【題記】 Pantai第二污水處理廠項目是馬來西亞境內(nèi)第一座地下式污水處理廠，設(shè)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(shè)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(shù)，既滿足了污水處理廠的穩(wěn)定運行和達標(biāo)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(shè)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(wù)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(shè)施一般建設(shè)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(chǎn)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(shè)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(shè)計理念、綠色節(jié)能的環(huán)保技術(shù)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(shè)計為實例，介紹其主要設(shè)計參數(shù)、設(shè)計特點、綠色節(jié)能技術(shù)，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(wù)集團中標(biāo)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(wù)人口87.7萬人，實際服務(wù)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(wǎng)滲透量增加20%～40%。此外，未封閉的建筑結(jié)構(gòu)也對周邊環(huán)境產(chǎn)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(jié)構(gòu)，設(shè)計規(guī)模為32萬m³/d，主要污水處理設(shè)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(jīng)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(shù)。目前項目處于施工階段。

2 工程設(shè)計

2.1 設(shè)計規(guī)模與進出水水質(zhì)

Pantai第二污水處理廠設(shè)計服務(wù)人口140萬人，設(shè)計規(guī)模32萬m³/d�，F(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(chǎn)區(qū)）部分2.6hm²，下部地面構(gòu)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(yīng)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(zhì)指標(biāo)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(shù)和經(jīng)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(gòu)筑物及設(shè)計參數(shù)

Pantai第二污水處理廠主要處理設(shè)施設(shè)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(shè)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(yù)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(shè)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(shè)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(zhì)，采用鋼筋砼結(jié)構(gòu)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(shè)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(biāo)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(shè)計特點

3.1 結(jié)構(gòu)設(shè)計

Pantai第二污水處理廠各構(gòu)筑物單元在空間分布上結(jié)構(gòu)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(diào)節(jié)池、改良A²O、二沉池、提升泵房及鼓風(fēng)機房；地下負一層作為附屬生產(chǎn)區(qū)、工藝設(shè)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(jié)構(gòu)設(shè)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(jié)構(gòu)設(shè)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(jié)構(gòu)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(shè)置，所以消防以及通風(fēng)便成為該工程中必須要妥善解決的問題。

整個生產(chǎn)過程為非燃燒物質(zhì)生產(chǎn)，且生產(chǎn)過程中不產(chǎn)生易燃物質(zhì)，全廠實施自動化管理，生產(chǎn)構(gòu)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(nèi)所有（構(gòu)）建筑物嚴格按照《建筑設(shè)計防火規(guī)范》設(shè)計，設(shè)有全廠室外消火栓系統(tǒng)、火災(zāi)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(fēng)方式：工程采用局部排風(fēng)和全面通、排風(fēng)相結(jié)合的送排風(fēng)方式，對地下一層、二層送風(fēng)采用自然補風(fēng)系統(tǒng)（通道門洞、采光通風(fēng)天窗），排風(fēng)采用機械排風(fēng)系統(tǒng)，由28臺噴流誘導(dǎo)風(fēng)機(箱型)和12臺雙速離心風(fēng)機組成。平時通風(fēng)次數(shù)為4次/h，發(fā)生火災(zāi)時的事故通風(fēng)次數(shù)為6次/h。

（4）生產(chǎn)管理區(qū)布置合理：生產(chǎn)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(diào)適應(yīng)：產(chǎn)生臭味的預(yù)處理區(qū)設(shè)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(shè)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(shè)了回流污泥預(yù)脫硝區(qū)，使回流污泥首先進入預(yù)脫硝區(qū)以利于除磷，同時采用了分段進水，以控制和適應(yīng)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(cè)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(shè)計。在相同設(shè)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(jīng)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(zhì)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(shù)

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(shè)計理念，應(yīng)用大量“低能耗、低污染、低排放”綠色節(jié)能技術(shù)，實現(xiàn)資源的再生利用和綠色能源的開發(fā)應(yīng)用。主要綠色節(jié)能技術(shù)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(chǎn)生的剩余活性污泥量為44.8tDS/d干物質(zhì)，污泥經(jīng)厭氧消化后，每天沼氣產(chǎn)量約為9900m³。消化罐內(nèi)沼氣經(jīng)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(shè)備沼氣管線入口處，在氣柜的進口處都設(shè)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(shè)備的腐蝕損壞，經(jīng)過預(yù)處理的沼氣貯存在雙層膜球狀沼氣柜。

貯氣柜內(nèi)沼氣經(jīng)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(chǎn)生的沼氣燃燒發(fā)電，產(chǎn)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(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范設(shè)計，同時滿足馬來西亞國電氣標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范，在Pantai地下廠設(shè)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(chǎn)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(dāng)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(nèi)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(dǎo)熱作用，又稱中介水），中介水再進入熱泵機組進行冷量轉(zhuǎn)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(shè)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(shù)，在設(shè)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(jīng)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(shè)計緊湊，無需考慮綠化及隔離帶等要求，噸水占地指標(biāo)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(chǎn)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(jié)合污水處理廠出水的靈活應(yīng)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(wǎng)及其他建設(shè)投資，與可持續(xù)城市發(fā)展思路相協(xié)調(diào)。

4 結(jié)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(jīng)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(shù)的成功案例，其設(shè)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(biāo)準(zhǔn)；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(shù)的設(shè)計應(yīng)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。