瑞典市政污水處理的管理措施及啟示*

劉 琰 TYSKLIND M 韓 梅# 朱媛媛，3

(1.中國環(huán)境科學研究院環(huán)境基準與風險評估國家重點實驗室，國家環(huán)境保護飲用水水源地保護重點實驗室，北京 100012；2.瑞典于默奧大學化學系，西博滕 于默奧 SE-90187；3.北京科技大學土木與環(huán)境工程學院，北京100083)

“十五”以來，我國城市環(huán)?；A設施建設步伐不斷加快，市政污水處理能力不斷提升，有效促進了重點流域干流水環(huán)境質(zhì)量的持續(xù)改善[1]。根據(jù)《2013年城鄉(xiāng)建設統(tǒng)計公報》，截至2013年末，我國658個設市城市共有污水處理廠1 736座，污水處理率達到89.34%；1 613個縣城共有污水處理廠1 504座，污水處理率為78.47%。隨著污水處理廠建成率及污水處理率的快速提升，如何加強污水處理設施運行與管理，有效提高污染物處理效果，減少氮、磷等營養(yǎng)物質(zhì)及有毒有害物質(zhì)的排放，成為當前亟待解決的問題。

瑞典是世界上開展環(huán)境保護最早的國家，也是最早引入環(huán)境可持續(xù)發(fā)展理念的國家。經(jīng)過多年的努力，瑞典在完善環(huán)保機構(gòu)、健全法律法規(guī)、強化監(jiān)督管理等方面都取得了舉世矚目的成就[2-3]，在經(jīng)濟和科技高速發(fā)展的同時保持了優(yōu)美的生態(tài)環(huán)境，成為可持續(xù)發(fā)展社會的范例。本研究介紹了瑞典市政污水處理的發(fā)展歷程、相關(guān)管理立法以及在控制氮磷和有毒有害物質(zhì)方面的相關(guān)措施，以期為我國提供借鑒。

1 瑞典基本情況介紹

瑞典位于北歐斯堪的納維亞半島的東南部，東瀕波羅的海，西南鄰北海，國土面積約45萬km2，人口約970萬人，是北歐最大的國家。海岸線長7 000多km，河、湖眾多，水力資源豐富，湖泊和河流面積約占全國總面積9%。屬溫帶針葉林氣候，年平均降水量為400～600 mm，森林覆蓋率為57%。瑞典于1995年加入歐盟，2013年GDP為5 579.36億美元，人均GDP為58 116美元，屬經(jīng)濟發(fā)達國家。1972年，聯(lián)合國人類環(huán)境大會在瑞典召開，這是探討當代環(huán)境問題和制定全球環(huán)境戰(zhàn)略的第一次國際會議，與會各國達成了“只有一個地球”的共識。此后，瑞典在推動本國和全球環(huán)境保護方面一直走在世界前列[4]。

2 瑞典污水處理發(fā)展歷史

19世紀末期，在瑞典一些大的城鎮(zhèn)，開始通過地下鋪設管道將廚房和廁所的污水收集后排放到附近的湖泊或沿海水域。自20世紀20年代開始，水沖式廁所在瑞典大小城市甚至村莊普遍采用，越來越多的生活污水被排放至自然水體。與此同時，未經(jīng)處理的工業(yè)廢水也直接排放。隨著時間的推移，湖泊、河流及沿海水域污染的現(xiàn)象越來越嚴重，一些水體出現(xiàn)厭氧及死魚的現(xiàn)象，甚至在一些地區(qū)還出現(xiàn)了水源性傳染病。直到20世紀40年代，水污染才引起市政當局關(guān)注，但此時采取補救措施的范圍很小。在此期間，市政污水處理廠(MWTPs)的建設速度很緩慢，1940年全國只有15家MWTPs，到1955年時，MWTPs的數(shù)量只增加了1倍。

