丹麥Lynetten、Damhusåen污水處理廠運行與管理

崔成武^{1, a} 方成¹ Carsten Thirsing² Kaare Press-Kristensen¹ Jens Ejbye Schmidt¹

（1. 丹麥技術大學環境與資源學院，Lyngby，丹麥，2800； 2. Lynettefællesskabet公司，哥本哈根，丹麥，1432）

　　摘要：本文對丹麥第一大污水處理廠——Lynetten污水處理廠和第三大污水處理廠——Damhusåen污水處理廠的運行和日常管理進行了詳細介紹。同時對這兩個污水處理廠的能耗狀況、污泥處理工藝以及污水和污泥處理費用進行了介紹與分析。
　　關鍵詞：丹麥，污水處理，污泥處理，運行管理，污水處理費用，Lynetten污水處理廠，Damhusåen污水處理廠
　　中圖分類號：X703.1　　文獻標識碼：A

The Maintenance and Management in Lynetten、Damhusåen Wastewater Treatment Plant, Denmark

Cui Chengwu^{1, a} Fang Cheng¹ Carsten Thirsing² Kaare Press-Kristensen¹ Jens Ejbye Schmidt¹

（1. Environmental & Resource Institute, Technical University of Denmark, Lyngby, Denmark, 2800 2. Lynettefællesskabet I/S, Copenhagen, Denmark, 1432）

Abstract: This paper concentrates on the maintenance and management of the largest wastewater treatment plant--Lynetten WWTP and the third largest wastewater treatment plant --Damhusåen WWTP in Denmark. The energy saving process and sludge treatments in the WWTP are being emphasized. Moreover, the costs of wastewater and sludge treatment in Lynetten and Damhusåen WWTP have been calculated.

Keyword: Denmark, wastewater treatment, sludge treatment, operation, fee of wastewater treatment, Lynetten wastewater treatment plant, Damhusåen wastewater treatment plant

1．簡介

　　Lynetten污水處理廠和Damhusåen污水處理廠由丹麥Lynettenfællesskabet公司（Lynetten聯合公司）經營，分別位于丹麥西蘭島哥本哈根市東部和南部臨海區域，負責哥本哈根市及其周邊7個行政區約123km²、73萬人口的生活污水和工業廢水處理。其中，Lynetten污水處理廠是丹麥最大的市政污水處理廠，始建于1980年，到目前為止已正常運行27年。最初并沒有考慮脫氮除磷工藝，只進行二級生物處理。Damhusåen是丹麥第三大污水處理廠, 始建于1930年，具有悠久的歷史。在90年代初，丹麥政府頒布了更為嚴格的出水標準（主要是控制出水氮磷濃度）。因此，Lynetten和Damhusåen污水處理廠分別于1997和1996年進行了設備改造和工藝更新，主要增加了生物脫氮和化學、生物除磷工藝，已達到歐盟（91/271/EEC）^[1]和丹麥政府的相關要求。以2005年為例，Lynetten污水處理廠處理水量為5600萬m³/年（750000P.E）；Damhusåen污水處理廠處理水量為2400萬m³/年（約合350000P.E）。兩個污水處理廠年處理8000萬m³污水，其中約有50%的進水來自于雨、雪水。2005年8個行政區的進水水量比例見圖 1。2003—2005年進水水質見表 1。

圖 1 2005年各行政區的進水水量比例

Figure 1 The percentage of wastewater distribution for each municipality

表 1 Lynetten、Damhusåen污水處理廠進水水質

Table 1 The characteristic of wastewater influent for Lynetten、Damhusåen WWTP

水質指標 2003年 2004年 2005年 平均 低值域 中值域 高值域 L D L D L D L D COD/BOD₅ 1.62 1.99 1.61 1.83 1.49 1.86 1.57 1.89 1.5~2 2~2.5 2.5~3.5 COD/TN 13.0 12.0 13.4 11.3 15.1 11.8 13.8 11.7 6~8 8~12 12~16 COD/TP 65.1 59.2 66.5 54.7 75.6 62.3 69.1 58.7 20~30 30~45 45~60

注：L: Lynetten WWTP; D: Damhusåen WWTP.

