皮納坎普 博士 教授 Prof. Dr-Ing. Johanes Pinnekamp
袁國文 博士 Dr.-Ing. Guowen Yuan 斯圖加特大學(xué) 水污染控制和垃圾處理研究所
University of Stuttgart, Institute for Sanitary, Water Quality and Solid Waste Management
D-70569 Stuttgart, Bandt?le 2, Germany 1. 歐盟國家的污水處理現(xiàn)狀 －概況[2] 對于歐洲各國來說，幸運(yùn)的是沒有嚴(yán)重的水方面的問題，諸如大范圍的洪水泛濫、干旱或大范圍的水資源短缺，而且，也未收到通過水源作為傳播渠道的致命的傳染性疾病的困擾。總體上來說，歐洲的水資源狀況良好。但是，與此同時也存在著一些威脅到、影響到水質(zhì)狀況的問題。因此，為保證在歐洲范圍內(nèi)水質(zhì)和水量的可持續(xù)發(fā)展，歐共同制定了覆蓋面廣泛的基礎(chǔ)法規(guī)。 歐洲的水資源的狀況歸納如下：
· 雖然自從上個世紀(jì)九十年代起，歐共體提出了要達(dá)到的水質(zhì)目標(biāo)，但是河流水質(zhì)并沒有完全改善。據(jù)統(tǒng)計，目前仍有20%的地表水受到嚴(yán)重污染。然而，自七十年代以來，那些污染最為嚴(yán)重的河流得到了改善。
· 因農(nóng)業(yè)生產(chǎn)排放硝酸鹽所引起的河流、湖泊、水庫、海岸和海水的富營養(yǎng)面源污染還在不斷增長，同時，對其所產(chǎn)生的危害性估計不足。
· 在過去的五年中，由于在工業(yè)方面、在污水處理方面采取了一些措施，并且在家庭中采用無磷的洗滌劑，因而，磷化合物的排放量已減少了40-60%。
· 在歐洲地下水占飲用水水源的65%。但是，地下水的水質(zhì)、及其引起的人體健康正受到濃度過高的硝酸鹽、殺蟲劑、重金屬、碳水化合物和有機(jī)氯化物等的威脅。
· 歐洲各國對于水資源的應(yīng)用各不相同。在地中海國家，水資源主要被用于農(nóng)業(yè)灌溉。而對于北歐諸國來說，水資源主要用于滿足居民、公眾事業(yè)、商業(yè)的需求。
歐洲各國對于水資源的管理是相當(dāng)復(fù)雜的。歐盟的各成員國對于水質(zhì)和污水處理的觀點(diǎn)各不相同，有時甚至是相互對立的。有些國家認(rèn)為本國經(jīng)濟(jì)發(fā)展受到了歐洲的環(huán)境保護(hù)法規(guī)的限制。另外，還存在著河流水體邊界不清和水源污染的問題。在歐洲，某些河流流經(jīng)不同的區(qū)域和國家，其流域的不同段分別由不同的行政部門或地區(qū)單位管理，需要互相間的合作與支持。
歐盟在水資源管理的立法方面可分為三個階段。第一階段為1975年通過的有關(guān)地表水的法規(guī)和1980年通過的有關(guān)飲用水的法規(guī)。主要是針對不同類型的水源和不同用途的水的水質(zhì)：
· 漁業(yè)養(yǎng)殖水
· 貝類養(yǎng)殖水
· 游泳水
· 地下水
第二階段主要針對排放標(biāo)準(zhǔn)。在這方面有兩部重要的法規(guī)，1991年通過的硝酸鹽法規(guī)和城市污水處理的法規(guī)（UWTD）。UWTD的主要內(nèi)容是：
· 所有已建成的區(qū)域，根據(jù)其規(guī)模和所處的位置，必須在1998，2000或2005年底以前逐步建立起污水收集系統(tǒng)和處理系統(tǒng)。
· 根據(jù)接受水體對污染的敏感程度，將處理污水處理深度分為一級處理、二級處理或 三級處理
· 污水處理工藝可以由三級連續(xù)的處理工藝和被稱為預(yù)處理的初級處理工藝組成。
· 預(yù)處理是通過機(jī)械處理，如格柵、沉淀或氣浮，去除污水中所含的石塊、砂石和脂肪、油脂等。
· 一級處理是通過沉淀池或氣浮池去除懸浮的固體物。
· 二級處理是生物處理：污水中的污染物在微生物的作用下被降解和轉(zhuǎn)化為污泥。
