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)對能源消耗情況做了較深入的調(diào)查?，F(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。

表1 2020年調(diào)查的城鎮(zhèn)污水處理廠規(guī)模分布情況表

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，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。

圖1 德國排水體制分布情況

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。

1）COD出水變化情況

2）TN出水變化情況

3）NH4-N出水變化情況

4）TP出水變化情況

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

圖2 德國污水處理廠10年出水水質(zhì)變化情況

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。

表2 2020年德國調(diào)查污水處理廠運(yùn)行數(shù)據(jù)匯總表

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。

表3 2020年德國調(diào)查污水處理廠能耗調(diào)查數(shù)據(jù)匯總表

表4 德國污水處理廠2011年能耗與2020年的比較

圖3 德國各規(guī)模等級污水處理廠耗電量占比情況

圖4 2011年與2020年污水處理廠單位人均耗電量比較（kWh/人·年）

4．幾點(diǎn)體會

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，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水平上，這種分級體現(xiàn)了在達(dá)標(biāo)基礎(chǔ)上，對排放質(zhì)量水平的綜合評價(jià)。

表5 德國污水處理廠出水水質(zhì)水平分級

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？

文字采編 / 唐建國

編圖排版 / 崔昱