新加坡再生水廠能耗目標(biāo)及其技術(shù)發(fā)展方向
新加坡再生水廠能耗目標(biāo)及其技術(shù)發(fā)展方向
郝曉地，孟祥挺，付昆明
(北京建筑大學(xué)城市雨水系統(tǒng)與水環(huán)境省部共建教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,北京100044)
摘要：新加坡土地緊缺、資源匱乏，而其所創(chuàng)造出的經(jīng)濟(jì)奇跡令世界刮目相看。這其中，新加坡對(duì)水的重視是保證其經(jīng)濟(jì)可持續(xù)發(fā)展的堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。每年一度的新加坡國(guó)際水周（SIWW）和著名的李光耀“水源大獎(jiǎng)”吸引著全球水資源、水處理專家、學(xué)者共赴盛會(huì)。這就為新加坡再生水發(fā)展計(jì)劃提供了得天獨(dú)厚的技術(shù)咨詢與支持條件，使他們（新加坡公用事業(yè)局，PUB）審時(shí)度勢(shì)地制定出能源自給自足三階段發(fā)展目標(biāo)，并根據(jù)自身環(huán)境特點(diǎn)和地理優(yōu)勢(shì)篩選出適宜技術(shù)。至2030年，新加坡將通過(guò)改造、關(guān)閉、新建再生水廠，與國(guó)際同步，以漸進(jìn)方式最終逼近碳中和運(yùn)行目標(biāo)。
針對(duì)隨著污水處理量的增加，污水廠能耗也會(huì)順勢(shì)攀升的趨勢(shì)，新加坡公用事業(yè)局（PUB）正著眼于技術(shù)升級(jí)和設(shè)備改造，以適應(yīng)未來(lái)再生水廠的應(yīng)用需要。PUB 制定出3個(gè)關(guān)鍵評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)：出水水質(zhì)、能源可持續(xù)性、環(huán)境可持續(xù)性，用以考察技術(shù)升級(jí)和設(shè)備改造可否取得預(yù)期階段性控制目標(biāo)�；诖藰�(biāo)準(zhǔn)，分析相關(guān)污水處理技術(shù)水平和節(jié)能降耗效果，已制定出污水處理工藝能源自給率三階段目標(biāo)：①近期目標(biāo)（2017年）——改造棕色水廠（Brownfield）。②短期目標(biāo)（2022年）——關(guān)閉部分棕色水廠，新建綠色水廠（Greenfield）。③長(zhǎng)期目標(biāo)——未來(lái)綠色水廠（Greenfield）。利用目前實(shí)驗(yàn)室中試技術(shù)（或建議技術(shù)），使能源自給率超過(guò)100%，并降低剩余污泥產(chǎn)量。
1 棕色水廠改造案例（烏魯班丹再生水廠）
棕色水廠改造將在未來(lái)5年內(nèi)集中進(jìn)行，通過(guò)技術(shù)升級(jí)和設(shè)備改造去實(shí)現(xiàn)40%的能源自給率計(jì)劃目標(biāo)。目前，新加坡共有4座再生水廠：樟宜、裕廊、克蘭芝及烏魯班丹。其中，裕廊再生水廠和烏魯班丹再生水廠計(jì)劃于2022年前關(guān)閉，樟宜再生水廠在技術(shù)升級(jí)和設(shè)備改造后將繼續(xù)運(yùn)行。再生水廠改造主要包括基礎(chǔ)設(shè)備改造和工藝改造兩部分，其中基礎(chǔ)設(shè)備改造主要以提升設(shè)備效率、降低能耗為手段，以達(dá)節(jié)能降耗目標(biāo)。工藝改造則以增加側(cè)流ANAMMOX自養(yǎng)脫氮工藝、MBR及污泥預(yù)處理手段為主，以降低能耗。
