【先进技术】欧洲六国污水处理技术路线
欧盟国家的污水处理现状— 概况
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。
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。
在过去的几年中，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。
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。
01
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。
02
欧洲国家污水处理技术的比较研究
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，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，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。
1)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。
2)基础数据
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。
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。
3)污水处理概况
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。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。
4)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。
5)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。
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。
6)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。
丹麦：氮化物的去除：全部硝化、反硝化除磷;常用的工艺：低负荷的曝气工艺、同步好氧污泥稳定、极少生物滤池;特殊的工艺：生物反硝化、生物除磷。
德国：氮化物的去除：大部分硝化、反硝化除磷;常用的工艺：曝气工艺、部分生物滤池、厌氧污泥稳定;特殊的工艺：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：氮化物的去除：部分硝化、反硝化除磷;常用的工艺：曝气工艺、氧化塘;特殊的工艺：生物滤池、斜板斜管沉淀池、很多方式。
意大利：氮化物的去除：很少硝化、反硝化除磷;常用的工艺：曝气工艺去除碳化物、去除污染物质、厌氧污泥稳定;特殊的工艺：常采用机械处理法。
荷兰：氮化物的去除：全部硝化、反硝化除磷;常用的工艺：低负荷的曝气工艺、同步-好氧污泥稳定;特殊的工艺：氧化沟，、克劳塞尔工艺。
瑞士：氮化物的去除：很小一部分硝化、几乎没有反硝化、全部除磷;常用的工艺：低负荷的曝气工艺、生物滤池、生物转盘;厌氧污泥稳定;特殊的工艺：生物滤池、斜板斜管沉淀池。
7)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(2000人口当量;10000人口当量;100000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：
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。
01
世界主要国家的污水处理现状
1、德国污水处理技术应用现状：
排水管网系统建设
1)管网建设情况
德国公共排水管道总长度约48万km。以辖区内全部面积计算，排污管网密度1.11km/km2.人均排污管道长度达到5.8m，居民接管率从1979年的84.5%上升到95%，即占全国人口总数95%的居民的生活废水已纳入排污管网，其中10万人以上的大城市居民接管率超过98%，<2000人的村庄居民接管率也已达90%。约93%下水道管径。
