绿色国度+DWF-绿色转型白皮书-开启废水资源的潜力空间-2023.11

绿色转型白皮书开启废水资源的潜力空间将废水视为保护人类与生态系统的宝贵资源白皮书主要内容迈向能源中立型水循环从废水中回收资源最具成本效益的废水基建设计处理工业废水必须从源头抓起分享灵感联手丹麦2开启废水资源的潜力空间将废水视为保护人类与生态系统的宝贵资源版本

3.2印刷于

2023

年

4

月首页图片封面图片为

Egå

废水处理厂图片来源

：Kontraframe/

绿色国度主编绿色国度

Tanya

GottliebJacobsen，info@技术编辑COWI

咨询公司

OleGodskDalgaard，oda@cowi.dk奥胡斯水务

Per

Overgaard

Pedersen，pop@aarhusvand.dkVCSDenmark

PerHenrikNielsen，phn@vandcenter.dk撰稿人奥尔堡大学

PerHalkjærNielsen，phn@bio.aau.dk奥胡斯水务

Per

Overgaard

Pedersen，pop@aarhusvand.dkAquarden

MariaNymannChristensen，mcn@Aquaporin

Søren

Robenhagen，sro@AVK

MichaelRamlauHansen，mrh@avk.dkBillundVand

ThomasKruseMadsen，tkm@billundvand.dkBIOFOS

BjørkHasagerSørensen，bhs@biofos.dkBiokube

Peter

Taarnhoj，mail@biokube.dkCOWI

咨询公司

OleGodskDalgaard，oda@cowi.dk丹麦技术研究所

MichelleLisonRebsdorf，mlr@teknologisk.dkGrundfos

格兰富

Morten

Riis，m.riis@Krüger

TheisGadegaard，tng@kruger.dkNISSENenergyInc.

Thorvald

Pedersen，tp@ULTRAAQUA

UlfNielsen，uni@Unisense

MikkelHolmenAndersen，mha@VCSDenmark

PerHenrikNielsen，phn@vandcenter.dk下载本白皮书访问

/publications

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info@

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20224“当我们处理废水时，既保卫了人类健康，又保护了水生环境，还增加了生物多样性。与此同时，我们掌握的技术可以帮助减少废水处理所造成的温室气体排放和能源消耗。”莱娅

·

韦尔梅林，丹麦前环境部部长我们必须高效处理废水，保护健康和天然的环境。值得庆幸的是，只要采用正确的方法和技术，就可以将废水转化为宝贵的资源。比如，处理废水所得到的污泥可以转化为一种有用的能源来源。丹麦政府制定了宏伟的气候目标，即在

2030

年前，本国的温室气体减排

70%。废水处理部门及其他所有部门必须为实现这一目标共同努力。丹麦水务部门的目标是实现能源和气候中立，甚至成为能源净生产国。这是一个宏伟的目标，需要丹麦当局、水务公司、企业和组织进行合作，打造为水用户和整个社会带来更多价值的创新型解决方案。丹麦模式是一个具有示范性的实例，展示了在应对全球重大水资源和气候挑战时，丹麦所能提供的解决方案，以及如何贯彻落实联合国的一系列可持续发展目标。本白皮书介绍了一系列废水处理的最佳实践示例，包括集中式和分散式废水处理。虽然其中许多解决方案是以丹麦的国情和条件为背景设计的，但这些解决方案可塑性强，也适用于全球其他国家和地区。目录5目录1.

出水排放规范作为创新驱动力...............................................................................................................6采用最高标准处理废水保护人类与生态环境2.

废水作为清洁能源来源

.........................................................................................................................10建设能源生产型废水处理厂迈向能源中立型水循环3.

从废水中回收资源..................................................................................................................................14将废水处理厂作为资源回收设施4.

集中化废水处理

......................................................................................................................................16通过集中化确保更具效果和成本效益的废水处理5.

分散化废水处理解决方案.....................................................................................................................18维护地区水资源的同时保护环境6.

工业废水处理...........................................................................................................................................20从源头处理工业废水通常更具效益7.

水资源的真正价值..................................................................................................................................23从丹麦视角看如何塑造水资源未来61.

出水排放规范作为创新驱动力1.

出水排放规范作为创新驱动力采用最高标准处理废水保护人类与生态环境几十年来，许多国家

/地区并未对废水排放进行严格管控，导致内陆与沿海水域都出现了严重的环境恶化。要扭转这一趋势，必须对处理效率与废水质量执行更严格的监管标准。进行废水收集但未达标“除了高标准废水中营养物质的提取，

运营情况高于排放要求据估计，全球范围内仅有

20%

的生活废水与工业废水得到了充分收集与处理。联合国的可持续发展目标

6

提出，到

2030

年，未经处理就排放的废水比例必须减半。在欧洲，大约有97%

的废水进行了收集和二级处理，但只有69%

的废水进行了三级处理。如今，丹麦各种规模的处理厂运营良好且符目前丹麦的处理厂也在逐渐转化为资源回收设施。利用先进的监控手段，可以降低设施的能源消耗，同时尽量合排放要求，无论对废水处理公共事业还是对环境都能带来经济效益。这表明监管能够有效促进创新与绩效表现。回溯到