　　對Lynetten、Damhusåen污水處理廠進水水質進行分析后發現，COD/BOD₅在文獻中規定的低值域范圍內，屬于易降解水體。而COD/TN和COD/TP基本上都處在高值域范圍內，這對反硝化和生物除磷都是有益的^[2]。

2．運行工藝與操作管理

　　Lynetten和Damhusåen污水處理廠均采用傳統活性污泥工藝。Lynetten污水處理廠工藝流程見圖 2 ^[3]，Damhusåen污水處理廠工藝流程見圖 3 ^[3]。

圖 2 Lynetten污水處理廠工藝流程

Figure 2 Flow chart of Lynetten WWTP

圖 3 Damhusåen污水處理廠工藝流程

Figure 3 Flow chart of Damhusåen WWTP

2.1 機械處理設備及運行
　　從圖 2和圖 3 中可以看出，Lynetten和Damhusåen污水處理廠使用的機械處理設備幾乎相同。污水經過格柵、沉砂池和初沉池處理后再進入生物處理部分。值得注意的是，經機械設備處理后的廢物和廢氣都經過合理處理后再排放到環境中。廢物（主要是砂子）經過脫水后外運到垃圾填埋場。Lynetten和Damhusåen污水處理廠機械設備一些重要參數見表 2。根據2005年兩個污水處理廠內部統計數據顯示，經過脫水后，格柵所攔截廢物總量為392噸（約合0.36kg/(P.E·年)）；曝氣沉砂池共產砂1069噸（約合0.97kg/(P.E·年)）。初沉池沉降后的剩余污泥均經過污泥濃縮后進行厭氧消化和焚燒處理。

表 2 Lynetten和Damhusåen污水處理廠機械處理設備參數^[3-5]

Table 2 Parameters of mechanical equipments in Lynetten and Damhusåen WWTP

機械設備 Lynetten WWTP Damhusåen WWTP 格柵 10mm，6組 10mm，6組 曝氣沉砂池 3組，3450m³，HRT_av=32min 2組，1840m³，HRT_av =40min 初沉池 8組，19200m³，HRT_av =3h 7組，11500m³，HRT_av =4.2h

　　機械處理過程中，由于曝氣和攪動會產生廢氣，如H₂S等，在這兩個污水處理廠中，產生的廢氣均進行收集并排入污泥焚燒爐中進行焚燒處理。
2.2 生物處理工藝操作、運行與控制
2.2.1 工藝簡介及操作
　　Lynetten和Damhusåen污水處理廠采用BIO-DENIPHO^TM（Krüger公司專利技術）去除污水中的有機物和氮、磷。BIO-DENIPHO^TM技術基于PI型氧化溝，在丹麥的污水處理廠中應用非常廣泛。該技術的特點是自動化控制程度高，有機物和氮磷的去除效果良好。尤其是生物除磷效果好于傳統生物除磷工藝。
　　 BIO-DENIPHO^TM技術運行分為兩步，污水首先進入Bio-P反應池進行厭氧放磷，在這一過程中，由于污水中有機酸含量較高，硝酸鹽和亞硝酸鹽濃度較低，有利于聚磷菌在厭氧條件下釋放磷。隨后，污水進入PI氧化溝進行硝化反硝化和除磷過程。該階段運行分為四個階段（見圖 4），其中兩個氧化溝為一組，采用交替曝氣的方式運行以達到硝化反硝化和好氧/缺氧除磷。在第一階段，污水首先進入Tank 1（缺氧狀態）進行反硝化反應，隨后污水由Tank 1進入Tank 2（好氧狀態）進行硝化反應去除氨氮，聚磷菌則在好氧狀態下吸磷，最后污水從Tank 2出水。第二階段時間相對較短，主要特點是Tank 1和Tank 2均保持好氧狀態。污水首先進入Tank 2進行硝化和除磷反應，并從Tank 2出水，此時，Tank 1也保持好氧狀態。主要原因有兩點，其一是去除第一階段在Tank 1中殘留的氨氮和磷；其二是硝化耗時相對較長，為了能夠達到更好的出水標準，第三和第四階段重復第一和第二階段的過程，只是進水和出水相反。BIO-DENIPHO^TM技術良好的除磷效果在Lynetten污水處理廠得到進一步驗證，進水中70%~80%的磷被生物去除。

