马来西亚Pantai地下式污水处理厂工程设计特点
【题记】 Pantai第二污水处理厂项目是马来西亚境内第一座地下式污水处理厂，设计规模为32万m3/d，在原有氧化塘厂址上改建为地下式污水处理厂。工程设计中采用了改良A2O工艺、周进周出矩形沉淀池、再生水回用等处理工艺，以及沼气发电、太阳能发电、水源热泵等绿色节能技术，既满足了污水处理厂的稳定运行和达标排放，又充分体现出绿色环保理念。
马来西亚Pantai地下式污水处理厂
工程设计特点
邵彦青1,2，侯锋1,2，薛晓飞1,2，李艳萍2，庞洪涛2*
（1.北控水务集团有限公司；
2.北京北华清创环境科技有限公司）
传统污水处理设施一般建设于地面之上，对于城中地上厂而言，污水厂在运行过程中所产生的噪音、臭气、污水、污泥等污染给周围居民身心健康带来不利影响。此外，厂区与周围住宅区、商业区之间需设置隔离带，在浪费土地资源、影响城市形象的同时，制约着周边地块的功能规划、土地价值以及城市发展。为解决城市污水处理与用地紧张之间的矛盾，地下式污水处理厂以其环境和谐的设计理念、绿色节能的环保技术成为解决城市污水问题的新选择。本文以马来西亚Pantai第二污水处理厂工程设计为实例，介绍其主要设计参数、设计特点、绿色节能技术，对地下式污水处理系统所具有的优势进行分析探讨。
1 工程概况
2011年7月，北控水务集团中标Pantai第二污水处理厂项目，合同总金额约9.83亿马币。原Pantai污水处理厂位于马来西亚首都吉隆坡Pantai Utama区，总处理能力22万m3/d，服务人口87.7万人，实际服务人口已达118万，处理能力严重不足。污水收集管线渗漏现象十分严重，与旱季比较，雨季管网渗透量增加20%～40%。此外，未封闭的建筑结构也对周边环境产生十分严重的影响。基于上述问题，在原有氧化塘厂址（占地面积15公顷）上对Pantai污水处理厂进行改建，建成地下式污水处理厂。
改建后的Pantai第二污水处理厂为全地下式结构，设计规模为32万m3/d，主要污水处理设施位于地下，地上建成景观公园。污水处理采用改良A2O工艺，其中部分消毒出水经膜组件过滤后再生回用。污泥采用厌氧消化工艺处理，生物能源沼气用于发电。此外，该厂还采用太阳能发电、水源热泵等多项绿色节能新技术。目前项目处于施工阶段。
2 工程设计
2.1 设计规模与进出水水质
Pantai第二污水处理厂设计服务人口140万人，设计规模32万m3/d。现状氧化塘工艺污水处理厂面积15hm2。改建后的地下污水厂用地面积10.48hm2，其中地面（生产区）部分2.6hm2，下部地面构筑物7.88hm2，较原有地上厂节省大量土地面积，同时具有较高生态效应和景观价值，促进周边地区发展步伐。
Pantai污水厂以去除有机物、SS为主，同时具有脱氮、除磷功能。该污水处理工程的进、出水水质指标如表1所示。
2.2 工艺流程
Pantai第二污水处理厂主体工艺采用旋流沉砂池+改良A2O+矩形沉淀池+紫外消毒，污泥进行厌氧消化，水厂臭气进入生物滤池进行脱臭处理，整套工艺流程简单，运行稳定，管理方便，在技术和经济上都具有优势。Pantai地下厂主要工艺流程如图1所示。
2.3 主要构筑物及设计参数
Pantai第二污水处理厂主要处理设施设计参数如下：
（1）细格栅：渠道数10条，单渠流量0.955m3/s，进栅流速1.0m/s，栅条宽度2mm，栅条间隙5mm。
（2）旋流沉砂池：旋流沉砂池4座，单池容积57.3m3，设计流量458.19m3/min，最大流速0.2m/s，最小停留时间0.5min。
