欧洲污水处理技术

欧洲污水处理技术、成本与收费对于欧洲各国来说，幸运的是没有严重的水方面的问题，诸如大范围的洪水泛滥、干旱或大范围的水资源短缺，而且，也未收到通过水源作为传播渠道的致命的传染性疾病的困扰。总体上来说，欧洲的水资源状况良好。但是，与此同时也存在着一些威胁到、影响到水质状况的问题。因此，为保证在欧洲范围内水质和水量的可持续发展，欧共同制定了覆盖面广泛的基础法规。欧洲的水资源的状况归纳如下：·虽然自从上个世纪九十年代起，欧共体提出了要达到的水质目标，但是河流水质并没有完全改善。据统计，目前仍有20%的地表水受到严重污染。然而，自七十年代以来，那些污染最为严重的河流得到了改善。·因农业生产排放硝酸盐所引起的河流、湖泊、水库、海岸和海水的富营养面源污染还在不断增长，同时，对其所产生的危害性估计不足。·在过去的五年中，由于在工业方面、在污水处理方面采取了一些措施，并且在家庭中采用无磷的洗涤剂，因而，磷化合物的排放量已减少了40-60%。·在欧洲地下水占饮用水水源的65%。但是，地下水的水质、及其引起的人体健康正受到浓度过高的硝酸盐、杀虫剂、重金属、碳水化合物和有机氯化物等的威胁。·欧洲各国对于水资源的应用各不相同。在地中海国家，水资源主要被用于农业灌溉。而对于北欧诸国来说，水资源主要用于满足居民、公众事业、商业的需求。欧洲各国对于水资源的管理是相当复杂的。欧盟的各成员国对于水质和污水处理的观点各不相同，有时甚至是相互对立的。有些国家认为本国经济发展受到了欧洲的环境保护法规的限制。另外，还存在着河流水体边界不清和水源污染的问题。在欧洲，某些河流流经不同的区域和国家，其流域的不同段分别由不同的行政部门或地区单位管理，需要互相间的合作与支持。欧盟在水资源管理的立法方面可分为三个阶段。第一阶段为1975年通过的有关地表水的法规和1980年通过的有关饮用水的法规。主要是针对不同类型的水源和不同用途的水的水质：·渔业养殖水·贝类养殖水·游泳水·地下水第二阶段主要针对排放标准。在这方面有两部重要的法规，1991年通过的硝酸盐法规和城市污水处理的法规（UWTD）。UWTD的主要内容是：·所有已建成的区域，根据其规模和所处的位置，必须在1998，2000或2005年底以前逐步建立起污水收集系统和处理系统。·根据接受水体对污染的敏感程度，将处理污水处理深度分为一级处理、二级处理或三级处理·污水处理工艺可以由三级连续的处理工艺和被称为预处理的初级处理工艺组成。·预处理是通过机械处理，如格栅、沉淀或气浮，去除污水中所含的石块、砂石和脂肪、油脂等。·一级处理是通过沉淀池或气浮池去除悬浮的固体物。·二级处理是生物处理：污水中的污染物在微生物的作用下被降解和转化为污泥。·三级处理是污水的深度处理，它包括营养物的去除和通过加氯、紫外辐射或臭氧技术对污水进行消毒。UWTD实施的最后期限和有关规定见表1。表1:UWTD实施的最后期限和有关规定人口当量0－20002000－-1000010000－1500015000－150000+150000敏感区域如果有收集系统2005年12月31日适当的处理收集系统2005年12月31日二级处理(1)收集系统2005年12月31日深度处理收集系统2005年12月31日深度处理收集系统2005年12月31日深度处理一般区域如果有收集系统2005年12月31日适当的处理收集系统2005年12月31日二级处理(1)收集系统2005年12月31日二级处理收集系统2005年12月31日二级处理收集系统2005年12月31日二级处理非敏感区域(沿海水域)如果有收集系统2005年12月31日适当的处理收集系统2005年12月31日二级处理(1收集系统2005年12月31日一级或二级处理收集系统2005年12月31日一级或二级处理收集系统2005年12月31日一级例外)或二级处理(1)当排入沿海水体时进行适当的处理UWTD的制定是为了改善水体的水质。未经处理的污水的排放是欧洲最显著的水问题之一。