丹麥Lundtofte污水處理廠運行和管理

崔成武^{1, a} 章夏菲² Kaare Press-Kristensen¹ Joan Friis-Nielsen ³ Jens Ejbye Schmidt¹

（1. 丹麥技術大學環境與資源學院，Lyngby，丹麥，2800； 2. 重慶大學，重慶，400044； 3. 丹麥Lundtofte污水處理廠，Lyngby，丹麥，2800）

　　摘要：本文詳細介紹了丹麥Lundtofte污水處理廠的運行和日常管理。對該污水處理廠節能方面的應用和污泥處理工藝進行了重點介紹。同時，本文還簡述了丹麥水價的基本情況以及該廠污水處理費用。
　　關鍵詞：丹麥，污水處理，污泥處理，運行管理，污水處理費用，Lundtofte污水處理廠
　　中圖分類號：X703.1　　文獻標識碼：A

The Maintenance and Management in Lundtofte Wastewater Treatment Plant, Denmark

Cui Chengwu^{1, a} Zhang Xiafei² Kaare Press-Kristensen¹ Joan Friis-Nielsen ³ Jens Ejbye Schmidt¹

（1. Environmental & Resource Institute, Technical University of Denmark, Lyngby, Denmark, 2800 2. Chongqing University, Chongqing, 400044; 3. Lundtofte Wastewater Treatment Plant, Lyngby, Denmark, 2800）

Abstract: This paper concentrates on the maintenance and management at Lundtofte wastewater treatment plant in Denmark. The energy saving process and sludge treatment in that WWTP is being emphasized. Moreover, the water price in Denmark has been shortly summarized, and the cost of wastewater and sludge treatment in Lundtofte WWTP has been calculated.

Keyword: Denmark, wastewater treatment, sludge treatment, operation, fee of wastewater treatment, Lundtofte wastewater treatment plant

1．簡介

　　Lundtofte污水處理廠位于丹麥西蘭島哥本哈根市北部，負責哥本哈根市北部的4個行政區的生活污水和工業廢水處理。該污水處理廠始建于20世紀60年代，最初并沒有考慮脫氮除磷工藝，只進行二級生物處理。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，該廠在1990—1993年進行了設備改裝和工藝更新，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。該廠污水處理量為130,000PE (1PE=0.2m³/(p•d))，約為800~1200萬噸/年，其中約有50%的進水來自于雨雪水。2005年，4個行政區的進水水量比例見表 1，其中約75%為生活污水，25%為工業廢水。該廠進水水質見表 2。對進水水質分析后發現，COD/BOD₅為文獻[2]中規定的中高值域范圍，不屬于易降解污水。另外，COD/TN和COD/TP也屬高值域范圍。

表 1 2005年Lundtofte污水處理廠進水水量分配比例

Table1 The percentage of wastewater distribution for Lundtofte WWTP in 2005

行政區 水量百分比/% Lyngby-Taarbæk 52.12 Gladsaxe 37.86 Søllerød 9.59 Gentofte 0.43

表 2 Lundtofte污水處理廠進水水質

Table2 The characteristic of wastewater influent for Lundtofte WWTP

水質指標 2003年 2004年 2005年 低值域 中值域 高值域 COD/BOD₅ 2.59 2.24 2.29 1.5~2 2~2.5 2.5~3.5 COD/TN 12 10 12 6~8 8~12 12~16 COD/TP 60 58 64 20~30 30~45 45~60

2．運行工藝與操作管理

　　Lundtofte污水處理廠采用傳統活性污泥工藝[3]。具體工藝流程見圖 1。

圖 1 Lundtofte污水處理廠運行工藝

Figure 1 The operate process for Lundtofte WWTP

2.1 機械設備的操作和運行

污水經過粗格柵后依次經過曝氣沉砂池、細格柵和初沉池等機械處理設施。整個操作過程中有兩項運行管理措施值得學習和借鑒。一是機械處理后沉淀物的處理問題。經過格柵和曝氣沉沙池處理后的固體廢棄物并沒有與剩余污泥混合進入厭氧消化池，而是經過脫水后直接進入污泥焚燒爐。這是因為此類固體中無機物含量相對較高，直接進入消化池會影響厭氧消化效果。另一點是，Lundtofte污水處理廠十分重視機械處理過程中由于曝氣或攪動所產生氣體的收集和處理問題。該廠曝氣沉砂池、初沉池上面均為鋁質材料封頂結構，所產生的H₂S也會隨管路進入焚燒爐處理。另外，有觀點認為沉砂池沉淀后的沙子可以用于建筑回用。但經過實際調研后發現，在歐洲基本沒有類似應用。主要原因是此類沙子中含有重金屬以及持久性有機物，會影響人體健康。

