在一般情況下，大型市政污水處理廠處理工藝主要由機械處理、生物處理和化學處理三部分組成，而要有效去除污水中的微污染有機物質，必須引進四級處理系統(tǒng)。

目前，德國采用的四級處理主要為臭氧氧化、膜、活性炭和生物降解工藝。具體選擇何種工藝，需因地制宜。德國Baden-Württemberg州大約有20個市政污水處理廠已經建造配置了四級處理系統(tǒng)，Nordrhein-Westfale州在2020年底所有大型市政污水處理廠都將建造配置四級處理裝置。從目前已有的研究和工程經驗表明，在進行四級處理時還有可能同時將污水中的微塑料物質(microplastics)分離去除。

越來越多的有機微污染物在河流、湖泊，甚至地下水中被檢出，其中包括：農藥殘留物質、激素和抗菌素物質微塑料物質，主要是化妝品內的細微顆粒塑料物質。

這些物質雖然濃度很低，但毒性很大。長期飲用含有這些物質的自來水，會對身體健康造成危害。

污水處理廠的出水中含有許多有機微污染物質和微塑料物質，這是因為現在普通市政污水廠工藝中，都還沒有專門處理此類物質的工藝和技術設備。在普通市政污水處理廠通過活性污泥吸附、生物降解或者生物轉移作用等雖然也能去除一部分微污染物質，但在處理后的出水中仍然存在微塑料物質、農藥殘留、激素及其他有機微污染物，這些物質進入受納水體后仍然可能引發(fā)水生態(tài)系統(tǒng)的問題，甚至影響到供水系統(tǒng)。

在一般情況下，大型市政污水處理廠處理工藝主要由機械處理、生物處理和化學處理三部分組成，必須額外引入四級處理系統(tǒng)才能有效去除污水中的微污染有機物質。從目前已有的研究和工程經驗表明，在進行四級處理時還有可能同時將污水中的微塑料物質(microplastics)分離去除。

1技術措施

在實施四級處理工藝時，可以采用各種不同的處理工藝技術，如臭氧工藝、膜分離工藝、物理吸附工藝和生物降解工藝等。具體選擇何種工藝，主要考慮這些微量物質的分子構造和結構、極性/親水性能、吸附性能和分解性能、抵抗性能等。

1.1臭氧處理

臭氧處理(見圖1)是指采用臭氧對污水中的物質進行氧化處理，屬于最為經濟有效的四級處理工藝。通過注射或擴散輸入O3分子來達到消除污染物質的目的。

有效采用臭氧處理工藝的前提條件是進水中其他背景有機污染物質的濃度應盡可能低。這樣臭氧可以在不受干擾的情況下直接和微污染有機物質進行反應。

一方面臭氧直接有選擇性地和水中無機/有機物質進行反應，另一方面間接和H2O反應，生成羥基自由基(OH)，然后和水中各種成分進行反應。這一處理過程不會使被氧化物質形成無機物質，多數情況下只是物質結構發(fā)生了改變，形成了新的中間物質，即所謂的代謝物質，這些物質對周圍環(huán)境的影響尚不清楚。正是出于這一原因，許多地方要求在臭氧之后增加后續(xù)處理工藝，對這些代謝物質進行分解處理(例如砂濾、生物氧化塘、循環(huán)流動)。

對于微塑料物質來說，考慮到停留時間很短，估計臭氧處理效率很低。只有后續(xù)安裝長有生物膜的砂濾裝置，才有可能截留或分解這些微塑料物質。在實際工程中，所采用的臭氧濃度為5~10mg/L，反應時間為15~30min。

帶有臭氧處理的市政污水處理廠工藝流程

1.2膜分離法

對于膜法來說，還可以細分成微濾膜、超濾膜、納濾膜以及反滲透膜。與其它方法相比，微濾膜和超濾膜的處理效果不是很理想。雖然納濾膜和反滲透膜能夠提供滿意的出水水質，但運轉成本很高。