20世紀60年代，水體富營養(yǎng)化在瑞典引起了廣泛關(guān)注。由于污水的大量、長期直接排放，許多湖泊和鄰近主要城市區(qū)域的河道出現(xiàn)了富營養(yǎng)化現(xiàn)象，藻類大量繁殖，嚴重影響了水體的使用功能。同時，由于工業(yè)排污，一些湖泊和河道沉積物中出現(xiàn)了重金屬以及其他的化學物質(zhì)。環(huán)境的警鐘不斷敲響，很快促使瑞典采取有力的行動來應對水污染。1967年瑞典環(huán)境保護局成立，1968年政府撥付大量資金用于市政污水處理，1969年《環(huán)境保護法》實施。1971—1979年，瑞典政府投資15億瑞典克朗(按現(xiàn)在物價相當于110億瑞典克朗或10億歐元)用于MWTPs建設。與此同時，一些工業(yè)企業(yè)也受到政府資助用以建立污水處理設施。由于20世紀70年代采取的有效措施，瑞典湖泊和河流水質(zhì)在短短幾年的時間里得到了顯著改善。

如今，瑞典城市區(qū)域幾乎所有的家庭都與市政污水管網(wǎng)相連接，并且約95%的城市污水經(jīng)過生物和化學處理，其中磷和BOD7的去除率通常都在95%以上。在一些分散式的住宅區(qū)，配備有小型污水處理裝置，出水基本能達到相關(guān)排放標準的要求。同時，一些主要的工業(yè)企業(yè)，如煤礦、機場等都有污水處理裝置。

3 瑞典市政污水處理的相關(guān)立法

在20世紀40年代瑞典早期的《水法》中，引入了廢水排放的管理條例，并對一些企業(yè)提出了排放許可要求。1956年，一部適用于湖泊和其他水域監(jiān)管的法律獲得通過，并成立了瑞典水監(jiān)察局。隨著1969年《環(huán)境保護法》和1999年《瑞典環(huán)境法典》的頒布實施，一系列關(guān)于自然環(huán)境保護、反對環(huán)境破壞或退化的條例隨之出臺。

自1995年瑞典加入歐盟以來，歐盟水環(huán)境領(lǐng)域的相關(guān)法律成功地與瑞典的立法相融合。歐盟水環(huán)境領(lǐng)域的主要指令包括《游泳用水指令》(76/160/EEC和2006/7/EC)、《飲用水水質(zhì)指令》(98/83/EC)、《城市污水指令》(91/271/EEC)、《硝酸鹽指令》(91/676/EEC)、《水污染防治綜合指令》(96/61/EC)、《水框架指令》(2000/60/EC)和《海洋戰(zhàn)略框架指令》(2008/56/EC)等。其中《城市污水指令》的目的是防止來自城市區(qū)域和工業(yè)生產(chǎn)的污水排放而導致的環(huán)境破壞，具體包括以下內(nèi)容：

(1) 所有的建成區(qū)必須有污水收集系統(tǒng)。

(2) 進入收集系統(tǒng)的污水至少要經(jīng)過二級處理，通常是生物處理或其他處理工藝。

(3) 處理后的水質(zhì)需滿足一定的質(zhì)量標準。

(4) 如果處理后的污水排放至一定的“敏感區(qū)域”(如易受營養(yǎng)物質(zhì)輸入影響的水域)，則需要執(zhí)行更嚴格的處理要求。

瑞典將歐盟《城市污水指令》的內(nèi)容融合進《瑞典環(huán)境法典》以及瑞典環(huán)境保護局關(guān)于城市污水處理的相關(guān)管理條例(SNFS 1994:7)，給出了處理后出水中氮和耗氧類物質(zhì)的標準限值，并且規(guī)定了監(jiān)督及采樣等相關(guān)要求。主要的控制指標包括耗氧類物質(zhì)(BOD7、COD、總有機碳(TOC))、懸浮物(SS)以及營養(yǎng)物質(zhì)(總氮和總磷)，其中耗氧類物質(zhì)、SS及總磷的排放要求適用于全國，而總氮的排放要求僅適用于挪威邊界以西和斯德哥爾摩東北波羅的海海岸以東之間海洋和近岸海域。對于向波的尼亞海灣或波的尼亞海等非敏感水域排放的污水，以及由于滯留作用，到達敏感海域的總氮量不超過20 t/a的污水處理廠出水，則未提出總氮排放要求。污水處理廠出水中耗氧類物質(zhì)及營養(yǎng)物質(zhì)的排放要求如下：

