國(guó)外污水處理廠的建設(shè)與發(fā)展

國(guó)外污水處理廠的建設(shè)與發(fā)展

污水處理廠是現(xiàn)代城市經(jīng)濟(jì)發(fā)展和水資源保護(hù)的不可或缺的組成部分。城市污水處理廠在發(fā)達(dá)國(guó)家已有較成熟的經(jīng)驗(yàn)。如英國(guó)、德國(guó)、芬蘭、荷蘭等歐洲國(guó)家均已投巨資對(duì)因工業(yè)革命和經(jīng)濟(jì)發(fā)展帶來的城市水污染進(jìn)行治理,日本、新加坡、美國(guó)、澳大利亞等國(guó)家也對(duì)城市污水處理給予了較大投資,特別是新加坡并沒有走先污染后治理的道路,而是采取經(jīng)濟(jì)與環(huán)境協(xié)調(diào)發(fā)展的政策,使該國(guó)不僅在經(jīng)濟(jì)上進(jìn)入了發(fā)達(dá)國(guó)家的行列,而且還是一個(gè)綠樹成蔭、藍(lán)天碧水、環(huán)境優(yōu)美的國(guó)家。建造城市污水處理廠被證實(shí)是解決城市水污染的一條有效途徑。美國(guó)平均每1萬人擁有一座污水處理廠,瑞典和法國(guó)每5000人有一座污水處理廠,英國(guó)和德國(guó)每7000～8000人有一座污水處理廠,而我國(guó)城市每150萬人左右才擁有一座污水處理廠,而且還存在污水處理廠建設(shè)有效投資利用率及處理出水達(dá)標(biāo)率低等諸多問題。表1列出了世界一些地區(qū)1989年的下水道普及率和污水處理率。當(dāng)時(shí),北京的污水處理率僅為22%,說明我國(guó)的污水處理設(shè)施建設(shè)相對(duì)于發(fā)達(dá)國(guó)家還十分落后。因此,加快城市污水處理廠建設(shè)的步伐,完善與污水處理廠相關(guān)的政策是我國(guó)目前急需解決的問題。本文就國(guó)外城市污水處理廠的建設(shè)、工藝技術(shù)及運(yùn)行管理等作一綜述性介紹,以期能對(duì)我國(guó)解決城市水污染問題提供有益的借鑒和決策指導(dǎo)。1德國(guó)的污水處理設(shè)施國(guó)外城市污水處理廠建設(shè)的高速發(fā)展大多集中在本世紀(jì)70年代以后。芬蘭是世界上城市和工業(yè)廢水處理最發(fā)達(dá)的國(guó)家之一,早在本世紀(jì)初就在首都赫爾辛基建造了第一座城市廢水處理廠,但其大規(guī)模興建城市污水處理廠卻是在70年代初期,共建造了11座污水處理廠。同樣,污水處理在德國(guó)已有近百年的歷史,但其較快發(fā)展是在近20年。目前德國(guó)各種排水設(shè)施總價(jià)值高達(dá)1700億馬克以上。截至1991年,德國(guó)已建成6341座污水處理廠。國(guó)外污水處理廠的建設(shè)和發(fā)展的主要特點(diǎn)為:1.1污水處理廠在區(qū)域或流域水污染治理中的應(yīng)用城市污水處理廠的建設(shè)必須合理規(guī)劃,國(guó)內(nèi)外對(duì)城市污水是集中處理還是分散處理的問題已經(jīng)形成共識(shí),即污水的集中處理(大型化)應(yīng)是城市污水處理廠建設(shè)的長(zhǎng)期規(guī)劃目標(biāo)。結(jié)合不同的城市布局、發(fā)展規(guī)劃、地理水文等具體情況,對(duì)城市污水廠的建設(shè)進(jìn)行合理規(guī)劃、集中處理,不僅能保證建設(shè)資金的有效使用率、降低處理能耗,而且有利于區(qū)域或流域水污染的協(xié)調(diào)管理及水體自凈容量的充分利用。如位于英國(guó)倫敦市東部泰晤士河北岸的貝克頓(Beckton)污水處理廠,是當(dāng)前英國(guó)和歐洲共同體的最大污水處理廠,其規(guī)模在當(dāng)今世界上也是屈指可數(shù)的。它主要承擔(dān)泰晤士河北岸300平方公里范圍內(nèi)的工業(yè)污水和倫敦市240萬人口的生活污水處理,日處理能力達(dá)240萬噸。俄羅斯莫斯科市每天的620萬噸污水也主要是由三座污水處理廠進(jìn)行處理的,它們是庫里揚(yáng)諾夫污水處理廠、留別列茲污水處理廠和留布林斯基污水處理廠。澳大利亞的墨爾本市市區(qū)及鄰近地區(qū)共有人口289萬,集水區(qū)域共14萬公頃,日排放污水100多萬噸,但其污水處理也僅有二個(gè)系統(tǒng),分三個(gè)部分處理。