國(guó)土面積:35萬(wàn)平方公里
居民:8200萬(wàn)
超過百萬(wàn)人口的城市:僅三個(gè)(柏林330萬(wàn)、漢堡170萬(wàn)、慕尼黑128萬(wàn))
70%以上的居民生活在10萬(wàn)人口以下的“城市”,多數(shù)居住在1000-2000
人規(guī)模的村鎮(zhèn)。
環(huán)境:如果說德國(guó)城市像農(nóng)村,那么德國(guó)的農(nóng)村就堪比城市。毫無疑問,農(nóng)村的綠化率要高于城市,而且基礎(chǔ)設(shè)施一點(diǎn)也不遜色:上下水、電、通訊、交通應(yīng)有盡有。
公路:特別值得一提的是,德國(guó)農(nóng)村所有的地方均是草坪和樹木,根本沒有中國(guó)農(nóng)村常見的土路,柏油路通達(dá)每家每戶。每個(gè)家庭至少有一輛車,有的甚至擁有兩輛以上。在這個(gè)國(guó)家,汽車猶如中國(guó)的自行車一樣普遍。
垃圾分類:如果連我們自己都不能愛護(hù)自己的生活環(huán)境,還怎么強(qiáng)求別人呢?德國(guó)農(nóng)婦艾拉家廚房里的垃圾箱,已經(jīng)足夠讓我震撼的了。
日常的生物垃圾通過專門的生物垃圾桶被收集、切碎,并與真空管道系統(tǒng)收集的黑水一起匯入居住區(qū)的技術(shù)處理中心。兩者的混合物先被高溫凈化處理,之后導(dǎo)入在30-40攝氏度下工作的發(fā)酵反應(yīng)器,經(jīng)過有氧處理,穩(wěn)定之后還殘留富含高濃度營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的流質(zhì)物。
這些流質(zhì)物將被保存起來,并被用于居住區(qū)的綠化養(yǎng)護(hù)或者賣給臨近的農(nóng)業(yè)聯(lián)合組織。該組織將其分配給各個(gè)成員用于農(nóng)業(yè)生產(chǎn),并保存在季節(jié)性存儲(chǔ)器中。營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的再利用不僅使人類居住區(qū)產(chǎn)出的富含營(yíng)養(yǎng)元素廢物以生態(tài)可承載的方式進(jìn)入了自然界的物質(zhì)循環(huán),而且在一定程度上取代高能耗的化肥生產(chǎn),為節(jié)能做出貢獻(xiàn)。
房屋:壽命長(zhǎng)久的,木架結(jié)構(gòu)房,歪歪扭扭,看似很不結(jié)實(shí),其實(shí)大多都存在了200多年了。
農(nóng)業(yè):德國(guó)人尤其是德國(guó)上了年紀(jì)的老人喜歡BIO產(chǎn)品(不用化肥,農(nóng)藥的產(chǎn)品),他們會(huì)專門去村子里找農(nóng)戶,買他們的產(chǎn)品。有的老人甚至跑回老家,重新開始農(nóng)耕的生活。從這里可以看出,德國(guó)真正意義上的農(nóng)民已經(jīng)不多,多數(shù)居住在農(nóng)村的老百姓并不是農(nóng)民,而且這些人可能比城市人更加富有,這是德國(guó)農(nóng)村的現(xiàn)狀。
在德國(guó),當(dāng)農(nóng)民并不是件簡(jiǎn)單的事,必須進(jìn)行農(nóng)業(yè)教育,執(zhí)證上崗。德國(guó)實(shí)行歐盟的“共同農(nóng)業(yè)政策”,其核心在于農(nóng)業(yè)補(bǔ)貼。據(jù)統(tǒng)計(jì),目前德國(guó)農(nóng)民約40%的收入來自直接補(bǔ)貼。
德國(guó)農(nóng)戶家,有歷史意義的拖拉機(jī),還是保時(shí)捷公司生產(chǎn)的。沒見過吧。
污水:進(jìn)入二十一世紀(jì)以后,原來集中式處理辦法正被分流式污水處理新辦法所代替。
