作者｜零COD
各位水友們好，這是我給大家帶來的國外汙水廠系列文章的第15篇。
今天想和大家一起來看看“花園之國”新加坡是如何處理汙水的。
樟宜（Changi）水回收廠是新加坡目前最大，最現代化的汙水廠，每天的處理量約爲80萬噸。
它集合了當前汙水廠幾乎所有先進的技術，采用主流厭氧氨氧化工藝處理汙水，經過處理後的汙水可以直接排入自然水體，或者輸送到新生水廠，進一步處理成高度淨化的新生水（NEWater）。
爲節省空間，樟宜水回收廠的處理設施采用堆疊式設計，是世界首創，同時也是新加坡最深入地底的挖掘項目（設防滲牆）之一。
此外，美國一些水廠一直在做的深邃項目也能夠在樟宜找到——深隧道汙水系統(DTSS)，該系統爲跨島深隧道，能夠截留所有汙水，將其送至相應的水廠。
話不多說，下面就直接開始正文部分啦▼
01
樟宜水回收廠概況
在開頭我們提到，樟宜水回收廠是新加坡最大，最先進的水再生設施，該工廠每天可處理80萬噸的廢水，占地面積約32萬平方米，部分設施建造在地下，並堆疊在一起，以實現最大的緊湊性並優化土地使用。
樟宜水回收廠其實只是深層隧道汙水處理系統（DTSS）的一部分，由新加坡公用事業局（PUB）運營，整個系統耗資約合30億美元（約210億人民幣）。
進入DTSS系統的每一滴用過的水都可以被收集，處理並進一步淨化爲NEWater（新加坡自己的再生水品牌，被視爲新加坡水可持續性的支柱，目前滿足該國總用水需求的30％）。
樟宜水回收廠全貌
DTSS分兩個階段進行開發，包括兩個大型深水隧道，兩個集中式水回收廠（樟宜就是其中之一），深海排汙管和下水道網絡。
DTSS的第一階段于2008年完成，除了樟宜水回收廠外，第一階段還包括一條從Kranji到樟宜的48公裏的地下隧道，60公裏的連接下水道和兩條5公裏長的深海排汙管。
DTSS的第二階段將包括南隧道及其連接的下水道網絡，新加坡西南部的另一個水回收廠和深海排汙口。（于2016年開始建設，預計到2045年，現有的泵站和填海廠預計將停用。）
DTSS深邃系統內部
02
樟宜水回收廠處理過程
前面給大家簡單說了一下DTSS系統和樟宜水回收廠的大致情況，相信大家一定很想知道這個汙水廠到底是如何工作的，下面我就來給大家說一說。
樟宜水回收廠的處理過程一共分成三個部分，首先是核心處理單元，廢水在這裏被處理至達到國際標准。
由于新加坡淡水資源緊缺，所以一部分處理水會進入NEWater再生廠做進一步處理以生産高度淨化的再生水。
汙泥會和其他水廠輸送來的汙泥一起進入汙泥處理設施，通過濃縮、消化和高溫幹燥脫水等過程減少汙泥體積。
具體流程見下圖。▼
樟宜水回收廠處理流程圖
來自DTSS深邃管道的汙水首先進入DTSS泵站，泵站的深度約爲60m，每個泵站都安裝了五個進水泵和粗格柵，總抽水能力爲600,000立方米/天。
廢水處理過程
廢水由DTSS泵站送至樟宜水回收廠處理設施後，首先進入預處理過程，采用格柵以去除大的固體汙染物。
DTSS進水泵站內部
接著，汙水被泵入轉移到廢水處理的核心建築。建築內包括初沉池、生物池和二沉池，整個建築采用堆疊式設計，池體位于地下，更好的利用了土地資源和方便氣味控制。
廢水首先進入初沉池，在這裏，廢水中存在的重顆粒以汙泥的形式沉澱在底部，油脂則浮在表面，通過緩慢移動的刮臂將這些固體和油脂除去。
去除較重的有機顆粒後，廢水被送入生物反應池中，在其中利用微生物將雜質和膠體有機物分解。具體工藝見下圖。▼
樟宜汙水廠階段式生物工藝
廢水中天然存在的微生物有助于消耗和分解懸浮在廢水中的雜質和膠體有機物。
好氧區的空氣從生物池底部的擴散器釋放，以提供好氧狀態，有利于微生物生長和聚集。
經生物池處理過的廢水接著被送至二沉池，以使廢水中的活性汙泥或微生物沉降下來。這些沉澱物有些被回收到生物池中，有些被送至汙泥處理設施。
經過處理的廢水從二沉池通過約5千米長的深海排汙管（直徑約3m，低于海平面約35m）排入新加坡海峽。
NEWater再生水廠
由于新加坡淡水資源匮乏，海水淡化成本極高，所以一部分的處理水需要轉移到NEWater再生水廠進行進一步處理。
在NEWater工廠，再生水被進一步淨化，並使用先進的膜技術和紫外技術使其適合飲用。
目前，新加坡有四家NEWater再生水廠，位于樟宜汙水廠的NEWater再生水廠是其中最新的也是最大的工廠，它于2010年5月開放，每天處理量約爲20萬噸。
NEWater被視爲新加坡水可持續性的支柱，目前滿足該國總需水量的30％。