東部系統(tǒng)處理南部和東部污水,水量約占35%,在Camum東南部的污水處理廠進(jìn)行處理。西部系統(tǒng)將市中心和西部污水收集后送至距市區(qū)35公里的威利比農(nóng)場(chǎng)進(jìn)行處理,墨爾本市一半以上的污水在該農(nóng)場(chǎng)進(jìn)行處理。北部一小部分污水進(jìn)行三級(jí)處理。1.2美國(guó)污水處理廠的分期建設(shè)國(guó)外污水處理廠均是按照環(huán)境治理的要求和城市發(fā)展的規(guī)模逐步分期建設(shè)的。這不僅體現(xiàn)在污水處理廠的數(shù)量和規(guī)模方面還體現(xiàn)在污水處理的等級(jí)和工藝類型方面污水處理廠的分期建設(shè)有助于緩解水污染對(duì)環(huán)境造成的巨大壓力和政府的投資壓力,有利于國(guó)民經(jīng)濟(jì)的可持續(xù)發(fā)展。本世紀(jì)初,隨著法國(guó)巴黎地區(qū)工業(yè)的不斷發(fā)展和人口的迅速增加,大量的工業(yè)及民用生活污水未經(jīng)處理而直接排入塞納河,嚴(yán)重地污染了環(huán)境。為了改善這一狀況,塞納省政府在1927年決定制訂一套總體污水凈化方案。經(jīng)過多方研究及論證,該方案于1930年獲得批準(zhǔn)。方案涉及的主要內(nèi)容是:在塞納河上游地區(qū)修建四條大口徑污水排放管線,將巴黎地區(qū)的污水集中到阿謝爾地區(qū),在那里分階段興建一座大型污水處理廠。為了便于該方案的實(shí)施,1933年塞納省與塞納-瓦茲省經(jīng)過協(xié)商進(jìn)行了合并,共同著手阿謝爾污水處理廠一期工程的建設(shè)。經(jīng)過幾年的緊張施工,工程于1940年完成并投入使用。最初,污水處理廠的污水來源于污水撒布場(chǎng)總管線。從1954年起,則由新建的塞弗爾-阿謝爾排水管線供給。1966年圣-德尼斯-阿謝爾排水系統(tǒng)和污水處理廠第二期工程建成并開始投入使用。與此同時(shí),塞納省又開始修建了克里奇-阿謝爾排水管線和污水處理廠第三期工程。這兩項(xiàng)工程同時(shí)于1972年完工。為了繼續(xù)實(shí)施總體方案,塞納省與其它幾個(gè)省在1970年成立了巴黎居民區(qū)污水凈化省際協(xié)會(huì)。協(xié)會(huì)成立伊始,就開始修建阿謝爾污水處理廠第四期工程以及與之配套的克里奇-阿謝爾管線。整個(gè)工程于1987年年初竣工。至此,阿謝爾污水處理廠的日處理污水能力達(dá)到了200萬立方米。與巴黎地區(qū)通過污水處理廠的數(shù)量和規(guī)模來進(jìn)行分期建設(shè)不同的是,美國(guó)的污水處理廠分期建設(shè)體現(xiàn)在處理等級(jí)與工藝上,美國(guó)許多城市的污水處理廠在70年代前90%～99%采用一級(jí)處理(其投入的建設(shè)資金僅為二級(jí)處理的25%～33%),進(jìn)入70年代后才逐步完善了二級(jí)處理工藝。由此可以看出,污水處理廠的分期建設(shè)不僅緩解了城市水污染的壓力,還為城市籌措建設(shè)資金提供了寶貴的時(shí)間,有利于城市經(jīng)濟(jì)的持續(xù)發(fā)展。1.3我國(guó)現(xiàn)有污水處理設(shè)施的投資情況興建城市污水處理廠最大的問題是投資問題。國(guó)外對(duì)污水處理廠建設(shè)的投資都相當(dāng)龐大,美國(guó)、日本、英國(guó)等70年代和80年代在污水處理方面的投資分別占國(guó)民生產(chǎn)總值(GNP)的0.29%～0.55%和0.53%～0.88%,我國(guó)則僅為0.002%～0.003%,差距十分明顯。1975～1986年期間,新加坡投入了8億美元用于污水處理設(shè)施的建設(shè)。例如,1983年建成的勿洛污水處理廠,污水處理能力為每天11.6萬立方米,總投資達(dá)6830萬美元,即噸水投資588美元。表2給出了新加坡部分年限城市污水處理發(fā)展投資額。2生活和工業(yè)污水深度處理是國(guó)際經(jīng)驗(yàn)污水處理所采用的工藝技術(shù)是污水處理廠的核心部分。