各成员国花费了大量的资金用于污水收集和处理设施的建设。第三阶段为去年通过的新的水体系的法规（WFD）。WFD将排放标准和水质目标有机地结合在一起。WFD的主要组成部分是：·欧洲的所有的水资源将受到这一法规的保护（地表水、地下水、过渡水体和沿海水体）·所有这些水体最终必须达到良好的状态。·一种将排放标准和水质标准结合起来的新的方法将被用来实现这些目标。·正如某些成员国已经进行的，按流域设置管理机构，处理所有的水资源问题。·水的主要价值应集中体现为水价，同时强化谁污染谁付费的原则。·居民们将更多地结合在水资源管理过程中。·法规将被更简化，但更有效地执行。2.污水处理技术和费用的比较研究在这方面的比较研究还是很匮乏的。有两个研究成果值得大家注意。一是1994年水研究中心提出的研究报告[5]，该报告由当时12个欧盟成员国的污泥处理与处置的专家完成；二是1997年在前EWPCA指导下进行的研究[3]，其对15个欧洲国家在污水处理方面有关的观点、数据和不同形式的报告进行了比较。此外，由Kraemer先生和Rudolph先生合作完成的有关部分欧洲国家的污水处理费用的比较[6]。3.目标在这种背景下，成立了一个由来自于水资源管理、废弃物管理和工程结构方面的专家组成的专家组(BWK)进行“国际污水净化技术和费用的比较研究”。在这个研究小组成立之前，总部设在Cologne的AEW－Plan工程公司应有关方面的要求曾对欧洲6国在污水净化技术和费用方面进行了详尽地比较。这6个国家是德国、丹麦、法国、意大利、荷兰和瑞士。4.基础数据表2简单地给出了有关的基础数据。污水处理的费用与外部条件有很大的关系，这些外部条件相当稳定，不会有太大的变化。然而，我们有必要了解这方面的情况，以便我们理解不同国家间某些特殊的区别。在被研究的这六个国家中，荷兰的人口密度最高，其次是德国。国土面积最大的法国，人口密度最低。另外，面积较小的丹麦和荷兰的城市人口的比例高于德国。表2:基础数据丹麦德国法国意大利荷兰瑞士人口百万人5.281.858.357.315.57.0面积1000km243.1357544301.341.540人口密度人/km2121229107190373175城市人口的比例%878475709060降雨mm/年500-750600-950550-900500-1000700-800800-1200由于这些国家都处在中欧气候带中，所以各国的年平均降雨量没有很大的差别。只有意大利南部的降雨量很少，瑞士的某些地区的降雨量很高，这些区域都不在研究的范围之内。另外，在研究瑞士的具体情况时必须考虑地表形态的影响。因为在瑞士境内有60%的地区位于阿尔卑斯山脉的区域内，山区的地形增加了建造污水净化设施的费用。5.污水处理概况现将污水处理的的重要数据归纳于表3中。表3:污水处理数据一览丹麦德国法国意大利荷兰瑞士处理构筑物的数量座1,67510,51810,3689,800424967城市排水接管率%869390869192污水处理率%858668639090处理人口当量人2.6006,5003,7003,70032,0006,400合流制系统所占的比例%~100538080~10070-80用水量升/人*天145132156249175237目前还缺乏有关的标准化指标来评估这六个国家的污水处理厂的数目和分布情况。特别是，对于污水处理厂还没有明确的定义。因此，运用以下某些数据时必须十分的谨慎。在荷兰，污水处理厂的建设正在不断地向高处理能力的方向发展。而在丹麦、法国和意大利污水处理厂的规模一般较小，因而其总体数量较大。在大多数国家中，合流制排水系统仍占据着主导地位。但是，现在采用分流制的排水系统正逐渐成为一种趋势。在污水处理厂里进行处理的污水由生活污水、工业废水、渗透水和经处理的雨水所组成。来自于家庭的生活污水量与饮用水量有关，在德国为132升/(人*天)，是所有这六个国家中最少的。尤其是在瑞士和意大利生活污水的量几乎是德国的两倍。