神猴辭歲，金雞迎春，回首2016，我們的水業大家庭已逾九萬人，在您的陪伴下我們又度過了美好而充實的一年。值此新春佳節之際，讓我們共同回顧2016年水業的大事小情，匯百家之言，問用水之道。
德國水協（DWA）2012年對德國污水處理情況進行了回顧，比較了25年的相關情況。我國基本上也是在20多年前開始借助于國外政府貸款進行大規模的污水處理廠建設，故相關比較結果對我們有較好的借鑒和啟示作用。
唐建國
上海市城市建設設計研究院總工程師
《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座城鎮污水處理廠，其總規模達1.521億當量人口（相當于3000萬m3/d），其中5917座廠的總規模就達1.426億當量人口，占總規模的93.7%。
（作者注釋：德國采用當量人口來衡量污水處理廠的處理負荷，其包括居民人口數和將工業廢水折算的人口數。當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折算：化學需氧量COD：120 g/（人·d），總氮TN：11 g/（人·d），總磷TP：1.8 g/（人·d），或者污水產生量：200 L/（人·d）折算。）
德國按照當量人口規模，將污水處理廠分為五級，在統計的5917座城鎮污水處理廠中，超過10萬當量人口規模（相當于2萬m3/d）的污水處理廠為226座，雖然數量僅占分析統計污水處理廠數量的3.82％，但是合計總處理規模達0.742億當量人口，占統計廠總服務人口的52.3％，各類規模污水處理廠數量和服務的當量人口情況詳見表1。表2匯總了這些污水處理廠2012年的基本情況。
從表2可以總結出如下幾點特征：
1．按照德國實際處理水量和實際當量人口負荷計算，雖然各地平均單位當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），其高于當量人口標準值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水水質年平均值差別很大，有的甚至相差一倍。其中，北部高于南部，以德國東北部地區的進水濃度最高，次之是北部地區。造成進水水質差別大的主要原因為：一是東北部和北部地區單位當量人口的污水量低于其它地區，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；三是農村糞便污水的接入量的不同也是造成進水水質有差異（德國許多農村地區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，其污水濃度遠高于南部合流制地區，也證明分流的水平和徹底性，我國，特別是南方地區很多分流制系統的污水處理廠，進水COD濃度不足200mg/L，甚至達不到德國合流制地區的水質濃度的一半，證明我國分流制地區的雨污混接、外來水滲入十分嚴重。
4．德國單位處理水量的耗電量差距較大，其余進水水質呈正相關，而單位當量人口耗電量十分接近，這也是由于南北單位當量人口水量和進水濃度差異造成的。
5．令人稱奇的是，按照德國各地污水處理廠處理水量、當量人口負荷和進水COD、總氮和總磷濃度折算的COD、總氮和總磷當量人口值與標準規定的當量人口值及其接近，充分一則證明德國以當量人口核定污水處理廠規模有準確的數據依據；二則充分證明德國對源頭管理的高度到位，用污染物負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濃度指標管理是有缺陷的；三則充分說明德國按照當量人口確定污水處理廠規模以按照當量人口污染物負荷設計污水處理廠的合理性，該規模指標也真正實現了污水處理廠規模的可比性。
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
出水水質比較
從90年代初開始，德國污水處理廠要求進行除磷和除氮，1991年德國當時的“Abwassertechnisch enVereinigung e.V”（ATV——污水技術協會）發布了《ArbeitsblattA131—Bemessung von einstufigen Belebungsanlangen ab 500 Einwohnerwerten》（5000當量人口以上一段活性污泥法計算規程——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值分別穩定在28、1.6、9、0.7mg/L左右。除總磷外，其余主要指標均優于我國《城鎮污水處理廠污染物排放標準》出水一級A標準，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負荷和營養物負荷的排放情況，將出水狀態五級，分級標準詳見表4。德國各污水處理廠出水水質遠好于排放標準，絕大多數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評價，耗氧物質排放均為1級（很低）；營養物質為2級（低）。按照德國此評價分級標準，上海市耗氧物質排放均為2級（低）；營養物質除總磷為2級（低）外，總氮和銨氮為3級（一般）。總體較德國低一個級別。
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，在污水處理廠擴建中，也采用了多段工藝。
