丹麥Lundtofte污水處理廠運(yùn)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(shù)大學(xué)環(huán)境與資源學(xué)院，Lyngby，丹麥，2800； 2. 重慶大學(xué)，重慶，400044； 3. 丹麥Lundtofte污水處理廠，Lyngby，丹麥，2800）

　　摘要：本文詳細(xì)介紹了丹麥Lundtofte污水處理廠的運(yùn)行和日常管理。對(duì)該污水處理廠節(jié)能方面的應(yīng)用和污泥處理工藝進(jìn)行了重點(diǎn)介紹。同時(shí)，本文還簡(jiǎn)述了丹麥水價(jià)的基本情況以及該廠污水處理費(fèi)用。
　　關(guān)鍵詞：丹麥，污水處理，污泥處理，運(yùn)行管理，污水處理費(fèi)用，Lundtofte污水處理廠
　　中圖分類號(hào)：X703.1　　文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)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(jiǎn)介

　　Lundtofte污水處理廠位于丹麥西蘭島哥本哈根市北部，負(fù)責(zé)哥本哈根市北部的4個(gè)行政區(qū)的生活污水和工業(yè)廢水處理。該污水處理廠始建于20世紀(jì)60年代，最初并沒(méi)有考慮脫氮除磷工藝，只進(jìn)行二級(jí)生物處理。在90年代初，丹麥政府頒布了更為嚴(yán)格的出水標(biāo)準(zhǔn)（主要是控制出水氮磷濃度）。因此，該廠在1990—1993年進(jìn)行了設(shè)備改裝和工藝更新，主要增加了生物脫氮和化學(xué)、生物除磷工藝，已達(dá)到歐盟（91/271/EEC）[1]和丹麥政府的相關(guān)要求。該廠污水處理量為130,000PE (1PE=0.2m³/(p•d))，約為800~1200萬(wàn)噸/年，其中約有50%的進(jìn)水來(lái)自于雨雪水。2005年，4個(gè)行政區(qū)的進(jìn)水水量比例見(jiàn)表 1，其中約75%為生活污水，25%為工業(yè)廢水。該廠進(jìn)水水質(zhì)見(jiàn)表 2。對(duì)進(jìn)水水質(zhì)分析后發(fā)現(xiàn)，COD/BOD₅為文獻(xiàn)[2]中規(guī)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(jìn)水水量分配比例

Table1 The percentage of wastewater distribution for Lundtofte WWTP in 2005

行政區(qū) 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(jìn)水水質(zhì)

Table2 The characteristic of wastewater influent for Lundtofte WWTP

水質(zhì)指標(biāo) 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(yùn)行工藝與操作管理

　　Lundtofte污水處理廠采用傳統(tǒng)活性污泥工藝[3]。具體工藝流程見(jiàn)圖 1。

圖 1 Lundtofte污水處理廠運(yùn)行工藝

Figure 1 The operate process for Lundtofte WWTP

2.1 機(jī)械設(shè)備的操作和運(yùn)行

污水經(jīng)過(guò)粗格柵后依次經(jīng)過(guò)曝氣沉砂池、細(xì)格柵和初沉池等機(jī)械處理設(shè)施。整個(gè)操作過(guò)程中有兩項(xiàng)運(yùn)行管理措施值得學(xué)習(xí)和借鑒。一是機(jī)械處理后沉淀物的處理問(wèn)題。經(jīng)過(guò)格柵和曝氣沉沙池處理后的固體廢棄物并沒(méi)有與剩余污泥混合進(jìn)入?yún)捬跸?，而是?jīng)過(guò)脫水后直接進(jìn)入污泥焚燒爐。這是因?yàn)榇祟惞腆w中無(wú)機(jī)物含量相對(duì)較高，直接進(jìn)入消化池會(huì)影響厭氧消化效果。另一點(diǎn)是，Lundtofte污水處理廠十分重視機(jī)械處理過(guò)程中由于曝氣或攪動(dòng)所產(chǎn)生氣體的收集和處理問(wèn)題。該廠曝氣沉砂池、初沉池上面均為鋁質(zhì)材料封頂結(jié)構(gòu)，所產(chǎn)生的H₂S也會(huì)隨管路進(jìn)入焚燒爐處理。另外，有觀點(diǎn)認(rèn)為沉砂池沉淀后的沙子可以用于建筑回用。但經(jīng)過(guò)實(shí)際調(diào)研后發(fā)現(xiàn)，在歐洲基本沒(méi)有類似應(yīng)用。主要原因是此類沙子中含有重金屬以及持久性有機(jī)物，會(huì)影響人體健康。