在上世紀(jì)九十年代以前,德國(guó)農(nóng)村污水采取的是工業(yè)化集中式處理辦法,即將污水通過排水管道輸送到一個(gè)污水處理廠集中處理,但這樣做除了成本很高以外,還帶來污水處理之后的大量沉淀物和廢物對(duì)環(huán)境造成壓力、富含營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的元素氮、磷、鉀持續(xù)不斷地流入排放水域,造成水域富營(yíng)養(yǎng)化和水生物、魚類因缺氧而衰亡以及水和營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的自然循環(huán)過程被人工技術(shù)打斷等諸多弊端。進(jìn)入二十一世紀(jì)以后,這種集中式處理辦法正被分流式污水處理新辦法所代替。
德國(guó)農(nóng)村分流式污水處理新辦法主要有:
一是分散市鎮(zhèn)基礎(chǔ)設(shè)施系統(tǒng)。德國(guó)海德堡市郊的諾伊羅特村2005年底率先建成該系統(tǒng)。辦法是在沒有接入排水網(wǎng)的偏遠(yuǎn)農(nóng)村建造先進(jìn)的膜生物反應(yīng)器,平時(shí)把雨水和污水分開收集,然后通過先進(jìn)的膜生物反應(yīng)器凈化污水。這一系統(tǒng)不僅可以降低污水處理成本,還能在凈化污水的過程中獲得氮?dú),從而達(dá)到使污水變成寶的目的,增強(qiáng)了農(nóng)村土地肥力。
二是PKA濕地污水處理系統(tǒng)。PKA 濕地由介質(zhì)層和濕地植物兩大系統(tǒng)組成,利用這兩大系統(tǒng)共同營(yíng)造的生態(tài)系統(tǒng),綜合物理、化學(xué)、生物三種放大功效,使污水處理功效達(dá)到最大化。該工藝主要將農(nóng)村生活污水通過水管道,匯集流入沉淀池,經(jīng)過沉淀池的4層篩選之后,再經(jīng)PKA濕地凈化處理,然后達(dá)標(biāo)排放或用于農(nóng)田灌溉。該系統(tǒng)的運(yùn)轉(zhuǎn)不需要化學(xué)藥劑,所有的材料都來源于大自然,對(duì)周邊環(huán)境沒有二次污染。濕地表面干燥,沒有積水,構(gòu)成景觀綠地,日常運(yùn)行費(fèi)用很低,工藝流程簡(jiǎn)單,管理方便。
三是多樣性污水分類處理系統(tǒng)。德國(guó)呂貝克2000年采用多樣性污水分類處理系統(tǒng),將污水分為雨水、灰水和黑水。其中灰水指廚房、淋浴和洗衣等家政污水,黑水指經(jīng)真空式馬桶排放的廁所污水。居住區(qū)屋頂和硬質(zhì)地面上的雨水被雨水管道收集,并匯入附近的地表水或者導(dǎo)入居住區(qū)內(nèi)設(shè)置的滲水池。該滲水池屬于小區(qū)的綠化設(shè)施,經(jīng)過特殊的造型和環(huán)境設(shè)計(jì),表面看起來就像景觀設(shè)計(jì)的一部分,池底使用特殊材料如礫石等,使池中的雨水自然下滲并匯入地下水。在暴雨或降水量豐厚的情況下,還可以把多余的雨水導(dǎo)入相連的蓄水池,使雨水自然蒸發(fā)或通過溝渠匯入地表水。通過這種處理方式,雨水可下滲或者直接進(jìn)入自然界水循環(huán)。洗菜、洗碗、淋浴和洗衣等家政污水作為灰水通過重力管道流入居住區(qū)內(nèi)的植物凈水設(shè)施進(jìn)行凈化處理。
德國(guó)的基礎(chǔ)設(shè)施為何如此均衡呢?
答案是:德國(guó)是一個(gè)聯(lián)邦制國(guó)家,每個(gè)州就是一個(gè)國(guó)家,各州擁有自己憲法、議會(huì)、警察和政府總理,只是把國(guó)防、外交及一些宏觀經(jīng)濟(jì)事務(wù)讓渡給聯(lián)邦而已。聯(lián)邦制的好處在于,各州根據(jù)自己的情況發(fā)展適合自己的經(jīng)濟(jì)和文化事業(yè),而不會(huì)出現(xiàn)教育、文化、醫(yī)療資源密集、分布不均的問題。
正因?yàn)槿绱耍聡?guó)沒有像中國(guó)一些名牌大學(xué)這樣搜刮優(yōu)秀學(xué)生資源和財(cái)政資源的問題,也沒有像北京這樣將協(xié)和、同仁、積水潭、天壇等中國(guó)一流的醫(yī)院密集于一地,讓外地人在碰到在當(dāng)?shù)責(zé)o法醫(yī)治的疑難雜癥時(shí),不得不跑到北京。既然城鄉(xiāng)條件都差不多,還有什么必要遷移到大城市?