圖 4 BIO-DENIPHO^TM工藝流程圖

Figure 4 Flow chart of BIO-DENIPHO^TM process

　　Lynetten和Damhusåen污水處理廠在采用BIO-DENIPHO^TM技術去除污水中的磷的同時，還輔助使用化學除磷的方法，投放物質為FeCl₃，投放地點為生物除磷池（Bio-P tank）后。曝氣池后安裝了磷在線監控裝置，當發現TP濃度超標時會自動投加FeCl₃進行化學除磷。2005年，Lynetten和Damhusåen污水處理廠中FeCl₃使用量分別為3492噸（約合4.7kg/(P.E·年)）和1314噸（約合3.8kg/(P.E·年)）。最后，污水進入二沉池進行沉淀后排水。一部分剩余污泥則回流到Bio-P反應池，另一部分則直接進入厭氧消化池中。
　　Lynetten和Damhusåen污水處理廠各生物反應池的重要參數見表 3^[5]。

表 3 Lynetten和Damhusåen污水處理廠生物反應池參數
Table 3 Parameters of Biological units in Lynetten and Damhusåen WWTP

機械設備 Lynetten WWTP Damhusåen WWTP Bio-P反應池 V=24000m³；HRT=3.75h V=8300m³；HRT=3.0h PI型氧化溝 V=147000m³；HRT=23h V=71000m³；HRT=25.7h 二沉池 V=59100m³；HRT=9.23h V=26900m³；HRT=9.7h

2.2.2 控制系統簡介
　　Lynetten和Damhusåen污水處理廠均采用SCADA (Supervisory Controland Data Acquisition)系統進行控制。SCADA 技術建立在3C+S (Computer、Communication、Cont rol、Sensor)基礎上^[6]。污水處理廠通過SCADA技術來設定和控制氧化溝的運行。同時，PI氧化溝中的探頭會自動向微機傳送信號，工作人員可以實時了解氧化溝的運行情況。在非工作時間，SCADA系統也會正常運行。如果設備一旦發生問題，程序會自動向技術人員的手機發送短信息以告知其出現技術故障的具體位置。同時，微機程序還會自動向技術人員發送電子郵件告知其具體問題，技術人員可以據此判斷是否應該立即處理該故障問題。Lynetten和Damhusåen污水處理廠通過SCADA系統實現了自動化控制。
2.2.3 處理效果
　　Lynetten和Damhusåen污水處理廠2003—2005年處理效果見表 4^[3-5]。

表 4 Lynetten和Damhusåen WWTP 2003-2005年處理效果

Table 4 The total mount of effluent for Lynetten and Damhusåen WWTP from 2003 to 2005

指標 2003年 2004年 2005年 進水/t 出水/t 去除率/% 進水/t 出水/t 去除率/% 進水/t 出水/t 去除率/% COD 45040 2840 93.7 44280 2995 93.2 51280 3450 93.3 BOD₅ 26400 190 99.3 26730 280 99.0 32920 435 98.7 TN 3540 455 87.1 3440 575 83.3 3610 447 87.6 TP 710 72 89.9 700 67 90.4 710 50 93.0 污水量/（百萬m³） 86 91 80

2.3 污泥處理和運行
　　Lynetten和Damhusåen污水處理廠污泥處理系統較為相似，不同之處是Damhusåen污水處理廠的污泥經過厭氧消化和脫水后會運送到Lynetten污水處理廠進行統一焚燒處理。因此，Lynetten污水處理廠污泥處理是重點研究對象。
2.3.1 污泥處理
　　經初沉池沉降后的污泥經過進一步濃縮后，同二沉池的剩余污泥一起進入厭氧消化池，見圖 2。所產生的生物氣（Biogas）匯集到氣體收集池后進行產熱和發電。經過厭氧消化后的污泥固含率約為1.5%。
　　Lynetten污水處理廠污泥脫水分為兩步，即旋轉濃縮預脫水和離心脫水。經過旋轉濃縮和離心脫水后，污泥固含率分別提高到4%和24%。但在進行污泥焚燒之前，還需進一步提高污泥固含率。Lynetten污水處理廠采用污泥干化工藝，可將污泥固含率提高到40%~45%。
　　焚燒后的污泥收集后運送到垃圾填埋場。污泥處理設備參數見表 5。

表 5 污泥處理設備參數

Table 5 The parameters of equipments about sludge treatment

污泥處理設備 Lynetten WWTP Damhusåen WWTP 濃縮池 10000m³ 580m³ 厭氧消化池 18000m³ 7600m³ 生物氣體收集池 3000m³ 750m³ 混合池 3000m³ --- 旋轉濃縮池 6組，80m³/h 4組，80m³/h 離心脫水 6組，25m³/h 4組，25m³/h 污泥干化池 3組，10m³/h --- 污泥焚燒爐 2組，7t/h ---