2.2 活性污泥工藝的操作和運行

污水處理的核心是曝氣池。該廠采用BIO-DENITRO^TM（Krüger公司專利技術）去除污水中的有機物和氮。BIO-DENITRO^TM和BIO-DENIPHO^TM（考慮生物除磷）技術基于PI型氧化溝，在丹麥污水處理廠應用非常廣泛。該技術的特點是自動化程度高，在控制良好的情況下有機物和氮磷的去除效果良好。該廠曝氣池分為3組6池，并聯運行。每組曝氣池采用交替曝氣的方式運行以達到硝化-反硝化。運行分為四個階段，見下圖。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。最后從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；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。每組曝氣池（包括硝化、反硝化）的總水力停留時間（HRT）為15h。

圖 2 BIO-DENITRO^TM工藝流程圖

Figure 2 Flow chart of BIO-DENITRO^TM process

　　為達到節省能源的目的，所有曝氣池中均安裝了在線監控設備和軟件控制程序（采用Krüger公司的STAR軟件）。首先通過在線監控設備向中心PLC發送曝氣池中污染物（COD、氨氮）和溶解氧濃度的信號，由微機程序控制曝氣池中的曝氣量以達到節省能源的目的。值得一提的是，在實際考察過程中發現該廠所有的曝氣池都沒有曝氣，原因是由于當時丹麥突降暴雪，大量雪水匯集到污水中，使得曝氣池中的氨氮濃度低于微機程序設定的曝氣量。據該廠技術人員介紹，此類現象時有發生。自從安裝在線監控設備和微機控制程序以來，該廠能源消耗大為減少，節省了大量開支。另外，該污水處理廠在周末并沒有技術人員工作。如果設備一旦發生問題，微機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。
　　 由于冬天溫度較低，前置反硝化效果并不十分理想。該廠聯系哥本哈根機場，采用廢棄的飛機防凍液為人工碳源補充到反硝化池中以提高反硝化處理效果，達到以廢治廢的目的。2005年外投加38.792t COD。
　　 該廠目前主要采用化學方法除磷，投放地點為初沉池前，投放藥劑為AlCl₃。同時，在初沉池和曝氣池后也都安裝了在線監測磷的裝置，一旦發現總磷濃度超標后，還會在這兩個位置繼續投放AlCl₃進行化學除磷。

表 3 丹麥Lundtofte污水處理廠2003—2005年出水指標

Table 3 The total mount of effluent for Lundtofte WWTP Denmark 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

