【題記】 Pantai第二污水處理廠項目是馬來西亞境內第一座地下式污水處理廠，設計規(guī)模為32萬m³/d，在原有氧化塘廠址上改建為地下式污水處理廠。工程設計中采用了改良A²O工藝、周進周出矩形沉淀池、再生水回用等處理工藝，以及沼氣發(fā)電、太陽能發(fā)電、水源熱泵等綠色節(jié)能技術，既滿足了污水處理廠的穩(wěn)定運行和達標排放，又充分體現(xiàn)出綠色環(huán)保理念。

馬來西亞Pantai地下式污水處理廠

工程設計特點

邵彥青^1,2，侯鋒^1,2，薛曉飛^1,2，李艷萍²，龐洪濤^2*

（1.北控水務集團有限公司；

2.北京北華清創(chuàng)環(huán)境科技有限公司）

傳統(tǒng)污水處理設施一般建設于地面之上，對于城中地上廠而言，污水廠在運行過程中所產生的噪音、臭氣、污水、污泥等污染給周圍居民身心健康帶來不利影響。此外，廠區(qū)與周圍住宅區(qū)、商業(yè)區(qū)之間需設置隔離帶，在浪費土地資源、影響城市形象的同時，制約著周邊地塊的功能規(guī)劃、土地價值以及城市發(fā)展。為解決城市污水處理與用地緊張之間的矛盾，地下式污水處理廠以其環(huán)境和諧的設計理念、綠色節(jié)能的環(huán)保技術成為解決城市污水問題的新選擇。本文以馬來西亞Pantai第二污水處理廠工程設計為實例，介紹其主要設計參數(shù)、設計特點、綠色節(jié)能技術，對地下式污水處理系統(tǒng)所具有的優(yōu)勢進行分析探討。

1 工程概況

2011年7月，北控水務集團中標Pantai第二污水處理廠項目，合同總金額約9.83億馬幣。原Pantai污水處理廠位于馬來西亞首都吉隆坡Pantai Utama區(qū)，總處理能力22萬m³/d，服務人口87.7萬人，實際服務人口已達118萬，處理能力嚴重不足。污水收集管線滲漏現(xiàn)象十分嚴重，與旱季比較，雨季管網滲透量增加20%～40%。此外，未封閉的建筑結構也對周邊環(huán)境產生十分嚴重的影響。基于上述問題，在原有氧化塘廠址（占地面積15公頃）上對Pantai污水處理廠進行改建，建成地下式污水處理廠。

改建后的Pantai第二污水處理廠為全地下式結構，設計規(guī)模為32萬m³/d，主要污水處理設施位于地下，地上建成景觀公園。污水處理采用改良A²O工藝，其中部分消毒出水經膜組件過濾后再生回用。污泥采用厭氧消化工藝處理，生物能源沼氣用于發(fā)電。此外，該廠還采用太陽能發(fā)電、水源熱泵等多項綠色節(jié)能新技術。目前項目處于施工階段。

2 工程設計

2.1 設計規(guī)模與進出水水質

Pantai第二污水處理廠設計服務人口140萬人，設計規(guī)模32萬m³/d。現(xiàn)狀氧化塘工藝污水處理廠面積15hm²。改建后的地下污水廠用地面積10.48hm²，其中地面（生產區(qū)）部分2.6hm²，下部地面構筑物7.88hm²，較原有地上廠節(jié)省大量土地面積，同時具有較高生態(tài)效應和景觀價值，促進周邊地區(qū)發(fā)展步伐。

Pantai污水廠以去除有機物、SS為主，同時具有脫氮、除磷功能。該污水處理工程的進、出水水質指標如表1所示。

2.2 工藝流程

Pantai第二污水處理廠主體工藝采用旋流沉砂池+改良A²O+矩形沉淀池+紫外消毒，污泥進行厭氧消化，水廠臭氣進入生物濾池進行脫臭處理，整套工藝流程簡單，運行穩(wěn)定，管理方便，在技術和經濟上都具有優(yōu)勢。Pantai地下廠主要工藝流程如圖1所示。

2.3 主要構筑物及設計參數(shù)

Pantai第二污水處理廠主要處理設施設計參數(shù)如下：

（1）細格柵：渠道數(shù)10條，單渠流量0.955m³/s，進柵流速1.0m/s，柵條寬度2mm，柵條間隙5mm。

（2）旋流沉砂池：旋流沉砂池4座，單池容積57.3m³，設計流量458.19m³/min，最大流速0.2m/s，最小停留時間0.5min。

（3）生物處理池：生物處理池包括預脫硝區(qū)、厭氧區(qū)、缺氧區(qū)和好氧區(qū)，采用全地下式鋼筋混凝土矩型水池。生物處理池共設4組，每組分2格，單組池尺寸：L×B×H=107.1m×38.45m×10m，單組池有效容積32944m³；有效水深8.0m；設計流量：Q=80044m³/d；總停留時間：T=10.3h。