　　2005年，Lynetten和Damhusåen污水處理廠產泥量為16441噸干污泥（約合14.9kg干污泥/ (P.E·年)），經過焚燒后產灰6238噸。
2.3.2 氣體處理
　　Lynetten和Damhusåen污水處理廠在進行污泥焚燒處理的同時，十分重視產生的氣體對大氣的污染和氣體處理問題，因此，產生的廢氣均進行深度處理，達到歐盟和丹麥政府的相關要求后才會排放到大氣中。
　　從焚燒爐排出的氣體進入湮滅爐中進行深度處理。在湮滅爐中，首先用水噴澆，使氣體進一步降溫，水中有溶解的NaHCO₃和少量的活性炭，主要目的是使用NaHCO₃吸附SO₂、HCl和HF氣體，并轉化為Na₂SO₄、NaCl以及NaF。活性炭則用來吸附汞等重金屬。最后，經處理后的氣體通過90m高的煙筒排放到大氣中。
　　2005年Lynetten和Damhusåen污水處理廠污泥焚燒后排放氣體污染指標見表 6^[5]。

表 6 2005年Lynetten和Damhusåen污水處理廠污泥焚燒排放氣體污染指標

Table 6 The amounts of pollutants from the emission gas after sludge incineration in Lynetten and Damhusåen WWTP, 2005

污染物指標 總量 污染物指標 總量 CO₂ /t/年 28200 鎘/kg·年 1 二惡英/mg/年 1.1 銅/kg·年 2 SO₂/kg/年 46000 鋅/kg·年 2 顆粒物/kg/年 6600 鉻/kg·年 3 HCl/kg/年 1100 汞/kg·年 13 HF/kg/年 120 砷/kg·年 2 鉛/kg/年 2 錳/kg·年 3

3．能耗、化學品消耗和新能源利用

3.1 污水處理廠能耗和產能
　　2003—2005年Lynetten和Damhusåen污水處理廠能耗和產能情況見表 7^[3-5]。

表 7 Lynetten和Damhusåen污水處理廠能耗和產能情況

Table 7 Energy production and consumption of Lynetten and Damhusåen WWTP from 2003 to 2005

指標 2003年

2004年

2005年 電能消耗 MWh/年 40818 41621 43470 kWh/(P.E·年) 37.1 37.8 39.5 產電 MWh/年 4000 3976 4313 kWh/(P.E·年) 3.64 3.61 3.92 熱能消耗 MWh/年 17184 16295 17703 kWh/(P.E·年) 15.6 14.8 16.1 產熱 MWh/年 45008 45350 48013 kWh/(P.E·年) 40.9 41.2 43.6 生物氣產量 m³/年 6997800 7403996 6838000 m³/(P.E·年) 6.36 6.73 6.22 油 m³/年 972 540 1338 L/(P.E·年) 0.88 0.49 1.22

　　從表 7結果分析以及結合對丹麥另一個污水處理廠（Lundtofte WWTP）的研究結果得出，丹麥大型城市污水處理廠電耗一般在35~40kWh/(P.E·年)。而利用生物氣產熱能為30~40 kWh/(P.E·年)。污水處理廠生物氣所產熱能完全能夠滿足本廠熱能需要。一些丹麥污水處理廠（Lynetten WWTP）的做法是與天然氣公司建連接管道，將多余部分生物氣外賣。另一些污水處理廠則利用多余生物氣產熱、產電外賣。
　　另外，值得一提的是Lynetten污水處理廠十分重視新能源開發和利用。廠內建有風能和太陽能設施，所產生的能量轉化為電能，主要用于污水提升。2005年，所產風能和太陽能分別為4796MWh和9MWh^[5]。
3.2 化學品消耗
　　2003—2005年Lynetten和Damhusåen污水處理廠化學品消耗情況見表 8^[3-5]。

表 8 Lynetten和Damhusåen污水處理廠化學品消耗情況
Table 8 Chemicals dosage of Lynetten and Damhusåen WWTP from 2003 to 2005