2.2 活性污泥工藝的操作和運(yùn)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(shù)）去除污水中的有機(jī)物和氮。BIO-DENITRO^TM和BIO-DENIPHO^TM（考慮生物除磷）技術(shù)基于PI型氧化溝，在丹麥污水處理廠應(yīng)用非常廣泛。該技術(shù)的特點(diǎn)是自動(dòng)化程度高，在控制良好的情況下有機(jī)物和氮磷的去除效果良好。該廠曝氣池分為3組6池，并聯(lián)運(yùn)行。每組曝氣池采用交替曝氣的方式運(yùn)行以達(dá)到硝化-反硝化。運(yùn)行分為四個(gè)階段，見(jiàn)下圖。在第一階段，污水首先進(jìn)入Tank 1（缺氧狀態(tài)）進(jìn)行反硝化反應(yīng)，隨后污水由Tank 1進(jìn)入Tank 2（好氧狀態(tài)）進(jìn)行硝化反應(yīng)去除氨氮。最后從Tank 2出水。第二階段時(shí)間相對(duì)較短，主要特點(diǎn)是Tank 1和Tank 2均保持好氧狀態(tài)。污水首先進(jìn)入Tank 2進(jìn)行硝化反應(yīng)，并從Tank 2出水。此時(shí)，Tank 1也保持好氧狀態(tài)。主要原因有兩點(diǎn)，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(shí)相對(duì)較長(zhǎng)，為了能夠達(dá)到更好的出水標(biāo)準(zhǔn)。第三和第四階段重復(fù)第一和第二階段的過(guò)程，只是進(jìn)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(shí)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(dá)到節(jié)省能源的目的，所有曝氣池中均安裝了在線監(jiān)控設(shè)備和軟件控制程序（采用Krüger公司的STAR軟件）。首先通過(guò)在線監(jiān)控設(shè)備向中心PLC發(fā)送曝氣池中污染物（COD、氨氮）和溶解氧濃度的信號(hào)，由微機(jī)程序控制曝氣池中的曝氣量以達(dá)到節(jié)省能源的目的。值得一提的是，在實(shí)際考察過(guò)程中發(fā)現(xiàn)該廠所有的曝氣池都沒(méi)有曝氣，原因是由于當(dāng)時(shí)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(jī)程序設(shè)定的曝氣量。據(jù)該廠技術(shù)人員介紹，此類現(xiàn)象時(shí)有發(fā)生。自從安裝在線監(jiān)控設(shè)備和微機(jī)控制程序以來(lái)，該廠能源消耗大為減少，節(jié)省了大量開(kāi)支。另外，該污水處理廠在周末并沒(méi)有技術(shù)人員工作。如果設(shè)備一旦發(fā)生問(wèn)題，微機(jī)程序會(huì)自動(dòng)向技術(shù)人員的手機(jī)發(fā)送短信息以告知其出現(xiàn)技術(shù)故障的具體位置。同時(shí)，微機(jī)程序還會(huì)自動(dòng)向技術(shù)人員發(fā)送電子郵件告知其具體問(wèn)題，技術(shù)人員可以據(jù)此判斷是否應(yīng)該立即處理該故障問(wèn)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(lián)系哥本哈根機(jī)場(chǎng)，采用廢棄的飛機(jī)防凍液為人工碳源補(bǔ)充到反硝化池中以提高反硝化處理效果，達(dá)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(xué)方法除磷，投放地點(diǎn)為初沉池前，投放藥劑為AlCl₃。同時(shí)，在初沉池和曝氣池后也都安裝了在線監(jiān)測(cè)磷的裝置，一旦發(fā)現(xiàn)總磷濃度超標(biāo)后，還會(huì)在這兩個(gè)位置繼續(xù)投放AlCl₃進(jìn)行化學(xué)除磷。

表 3 丹麥Lundtofte污水處理廠2003—2005年出水指標(biāo)

Table 3 The total mount of effluent for Lundtofte WWTP Denmark from 2003 to 2005

指標(biāo)

2003年

2004年

2005年

進(jìn)水/t

出水/t

去除率/%

進(jìn)水/t

出水/t

去除率/%

進(jìn)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(yùn)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(jìn)入旋轉(zhuǎn)鼓中進(jìn)行脫水、絮凝。之后進(jìn)入?yún)捬跸に?。該廠目前采用中溫厭氧消化工藝，溫度控制在37℃，HRT為1d。經(jīng)過(guò)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(chǎn)生的生物氣主要有兩種用途，一是本廠內(nèi)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(jìn)行發(fā)電和供熱。
　　 污泥經(jīng)過(guò)厭氧消化后，進(jìn)入離心機(jī)脫水，污泥固含率提高到28%~32%。經(jīng)過(guò)離心脫水后的剩余污泥將會(huì)和沉砂池所生的污泥混合，并進(jìn)入焚燒流化床。
　　 最初，該廠污泥經(jīng)過(guò)脫水后直接外運(yùn)到專門的污泥處理廠中進(jìn)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(shè)備，主要原因是節(jié)能和占地面積小。經(jīng)過(guò)焚燒處理后的污泥進(jìn)行收集后運(yùn)送到垃圾填埋場(chǎng)。
2.3.2 廢氣處理
　　該廠在進(jìn)行污泥焚燒處理過(guò)程中，十分重視大氣污染問(wèn)題。自焚燒流化床產(chǎn)生的廢氣都要經(jīng)過(guò)深度處理。廢氣首先經(jīng)過(guò)降溫后進(jìn)入旋風(fēng)分離器，在這一過(guò)程中85%~90%的灰分會(huì)從氣體中分離出來(lái)。
　　 隨后，氣體進(jìn)入湮滅爐中進(jìn)行深度處理。在湮滅爐中，首先用水噴澆，使氣體進(jìn)一步降溫。在水體內(nèi)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(zhuǎn)化為Na₂SO₄、NaCl以及NaF?；钚蕴縿t用來(lái)吸附汞等重金屬。
　　 最后，經(jīng)過(guò)處理后的氣體進(jìn)入布袋分離器進(jìn)行固氣分離，所有固體連同污泥被運(yùn)送到垃圾填埋廠，而經(jīng)過(guò)處理后的氣體則通過(guò)煙筒排放到大氣中。
　　 該廠每年產(chǎn)生濕污泥量約為60000噸，經(jīng)過(guò)污泥處理后每年產(chǎn)干污泥量為1870噸。經(jīng)處理后最終排放氣體的各項(xiàng)污染物檢測(cè)濃度及歐洲、丹麥政府規(guī)定的排放濃度見(jiàn)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(cè)濃度以及歐盟、丹麥政府相關(guān)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(cè)濃度 EU標(biāo)準(zhǔn) 丹麥標(biāo)準(zhǔn) 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(yùn)行費(fèi)用核算

　　鑒于各國(guó)國(guó)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(lái)描述污水處理廠的運(yùn)行費(fèi)用不存在可比性。因此，在運(yùn)行費(fèi)用的核算上，分以下幾方面進(jìn)行討論。其中化學(xué)藥品以藥品使用量作為衡量標(biāo)準(zhǔn)；能量采用kWh作為衡量標(biāo)準(zhǔn)。最后列表分析污水處理廠日常運(yùn)行費(fèi)用。
3.1 化學(xué)藥品使用量
　　2003—2005年，Lundtofte污水處理廠各種化學(xué)藥品使用量總計(jì)見(jiàn)表 5。

表 5 Lundtofte污水處理廠2003—2005年各種化學(xué)品使用量總計(jì)

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

化學(xué)物名稱

單位

2003年

2004年

2005年

AlCl₃（化學(xué)除磷，以Al計(jì)）

kg/(PE×year)

0.52

0.58

0.40

機(jī)場(chǎng)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(jì)

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(jiàn)表 6。

表 6 Lundtofte污水處理廠2003—2005年各種能耗總計(jì)

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(jī)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(jì) kWh/(PE×year) 35.80 35.99 37.28