· 三級處理是污水的深度處理，它包括營養(yǎng)物的去除和通過加氯、紫外輻射或臭氧技術(shù)對污水進(jìn)行消毒。 UWTD實(shí)施的最后期限和有關(guān)規(guī)定見表1。 表1: UWTD實(shí)施的最后期限和有關(guān)規(guī)定| 人口當(dāng)量 | 0 －2000 | 2000 －- 10000 | 10000 － 15000 | 15000 －150000 | + 150000 | | 敏感區(qū)域 | 如果有收集系統(tǒng)2005年12月31日適當(dāng)?shù)奶幚?/TD> | 收集系統(tǒng)2005年12月31日二級處理(1) | 收集系統(tǒng) 2005年12月31日深度處理 | 收集系統(tǒng) 2005年12月31日深度處理 | 收集系統(tǒng)2005年12月31日深度處理 | | 一般區(qū)域 | 如果有收集系統(tǒng)2005年12月31日適當(dāng)?shù)奶幚?/TD> | 收集系統(tǒng)2005年12月31日 二級處理 (1) | 收集系統(tǒng)2005年12月31日二級處理 | 收集系統(tǒng)2005年12月31日二級處理 | 收集系統(tǒng) 2005年12月31日 二級處理 | | 非敏感區(qū)域 (沿海水域) | 如果有收集系統(tǒng)2005年12月31日 適當(dāng)?shù)奶幚?/TD> | 收集系統(tǒng)2005年12月31日二級處理(1 | 收集系統(tǒng)2005年12月31日一級或二級處理 | 收集系統(tǒng)2005年12月31日一級或二級處理 | 收集系統(tǒng) 2005年12月31日一級例外)或二級處理 | | (1) 當(dāng)排入沿海水體時進(jìn)行適當(dāng)?shù)奶幚?/TD> | UWTD的制定是為了改善水體的水質(zhì)。未經(jīng)處理的污水的排放是歐洲最顯著的水問題之一。各成員國花費(fèi)了大量的資金用于污水收集和處理設(shè)施的建設(shè)。
第三階段為去年通過的新的水體系的法規(guī)（WFD）。WFD將排放標(biāo)準(zhǔn)和水質(zhì)目標(biāo)有機(jī)地結(jié)合在一起。WFD的主要組成部分是：
· 歐洲的所有的水資源將受到這一法規(guī)的保護(hù)（地表水、地下水、過渡水體和沿海水體）
· 所有這些水體最終必須達(dá)到良好的狀態(tài)。
· 一種將排放標(biāo)準(zhǔn)和水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)結(jié)合起來的新的方法將被用來實(shí)現(xiàn)這些目標(biāo)。
· 正如某些成員國已經(jīng)進(jìn)行的，按流域設(shè)置管理機(jī)構(gòu)，處理所有的水資源問題。
· 水的主要價值應(yīng)集中體現(xiàn)為水價，同時強(qiáng)化誰污染誰付費(fèi)的原則。
· 居民們將更多地結(jié)合在水資源管理過程中。
· 法規(guī)將被更簡化，但更有效地執(zhí)行。 2. 污水處理技術(shù)和費(fèi)用的比較研究 在這方面的比較研究還是很匱乏的。有兩個研究成果值得大家注意。一是1994年水研究中心提出的研究報告[5]，該報告由當(dāng)時12個歐盟成員國的污泥處理與處置的專家完成；二是1997年在前EWPCA指導(dǎo)下進(jìn)行的研究[3]，其對15個歐洲國家在污水處理方面有關(guān)的觀點(diǎn)、數(shù)據(jù)和不同形式的報告進(jìn)行了比較。此外，由Kraemer先生和Rudolph 先生合作完成的有關(guān)部分歐洲國家的污水處理費(fèi)用的比較 [6]。 3. 目標(biāo) 在這種背景下，成立了一個由來自于水資源管理、廢棄物管理和工程結(jié)構(gòu)方面的專家組成的專家組(BWK) 進(jìn)行“國際污水凈化技術(shù)和費(fèi)用的比較研究”。