(1) BOD7和COD的年度平均值分別不得超過15、70 mg/L；SS不得超過150 mg/L。

(2) 總磷的季度平均值及年度平均值均不得超過0.3 mg/L。

(3) 向敏感海域排放時總氮的排放限值：①如污水處理廠的規(guī)模超過10萬人，則總氮排放限值為10 mg/L，或總氮的去除率至少達到70%；②如污水處理廠規(guī)模在1萬～10萬人，則總氮排放限值為15 mg/L，或總氮的去除率至少達到70%。對于距離敏感海域很近的排放源，則要求總氮的濃度及去除率要同時滿足上述要求。

4 營養(yǎng)物質(zhì)控制

在20世紀60年代以前，瑞典營養(yǎng)物質(zhì)的排放量一直快速增長。隨著市政污水管網(wǎng)的廣泛建設，尤其是20世紀60年代后期及70年代建成了一系列能有效去除磷和有機物的現(xiàn)代化處理工廠，營養(yǎng)物質(zhì)的排放量才持續(xù)下降。2006年，瑞典六大海域總氮、總磷及BOD7的總排放量分別為18 397、354、8 299 t，其中總氮的排放量與20世紀40年代后期的排放量相當，而總磷及BOD7的排放量則比1940年的排放量還低。

瑞典污水處理廠對營養(yǎng)物質(zhì)的去除，尤其是對總磷和BOD7通常有著較好且穩(wěn)定的去除率。但營養(yǎng)物質(zhì)的來源分析結(jié)果表明，污水處理設施排放的污染物仍然是水體中營養(yǎng)物質(zhì)的重要來源。2006年由各種人類活動導致的總氮、總磷排放量統(tǒng)計結(jié)果表明，來自農(nóng)業(yè)活動的總氮和總磷所占比例最大，分別占總排放量的44%和45%；污水處理廠成為總氮和總磷的第二大排放源，分別占總排放量的24%和20%。

按照歐盟《城市污水指令》的要求，瑞典識別出一些敏感區(qū)域，這些區(qū)域已經(jīng)受到富營養(yǎng)化的影響或存在富營養(yǎng)化的風險。瑞典的每個水區(qū)(包括近岸海域)都被認為易受磷排放的影響；從諾爾泰利耶市到挪威邊界的近岸海域，被評估為易受氮排放的影響。因此，全瑞典的污水處理廠都對磷的去除有較高的要求；在瑞典南部要求向近岸海域排污且規(guī)模在1萬人以上的污水處理廠，需要有較高的氮去除率。

瑞典設立了16項國家環(huán)境目標，要求在2020年前實現(xiàn)，內(nèi)容涵蓋了氣候變化、潔凈空氣、水體、森林、濕地、生物多樣性等方面，目標之一為“零富營養(yǎng)化”，具體要求為土壤或水體中營養(yǎng)物質(zhì)的水平不應對人體健康、生物多樣性條件以及土地和水體可能的多種使用功能產(chǎn)生不良影響。為了實現(xiàn)這一目標，瑞典針對氮和磷確定了兩個階段性目標：(1)到2010年，水環(huán)境中由人類活動所排放的總磷與1995年相比需減少20%；在一些敏感水域應達到最大削減量；(2)到2010年，由人類活動排入奧蘭海以南海域的總氮與1995年相比需減少30%。此外，在目標之一“構(gòu)筑優(yōu)美環(huán)境”中，還提出到2015年，市政污泥中至少60%的含磷化合物需被回收并用于土地，以減少營養(yǎng)物質(zhì)向水體排放。

5 污泥中有毒有害物質(zhì)管理

日常生活所產(chǎn)生的重金屬及有機物等有毒有害物質(zhì)隨著污水的排放最終進入MWTPs。在污水處理過程中，重金屬沉積于污泥中，因此出水中重金屬濃度一般較低；部分有機物在污水處理過程中并不能被有效去除，隨著排放進入水環(huán)境，還有部分有機物則儲存于污泥中。在污泥回用于農(nóng)田的過程中，污泥中的有毒有害物質(zhì)會對生態(tài)及人體健康造成極大的風險。因此，必須盡可能減少污泥中有毒有害物質(zhì)的含量。