20世

纪80

年

代

和20

世

纪90

年

代

早

期，

丹麦推动整个国家进行了生物废水处理厂的建设，也包括了一些非常小型的处理厂。从那以后，这些处理厂不断得到优化和扩建，最终大幅改善了水生环境。水质的改善使得三文鱼得以在河流和小溪中繁殖，甚至是在人口稠密的地区，这样的情况也非常多。同时，丹麦水体的休闲价值也有所提升，如今许多城市内港都达到了可供游泳的清洁标准。减少甲烷和一氧化二氮（N

O）的排2放，从而减少设施整体碳足迹。这样不仅改善了水质，而且可以从整体上促进未来可持续发展。“监管促进发展长期以来，环境都是丹麦的重点关注领域，在100

多年前就建造了废水处理设施。如今，97%

的废水都经过了处理。首批采取重大措施的国家

/

地区就包括丹麦，这些措施可以最大程度降低城市废水排放对水生环境的不利影响。具体方式是通过新技术的应用，不仅要清除城市污染，而且还要达标经过处理的城市废水。这样一来，不但可以提升丹麦城市的宜居性，同时也增加了周边区域的吸引力。就地理条件而言，丹麦缺乏接收城市污染排放物的大规模水体，因此，环境因素长期以来都是重中之重。自

20

世纪

80

年代开始，丹麦实施了严厉监管。在

20

世纪

90

年代，丹麦又进一步加强了针对排放至敏感水域的实施标准。丹麦的许多立法几乎都被欧盟全文采用。如今，丹麦也遵循着《欧盟水框架指令》，但丹麦的法规在许多方面都比欧盟的一般要求更加严格。从一开始，立法要求与标准都是以受体的具体评估为基础，旨在大幅度改善周边水体水质。Lars

Schrøder奥胡斯水务首席执行官污染者买单原则高成本效率的解决方案在许多国家

/

地区，供水与废水处理服务被视为由政府买单的公共事务。然而，在丹麦及其他欧盟成员国，“污染者买单”原则对生活用水与工业用水均适用，即收集和处理废水的成本必定会包含在水价之中。丹麦还推行了排放税来完善监管框架，这意味着污染源（在本白皮书中指废水处理设施）必须为其排放的每一千克排放物质缴税，而排放物质的三大关键参数是有机物质（BOD）、总的磷含量（P）以及氮含量（N）。这为丹麦的水务部门指定了一个非常具有创新和进步意义的优化策略。废水的收集和处理成本通常是水源采集和供应成本的两倍，这就意味着高成本效率的解决方案必须确保水源使用者和造成污染者均能承担废水处理的成本。尽管丹麦有较高的能源回收率和较高的处理水准，但每个丹麦家庭承担的高质量饮用水和废水处理成本与其他国家

/地区的成本相当。1.

出水排放规范作为创新驱动力7在线DNA分析

-

了解废水处理厂中的微生物群落以优化流程奥尔堡、奥胡斯、欧登塞、哥本哈根，丹麦机大小的便携式

DNA

测序仪，在几个小时内直接在废水处理厂对微生物进行鉴定。实验结果非常有前景，日常或每周分析很快就会成为监测和控制许多丹麦废水处理厂微生物的现实。奥尔堡大学建立的

MIDAS

数据库能够提供丹麦废水处理厂活性污泥中大多数微生物的功能以及分布信息。自

2006

年以来，科研人员利用先进的

DNA

分析，对

50

家废水处理厂的微生物群落组成开展调查，进而建立了庞大的知识库。现在，每家废水处理厂都“了解自己的微生物群落”，可以利用关键物种参与的氮、磷去除和沉降特性的信息来优化操作，因为群落组成的变化通常会反映在处理厂的性能中。为了获取日常信息，奥尔堡大学对“在线

DNA

分析”进行了试验，即通过一部只有智能手（资料来源

：微生物群落中心

-

奥尔堡大学、AalborgForsyning、奥胡斯水务、VCSDenmark、BIOFOS

和

Krüger）81.

出水排放规范作为创新驱动力迈向气候中立型废水处理此外，降低

N

O

排放的在线控制策略已经研发问世，并且也在治理行2欧登塞、奥胡斯，丹麦动中得到了实际验证。由于失衡的能源节约及增长的能源产出可能导致在过去的十年中，通过节能和厌氧消化增加能源生产，强烈推动着降低废水处理的成本和气候影响。从气候的角度看，降低温室气体排放也很N

O

排放增加，这实际上会对气候产生净负面影响。有了这项新技术，2废水处理厂能够从“能源中立”升级为“气候中立”。重要，包括最小化废水处理产生的

N

O

排放，因为在废水处理产生的2所有气候影响中，这类排放带来的气候影响占

20-50%。因此，丹麦各（资料来源

：Unisense

Environment、DHI、VCSDenmark、VTUF

和丹麦生态创新计划财政支持下的奥胡斯水务）地的许多处理厂都安装了一种独特的

N

O

感应技术。传感器可以在线2检测废水处理过程中的

N

O

浓度，通过排放模型实时计算

N2O

的排放。21.

