德國(guó)水協(xié)(DWA)2012年對(duì)德國(guó)污水處理情況進(jìn)行了回顧，比較了25年的相關(guān)情況。我國(guó)基本上也是在20多年前開(kāi)始借助于國(guó)外政府貸款進(jìn)行大規(guī)模的污水處理廠建設(shè)，故相關(guān)比較結(jié)果對(duì)我們有較好的借鑒和啟示作用。

唐建國(guó)  上海市城市建設(shè)設(shè)計(jì)研究院總工程師  《給水排水》雜志編委

1、德國(guó)污水處理基本情況

德國(guó)目前擁有9623座城鎮(zhèn)污水處理廠，其總規(guī)模達(dá)1.521億當(dāng)量人口(相當(dāng)于3000萬(wàn)m3/d)，其中5917座廠的總規(guī)模就達(dá)1.426億當(dāng)量人口，占總規(guī)模的93.7%。

(作者注釋：德國(guó)采用當(dāng)量人口來(lái)衡量污水處理廠的處理負(fù)荷，其包括居民人口數(shù)和將工業(yè)廢水折算的人口數(shù)。當(dāng)量人口一般按照生化需氧量BOD5:60 g/(人˙d)折算。也可以按照如下參數(shù)折算：化學(xué)需氧量COD：120 g/(人˙d)，總氮TN：11 g/(人˙d)，總磷TP：1.8 g/(人˙d)，或者污水產(chǎn)生量：200 L/(人˙d)折算。)

德國(guó)按照當(dāng)量人口規(guī)模，將污水處理廠分為五級(jí)，在統(tǒng)計(jì)的5917座城鎮(zhèn)污水處理廠中，超過(guò)10萬(wàn)當(dāng)量人口規(guī)模(相當(dāng)于2萬(wàn)m3/d)的污水處理廠為226座，雖然數(shù)量?jī)H占分析統(tǒng)計(jì)污水處理廠數(shù)量的3.82%，但是合計(jì)總處理規(guī)模達(dá)0.742億當(dāng)量人口，占統(tǒng)計(jì)廠總服務(wù)人口的52.3%，各類規(guī)模污水處理廠數(shù)量和服務(wù)的當(dāng)量人口情況詳見(jiàn)表1。表2匯總了這些污水處理廠2012年的基本情況。

從表2可以總結(jié)出如下幾點(diǎn)特征：

1.按照德國(guó)實(shí)際處理水量和實(shí)際當(dāng)量人口負(fù)荷計(jì)算，雖然各地平均單位當(dāng)量人口污水量雖然差距較大，為119.8~281.7 L/(人˙d)，但是全國(guó)平均219.1 L/(人˙d)，其高于當(dāng)量人口標(biāo)準(zhǔn)值200 L/(人˙d)，可以解釋為外來(lái)水滲入的影響。

2.德國(guó)各地污水處理廠進(jìn)水水質(zhì)年平均值差別很大，有的甚至相差一倍。其中，北部高于南部，以德國(guó)東北部地區(qū)的進(jìn)水濃度最高，次之是北部地區(qū)。造成進(jìn)水水質(zhì)差別大的主要原因?yàn)椋阂皇菛|北部和北部地區(qū)單位當(dāng)量人口的污水量低于其它地區(qū)，有的甚至僅為南部州的50%;二是排水體制的不同，德國(guó)北部以分流制排水體制為主，而南部則以合流制排水體制為主;三是農(nóng)村糞便污水的接入量的不同也是造成進(jìn)水水質(zhì)有差異(德國(guó)許多農(nóng)村地區(qū)污水是通過(guò)吸糞車定時(shí)送入污水廠的)。

3.采用分流制的北部和東北部地區(qū)，其污水濃度遠(yuǎn)高于南部合流制地區(qū)，也證明分流的水平和徹底性，我國(guó)，特別是南方地區(qū)很多分流制系統(tǒng)的污水處理廠，進(jìn)水COD濃度不足200mg/L，甚至達(dá)不到德國(guó)合流制地區(qū)的水質(zhì)濃度的一半，證明我國(guó)分流制地區(qū)的雨污混接、外來(lái)水滲入十分嚴(yán)重。