瑞典規(guī)定了用于農(nóng)田的污泥中重金屬的最大允許殘留量(均以干質(zhì)量計，下同)，分別為汞2.5 mg/kg、鎘2.0 mg/kg、鉛100 mg/kg、鉻100 mg/kg、鎳50 mg/kg、鋅800 mg/kg、銅600 mg/kg。對于有機物，尚沒有強制的限值，僅對多環(huán)芳烴(PAHs)、多氯聯(lián)苯(PCBs)及4-壬基酚提出了建議的最大允許殘留量，分別為PAHs 3 mg/kg、PCBs 0.4 mg/kg、4-壬基酚50 mg/kg[5]。

從源頭控制污染物進入污水處理廠是減少污泥中有害污染物含量的最有效途徑。在瑞典，進入MWTPs的重金屬被認為主要來自輪胎、剎車以及洗車設施等，通過雨水匯入MWTPs。因此，瑞典采取雨污分流，并且要求雨水在進入污水處理廠前要預先經(jīng)過凈化處理。自1987年以來，瑞典MWTPs(規(guī)模為2萬～10萬人)污泥中重金屬(汞、鎘、鉛、鉻、鎳、鋅和銅)的含量始終低于限值要求，并且不斷下降。

進入MWTPs的有機物包括一些少量的溶劑和持久性有機污染物(POPs)，如壬基酚、溴系阻燃劑(PBDEs)、PAHs、PCBs、六氯苯和二噁英等。近年來，藥物、個人護理品及全氟化合物等新型污染物的危害也引起了瑞典環(huán)境保護局的高度重視。這些POPs通常來自工業(yè)應用，并在一些家居產(chǎn)品中也含有，如壬基酚，歐盟已經(jīng)禁止使用。由于新的化學物質(zhì)不斷出現(xiàn)，對有機物進行全面監(jiān)測是不現(xiàn)實的。因此，瑞典環(huán)境保護局啟動了污染物篩選項目[6]，通過對污水處理廠進出水、污泥以及納污水體中污染物的監(jiān)測，判斷環(huán)境中這些污染物的污染來源、影響程度以及暴露于這些污染物對人類是否存在風險，為實施進一步的管理提供依據(jù)，目前已針對PAHs、PCBs、PBDEs、全氟碳化物(PFCs)、殺蟲劑以及藥物等物質(zhì)開展了相關(guān)調(diào)查。

6 對我國市政污水管理的啟示

目前我國的城鎮(zhèn)污水處理設施已有相當?shù)臄?shù)量和覆蓋面。截至2013年底，我國城鎮(zhèn)污水總設計處理能力達到1.61億t/d[7]，基本與美國相當，已成為全世界污水處理能力最大的國家之一。有多種污水處理工藝在我國污水處理廠中得到應用，以A2/O及其變形工藝、氧化溝、序批式活性污泥法(SBR)及其變形工藝為主，其他如生物吸附氧化法(AB工藝)、曝氣生物濾池、水解—好氧工藝、生物接觸氧化工藝、穩(wěn)定塘等也有一定規(guī)模的應用，基本涵蓋世界各國的先進工藝，且50%以上的污水處理廠具備脫氮除磷能力[8]。但目前，我國城市的污水收集處理率在80%左右，縣城及農(nóng)村污水的處理率更低，與瑞典95%的處理率相比尚有較大的差距。有研究表明，城鎮(zhèn)污水處理能力與GDP具有較好的線性相關(guān)性[9]。2013年我國GDP總量為9.181 4萬億美元，約為瑞典的16倍，但我國人均GDP為6 747美元，約為瑞典人均GDP的九分之一。經(jīng)濟發(fā)展程度低及人口眾多固然是我國市政污水處理能力不足的重要原因，但對污水處理設施的管理薄弱同樣制約了我國市政污水處理效率的提升。

瑞典的水環(huán)境質(zhì)量在20世紀70年代后期迅速得到改善，與政府大力投入加強污水處理設施建設，并健全相關(guān)立法與管理措施密不可分。瑞典在市政污水處理及管理方面的做法為我國提升MWTPs的處理效率，實施規(guī)范化和精細化管理，避免污水處理廠成為“二次污染源”提供了良好的借鑒。主要有如下啟示：

