能源和化学品以及pow中有机材料的降解有关。

耗电量及排放

• 美国约2%的电力用于抽水和处理水和废水。¹⁰
• 2013年，POTW操作产生的能源相关排放(不包括有机污泥降解)为15.5太克(Tg) CO₂等价物(有限公司₂e)， 22.3 g (Gg) SO₂，和12.7 Gg NOx。所以₂也没有_x有助于酸化和富营养化。^10年,20年
• CH₄和N₂在POTW和接收水体中，好氧细菌和厌氧细菌在有机污泥降解过程中释放出O。到2020年，估计为1830万吨和2350万吨CO₂CH的e₄和N₂O，分别来自废水处理系统中的有机污泥降解，约占美国温室气体总排放量的0.6%。²¹

污水处理系统的生命周期影响¹

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社会及经济影响

• 人口增长和城市扩张增加了所需的收集(下水道)基础设施。
• 虽然下水道系统的使用寿命(50年)比处理设备的使用寿命(15至20年)长，但下水道系统的改造需要更昂贵。美国环保署的一项分析估计，如果现有的60万英里下水道系统不进行翻新，到2020年，受损管道的数量将增加到整个管网的44%。²²2012年，美国新建和更新现有污水处理厂、管道修复和新管道以及污水溢流综合整治的成本分别为102.0亿美元、957亿美元和480亿美元。⁶

解决方案和可持续替代方案

管理策略

• 对污水处理系统的投资正从新建项目转向维持原有设施的能力和功能(资产管理)。生命周期成本计算应嵌入到资本预算中，联合污水溢流、卫生污水溢流和雨水管理项目需要永久性。²⁴
• 为了满足环境水质标准，可以制定考虑点源和非点源污染物负荷的总最大日负荷(TMDLs)。以流域或水体为基础的清洁水管理有望促进这些TMDLs的建立。²⁵

减少加载

• 减少或分流废水流量的项目包括切断家庭雨水排水系统与卫生下水道的连接，安装绿色屋顶，用多孔路面、沟渠或法式排水沟取代不透水表面。
• 厕所、淋浴和水龙头占所有室内用水的64%。安装高效厕所、堆肥厕所、低流量淋浴喷头、水龙头曝气器和雨水桶。2016年的一项调查发现，自1999年以来，节水电器使家庭用水量下降了22%。²⁶
• 灰色水——从厨房水槽、浴缸和淋浴器、洗衣机和洗衣桶中流出的水——可用于园艺、草坪维护、景观美化和其他用途。²⁷

市政厅绿色屋顶，芝加哥，伊利诺伊州²³

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技术改进与系统设计“，

• 曝气过程有利于微生物降解有机物，可占废水处理厂能源消耗的25%至60%。灵活的设计使该系统能够满足随时间和季节波动的氧气需求。²⁸
• 在污水处理厂，泵系统通常消耗10-15%的能源，当泵、流量控制和电机与处理厂的需求不匹配时，会导致低效率的能源消耗。¹⁰
• 一些处理厂正在考虑使用生物固体厌氧消化产生的甲烷作为能源。¹⁰
• 水的再利用可以显著降低系统能量的使用，并减少水体的营养负荷。²⁹
• 大规模的尿液分流可以减少污水处理厂的营养负荷，并导致温室气体排放减少47%，能源消耗减少41%。^30.