在這個研究小組成立之前，總部設(shè)在Cologne的AEW－Plan工程公司應(yīng)有關(guān)方面的要求曾對歐洲6國在污水凈化技術(shù)和費(fèi)用方面進(jìn)行了詳盡地比較。這6個國家是德國、丹麥、法國、意大利、荷蘭和瑞士。 4. 基礎(chǔ)數(shù)據(jù) 表2簡單地給出了有關(guān)的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。污水處理的費(fèi)用與外部條件有很大的關(guān)系，這些外部條件相當(dāng)穩(wěn)定，不會有太大的變化。然而，我們有必要了解這方面的情況，以便我們理解不同國家間某些特殊的區(qū)別。
在被研究的這六個國家中，荷蘭的人口密度最高，其次是德國。國土面積最大的法國，人口密度最低。另外，面積較小的丹麥和荷蘭的城市人口的比例高于德國。 表2: 基礎(chǔ)數(shù)據(jù)| | 丹麥 | 德國 | 法國 | 意大利 | 荷蘭 | 瑞士 | | 人口 | 百萬人 | 5.2 | 81.8 | 58.3 | 57.3 | 15.5 | 7.0 | | 面積 | 1000km2 | 43.1 | 357 | 544 | 301.3 | 41.5 | 40 | | 人口密度 | 人/km2 | 121 | 229 | 107 | 190 | 373 | 175 | | 城市人口的比例 | % | 87 | 84 | 75 | 70 | 90 | 60 | | 降雨 | mm/年 | 500-750 | 600-950 | 550-900 | 500-1000 | 700-800 | 800-1200 |
由于這些國家都處在中歐氣候帶中，所以各國的年平均降雨量沒有很大的差別。只有意大利南部的降雨量很少，瑞士的某些地區(qū)的降雨量很高，這些區(qū)域都不在研究的范圍之內(nèi)。另外，在研究瑞士的具體情況時必須考慮地表形態(tài)的影響。因為在瑞士境內(nèi)有60%的地區(qū)位于阿爾卑斯山脈的區(qū)域內(nèi)，山區(qū)的地形增加了建造污水凈化設(shè)施的費(fèi)用。
5. 污水處理概況 現(xiàn)將污水處理的的重要數(shù)據(jù)歸納于表3中。 表3: 污水處理數(shù)據(jù)一覽| | 丹麥 | 德國 | 法國 | 意大利 | 荷蘭 | 瑞士 | | 處理構(gòu)筑物的數(shù)量 | 座 | 1,675 | 10,518 | 10,368 | 9,800 | 424 | 967 | | 城市排水接管率 | % | 86 | 93 | 90 | 86 | 91 | 92 | | 污水處理率 | % | 85 | 86 | 68 | 63 | 90 | 90 | | 處理人口當(dāng)量 | 人 | 2.600 | 6,500 | 3,700 | 3,700 | 32,000 | 6,400 | | 合流制系統(tǒng)所占的比例 | % | ~100 | 53 | <80 | 80 | ~100 | 70-80 | | 用水量 | 升/人*天 | 145 | 132 | 156 | 249 | 175 | 237 |
目前還缺乏有關(guān)的標(biāo)準(zhǔn)化指標(biāo)來評估這六個國家的污水處理廠的數(shù)目和分布情況。特別是，對于污水處理廠還沒有明確的定義。因此，運(yùn)用以下某些數(shù)據(jù)時必須十分的謹(jǐn)慎。在荷蘭，污水處理廠的建設(shè)正在不斷地向高處理能力的方向發(fā)展。而在丹麥、法國和意大利污水處理廠的規(guī)模一般較小，因而其總體數(shù)量較大。
在大多數(shù)國家中，合流制排水系統(tǒng)仍占據(jù)著主導(dǎo)地位。但是，現(xiàn)在采用分流制的排水系統(tǒng)正逐漸成為一種趨勢。在污水處理廠里進(jìn)行處理的污水由生活污水、工業(yè)廢水、滲透水和經(jīng)處理的雨水所組成。來自于家庭的生活污水量與飲用水量有關(guān)，在德國為132升/(人*天)，是所有這六個國家中最少的。尤其是在瑞士和意大利生活污水的量幾乎是德國的兩倍。有關(guān)外滲水量還沒有足夠的資料。在德國，外滲水量似乎要低于其他各國。由于這6國居民的生活習(xí)慣很相似，因而污水的濃度取決于所產(chǎn)生的污水量。
