新加坡再生水廠能耗目標及其技術發(fā)展方向
新加坡再生水廠能耗目標及其技術發(fā)展方向
郝曉地，孟祥挺，付昆明
(北京建筑大學城市雨水系統(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濟可持續(xù)發(fā)展的堅實基礎。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，并根據自身環(huán)境特點和地理優(yōu)勢篩選出適宜技術。至2030年，新加坡將通過改造、關閉、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。
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）正著眼于技術升級和設備改造，以適應未來再生水廠的應用需要。PUB 制定出3個關鍵評價標準：出水水質、能源可持續(xù)性、環(huán)境可持續(xù)性，用以考察技術升級和設備改造可否取得預期階段性控制目標�；诖藰藴�，分析相關污水處理技術水平和節(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：①近期目標（2017年）——改造棕色水廠（Brownfield）。②短期目標（2022年）——關閉部分棕色水廠，新建綠色水廠（Greenfield）。③長期目標——未來綠色水廠（Greenfield）。利用目前實驗室中試技術（或建議技術），使能源自給率超過100%，并降低剩余污泥產量。
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年內集中進行，通過技術升級和設備改造去實現(xiàn)40%的能源自給率計劃目標。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年前關閉，樟宜再生水廠在技術升級和設備改造后將繼續(xù)運行。再生水廠改造主要包括基礎設備改造和工藝改造兩部分，其中基礎設備改造主要以提升設備效率、降低能耗為手段，以達節(jié)能降耗目標。工藝改造則以增加側流ANAMMOX自養(yǎng)脫氮工藝、MBR及污泥預處理手段為主，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，增加產電量入手。具體工藝改造措施包括:對污泥實施預處理、采用MBR工藝、增加側流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)化鼓風機效率并應用微孔曝氣；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（大士再生水廠設計）
在未來5~10年中，新加坡PUB將建設能源自給率更高的再生水廠，以達到其設定的短期目標。新建再生水廠工藝選擇主要參考三方面內容：①將進水中有機物（COD）先于生物處理工藝截留并轉化為能源（CH4）；②減少生物處理曝氣的使用量；③提升水廠能源產量。新建再生水廠除優(yōu)先采用MBR、側流ANAMMOX、污泥預處理等技術外，同時還將考慮采用生物強化吸附預處理（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（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——未來綠色水廠
新加坡未來綠色水廠目標是，2030年后達到能源自給自足、實現(xiàn)碳中和運行目標。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)水處理技術理念，所采用和將要升級改造的技術也與國際并齊。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和應用技術，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。新加坡ＰＵＢ的再生水廠發(fā)展思路、技術路線、預期目標對我國未來污水處理技術發(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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