（4）矩形沉淀池：將曝氣后混和液進行固液分離，以保證最終出水水質，采用鋼筋砼結構周進周出矩形沉淀池。沉淀池共16組，單池有效容積3158.4m³；單池尺寸L×B×H=80.0m×9.4m×7.1m；有效水深4.2m；單池設計流量：833.8m³/h；停留時間：T=3.8h。

（5）UV消毒渠：對二沉池出水消毒，達標后排放，采用鋼筋混凝土矩形渠道，頂部蓋板。UV消毒渠共1座，分為4條渠，出水糞大腸菌群數(shù)≤10⁴個/L。

（6）污泥厭氧消化池：共4座，總池容22400m³，厭氧消化停留時間為20d，進入發(fā)電系統(tǒng)沼氣量400Nm³/h。

3 設計特點

3.1 結構設計

Pantai第二污水處理廠各構筑物單元在空間分布上結構緊湊，功能分區(qū)明確，空間利用率高。地下負二層包括細格柵、旋流沉砂池、隔油池、調節(jié)池、改良A²O、二沉池、提升泵房及鼓風機房；地下負一層作為附屬生產區(qū)、工藝設備操作及檢修平臺；地面層建有紫外線消毒渠、中水車間、污泥貯池、脫水機房、污泥消化罐、污泥料倉等。Pantai污水廠空間結構設計具有如下特點：

（1）功能分區(qū)明確：各功能分區(qū)具有明確的界限，各區(qū)空間結構設計相對獨立，互不影響；

（2）處理流程簡捷順暢：各處理單元的空間結構布局優(yōu)化，使得總體水處理、污泥處理、再生水處理、臭氣收集及處理系統(tǒng)、各線路最為簡捷順暢；

（3）空間運行安全保障：由于該污水處理廠于全地下設置，所以消防以及通風便成為該工程中必須要妥善解決的問題。

整個生產過程為非燃燒物質生產，且生產過程中不產生易燃物質，全廠實施自動化管理，生產構筑物無需要人員值班，主要在辦公樓中央控制室值班監(jiān)控。廠內所有（構）建筑物嚴格按照《建筑設計防火規(guī)范》設計，設有全廠室外消火栓系統(tǒng)、火災報警系統(tǒng)、消防控制系統(tǒng)以及手提式泡沫滅火系統(tǒng)。

送排風方式：工程采用局部排風和全面通、排風相結合的送排風方式，對地下一層、二層送風采用自然補風系統(tǒng)（通道門洞、采光通風天窗），排風采用機械排風系統(tǒng)，由28臺噴流誘導風機(箱型)和12臺雙速離心風機組成。平時通風次數(shù)為4次/h，發(fā)生火災時的事故通風次數(shù)為6次/h。

（4）生產管理區(qū)布置合理：生產管理區(qū)位于廠區(qū)地上層，具有良好的外部景觀環(huán)境及開闊的視野，便于整個污水廠的巡視、運行管理及維護；

（5）各區(qū)與周邊環(huán)境協(xié)調適應：產生臭味的預處理區(qū)設于地下，污泥處理區(qū)集中遠離廠外住宅區(qū)，并且在地面層公園區(qū)種植大量綠植，改善環(huán)境，與周邊環(huán)境更好地融為一體。

3.2 處理工藝先進

Pantai第二污水處理廠的工藝設計中采用了改良A²O工藝、周進周出矩形沉淀池、再生水回用等多項先進處理工藝，使得處理系統(tǒng)能夠高效穩(wěn)定運行。

（1）改良A²O工藝：針對傳統(tǒng)A²O的缺點進行改進，即消除回流活性污泥對厭氧區(qū)的不利影響并提高其脫氮效率，增設了回流污泥預脫硝區(qū)，使回流污泥首先進入預脫硝區(qū)以利于除磷，同時采用了分段進水，以控制和適應厭氧區(qū)、缺氧區(qū)對碳源的利用。

（2）周進周出矩形沉淀池：同側進出水的矩形沉淀池是圓形輻流式沉淀池的改進形式，在同等池容的情況下比普通平流沉淀池和傳統(tǒng)輻流沉淀池的表面水力負荷大、沉淀效率高，且便于一體化設計。在相同設計水量的條件下，矩形沉淀池更加節(jié)省占地面積。

（3）再生水回用：二沉池出水經超濾+臭氧工藝深度處理后作為“第二水源”進入公園景觀水體系統(tǒng)，再生水水質能夠完全滿足景觀用水要求，實現(xiàn)水資源循環(huán)利用，緩解用水緊張的局面。

3.3 綠色節(jié)能技術

Pantai第二污水處理廠改造方案中充分體現(xiàn)出了綠色節(jié)能、環(huán)境友好的設計理念，應用大量“低能耗、低污染、低排放”綠色節(jié)能技術，實現(xiàn)資源的再生利用和綠色能源的開發(fā)應用。主要綠色節(jié)能技術包括：沼氣發(fā)電、太陽能發(fā)電、水源熱泵等。

