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德国2020年污水处理情况介绍

发布日期:2021-12-16 来源:城建水业

德国水协DWA的专业刊物《KorrespondenzAbwasser·Abfall》(污水与垃圾)2021年第11期刊载了由德国水协DWA的“污水处理厂BIZ-1.1—污水处理厂协调组”撰写的文章《33.Leistungsvergleichkommunaler Kläranlagen》(第33次污水处理情况调查),本次重点对能源消耗情况做了较深入的调查。现摘录部分数据,供学习、讨论、参考。

1. 污水处理厂概况

2020年德国拥有城镇污水处理厂9105座,总规模为1.518亿当量人口(德国按照人口当量核定规模,与2019年调查相同),接近德国实际人口(8200万)的2倍。2020年调查了其中的5220座,调查总规模为1.308亿当量人口,占总规模的86.2%。所调查污水处理厂的规模分布情况详见表1

1  2020年调查的城镇污水处理厂规模分布情况表

德国污水处理厂以中小型污水处理厂居多,5000当量人口规模(约1000 m3/d水量规模)以下的厂数量占53%,但是服务的人口仅占总人口的4.5%;相对100000当量人口以上规模的污水处理厂数量仅为总数量的4%,但是服务的总人口要占调查厂总人口的67%。德国这种污水处理厂布局与德国城市化水平高、小城镇多和城市布局特点有密切关系。

2. 污水净化情况

与先前调查相比,污染物净化效果没有太大变化,但是营养物,特别是磷的去除效果略有提高,详细调查结果见表2。各地区相比较,德国北部、东北部州的氮和磷的去除率较高。这些州进水中COD、营养物的浓度较高是与其分流制占比很高密切相关,详见图1,德国排水体制分布图。图中数字是该地区合流制占比,以萨尔州最高,合流制比例达92.1%;以勃兰登堡州最低,为3.9%。东西向横线是被称为“排水体制赤道线”,该线在逐步向北移动,说明原东德地区在排水系统建设和改造中更多采用了分流制。

1  德国排水体制分布情况

需要说明的是德国污水处理厂平均负荷率不足80%,年污水处理量是包括雨水和其它外来水量的,其不是实际的污水产生量,所以合流制地区人均污水处理量明显高于分流制地区。

2011年至2020年污染物去除情况详见图2,除CODTP去除率有较小幅度的提高外,其余污染物的去除率变化是比较平稳的,特别是TN的出水浓度基本上保持了不变。

1COD出水变化情况

2TN出水变化情况

3NH4-N出水变化情况

4TP出水变化情况

BaWü:巴登符腾堡州  Bayern:巴伐利亚州  H-Rh-Saar:黑森/--法尔茨/萨尔州  Nord:北部地区   Noord-Ost:东北部地区  NRW:北莱茵·威斯特法伦州州  ST:萨克森/图林根州  DWA:德国水协平均   ÖWAV:奥地利水协平均

2 德国污水处理厂10年出水水质变化情况

3.处理厂能耗情况

2019年德国污水处理厂能耗有小幅度上升,对4835座调查污水处理厂能耗调查情况详见表3。其总耗电量3148GWh/年(亿瓦时)占德国全部污水处理厂耗电量的84.7%,约占德国2017年总耗电的129TWh(亿千瓦时)的2.4%。各州单位人口耗电量差距不大。人均耗电量最低的是奥地利和东北地区各州,最高的是州是北部地区州和巴登洲。折算的单位处理水量的耗电量与各地区污水处理厂进水浓度成正比。

各污水处理厂能源自给的数据尚不完全掌握,能源自给量约为1118GWh/年。特别是大型污水处理厂,如北德国污水处理厂能源自给量量占耗电量的50%以上,特别是规模较大污水处理厂,如北莱茵州的污水处理厂。相比较黑森州、法尔茨、萨尔州能源自给量不足30%,这与这些地区小型和不带厌氧消化的污水处理厂较多有关。近年来污水处理厂也在积极推进CO收集、沼气发电、光伏发电、风力发电、改善水力条件等,实现污水处理厂自给率。

2  2020年德国调查污水处理厂运行数据汇总表

2011年至2020年污水处理厂数量净增约500座,84.7%的污水处理厂进行了改扩建,改扩建规模1.28亿人口当量。但是这些改扩建厂较2011年污水处理厂年耗电量却从3217.7GWh下降到3148.1GWh,详见表4。图3显示出第四和第五级的污水处理厂耗电量约占了德国污水处理厂总耗电量的90%,所以它们是节电的主力。但是小型污水处理厂单位人口规模的耗电量是高于大型污水处理厂的,除小型污水处理厂外,2020年单位人口的耗电量较2011年也是下降的,详见图4

