水业导航 | 水质之外——循环经济下的污水处理（Ⅳ）

四、 反思城市污/废水处理

近年来，社会在处理污/废水对人体和环境健康造成的危害方面取得了一定进展，例如，通过的1991年城市污/废水处理指南（Urban Waste Water Treatment Directive，UWWTD），要求成员国建立污/废水收集和处理系统。然而，这些努力也带来了财务和环境成本，包括温室气体排放和污染物排放。

传统污/废水处理方法主要依赖集中化系统，存在能耗高和污泥处理难等问题。为了减少对环境的影响，可采用分散式处理方案，如，将粪便与灰水分开处理，可以提高处理效率并实现水资源重复利用。解决污/废水及其处理问题的方案必须因地制宜。水务管理者旨在根据当地要求和可能性优化解决方案：确保循环利用原则成为这些考虑的一部分，而使其能够做到这一点的则是政策制定者。当面临权衡时，确保保护人体健康和环境应优先考虑。这种因地制宜的方法为小型和服务不足的社区提供了改善污/废水处理的机会，并增强了应对气候变化的韧性。（案例研究5）。城市中新建筑也可以为专门建造的分散式处理法提供机会，例如， Buiksloterham 项目（案例研究6）。

未来的解决方案需要更加关注化学品的可持续性，通过限制有害化学物质使用，从源头减少污染物。研究者对修订后的UWWTD进行建模，研究了微污染物去除的成本和收益，考虑了大约1 200种化学物质，这些化学物质被认为是原污/废水所传递的总污染的代表。这表明，欧洲所有容量为10万人口当量以上的污/废水处理厂对微污染物进行高级处理可以将所排放的污/废水整体毒性降低约40%。这将减轻污/废水排放微污染物的风险，使污水处理变得高效和环保。因此，水务管理者与政策制定者需共同努力，确保人类健康和环境保护在污/废水管理中优先考虑。

案例5——与英国英戈尔迪斯索普村合作

英戈尔河是全球仅有的200条白垩河之一，为多种植物和野生动物提供了极其珍稀的栖息地。该河流因污/废水处理厂（UWWTPs）排放的磷酸盐和氨的增加而面临威胁。最初建设的新处理厂会带来高昂的投资与运营以及碳排放成本。相反，安格利安水务公司、环境监管机构、诺福克河信托等地方组织以及当地社区达成了一项“软工程”解决方案。该项目创建了一个1公顷的自然湿地，以自然过滤来自UWWTPs的出水，并改善流入英戈尔河之水质。结果是水质提高高，野生动物栖息地繁荣，并降低了洪水风险。在客户对自然解决方案的支持推动下，安格利安水务公司承诺进行另外30个湿地处理地点的可行性研究。

案例6——与荷兰阿姆斯特丹城市层面合作

 

在Buiksloterham，水务局、地方政府和一家住房公司之间的合作正在进行一项研究，以测试分散式污水处理的可持续性。该地区建立了一个处理能力为1 550人的创新真空污水管道和浮动处理厂，替代了传统排放系统。新的多管道系统通过收集浓缩污水和灰水，实现了高效的原位水处理，回收磷酸盐、生物气等资源与能源。阿姆斯特丹计划借鉴这一经验，应用于Strandeiland新岛开发，旨在实现能源中和。

2.循环经济—从“污/废水处理”到资源中心

循环经济的目标是高效和可持续地管理自然资源。通过增加可再生资源的使用比例、减少原材料和能源消耗以及减少排放和物质损失，可以实现可持续性和商业效率的目标。欧盟绿色协议下的循环经济行动计划旨在加速向再生增长模型转型，并将资源消费控制在行星边界以内。实现循环经济的过程基于三个原则：消除废物和污染、循环产品和材料、再造自然。