6. 設(shè)計與建造 各國家間對污水處理廠的設(shè)計和建造過程各不相同。在德國、法國、瑞士和意大利已經(jīng)形成了自己的一套規(guī)范的、昂貴的批復(fù)程序。尤其是在德國、法國和瑞士，對環(huán)境的維護(hù)和治理占了主導(dǎo)的決定因素。對于意大利，這種關(guān)系還不是十分的確定。在瑞士，建造過程往往分步進(jìn)行，每進(jìn)行兩步建造就要進(jìn)行評估。在荷蘭，也有一個批復(fù)的程序，但是相關(guān)的申請方同時也是批復(fù)的機(jī)構(gòu)。在丹麥一般不需要設(shè)計的批復(fù)和官方的批復(fù)，但是當(dāng)出水值超過了設(shè)計極限值時，必須修改設(shè)計。 在德國，對設(shè)計和施工均有相應(yīng)的合同規(guī)定。一般來說，設(shè)計由專門的設(shè)計咨詢公司完成，具體的建造越來越由具工程總包能力的公司完成。在荷蘭和瑞士，設(shè)計階段和招標(biāo)階段比較相似。在法國、丹麥和意大利，對設(shè)計的細(xì)節(jié)要求相對較少。因此，圖紙仍有可修改的余地，其被用于施工公司對項目的評估，施工圖設(shè)計主要由施工公司完成。 表4: 設(shè)計和建造| | 丹麥 | 德國 | 法國 | 意大利 | 荷蘭 | 瑞士 | | 設(shè)計單位 | 設(shè)計公司 (建筑公司) | 設(shè)計公司 (業(yè)主) | 專家(工程師事務(wù)所) | 工程師事務(wù)所 | 工程師事務(wù)所 (業(yè)主) | 工程師事務(wù)所 (建筑公司) | | 圖紙類型 | 初步設(shè)計 | 詳細(xì)設(shè)計 (初步設(shè)計) | 初步設(shè)計 (詳細(xì)設(shè)計) | 初步設(shè)計 | 詳細(xì)設(shè)計 (初步設(shè)計) | 詳細(xì)設(shè)計 | | 私營模式 | 沒有 | 少 | 多 | 少、在增加 | 無 | 無 | 7. 設(shè)計計算 這六個國家對于污水處理廠的設(shè)計計算各不相同。在德國標(biāo)準(zhǔn)化的設(shè)計計算主要是基于行標(biāo)ATV－A131。相類似的只有在瑞士才有設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)。在法國和意大利，設(shè)計由施工公司完成，公司對知識產(chǎn)權(quán)進(jìn)行嚴(yán)格控制。經(jīng)STOWA的推薦的動態(tài)模擬的計算方法已在荷蘭被運(yùn)用于設(shè)計計算中，同時它也在德國、瑞士和丹麥不斷地得到了重視。 表5: 活性污泥法的設(shè)計計算| | 丹麥 | 德國 | 法國 | 意大利 | 荷蘭 | 瑞士 | | 輸入的數(shù)據(jù) | 60%可靠度 | 85%可靠度 | 未定義 | 未定義 | 80% | 可靠度 | | 計算過程 | 非正式 Henze & Bundgaard (動態(tài)模擬) | A 131 (HSG) (動態(tài)模擬) | 非正式?jīng)]有標(biāo)準(zhǔn) | 非正式?jīng)]有標(biāo)準(zhǔn) | 非正式 動態(tài)模擬 | A 131 VSA-模式 (動態(tài)模擬) | | 計算溫度 | 6°- 8° | 10° | 12° | ? | 10° | 根據(jù)具體情況而定 | 選擇輸入的數(shù)據(jù)對計算結(jié)果很重要。在德國，設(shè)計時按照85%可靠度進(jìn)行設(shè)計計算。在瑞士設(shè)計的可靠度為80%，而在丹麥只有60 %。 基于安全性的考慮，在德國污水處理廠的設(shè)計溫度為10°C 。 8. 技術(shù)路線 根據(jù)氮化物地去除率，在傳統(tǒng)的工藝基礎(chǔ)上，各個國家間所采取的工藝有著明顯的差異。表6（下一頁)給出了這些國家污水處理工藝的主要差別。 9. 污水處理的費(fèi)用 為了對上述6個國家的污水處理費(fèi)用進(jìn)行比較，我們對污水處理廠進(jìn)行了以下的分類：