污水處理采取的工藝與很多因素有關(guān),如進(jìn)水水質(zhì)、出水要求、處理量、投資大小等,甚至還與氣候條件有關(guān)。雖然污水處理的工藝多種多樣,但活性污泥法仍是國(guó)外污水處理廠采用的主體工藝,其它一些低成本的處理方法,如土地處理和氧化塘法也有所應(yīng)用。污水處理的等級(jí)已經(jīng)從二級(jí)處理向三級(jí)處理過渡,特別是隨著水資源的日趨短缺,城市污水回用技術(shù)越來越受到各國(guó)的重視。也就是說現(xiàn)代化的污水處理廠應(yīng)具有雙重功能,一方面是要消除城市排水的污染問題,另一方面還要擔(dān)負(fù)解決城市水資源緊張的任務(wù)。采用活性污泥法處理生活和工業(yè)污水在國(guó)外已有悠久的歷史,同時(shí)還衍生出了多種多樣的活性污泥法技術(shù)。除普通活性污泥法外,還有氧化溝工藝、A/O工藝,A2/P工藝等?；钚晕勰喾ㄗ鳛槌鞘形鬯幚淼闹黧w方法近30年來沒有太大變化。如1988年,芬蘭全國(guó)有570座城市污水處理廠在運(yùn)行,處理工藝主要是生物處理,占86%,而且多采用活性污泥法。然而,利用常規(guī)技術(shù)處理廢水耗電能多、費(fèi)用高,如普遍采用和推廣,不要說在第三世界國(guó)家難以實(shí)現(xiàn),就是在經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)國(guó)家也非易事。土地處理法和氧化塘法由于其低投資、低能耗以及與生態(tài)處理相結(jié)合具有深度處理的功能,越來越受到美國(guó)、加拿大等國(guó)家的歡迎,在這些國(guó)家這類污水處理廠的數(shù)目有望超過活性污泥法和生物濾池法。國(guó)外科技人員已得出可以應(yīng)用人工濕地生態(tài)系統(tǒng)凈化處理中小型城市排放廢水的結(jié)論,人工濕地生態(tài)系統(tǒng)建立的基本建設(shè)投資、運(yùn)行和管理費(fèi)用僅為一般常規(guī)處理方法的一半。澳大利亞的墨爾本擁有世界上最大的土地和氧化塘污水處理廠,墨爾本市一半以上的污水在這里經(jīng)過土地處理后排放到菲利浦灣。利用土地處理出水水質(zhì)好,成本低,有相當(dāng)?shù)慕?jīng)濟(jì)效益。但占地面積大,要求工業(yè)廢水所占比例低,且難降解和有害物質(zhì)要少。3污水廠運(yùn)轉(zhuǎn)管理現(xiàn)狀如何使污水處理廠的運(yùn)轉(zhuǎn)優(yōu)化,在保證出水水質(zhì)的條件下減少運(yùn)行費(fèi)用,提高能源利用率,國(guó)外已做過一些研究,國(guó)內(nèi)也很重視。美國(guó)EPA對(duì)其投資所建的一批污水處理廠進(jìn)行過調(diào)查,發(fā)現(xiàn)有50%的污水廠出水水質(zhì)達(dá)不到標(biāo)準(zhǔn),這主要是由于設(shè)計(jì)和操作兩個(gè)因素造成的。在調(diào)查的60個(gè)影響污水廠處理效果的因素中,前10個(gè)因素有4個(gè)是屬于污水廠操作人員的問題,有6個(gè)因素與設(shè)計(jì)有關(guān),其它50個(gè)因素與管理有關(guān),與經(jīng)濟(jì)成本、空間限制以及設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)情況有關(guān)。在我國(guó)也有城市污水廠運(yùn)轉(zhuǎn)管理欠佳或運(yùn)轉(zhuǎn)不正常,達(dá)不到設(shè)計(jì)要求的情況。所以,不只是設(shè)計(jì)與污水處理效果有著密切的關(guān)系,而且良好的運(yùn)轉(zhuǎn)管理與污水處理廠的高效運(yùn)行、出水水質(zhì)提高,更有著唇齒相依的關(guān)系。另外,國(guó)外污水處理廠的自動(dòng)控制水平很高,從大型污水廠到小型氧化塘,全部為計(jì)算機(jī)自動(dòng)控制,遙控和閉路電視等現(xiàn)代化工具被廣泛采用。如英國(guó)的泰晤士河流域的威特尼伊污水處理廠1980年安裝了操縱管理自動(dòng)化儀器設(shè)備(ICA)后,使污水處理過程完全由電子計(jì)算機(jī)自動(dòng)化控制,全廠只需兩個(gè)人值班操縱管理。