出水排放规范作为创新驱动力9通过对已知技术的创新使用去除废水中的微污染物布赖斯楚普，丹麦观察到更低水平的致突变和激素影响，且未检测到负面影响。臭氧氧化还改善了污泥条件，增加了大肠杆菌和抗生素耐药菌的去除率以及抗生欧洲和世界各地的许多国家

/

地区都越来越重视从废水中去除微污染物，

素耐药基因的去除。项目的最后一项测试将是在生物处理中直接施加活从而保护饮用水和水生环境。在布赖斯楚普废水处理厂，一项开发项目

性炭剂量，这应该会导致活性炭吸附微污染物，从而使其能够与污泥一正在以新的方式使用已知技术来除去污水中的微污染物，包括药物残留。

起被去除。该项目于

2020

年结束，并发布了一份最终报告。对废水处理厂主要工艺中的臭氧化和三级处理（同样使用臭氧）进行了测试，结果表明，在完成微污染物去除后，所测的每一种微污染物的浓度都已降至预测的无影响浓度（PNEC）之下。通过进行生态毒理学测试，（资料来源

：SAMN

Utility、奥尔堡大学、KDMaskinfabrik、SUEZ

和

COWI）测量和减少雨水和废水中的微塑料，丹麦提供了测定和减少水环境中的微塑料污染方面的重要知识。该项目已经近年来，丹麦技术研究所（DTI）一直是多个研发项目的主要合作伙伴，

获得了丹麦生态创新计划（MUDP）和水务部门发展和示范计划（VUDP）这些项目分别重点研究废水处理厂进水

/

出水、工业废水和雨水中微塑料和微橡胶的定值和去除。基于化学样品纯化和拉曼光谱，DTI

开发了一种从水样中对微塑料和微橡胶颗粒进行识别、定值和测定的方法。这一方法经过五年的实践，已逐渐完善，并有了进一步的发展。通过开发和成功展示各种废水处理技术，还重点研究了如何在不同水源中去除微塑料。与丹麦各大学、水务公司和水务技术提供商的密切合作，为我们的资金支持。（资料来源

：DTI、奥尔胡斯大学、奥尔堡大学、Berendsen、AageVestergaardLarsen、AL-2Teknik、GrimstrupMaskinerApS、DankalkK/S、TechrasMiljøApS

和一些公用事业公司，包括

Mariagerfjord、Novafos、Ringkøbing-Skjern、Syddjurs、VCSDenmark、Lemvig

和

Hedensted）10

2.

废水作为清洁能源来源2.

废水作为清洁能源来源建设能源生产型废水处理厂迈向能源中立型水循环降低废水的收集与处理成本是全球水务公司面临的重要问题。为了实现这一目标，必须关注成本效益、改善污水处理厂的能源自给自足能力，和将多余的能源销售给电网的可能性。降低能源消耗“通过能源回收和大幅减少废水处理能耗，丹麦的水务公司将对丹麦实现到

2030

年减少

70%

二氧化碳排放量的目标作出贡献。自

2008

年以来，我们已将温室气体排放量减少了近80%。这表明，采用系统化的能源优朝着能源和气候中立型水循环迈进国际能源署（IEA）估计，在全球范围内，水务部门占全球总用电量的

4%，其中污水处理占四分之一。因此，要实现联合国制定的到2030

年将未经处理的废水比例减半的目标，可能会给能源需求带来巨大的上行压力，而在处理设施中应用能源效率和回收技术可能会对通过引入新技术来降低能源消耗并提高能源产出，其目标是公用事业公司能够实现能源中立型水循环。这种情况下，水务公司处理厂产出的能源就能够抵消与地下水抽取、水处理、用水和废水运输，以及废水处理相关的能源消耗。2019

年，VCS

Denmark

在服务区域内的整个水循环中展示了

100％的净能源生产，涵盖了全部

8

家废水处理厂以及拥有

20

万人口的丹麦第三大城市欧登塞市的此有所帮助。在丹麦，越来越多的水务公司意

化意义重大。”识到，废水处理在节能和能源回收方面具有巨大潜力。目前，水务部门的用电量在丹麦总用电量中的占比已降至

1.9％。丹麦的大多数废水处理厂向评估减少能源消耗的不同方法投入了资金。其中包括使用在线监测与能源管理系统、用更节能的底部曝气器取代表面曝气设备，以及采用其他不同的操作方法。Lars

Schrøder，奥胡斯水务首席执行官兼丹麦政府废物、

同目标，即到

2030

年实现能源中立和气候中水和循环经济领域的气候伙伴关系副主席用水生产和分配。丹麦水务部制定了一项共立。在

2020

年，该目标已纳入政府的国家气候计划。解决方案取决于处理厂的设计与所处环境标杆管理与创新降低了成本越来越多的丹麦废水处理厂将废水处理方法升级为“污泥厌氧消化”和

/

或“与有机废物产品共消化”，并利用沼气发电和供热。最佳方案取决于处理厂的具体设计，以及所产出电能的内消或外销可能性。厌氧消化的实施在经济上的可行性临界点取决于新技术的发展以及电能和热能购买与销售价格区间的变化。目前，哥本哈根正在推行一种技术，能够将沼气的质量提升至与天然气或车用燃气相近的水平。将能源自给自足作为新重点丹麦的水务公司需要对运营参数进行强制性的标杆管理，并且实现整个供水行业的成本效益，这可以在很大程度上推动实现废水处理优化创新，以及提升基础设施建设与运营的成本效益。创新项目通常由政府机构、水务公司、咨询公司、技术供应商、大学以及科研机构协作完成。丹麦给排水协会（DANVA）也会每年自发开展标杆管理。近年来，丹麦水务公司的关注点不再仅仅是降低能源消耗，同时还包括能源生产。首要目标是实现能源中立，第二大目标则是能够向当地的供电与供暖公司出售多余的电能与热能。几家最大型的水务公司都在朝着这个方向努力。在丹麦的第二大城市奥胡斯，Marselisborg废水处理厂从

2015

年到

2019

年，平均每年产出的电能比其自身消耗的电能高出了

30%。同时，该处理厂产出的热能比起自身的消耗高出

75%，相当于

150%

的总净能源产量。在丹麦的第三大城市欧登塞，Ejby

Mølle

废水处理厂也达到了相近的总净能源产出水平。未来，两个城市的水务公司也将着手在废水排放前回收其中的热能，与此同时还可以降低对接收水域的气温影响。前往以下网址下载其最新报告

：www.danva.dk/waterinfiguresuserid:414195,docid:145182,date:2023-11-08,2.

