作者｜零COD
各位水友们好，这是我给大家带来的国外污水厂系列文章的第15篇。
今天想和大家一起来看看“花园之国”新加坡是如何处理污水的。
樟宜（Changi）水回收厂是新加坡目前最大，最现代化的污水厂，每天的处理量约为80万吨。
它集合了当前污水厂几乎所有先进的技术，采用主流厌氧氨氧化工艺处理污水，经过处理后的污水可以直接排入自然水体，或者输送到新生水厂，进一步处理成高度净化的新生水（NEWater）。
为节省空间，樟宜水回收厂的处理设施采用堆叠式设计，是世界首创，同时也是新加坡最深入地底的挖掘项目（设防渗墙）之一。
此外，美国一些水厂一直在做的深邃项目也能够在樟宜找到——深隧道污水系统(DTSS)，该系统为跨岛深隧道，能够截留所有污水，将其送至相应的水厂。
话不多说，下面就直接开始正文部分啦▼
01
樟宜水回收厂概况
在开头我们提到，樟宜水回收厂是新加坡最大，最先进的水再生设施，该工厂每天可处理80万吨的废水，占地面积约32万平方米，部分设施建造在地下，并堆叠在一起，以实现最大的紧凑性并优化土地使用。
樟宜水回收厂其实只是深层隧道污水处理系统（DTSS）的一部分，由新加坡公用事业局（PUB）运营，整个系统耗资约合30亿美元（约210亿人民币）。
进入DTSS系统的每一滴用过的水都可以被收集，处理并进一步净化为NEWater（新加坡自己的再生水品牌，被视为新加坡水可持续性的支柱，目前满足该国总用水需求的30％）。
樟宜水回收厂全貌
DTSS分两个阶段进行开发，包括两个大型深水隧道，两个集中式水回收厂（樟宜就是其中之一），深海排污管和下水道网络。
DTSS的第一阶段于2008年完成，除了樟宜水回收厂外，第一阶段还包括一条从Kranji到樟宜的48公里的地下隧道，60公里的连接下水道和两条5公里长的深海排污管。
DTSS的第二阶段将包括南隧道及其连接的下水道网络，新加坡西南部的另一个水回收厂和深海排污口。（于2016年开始建设，预计到2045年，现有的泵站和填海厂预计将停用。）
DTSS深邃系统内部
02
樟宜水回收厂处理过程
前面给大家简单说了一下DTSS系统和樟宜水回收厂的大致情况，相信大家一定很想知道这个污水厂到底是如何工作的，下面我就来给大家说一说。
樟宜水回收厂的处理过程一共分成三个部分，首先是核心处理单元，废水在这里被处理至达到国际标准。
由于新加坡淡水资源紧缺，所以一部分处理水会进入NEWater再生厂做进一步处理以生产高度净化的再生水。
污泥会和其他水厂输送来的污泥一起进入污泥处理设施，通过浓缩、消化和高温干燥脱水等过程减少污泥体积。
具体流程见下图。▼
樟宜水回收厂处理流程图
来自DTSS深邃管道的污水首先进入DTSS泵站，泵站的深度约为60m，每个泵站都安装了五个进水泵和粗格栅，总抽水能力为600,000立方米/天。
废水处理过程
废水由DTSS泵站送至樟宜水回收厂处理设施后，首先进入预处理过程，采用格栅以去除大的固体污染物。
DTSS进水泵站内部
接着，污水被泵入转移到废水处理的核心建筑。建筑内包括初沉池、生物池和二沉池，整个建筑采用堆叠式设计，池体位于地下，更好的利用了土地资源和方便气味控制。
废水首先进入初沉池，在这里，废水中存在的重颗粒以污泥的形式沉淀在底部，油脂则浮在表面，通过缓慢移动的刮臂将这些固体和油脂除去。
去除较重的有机颗粒后，废水被送入生物反应池中，在其中利用微生物将杂质和胶体有机物分解。具体工艺见下图。▼
樟宜污水厂阶段式生物工艺
废水中天然存在的微生物有助于消耗和分解悬浮在废水中的杂质和胶体有机物。
好氧区的空气从生物池底部的扩散器释放，以提供好氧状态，有利于微生物生长和聚集。
经生物池处理过的废水接着被送至二沉池，以使废水中的活性污泥或微生物沉降下来。这些沉淀物有些被回收到生物池中，有些被送至污泥处理设施。
经过处理的废水从二沉池通过约5千米长的深海排污管（直径约3m，低于海平面约35m）排入新加坡海峡。
NEWater再生水厂
由于新加坡淡水资源匮乏，海水淡化成本极高，所以一部分的处理水需要转移到NEWater再生水厂进行进一步处理。
在NEWater工厂，再生水被进一步净化，并使用先进的膜技术和紫外技术使其适合饮用。
目前，新加坡有四家NEWater再生水厂，位于樟宜污水厂的NEWater再生水厂是其中最新的也是最大的工厂，它于2010年5月开放，每天处理量约为20万吨。
NEWater被视为新加坡水可持续性的支柱，目前满足该国总需水量的30％。