6260

230

96

5530

250

96

6400

270

96

BOD₅

2420

27

99

2470

24

99

2800

25

99

SS

2930

50

98

2660

46

98

3300

94

97

TN

480

46

90

503

57

89

540

56

89

TP

93

7.3

93

94

6.6

93

100

10

89

污水量/

（1000m³）

8678

9474

8572

降雨量/mm

606

771

575

2.3污泥處理的操作和運行

2.3.1 污泥處理
　　初沉池和二沉池排出的剩余污泥首先進入旋轉鼓中進行脫水、絮凝。之后進入厭氧消化工藝。該廠目前采用中溫厭氧消化工藝，溫度控制在37℃，HRT為1d。經過厭氧消化后，污泥的固含率為約為3%。
　　 目前，該廠由厭氧消化所產生的生物氣主要有兩種用途，一是本廠內部供熱使用（如厭氧消化）；另外一部分則出售給附近的工廠進行發電和供熱。
　　 污泥經過厭氧消化后，進入離心機脫水，污泥固含率提高到28%~32%。經過離心脫水后的剩余污泥將會和沉砂池所生的污泥混合，并進入焚燒流化床。
　　 最初，該廠污泥經過脫水后直接外運到專門的污泥處理廠中進行二次處理。在2000年，該廠選用Krüger公司的焚燒流化床作為污泥焚燒設備，主要原因是節能和占地面積小。經過焚燒處理后的污泥進行收集后運送到垃圾填埋場。
2.3.2 廢氣處理
　　該廠在進行污泥焚燒處理過程中，十分重視大氣污染問題。自焚燒流化床產生的廢氣都要經過深度處理。廢氣首先經過降溫后進入旋風分離器，在這一過程中85%~90%的灰分會從氣體中分離出來。
　　 隨后，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。在水體內有溶解的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，經過處理后的氣體進入布袋分離器進行固氣分離，所有固體連同污泥被運送到垃圾填埋廠，而經過處理后的氣體則通過煙筒排放到大氣中。
　　 該廠每年產生濕污泥量約為60000噸，經過污泥處理后每年產干污泥量為1870噸。經處理后最終排放氣體的各項污染物檢測濃度及歐洲、丹麥政府規定的排放濃度見表 4。

表 4 Lundtofte污水處理廠污泥焚燒后排放氣體中污染物檢測濃度以及歐盟、丹麥政府相關要求

Table 4 The detective concentrations of pollutants from the emission gas after sludge incineration in Lundtofte WWTP, and the guideline from EU and Danish government

污染物 單位 檢測濃度 EU標準 丹麥標準 顆粒物 mg/m³ 1.2 10 10 Pb mg/m³ 0.0016 Cr mg/m³ <0.002 Cu mg/m³ <0.007 0.5 Mn mg/m³ 0.0018 0.5 Ni mg/m³ <0.003 0.5 As mg/m³ <0.0002 0.5 Cd mg/m³ <0.0001 0.05 Hg mg/m³ 0.0026 0.05 0.05 Co mg/m³ <0.0005 50 Sb mg/m³ <0.0007 Ti mg/m³ <0.0001 0.05 V mg/m³ <0.0004 50 Sn mg/m³ <0.001 Cd+Ti mg/m³ <0.0002 0.05 Sb+Pb+Cr+Co+V+Sn mg/m³ <0.01 0.5 Sb+As+Pb+Cr+Co+

Cu+Ni+V+Mn mg/m³ <0.02 0.5 0.5 HCl mg/m³ <0.4 10 10 HF mg/m³ <0.2 1 4 SO₂ mg/m³ 16 50 200 NO+NO₂ mg/m³ <16 200 400 TOC mg/m³ 4.3 10 20 二惡英 ng/m³ <0.002 0.1

3．運行費用核算

　　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。因此，在運行費用的核算上，分以下幾方面進行討論。其中化學藥品以藥品使用量作為衡量標準；能量采用kWh作為衡量標準。最后列表分析污水處理廠日常運行費用。
3.1 化學藥品使用量
　　2003—2005年，Lundtofte污水處理廠各種化學藥品使用量總計見表 5。

表 5 Lundtofte污水處理廠2003—2005年各種化學品使用量總計

Table 5 The chemicals dosage for Lundtofte WWTP from 2003 to 2005

化學物名稱

單位

2003年

2004年

2005年

AlCl₃（化學除磷，以Al計）

kg/(PE×year)

0.52

0.58

0.40

機場防凍液（反硝化）

kg COD/(PE×year)

0.75

0.56

0.30

聚合物

污泥前處理

kg/(PE×year)

0.027

0.024

0.021

污泥生物處理

kg/(PE×year)

0.042

0.036

0.037

污泥脫水

kg/(PE×year)

0.14

0.13

0.12

總計

kg/(PE×year)

0.21

0.19

0.17

亞硝酸鈣（尾氣處理）

kg/(PE×year)

0.58

0.47

0.64

碳酸氫鈉（尾氣處理）

kg/(PE×year)

0.89

0.83

0.80

活性炭（尾氣處理）

kg/(PE×year)