指標 2003年 2004年 2005年 FeCl₃ t/年 4499 4405 4806 kg/(P.E·年) 4.09 4.00 4.37 AlCl₃ t/年 557 614 423 kg/(P.E·年) 0.51 0.56 0.38 清潔水 m³/年 44431 38211 35644 m³/(P.E·年) 0.04 0.03 0.03 聚合物 t/年 155 169 154 kg/(P.E·年) 0.14 0.15 0.14 NaOH t/年 1003 986 681 kg/(P.E·年) 0.91 0.90 0.61 TMT15 kg/年 3300 2200 4700 kg/(P.E·年) 0.003 0.002 0.004

　　表 8中FeCl₃和AlCl₃主要用于化學除磷。由于Lynetten和Damhusåen污水處理廠采用BIO-DENIPHO^TM技術去除污水中的磷。因此，實際上有20%~25%的磷是通過投加化學藥劑去除的。所以，FeCl₃和AlCl₃的用量相對較少。

4．總費用

　　鑒于各國國情不同，采用貨幣種類也有所不同。因此，利用單一貨幣形式來描述污水處理廠的運行費用不存在可比性。但是，了解國外污水處理廠污水和污泥處理費用以及污水處理運轉費用對我國今后污水處理廠建設、評估以及污水處理費評定都有參考意義。
　　2005年Lynetten和Damhusåen污水處理廠運行費用為1.86億DKK。主要分為四部分：員工工資、稅費、能耗和化學藥品費以及運行管理費用，具體比例分配見圖 5。

圖 5 2005年Lynetten和Damhusåen污水處理廠運行費用分配比例

Figure 5 The percentage of cost for Lynetten and Damhusåen WWTP in 2005

　　一般情況下，丹麥污水處理廠最大的費用支出為員工工資。同時，在運行管理中還有相當部分是用于場地租用等。另外，丹麥污水處理廠需向政府繳納污水和污泥處理稅費，污泥焚燒以及外運到垃圾填埋場也都需要繳稅。在丹麥，只有污泥回用時不用向政府交稅。
　　Lynetten和Damhusåen污水處理廠污水處理費用約為4.66DKK/m³（雨、雪水不計），約合170DKK/P.E·年。值得一提的是，丹麥平均污水處理費用為15DKK/m³。這與核算后的Lynetten和Damhusåen污水處理廠污水處理費存在較大差異。主要原因是丹麥總污水處理費用不但包括污水處理廠的運行費用，還需計算污水管道的建設和維護費用。而市政污水管道的維護和管理屬于各行政區所管。

5．總結

　　本文綜合介紹、分析了丹麥第一大污水處理廠——Lynetten污水處理廠和第三大污水處理廠——Damhusåen污水處理廠的日常運行和管理。這兩個污水處理廠均采用基于PI氧化溝工藝的BIO-DENIPHO^TM技術去除污水中的有機物和氮磷，并利用SCADA系統實現了運行自動化控制。作為分析對象的Lynetten和Damhusåen污水處理廠出水情況良好，2005年COD、BOD₅、總氮以及總磷的年平均去除率分別達到了93.3%、98.7%、87.6%和93%。兩個污水處理廠年產生污泥量為16441噸干污泥，污泥經過厭氧消化、離心脫水、干化和焚燒后外運到垃圾填埋場。焚燒過程中產生的氣體經深度處理達到歐盟和丹麥政府的相關要求后通過90m高的煙囪排放到大氣中。
　　Lynetten和Damhusåen污水處理廠電耗為35~40kWh/P.E·年，而利用生物氣產熱能為30~40 kWh/P.E·年。污水處理廠年運轉費用在1.86億DKK左右，平均污水處理費用為4.66DKK/m³。

參考文獻

[1] Council Directive 91/271/EEC of 21 May 191 concerning urban wastewaer treatment.
[2] Henze M, Harremoes P, La Cour Jansen, Arvin Erik. Wastewater Treatment Biological and Chemical Processes [M]. Springer, third edition.
[3] 2003年LynettenDamhusåen污水處理廠運行報告[M].
[4] 2004年LynettenDamhusåen污水處理廠運行報告[M].
[5] 2005年LynettenDamhusåen污水處理廠運行報告[M].
[6]楊立福, 趙靜生, 張公度. 自動化技術( SCADA)綜述.《給水排水》, Vol126(13),2000, 72-76.

---

a. 作者簡介：崔成武（1981—），研究方向為水污染控制，污水處理廠工藝運行維護管理。聯系方式：c_ch_w@126.com。