废水作为清洁能源来源

11废水处理厂实现150%的能源自给率，丹麦奥胡斯增加约

1

千兆瓦时电能产出。此外，还安装了新的换热器，旨在将每年约

2

千兆瓦时的过剩热能出售给当地的供热管网。2015

年至

2019

年，Marselisborg

废水处理厂的平均总能源产出为每年

9.6

兆瓦时，能源消耗为每年

6.4

兆瓦时，相当于净能源产出为

150%。多数已装配技术过

去

的

五

年

中，

奥

胡

斯

水

务

公

司

专

注

于

节

能

和

能

源

生

产。

在Marselisborg

废水处理厂，该公司采用了节能技术，其中包括先进的监测控制和数据采集（SCADA）系统、新的涡轮压缩机、基于厌氧氨氧化工艺的污泥脱水液处理，以及优化的微泡曝气系统等。如此一来，

可在

5

年内带来回报。每年可以减少

1

千兆瓦时的能源消耗约，相当于减少总量的

25%。同时，（资料来源

：奥胡斯水务）通过采用新的高能效沼气引擎（CHP）提高了能源产出，因而每年可以12

2.

废水作为清洁能源来源能源积极型和气候积极型废水处理，哥本哈根，丹麦源产出不断增长，自

2014

年以来，BIOFOS

的能源平衡始终为正值。BIOFOS

的目标是到

2025

年转型为气候积极型的废水处理公司。除提高自身的绿色能源产出外，BIOFOS

还致力于减少公用电网的化石燃料能源购买量，以及废水处理过程中的温室气体排放量，尤其是强效一氧丹麦最大的废水处理公司

BIOFOS

有三家处理厂，降解池容量共计60,000

立方米，2019

年绿色能源产出盈余达

173%。BIOFOS

通过提升能源盈余来增加哥本哈根的“城市供气”管网和天然气管网的绿色能源供应，以此减少传统产气方法产生的二氧化碳排放量。此外，焚烧降解污泥产生的余热能够供应哥本哈根大区的区域供热管网。随着绿色能化二氮（N

0）排放量。2（资料来源

：BIOFOS）2.

废水作为清洁能源来源

13实现现有废水处理厂的废水价值最大化，整体方法（重视每一次改进，不断追求创新并测试新概念），持续改进所有参数。通过与多家咨询公司合作，发现了更大的优化潜能，这将加强养分的重复利用并实现沼气产出最大化，从而进一步获取更多的热能与电能。欧登塞，丹麦欧登塞市地处内陆，当地的污水处理设施

VCS

Denmark，由于存在敏感接收方，正在遵守严格的营养物还原要求。尽管如此，该公司的最大废水处理厂——容量为

410,000

人口当量（PE）——通过优化现有基础设施，实现了超过

125%

的电力自给率。通过采取（资料来源

：VCS

Denmark）废水处理厂的净零能耗与能源积极型运营模式沼气可被用作发电机的驱动燃料。此外，以循环热水的形式进行的热回收，用于回收工厂生产过程中产生的热量。热电联产电厂于

2017

年建立，投资回收期为

3.5

年。基础设施投资总额约为

500

万美元，预计投资回收期为

10

年。2021

年，该工厂产出的能源不仅能够实现自身运营，还伊利诺伊州唐纳斯格罗夫，美国伊利诺伊州的唐纳斯格罗夫卫生区为减少能源足迹投入了大量资源，包括工厂自动化、曝气系统改进、暖通空调和建筑管理系统升级及变频驱动器在内的方面提升流程效率，使其废水处理厂的耗电量减少了

30%。

可以将能源回馈至电网。该设施使用的剩余电力通过利用生产现场产生的沼气驱动的联合热电系（资料来源

：NISSEN

energyInc.、统自行生产，而沼气通过现场产生的食物垃圾和污水污泥混合消化产生。Landia

和唐纳斯格罗夫卫生区废水处理中心）14

3.

从废水中回收资源3.

从废水中回收资源将废水处理厂作为资源回收设施废水历来被视作是一种负担。随着废水排放标准日益严格，处理成本也在增加。合理利用废水中的资源是降低处理成本的重要一步。将废水视为资源是一种相对新颖的观点。不过，

使用鸟粪石肥料比污水污泥更具优势•

更适合用作肥料

：在为需要额外磷和镁的特定植物和作物施肥方面，鸟粪石具有优异性能。高尔夫球场和植物苗圃就是很好的例子。如今人们已经广泛地认识到废水中的有机成分可作为生产能源的资源，且废水中的养分（尤其是磷）可用于生产肥料。按照一定的高标准进行净化的废水可以用于冲厕或洗衣。相比在农地里施用污水污泥，将鸟粪石回收为纯矿物磷肥料的解决方案拥有众多优势