污泥处理及热电联产设施
从沉淀池中收集污泥的处理过程是与水处理一起进行的，污泥首先经过重力浓缩后，进入消化罐。
污泥消化罐
在消化罐中，特殊的微生物会分解并稳定污泥，大约20或30天后，污泥的体积减小，可以进行脱水和干燥。
分解的有用副产物是沼气，沼气富含甲烷，可以用作污泥干燥机的燃料以干燥污泥。
消化后的污泥被送至焚烧炉中（在850-1000摄氏度之间燃烧），焚化过程中释放的能量用于在锅炉中产生蒸汽。
然后，将这些蒸汽用于涡轮机中以发电。
污泥干燥机
自动化工程技术控制
樟宜水回收厂除了上述的特色以外，还被认为是非常现代化的污水厂，这正是因为该厂的自动化工程技术的应用。
在污水厂的运营中，由于各个处理过程使用的设备制造商不同，往往会提供不同的监测或校准工具，这对于水厂的运营人员而言，这意味着他们必须熟悉大量维护过程并操作不同的昂贵设备。
此外，如果服务人员无法准确获得维护和管理的实时信息，当不同的系统或通信协议并行运行时，情况更加复杂。
于是，樟宜水回收厂采用了现场设备工具服务器（FDT）将现场的所有PA仪器（如压力变送器，温度变送器，液位变送器和定位器）统一控制并能够随时通过总线网络传输到水厂的控制室。
FDT技术控制
FDT定义了现场设备供应商与分布式控制系统的工程工具之间的接口，但并不影响现场设备本身。
通过该技术，来自15个不同制造商的仪器能够在樟宜水回收厂内协同工作，其中包括施耐德电气、西门子、Vega、横河等公司的设备。
另外，樟宜水回收厂的深邃项目也非常成功，该隧道几乎覆盖了新加坡的全部居民生活区。不过在这里我就不具体介绍深邃的原理和用途了（因为樟宜并不算是深邃项目的典范），感兴趣的水友可以阅读我之前的文章（深邃典范——美国密尔沃基污水厂），里面详细介绍了深邃的工作原理，并附有视频讲解。
03
樟宜水回收厂处理效果
说完了樟宜水回收厂的处理过程，自然接着就要说一说它的处理效果了。
樟宜水回收厂处理效果表
从上表中我们可以看到，樟宜水回收厂对于BOD和总氮的去除效果很好，去除率分别能达到97%和86%。
尽管对COD和总磷的去除率并不算太高，但对于首个实现活性污泥PN/A工艺的污水厂来说，这个出水效果已经很好了（即使是能耗完全自给的先驱水厂Strass水厂也没有稳定的实现全程自养脱氮）。
樟宜水回收厂分段进水生物脱氮工艺平衡分析
上图为樟宜水回收厂生物系统总脱氮比例，可以看到过程中的脱氮两种过程并存（常规异养反硝化和短程亚硝化-厌氧氨氧化过程），两者的总脱氮量可达到约65%，其中厌氧氨氧化的贡献率更高。
根据2016年曹业始博士发表的论文中，对TN的物料衡算分析结论是，主流自养脱氮过程贡献了62%。
樟宜水回收厂出水硝态氮与传统生物脱氮效果对比
其实，在我上次分析strass水厂的文章中就提到过，对于实现主流厌氧氨氧化，保持污水温度是非常重要的。
这也是樟宜水回收厂独特的地理区位优势：新加坡地处热带，常年污水温度保持在27-32度，这种水温是其实现PN/A工艺的先天优势。
因为该厂好氧SRT只有2.5d左右，这为实现稳定的亚硝化过程的关键原因；系统总SRT只有5天，就可以实现PN/A过程，这在其他地域是不可想象的。
比如，国内污水厂根本无法效仿这条技术路线（除非设计规范和排放出水水质指标进行调整）。即便南方地区也很难实现，因为目前的设计SRT都是在15d以上，这种条件下NOB很难抑制。
04
总结
樟宜水回收厂作为新加坡近年新建的水厂，在国际上也非常具有代表性，它不仅仅是新加坡最大最先进的污水厂，更是世界上首个实现主流厌氧氨氧化的污水厂。
所以，樟宜项目的成功，除了得益于当地的热带自然条件，还有一个重要的原因——PUB（新加坡公用事业局）的强大的国际一流的应用型研究技术团队和卓有成效的研究，这个技术团队的研究方向与国际紧密接轨。
对于其他污水厂来说，未来的主流厌氧氨氧化在低水温地区的应用还要很长路要走，水温从30度到10度，Anammox的比活性要降低10倍，这个技术瓶颈目前还没有突破。
在中国大多数地域，一年水温变化较大，在主流实现ANAMMOX稳定过程的路还很遥远。
此外，樟宜水回收厂也是DTSS系统的核心部分，整个系统包括废水的收集、输送、处理和水再生，其中的技术包括管道系统、深邃项目、污水处理（樟宜水回收厂）和NEWater再生水处理，其中缺一不可。
中国如今在上海、广州、武汉等地也在着手建设这类污水处理项目（建设深邃项目），但目前都属于试行和建设阶段。