德国22年污水处理调查情况介绍——外来水调查专项
德国水协DWA的专业刊物《Korrespondenz Abwasser·Abfall》（污水与垃圾）2023年第10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《35.Leistungsnachweis kommunaler Kläranlagen》（第35次污水处理情况调查）。
本次调查除对各联邦地区的污水处理厂基本情况、净化效果进行了调查外，重点介绍了德国污水、废水产生量及污水系统的外来水情况。现摘录部分数据，供同行学习、讨论、参考。
在德国关于污水、废水、降水和外来水都有各自的定义，根据德国工业标准DIN4045定义：
污水（Abwasser）：使用后，且被排放和将其收集到排水管道中的水（管道收集输送污水）；污水包括：废水、降水的径流水（合流制），但是不包括外来水；广义上，其也有包括雨水在内整个排水的含义。
废水（Schmutzwasser）：经使用，且未净化的水，包括生活废水、商业废水、工业废水。
降水（Niederschlagswasser）：因云的凝结作用产生（雨、雪、冰雹）。
外来水（Fremdwasser）：经不密封处渗入管道中的地下水、或因错误连接而进入管道非允许接入的水（如雨水）和进入污水管道的地表水等，其均不属于污水管道应该收集和输送的污水。
1. 污水处理厂概况
按照德国现有污水处理厂8891座，总规模1.521亿当量人口（含工业废水），接近德国实际人口的2倍。2022年调查了其中的5121座，调查规模为1.34亿当量人口，占总规模的88.3%。所调查污水处理厂的规模分布情况详见表1。
德国城镇污水处理厂按照当量人口规模（GK）分为五级，目前德国污水处理厂数量最多的仍然是第一级和第二级。虽然第五级厂数量最少，但是其服务人口占比却是最多的。此次调查的污水处理厂数量最多的是第二级和第四级厂，调查数量之和占总调查数量的近三分之二。调查污水处理厂规模占比最大的是第四级和第五级，规模人口之和占总调查人口的92.7%。
表1 2022年调查的城镇污水处理厂规模分布情况表
2. 污水处理情况
图1是此次调查德国各联邦地区污水处理厂人口规模和处理水平分布情况。表2是德国2022年调查厂的污水处理情况。
图1 2022年德国调查各地区污水处理厂人口规模分布图
表2 2022年德国调查污水处理厂运行数据汇总表（对比2021年）
3. 德国废水产生量情况
德国2022年人均处理水量为73m3/（人·年），与上一年的数据相比略有下降。在污水处理厂的汇水区域范围内，分流制比例越高（详见图2，德国合流制分布图），污水处理厂进水中雨水的比例就越低，同时根据人口当量（每人每天120g CODCr）人均处理水量也就越少；合流制比例高的地区，则部分雨水也汇同废水一起在污水处理厂处理，故而合流制占比高的地区就有比较高的人均处理水量，以分流制为主的德国北部及东北部的人均处理水量明显低于平均值。另一个普遍观察到的趋势，随着污水处理厂规模的增大，人均处理水量则在减少。
在德国，联邦州的人均生活废水产生量是通过该联邦州的生活用水量来计算的。在对污水处理厂入流情况进行进一步的分析时，需要先比较各个联邦州以升计的每人每天额定用水量，详见表3所示。需要说明的是，表内数值进行了一些简化，例如有部分联邦州直接采用了平均值，有的并未将庭院浇洒水、农业商业等统计困难，且产生废水量少的用水量纳入表3中。故可以看出，不同州的平均生活用水量数值区别是很大的。
表3 2019年各州居民及小型企业平均生活用水量
图2 德国各地合流制占比情况（图中数值是合流制占比）
（图中横线称为合流制“赤道线”，因原东德地区后新建的分流制较多，故此线近年在向南移）
图3显示了按污水处理厂规模等级细分的各联邦州年人均污水量和年人均废水量（缺巴登州）的数据。随着污水处理厂规模等级的增大，年人均污水量比年人均废水量的下降更为显著。这与在德国定义的污水中也包括流入管道内的降水量（合流制）有关。以分流制为主的德国北部地区年人均污水量和年人均废水量基本一致，就是分流制雨水不进入污水管道这一特点的具体体现。另外需要说明的是，图中显示的数值均为是中位值。若是平均值，则会明显更高一些。部分联邦州第一等级（GK1）污水处理厂的数据显著高于其他等级的污水处理厂，这可能与小型污水处理厂的收集的基础数据不太理想有关，也包括有数据输入错误等情况的发生。