：•

环境效益

：重金属残留方面，鸟粪石显然比污水污泥更清洁。铅、镉、镍、铬、铜以及锌等典型问题金属的含量比磷含量低20-100

倍。•

低溶解度

：鸟粪石的溶解度低，适合用作持久性肥料，其中的磷会根据植物的需要缓慢释放。这就是其在肥料撒播方面的优势，没有地下水和地表水污染风险。利用有机成分如以上章节所述，废水中的有机物质可以分离出来并用于生产沼气。目前，大型废水处理厂已将其作为标准流程，并且新的水处理技术与用于热电联产的更高效设备也拓宽了这一前景。如果引入去除养分的新低碳工艺，则可以存储有机成分，作为能源用于沼气生产。丹麦不仅在优化碳利用方面拥有丰富经验，也正逐步掌握养分回收专有技术。•

降低地下水污染的风险

：废水中的磷可用于农业生产，不会造成环境中积留的重金属与其他有害物质污染土壤与地下水的风险，因而今后有机会在同一地区进行地下水开采。•

更低的成本

：经处理厂磷回收处理的污泥含磷量低，可用作生物燃料，避免让磷化为灰烬而白白流失。从灰烬中重新回收磷的成本远高于从废水中分离出鸟粪石的成本。•

使用与储存方面的更大灵活性

：作为肥料，

基于鸟粪石沉淀的磷回收技术是目前最先进的鸟粪石更加灵活，因为它属于浓缩产品，为固体形式，储存时间更长。废水磷回收技术。但是，这项技术仍在发展之中，丹麦的水务机构与公司正在努力发展更加高效的工艺方案。回收废水污泥中的磷对于农业产业而言，磷是具有巨大价值的稀缺资源。废水污泥与内部旁流中积留的磷如果处理得当，就可能实现纯化肥料的产出控制。回收磷酸盐用作肥料为污泥处理提供了多种可能性，并且避免颇具价值的磷最终化为灰烬等低质量形式，或与污泥废水中的重金属和微污染物混合。在丹麦，磷产品鸟粪石已被认定为肥料产品。奥胡斯的两家大规模处理厂致力于将当前的磷回收率从

15%

左右增加到

25%。处理厂完工后，整个集水区的磷回收总量有望增加到每年约

22

公吨，或每天约

0.5

公吨鸟粪石肥料。•

经济效益

：鸟粪石可以高价出售（每公吨高达

335

欧元）•

随时可用作肥料

：无需进一步处理，随时可用。同时，如果需要改善土壤的含钾或氮水平，则可以与其他矿物肥料混合使用。3.

从废水中回收资源

15从废水中回收磷测试结果，建造了一家全面回收磷化合物鸟粪石的处理厂。两家处理厂都通过沉淀法将鸟粪石转化为“随时可用的肥料”，然后出售给肥料公司。海宁与奥胡斯处理厂生产的鸟粪石均已正式认定为商业肥料产品，商标名称为

PhosphorCare

™。处理厂节省的运营成本以及鸟粪石销售的预期收入有望在

10-12

年内带来回报。海宁、奥胡斯，丹麦2015

年，Herning

Vand

Ltd.

海宁水务公司开设了丹麦第二家磷回收处理厂，从废水处理厂的集水旁流中回收磷。近年来，废水处理厂的污泥和废水管道出现鸟粪石结垢现象，导致污泥排放和沼气生产过程中出现排水问题。除解决该问题外，海宁水务公司还希望进一步开发潜能，回收鸟粪石并将其转化为农用肥料。因此，该公司根据鸟粪石的可控沉淀设计了一套解决方案，并根据奥胡斯水务此前在其

Aaby

废水处理厂的（资料来源

：Herning

Vand、奥胡斯水务、Stjernholm、Grundfos

格兰富、Norconsult、Suez、SEGES）未来的资源回收，比隆，丹麦艺与

STAR

™先进在线监测与控制系统相结合，可最大限度地减少能源消耗，并最大限度地提高能源产出和污水质量。因此，污水养分浓度Billund

BioRefinery（BBR）是一家资源回收厂，对废物与废水进行综合处理。BBR产出清洁的水与能源用于供应当地的公共供热与供电管网，

（N、P

和

COD）已降至丹麦法律规定水平的四分之一，并且处理厂产同时还生产出优质天然肥料供应周边的农业地区。废水集水区域由相互连接和独立的污水管道系统组成，废弃物包括经过分类的家庭有机垃圾出的富余能源为其自身能耗的

200%。BBR

是一家公私合作组织，已获得丹麦生态创新计划（MUDP）与丹麦供水行业基金会（VTUF）的资与当地的工业垃圾。BBR将废水处理与厌氧消化及其他创新工艺相结合，

金支持。例如

Exelys

™（热水解）和

AnitaMox

™（厌氧氨氧化工艺）。这些工（资料来源：Billund

Vand

&

EnergiA/S，KrügerVeoliaA/S）磷回收：提高废水磷回收率分解池。此外，开创了用于聚磷微生物和含磷化学组分形态分析与定量的新方法，实现了细致的磷质量平衡。利用

OxyCrysPTM

技术从沼渣沼液中晶化高纯度

CaP

的开发过程非常成功。作为过滤材料和离子交换材料以及应用膜，LDH

在回收或晶化磷产物方面潜力巨大。奥尔堡、奥胡斯、海宁和欧登塞,

丹麦丹麦废水中近

80％的磷（P）来自废水处理厂产生的污泥，作为农业肥料进行再利用。高价值的磷产物回收同样具有巨大潜力。丹麦创新基金支持的项目对此进行了评估。奥尔堡大学和南丹麦大学与水务公司及咨询公司开展合作，共同测试和优化新方法与新方案，以提高废水处理厂的高价值磷产物回收，其中多数废水处理厂均配备生物除磷设备和厌氧（资料来源

：奥尔堡大学、南丹麦大学、Aarhus

Vand、AalborgForsyning、VCSDenmark、HerningVand、KrügerA/S）16

4.