在一段工藝中，有又如下區分：1）帶有污泥厭氧穩定的活性污泥工藝（BF）；2）帶有污泥好氧穩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查詳見表5。各種工藝出水水質情況詳見圖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%，而帶有污泥好氧穩定的活性污泥法工藝為83~91%，帶有污泥厭氧穩定的活性污泥法為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。帶有污泥厭氧穩定的活性污泥法BF是第三級以上規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合起來有關。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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幾點感想
1．設計處理水量不能夠真實反映污水處理廠的規模。我國城鎮污水處理廠規模均采用水量規模來核定，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計值，但是污水處理廠是按照污染物的負荷量來設計的，即處理水量和污染物濃度的乘積。因污水處理廠進水污染物濃度的不同，即便是在水量相同的情況下，污水處理廠各個構筑物的大小也是不同的，也就是說，水量規模無法反映一個污水處理廠處理污染物的真實能力。德國采用當量人口作為污水處理廠規模的考量指標，且規定了單位當量人口的各類負荷量，所以該考量指標表征一個污水處理廠負荷。實踐證明，規定值又與實際值一致，故也實現了污水處理廠實際處理能力的之間的比較。考慮到我國南北差異較大，是否可以用城鎮污水處理廠進水CODCr負荷量（kg/d），作為污水處理廠規模的核定參數，以真實反映一座污水處理廠的實際處理能力和解決污水處理廠之間的可比性問題，其運行負荷也能夠真實反映污水處理廠對污染物去除的真實效率。另外，設計規模和處理能力是兩個不同概念，前者是指設計條件下對設施能力的衡量，后者是在實際運行條件下，設施實際能力發揮的表征，其也可能大于設計規模，也可能小于設計規模。
2．強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標準的15mg/L。現在我國行業內流傳的“本事大不大，總氮關鍵看總氮；水平高不高總氮小于8；國內要拔尖，總氮小于6；國際要領先，總氮小于3。”從一個側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就更加不科學，一則，氮污水中的存在形式主要是銨氮、亞硝酸鹽氮（NO2—N）、有機態氮，城鎮污水中，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+才轉換為NH3，所以銨氮不能夠寫為氨氮；二則由于我國污水排放標準沒有硝酸鹽指標，所以銨氮（NH3—N）轉化為硝酸鹽氮（NO3—N）就可以完成減排任務，這一轉化消耗了能源，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來完成，不能不說是污水處理的可悲。
3．合理確定我國城鎮污水處理情況的考核指標。目前我國考量一個城鎮，或者一個地區污水處理狀況的指標是城鎮污水處理率，其是城鎮污水處理廠年處理污水總量與該城鎮，或該地區年污水產生總量的比值。指標非常直接，也能夠非常形象地反映和考量一個地區的污水治理水平。但是，筆者結合多年管理工作實際認為：該指標因受測算數據來源、測算過程、排水管網實際狀況等多方面因素影響，非常難于準確計算出來，甚至可以人為操作。比如城鎮污水產生量就受所考量城鎮所考量范圍的劃定、用水量所包括的內容、用水量數據的準確性、是否有自備水源、生活污水和工業廢水量的折算比例等多方面因素的影響。沒有扎實和可靠的基礎工作，何以能夠保證數據準確。污水處理廠運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的污水處理量。國內有的城市污水處理率超過100%就是源于基礎數據不準確，“輝煌”的數字只能夠掩蓋真實的差距。選擇一個更加符合我國實際的污水治理水平的指標，非常必須。建議：采用城鎮污水處理設施建成率和污水處理廠負荷率兩個指標替代污水處理率。城鎮污水處理設施建成率（%）=一個城鎮實際污水處理廠總規模×100/（同城鎮供水設施總規模×0.85/1.3）；污水處理廠負荷率（%）=一個城鎮污水處理廠年總運行水量之和×（1—A）×100/ 同城鎮污水處理設施總規模。這兩指標數據來源比較容易，人為因素影響小，所以能夠比較真實反映一個城鎮污水處理設施建設情況，也能夠反映其污水管網建設情況。
（作者注釋：0.85是指考慮了污水產生量與供水量的比值；1.3為日變化系數，供水規模是指最高日，污水處理規模是指平均日；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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