德國2020年污水處理情況介紹
全康環(huán)保:德國水協(xié)DWA的專業(yè)刊物《KorrespondenzAbwasser?Abfall》（污水與垃圾）2021年第11期刊載了由德國水協(xié)DWA的“污水處理廠BIZ-1.1―污水處理廠協(xié)調(diào)組”撰寫的文章《33.Leistungsvergleichkommunaler Kl?ranlagen》（第33次污水處理情況調(diào)查），本次重點(diǎn)對(duì)能源消耗情況做了較深入的調(diào)查。現(xiàn)摘錄部分?jǐn)?shù)據(jù)，供學(xué)習(xí)、討論、參考。
1. 污水處理廠概況
2020年德國擁有城鎮(zhèn)污水處理廠9105座，總規(guī)模為1.518億當(dāng)量人口（德國按照人口當(dāng)量核定規(guī)模，與2019年調(diào)查相同），接近德國實(shí)際人口（8200萬）的2倍。2020年調(diào)查了其中的5220座，調(diào)查總規(guī)模為1.308億當(dāng)量人口，占總規(guī)模的86.2%。所調(diào)查污水處理廠的規(guī)模分布情況詳見表1。
德國污水處理廠以中小型污水處理廠居多，5000當(dāng)量人口規(guī)模（約1000 m3/d水量規(guī)模）以下的廠數(shù)量占53%，但是服務(wù)的人口僅占總?cè)丝诘?.5%；相對(duì)100000當(dāng)量人口以上規(guī)模的污水處理廠數(shù)量僅為總數(shù)量的4%，但是服務(wù)的總?cè)丝谝颊{(diào)查廠總?cè)丝诘?7%。德國這種污水處理廠布局與德國城市化水平高、小城鎮(zhèn)多和城市布局特點(diǎn)有密切關(guān)系。
2. 污水凈化情況
與先前調(diào)查相比，污染物凈化效果沒有太大變化，但是營養(yǎng)物，特別是磷的去除效果略有提高，詳細(xì)調(diào)查結(jié)果見表2。各地區(qū)相比較，德國北部、東北部州的氮和磷的去除率較高。這些州進(jìn)水中COD、營養(yǎng)物的濃度較高是與其分流制占比很高密切相關(guān)，詳見圖1，德國排水體制分布圖。圖中數(shù)字是該地區(qū)合流制占比，以薩爾州最高，合流制比例達(dá)92.1%；以勃蘭登堡州最低，為3.9%。東西向橫線是被稱為“排水體制赤道線”，該線在逐步向北移動(dòng)，說明原東德地區(qū)在排水系統(tǒng)建設(shè)和改造中更多采用了分流制。
需要說明的是德國污水處理廠平均負(fù)荷率不足80%，年污水處理量是包括雨水和其它外來水量的，其不是實(shí)際的污水產(chǎn)生量，所以合流制地區(qū)人均污水處理量明顯高于分流制地區(qū)。
2011年至2020年污染物去除情況詳見圖2，除COD和TP去除率有較小幅度的提高外，其余污染物的去除率變化是比較平穩(wěn)的，特別是TN的出水濃度基本上保持了不變。
BaWü：巴登符騰堡州 Bayern：巴伐利亞州 H-Rh-Saar：黑森/萊--法爾茨/薩爾州 Nord：北部地區(qū) Noord-Ost：東北部地區(qū) NRW：北萊茵?威斯特法倫州州 ST：薩克森/圖林根州 DWA：德國水協(xié)平均 ?WAV：奧地利水協(xié)平均
3．處理廠能耗情況
較2019年德國污水處理廠能耗有小幅度上升，對(duì)4835座調(diào)查污水處理廠能耗調(diào)查情況詳見表3。其總耗電量3148GWh/年（億瓦時(shí)）占德國全部污水處理廠耗電量的84.7%，約占德國2017年總耗電的129TWh（億千瓦時(shí)）的2.4%。各州單位人口耗電量差距不大。人均耗電量最低的是奧地利和東北地區(qū)各州，最高的是州是北部地區(qū)州和巴登洲。折算的單位處理水量的耗電量與各地區(qū)污水處理廠進(jìn)水濃度成正比。
各污水處理廠能源自給的數(shù)據(jù)尚不完全掌握，能源自給量約為1118GWh/年。特別是大型污水處理廠，如北德國污水處理廠能源自給量量占耗電量的50%以上，特別是規(guī)模較大污水處理廠，如北萊茵州的污水處理廠。相比較黑森州、法爾茨、薩爾州能源自給量不足30%，這與這些地區(qū)小型和不帶厭氧消化的污水處理廠較多有關(guān)。近年來污水處理廠也在積極推進(jìn)CO收集、沼氣發(fā)電、光伏發(fā)電、風(fēng)力發(fā)電、改善水力條件等，實(shí)現(xiàn)污水處理廠自給率。
2011年至2020年污水處理廠數(shù)量凈增約500座，84.7%的污水處理廠進(jìn)行了改擴(kuò)建，改擴(kuò)建規(guī)模1.28億人口當(dāng)量。但是這些改擴(kuò)建廠較2011年污水處理廠年耗電量卻從3217.7GWh下降到3148.1GWh，詳見表4。圖3顯示出第四和第五級(jí)的污水處理廠耗電量約占了德國污水處理廠總耗電量的90%，所以它們是節(jié)電的主力。但是小型污水處理廠單位人口規(guī)模的耗電量是高于大型污水處理廠的，除小型污水處理廠外，2020年單位人口的耗電量較2011年也是下降的，詳見圖4。
4．幾點(diǎn)體會(huì)