集中化废水处理4.

集中化废水处理通过集中化确保更具效果和成本效益的废水处理更加严格的环保立法与公众对正确处理废水的重要性的认识，已经促使许多地区实施了集中化且更加高效的污水处理。推动废水处理集中化的其他因素包括水业整合，大型自来水公司的出现，以及对高效处理和资源回收的需求增长。建设高成本效益的基础设施（即将小城镇和村庄的废水泵送至最近的大城先进的处理方案在某些地区，污水收集管网与处理设施的覆盖率接近

100%。但是仍有其他许多地区，对污水收集管网的进一步扩建以及对处理厂的新建或现有处理厂的改造升级有着巨大的需求。确保一个地区的废水基建设计的成本效益最大化是一项巨大挑战。对于人口稠密地区，最优结构方案是采用大型集中化处理设施，因为要满镇）在丹麦及其他国家/

地区得到了广泛应用。

在丹麦，集中处理厂最初使用简单的生物处推动废水处理发展的主要因素是对高成本效益解决方案的需求增加，这些方案着力于降低运营成本（特别是劳动力与维护成本）以及提高工厂的能源效率。理方法来分解废水中的有机成分。虽然生物处理经过发展和优化后，能够基本完全分解有机物质，但是最终产物及其他污染物仍对接收水体造成了严重的环境恶化。这就促成了新的三级处理技术的开发，通过生物或化学方法去除废水中的氮和磷等物质。最新开发的技术包括能源效率极高的废水处理，越来越多的处理厂实际上成为电力和热能的净生产者。此外，一些污水处理厂已经被设计用于磷回收。目前，只有在较大的集中式污水处理厂才能应用从废水中回收能源、磷和其他有价值资源的解决方案。在较小的处理厂中，这些过程仍然过于昂贵和复杂。“目前集中化处理更高效，同时也更足不断增加的能源自给与资源回收需求，需

易于推行从废水中回收能源、磷与其要更大型的处理装置。对于农村或半农村地他有价值资源的解决方案。但对于小区，最具成本效益的结构方案则是通过本地的型处理厂，这些工艺成本过于昂贵和小型处理厂与低技术含量解决方案实现分散化复杂。”处理。然而，这种通用模式目前面临着多方面挑战。随着城市的快速发展，尤其是发展中国家

/

地区的城市，可能需要集群式的方案来维OleGodskDalgaard，持污水收集管网的可控性。此外，水资源的稀COWI

水资源与环境项目总监缺也迫使我们更频繁地重复利用当地的废水资源。集约化处理装置或各种膜技术等新工艺在家庭、建筑物和工业区的应用正在快速地获得竞争优势。过去

10-15

年，集中化废水处理废水处理基础设施的结构分析更多益处。如今，新的处理设施正逐步投入使用，首要重点是逐步淘汰小型处理厂，因为这些处理厂的运营成本相对较高，且不具备回收废水资源的经济能力。分析指出，有两家废水处理厂可以长期存在

：经过扩建和重建的

Egå

废水处理厂，以及预计将于

2030

年完工的新

AarhusRewater

废水处理厂（废水和资源厂）。奥胡斯，丹麦为了开发出最具成本效益的废水处理基础设施，丹麦的第二大城市奥胡斯对当前的处理系统进行了深入分析。最初，废水处理是在

17

家小型和大型处理厂进行的。但分析表明，如果采用更加集中化的处理设施（只需在两家大型处理厂进行废水处理），在经济方面与环境方面都会有（资料来源

：奥胡斯水务、COWI）4.

集中化废水处理

17中心城区黑臭水体整治，福州鼓台区，中国格兰富采用外源截污、水质净化、活水循环等手段，助力福州市政府系统长效地应对黑臭水体及洪涝挑战

：在鼓台区的

6

河

2

湖安装

20

套PSG

石犀

®

一体化泵闸，实现水系循环，防洪排涝

；在鼓台区的污水官网共安装

100+

套

PPS®

一体化预制泵站系统，实现截污和再生水输送。格兰富的产品帮助鼓台区有效治理水体，这些泵闸不仅产生水流，且设计美观，已成为周边居民新的聚会和休憩区。福州市位于中国东南部的福建省，人口

700

多万，水资源丰富，107

条城市内河纵横交错，河流和运河纵横交错。然而，多年来由于河网水系联通性弱、水动力不足以及沿岸污水排放等问题，福州一直面临着黑臭水体及内涝的水环境挑战。2016

年，福州市开启了系统整治中心城区43

条黑臭水体的项目。格兰富凭借在市政水务行业的丰富经验，深度参与了福州鼓台区的水体治理。（资料来源

：Grundfos

格兰富）为污水处理厂二期提标改造工程提供全方位的阀门解决方案，浙江海盐，中国其二，项目的深度处理工艺段采用臭氧高级氧化技术，所选用的阀门需要能够经受臭氧腐蚀性的长期考验。AVK

