德国污水治理面临的挑战

（一）实现污水处理集成管理的挑战

根据欧盟《水框架指令》和德国新《联邦水法》要求，未来德国的污水处理要实现向以综合考虑污水物质流全过程带来的环境影响和污染排放为目标的集成化水环境保护方向转变，即实现“集成化污水管理”（IWM）。然而，德国当前的环境法律框架和行政管理体制尚无法完全适应未来集成化污水管理模式的发展需求。2009年，新《联邦水法》已赋予了联邦政府在水资源管理方面的完全立法权。为此，德国政府就需要基于新《联邦水法》，对《污水条例》等污水处理法律法规重新进行跨领域集成设计。目前，德国政府正着手在造纸业和电镀两个行业领域研究制定“集成化污水管理”草案。根据“集成化污水管理”理念，污水处理全过程中所有的物质流都必须被考虑在管理框架内，并且要实现集成化和跨领域的处理、检测、监控和管理。在附件2中给出了德国污水处理集成化管理逻辑结构示意图。

今后一个时期，德国政府推动污水处理实现集成化管理的具体工作将包括以下内容：一是重新评估《污水条例》中57个行业部门污水排放政策规定，对相关技术标准和管理程序进行简化、优化调整；二是研究制定雨水污水集成化管理新规定；三是进一步细化污水处理厂的能效指标；四是研究制定污泥中有用原材料（如磷、氮等）回收利用新规定；五是研究污水处理循环利用全过程中的污染排放情况；六是研究制定基于需求导向的污水净化循环再利用技术标准等。

（二）面对社会人口结构变化的挑战

1.社会人口结构变化 根据相关专家预测：到2050年，德国人口总量将从目前的8300万下降到6700万左右。低人口出生率、预期寿命延长、内部人口迁移等社会人口结构变化将使德国人口在城镇、农村和区域分布形式发生巨大变化。在未来，随着城市群的进一步发展，长期定居在同一区域的居民将越来越少，而各地方政府仍然为其提供供水和污水处理基础设施保障。随着人口数量下降、人口密度降低和人口年龄结构变化，污水处理基础设施也需要做出相应的调整。某些地区的污水排放管网和污水处理系统的负载能力将有可能远远超过实际污水排放量，现有的污水处理厂将无法满足生态性和经济性要求。这就需要研究制定新的污水排放和污水处理综合解决技术方案。为此，德国联邦环境署（UBA）围绕该主题启动了前期研究工作，在综合考虑社会人口结构变化的基础上，对污水处理管理战略、污水处理新技术、污水处理基础设施的结构变化和组织模式进行预测评估，并提出可行的解决方案和行动建议。

2.提高污水卫生标准 目前，经传统污水处理技术处理后排放的污水依然存在较大的卫生问题，排放的处理后污水水体中往往富集了大量病原体（如对抗生素有较强抵抗能力的病毒、细菌和寄生虫等）。为此，未来德国政府还需要创新污水卫生管理理念，提高污水处理卫生标准和技术要求，至少要进一步提高洗浴、游泳、水上娱乐等与人体直接接触水体的污水处理排放卫生标准。今后，通过在污水处理厂推广应用膜净化处理技术，将有效提高污水处理纯净度，还可大幅提高其卫生安全标准（可完全消除病原体）。

（三）提高资源循环利用效率的挑战

1.强化污水资源化循环利用意识 德国的年可利用水资源总量为1880亿立方米，而其年均开采利用量仅为320亿立方米。因此，按照可持续发展理念强化“水资源循环利用”应该不是德国水资源管理的重要内容。但是，在欧盟《水框架指令》中把水资源循环利用列为资源再生利用领域重要内容，水资源循环利用拥有独立的重要地位。为此，在未来德国还要进一步强化污水资源化循环利用意识，不能把污水仅仅看做“自然水资源环境”的污染源，而还要把其作为一种具有潜在经济价值的资源性产品。

2.提高污水污泥原材料回收效率 通过推进循环经济技术研发创新，实现污水污泥中原材料的循环利用，其中特别重要的就是要实现磷元素回收利用。一方面，磷是植物生长所需的重要元素；另一方面，如果排放到自然水体中的磷含量超标，会导致水体富营养化并带来严重的环境污染问题。磷矿石作为一种不可再生的稀缺矿产资源，其探明储量仅够继续开采几十年。德国和欧盟的磷矿石资源完全依赖进口，同时也大量排放富含磷元素的污水。德国污水污泥中磷元素含量几乎占到其磷矿石年进口量的一半。为此，德国联邦教研部（BMBF）和联邦环境部（BMU）对磷资源循环利用相关技术研发活动进行了重点资助，以确定磷元素物质流过程，并通过研发适用技术更好实现磷元素的循环利用。目前，采用湿化学技术可以通过磷酸铵镁（MAP）的形式（一种优质矿物肥料），将污水污泥中40%的磷元素实现回收利用。如果采用污泥单一燃烧技术，则有可能进一步实现90%的磷元素回收利用。虽然污泥单一燃烧技术比湿化学法更复杂，但由于在其燃烧过程中可以彻底分解掉污泥中所含有机质污染物，因此近年来受到了越来越多的关注。