目前，新加坡計(jì)劃改造烏魯班丹再生水廠。烏魯班丹再生水廠1961年開(kāi)始運(yùn)行，經(jīng)過(guò)擴(kuò)建和升級(jí)改造，目前為新加坡第二大再生水處理廠。為簡(jiǎn)化能耗計(jì)算，再生水廠工藝流程全部被視作A/O工藝，如圖１所示。
圖1 烏魯班丹再生水廠簡(jiǎn)化處理流程
烏魯班丹再生水廠改造將從減少能耗，增加產(chǎn)電量入手。具體工藝改造措施包括:對(duì)污泥實(shí)施預(yù)處理、采用MBR工藝、增加側(cè)流ANAMMOX工藝（見(jiàn)圖2）。備升級(jí)措施為:采用高效智能化控制、通過(guò)變頻器與進(jìn)口葉輪控制優(yōu)化鼓風(fēng)機(jī)效率并應(yīng)用微孔曝氣；同時(shí)，利用高效沼氣發(fā)電機(jī)代替原有雙燃料發(fā)電機(jī)，以提高產(chǎn)電量。
圖2 烏魯班丹再生水廠計(jì)劃改造工藝
2 新建綠色水廠案例（大士再生水廠設(shè)計(jì)）
在未來(lái)5~10年中，新加坡PUB將建設(shè)能源自給率更高的再生水廠，以達(dá)到其設(shè)定的短期目標(biāo)。新建再生水廠工藝選擇主要參考三方面內(nèi)容：①將進(jìn)水中有機(jī)物（COD）先于生物處理工藝截留并轉(zhuǎn)化為能源（CH4）；②減少生物處理曝氣的使用量；③提升水廠能源產(chǎn)量。新建再生水廠除優(yōu)先采用MBR、側(cè)流ANAMMOX、污泥預(yù)處理等技術(shù)外，同時(shí)還將考慮采用生物強(qiáng)化吸附預(yù)處理（Bio-EPT）、升流式厭氧污泥床（UASB）、短程反硝化（Nitrite-shunt）工藝，并考慮廚余垃圾厭氧共消化技術(shù)（Food waste co digestion），進(jìn)一步提高水廠能源自給率。
目前，新加坡PUB正計(jì)劃建造大士再生水廠，將于2016年開(kāi)工新建，并于2022年投入運(yùn)行，其工藝流程如圖3所示。
圖3 大士再生水廠生活污水處理工藝
3 長(zhǎng)期目標(biāo)——未來(lái)綠色水廠
新加坡未來(lái)綠色水廠目標(biāo)是，2030年后達(dá)到能源自給自足、實(shí)現(xiàn)碳中和運(yùn)行目標(biāo)。兩個(gè)再生水廠工藝方案目前正在實(shí)驗(yàn)室中進(jìn)行測(cè)試。在長(zhǎng)期目標(biāo)中，主流ANAMMOX工藝是最有可能實(shí)現(xiàn)再生水廠能源自給自足的保障工藝。為此，新加坡將加大對(duì)這一工藝的研究力度。
4 結(jié)語(yǔ)
新加坡在解決水的問(wèn)題上與國(guó)際同步，其污水不僅僅是處理而是再生回用的思路也源于國(guó)際可持續(xù)水處理技術(shù)理念，所采用和將要升級(jí)改造的技術(shù)也與國(guó)際并齊。雖然新加坡目前再生水廠數(shù)量有限，能源、資源回收率還不是很高，但是新加坡PUB已向國(guó)際看齊，在能源自給率上已制定出分階段實(shí)施目標(biāo)和應(yīng)用技術(shù)，并計(jì)劃在2030年后全面實(shí)現(xiàn)其再生水廠能源自給率達(dá)100%，達(dá)到碳中和運(yùn)行目標(biāo)。新加坡ＰＵＢ的再生水廠發(fā)展思路、技術(shù)路線、預(yù)期目標(biāo)對(duì)我國(guó)未來(lái)污水處理技術(shù)發(fā)展方向也有一定的思想啟迪。
（本文將發(fā)表于《中國(guó)給水排水》雜志2014年第24期“本刊特稿”欄目）
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