德国污水与给水处理新技术与发展方向

王宝贞
( 哈尔滨建筑工程学院 )

　　笔者于1992年6～9月份访问了德国鲁尔河协会和尼尔斯河协会，参观了40余座污水处理厂、8座给水净化厂和垃圾填埋与焚烧，比较全面和深入地了解了德国在水处理和水资源保护领域的研究、开发和工程实践的最新成就、技术水平和发展动向，学习到许多具体的先进技术。收获要点概述如下:
　　*北莱茵西代利亚州(著名的鲁尔工业区所在地)建立了一些河流域管理协会，负责对各河流域的水资源进行综合治理和保护，在水量与水质两方面进行有效的控制，取得了非常成功的经验。在国际上树立了河流域综合治理的成功范例，其先进的管理体系和先进治理技术，是很值得学习和借鉴的。
　　*建造水库是调节河流水量的最有效的措施，而修建城市集中污水处理厂并使之正常运行，对污水进行处理和净化，达到规定的排放标准后才排入河流中去，这是最有效的河流水质控制措施。
　　*德国的河流大都是小型河流，包括鲁尔河和尼尔斯河，其自净能力很小，而其中不少河流被用作饮用水源、泳游场等，水质标准高，因此污水处理厂的出水标准也要求很高，一般BOD₅ 和TSS≤10/mg/L、COD≤50mg/L、TKN≤10mg/L、NH4-N≤5mg/L和TP≤1mg/L，过去通常采用的二级处理厂是达不到这样高出水水质的，于是德国新建和改建、扩建的污水处理厂都采用高级处理(三级处理或深度处理)。这主要包括进一步去除TSS(总悬浮固体)、BOD₅ 和COD，去除氮、磷等营养物和病原微生物。
　　*通过硝化和反硝化过程进行生物脱氮，是最有效和经济的除氮方法。目前在德国采用两类硝化——反硝化处理流程:一是A/O法，即曝气池划分为缺氧段(前段，占总体积的1/4-1/3)和好氧段，在好氧段进行硝化，其出水回流至缺氧段进行反硝化；二是多级串联A/O法，曝气池中划分为多个串联的缺氧和好氧段，污水在其中流过时进行多次硝化和反硝化，其出水一般不回流。
　　*在德国绝大多数污水处理厂，如鲁尔河协会和尼尔斯协会的污水处理厂100%地应用化学沉淀法除磷。化学沉淀剂主要使用铁盐三价或二价，如氯化三铁、硫酸铁和硫酸亚铁；主要采用同时沉淀法即铁盐投加在曝气池的进口(鲁尔河协会污水处理厂)或出口(尼尔斯河协会污水处理厂多采用)。
　　他们都对A/O(厌氧/好氧)法进行生物除磷持否定态度，认为技术上未完全过关、操作不易控制，出水含磷超过1mg/L达不到排放标准。但是，柏林市几座污水处理厂的生物除磷系统运行是很成功的。
　　他们认为铁盐沉淀法能达到很高的除磷效率，二沉池出水含总磷<1mg/L；如果经过砂滤或熟化塘，出水总磷<0.5mg/L。另外，化学沉沉增加了活性污泥的比重，使其在二沉池的沉淀效能明显改善，在正常运行条件下出水SS和BOD₅ ≤10mg/L。含铁污泥与厌氧消化池污泥中的硫化物化合成硫化铁，使产生的沼气基本不含硫化氢等毒性和腐蚀性气体，可直接利用。
　　*在鲁尔河和尼尔斯河协会，熟化塘被广泛地应用于许多污水处理厂中。由于这些塘采取了许多人工和工程化措施，如多塘串联系统、进水与出水构筑物和塘之间的连接溢流坝以及单元塘的构型和长、宽、深等尺寸，其设计和建造都能保证污水在塘中保持良好的水力流动状态和很好的处理效果。鲁尔河协会污水厂中的塘与人工湿地结合的系统，具有更好的处理效果，出水水质SS和BOD₅ 通常<5mg/L、COD<20mg/L、TP<0.5mg/L，在夏季运行很好时BOD₅ ≤1mg/L，塘水清澈透明，引来不少野鸭和天鹅，非常美观。尼尔斯河协会的最大污水处理厂(称GKW-1，即第一集中污水处理厂)出水流入尼尔斯湖(人工湖)，在其中停留13天，通过沉淀和生物净化等作用，TSS和BOD₅ 进一步去除70%以上，COD去除50%以上。可见，熟化塘(最后净化塘)在污水的深度净化中起很重要的作用。
　　*在鲁尔河和尼尔斯河协会的污水处理厂中，污泥都得到很好的处理和处置，污泥的稳定主要在厌氧消化池中进行。现在德国新建的污泥消化池都采用高瘦的构型，如竖立的蛋形和圆柱形，这样的构型易于进行机械搅拌和使新与熟污泥均匀混合。