为其提供了大口径的直埋软密封闸阀（S06

系列，DN1200，4

台）和双偏心蝶阀（S756

系列，DN1000-DN1400，12

台）产品及应用支持。AVK

与合作伙伴一起，帮助改进及优化客户原有的阀门系统，在不断扩张的城市中开发新的水资源基础设施，为当地居民带来福祉，保护生态系统，助力污水厂的高效运营。近年来，海盐县实行了一系列行之有效的治污举措，为奋力打造共同富裕示范样板提供良好的生态支撑。海盐县城乡污水处理厂二期工程的污水处理采用了“一级预处理

+

二级生化处理（AAO&

MBR）+

三级深度处理（高级氧化）”工艺。项目的阀门选项中，有两个核心挑战。首先是生化处理工艺段之间的连接管线上需要

DN1200

的直埋软密封闸阀，其大口径及直埋的工况需求，对于阀门的选择是一项巨大的挑战。（资料来源

：AVK）18

5.

分散化废水处理解决方案5.

分散化废水处理解决方案维护地区水资源的同时保护环境集中化处理可实现许多规模经济，但在未接入中央污水系统的地区，分散化的解决方案通常更具吸引力。在缺水地区，当地处理和重复使用废水也可以为更稳定的水平衡做出贡献。“分散化废水处理“一词通常用于描述不将废水排放到市政处理厂，而在住宅和企业现场和/

或集群系统中进行的污水处理。分散化废水处理的规模差别非常大，有特大城市中的集群重复利用当地水资源城市中的分散化与集中化处理确保所有人都有足够的水和卫生设施，并进行可持续管理，是联合国可持续发展目标

6的一部分。废水重复利用有助于实现这一目由于不断扩张的城市需容纳越来越多的人口，会面临许多污水管道系统规模扩张到难以控制或需要高昂的污水泵送成本的风险。许多现有的废水处理厂已经接近其饱和容量。对于城市化发展迅速的地区，在对集中化基础式处理，也有农村地区分散的个体家庭式处理。

标。对供水进行规划并将废水视为一种宝贵资源而不是棘手的问题，可能会推迟昂贵的加强农村地区的处理投资，并在出现水短缺时提供更大的灵活性。

设施进行最佳设计构建之前，分散化处理是分散化处理解决方案主要应用于农村地区或其他未连接到城市排水系统中的区域，如大学校园、工业园或度假区等。自

2004

年以来，丹麦废水处理策略加强了对农村地区及分散住户的关注。地下蓄水层或地表水是重要的饮用水来源，且极易受到营养物污染的影响，因而必须对这两类水源进行保护。由此，丹麦开发了一系列全新的分散化处理解决方案。在这些方案中，技术含量较高的是针对个体家庭或小村庄的预制型迷你处理装置。这些装置通常是基于生物过程的紧凑型净化系统，一般安装在水池与反应器中，为防止臭味扩散，这些水池与反应器都是密闭的。另一种则是技术含量较低的生物砂砾过滤器，用于将处理后的废水排入到地表水中，或用于过滤经过处理的废水然后排入土壤。如今采用先进的氧化工艺（AOP）和各种膜技术处理废水，处理后的废水可以达到饮用水标准。不过，经过处理的废水通常用于对水质要求较低的用途，比如清洗街道、浇灌公园和农作物灌溉。优秀的临时解决方案。作为逐步升级水利基础设施的一部分，采用分散化处理设施的集群式方案对一些地区具有吸引力，比如市中心与周边棚户区或卫星城市之间服务水平差异较大的城市。对于人造湿地或苇丛河滩等农业方面的应用，

尽管分散化解决方案拥有诸多优势，但也需要可采用低技术含量的处理工艺或进行部分处

意识到城市内的废水处理厂可能很难管理，因理，包括灌溉不进入市场的谷物或果树作物。

为处理池会有难闻的气味，而处理污泥需要大重复利用废水时，受体与距离处理设施越近，

量的运输工具。另外，越来越高的土地价格也成本就越低。例如，这可以是需要持续使用水的当地温室农民，或者酒店再利用自己处理后的废水浇灌草坪，或者高尔夫球场将高尔夫球场上的湖泊用作再生水的“储存设施”，从而增加了灵活性。使得在城市外围新建处理厂的方案在经济上更具吸引力。但如果废水处理厂的可用空间受到限制，为维持城市化进程，分散化的处理厂就会成为更有吸引力的解决方案。5.

分散化废水处理解决方案

19用于灌溉的再生水减轻了饮用水供水压力化用水。解决方案就是从

Biokube

构建一个具有成本效益的分散化废水处理系统，以处理周围社区的废水。经过处理的水排放至高尔夫球场的湖泊中，然后用于浇灌球道和草坪。由于所有有害细菌已清除并且工厂不会散发气味，因此实现了可持续的灌溉水源，高尔夫球场得以保持哈拉雷，津巴布韦在津巴布韦首都哈雷，旱季缺水是一大难题。然而，位于前总统穆加贝宫殿附近绝佳地段的一个高尔夫球场却在大量使用灌溉用水。如果当地居民缺乏饮用水但高尔夫球场却郁郁葱葱，从政治角度而言这难以接受，

良好形象，同时减轻社区的水资源压力。因此决定改用当地社区的再生水来灌溉高尔夫球场。不过，为了重复利用废水，必须为经过处理的水配备某种“储存设施”，以平衡流量并优（资料来源

：Biokube）公共餐厅下方的分散化废水处理系统后的废水排放到附近的公园里，用于维持公园内景观湖的恒定水位。由于处理系统既无噪音也无异味，市政厅将其户外餐厅设在了处理厂的上方，到目前为止，没有出现任何顾客投诉。这有力地证明了

BioKube污水处理过程的低噪音和低异味。暖武里，泰国在公共餐厅下方设置废水处理系统，这可行吗？答案是，只要这项技术不产生臭气，就是可行的。2008

年，暖武里府市政局建立了他们自己的第一家污水处理厂。该分散化系统处理了来自市政厅的废水并将处理（资料来源

：Biokube）20

6.