看看德國(guó)農(nóng)村是怎么處理生活污水的?
德國(guó)農(nóng)村如何處理污水?
時(shí)間:2006-07-11
來源:科學(xué)時(shí)報(bào)
偏遠(yuǎn)地區(qū)的污水處理是一個(gè)難題。德國(guó)弗朗霍夫?qū)W會(huì)界面工程和生物技術(shù)研究所所長(zhǎng)伯樂納說,該所研究人員已成功開發(fā)出一套新系統(tǒng),不僅可以使偏遠(yuǎn)地區(qū)的污水得到有效處理,還能使污水變成寶。
“在德國(guó),通常情況下偏遠(yuǎn)地區(qū)的污水要么得不到處理,要么就是通過數(shù)公里乃至幾十公里的排水管道輸送到一個(gè)污水處理廠集中處理,但這樣做成本很高。”伯樂納說,針對(duì)偏遠(yuǎn)地區(qū)的污水處理問題,該所研究人員從2003年起開始進(jìn)行“分散市鎮(zhèn)基礎(chǔ)設(shè)施系統(tǒng)”項(xiàng)目研究,有關(guān)技術(shù)目前已基本成熟。
“分散市鎮(zhèn)基礎(chǔ)設(shè)施系統(tǒng)”采用的辦法是在沒有接入排水網(wǎng)的偏遠(yuǎn)村鎮(zhèn)里建造先進(jìn)的膜生物反應(yīng)器,平時(shí)把雨水和污水分開收集,然后通過先進(jìn)的膜生物反應(yīng)器凈化污水。這一系統(tǒng)不僅可以降低污水處理成本,還能在凈化污水的過程中獲得氮?dú)猓瑥亩_(dá)到使污水變成寶的目的。德國(guó)海德堡市郊的諾伊羅特村去年年底率先建成“分散市鎮(zhèn)基礎(chǔ)設(shè)施系統(tǒng)”,該系統(tǒng)運(yùn)行幾個(gè)月來已顯示出它的有效性和經(jīng)濟(jì)性。
伯樂納所長(zhǎng)認(rèn)為,這一系統(tǒng)不僅非常適合德國(guó)的偏遠(yuǎn)城鎮(zhèn),在發(fā)展中國(guó)家和地區(qū)也有巨大的推廣前景。
“使污水變成寶”,不過是弗朗霍夫?qū)W會(huì)界面工程和生物技術(shù)研究所致力于生物應(yīng)用技術(shù)創(chuàng)新的一個(gè)代表。多年來,位于德國(guó)斯圖加特市的這家研究所在開展基礎(chǔ)研究的同時(shí),注重運(yùn)用先進(jìn)的生物技術(shù)來解決生產(chǎn)和生活中的一些實(shí)際問題,取得了顯著成效,目前在生物應(yīng)用技術(shù)領(lǐng)域已處于歐洲領(lǐng)先地位。例如,德國(guó)制造生物柴油的技術(shù)很多都來自于這家研究所,該所研究人員利用藍(lán)綠藻制取氫氣的研發(fā)工作也取得了很大進(jìn)展。
這家研究所在科技創(chuàng)新方面的成功,得益于其有效吸引中小企業(yè)投資科研的運(yùn)作模式。伯樂納介紹說,該研究所目前共有152名員工,下設(shè)4個(gè)研究中心,每年研究經(jīng)費(fèi)約為1200萬(wàn)歐元,其中30%由政府預(yù)算提供,剩余70%主要來自工業(yè)界的中小企業(yè)。
伯樂納強(qiáng)調(diào),政府提供的資金主要用來進(jìn)行基礎(chǔ)研究,幫助研究所獲得自己的發(fā)明專利。而與企業(yè)的合作使得研究所的科研發(fā)明能很快轉(zhuǎn)化為產(chǎn)品,創(chuàng)造經(jīng)濟(jì)價(jià)值,同時(shí)中小企業(yè)也能享受到技術(shù)革新帶來的競(jìng)爭(zhēng)力。
伯樂納告訴記者,弗朗霍夫?qū)W會(huì)界面工程和生物技術(shù)研究所已與中國(guó)科學(xué)院大連化學(xué)物理研究所進(jìn)行了長(zhǎng)達(dá)15年的愉快合作,共同培養(yǎng)了一大批科研人員。他也期待著同中國(guó)工業(yè)界加強(qiáng)合作,將該研究所的經(jīng)驗(yàn)和技術(shù)推廣到中國(guó)。