從每一個國家中處理規(guī)模為（2,000人口當(dāng)量；10,000人口當(dāng)量；100,000人口當(dāng)量）的污水處理廠中各選出兩個污水處理廠根據(jù)以下指標(biāo)進(jìn)行比較：
· 新建的污水處理廠或擴(kuò)建的舊污水處理廠；
· 通過硝化/反硝化處理脫氮；
· 通過沉淀法或生物法除磷；
· 基礎(chǔ)的處理工藝為活性污泥法，同時結(jié)合某些國家特殊的處理方法，例如，在荷蘭的克勞塞爾法。
選擇處理廠時必須綜合考慮考慮到以上指標(biāo)。
對于所有選擇出來的污水處理廠的投資和運(yùn)行費(fèi)用必須在當(dāng)?shù)剡M(jìn)行研究。費(fèi)用數(shù)據(jù)用德國馬克表示，參考中央銀行的外幣兌換率的統(tǒng)計和國家統(tǒng)計局1996年的價格指數(shù)進(jìn)行換算。投資費(fèi)用根據(jù)統(tǒng)一的利率和污水處理廠的使用壽命換算成年平均資本。這與污水處理廠的規(guī)模有關(guān)。
運(yùn)行費(fèi)用也可相應(yīng)地確定。由于它與系統(tǒng)的實(shí)際負(fù)荷和利用率有很大的關(guān)系，因此在這里引進(jìn)了一個因素來顯示利用率對運(yùn)行費(fèi)用的影響。這個因素的35％為年運(yùn)行費(fèi)用，其與系統(tǒng)的復(fù)雜程度相關(guān)，另外 65％則與系統(tǒng)的實(shí)際運(yùn)行負(fù)荷相關(guān)。 表6: 技術(shù)路線的比較| | 氮化物的去除 | 常用的工藝 | 特殊的工藝 | | 丹麥 | 全部:· 硝化· 反硝化除磷 | 低負(fù)荷的曝氣工藝; 同步-好氧污泥穩(wěn)定;極少生物濾池 | 生物反硝化，
生物除磷 | | 德國 | 大部分:· 硝化· 反硝化· 除磷 | 曝氣工藝; 部分生物濾池; 厭氧污泥穩(wěn)定 | 許多兩步處理系統(tǒng)，常用生物除磷，接觸式濾池，很多方式 | | 法國 | 部分地:· 硝化· 反硝化· 除磷 | 曝氣工藝, 氧化塘 | 生物濾池， 斜板斜管沉淀池，很多方式 | | 意大利 | 很少:· 硝化· 反硝化· 除磷 | 曝氣工藝去除碳化物， 去除污染物質(zhì);厭氧污泥穩(wěn)定 | 常采用機(jī)械處理法 | | 荷蘭 | 全部:· 硝化· 反硝化· 除磷 | 低負(fù)荷的曝氣工藝; 同步-好氧污泥穩(wěn)定 | 氧化溝, 克勞塞爾工藝 | | 瑞士 | 很小一部分硝化，幾乎沒有反硝化，全部:· 除磷 | 低負(fù)荷的曝氣工藝, 生物濾池, 生物轉(zhuǎn)盤;厭氧污泥穩(wěn)定 | 生物濾池, 斜板斜管沉淀池 | 參考文獻(xiàn) [1] AEW Plan GmbH:
Kosten der Abwasserreinigung im Internationalen Vergleich (International Comparison on Costs of Wastewater Treatment) - study by order of the Ministry of Environment, Spatial Planning and Agriculture of the state of North Rhine-Westphalia (1999)
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[7] WRC: Waste Management - Sewage Sludge: Part One:
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