工业废水处理6.

工业废水处理从源头处理工业废水通常更具效益市政废水处理厂的主要设计目的是去除易于降解的有机物与营养物质，这些都是生活废水的主要构成成分。但是，许多国家

/地区的污水管网与处理厂通常也要接收来自工业生产的废水。工业废水大不相同因此会影响生物处理流程，或使得处理后的污泥不适合用作农业肥料。另外，一些有毒化合物可能危及水务公司员工的健康与安全，而具有腐蚀性的化合物可能会损坏下水管道及泵水设备。面对这些情况，最好，甚至强制在工业废水排放至城市排水系统前对工业废水的源头集中化处理方法食品加工企业的废水通常适合采用集中化的处理方式，因为其中通常富含易于降解的有机化合物，可为微生物的生长提供营养，从而增强生物过程。实际上，一些处理厂也很乐意接收来自食品加工行业的废水，因为这需要专门的处理工艺的工业污染物包括不可降解或难以降解的有机化合物、脂肪、润滑脂、石油、重金属，以及杀虫剂与药品等有毒的有机化合物。用于去除工业污染物的许多专门工艺都可以在源头应用，这些工艺包括中和反应、重金属沉淀、薄膜过滤、正向渗透

/

反向渗透、活性炭过滤、化学氧化、紫外线消毒、蒸发、晶体析出等。些废水是一种碳源，有助于提高其沼气产量，

进行预处理，或在工业废水直接排放至受体水从而产出更多能源，同时改善生物脱氮脱磷处理。域前对其进行全面处理。从源头治理更具效益从源头处理工业废水有诸多益处。首先，可以根据具体的工业污染物进行专门的处理，通常这样的污染物在相对少量的废水中的浓度很重复利用医院废水与水资源“城市废水处理厂是为处理生活废水而设计，却不一定配备有工业废水处理设备。工业废水不仅会造成污染，还可能引起生物降解与污泥处理的问题。因此，从源头处理工业废水有诸多益处。”近年来，医院排放到公共污水管网中的废水受到了特别的关注。这些废水含有复杂的残留药高，因此需要的投入与处理成本就相对较低。

品混合物以及对人类健康和环境都有害的其他更重要的一点是，经过部分处理后可能可以在生产中内部循环或再利用废水，或回收和再利用原材料或化学品。典型的例子包括纺织生产过程中的染料或金属电镀过程中的金属的循环利用等，在这些过程中，用过的水、染料与金属最多有

90%

都可以进行回收，因此可以降低废水排放。许多国家

/

地区的废水排放收费标准都是根据污染量来划分等级，所以对分散化废水处理的投入可能在很短的时间内就能够得到回报。物质。但是，医院排放到公共污水管网中的废水很少受到监管。在包括丹麦在内的许多欧洲国家

/

地区，人们愈发重视新出现的污染物问题（包括药品和微塑料），以及如何应用新的处理技术保护水生环境免受侵害。除去医院废水中的主要污染物通常涉及大量先进的处理方法，最后才能得到高质量的出水。如果从源头进行处理，经过处理的废水就可以在医院重复利用，同时也能减少污水管网系统与处理厂的水力负荷。UlfNielsen，ULTRAAQUA

咨询经理另一方面，来自制造行业的废水的组成则要复杂得多，通常含有无法进行生物处理的物质，或者这些物质可能会阻碍微生物生长，6.

工业废水处理

21医院废水的先进创新处理方案7

月）一直在不间断地对废水进行严格处理。这些处理设备基于下列技术的创新融合

：生物反应器膜（MBR）、臭氧处理、粒状活性炭（GAC）与

UV

处理。不仅有效去除了有害药物、雌激素活性及细菌和病毒等病原体，产生的废水也可以直接排放到当地河流（Kagså）。成本估算显示海莱乌，丹麦医院废水是病原体、残留药品及其他有害物质的复杂混合物，会给医院职员、公众健康及环境带来风险。技术供应商已与丹麦最大的医院之一海莱乌（Herlev）医院协作，实施了一个全面的废水处理创新解决方案。

排污税大幅缩减。这些全面的处理设备自

2014

年

5

月起投入运营，迄今为止（2020

年（资料来源

：DHI、ULTRAAQUA）低成本重复利用工业废水工业废水处理试验厂，该工厂使用

Aquaporin

Inside®

正向渗透膜对水进行清洁和回收。借助该系统，可以减少

60-70%

的废物产生量。该试验厂目前正在处理石油和天然气产生的废液排放。此外，从这一应用获得的经验教训同样适用于其他行业，例如纺织行业，这是耗水量最大、污染最严重的行业之一。阿尔伯塔省，加拿大由于水资源短缺，如今许多行业面临着来自消费者、监管机构和投资者与日俱增的压力，亟需转向更可持续的用水方式。其中一项策略是零液体排放（ZLD），即所有废水都在工厂内进行清洁和重复利用。这一以最大程