（四）应对全球气候变化领域的挑战

1.减少避免工业生产污水 推广应用无污水排放生产技术，避免和减少污水排放，是未来德国污水处理技术研发的重要方向。目前，有数量众多的无害化无污水排放生产技术工艺在德国政府关注领域之内，如无污水排放（无氯化物排放）纤维素生产技术、无污水排放造纸技术、无污水排放烟道洗涤技术、无污水排放汽车清洁技术、无污水排放金属表面处理技术、无污水排放丝印技术、无污水排放材料合成技术、无污水排放粉末表面涂覆技术等。对于虽然不能达到完全无污水排放要求，但可显著减少污染程度的适用技术也是德国污水处理技术研发方向。这就包括在过去10年迅速发展并成为污水处理技术重要选择的膜处理技术。膜处理技术具有清洁污水程度高、适用领域广、可以重复利用等优势，符合未来集成式污水管理系统的技术标准要求。

2.控制农用污水污泥土壤污染 多环芳烃和重金属等物质往往会在污水水体中富集。在普通污水处理过程中它们又会被沉淀的污水污泥吸收，却无法适当完成生物降解过程。目前，污水污泥常常被用于农业生产肥料。当其在污水处理厂内时要接受水法管理，当其离开污水处理厂时要接受肥料法和运输法管理。在未来，德国还需研究制定相关管理措施，规范和限制有污染性的污水污泥使用，防止其对周边上壤造成二次污染。

3.重视污水热能的回收利用 家庭生活和工商业排放污水温度一般介于10～15℃。独立社区建筑约有15%的热能损耗是由于污水排放造成的。从理论上看，1立方米污水冷却1开氏温度将可以产生1千瓦的热能，污水热能回收利用方面存在巨大发展空间。目前，德国只有很少的一些示范项目在利用污水为公寓楼、商业楼、游泳池和体育场供热。在未来，如果能够在结合传统供暖技术的基础上，推广污水采暖适用技术，将有望在建筑采暖领域减少60%的二氧化碳排放。

4.推动污水处理厂节能降耗 污水处理厂是电力消耗的大户。全德国近1万座污水处理厂电力消耗量约为每年4400吉瓦时（GWh），由此带来每年约300万吨的二氧化碳排放。污水处理厂的电力消耗量与其规模直接相关。规模超过1万人口当量的大型污水处理厂仅占德国处理厂总量的23%，这些大型污水处理厂处理了超过总量90%的污水，而其电力消耗量也占到了总量的87%。目前，德国很多污水处理厂在节能方面还存在巨大潜力。在不影响污水净化水平和运行稳定性的前提下，在增氧装置安装、污水污泥处理和原料回收利用等环节采取中短期改进措施，即可实现节能降耗目标。如仅通过改进增氧装置的能效控制单元，采用高能效的电机和水泵，就可以使污水处理厂节约近20%的电力消耗，约900吉瓦时（GWh），减少二氧化碳排放约60万吨。优化改进沼气生产技术用于电力生产，是提高污水处理厂能效的另一有效途径。从污泥脱水、生产沼气到发酵残余物回收利用的全过程都有生产可再生能源的潜力。通过优化改进相关技术，现有污水处理厂的再生发电能力将提升一倍，由此每年将可实现近60万吨二氧化碳减排。如果采用联合发酵技术，该数字还有可能再翻一番。对于大量的中小型污水处理厂，太阳能干燥技术和优化组织形式等是提高其能源利用效率的实用措施。