0.012

0.034

0.032

3.2 各種能耗
　　2003—2005年，Lundtofte污水處理廠各種能耗見表 6。

表 6 Lundtofte污水處理廠2003—2005年各種能耗總計

Table 6 The energy consumptions for Lundtofte WWTP from 2003 to 2005

各種能耗 單位 2003年 2004年 2005年

能

耗 機械處理能耗 kWh/(PE×year) 6.34 6.84 7.09 生物處理能耗 kWh/(PE×year) 15.69 16.11 16.05 污泥處理能耗 kWh/(PE×year) 12.52 11.78 12.75 管理能耗 kWh/(PE×year) 1.25 1.26 1.39 總計 kWh/(PE×year) 35.80 35.99 37.28

生

物

氣 內部供熱 m³/(PE×year) 3.06 4.22 4.12 污泥焚燒 m³/(PE×year) 3.36 2.85 3.27 外賣 m³/(PE×year) 1.86 2.80 2.49 剩余 m³/(PE×year) 0.84 0.83 0.39 總計 m³/(PE×year) 9.12 10.7 10.27

油 L/(PE×year) 0.44 0.34 0.28

水 污水回用 m³/(PE×year) — 2.26 2.21 清潔水 m³/(PE×year) 0.12 0.087 0.099 總計 m³/(PE.year) — 2.35 2.31

3.3 污水處理廠運行費用
　　Lundtofte污水處理廠日常運行費用見表 7。

表 7 Lundtofte污水處理廠日常運行費用

Table 7 The operation cost for Lundtofte WWTP

運行費用項目

2004年費用/1000DKK

2005年費用/1000DKK

人力資源（工資等）

4415

4583

租用場地

3771

4087

機械設備

1475

1941

聚合物

1101

878

化學物質

1628

1319

污泥焚燒

5556

6419

排污費

1911

1950

污水運輸

1640

1669

污泥排放

803

400

試驗室

1496

1673

管理費用

163

262

其他

1480

1603

日常費用總計

25439

26784

日常費用總計/
（1000DKK/PE.year）

0.196

0.206

　　從表 7中不難發現，該廠日常運行費用中人力資源、租用場地、污泥焚燒所占支出比例最大。值得一提的是，和污泥處理相關的費用還要包括購買聚合物以及污泥排放費用等。因此，污泥處理費用是該廠日常運轉中支出最大的部分。另外，由于該污水處理廠向環境中排放污染物，因此也需要向丹麥政府交納一定的排污費用。
3.4 污水和污泥處理費用
　　丹麥的水價與其他國家相比較對較高，以2002年水價為例，每噸水價為34.67DKK。水價主要分為7部分（括號內為每項所占水價比例，2002年），分別是年固定供水費（8.6%）、供水處理費（11.7%）、飲用水稅（13.3%）、年固定污水費（2.4%）、污水處理費（42.1%）、污水稅（1.3%）和附加稅（20%）。在丹麥，污水處理費用為4.12~31.31DKK/m³。另外，丹麥的污泥處理費用在0.97~11.57DKK/kg干污泥。
　　 Lundtofte污水處理廠的污水處理費用為4.59~5.69DKK/m³，污泥處理費用為3.48~3.58DKK/kg干污泥。值得一提的是，丹麥平均污水處理費用為15DKK/m3。這與Lundtofte污水處理廠的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。

4 總結

　　本文綜合分析了丹麥Lundtofte污水處理廠的日常運行和管理。作為分析對象的Lundtofte污水處理廠出水情況良好，COD、BOD₅、總氮以及總磷的年平均去除率分別達到了96%、99%、90%和93%。在保證良好出水效果的同時，該廠還對曝氣池進行自動化控制改進，達到了較好的節能效果。另外，該廠年產生污泥量為1870噸，污泥經過厭氧消化、離心脫水、焚燒后外運到垃圾填埋場。焚燒過程中產生的氣體經過深度處理后達到歐盟和丹麥政府的相關要求后通過煙筒排放到大氣中。
　　 該廠年能耗在35~38kWh/PE。污水處理廠年運轉費用在2700萬DKK左右，平均污水處理費用為5.12DKK/m³；污泥處理費用為3.53DKK/kg干污泥。

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] 2005年Lundtofte污水處理廠運行報告[M]。

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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。