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實驗室,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)濟奇跡令世界刮目相看。這其中，新加坡對水的重視是保證其經(jīng)濟可持續(xù)發(fā)展的堅實基礎(chǔ)。每年一度的新加坡國際水周（SIWW）和著名的李光耀“水源大獎”吸引著全球水資源、水處理專家、學(xué)者共赴盛會。這就為新加坡再生水發(fā)展計劃提供了得天獨厚的技術(shù)咨詢與支持條件，使他們（新加坡公用事業(yè)局，PUB）審時度勢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)境特點和地理優(yōu)勢篩選出適宜技術(shù)。至2030年，新加坡將通過改造、關(guān)閉、新建再生水廠，與國際同步，以漸進方式最終逼近碳中和運行目標(biāo)。

針對隨著污水處理量的增加，污水廠能耗也會順勢攀升的趨勢，新加坡公用事業(yè)局（PUB）正著眼于技術(shù)升級和設(shè)備改造，以適應(yīng)未來再生水廠的應(yīng)用需要。PUB 制定出3個關(guān)鍵評價標(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)升級和設(shè)備改造可否取得預(yù)期階段性控制目標(biāo)�；�于此標(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長期目標(biāo)——未來綠色水廠（Greenfield）。利用目前實驗室中試技術(shù)（或建議技術(shù)），使能源自給率超過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5年內(nèi)集中進行，通過技術(shù)升級和設(shè)備改造去實現(xiàn)40%的能源自給率計劃目標(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劃于2022年前關(guān)閉，樟宜再生水廠在技術(shù)升級和設(shè)備改造后將繼續(xù)運行。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，新加坡計劃改造烏魯班丹再生水廠。烏魯班丹再生水廠1961年開始運行，經(jīng)過擴建和升級改造，目前為新加坡第二大再生水處理廠。為簡化能耗計算，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:對污泥實施預(yù)處理、采用MBR工藝、增加側(cè)流ANAMMOX工藝（見圖2）。備升級措施為:采用高效智能化控制、通過變頻器與進口葉輪控制優(yōu)化鼓風(fēng)機效率并應(yīng)用微孔曝氣；同時，利用高效沼氣發(fā)電機代替原有雙燃料發(fā)電機，以提高產(chǎn)電量。

圖2 烏魯班丹再生水廠計劃改造工藝

2 新建綠色水廠案例（大士再生水廠設(shè)計）

在未來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將進水中有機物（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，同時還將考慮采用生物強化吸附預(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），進一步提高水廠能源自給率。

目前，新加坡PUB正計劃建造大士再生水廠，將于2016年開工新建，并于2022年投入運行，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 長期目標(biāo)——未來綠色水廠

新加坡未來綠色水廠目標(biāo)是，2030年后達到能源自給自足、實現(xiàn)碳中和運行目標(biāo)。兩個再生水廠工藝方案目前正在實驗室中進行測試。在長期目標(biāo)中，主流ANAMMOX工藝是最有可能實現(xiàn)再生水廠能源自給自足的保障工藝。為此，新加坡將加大對這一工藝的研究力度。

4 結(jié)語

新加坡在解決水的問題上與國際同步，其污水不僅僅是處理而是再生回用的思路也源于國際可持續(xù)水處理技術(shù)理念，所采用和將要升級改造的技術(shù)也與國際并齊。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已向國際看齊，在能源自給率上已制定出分階段實施目標(biāo)和應(yīng)用技術(shù)，并計劃在2030年后全面實現(xiàn)其再生水廠能源自給率達100%，達到碳中和運行目標(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)對我國未來污水處理技術(shù)發(fā)展方向也有一定的思想啟迪。

（本文將發(fā)表于《中國給水排水》雜志2014年第24期“本刊特稿”欄目）

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