　　通用的中温消化有一些缺点，即污泥在消化池中需停留20～30天，因此消化池的体积相当大、基建费昂贵，另外作为有机肥料或土壤改良剂用于农田尚需进行高温灭菌，这样做太复杂。因此，尼尔斯河协会研究和开发了好氧高温消化，并在一些处理厂中设计、建造和运行了这种新型的污泥消化池。现在库格尔博士和笔者指导的博士生赵庆良，进行污泥厌氧高温——中温两段消化法的中试研究，已取得成功的阶段性结果，预计明年第一季度可结束研究，并将这一研究成果用在高赫污水处理厂(多种先进技术的示范厂)。高温——中温两级厌氧消化池，污泥在其中只需停留13天，同时还将完成高温灭菌。
　　*污泥的脱水方法和设备，主要取决于污泥的最后处置。当脱水污泥送至填埋场进行卫生填埋或送至焚烧炉时，一般用脱水效能最好的全自动操作板框压滤机，其滤饼的固体含量达40～45%；当脱水污泥送至农田用作肥料时，以液体状态运输并喷洒较方便和经济，此时污泥的固体含量应≤10%。尼尔斯河协会的污泥90%以上送至农田作肥料用，因此采用离心脱水机将部分消化污泥脱水，其固体含量达25～30%，与另一部未脱水的浓缩污泥(固体含量4～5%)混合，使固体含量达10%。
在鲁尔河协会的一些小型污水处理厂(服务人口<10万人)中建有一些污泥塘，用于消化污泥的浓缩、分层、蒸发脱水和干化。污泥塘经10～20年运行盛满污泥后，可种植或自然生长一些植物，如沼生植物、喜水性灌木等，几年后收为农田、草地或树林地。
　　*计算机广泛应用于鲁尔河和尼尔斯河协会的办公室和处理厂中，用于管理、规划、设计和运行，有关水量和水质参数的计算机汇集、储存、查询和处理，分析系统，以及根据水量和水质几项主要参数进行优化运行的计算机自控系统，都是很先进的。
　　德国高质量的污水处理机械设备和仪表，在保证污水处理厂的正常和优化运行方面起了重要的作用，其中线上(on-1ine)自动取样、计量和检测装置是非常有用的，值得重点引进。
　　*鲁尔河和尼尔斯河两协会对所辖流域内的工业废水，按其毒害性进行不同方式的处理。对于重金属废水在起源处控制，即在产生重金属废水的工厂中进行处理，尽量实现完全封闭循环，将生金属回收、利用、即零排放；达不到零排放时，也要达到规定的排放标准后，才允许将处理后的废水排于城市下水道中。鲁尔河或尼尔斯河协会的中心试验室都有专人或部、组负责工业废水处理，定期到现场取样检查，如不合格需要罚款。参观中，一家电镀厂采用旋转阳极电解法处理镀锌废水并回收锌和一家胶卷冲印厂的离子交换法回收银装置，都运行得很成功。
　　纺织印染、造纸、食品加工等废水，一般都进入城市下水道与生活污水混合进行集中处理；但脱色效果并不太好，出水的色度仍较大。
　　*德国的给水净化厂中，相当广泛地使用臭氧化与生物活性炭法去除水中的有机污染物；在除铁和锰方面，普遍采用人工曝气塔进行充分曝气充氧，后经砂滤处理效果很好，一般进水3～4mg/LFe²⁺ 和1～2mg/LMn，出水含量都<0.1mg/L；有的地下水中含有高浓度的硝酸盐，采用加氢进行自养型生物反硝化处理新技术，获得很好的处理效果。
　　*德国的城市垃圾分类收集，回收和处理系统堪称世界最先进水平。在城市的一些地方都设有玻璃、旧报纸等分类回收箱，每家每户或每个住宅都有普通垃圾收集箱，每周1～2次由垃圾车运走。
　　城市垃圾大都采用卫生填埋法，有的在填埋之前进行分类回收和处理，把金属罐、废纸、塑料垃圾和有机物分类回收和处理，其余垃圾进行卫生填埋，填埋场都有防渗设施、气体收集净化和发电系统，以及渗滤液排出、收集和处理系统。
　　渗滤液成分复杂，含有较多的重金属，且难以生物降解，一般采用综合处理方法，包括厌氧与好氧生物处理、化学氧化(如臭氧与紫外线协同氧化法)、化学沉淀、超滤和反渗透等方法。
　　有些垃圾焚烧发电厂。这种垃圾处理方式最为彻底和有效，被认为是今后发展的方向。

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