4.德國(guó)單位處理水量的耗電量差距較大，其余進(jìn)水水質(zhì)呈正相關(guān)，而單位當(dāng)量人口耗電量十分接近，這也是由于南北單位當(dāng)量人口水量和進(jìn)水濃度差異造成的。

5.令人稱奇的是，按照德國(guó)各地污水處理廠處理水量、當(dāng)量人口負(fù)荷和進(jìn)水COD、總氮和總磷濃度折算的COD、總氮和總磷當(dāng)量人口值與標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的當(dāng)量人口值及其接近，充分一則證明德國(guó)以當(dāng)量人口核定污水處理廠規(guī)模有準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)依據(jù);二則充分證明德國(guó)對(duì)源頭管理的高度到位，用污染物負(fù)荷總量管理的合理性，排污濃度高，污水量就必須小，這證明了我國(guó)單純用水質(zhì)濃度指標(biāo)管理是有缺陷的;三則充分說(shuō)明德國(guó)按照當(dāng)量人口確定污水處理廠規(guī)模以按照當(dāng)量人口污染物負(fù)荷設(shè)計(jì)污水處理廠的合理性，該規(guī)模指標(biāo)也真正實(shí)現(xiàn)了污水處理廠規(guī)模的可比性。

2、比較與分析

出水水質(zhì)比較

從90年代初開(kāi)始，德國(guó)污水處理廠要求進(jìn)行除磷和除氮，1991年德國(guó)當(dāng)時(shí)的“Abwassertechnisch enVereinigung e.V”(ATV——污水技術(shù)協(xié)會(huì))發(fā)布了《ArbeitsblattA131—Bemessung von einstufigen Belebungsanlangen ab 500 Einwohnerwerten》(5000當(dāng)量人口以上一段活性污泥法計(jì)算規(guī)程——A131)拉開(kāi)了德國(guó)污水處理廠除磷、除氮的序幕。從圖2可以看出，德國(guó)污水處理廠出水污染物濃度自90年代急劇現(xiàn)將，表明除磷除氮改造取得了明顯成效。近年來(lái)，德國(guó)污水處理廠出水COD、NH4—N、TN和TP值分別穩(wěn)定在28、1.6、9、0.7mg/L左右。除總磷外，其余主要指標(biāo)均優(yōu)于我國(guó)《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》出水一級(jí)A標(biāo)準(zhǔn)，詳見(jiàn)表3。

為評(píng)價(jià)污水處理廠出水狀況，德國(guó)按照污水處理廠耗氧物質(zhì)負(fù)荷和營(yíng)養(yǎng)物負(fù)荷的排放情況，將出水狀態(tài)五級(jí)，分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)詳見(jiàn)表4。德國(guó)各污水處理廠出水水質(zhì)遠(yuǎn)好于排放標(biāo)準(zhǔn)，絕大多數(shù)污水處理廠污染物排放水平處于“很低”和“低”的等級(jí)水平上。按照全德國(guó)年均水質(zhì)評(píng)價(jià)，耗氧物質(zhì)排放均為1級(jí)(很低);營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)為2級(jí)(低)。按照德國(guó)此評(píng)價(jià)分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)，上海市耗氧物質(zhì)排放均為2級(jí)(低);營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)除總磷為2級(jí)(低)外，總氮和銨氮為3級(jí)(一般)�？傮w較德國(guó)低一個(gè)級(jí)別。

處理工藝比較

81%的德國(guó)污水處理廠采用活性污泥法，7%采用生物濾池工藝，11%采用曝氣(非曝氣)生物氧化塘，1%采用植物法工藝，后者主要用于第一級(jí)和第二級(jí)那些小型污水處理廠。此外，在污水處理廠擴(kuò)建中，也采用了多段工藝。

 

在一段工藝中，有又如下區(qū)分：1)帶有污泥厭氧穩(wěn)定的活性污泥工藝(BF);2)帶有污泥好氧穩(wěn)定的活性污泥法工藝(BS);3)序批式活性污泥法工藝(SBR);4)生物濾池(TK);5)不曝氣氧化塘(A);6)曝氣氧化塘(AB);7)植物法處理工藝(PF)。