图3 根据污水处理厂规模（GK）及不同联邦州的人均水量
本次调查还重点对德国外来水的情况进行了分析。图4（1）和（2）是按照污水处理厂规模等级细分的各联邦州平均外来水水量和外来水比例的计算值。其主要根据表3中的各州居民、商业和小型工业企业平均生活用水量进行计算的。巴伐利亚州，为了统一简化将生活用水量的10%算作外来水量。图4（3）表示的则是污水处理厂运行报告中记录的外来水占比。
图4（1）
图4（2）
图4（3）
图4 根据污水处理厂规模及不同联邦州的人均外来水量及外来水比例
从图中可以看出，计算所得的外来水水量相对较小，而且各州的数值差异却很大。在北部和东北部，计算出来的外来水水量和比例甚至是负值，这可能是因为该区域的污水处理厂的处理水量低于预期的生活用水量所导致的。同时，可以看到随着污水处理厂规模的增大，部分联邦州的平均外来水量数值会显著下降，特别是第五级（GK5）的污水处理厂。同样的，图中显示的数值均是中位值，若为平均值则也会更高一些。
但是，按照调查报告数据，各地的外来水比例明显高于计算值。这与计算值和运行报告记录值之间存在的差异、计算方法的简化、记录值存在的误差等因素均有关联。特别是通过用水量来计算外水量时，即便是同一联邦州内的不同区域，其用水量差别也会非常大。例如柏林市中心城区和勃兰登堡乡村，其用水量数值就有非常大的差异。故根据平均用水量来计算外来水是不完全合适的，特别是第四、第五等级（GK4、GK5）的污水处理厂，会有可能受高浓度的工业废水的影响，从而导致计算的人均污水量出现偏差。
4. 几点感受
1）德国污水处理厂均是未满负荷运行的。所调查污水处理厂运行负荷率（按实际服务人口与人口规模比值计，这是污染负荷的概念）平均为75.7%，对比国家奥地利为66.8%。最高的是德国中西部的黑森/莱·法尔茨/萨尔州地区85.7%，最低的是巴伐利亚州67.5%。笔者在此需要解释的是：德国污水处理厂生物段的进水水量是按照旱天污水量的两倍来设计的，其初衷并不是针对合流制，而是针对污水处理厂进水中有外来水的原因，即便是分流制也是如此。由于德国一直坚持不懈地与外来水作斗争，故外来水量持续减少，这就是污水处理厂不满负荷的主要缘故。另外，德国合流制污水处理厂是允许在进水和经过初沉池处理后溢流的。笔者曾经实习的一个污水处理厂，合流管道截流倍数为8，进厂的雨天水量为3倍的旱天水量。经初沉池处理后，1倍的合流污水溢流，2倍的旱天污水量进入生物处理段。
2）德国各地区人均处理水量和进水浓度差距成倍。按照实际运行的当量人口（E）计算，德国人均处理水量为112L/E·d~301L/E·d，相应进水CODCr浓度为434mg/L~1074 mg/L，差距成倍。但是，COD/总氮之比均高达10以上。对比国家奥地利分别为184L/E·d和659mg/L。其中，合流制占比为88%的巴登州（详见图2德国合流制占比图），年均进水CODCr浓度为434mg/L，对应人均处理水量为301.4L/人·d，为最高，其包括了雨天雨水，也包括由众多雨水池雨天截流的合流水；而合流制占比仅为15.1%的东北部地区，年均进水CODCr为1070mg/L，对应的人均处理水量为112.3 L/人·d为最低。两种地区人均处理水量差距成倍，进水污染物浓度差距也成倍。
3）德国进水污染物当量规定精准。令人惊讶的是，按照实际处理水量和进水污染物浓度进行折算，除总磷外，其余污染物各地区平均单位人口产生的污染物当量值均与德国标准规定的当量人口产污当量是非常接近的。德国污染物人均负荷标准分别为：CODCr120g/E·d、总氮11g/E·d、总磷2.5g/E·d，计算的CODCr和总氮当量值几乎与标准值一致。实际总磷低于标准值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的数据，这与德国从2000年开始鼓励采用CODCr进行设计计算和考核有密切的关系。
4）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当量人口（工业污水按照CODCr负荷120g/人·d折算）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。也让按照当量人口计算的污水收集率（德国目前为99%）少了很多外来的影响因素，比如，避免了进水水量和污水产生量受调查的真实性、准确性和合理性影响的问题。与此同时，也使得单位耗电量、单位污泥产量等的比较可以在一个相同的平台上进行。