(1) 健全市政污水處理、運行及監(jiān)管的相關(guān)立法。近年來，由于我國對環(huán)境基礎設施建設的重視，城鎮(zhèn)生活污水處理設施的數(shù)量迅速增加，但由于多種原因，造成我國城鎮(zhèn)生活污水的處理效果不理想，具體表現(xiàn)在：①部分區(qū)域市政管網(wǎng)建設不配套，污水難以收集，導致相當數(shù)量的城鎮(zhèn)生活污水處理廠處于閑置狀態(tài)，還有一些污水處理廠的實際處理量遠低于設計處理能力；②部分城市由于快速擴張，導致污水處理廠超負荷運轉(zhuǎn)，造成處理效果降低；③對城鎮(zhèn)生活污水處理廠接納廢水的來源及水質(zhì)缺乏嚴格的要求，導致水質(zhì)成分復雜，甚至對處理系統(tǒng)造成沖擊；④缺乏專業(yè)的運營和管理團隊，不懂如何優(yōu)化工藝參數(shù)，出現(xiàn)問題不知如何解決；⑤污泥的安全處置缺乏有效的技術(shù)方法和監(jiān)管，污泥“減量化、穩(wěn)定化、無害化、資源化”程度低。上述問題都嚴重制約了我國市政污水處理能力和處理效率的提升，而我國目前在這些方面的相關(guān)立法與歐盟國家相比尚不健全，亟待加強。

(2) 制定科學的城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標準。我國現(xiàn)行《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標準》(GB 18918—2002)中，針對總氮提出了全國統(tǒng)一的分級排放標準，其中一級A標準為15 mg/L。為了滿足總氮排放的控制要求，全國的城鎮(zhèn)污水處理廠都必需具備配套的脫氮工藝和能力。事實上，控制總氮向地表水排放，主要是為了控制水體富營養(yǎng)化，而水體的富營養(yǎng)化與水體類型、所在區(qū)域的地理條件、水文水力條件等有重要關(guān)系。在部分區(qū)域，總氮含量適當偏高對水生態(tài)環(huán)境并無不良作用，這也是歐盟及瑞典依據(jù)水體對總氮的敏感程度，分區(qū)域提出MWTPs出水總氮控制要求的重要原因。此外，有研究表明，與氮相比，磷對水體富營養(yǎng)化的貢獻更大，控制磷進入水體可能是最有效的富營養(yǎng)化防治對策[10]。因此，我國在制定污水排放標準時，應充分借鑒瑞典的做法，一方面考慮現(xiàn)行污水處理工藝的處理能力，另一方面考慮受納水體的環(huán)境功能和區(qū)域水環(huán)境特征，提高標準的科學性和可行性，為實現(xiàn)我國環(huán)境的精細化管理提供支撐。

(3) 重視污水處理廠污泥中有毒有害物質(zhì)的管理與處置。污泥處理處置已經(jīng)成為我國城市污水處理行業(yè)快速發(fā)展的瓶頸問題。國外污泥處理處置的經(jīng)驗表明，與厭氧消化、焚燒、碳化、發(fā)電等城市污泥能源化途徑相比，污泥土地利用不僅成本低，而且可將污泥中豐富的氮、磷等元素用作農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的肥料，然而由于存在“二次污染”的隱患，污泥的土地利用受到了制約，這其中重金屬及POPs的危害尤其引人關(guān)注。GB 18918-2002提出了污泥穩(wěn)定化控制指標，并對污泥農(nóng)用時重金屬、苯并(a)芘、二噁英、可吸附有機鹵化物以及PCBs提出了控制要求，但我國目前污泥無害化處理水平較低，且僅靠末端控制來減少污水處理廠出水和污泥中有毒有害物質(zhì)的排放成效甚微[11]。已有相當多的研究表明，在污水處理廠污泥以及污水灌溉農(nóng)田中檢出POPs[12-13]。因此，我國應借鑒瑞典在控制污泥重金屬及POPs方面的做法，即一方面對MWTPs來水水質(zhì)提出要求，從源頭限制進入MWTPs的重金屬及POPs的量；另一方面加強基礎研究，根據(jù)污泥的用途科學確定污泥中有毒有害物質(zhì)的優(yōu)先管理對象和管理目標。

7 結(jié) 語

“十三五”期間，我國的市政污水處理能力肯定還需得到進一步的提升和加強，在這種背景下，一方面，要不斷學習發(fā)達國家先進的市政污水處理管理措施和方法，另一方面，要加強自身的管理能力，有效改善環(huán)境質(zhì)量。

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