3 2020年德国调查污水处理厂能耗调查数据汇总表

4  德国污水处理厂2011年能耗与2020年的比较

3  德国各规模等级污水处理厂耗电量占比情况

4  2011年与2020年污水处理厂单位人均耗电量比较(kWh/人·年)

4.几点体会

1)德国污水处理厂运行稳定。从图2可以看出,德国污水处理厂运行十分稳定,污染物去除率始终保持在较高水平。德国按照污水处理厂耗氧物质负荷和营养物负荷的排放情况,可以将污染物排放水平分为五级,其中耗氧物质包括BOD5CODCrNH4N,营养物包括TNTP,分级标准详见表5。实际上,德国各污水处理厂出水水质远好于排放标准,绝大多数污水处理厂污染物排放水平处于很低和低的等级水平上,这种分级体现了在达标基础上,对排放质量水平的综合评价。

5   德国污水处理厂出水水质水平分级

2)德国节水工作扎实有效。从表2可以看出,德国人均污水处理量在112~260L/人·d。需要特别说明的是:德国人均污水处理量和人均污水产生量是两个不同概念,前者是将污水处理厂年均污水处理量按照实际服务的人口折算的,其与包括雨水在内的外来水量,合流制地区的人均污水处理量就明显高于分流制地区。后者是类似于我们的人均综合生活污水量,包括商业、小型工业等(表中斜体字数据来自(德国排水管网和雨水处理水平)。也说明从德国节水工作十分有效,反思我国相关标准规定的人均综合生活污水量标准是不是太高了?节水才是最有效的治污措施。

3)德国污水处理厂规模衡量科学。德国污水处理厂规模是按照服务人口(当量人口)来衡量的,其有效解决了排水体制不同,处理水量不同,但是(当量)人口污染负荷相同的问题。所以,其单位耗电量、单位污泥产量等都是按照单位人口来衡量和比较的。

4)德国排水管道质量令人赞叹。德国以分流制为主的北部和东北部地区的污水处理厂污染物进水浓度几乎比合流制为主的地区高1倍,东北部进水COD浓度超过1000mg/L,这与分流制地区的人均处理水量值几乎是合流制为主地区的一半是相吻合的。我国只有低地下水位地区和排水管网较好的城市,其进水浓度才基本上与德国合流制地区接近。相对合流制地区,人均处理污水量也未超过260L/人·d,其除了雨天雨水外,还有普遍实施雨水截流池的缘故,故人均污水处理量就比较高。这也说明德国污水管道、合流制管道质量令人赞叹。高进水浓度除与节水工作成效直接相关外,也与德国有效杜绝地下水等外水入渗工作的成效密切相关。“清污不分”是影响我国城镇污水处理厂进水浓度低下的重要因素,把“外水赶出去”对提高污水处理厂进水浓度,提高污水处理厂污染物削减效益有重要意义,“城镇污水处理提质增效”太重要了!

5)德国污染排放当量规定精准。非常有趣的是,按照实际处理水量和进水污染物浓度计算的进水污染物当量,除总磷外,其余污染物与德国标准规定的当量人口产污量是一致的,分别是COD120g/人·d,总氮:11 g/人·d。实际总磷当量值低于标准值2.5g/人·d,这是因为德国持续不断推行无磷洗涤剂的缘故。近年来,德国调查不再有BOD5和数据,这与德国从2000年开始鼓励采用COD进行设计计算和考核有密切的关系。

6)德国十分重视污水处理厂节能。表3显示德国处理单位水量耗电量在0.34~0.68/m3,平均0.38/m3,较大规模的污水处理厂人均耗电量较2011年还有下降。这一耗电量是包括污泥处理和进水COD在超过500mg/L情况下的;折算平均处理单位COD的耗电量为0.76/去除kgCOD。我们是多少?要比,就得考虑浓度和污泥处理。在积极节能的同时,德国还大力推行能源的自给,大型污水处理厂能源自给率可以实现50%以上,这与他们重视污泥厌氧消化的沼气利用直接相关。在这基础上,德国还在大力推行推进CO收集、沼气发电、光伏发电、风力发电、改善水力条件等,实现污水处理厂自给率。2017年德国调查还对沼气产量、沼气发电量及发电效率进行了调查。按照平均23L/人·d 151.8百万当量人口规模和77.5%负荷率计,德国城镇污水处理厂每天的沼气产量为270m3。可惜了,我们众多的污水处理厂失去了多少的生物质能?

文字采编 / 唐建国

编图排版 /  崔昱