2)排水体制
德国在中心城区主要采用雨污合流制，周边及新建地区主要采用分流制。合流制下水道的比例约占70%，分流制下水道比例约占30%。建有37000座合流制雨水池，其总池容1400万m，，建有10000座分流制雨水净化池，其总池容1000万m，，雨水均需经处理达标后排入水体，大大改善了水体水质。
3)截流倍数
德国年降雨量500～1500mm，季节分配均匀，区域降雨量变化较大，首都柏林年平均降雨量714mm，科隆市年平均降雨量798mm，合流制系统截流倍数为2~4，雨水进污水处理厂进行处理的量为2倍污水，长期的运行实践证明，由于降雨量季节分配均匀，发生溢流的次数较少，政府允许20%雨水直接溢流，如果不能满足要求，则建造雨水调节池。
4)污水处理厂规模之当量人口的概念
德国污水处理厂规模按当量人口EW计算，1EW按每人每天所产生的BOD为60g，以EW表示的负荷是根据一年中进入污水处理厂浓度最大的一个星期的BOD计算出来的，此方法直接反应了污水处理厂污染物负荷，即实际需处理的污染物的量。而我国污水处理厂规模则以日处理污水量为主要依据，由于污水浓度不同，同等规模的污水处理厂实际需处理的污染物量可能相差数倍。不便于进行工程投资对比分析，给污水处理能力的综合评价带来困难
5)污水处理厂生物除磷脱氮设计
德国污水处理厂进水总氮的浓度通常为35～80mg/L，总磷浓度l0～25mg/L，排放要求总氮的浓度通常为10～18mg/L，总磷浓度12mg/L，根据进水水质及排放要求，德国污水处理厂基本上均需进行除磷脱氮，在污水处理的脱氮除磷方面积累了很多值得借鉴的经验和技术。
现将德国污水处理技术协会(ATV)最新制定的城市污水设计规范A131中关于生物除磷脱氮(硝化和反硝化)的曝气池设计方法作简要介绍。A131的应用条件：进水的COD/BOD≤2，TKN/BOD≤0.25;对于具有硝化和反硝化功能的污水处理过程，其反硝化部分的大小主要取决于：
(1)希望达到的脱氮效果;
(2)曝气池进水中硝酸盐氮和BOD的比值;
(3)曝气池进水中易降解BOD占的比例;
(4)泥龄;
(5)曝气池中的悬浮固体浓度;
(6)污水温度。
2、芝加哥污水处理现状
芝加哥是美国中部最大的城市，位于密歇根湖湖畔。为避免城市污水污染湖水，市政管理部门(MWRDGC)采取了一系列监测控制措施以保护湖水，其中最主要的是将居住在2200km2市区范围内的550万人的生活污水和550万人口当量的非生活污水进行严格的处理。
1)芝加哥市区污水处理区的工作任务：
(1)确保该地区区民的饮水安全和健康;
(2)保证密西根湖(LakeMichigan)的水质安全;
(3)改善该地区所有河流水道的水质;
(4)减少商业和民用设施受洪水的侵害;
(5)把水资源作为重要资源来管理。
大约在20世纪初期，由于人口剧增导致了工业及生活用水量的陡增，由于没有具体的污水处理系统，污水直接排入密西根湖，而当时负责从密西根湖中取水的取水塔离岸边太近，导致了生活用水遭到污染，在当时造成了大约100多人由于水质不达标死亡的时间。从此以后芝加哥的2座取水塔均建在距离湖岸2英里处，防止类似事件再次发生。
芝加哥市区范围内年平均日总污水量为520万m3，其中98%以上由3座大型二级污水处理厂处理，其余不足10万m3/d污水则由3座小型水回收厂经深度处理后回用。
位于市中心地区的西西南污水处理厂是美国最大的污水处理厂，也是世界上最大的污水处理厂之一。该厂的进水泵站及一级处理能力超过500万m3/d，二级处理能力平均为455万m3/d，最大为545万m3/d。污泥处理能力除负担本厂所产生的污泥外，还负担着由北方污水处理厂压力输送来的及另外两座深度处理厂的污泥。
西西南污水处理厂由西厂和西南厂合并而成。现称为司提克内水回收厂。西厂于1930年建成投入运行，为一座有3组双层沉淀池和12条污泥自然干化床组成的一级处理厂。随着城市的发展和水源保护标准的提高，1935年开始在西厂的西南侧建设以活性污泥法为主要处理工艺的西南污水处理厂，1939年投入运行。1949年和1975年两次扩建，形成455万m3/d二级处理的规模。