汙泥處理及熱電聯産設施
從沉澱池中收集汙泥的處理過程是與水處理一起進行的，汙泥首先經過重力濃縮後，進入消化罐。
汙泥消化罐
在消化罐中，特殊的微生物會分解並穩定汙泥，大約20或30天後，汙泥的體積減小，可以進行脫水和幹燥。
分解的有用副産物是沼氣，沼氣富含甲烷，可以用作汙泥幹燥機的燃料以幹燥汙泥。
消化後的汙泥被送至焚燒爐中（在850-1000攝氏度之間燃燒），焚化過程中釋放的能量用于在鍋爐中産生蒸汽。
然後，將這些蒸汽用于渦輪機中以發電。
汙泥幹燥機
自動化工程技術控制
樟宜水回收廠除了上述的特色以外，還被認爲是非常現代化的汙水廠，這正是因爲該廠的自動化工程技術的應用。
在汙水廠的運營中，由于各個處理過程使用的設備制造商不同，往往會提供不同的監測或校准工具，這對于水廠的運營人員而言，這意味著他們必須熟悉大量維護過程並操作不同的昂貴設備。
此外，如果服務人員無法准確獲得維護和管理的實時信息，當不同的系統或通信協議並行運行時，情況更加複雜。
于是，樟宜水回收廠采用了現場設備工具服務器（FDT）將現場的所有PA儀器（如壓力變送器，溫度變送器，液位變送器和定位器）統一控制並能夠隨時通過總線網絡傳輸到水廠的控制室。
FDT技術控制
FDT定義了現場設備供應商與分布式控制系統的工程工具之間的接口，但並不影響現場設備本身。
通過該技術，來自15個不同制造商的儀器能夠在樟宜水回收廠內協同工作，其中包括施耐德電氣、西門子、Vega、橫河等公司的設備。
另外，樟宜水回收廠的深邃項目也非常成功，該隧道幾乎覆蓋了新加坡的全部居民生活區。不過在這裏我就不具體介紹深邃的原理和用途了（因爲樟宜並不算是深邃項目的典範），感興趣的水友可以閱讀我之前的文章（深邃典範——美國密爾沃基汙水廠），裏面詳細介紹了深邃的工作原理，並附有視頻講解。
03
樟宜水回收廠處理效果
說完了樟宜水回收廠的處理過程，自然接著就要說一說它的處理效果了。
樟宜水回收廠處理效果表
從上表中我們可以看到，樟宜水回收廠對于BOD和總氮的去除效果很好，去除率分別能達到97%和86%。
盡管對COD和總磷的去除率並不算太高，但對于首個實現活性汙泥PN/A工藝的汙水廠來說，這個出水效果已經很好了（即使是能耗完全自給的先驅水廠Strass水廠也沒有穩定的實現全程自養脫氮）。
樟宜水回收廠分段進水生物脫氮工藝平衡分析
上圖爲樟宜水回收廠生物系統總脫氮比例，可以看到過程中的脫氮兩種過程並存（常規異養反硝化和短程亞硝化-厭氧氨氧化過程），兩者的總脫氮量可達到約65%，其中厭氧氨氧化的貢獻率更高。
根據2016年曹業始博士發表的論文中，對TN的物料衡算分析結論是，主流自養脫氮過程貢獻了62%。
樟宜水回收廠出水硝態氮與傳統生物脫氮效果對比
其實，在我上次分析strass水廠的文章中就提到過，對于實現主流厭氧氨氧化，保持汙水溫度是非常重要的。
這也是樟宜水回收廠獨特的地理區位優勢：新加坡地處熱帶，常年汙水溫度保持在27-32度，這種水溫是其實現PN/A工藝的先天優勢。
因爲該廠好氧SRT只有2.5d左右，這爲實現穩定的亞硝化過程的關鍵原因；系統總SRT只有5天，就可以實現PN/A過程，這在其他地域是不可想象的。
比如，國內汙水廠根本無法效仿這條技術路線（除非設計規範和排放出水水質指標進行調整）。即便南方地區也很難實現，因爲目前的設計SRT都是在15d以上，這種條件下NOB很難抑制。
04
總結
樟宜水回收廠作爲新加坡近年新建的水廠，在國際上也非常具有代表性，它不僅僅是新加坡最大最先進的汙水廠，更是世界上首個實現主流厭氧氨氧化的汙水廠。
所以，樟宜項目的成功，除了得益于當地的熱帶自然條件，還有一個重要的原因——PUB（新加坡公用事業局）的強大的國際一流的應用型研究技術團隊和卓有成效的研究，這個技術團隊的研究方向與國際緊密接軌。
對于其他汙水廠來說，未來的主流厭氧氨氧化在低水溫地區的應用還要很長路要走，水溫從30度到10度，Anammox的比活性要降低10倍，這個技術瓶頸目前還沒有突破。
在中國大多數地域，一年水溫變化較大，在主流實現ANAMMOX穩定過程的路還很遙遠。
此外，樟宜水回收廠也是DTSS系統的核心部分，整個系統包括廢水的收集、輸送、處理和水再生，其中的技術包括管道系統、深邃項目、汙水處理（樟宜水回收廠）和NEWater再生水處理，其中缺一不可。
中國如今在上海、廣州、武漢等地也在著手建設這類汙水處理項目（建設深邃項目），但目前都屬于試行和建設階段。