(聶立濤)
德國(guó)污水處理面臨的新挑戰(zhàn)及應(yīng)對(duì)措施——概述篇
德國(guó)的污水處理目前仍以去除有機(jī)物和營(yíng)養(yǎng)物為主要目的。自21世紀(jì)始,如何高效并可持續(xù)利用資源與能源、如何減少溫室氣體排放、減緩全球變暖等問題變得越來越重要。隨著大環(huán)境格局的日益變化,污水處理也將面臨著亟待解決以往問題和適應(yīng)未來發(fā)展的迫切需求。德國(guó)的污水處理正在迎來以下幾個(gè)“新挑戰(zhàn)”,而全文將針對(duì)以下問題展開討論。
● 如何減少能源消耗、如何提高能源自給率;
● 如何減少污水處理過程中二氧化碳、甲烷、一氧化二氮等溫室氣體的排放;
● 如何追求物質(zhì)合理循環(huán),從污水中回收磷等營(yíng)養(yǎng)物質(zhì);
● 如何去除污水中的微污染物。
1、綜述
在德國(guó),污水處理起源于150年以前。一直以來,污水處理技術(shù)以及處理對(duì)象都在不斷地發(fā)生著改變。19世紀(jì)初期,隨著歐洲工業(yè)化和城市化的興起,流行性傳染病也隨之?dāng)U散,而惡劣的城市衛(wèi)生條件則是傳染病迅速擴(kuò)散的重要原因之一。因此,政府迫于外界壓力,便將設(shè)計(jì)建造城市污水處理系統(tǒng)提上了日程。19世紀(jì)末,機(jī)械處理技術(shù)拉開了污水處理技術(shù)的序幕,緊接著,在20世紀(jì)的第一個(gè)十年中,生物處理技術(shù)誕生了。
然而在1960年左右,由于水體富營(yíng)養(yǎng)化的出現(xiàn),北海和波羅的海的河流、湖泊的水質(zhì)問題開始日漸顯現(xiàn)。為此,政府不得不制定應(yīng)急策略,于是第一批關(guān)于如何治理市政廢水中有機(jī)物的大綱性管理辦法出臺(tái)了。從此,污水處理目的由單一的保護(hù)人類健康逐漸向保護(hù)環(huán)境轉(zhuǎn)變,尤其是保護(hù)作為生態(tài)體系重要組成部分之一的水環(huán)境體系。1980年左右,污水處理的對(duì)象開始向營(yíng)養(yǎng)物去除轉(zhuǎn)變,尤其是含氮、磷的營(yíng)養(yǎng)物。
21世紀(jì)初期,如何保持高效并可持續(xù)利用資源,尤其是能量利用,以及如何阻止全球變暖,特別是通過溫室氣體減排等方法,變得越來越重要。德國(guó)的污水處理新型研究領(lǐng)域可以大致劃分為以下幾類:
——如何減少能耗,提高能源產(chǎn)率;——如何減少二氧化碳、甲烷和氮氧化物的排放;
——如何加強(qiáng)能源回收,尤其是磷元素的回收。
但是,無論處理工藝發(fā)生什么變革,污水處理仍然要把污染物削減作為主要目的。在此基礎(chǔ)上,近年來產(chǎn)生的新挑戰(zhàn)之一是如何去除水體中的微污染物,尤其是藥物殘留帶來的微污染物。本文將重點(diǎn)闡述如何應(yīng)對(duì)這些“新型挑戰(zhàn)”的處理方法和工藝。
2、德國(guó)概況
德國(guó)坐落在歐洲中部,是一個(gè)高度工業(yè)化的國(guó)家。德國(guó)擁有357,000km2的國(guó)土面積以及8千萬(wàn)人口。預(yù)計(jì)直到下個(gè)世紀(jì),德國(guó)大部分地區(qū)的人口都將不再增加,甚至有些地區(qū)人口還將略有縮減。德國(guó)北部地區(qū)以低地為主,而南部地區(qū)主要以山脈為主。德國(guó)地形圖見圖1。
圖1 德國(guó)地形部分圖
德國(guó)境內(nèi)全年平均降水大約為800mm。降水分布圖見圖2,由圖可知,全年降水分布比較不均,從400mm到2500mm均有分布。并且,從德國(guó)西部向東部區(qū)域,降水逐漸減少,并且夏季比冬季降水偏多,因此夏季會(huì)更加濕潤(rùn)?傮w而言,德國(guó)是一個(gè)擁有充足水資源的國(guó)家,農(nóng)業(yè)灌溉主要依靠自然降水,不需再添加其他澆灌措施。