在污泥处理方面，经多次扩建，增设了湿式氧化站，中温消化池，真空脱水机装置，使该厂的设施更加完善。由于历史原因，其污水处理设施既有古老的双层沉淀池和污泥自然干化床，也有新颖的曝气池、污泥消化池和湿式氧化装置。该厂位于城市的中心地区，用地受到限制，厂内建筑物的布置极为紧凑。在污水处理工艺方面，采用了传统的活性污泥法为二级处理的主要手段。矩形回流槽曝气池的容积，超过80万m3，按平均日流量455万m3计，停留时间在4h以上。二次沉淀池采用直径为38.4m的辐流式沉淀池，共96座，表面水力负荷为40.7m3/(m2˙d)。污泥处理工艺是多种多样的。
初次沉淀污泥在双层沉淀池下部常温消化，消化后的污泥部分经干化床自然干化，部分转送到污泥塘静置稳定。全部剩余活性污泥经浓缩后进人中温消化池，部分消化污泥由真空滤机脱水后烘干制成肥料;另一部分经浓缩后加压输送到污泥塘，进一步稳定并脱水，然后用船送到郊区农田施肥。自然干化的污泥饼，则用铁路运送分散到各用户。
司提克内厂的污水处理效果较好。根据1999年11月的报告，1998年全年平均污水量为300万m3/d情况下，出水生化需氧量BOD为2.2mg/L，悬浮物为5.4mg/L，氨氮为0.5mg/L，溶解氧DO为8.5mg/L，大大超过了所要求的标准。在二级处理中，控制较长的固体停留时间，取得了硝化除氮的效果，去除率达到77%，出水氨氮小于2mg/L。1978年全厂管理费用为1842万美元，折合每立方米污水处理费用为1.62美分。处理厂的操作人员采用了先进的电脑程序监视和控制系统，所有设施始终以最少的人力高效运行。
由于芝加哥市及其周边地区的排水系统是合流制，随着城市的发展，暴雨径流增大，污水处理厂经常超负荷，迫使未经处理的污水流人河道。因此，早在20世纪70年代初期，市政当局就提出了隧道及水库计划(TunnelandReservoirPlan)，简称TARP。这个计划包括160km隧道，用以截流贮存合流管中的溢流水，以便污水处理厂以后处理。其目标是防止污水充人密歇根湖，为芝加哥市及其邻县800万人口提供饮用水，并为洪水提供出路。工程分两期进行，经过25年的紧张施工，一期工程已经完成，起到了预期的作用。虽然耗资巨大，但该方案比置换22000km合流管，修建污水管，还是经济的。
3、匈牙利污水处理现状
在匈牙利，公共水服务由国家市政以及合伙拥有水实体所提供。国土的大部分地区都可以获得安全的饮用水，然而欧共体要求匈牙利改善其饮用水基础设施。尽管匈牙利过去几年对水服务设施也进行了更新，但该国的污水处理设施仍落后于欧盟的其他成员国家，尤其是首都布达佩斯，还有其他的城市和城镇。在污水处理方面新的投资是必要的。
1）市场需求
该国的基础设施更新，作为新匈牙利发展计划的一部分，其中水供应和污水处理相关工程是这批投资建设的重点，包括污水处理、水质、污染物管理、水设施修缮维护、水框架指南、自然保护、可再生能源、能源效率、可持续消费和环境保护等。
饮用水的质量和供应饮用水在匈牙利的每个城镇都可以获得，93.7%的居民住户被连接到饮用水供应管网，水供应管网总长度达64400公里，年平均公共供水能力达到5.6亿立方米。大约97%的匈牙利水源来源于地下水，该国有1600多个流域，另外，还有75个流域可以期待发展为策略性水保持地带。匈牙利利用价值较高的流域约600个，大都位于生态和地形脆弱的地区，
2)污水处理
在连续的国家市政污水收集和处理项目中，匈牙利旨在建立污水收集和处理系统以及设施，包括处理流体污物的工程，扩展和现代化已存在的污水处理和污水收集系统，建立污泥处理和循环再利用系统等。在多样性和综合性技术的支持下，在污水由于环境或经济原因而不能得到很好处理的，采用半自然和特殊的污水处理方式。
另外，在污水处理能比较薄弱的地区，或者没有污水处理设施的地区，这些地方不适合建立单独的、专门污水处置，匈牙利政府的目标是适当转移流体污物，处理和利用污物等。
匈牙利的治污目标还包括减少市政液体污染物的产生，改进污泥处理和利用。污水收集与处理系统的建设需要与其他基础设施的投资建设相协调，例如雨水收集系统的建设，以避免同一地区的重复性建设，例如地面覆盖建设等。
3)水前景预测
以下技术或设备在匈牙利未来几年前景看好：
(1)增加饮用水水质的技术;
(2)新的污水处理技术，例如接近自然的污水处理，单独污水处置等;
(3)监测设备和系统。
4)市场进入用户