（1）沼氣發(fā)電：水廠所產生的剩余活性污泥量為44.8tDS/d干物質，污泥經厭氧消化后，每天沼氣產量約為9900m³。消化罐內沼氣經收集后，通過沼氣管道進入沼氣礫石過濾器進行冷凝水的去除（在沼氣鍋爐、沼氣火炬、脫硫塔等重要設備沼氣管線入口處，在氣柜的進口處都設置冷凝水去除器。），隨后進入生物脫硫塔去除硫化氫，以減少對管道和設備的腐蝕損壞，經過預處理的沼氣貯存在雙層膜球狀沼氣柜。

貯氣柜內沼氣經過濾干燥加壓后，送入熱電聯(lián)供沼氣發(fā)電機組，將厭氧消化產生的沼氣燃燒發(fā)電，產生的電能可供污水處理廠使用；沼氣發(fā)電機組排出的冷卻水和廢氣中的熱量通過熱回收裝置進行回收，用于加熱厭氧消化的污泥。

采用沼氣發(fā)電機發(fā)電，每小時可發(fā)電972kW，可回收熱能約104萬Kcal/h，熱能回收率約50.3％，可回收熱能約52.31萬Kcal/h，利用沼氣發(fā)電機余熱可以加熱消化污泥，能夠達到節(jié)約能源，減少電耗和降低污水處理成本的目的。

（2）太陽能發(fā)電：吉隆坡日照充足，太陽能資源豐富，為4.9kW·h/(m²·day)，根據(jù)國際通用電氣標準和規(guī)范設計，同時滿足馬來西亞國電氣標準和規(guī)范，在Pantai地下廠設計200kw獨立太陽能電站電氣方案。

太陽能發(fā)電系統(tǒng)采用240W的單晶硅光伏電池組件共819塊，共3個光伏陣列，由7串39并組成。系統(tǒng)包括直流集線箱、控制器、蓄電池、逆變器等組成。光電電池板占地面積約為1337m²，電站規(guī)劃面積約為：2700 m²（電站安裝陣列為間距為1m）。

白天有陽光的時候充放電控制器將光伏組件產生的電能存儲到蓄電池中，蓄電池充滿電的情況下，太陽能發(fā)電直接供負載使用。當市電停電時可通過逆變器逆變成交流電供能源發(fā)展總部大樓內部負載使用，可維持200kw系統(tǒng)用電約4.6h。

（3）水源熱泵：馬來西亞年平均氣溫在25℃～28℃之間，Pantai地下廠采用帶熱回收功能的水冷冷水機組，污水先將冷量傳遞給清潔水（起中介導熱作用，又稱中介水），中介水再進入熱泵機組進行冷量轉換。

水廠建筑面積約3453 m²，采用閉式污水源熱泵機組系統(tǒng)，設計冷凍水進出水溫：12/7℃，冷卻水進水水溫：30/35℃，部分熱回收進出水溫：40/45℃，系統(tǒng)總制冷量（綜合樓、門衛(wèi)）450kw；總制熱量87kw，供熱水為30m³/h，熱水溫度45℃。

Pantai地下廠通過采用上述三種節(jié)能技術，在設計水處理能力為32萬m³/d的情況下可實現(xiàn)減碳量8639.2 t/a，其中沼氣利用8259.3t/a；太陽能利用70.8噸/年；水源熱泵309.1 t/a。

3.4 環(huán)境及經濟效益

（1）污水處理廠的操作層在地面以下，充分利用立體空間，同時地面空間能夠綜合利用；處理系統(tǒng)整體設計緊湊，無需考慮綠化及隔離帶等要求，噸水占地指標降低30%~50%。

（2）處理系統(tǒng)整體建于地下，能夠良好消除噪聲、臭氣、污水、污泥等因素對周邊環(huán)境及居民生產生活的影響；同時，公園式地面的利用，能夠很好提升環(huán)境景觀效果和使用功能。

（3）結合污水處理廠出水的靈活應用，能夠很好滿足現(xiàn)代居民的生活需求，極大提升周邊土地價值，促進周圍區(qū)域發(fā)展規(guī)劃，節(jié)省大量管網及其他建設投資，與可持續(xù)城市發(fā)展思路相協(xié)調。

4 結語

在城市用地日趨緊張的局面下，地下式污水處理廠成為城市污水處理工程的新選擇，在解決城市污水問題的同時，又不會影響周邊土地使用價值，而且能夠起到促進周邊區(qū)域發(fā)展規(guī)劃、提升周邊地塊經濟價值的作用。Pantai第二污水處理廠作為地下式污水處理技術的成功案例，其設計方案采用改良A²O工藝、周進周出矩形沉淀池、再生水回用等多項先進處理工藝，確保污水處理系統(tǒng)的高效穩(wěn)定運行，滿足污水排放及回用標準；同時沼氣發(fā)電、太陽能發(fā)電、水源熱泵等綠色節(jié)能技術的設計應用，又充分體現(xiàn)出綠色環(huán)保理念，使其成為世界一流的現(xiàn)代化污水處理工程典范。