神猴辭歲，金雞迎春，回首2016，我們的水業(yè)大家庭已逾九萬人，在您的陪伴下我們又度過了美好而充實(shí)的一年。值此新春佳節(jié)之際，讓我們共同回顧2016年水業(yè)的大事小情，匯百家之言，問用水之道。
德國水協(xié)（DWA）2012年對德國污水處理情況進(jìn)行了回顧，比較了25年的相關(guān)情況。我國基本上也是在20多年前開始借助于國外政府貸款進(jìn)行大規(guī)模的污水處理廠建設(shè)，故相關(guān)比較結(jié)果對我們有較好的借鑒和啟示作用。
唐建國
上海市城市建設(shè)設(shè)計研究院總工程師
《給水排水》雜志編委
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德國污水處理基本情況
德國目前擁有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：德國采用當(dāng)量人口來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。）
德國按照當(dāng)量人口規(guī)模，將污水處理廠分為五級，在統(tǒng)計的5917座城鎮(zhèn)污水處理廠中，超過10萬當(dāng)量人口規(guī)模（相當(dāng)于2萬m3/d）的污水處理廠為226座，雖然數(shù)量僅占分析統(tǒng)計污水處理廠數(shù)量的3.82％，但是合計總處理規(guī)模達(dá)0.742億當(dāng)量人口，占統(tǒng)計廠總服務(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．按照德國實(shí)際處理水量和實(shí)際當(dāng)量人口負(fù)荷計算，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），可以解釋為外來水滲入的影響。
2．德國各地污水處理廠進(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（德國許多農(nóng)村地區(qū)污水是通過吸糞車定時送入污水廠的）。
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，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)不到德國合流制地區(qū)的水質(zhì)濃度的一半，證明我國分流制地區(qū)的雨污混接、外來水滲入十分嚴(yán)重。
4．德國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)；二則充分證明德國對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，這證明了我國單純用水質(zhì)濃度指標(biāo)管理是有缺陷的；三則充分說明德國按照當(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。
圖1德國已有100年歷史的Hanau城市污水廠
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比較與分析
出水水質(zhì)比較
從90年代初開始，德國污水處理廠要求進(jìn)行除磷和除氮，1991年德國當(dāng)時的“Abwassertechnisch enVereinigung e.V”（ATV——污水技術(shù)協(xié)會）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算規(guī)程——A131）拉開了德國污水處理廠除磷、除氮的序幕。從圖2可以看出，德國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，德國污水處理廠出水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《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》出水一級A標(biāo)準(zhǔn)，詳見表3。
為評價污水處理廠出水狀況，德國按照污水處理廠耗氧物質(zhì)負(fù)荷和營養(yǎng)物負(fù)荷的排放情況，將出水狀態(tài)五級，分級標(biāo)準(zhǔn)詳見表4。德國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”的等級水平上。按照全德國年均水質(zhì)評價，耗氧物質(zhì)排放均為1級（很低）；營養(yǎng)物質(zhì)為2級（低）。按照德國此評價分級標(biāo)準(zhǔn)，上海市耗氧物質(zhì)排放均為2級（低）；營養(yǎng)物質(zhì)除總磷為2級（低）外，總氮和銨氮為3級（一般）?？傮w較德國低一個級別。
處理工藝比較
81%的德國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和第二級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使用情況的調(diào)查詳見表5。各種工藝出水水質(zhì)情況詳見圖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SBR工藝單位耗電量就比較高，這與其沒有有效地將曝氣與攪拌結(jié)合起來有關(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表6。
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幾點(diǎn)感想
1．設(shè)計處理水量不能夠真實(shí)反映污水處理廠的規(guī)模。我國城鎮(zhèn)污水處理廠規(guī)模均采用水量規(guī)模來核定，即萬m3/d。它只反映了一個污水處理廠的能夠處理水量大小的設(shè)計值，但是污水處理廠是按照污染物的負(fù)荷量來設(shè)計的，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，污水處理廠各個構(gòu)筑物的大小也是不同的，也就是說，水量規(guī)模無法反映一個污水處理廠處理污染物的真實(shí)能力。德國采用當(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?？紤]到我國南北差異較大，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題，其運(yùn)行負(fù)荷也能夠真實(shí)反映污水處理廠對污染物去除的真實(shí)效率。另外，設(shè)計規(guī)模和處理能力是兩個不同概念，前者是指設(shè)計條件下對設(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)計規(guī)模，也可能小于設(shè)計規(guī)模。
2．強(qiáng)化總氮的去除是污水處理的真諦。德國污水處理廠年均總氮出水在9mg/L，低于我國一級A標(biāo)準(zhǔn)的15mg/L。現(xiàn)在我國行業(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；國內(nèi)要拔尖，總氮小于6；國際要領(lǐng)先，總氮小于3。”從一個側(cè)面反映了對去除總氮的重視；從我國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，NH4+才轉(zhuǎn)換為NH3，所以銨氮不能夠?qū)憺榘钡?；二則由于我國污水排放標(biāo)準(zhǔn)沒有硝酸鹽指標(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。常識性的錯誤，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)來完成，不能不說是污水處理的可悲。
3．合理確定我國城鎮(zhèn)污水處理情況的考核指標(biāo)。目前我國考量一個城鎮(zhèn)，或者一個地區(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)因受測算數(shù)據(jù)來源、測算過程、排水管網(wǎng)實(shí)際狀況等多方面因素影響，非常難于準(zhǔn)確計算出來，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)行水量雖可以通過污水處理廠流量計計量而得，但是受污水管網(wǎng)的雨污混接、地下水等外來水滲入的影響，其已不能夠反映真實(shí)的污水處理量。國內(nèi)有的城市污水處理率超過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。選擇一個更加符合我國實(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（%）=一個城鎮(zhèn)實(shí)際污水處理廠總規(guī)?！?00/（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；外來水滲入量，德國為20%，即A=0.2，筆者估計我國A=0.3~0.4。）
來源：唐建國 給水排水
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