1.3吸附處理

與膜法和臭氧法相比，活性炭吸附應用十分廣泛。這些活性炭以顆粒形式放置在一個過濾床(吸附劑)內，或者多數情況下將粉末活性炭直接投入污水中并進行混合攪拌處理。

與臭氧處理一樣，有效處理的前提條件是進水中其他背景有機污染物質的濃度應盡可能低。這樣臭氧可以在不受干擾情況下直接和微污染有機物質進行反應。

活性炭具有多孔隙結構和很高的比表面積，可以吸附大量有害物質。一般估計還能夠有效處理微塑料物質，因為活性炭內部所含有靜電吸引力能夠影響固體物質并進行吸附處理。

活性炭物理吸附工藝

與臭氧處理相比，活性炭吸附的優(yōu)點是不會產生中間代謝物質。如果后續(xù)安裝其他處理工藝，例如采用砂濾或布袋過濾裝置，則可以將攜帶微量有機污染物質的活性炭截留取出，但因為這些含有活性炭的市政污水含有有害物質，不能農用，只能焚燒處置。采用活性炭工藝的另一優(yōu)點是可以額外消除COD、SS和總磷。對微污染有機物質的去除率平均為70%，其處理效果和臭氧工藝差不多。

來自工程的運轉數據顯示，單位粉末活性炭的濃度用量為10~20mg/L，反應停留時間為20~30min。

帶有粉末活性炭吸附的市政污水處理廠工藝流程

1.4生物降解

四級處理階段的生物處理工藝(例如，污水氧化塘、植物污水處理廠、砂濾裝置、生物過濾裝置)尚未被充分研究。理論上，采用微生物可以對這些問題物質進行生物降解處理，并將這些微污染物質轉化成中間產品和結合物。與臭氧處理一樣，此時會產生一些性質不清楚的代謝物質�？傮w來說，每一處理工藝的適用性和費用與每個市政污水廠的污水性質、所要求的處理效率和構筑物規(guī)模有關。

因此，這里還無法推薦或描述一個典型的處理工藝或工藝結合體；只能根據每個市政污水廠的具體情況選擇有效的微污染物質處理工藝。

2處理費用

以德國Greven市政污水廠為例，說明投資費用和運轉費用如下：污水廠規(guī)模是78500人口當量(德國污水廠規(guī)模等級4)。在所進行的可行性研究報告中，投資費用和運轉費用見下表：

費用

根據德國環(huán)保局的統(tǒng)計(UBA2015)，如果將四級處理階段所產生的額外年費用分攤到排污費內，則單位處理費用會增加0.05~0.19/m3或者6~16/(人年)。這相當于增加處理費用2%~10%。

為了推廣這一技術，德國許多地方開始實施補貼政策。舉例來說，在德國Nordrhein-Westfalen州，目前如果在市政污水處理廠內提早安裝配置四級處理裝置，則在總投資費用中可以申請獲得70%~80%的政府補貼。這一補貼政策將持續(xù)進行，直到德國法律今后正式規(guī)定要求市政污水處理廠必須配置四級處理系統(tǒng)，消除微污染有機物質。

目前Nordrhein-Westfalen州正在進行可行性研究，調查在所有市政污水處理廠內進行裝置升級改造的可能性。3法律和技術應用情況根據目前的研究可知，這些微量污染有機物質對于水生態(tài)環(huán)境和飲用水源會產生很大危害。這些微量物質主要是存留在水中的一些藥物殘留物質、激素物質、X射線造影劑和類似具有有害作用的微量物質。

但從法律角度來看，德國或歐盟對市政污水處理廠還沒有做出規(guī)定,對污水廠出水中的微污染有機物質制定排放標準或限制程度。盡管如此，瑞士準備最晚至2031年在17年內分步將大約50%的市政污水廠都進行四級處理。在德國Baden-Württemberg州，大約有20個市政污水處理廠已經建造配置了四級處理系統(tǒng)，所采用的處理工藝幾乎都是活性炭吸附(見圖4)。

德國Baden-Württemberg州內已建造四級處理系統(tǒng)的污水處理廠

根據德國Nordrhein-Westfale州的微污染處理中心提供的信息，在2020年底該州所有大型市政污水處理廠都將建造配置四級處理裝置。屆時，根據污水處理規(guī)范，四級處理和相應的監(jiān)視參數將成為大面積推廣使用的標準技術。

在進行類似裝置的安裝配置時，州政府允許污水處理廠提高污水處理收費標準，用于補償設備投資。