历史上，水资源的线性“取水制水用水处理”模型导致水质下降，最终不适合人类和生态系统使用。城市污水处理通过净化使用过的水并将其返回环境来打破这一线性模式。然而，单纯关注处理过程本身并不会导致循环性，必须在源头应用减少水使用和防止水污染的原则。在UWWTPs中，通过减少温室气体排放和增强微污染物去除可以改善污染防治。UWWTPs角色应从“污染物去除”转变为资源/能源回收，成为“资源枢纽”（图4.1）。尽管水回用及能量与资源回收的技术种类繁多，但其全面应用仍然有限。

 

 

图4.1 实现污水处理的循环性

研究者提到，需要“重新思考”污水处理中的资源回收方式。从水处理角度来看，监管环境和市场条件的不透明性为资源回收带来了困难。实现循环性可能需要改变现有法规，例如，允许分散式和基于自然的解决方案，并扩展水务公司运营的环境监管，例如，让UWWTPs成为能源生产者。同时，需要激励机制来优先使用回收资源（如，鸟粪石中的磷），而不是经济上不具竞争力的不可再生资源（见案例研究9）。关键输入是客户反馈，以定义产品质量。可能需要在地方或区域经济中建立特定的价值链，例如。污泥的REVAQ计划（见案例研究2）。

案例9——荷兰城市磷回收的立法障碍

磷可以通过污泥回收形成不同的产品，例如，作为缓释肥料的鸟粪石（Struvite）或通过单一焚烧（即，污泥未与其它废物混合）后的灰分。但由于鸟粪石被视为废物，法律禁止其作为肥料使用，阻碍了其进入市场。2006年开始的工程规模回收实验因肥料法限制而受阻。为推动立法变革，荷兰营养平台发起了多项研究和行动，尤其是签署了荷兰磷价值链协议，旨在建立可持续的、可重复使用磷市场。最终，在2015年鸟粪石及其它两种回收磷作为肥料的使用获得批准，但至今其在欧盟肥料市场中的份额仍不足1%。

案例2——瑞典REVAQ认证的污水处理厂

在瑞典，早在2000年代初期，由于对污泥中污染物的担忧，建议不要将污泥施用于土地。然而，2008年，农民、监管机构以及水和食品行业合作促成了“REVAQ”认证方案，确保污泥在施用于农业用地时符合土壤、食品和水质安全标准。若某行业处理、使用或生产瑞典化学品局列出的淘汰化学品（约7 500种物质），则不得连接到REVAQ污水处理厂。这一措施增强了农民和食品行业对使用污泥的信心，施用于土地的比例从2011年的22%上升至2018年的45%。研究表明：“污泥肥料的施用明确提供了农业所需的植物营养和腐殖质”。

3.循环经济—从“污/废水处理”到资源中心

污水处理在当前形式下会消耗大量能源，导致大量温室气体排放，并产生大量污泥，可能会给市政公司带来难题。由“污/废水管理”向“资源枢纽”转变，已经在一些前瞻性公司和组织开始。为了实现净零排放目标，资本和运营支出的分析至关重要，这使得在必要时能够投资于创新解决方案。案例研究7概述了苏格兰水务公司正在进行的基本评估，旨在实现零温室气体排放，而Marselisborg城市污水处理厂（案例研究8）则专注于城市层面。创新对于实现循环经济至关重要，不仅包括提高资源回收效率的技术，还涵盖跨公共行政、研究、工业和公民的新合作伙伴关系和水治理模式。欧洲水创新伙伴关系的战略计划明确了在水再利用、废水处理、水-能源关联等领域促进创新的关键点。数字化能够提升效率和决策能力，而推动循环实践需要立法支持，如，荷兰在污泥中回收磷的工作所展示的那样（案例研究9）。这种转变还需要促进回收资源市场的发展。

案例7——英国苏格兰水务公司净零排放计划 

 