上述各種工藝在德國(guó)使用情況的調(diào)查詳見(jiàn)表5。各種工藝出水水質(zhì)情況詳見(jiàn)圖3。

從圖3可以看出，活性污泥法工藝的出水COD(20~36mg/L)要好于生物濾池工藝(38~52mg/L)，對(duì)于NH3—N出水，活性污泥法工藝(0.5~2.1mg/L)也大大優(yōu)于生物濾池(2.1~3.5mg/L)。植物法工藝介于上述兩種工藝之間。植物法介于出水水質(zhì)介于上述兩種工藝之間。

SBR工藝的污染物去除率最高，其氮的去除率為87~92%，而帶有污泥好氧穩(wěn)定的活性污泥法工藝為83~91%，帶有污泥厭氧穩(wěn)定的活性污泥法為73~85%。其它工藝由于沒(méi)有足夠的反硝化措施，所以氮的去除率在60%左右。

耗電量比較

植物處理工藝和不曝氣氧化塘工藝的單位耗電量是最低的。帶有污泥厭氧穩(wěn)定的活性污泥法BF是第三級(jí)以上規(guī)模污水處理廠主要工藝，其單位耗電量低于帶有污泥好氧穩(wěn)定的活性污泥法，但是差距不大。相對(duì)SBR工藝單位耗電量就比較高，這與其沒(méi)有有效地將曝氣與攪拌結(jié)合起來(lái)有關(guān)。生物濾池工藝的耗電量低于活性污泥法工藝。各種工藝單位耗電量情況詳見(jiàn)表6。

3、幾點(diǎn)感想

1.設(shè)計(jì)處理水量不能夠真實(shí)反映污水處理廠的規(guī)模。我國(guó)城鎮(zhèn)污水處理廠規(guī)模均采用水量規(guī)模來(lái)核定，即萬(wàn)m3/d。它只反映了一個(gè)污水處理廠的能夠處理水量大小的設(shè)計(jì)值，但是污水處理廠是按照污染物的負(fù)荷量來(lái)設(shè)計(jì)的，即處理水量和污染物濃度的乘積。因污水處理廠進(jìn)水污染物濃度的不同，即便是在水量相同的情況下，污水處理廠各個(gè)構(gòu)筑物的大小也是不同的，也就是說(shuō)，水量規(guī)模無(wú)法反映一個(gè)污水處理廠處理污染物的真實(shí)能力。德國(guó)采用當(dāng)量人口作為污水處理廠規(guī)模的考量指標(biāo)，且規(guī)定了單位當(dāng)量人口的各類負(fù)荷量，所以該考量指標(biāo)表征一個(gè)污水處理廠負(fù)荷。實(shí)踐證明，規(guī)定值又與實(shí)際值一致，故也實(shí)現(xiàn)了污水處理廠實(shí)際處理能力的之間的比較。考慮到我國(guó)南北差異較大，是否可以用城鎮(zhèn)污水處理廠進(jìn)水CODCr負(fù)荷量(kg/d)，作為污水處理廠規(guī)模的核定參數(shù)，以真實(shí)反映一座污水處理廠的實(shí)際處理能力和解決污水處理廠之間的可比性問(wèn)題，其運(yùn)行負(fù)荷也能夠真實(shí)反映污水處理廠對(duì)污染物去除的真實(shí)效率。另外，設(shè)計(jì)規(guī)模和處理能力是兩個(gè)不同概念，前者是指設(shè)計(jì)條件下對(duì)設(shè)施能力的衡量，后者是在實(shí)際運(yùn)行條件下，設(shè)施實(shí)際能力發(fā)揮的表征，其也可能大于設(shè)計(jì)規(guī)模，也可能小于設(shè)計(jì)規(guī)模。