美國(guó)的一些氧化塘只有一個(gè)管理人員,甚至沒有經(jīng)常性的管理人員,這都是污水廠高度自動(dòng)控制化管理的結(jié)果。4廢水處理廠的廢水標(biāo)準(zhǔn)和廢水排放量的收取4.1新加坡的污水處理國(guó)外城市污水處理廠的排放標(biāo)準(zhǔn)一般都很高。由于接納水體的不同,美國(guó)出水要求常常比我國(guó)的二級(jí)處理更高,有些污水處理廠除采用化學(xué)絮凝、過濾、氯消毒和出水復(fù)氧等工藝技術(shù)外還不惜采用紫外線消毒等昂貴工藝,污水處理已不局限于污染治理,而是注意到生態(tài)的恢復(fù)。新加坡的城市污水排海,必須要經(jīng)過二級(jí)處理,其污水排海工程每天排海量達(dá)9萬噸。要求SS<30mg/L,BOD<20mg/L。新加坡污水排海管道伸到海中1100米,距海面下20米深。目前,莫斯科市的污水排放標(biāo)準(zhǔn)為:BOD7mg/L;SS8mg/L;DO5mg/L;NH30.7～1.5mg/L;硝酸鹽9mg/L;總磷1.0mg/L。這可能是歐洲最為嚴(yán)格的排放標(biāo)準(zhǔn)了,對(duì)此一些專家指出,這個(gè)標(biāo)準(zhǔn)似乎太高了,從經(jīng)濟(jì)角度來看是不適宜的,但莫斯科有著它的特殊條件。在莫斯科,其處理后污水的受納水體是莫斯科河,這是一條流量很小的河流,河水的流量與城市污水處理水排放量的比例接近1:1,而且該河流經(jīng)莫斯科市,受莫斯科河稀釋能力小這一客觀條件的限制,處理后的水必須具有較高的水質(zhì)條件。4.2水污染控制的發(fā)展歷程一般認(rèn)為,污染收費(fèi)具有刺激污染物削減、籌集資金、激勵(lì)污染控制技術(shù)創(chuàng)新的作用,有利于落實(shí)“污染者負(fù)擔(dān)、使用者付費(fèi)”的原則,促進(jìn)污染制約機(jī)制和治污籌資機(jī)制的形成。環(huán)境收費(fèi)在水污染控制領(lǐng)域有著最悠久的歷史和最廣泛的應(yīng)用。最早在全國(guó)范圍內(nèi)進(jìn)行水污染收費(fèi)的是法國(guó),1969年在全國(guó)范圍內(nèi)按流域?qū)嵭兴廴臼召M(fèi)。繼法國(guó)之后,荷蘭、意大利、芬蘭、丹麥等許多國(guó)家在全國(guó)范圍內(nèi)實(shí)施了水污染收費(fèi)。我國(guó)也于1979年開始了水污染收費(fèi)。由于收費(fèi)手段自身的長(zhǎng)處,它逐步成為環(huán)境經(jīng)濟(jì)手段中應(yīng)用最廣泛的一種。世界上許多國(guó)家結(jié)合各自的具體情況采取了不同的水污染收費(fèi)政策。據(jù)1989年對(duì)澳大利亞、法國(guó)、日本、美國(guó)、英國(guó)等14個(gè)發(fā)達(dá)國(guó)家的統(tǒng)計(jì),這14個(gè)國(guó)家都實(shí)行了水污染收費(fèi)。5污水處理廠的節(jié)能潛力隨著人類對(duì)環(huán)境質(zhì)量要求的提高,同時(shí)受水資源短缺和能源危機(jī)等影響,未來的城市污水處理廠將向以下方向發(fā)展:(1)污水處理普及率更高國(guó)外城市都在為污水處理普及率達(dá)到100%而努力,如日本東京連同郊區(qū)在內(nèi)制定了污水處理普及率在2000年就要達(dá)到100%的計(jì)劃。(2)推廣低能耗高性能的污水處理工藝技術(shù)活性污泥法作為城市污水處理的主體工藝在今后相當(dāng)長(zhǎng)的一段時(shí)間內(nèi)不會(huì)有太大變化。但一批低投資、低能耗、與生態(tài)處理相結(jié)合的具有深度處理功能的半自然化工藝,如土地處理法、氧化塘處理法等可能更適合第三世界國(guó)家和發(fā)展中國(guó)家,并以此在其中小城鎮(zhèn)提高污水處理普及率。另外污水處理廠采用高效節(jié)能的污泥處理系統(tǒng)和回收沼氣也是降低能耗的一條有效途徑。(3)水處理排放的標(biāo)準(zhǔn)提高隨著人們生活質(zhì)量的提高,對(duì)環(huán)境質(zhì)量的的要求也逐步提高,這就使得城市污水處理廠的排水標(biāo)準(zhǔn)越來越高,除BOD外,對(duì)氮磷等的去除要求也將提升。(4)多功能的污水處理技術(shù)更為流行隨著城市的發(fā)展,