水处理

21世纪欧洲城市污水处理所面临的挑战

2020-10-10 10:13:55 净水技术 作者:蔡立弘

为防止污水中的有害物质外泄到自然环境(EEA,2018),欧洲大部分城市的污水必须经过污水处理厂的处理。“联合国可持续发展目标”(UN,n.d.)中强调了清洁水供应和卫生设施安全的重要性。近几十年来,对于整个欧洲来说,供水和污水收集耗费了巨额投资,未来可持续用水,将面临新的挑战与机遇。

城市污水处理

对大多数欧洲市民来说,日常生活污水排放入管道,经处理后减少了致病微生物和营养负荷,避免了河道污染和藻类繁殖。

家庭和工业废水对水生环境造成了巨大的压力。由于污水中含有大量的有机物和营养物质,一旦排放到河道中,氨和自然作用会消耗氧气来分解水中的有机物,使河流不再适合鱼类和无脊椎动物生存。同时,过量的营养物质,如氮和磷,会导致植物和藻类过度生长,它们的呼吸作用和死亡腐烂会切断光源并耗尽水中的氧气。幸而在20世纪,先进高效的污水处理技术的大面积覆盖和广泛应用极大地改善了人类健康和环境质量。

生活污水处理厂的覆盖率在欧洲各不相同。例如,在中欧西部,由污水处理厂处理的生活污水占比为97%。在南欧、东南欧和东欧国家,尽管在过去10年中,已增加到约70%,这一比例仍普遍较低。(欧洲经济区,2017a)。尽管近年来有了显著的改善,但仍有大约3000万人没有被覆盖到。在人烟稀疏的地区,使用化粪池等个别处理方法处理污水可能更为实际。

21世纪的挑战

在过去几十年中,欧洲各国在收集和处理城市废水,去除有害微生物、耗氧物质和营养物方面投入了数十亿欧元(EC,2017年)。这项投资确保了当地饮用水和下水管道的质量(欧洲经济区,2016年,2017b)。另外,居民对城市污水处理所面临的挑战的认识已经有所提高,例如,居民对气候变化和有害物质存在的认知。当解决这些问题时,更可持续的解决方案就可以被理解(图1)。

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雨水管理系统应对气候变化

在一些地区,气候变化意味着强降雨将更加频繁。因为城市地区的下水管道会同时收集雨水,生活污水和工业污水(所谓的“合流式下水道”),在极端暴雨情况下,雨水进入合流式污水管网的速度比设计值要快。这会导致污水管网超负荷,导致地表水泛滥和城市污水处理厂溢流,进而造成未经处理的污水流入河流、湖泊或沿海地区。然而,可持续的城市排水系统通过设计用不同的方式来管理径流,从而为此提供了一种解决方案。

在其他地区,气候变化将导致降雨量减少,因此需要通过提高水资源利用率来减少不必要的消耗,这既可以节约水资源,又可以节约其在运输和处理过程中所消耗的能源。然而污水处理本身可以在提高水资源利用率方面发挥重要作用。高水平处理可以去除污染物,使处理后的水可以再利用。欧盟正于2019年制定一项关于城市污水再利用于农业灌溉的法规。

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排放到敏感区域-符合欧洲法规

在某些情况下,如果接收污水排放的水体特别敏感,则污水处理排放必须达到更高的标准。这样做是为了避免当污水排放到“水框架指令”划定的“营养敏感地区” 时,营养物质导致藻类过度生长;如果污水排放点靠近浴场,或在饮用水取水点上游,或在欧洲或国际保护水道,标准要求必须杀死污水中病原体。

新型关注点

近年来,人们日渐担忧水环境中存在的许多浓度较低但具有毒性的化学物质。由于使用了很多不同的物质,许多化学品在仅具备传统污水处理能力,运用传统污水处理方法的城市污水处理厂无法得到处理因而被直接排放入地表水。研究表明,污水中许多化学物质含量有所上升,它们可能来自于家用清洁产品中,也可能来自于排泄的药物中(UKWIR,2018)。人们越来越担心环境中存在的化学混合物——所谓的“鸡尾酒效应”——对水生生物可能造成的影响(EEA,2019b)。

一个可能出现的新问题是抗生素耐药性(AMR),这是由于人类和兽医使用抗生素等抗菌药物而引起的。抗菌剂的使用和排放导致了耐药细菌、病毒和微生物的进化,产生了抗药性。因此,治疗这些细菌、病毒的感染会变得越来越困难(世卫组织,2018年)。经城市污水处理厂处理后的污水外排可能会将AMR基因带到环境中,但目前关于环境中AMR进入人体的途径及其后果的研究信息非常有限(EEA,2019c)。在应对新兴的污水处理问题时,仍需要保持警惕。

欧洲立法

欧盟和指定的非欧盟国家共同制定了“城市废水处理指令”(91/271/EEC),其主要是为了保护环境免受污水排放造成的影响。这是通过在超过2000人口当量的居民点和经济活动区收集和处理污水的情况和方法制定的。在大多数情况下,该指令规定污水必须进行二级处理,但在具有特别敏感水域的集水区,可能需要更严格的污水处理系统。目前,欧盟委员会正在评估这项指令的有效性,是否足以应对当前和新的问题。满足 “城市污水处理指令”的要求是城市地区污水处理的基准。

“水框架指令”(2000/60/EC)搭建了保护河流、湖泊、过渡水域(河口)、沿海水域和地下水的框架。其目的是确保所有地表水体处于良好的化学和生态状态,尽量减少人类发展对水质的影响。

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