有关外渗水量还没有足够的资料。在德国，外渗水量似乎要低于其他各国。由于这6国居民的生活习惯很相似，因而污水的浓度取决于所产生的污水量。6.设计与建造各国家间对污水处理厂的设计和建造过程各不相同。在德国、法国、瑞士和意大利已经形成了自己的一套规范的、昂贵的批复程序。尤其是在德国、法国和瑞士，对环境的维护和治理占了主导的决定因素。对于意大利，这种关系还不是十分的确定。在瑞士，建造过程往往分步进行，每进行两步建造就要进行评估。在荷兰，也有一个批复的程序，但是相关的申请方同时也是批复的机构。在丹麦一般不需要设计的批复和官方的批复，但是当出水值超过了设计极限值时，必须修改设计。在德国，对设计和施工均有相应的合同规定。一般来说，设计由专门的设计咨询公司完成，具体的建造越来越由具工程总包能力的公司完成。在荷兰和瑞士，设计阶段和招标阶段比较相似。在法国、丹麦和意大利，对设计的细节要求相对较少。因此，图纸仍有可修改的余地，其被用于施工公司对项目的评估，施工图设计主要由施工公司完成。表4:设计和建造丹麦德国法国意大利荷兰瑞士设计单位设计公司(建筑公司)设计公司(业主)专家(工程师事务所)工程师事务所工程师事务所(业主)工程师事务所(建筑公司)图纸类型初步设计详细设计(初步设计)初步设计(详细设计)初步设计详细设计(初步设计)详细设计私营模式没有少多少、在增加无无7.设计计算这六个国家对于污水处理厂的设计计算各不相同。在德国标准化的设计计算主要是基于行标ATV－A131。相类似的只有在瑞士才有设计标准。在法国和意大利，设计由施工公司完成，公司对知识产权进行严格控制。经STOWA的推荐的动态模拟的计算方法已在荷兰被运用于设计计算中，同时它也在德国、瑞士和丹麦不断地得到了重视。表5:活性污泥法的设计计算丹麦德国法国意大利荷兰瑞士输入的数据60%可靠度85%可靠度未定义未定义80%可靠度计算过程非正式Henze&Bundgaard(动态模拟)A131(HSG)(动态模拟)非正式没有标准非正式没有标准非正式动态模拟A131VSA-模式(动态模拟)计算温度6°-8°10°12°?10°根据具体情况而定选择输入的数据对计算结果很重要。在德国，设计时按照85%可靠度进行设计计算。在瑞士设计的可靠度为80%，而在丹麦只有60%。基于安全性的考虑，在德国污水处理厂的设计温度为10°C。8.技术路线根据氮化物地去除率，在传统的工艺基础上，各个国家间所采取的工艺有着明显的差异。表6（下一页)给出了这些国家污水处理工艺的主要差别。9.污水处理的费用为了对上述6个国家的污水处理费用进行比较，我们对污水处理厂进行了以下的分类：从每一个国家中处理规模为（2,000人口当量；10,000人口当量；100,000人口当量）的污水处理厂中各选出两个污水处理厂根据以下指标进行比较：·新建的污水处理厂或扩建的旧污水处理厂；·通过硝化/反硝化处理脱氮；·通过沉淀法或生物法除磷；·基础的处理工艺为活性污泥法，同时结合某些国家特殊的处理方法，例如，在荷兰的克劳塞尔法。选择处理厂时必须综合考虑考虑到以上指标。对于所有选择出来的污水处理厂的投资和运行费用必须在当地进行研究。费用数据用德国马克表示，参考中央银行的外币兑换率的统计和国家统计局1996年的价格指数进行换算。投资费用根据统一的利率和污水处理厂的使用寿命换算成年平均资本。这与污水处理厂的规模有关。运行费用也可相应地确定。由于它与系统的实际负荷和利用率有很大的关系，因此在这里引进了一个因素来显示利用率对运行费用的影响。这个因素的35％为年运行费用，其与系统的复杂程度相关，另外65％则与系统的实际运行负荷相关。表6:技术路线的比较氮化物的去除常用的工艺特殊的工艺丹麦全部:·硝化·反硝化除磷低负荷的曝气工艺;同步-好氧污泥稳定;极少生物滤池生物反硝化，生物除磷德国大部分:·硝化·反硝化·除磷曝气工艺;部分生物滤池;厌氧污泥稳定许多两步处理系统，常用生物除磷，接触式滤池，很多方式法国部分地: