崔成武1,* Gert Petersen1,2
(1. Faculty of Environment and Resources, Technical University of Denmark, Lyngby, 2800, Denmark; 2. EnviDan, Kastrup, 2770, Denmark)
摘要：本文簡要介紹了丹麥城市汙水處理廠的運行、維護與管理現狀。2. EnviDan, Kastrup, 2770, Denmark）
摘要：本文簡要介紹了丹麥城市汙水處理的現狀，包括城市汙水處理廠的數量、類型和處理負荷，以及歐盟和丹麥環境當局的相關要求。此外，本文還以 Lynetten、Damhusen、Lundtofte 和 Avedre 等大型城市汙水處理廠為例，介紹了它們在運行、維護和管理方面的經驗。最後，本文還介紹了丹麥的汙水和汙泥處理成本以及四大市政汙水處理廠。
關鍵詞丹麥、汙水處理、汙泥處理、氣體處理、城市汙水處理廠、運行和管理、運行成本
CCTS：X703.1 文獻標識碼：A
丹麥大型生活汙水處理廠的運行、維護與管理
崔成武1,* Gert Petersen1,2
(1. Institute of Environment & Resources, Technical University of Denmark, Lyngby, Denmark, 2800 2.EnviDan，Kastrup，Denmark，2770）
摘要：本文簡要介紹了丹麥生活汙水處理的情況，包括生活汙水處理廠的數量、類型、處理能力以及歐盟和丹麥環保局對汙水處理的要求。本文主要以丹麥 Lynetten、Damhus?en、Lundtofte 和 Aved're 汙水處理廠的數據為基礎，介紹了大型生活汙水處理廠的運營經驗和管理情況。最後，本文還介紹了丹麥的平均汙水處理費和汙水處理廠的運營成本。廢水處理、汙泥處理、氣體處理、生活汙水處理廠、運營管理、運營費用
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丹麥位於歐洲北部，經濟發達，人均國民生產總值位居世界前列。同時，丹麥政府十分重視環保建設，尤其是城市汙水處理。在歐盟委員會關於91/271/EEC法案（城市汙水處理法案）執行情況的第三、四次總結報告[1,2]中，丹麥與德國、奧地利等國****，是歐盟歸因於城市汙水處理較好的國家。自歐盟第 91/271/EEC 號指令實施以來，丹麥城市汙水處理廠和工業廢水處理廠的出水水質明顯改善。從 1989 年到 2004 年，丹麥城市汙水處理的發展可分為兩個階段，即 1989 年到 1996 年的快速見效階段和 1996 年到 2004 年的穩步下降階段。例如：1989 年，丹麥城市汙水處理廠出水中的 BOD5 總量為 3.5 萬噸，1996 年這壹數據迅速下降到 5000 噸，2004 年則穩步下降到 2500 噸。
丹麥政府規定，當人口當量大於 30 PE1 時，必須建設汙水處理廠。根據 2004 年的統計數據[3]，丹麥全國共有 1 193 座城市汙水處理廠***，其中 237 座為私人所有。從 1993 年到 2004 年的 12 年間，丹麥城市汙水處理廠的類型發生了巨大變化。具有脫氮功能的生物汙水處理廠的比例從 1993 年的 54% 增加到 2004 年的 90.4%。與這壹變化相適應，城市汙水處理廠出水的氮和磷含量也大幅降低，2004 年 TN 的平均去除率為 80%，TP 的平均去除率為 96%。
在丹麥，雖然城市汙水處理廠的數量很多，但規模普遍較小。在 1193 家城市汙水處理廠中，處理規模小於 1000 立方米/日的汙水廠占 77.5%，但僅占全國城市汙水處理量的 6%。絕大多數城市汙水是由大型集中式城市汙水處理廠處理的。例如：處理規模大於1萬立方米/日的汙水廠只有62家，卻處理了丹麥70%的城市汙水。
丹麥城市汙水處理廠的汙水排放標準按照歐盟91/271/EEC法案和丹麥環保部門及地方行政區的汙水排放標準執行。具體出水標準見表 1。
2、丹麥大型城市汙水廠的運行與維護
丹麥大型城市汙水廠（人口當量超過 10 萬 PE，即進水量超過 2 萬噸/日的城市汙水廠）的特點之壹是廢水和汙泥處理工藝非常接近。在下面重點討論的 Lynetten、Damhus?en、Lundtofte 和 Aved're 工廠中，廢水處理的核心技術是采用 Biodenitro 或 Biodenipho 技術的氧化溝工藝。在汙泥處理方面，壹般需要進行厭氧硝化、離心脫水和焚燒處理，然後再排放到垃圾填埋場。
**** 另壹個相同之處是汙水處理廠的管理方式非常相似。壹般來說，丹麥的大型市政汙水處理廠有兩個職能不同的管理機構，分別稱為董事會和市政運營委員會。董事會由汙水處理廠管轄範圍內幾個區的工作人員組成。董事會成員代表各自的行政區，主要工作是協調各行政區與汙水廠之間的關系，以及監督汙水廠的日常運作。他們還需要對各區的汙水處理進行詳細規劃和總結。市政運營委員會（MOC）負責汙水廠的日常運營、維護和管理。運營委員會中也有地區官員，他們與董事會進行溝通，以確保地區與汙水處理廠之間的關系順暢。以 Aved're 汙水處理廠為例，汙水來自 10 個區。該汙水處理廠的管理結構如圖 1 所示。
2.1 基本介紹
Lynetten、Damhus?en、Lundtofte 和 Aved?re 汙水處理廠均位於丹麥的西蘭島，負責處理鄰近行政區的市政和工業廢水[4,5]。2004 年，汙水廠的處理負荷和進水負荷
Lynetten 是丹麥最大的城市汙水處理廠，設計處理能力為 15 萬 t/d，2004 年的實際進水負荷接近 20 萬 t/d。達姆胡斯恩是丹麥第三大市政汙水處理廠，設計處理能力為 7 萬噸/天。達姆胡斯恩是丹麥最大的城市汙水處理廠，設計處理能力為 7 萬噸/天。達姆胡斯恩汙水處理廠與林內滕汙水處理廠同屬壹個集團***。Aved?re 是丹麥第五大汙水處理廠，設計處理能力為 64,000 噸/天，由 Spildevandscenter Aved?re（Aved?re 汙水處理中心）運營。隆德托夫特的規模相對較小，設計處理能力為每天 22,000 噸。
四座汙水處理廠的進水和出水特征見表 3 和表 4。
進水水質分析表明，四座汙水處理廠的進水 COD/BOD5 值均在文獻[6]的中低值範圍內，這可能與工業廢水的流入有關。經過總結發現，丹麥城市汙水的 COD/TN 值和 COD/TP 值在文獻[6]規定的中高值範圍內。
由此可見，四座城市汙水處理廠的重點汙染物出水指標均低於歐盟第 91/271/EEC 號法案和丹麥環境保護局的要求。
2.2 工藝流程
丹麥城市汙水處理廠的工藝流程壹般可分為三部分：出水處理單元、汙泥和廢物處理單元、廢氣處理單元。隆德托夫特汙水處理廠是丹麥壹個典型的城市汙水處理廠，下面將根據隆德托夫特汙水處理廠的工藝流程，分別對這三部分進行討論。Lundtofte 汙水處理廠的具體工藝流程如圖 2 所示。
2.3 廢水處理單元
2.3.1 機械處理
對於城市汙水廠而言，廢水的機械處理通常包括粗格柵、曝氣沈砂池、細格柵、初沈池和二沈池等工藝。由於各種機械處理工藝的設計已經非常成熟，因此沒有必要詳細討論。不過，機械處理工藝產生的廢料和廢氣處理問題還是值得研究和借鑒的。
在進入曝氣池之前，壹系列的機械處理工藝會產生大量的廢物。丹麥大型市政汙水廠的做法是：固體廢棄物不與剩余汙泥混合進入厭氧消化池，而是脫水後直接進入汙泥焚燒爐進行焚燒處理。這是因為這類固體廢物的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。此外，這類廢物不用於建築再利用，主要是因為這類沙子含有重金屬和持久性有機化合物，對人體健康有潛在危害。
丹麥的大型城市汙水處理廠非常重視廢氣收集和處理過程中產生的曝氣或攪動所帶來的機械處理過程。壹般來說，曝氣池和沈砂池都采用鋁質材料頂蓋。有些汙水處理廠的初沈池頂部也是有蓋的。處理過程中產生的氣體，如 H2S，也會在焚燒爐中與特定的氣體管線壹起進行處理。
2.3.2 生物處理
如前所述，丹麥大型城市汙水處理廠的廢水生物處理非常接近。所有四家汙水處理廠都使用 Biodenitro 或 Biodenipho 工藝。下面簡要介紹這兩種工藝。
2.3.2.1 工藝說明
Biodenitro 和 Biodenipho 工藝是丹麥 Krüger 公司的專利技術。該技術的特點是自動化控制程度高、占地面積小、有機物和氮磷去除效果好。與 Biodenitro 工藝不同的是，Biodenipho 工藝前面有壹個厭氧池（Bio-P 池），因此具有生物除磷功能。而 Biodenitro 不具備生物除磷功能，只能采用化學除磷。
下面以 Biodenitro 工藝為例，重點介紹該工藝的操作和控制。
Biodenitro 工藝的運行以氧化溝技術為基礎（丹麥大多數城市汙水處理廠都采用基於表面曝露的氧化溝技術）。通常情況下，兩個氧化溝分成壹組，交替曝氣運行，以實現硝化反硝化。Biodenitro 工藝分為四個階段，如圖 3 所示。生物硝化過程分為四個階段，如圖 3 所示。值得註意的是，設置階段 b 和階段 d 的主要目的有兩個：壹是去除第壹階段缺氧池中殘留的氨氮；二是由於硝化耗時相對較長，為了達到更好的出水標準。
壹般來說，雖然 Biodenipho 工藝具有較強的生物除磷功能，但汙水廠仍會輔助使用化學除磷方法，以達到較好的出水 TP 濃度。對於使用 Biodenitro 工藝的汙水廠來說尤其如此。這些物質通常是 FeCl3 或 AlCl3，放置在曝氣池前。在曝氣池後安裝磷在線監測裝置，當發現 TP 濃度超標時會自動投加除磷劑。
2.3.2.2 控制系統
以上四座大型城市汙水處理廠均采用 SCADA 和 STAR 系統來控制汙水廠的正常運行。SCADA 技術建立在 3C+S（計算機、通信、控制、傳感器）的基礎上。該系統主要用於控制泵站、流量和汙泥脫水過程。STAR 系統（由 Krüger 獲得專利）以 SCADA 系統為基礎，是壹個用於控制曝氣池運行的應用軟件系統。氧化溝中安裝了在線測量儀器，可將氨氮、硝酸鹽、總磷和溶解氧濃度等主要汙染物參數信息發送到中央 PLC。微電腦程序將控制曝氣池每個階段的運行時間和曝氣模式。因此，圖 3 所示四個階段的具體運行時間由 STAR 系統通過曝氣池中特定汙染物的濃度數據進行控制，但會有壹個最長運行時間。
此外，如果設備出現問題，程序會自動向技術人員的手機發送短信息，告知他們技術故障的確切位置。同時，微電腦程序還會自動向技術人員發送電子郵件，告知其具體問題，技術人員可據此判斷是否應立即處理故障問題。
2.4 汙泥處理單元
2.4.1 丹麥汙泥處理簡介
歐盟和丹麥政府都非常重視城市汙水處理廠產生的汙泥及其處理和排放，並制定了相關法案，如第 86/278/EEC 號法案、第 91/271/EEC 號法案等。對城市汙水處理廠排放的汙泥中重金屬和持久性有機化合物的含量進行了規定。
據統計，丹麥城市汙水處理廠汙泥的處理和排放在 1999-2005 年期間發生了變化，如表 5 所示。可以看出，最明顯的變化是汙泥焚燒比例明顯增加，填埋比例明顯減少。其中，汙泥焚燒比例從 1999 年的 6% 增加到 2005 年的 25%。上述丹麥四家大型城市汙水處理廠的汙泥均被焚燒。此外，盡管汙泥總產量有所增加，但人均汙泥產量基本保持不變。
2.4.2 汙泥處理
從初沈池和二沈池產生的剩余汙泥首先經過脫水、絮凝，然後進行厭氧消化。丹麥城市汙水廠多采用中溫厭氧消化工藝，溫度控制在 32-37 ℃，SRT 控制在 25-30 天。壹般來說，厭氧消化後的汙泥含固率約為 1.55%-3%。
厭氧消化後的汙泥進入離心機脫水，汙泥含固率提高到 20%-32%。離心脫水後的剩余汙泥與沈澱池中的汙泥混合後進入焚燒爐。焚燒後的汙泥收集後運往垃圾填埋場。
2.4.3 沼氣
壹般來說，丹麥城市汙水處理廠厭氧發酵池產生的沼氣中甲烷含量約為 65%，每產生 1 立方米沼氣，可減少 1.15 千克幹汙泥。沼氣可以有效地收集和再利用。再利用的方式主要有兩種：壹種是生產熱能和電力，供工廠內部使用；另壹種是出售給附近的工廠或天然氣公司。
2.5 廢氣處理裝置
丹麥城市汙水廠在汙泥焚燒過程中，十分重視潛在的大氣汙染問題。焚燒爐排出的廢氣經過深度處理後才排放到大氣中。下面以倫多菲汙水處理廠為例，簡要介紹汙泥焚燒後廢氣深度處理的設備和裝置。
焚燒爐排出的廢氣首先被冷卻，然後進入旋風分離器，在這裏 85% 至 90% 的灰燼被從氣體中分離出來。隨後，氣體進入湮滅爐進行深度處理。在湮滅爐中，氣體首先被噴灑上水，以進壹步冷卻氣體。水中溶解有 NaHCO3 和少量活性炭。主要目的是利用 NaHCO3 吸附 SO2、HCl 和 HF 氣體，並將其轉化為 Na2SO4、NaCl 和 NaF。活性炭用於吸附汞等重金屬。最後，經過處理的氣體進入袋式分離器，將固體從氣體中分離出來，所有固體連同汙泥壹起運往垃圾填埋廠，而經過處理的氣體則通過煙道排入大氣。
3.汙水廠的能耗、化學品消耗和運營成本
由於丹麥大型城市汙水廠的工藝、運營和管理結構相似，因此汙水廠的能耗和運營成本統計數據具有壹定的壹致性。對這些數據進行統計核算，對於未來或已經在類似工藝中使用的城市汙水廠的設計、運行、管理和評估具有壹定的價值和意義。
然而，由於各國國情不同，環境和廢水管理方法也不盡相同，使用單壹的貨幣形式（如歐元）來描述廢水處理廠的運營成本是不合理的。因此，運營成本的具體核算將在以下幾個方面進行討論。化學品以用藥量計算；能源以千瓦時計算。
3.1 汙水處理廠的能耗
丹麥大型城市汙水處理廠的耗電量在 35-45 kWh/（PE-年）之間，0.5-0.6 kWh/m3 汙水。而汙水生物處理耗電量約為 0.20~0.25 kWh/m3汙水，占總耗電量的 30%~50%；汙泥處理耗電量約占總耗電量的 30%~40%；而汙水提標、機械處理和管理耗電量約占總耗電量的 15%~35%。
3.2 化學藥劑用量
汙水廠的化學藥劑主要用於化學除磷和汙泥脫水。在化學除磷方面，不同的汙水廠使用不同的物質。例如Lynetten 汙水處理廠使用 FeCl3；而 Lundtofte 汙水處理廠則使用 AlCl3。化學物質的用量與汙水水質、工藝和出水指標有直接關系。Lynetten 汙水處理廠和 Lundtofte 汙水處理廠的化學除磷情況見表 6。
從表 6 的數據可以看出，在進水 TP 濃度基本相同的情況下，采用 TP 濃度相同的化學物質。
從表 6 的數據可以看出，在進水 TP 濃度基本相同的情況下，利用生物除磷功能的 Biodenipho 工藝在化學除磷量上更為經濟，可以獲得較好的出水 TP 效果。
3.3 汙水處理廠的運營成本
丹麥城市汙水處理廠的運營成本主要分為四部分：員工工資、稅收、能源和化學品成本、運行和維護成本。
壹般來說，丹麥汙水處理廠的最大成本是員工工資。
壹般來說，丹麥汙水處理廠的最大成本是員工工資，同時，運營和維護費用中的很大壹部分用於場地租賃等。此外，丹麥汙水處理廠還需向政府繳納汙水和汙泥處理稅費。汙泥焚燒以及外運至垃圾填埋場也需要繳稅。丹麥只對汙泥再利用不征稅。壹般來說，丹麥城市汙水處理廠的汙泥處理成本占總運營成本（不包括勞動力成本和稅收）的 40% 到 50%。
上述四家汙水處理廠的運營成本統計見下表 7。
值得壹提的是，丹麥的平均汙水處理成本為 15 丹麥克朗/立方米，與核算的城市汙水處理廠汙水處理成本相差較大。主要原因是丹麥的汙水處理總成本不僅包括汙水處理廠的運行成本，還包括汙水管道的建設和維護成本。而城市下水道的維護和管理屬於行政區域。
4、結論
丹麥自 20 世紀 90 年代至今，在城市汙水處理方面發生了巨大的變化。這壹變化得益於丹麥政府積極執行歐盟第 91/271/EEC 號法案，並制定了更為嚴格的相關汙水排放標準。丹麥的大型城市汙水處理廠在運營和管理方面都比較相似。總結其發展經驗和管理制度，吸收消化有效數據，對我國城市汙水處理的發展大有裨益。
參考文獻：
[1] 歐盟委員會向歐盟理事會、歐洲議會、歐洲經濟和社會委員會以及地區委員會提交的第三份報告--經1998年2月27日歐盟委員會第98/15/EC號指令修訂的1991年5月21日歐盟理事會關於城市汙水處理的第91/271/EEC號指令的實施情況。通過互聯網訪問（20/08/2007）：
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