5）德国污水处理厂实际出水水质大大优于标准要求。德国各地区平均污水处理厂污染物出水浓度和去除率分别为CODCr：26mg/L和95.7%，总氮：8.7mg/L和84.3%，总磷：0.53mg/L和93.6%。完全满足，甚至大大优于欧盟的水质要求。这与德国污水处理厂出水需要缴纳排污费有密切的关系。
6）德国年人均废水产生量不高。此次调查增加了人均废水量的调查，其是指生活废水（有的州调查数据是包括商业和小型工业企业废水）排放量。调查值是多在150L/E·d以下，与分流制和合流制关系不大，但是与污水处理厂规模大小密切相关。污水处理厂规模越小的地区，废水量产生量越大（其是何道理，还有待于深究）。德国年人均处理水量与排水体制有明显的关系，合流制占比高的地区年人均处理水量明显高于分流制地区。我国污水处理厂普遍存在雨天水量高于旱天，污水混入雨水系统，叫雨污混接，是禁止行为。雨水混入污水系统，也是混接，也应该是禁止行为。在德国分流制占比高的北部地区年人均污水量和年人均废水量是相似的，这是真正体现了分流。张悦先生说：“保污水”是很有道理的。不把分流制地区的雨水从污水管道中赶出去，污水处理厂末端溢流就是环保督察的重点。扩建污水处理厂一定不是解决雨水混入污水管道的正确做法。需要指出的是，德国节水工作十分有效，的确应该为德国节水工作称赞。反思我国相关标准规定的人均综合污水量标准是不是太高了?节水才是最有效的治污措施。
7）德国污水管道外水量真的很小。从图4可以看出，外来水量、外来水比例（占污水量的比值）均与污水处理厂规模基本上成反比。小规模污水处理厂主要分布在乡村和小城镇，是否反映出其管道质量不如大规模污水处理厂服务范围的污水管网质量有待考证。大型规模与我国城镇污水处理厂可以比较的第五级（折算水量约2~3万m3/d）厂，服务范围的计算外来水比例为5%以下，报告调查值合流制地区有的州则高于20%（也需要再考证其原因）。笔者2019年在德国考察时，了解到德国一些有地下室住房的人家会通过抽降地下水位来防止其潮湿，在合流制地区就将地下水排到了合流管中，这也许是外来水量高于分流制的原因之一。2019年德国考察时，也曾与巴登州的技术员探讨合流制截流池中的水和冲洗水（如用河水冲洗），旱天进入污水处理厂，是否应计入外来水量？其称“没有考虑过，但是冲洗水应该算。”笔者认为污水处理厂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来水进入管道的工作成效密切相关。笔者认为按照占污水量的百分比评价外来水量的方法，是不适合于我国衡量外来水量的。因为我国单位面积产生污水量的强度远远高于德国，高分母值（高污水量）低百分比，就掩盖了实际很大的外来水量。按照单位管道长度的外来水量这更加适合评价我国排水管道的外来水量情况。笔者曾经做过调查，德国污水管道外来水量为13.4m3/km·d，我国污水管道的外来水量则远高于此，高达130~300 m3/km·d。而且此评价方法适合于我国排水管道检测是逐段、逐段管道进行的实际。
“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”，分流制地区把雨水从污水管道中“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！赶走了外来水、赶走了污水管道的雨水，就会从根本上降低污水处理厂进水负荷。也就为合流制、分流制雨水截流池截流水的处理提供的容量。笔者认为，包括截流池在内的各类雨水池（国内统称为“雨水调蓄池”是不恰当的，初期雨水调蓄池更是不妥）是排水系统发展的产物，是排水系统功能不断完善的需要，也一定是排水系统重要组成部分。但是关键是要作对，更要满足其存在必要的前提条件。“合流管道旱天非满流（无外水），雨水管道旱天无水流”就是其设置的前提条件之一。面对“里里外外都是病的排水系统”，所谓的“初期雨水调蓄池”可能就是“尿不湿”。我国大部分地区排水系统“治病”的重中之重是“赶外水”，只有治好病，才会提高污水管、合流管浓度，实现提质增效；才能让让雨水管道实现旱天无水流，腾出雨水管道应有的容量；才会助力提高雨水管道淤泥的清通效果，削减雨天入流水环境的污染负荷；才能够使雨水池成为“水缸”或者“马桶”。
注：蔡晙雯系汩鸿（上海）环保工程设备有限公司总工程师
