德國2020年污水處理情況介紹
德國水協DWA的專業刊物《KorrespondenzAbwasser·Abfall》（污水與垃圾）2021年第11期刊載了由德國水協DWA的“污水處理廠BIZ-1.1—污水處理廠協調組”撰寫的文章《33.Leistungsvergleichkommunaler Kl?ranlagen》（第33次污水處理情況調查），本次重點對能源消耗情況做了較深入的調查。現摘錄部分數據，供學習、討論、參考。
1. 污水處理廠概況
2020年德國擁有城鎮污水處理廠9105座，總規模為1.518億當量人口（德國按照人口當量核定規模，與2019年調查相同），接近德國實際人口（8200萬）的2倍。2020年調查了其中的5220座，調查總規模為1.308億當量人口，占總規模的86.2%。所調查污水處理廠的規模分布情況詳見表1。
德國污水處理廠以中小型污水處理廠居多，5000當量人口規模（約1000 m3/d水量規模）以下的廠數量占53%，但是服務的人口僅占總人口的4.5%；相對100000當量人口以上規模的污水處理廠數量僅為總數量的4%，但是服務的總人口要占調查廠總人口的67%。德國這種污水處理廠布局與德國城市化水平高、小城鎮多和城市布局特點有密切關系。
2. 污水凈化情況
與先前調查相比，污染物凈化效果沒有太大變化，但是營養物，特別是磷的去除效果略有提高，詳細調查結果見表2。各地區相比較，德國北部、東北部州的氮和磷的去除率較高。這些州進水中COD、營養物的濃度較高是與其分流制占比很高密切相關，詳見圖1，德國排水體制分布圖。圖中數字是該地區合流制占比，以薩爾州最高，合流制比例達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，說明原東德地區在排水系統建設和改造中更多采用了分流制。
需要說明的是德國污水處理廠平均負荷率不足80%，年污水處理量是包括雨水和其它外來水量的，其不是實際的污水產生量，所以合流制地區人均污水處理量明顯高于分流制地區。
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的，特別是TN的出水濃度基本上保持了不變。
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 Noord-Ost：東北部地區 NRW：北萊茵·威斯特法倫州州 ST：薩克森/圖林根州 DWA：德國水協平均 ?WAV：奧地利水協平均
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座調查污水處理廠能耗調查情況詳見表3。其總耗電量3148GWh/年（億瓦時）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）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各州，最高的是州是北部地區州和巴登洲。折算的單位處理水量的耗電量與各地區污水處理廠進水濃度成正比。
各污水處理廠能源自給的數據尚不完全掌握，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%，這與這些地區小型和不帶厭氧消化的污水處理廠較多有關。近年來污水處理廠也在積極推進CO收集、沼氣發電、光伏發電、風力發電、改善水力條件等，實現污水處理廠自給率。
2011年至2020年污水處理廠數量凈增約500座，84.7%的污水處理廠進行了改擴建，改擴建規模1.28億人口當量。但是這些改擴建廠較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%，所以它們是節電的主力。但是小型污水處理廠單位人口規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。
4．幾點體會
1）德國污水處理廠運行穩定。從圖2可以看出，德國污水處理廠運行十分穩定，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負荷和營養物負荷的排放情況，可以將污染物排放水平分為五級，其中耗氧物質包括BOD5、CODCr和NH4－N，營養物包括TN和TP，分級標準詳見表5。實際上，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，這種分級體現了在達標基礎上，對排放質量水平的綜合評價。
2）德國節水工作扎實有效。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際服務的人口折算的，其與包括雨水在內的外來水量，合流制地區的人均污水處理量就明顯高于分流制地區。后者是類似于我們的人均綜合生活污水量，包括商業、小型工業等（表中斜體字數據來自（德國排水管網和雨水處理水平）。也說明從德國節水工作十分有效，反思我國相關標準規定的人均綜合生活污水量標準是不是太高了?節水才是最有效的治污措施。
3）德國污水處理廠規模衡量科學。德國污水處理廠規模是按照服務人口（當量人口）來衡量的，其有效解決了排水體制不同，處理水量不同，但是（當量）人口污染負荷相同的問題。所以，其單位耗電量、單位污泥產量等都是按照單位人口來衡量和比較的。
4）德國排水管道質量令人贊嘆。德國以分流制為主的北部和東北部地區的污水處理廠污染物進水濃度幾乎比合流制為主的地區高1倍，東北部進水COD濃度超過1000mg/L，這與分流制地區的人均處理水量值幾乎是合流制為主地區的一半是相吻合的。我國只有低地下水位地區和排水管網較好的城市，其進水濃度才基本上與德國合流制地區接近。相對合流制地區，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、合流制管道質量令人贊嘆。高進水濃度除與節水工作成效直接相關外，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。“清污不分”是影響我國城鎮污水處理廠進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水濃度，提高污水處理廠污染物削減效益有重要意義，“城鎮污水處理提質增效”太重要了！
5）德國污染排放當量規定精準。非常有趣的是，按照實際處理水量和進水污染物濃度計算的進水污染物當量，除總磷外，其余污染物與德國標準規定的當量人口產污量是一致的，分別是COD：120g/人·d，總氮：11 g/人·d。實際總磷當量值低于標準值2.5g/人·d，這是因為德國持續不斷推行無磷洗滌劑的緣故。近年來，德國調查不再有BOD5和數據，這與德國從2000年開始鼓勵采用COD進行設計計算和考核有密切的關系。
6）德國十分重視污水處理廠節能。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。在積極節能的同時，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現50%以上，這與他們重視污泥厭氧消化的沼氣利用直接相關。在這基礎上，德國還在大力推行推進CO收集、沼氣發電、光伏發電、風力發電、改善水力條件等，實現污水處理廠自給率。2017年德國調查還對沼氣產量、沼氣發電量及發電效率進行了調查。按照平均23L/人·d 、151.8百萬當量人口規模和77.5%負荷率計,德國城鎮污水處理廠每天的沼氣產量為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能？
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