苏格兰水务公司的目标是到2040年实现净零温室气体排放。一些行动在其直接控制之下，例如，提高能源效率和使用可再生能源。然而，另一些行动需要努力影响客户和供应链，例如，人们用水数量、从下水道中排除外水以及减少组织购买的污泥排放。该公司已识别出创新领域，如，低能耗处理方法、氨和甲烷回收、数字和分析工具的需求，以及用于投资和运营的低/零排放材料。

案例8——丹麦Marselisborg城市污水处理厂的能源效率与回收 

2005年，奥胡斯市议会决定升级和整合其市政污水处理系统，当时该系统由17个小型设施组成。2019年，丹麦水务部门设定了到2030年实现气候和能源中和的目标。Marselisborg污水处理厂通过优化工艺提高了效率并减少了能耗。如今，该厂生产的电力比污水处理所需的多出50%，并为区域供热系统提供2.9 GW的热量。节能技术包括先进的控制系统、新型涡轮压缩机、污泥液处理以及气泡曝气系统的优化，这些措施每年节省了大约1 GWh（约25%）的电力消耗。通过实施节能方案并从污泥中生产沼气，该设施几乎能够满足整个水循环所需的能源需求，从地下水开采、泵站、水分配到污水处理。

（1）实现循环的分散式解决方案

分散式污水管理针对地方条件，提供灵活、低成本的解决方案，适用于单个家庭、小村庄到大城市。与集中式系统相比，分散式处理规模较小、成本更低，尤其在灰水与人类废物分离的情况下（见图4.2）。该系统专注于原位处理污水，并通过本地再利用和回收资源，减少长期处理成本。远程监控技术的应用提高了操作效率，基于自然的解决方案还能促进生物多样性，提供额外的生态与社会效益。分散式系统还可支持农业灌溉、园艺和工业冷却等非饮用水用途。通过利益相关者的参与，这些系统有助于建立回收资源的价值链，成为新想法的试验平台，具备进一步推广的潜力。

（2） 个体行动

对于我们这些生活在污水和废水直接通过管道排走的地区的人们来说，减少污水处理对环境的影响似乎是件遥不可及的事。然而，我们每个人都可以为此做出贡献，例如：

更高效地使用水。这不仅节省了水，还节省了用于处理和输送水至水龙头的能源，以及处理污水所需的资源。节能设备，如，洗碗机，通常也能有效利用水。

避免将有害污染物倒入水槽和排水口。这样可以避免需要从水中去除这些污染物——如果可能的话。当地政府通常提供安全处置污染物的服务，而剩余的药物可以带回药店。选择带有生态标签的产品，如，北欧天鹅标签，该标签对化妆品和家用化学品等设定要求（北欧生态标签，未注明日期）。

 

在更换衣物、纺织品和家具时选择环保材料。如果可能的话。这有助于避免此类产品中的污染物被洗出并最终进入污水系统.

图4.2  分散式污水处理

4.需要改变什么？

如果当前趋势不变，欧洲城市污水处理将变得更加依赖高能耗的方法，以去除微污染物，这可能导致对污泥施用土地的机会受限，进而增加焚烧需求，特别是在缺乏焚烧能力的地区。同时，基础设施投资成本将持续上升，伴随而来的还有混凝土、塑料和钢铁生产中的温室气体排放，可能使欧洲陷入不可持续的模式。水管理者可以优化处理流程以提高能源效率，并通过沼气和水热能回收来减少温室气体排放。

实现欧洲绿色协议目标需要对人类活动进行全面审查，以找到长期可持续的方法。保护人类健康和环境不受污水影响并不一定需要大型基础设施，分散式方法和基于自然的解决方案（如，芦苇湿地）能有效实现低投入、高效的污水处理，同时带来地方环境效益。大型污水处理厂也可以转型为节能资源枢纽，促进再利用和回收。实现污水处理的循环经济依赖于水行业外的多个参与者，包括公民、化学行业和城市规划者，同时需要创新和立法支持，建立可行的回收市场，以实现可持续发展。