圖2 德國(guó)降水分布圖
3、德國(guó)污水處理歷程
在德國(guó),污水處理起源于150年以前。在此期間,污水處理技術(shù)及處理對(duì)象在不斷發(fā)生變化。在19世紀(jì)初期,由于工業(yè)化和城市化的興起,流行性傳染病開始大規(guī)模爆發(fā),而造成傳染病爆發(fā)的一個(gè)主要原因就是城市衛(wèi)生條件差。就當(dāng)時(shí)而言,解決衛(wèi)生問題就是解決燃眉之急。首批城市排水系統(tǒng)于19世紀(jì)中期建設(shè)于德國(guó)漢堡市,用以收集排走居民區(qū)的生活污水。后來,所有的大型城市都建造了排水系統(tǒng),法蘭克福市、柏林市和科隆市的排水系統(tǒng)分別建設(shè)于1867年,1873年和1881年。
污水處理真正開始于19世紀(jì)末期,最開始的污水處理只是一些簡(jiǎn)單的機(jī)械式過濾,比如格柵、沉砂池和沉淀池。同時(shí),在柏林,“自然”生物處理法也開始逐漸產(chǎn)生。污水首先經(jīng)過機(jī)械式預(yù)處理,然后被泵送入所謂的“Rieselfelder”(污水田),如圖3所示。這種自然生物處理法是比較節(jié)能的,有機(jī)物和所有的營(yíng)養(yǎng)物都可以被利用。但是這種方法的占地面積非常大并且會(huì)使土地發(fā)生鹽堿化。
圖3 19世紀(jì)末期柏林的污水處理田
在20世紀(jì)初期,隨著滴濾池的發(fā)明,“人工”生物處理法逐漸興起。1930年左右,第一批活性污泥法污水處理廠誕生了,活性污泥法的理念源自于美英國(guó)。但是一直到1950年,德國(guó)大多數(shù)污水處理廠依然僅使用簡(jiǎn)單的機(jī)械式處理工藝,只有在人口密集區(qū)和工業(yè)發(fā)達(dá)區(qū),才會(huì)使用生物處理工藝。
1960年,隨著水體富營(yíng)養(yǎng)化的出現(xiàn),北海和波羅的海的河流、湖泊水體都相繼發(fā)生了水質(zhì)問題。政府不得不采取應(yīng)對(duì)措施,在1979年,政府制定了第一批污水處理的綱領(lǐng)性管理規(guī)范,這批規(guī)范旨在去除BOD5和COD。污水處理的目的逐漸由保護(hù)人類健康向保護(hù)自然環(huán)境和水體環(huán)境轉(zhuǎn)化。越來越多的采用生物處理法的污水處理廠拔地而起。1980年,污水處理開啟向氮、磷等營(yíng)養(yǎng)物去除的新篇章。
但是有一個(gè)問題從始至終一直存在,就是如何處理污水處理過程中產(chǎn)生的污泥。解決辦法之一是誕生于1906年的英霍夫式沉淀池,它由兩個(gè)位于地下的圓柱形沉淀池和一個(gè)消化池組成。如圖4所示。
圖4 德國(guó)哈根市的英霍夫池
Imhoff tank(英霍夫池)使用的是在德國(guó)最常見的一種污泥處理方法——污泥厭氧消化。在污泥處理過程中,經(jīng)過干化場(chǎng)脫水后的污泥需要先經(jīng)過消化處理,然后被外運(yùn)作為農(nóng)業(yè)肥料。1920年,具有攪拌和加熱功能的獨(dú)立式消化池誕生了,這種消化池開始逐漸替代英霍夫池。消化池產(chǎn)生的沼氣可以被用作燃料。在德國(guó),污泥在這種獨(dú)立消化池中進(jìn)行消化,逐漸形成一種標(biāo)準(zhǔn)工序。二戰(zhàn)以后,城市污水處理量越來越大,這就意味著越來越多的污泥需要處理,也直接導(dǎo)致了污泥干化場(chǎng)的面積需求越來越大。在這種形勢(shì)下,人工污泥脫水機(jī)誕生了,它主要具備壓濾和離心功能。后來,污泥作為肥料進(jìn)行農(nóng)田利用越來越困難,于是部分污泥開始在垃圾填埋場(chǎng)被填埋。1980年左右,污泥焚燒技術(shù)誕生了。