生

物

氣 內(nèi)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(jì) 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(jì) m³/(PE.year) — 2.35 2.31

3.3 污水處理廠運(yùn)行費(fèi)用
　　Lundtofte污水處理廠日常運(yùn)行費(fèi)用見(jiàn)表 7。

表 7 Lundtofte污水處理廠日常運(yùn)行費(fèi)用

Table 7 The operation cost for Lundtofte WWTP

運(yùn)行費(fèi)用項(xiàng)目

2004年費(fèi)用/1000DKK

2005年費(fèi)用/1000DKK

人力資源（工資等）

4415

4583

租用場(chǎng)地

3771

4087

機(jī)械設(shè)備

1475

1941

聚合物

1101

878

化學(xué)物質(zhì)

1628

1319

污泥焚燒

5556

6419

排污費(fèi)

1911

1950

污水運(yùn)輸

1640

1669

污泥排放

803

400

試驗(yàn)室

1496

1673

管理費(fèi)用

163

262

其他

1480

1603

日常費(fèi)用總計(jì)

25439

26784

日常費(fèi)用總計(jì)/
（1000DKK/PE.year）

0.196

0.206

　　從表 7中不難發(fā)現(xiàn)，該廠日常運(yùn)行費(fèi)用中人力資源、租用場(chǎng)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(guān)的費(fèi)用還要包括購(gòu)買聚合物以及污泥排放費(fèi)用等。因此，污泥處理費(fèi)用是該廠日常運(yùn)轉(zhuǎn)中支出最大的部分。另外，由于該污水處理廠向環(huán)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(fèi)用。
3.4 污水和污泥處理費(fèi)用
　　丹麥的水價(jià)與其他國(guó)家相比較對(duì)較高，以2002年水價(jià)為例，每噸水價(jià)為34.67DKK。水價(jià)主要分為7部分（括號(hào)內(nèi)為每項(xiàng)所占水價(jià)比例，2002年），分別是年固定供水費(fèi)（8.6%）、供水處理費(fèi)（11.7%）、飲用水稅（13.3%）、年固定污水費(fèi)（2.4%）、污水處理費(fèi)（42.1%）、污水稅（1.3%）和附加稅（20%）。在丹麥，污水處理費(fèi)用為4.12~31.31DKK/m³。另外，丹麥的污泥處理費(fèi)用在0.97~11.57DKK/kg干污泥。
　　 Lundtofte污水處理廠的污水處理費(fèi)用為4.59~5.69DKK/m³，污泥處理費(fèi)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(fèi)用為15DKK/m3。這與Lundtofte污水處理廠的污水處理費(fèi)存在較大差異。主要原因是丹麥總污水處理費(fèi)用不但包括污水處理廠的運(yùn)行費(fèi)用，還需計(jì)算污水管道的建設(shè)和維護(hù)費(fèi)用。

4 總結(jié)

　　本文綜合分析了丹麥Lundtofte污水處理廠的日常運(yùn)行和管理。作為分析對(duì)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(dá)到了96%、99%、90%和93%。在保證良好出水效果的同時(shí)，該廠還對(duì)曝氣池進(jìn)行自動(dòng)化控制改進(jìn)，達(dá)到了較好的節(jié)能效果。另外，該廠年產(chǎn)生污泥量為1870噸，污泥經(jīng)過(guò)厭氧消化、離心脫水、焚燒后外運(yùn)到垃圾填埋場(chǎng)。焚燒過(guò)程中產(chǎn)生的氣體經(jīng)過(guò)深度處理后達(dá)到歐盟和丹麥政府的相關(guān)要求后通過(guò)煙筒排放到大氣中。
　　 該廠年能耗在35~38kWh/PE。污水處理廠年運(yùn)轉(zhuǎn)費(fèi)用在2700萬(wàn)DKK左右，平均污水處理費(fèi)用為5.12DKK/m³；污泥處理費(fèi)用為3.53DKK/kg干污泥。

參考文獻(xiàn)

[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(yùn)行報(bào)告[M]。

---

a. 作者簡(jiǎn)介：崔成武（1981—），研究方向?yàn)樗廴究刂?，污水處理廠工藝運(yùn)行維護(hù)管理。聯(lián)系方式：c_ch_w@126.com。