2.強(qiáng)化總氮的去除是污水處理的真諦。德國(guó)污水處理廠年均總氮出水在9mg/L，低于我國(guó)一級(jí)A標(biāo)準(zhǔn)的15mg/L�，F(xiàn)在我國(guó)行業(yè)內(nèi)流傳的“本事大不大，總氮關(guān)鍵看總氮;水平高不高總氮小于8;國(guó)內(nèi)要拔尖，總氮小于6;國(guó)際要領(lǐng)先，總氮小于3。”從一個(gè)側(cè)面反映了對(duì)去除總氮的重視;從我國(guó)地表水體總氮含量較高的實(shí)際而言，降低污水處理廠出水中的總氮含量有重要意義。而把氨氮作為我國(guó)污染物的減排考核指標(biāo)就更加不科學(xué)，一則，氮污水中的存在形式主要是銨氮、亞硝酸鹽氮(NO2—N)、有機(jī)態(tài)氮，城鎮(zhèn)污水中，游離氨，或者氨氮(NH3—N)是不存在的。游離氨NH3只有在高pH值(pH>11)時(shí)，NH4+才轉(zhuǎn)換為NH3，所以銨氮不能夠?qū)憺榘钡?二則由于我國(guó)污水排放標(biāo)準(zhǔn)沒(méi)有硝酸鹽指標(biāo)，所以銨氮(NH3—N)轉(zhuǎn)化為硝酸鹽氮(NO3—N)就可以完成減排任務(wù)，這一轉(zhuǎn)化消耗了能源，氮卻依然存在。常識(shí)性的錯(cuò)誤，就是得不到糾正;把一種不存在的東西，作為去除的考核指標(biāo)來(lái)完成，不能不說(shuō)是污水處理的可悲。

3.合理確定我國(guó)城鎮(zhèn)污水處理情況的考核指標(biāo)。目前我國(guó)考量一個(gè)城鎮(zhèn)，或者一個(gè)地區(qū)污水處理狀況的指標(biāo)是城鎮(zhèn)污水處理率，其是城鎮(zhèn)污水處理廠年處理污水總量與該城鎮(zhèn)，或該地區(qū)年污水產(chǎn)生總量的比值。指標(biāo)非常直接，也能夠非常形象地反映和考量一個(gè)地區(qū)的污水治理水平。但是，筆者結(jié)合多年管理工作實(shí)際認(rèn)為：該指標(biāo)因受測(cè)算數(shù)據(jù)來(lái)源、測(cè)算過(guò)程、排水管網(wǎng)實(shí)際狀況等多方面因素影響，非常難于準(zhǔn)確計(jì)算出來(lái)，甚至可以人為操作。比如城鎮(zhèn)污水產(chǎn)生量就受所考量城鎮(zhèn)所考量范圍的劃定、用水量所包括的內(nèi)容、用水量數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性、是否有自備水源、生活污水和工業(yè)廢水量的折算比例等多方面因素的影響。沒(méi)有扎實(shí)和可靠的基礎(chǔ)工作，何以能夠保證數(shù)據(jù)準(zhǔn)確。污水處理廠運(yùn)行水量雖可以通過(guò)污水處理廠流量計(jì)計(jì)量而得，但是受污水管網(wǎng)的雨污混接、地下水等外來(lái)水滲入的影響，其已不能夠反映真實(shí)的污水處理量。國(guó)內(nèi)有的城市污水處理率超過(guò)100%就是源于基礎(chǔ)數(shù)據(jù)不準(zhǔn)確，“輝煌”的數(shù)字只能夠掩蓋真實(shí)的差距。選擇一個(gè)更加符合我國(guó)實(shí)際的污水治理水平的指標(biāo)，非常必須。建議：采用城鎮(zhèn)污水處理設(shè)施建成率和污水處理廠負(fù)荷率兩個(gè)指標(biāo)替代污水處理率。城鎮(zhèn)污水處理設(shè)施建成率(%)=一個(gè)城鎮(zhèn)實(shí)際污水處理廠總規(guī)模×100/(同城鎮(zhèn)供水設(shè)施總規(guī)模×0.85/1.3);污水處理廠負(fù)荷率(%)=一個(gè)城鎮(zhèn)污水處理廠年總運(yùn)行水量之和×(1—A)×100/ 同城鎮(zhèn)污水處理設(shè)施總規(guī)模。這兩指標(biāo)數(shù)據(jù)來(lái)源比較容易，人為因素影響小，所以能夠比較真實(shí)反映一個(gè)城鎮(zhèn)污水處理設(shè)施建設(shè)情況，也能夠反映其污水管網(wǎng)建設(shè)情況。

(作者注釋：0.85是指考慮了污水產(chǎn)生量與供水量的比值;1.3為日變化系數(shù)，供水規(guī)模是指最高日，污水處理規(guī)模是指平均日;外來(lái)水滲入量，德國(guó)為20%，即A=0.2，筆者估計(jì)我國(guó)A=0.3~0.4。)