1）德國污水處理廠運(yùn)行穩(wěn)定。從圖2可以看出，德國污水處理廠運(yùn)行十分穩(wěn)定，污染物去除率始終保持在較高水平。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，可以將污染物排放水平分為五級(jí)，其中耗氧物質(zhì)包括BOD5、CODCr和NH4－N，營養(yǎng)物包括TN和TP，分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)詳見表5。實(shí)際上，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(jí)水平上，這種分級(jí)體現(xiàn)了在達(dá)標(biāo)基礎(chǔ)上，對(duì)排放質(zhì)量水平的綜合評(píng)價(jià)。
2）德國節(jié)水工作扎實(shí)有效。從表2可以看出，德國人均污水處理量在112~260L/人?d。需要特別說明的是：德國人均污水處理量和人均污水產(chǎn)生量是兩個(gè)不同概念，前者是將污水處理廠年均污水處理量按照實(shí)際服務(wù)的人口折算的，其與包括雨水在內(nèi)的外來水量，合流制地區(qū)的人均污水處理量就明顯高于分流制地區(qū)。后者是類似于我們的人均綜合生活污水量，包括商業(yè)、小型工業(yè)等（表中斜體字?jǐn)?shù)據(jù)來自（德國排水管網(wǎng)和雨水處理水平）。也說明從德國節(jié)水工作十分有效，反思我國相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的人均綜合生活污水量標(biāo)準(zhǔn)是不是太高了?節(jié)水才是最有效的治污措施。
3）德國污水處理廠規(guī)模衡量科學(xué)。德國污水處理廠規(guī)模是按照服務(wù)人口（當(dāng)量人口）來衡量的，其有效解決了排水體制不同，處理水量不同，但是（當(dāng)量）人口污染負(fù)荷相同的問題。所以，其單位耗電量、單位污泥產(chǎn)量等都是按照單位人口來衡量和比較的。
4）德國排水管道質(zhì)量令人贊嘆。德國以分流制為主的北部和東北部地區(qū)的污水處理廠污染物進(jìn)水濃度幾乎比合流制為主的地區(qū)高1倍，東北部進(jìn)水COD濃度超過1000mg/L，這與分流制地區(qū)的人均處理水量值幾乎是合流制為主地區(qū)的一半是相吻合的。我國只有低地下水位地區(qū)和排水管網(wǎng)較好的城市，其進(jìn)水濃度才基本上與德國合流制地區(qū)接近。相對(duì)合流制地區(qū)，人均處理污水量也未超過260L/人?d，其除了雨天雨水外，還有普遍實(shí)施雨水截流池的緣故，故人均污水處理量就比較高。這也說明德國污水管道、合流制管道質(zhì)量令人贊嘆。高進(jìn)水濃度除與節(jié)水工作成效直接相關(guān)外，也與德國有效杜絕地下水等外水入滲工作的成效密切相關(guān)?！扒逦鄄环帧笔怯绊懳覈擎?zhèn)污水處理廠進(jìn)水濃度低下的重要因素，把“外水趕出去”對(duì)提高污水處理廠進(jìn)水濃度，提高污水處理廠污染物削減效益有重要意義，“城鎮(zhèn)污水處理提質(zhì)增效”太重要了！
5）德國污染排放當(dāng)量規(guī)定精準(zhǔn)。非常有趣的是，按照實(shí)際處理水量和進(jìn)水污染物濃度計(jì)算的進(jìn)水污染物當(dāng)量，除總磷外，其余污染物與德國標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的當(dāng)量人口產(chǎn)污量是一致的，分別是COD：120g/人?d，總氮：11 g/人?d。實(shí)際總磷當(dāng)量值低于標(biāo)準(zhǔn)值2.5g/人?d，這是因?yàn)榈聡掷m(xù)不斷推行無磷洗滌劑的緣故。近年來，德國調(diào)查不再有BOD5和數(shù)據(jù)，這與德國從2000年開始鼓勵(lì)采用COD進(jìn)行設(shè)計(jì)計(jì)算和考核有密切的關(guān)系。
6）德國十分重視污水處理廠節(jié)能。表3顯示德國處理單位水量耗電量在0.34~0.68度/m3，平均0.38度/m3，較大規(guī)模的污水處理廠人均耗電量較2011年還有下降。這一耗電量是包括污泥處理和進(jìn)水COD在超過500mg/L情況下的；折算平均處理單位COD的耗電量為0.76度/去除kgCOD。我們是多少？要比，就得考慮濃度和污泥處理。在積極節(jié)能的同時(shí)，德國還大力推行能源的自給，大型污水處理廠能源自給率可以實(shí)現(xiàn)50%以上，這與他們重視污泥厭氧消化的沼氣利用直接相關(guān)。在這基礎(chǔ)上，德國還在大力推行推進(jìn)CO收集、沼氣發(fā)電、光伏發(fā)電、風(fēng)力發(fā)電、改善水力條件等，實(shí)現(xiàn)污水處理廠自給率。2017年德國調(diào)查還對(duì)沼氣產(chǎn)量、沼氣發(fā)電量及發(fā)電效率進(jìn)行了調(diào)查。按照平均23L/人?d 、151.8百萬當(dāng)量人口規(guī)模和77.5%負(fù)荷率計(jì),德國城鎮(zhèn)污水處理廠每天的沼氣產(chǎn)量為270萬m3。可惜了，我們眾多的污水處理廠失去了多少的生物質(zhì)能？