（五）应对微物质污染领域的挑战

1.医药材料微物质污染 医药材料、荷尔蒙和诊断剂不当排放会对水体生态环境造成严重损害。德国联邦/州化学安全工作组的监测报告显示，在德国地表水体中普遍存在医药材料活性成分。虽然监测结果显示这些医药材料活性成分远低于药用剂量水平，但也无法确保其对周边生态环境完全无害。目前，还很少有专门针对低浓度医药材料活性成分对周边生物长期影响的研究。但已有研究表明，如果鱼类长期暴露在浓度为4纳克/升的17？-乙炔雌二醇（用于避孕药的一种荷尔蒙）环境中将会严重降低其繁殖能力；此外，作为抗抑郁药的氟苯氧丙胺，即使在自然水体中含量仅为几微克每升也会影响到鱼卵的正常发育。研究人员还发现，在德国自然水体中双氯芬酸、卡马西平和磺胺甲基异恶唑等医药材料活性成分的富集程度也较高。研究显示，水体中的双氯芬酸会对鱼类肾脏造成严重损伤。诊断剂（如放射摄影造影剂）也经常在自然环境中被检测到。这些医用药剂的稳定性很强，会长期在自然环境中持续积累。虽然这些医用药剂对周边生态环境毒性很低，但仍要对其作用影响进行深入研究。2001年，欧盟发布了《社区与人类医药产品指令》和《兽药产品指令》要求对医药产品的环境风险进行评估。2005年，欧盟制定了兽药环境风险评估指南；2006年，欧盟制定了人类医药产品环境风险评估指南，并要求各成员国政府对医药产品环境风险进行控制。但是，根据上述指南做出的环境风险评估并无权禁止相关药品的销售使用。为此，在未来还需要研究制定相应政策措施，有效避免和减少医药材料对水体环境的污染。

2.化学材料微物质污染 德国日常生活领域洗涤清洁产品的年消费量高达1300万吨，其中60万吨去垢剂、20万吨软化剂和50万吨清洁剂被直接排放到污水管网中。洗涤清洁产品中含有大量化学物质，包括表面活性剂、复合剂、增洁剂、酸或碱、酶、荧光增亮剂、芳香剂、防腐剂和消毒剂等。它们对生态环境的影响程度取决与污水净化处理水平和环境承载能力。2005年，欧盟实施的《清洁剂法规》要求只有使用可完全生物氧化降解表面活性剂的洗涤清洁产品才能在欧盟市场上销售。目前，德国洗衣行业已完全实现了无磷排放。得益于此，德国磷矿石消费量也从1975年的27.6万吨/年，下降到2008年的3.19万吨/年。芳香剂常作为添加材料通常被加入清洁洗涤产品中。德国生产制造业使用的芳香剂多达3000种，其中有15种的年消费量超过1000吨。目前，研究人员在芳香剂对人体健康和生态环境影响方面的知识了解还非常少。但是，已经知道某些芳香剂会对人体造成过敏或不适症状。有些芳香剂例，如麝香化合物，由于其自然降解水平很低会在自然环境中长期积累留存，并有可能通过食物链转移到动物乃至人体体内。为此，在未来还需要针对芳香剂等化学材料的使用、排放、积累和危害开展全面研究。

3.纳米材料微物质污染 随着纳米材料应用到生产生活各领域，其排放到水体中的纳米物质材料也呈逐年上升的趋势。水体中纳米材料的留存和传输受多种因素影响，如纳米材料比大型颗粒物更难于沉淀、更容易造成有机质富集、更容易受水流和酸碱度影响等。在水体传输过程中，纳米材料经过聚集、组合、吸收和分解过程还有可能会发生物理或化学变化。目前，大量的纳米技术产品已经应用在饮用水处理、污水处理和地下水净化等领域，如纳米优化分离膜、纳米催化剂和净化吸附剂已有广泛的商业应用；在生产工艺中采用纳米技术，也可以显著减少污水排放量。但是，如果纳米材料被有意或无意通过污水排放到自然水体中，必然会影响到周边生态环境。这就需要研究人员进一步开展纳米材料对水体生态环境和水生生物的影响研究。特别是要研究纳米材料含量增加是否会对污水处理厂降解用细菌产生破坏性影响。目前，纳米材料对生态环境影响方面的研究还主要集中在微生物、水生无脊椎动物和鱼类方面。研究表明，碳60、钛纳米材料和银纳米材料即使在含量很低的情况下也会对水生生物造成致命影响。纳米材料的富集和传输在很大程度上与水体流动和水体成分相关。但是，目前还没有开展其交互作用方面的研究，如水体流动和水体成分如何影响纳米材料的聚集、组合、吸收和分解过程，纳米材料如何被有机体吸收富集等。在今后，要通过开展相关研究进一步了解其作用机理，并建立模拟仿真模型。此外，目前研究人员尚无法对自然环境中的存在纳米材料进行定性化和定量化的辨别。为此，还研发适用的纳米材料检测技术，以定量化给出其富集程度。需要对于纳米材料生态环境毒性也尚为开展系统性研究。在可持续水资源管理框架内，对纳米技术带来的环境风险开展科学评估。