（3）生物处理池：生物处理池包括预脱硝区、厌氧区、缺氧区和好氧区，采用全地下式钢筋混凝土矩型水池。生物处理池共设4组，每组分2格，单组池尺寸：L×B×H=107.1m×38.45m×10m，单组池有效容积32944m³；有效水深8.0m；设计流量：Q=80044m³/d；总停留时间：T=10.3h。
（4）矩形沉淀池：将曝气后混和液进行固液分离，以保证最终出水水质，采用钢筋砼结构周进周出矩形沉淀池。沉淀池共16组，单池有效容积3158.4m³；单池尺寸L×B×H=80.0m×9.4m×7.1m；有效水深4.2m；单池设计流量：833.8m³/h；停留时间：T=3.8h。
（5）UV消毒渠：对二沉池出水消毒，达标后排放，采用钢筋混凝土矩形渠道，顶部盖板。UV消毒渠共1座，分为4条渠，出水粪大肠菌群数≤104个/L。
（6）污泥厌氧消化池：共4座，总池容22400m3，厌氧消化停留时间为20d，进入发电系统沼气量400Nm3/h。
3 设计特点
3.1 结构设计
Pantai第二污水处理厂各构筑物单元在空间分布上结构紧凑，功能分区明确，空间利用率高。地下负二层包括细格栅、旋流沉砂池、隔油池、调节池、改良A2O、二沉池、提升泵房及鼓风机房；地下负一层作为附属生产区、工艺设备操作及检修平台；地面层建有紫外线消毒渠、中水车间、污泥贮池、脱水机房、污泥消化罐、污泥料仓等。Pantai污水厂空间结构设计具有如下特点：
（1）功能分区明确：各功能分区具有明确的界限，各区空间结构设计相对独立，互不影响；
（2）处理流程简捷顺畅：各处理单元的空间结构布局优化，使得总体水处理、污泥处理、再生水处理、臭气收集及处理系统、各线路最为简捷顺畅；
（3）空间运行安全保障：由于该污水处理厂于全地下设置，所以消防以及通风便成为该工程中必须要妥善解决的问题。
整个生产过程为非燃烧物质生产，且生产过程中不产生易燃物质，全厂实施自动化管理，生产构筑物无需要人员值班，主要在办公楼中央控制室值班监控。厂内所有（构）建筑物严格按照《建筑设计防火规范》设计，设有全厂室外消火栓系统、火灾报警系统、消防控制系统以及手提式泡沫灭火系统。
送排风方式：工程采用局部排风和全面通、排风相结合的送排风方式，对地下一层、二层送风采用自然补风系统（通道门洞、采光通风天窗），排风采用机械排风系统，由28台喷流诱导风机(箱型)和12台双速离心风机组成。平时通风次数为4次/h，发生火灾时的事故通风次数为6次/h。
（4）生产管理区布置合理：生产管理区位于厂区地上层，具有良好的外部景观环境及开阔的视野，便于整个污水厂的巡视、运行管理及维护；
（5）各区与周边环境协调适应：产生臭味的预处理区设于地下，污泥处理区集中远离厂外住宅区，并且在地面层公园区种植大量绿植，改善环境，与周边环境更好地融为一体。
3.2 处理工艺先进
Pantai第二污水处理厂的工艺设计中采用了改良A2O工艺、周进周出矩形沉淀池、再生水回用等多项先进处理工艺，使得处理系统能够高效稳定运行。
（1）改良A2O工艺：针对传统A2O的缺点进行改进，即消除回流活性污泥对厌氧区的不利影响并提高其脱氮效率，增设了回流污泥预脱硝区，使回流污泥首先进入预脱硝区以利于除磷，同时采用了分段进水，以控制和适应厌氧区、缺氧区对碳源的利用。
（2）周进周出矩形沉淀池：同侧进出水的矩形沉淀池是圆形辐流式沉淀池的改进形式，在同等池容的情况下比普通平流沉淀池和传统辐流沉淀池的表面水力负荷大、沉淀效率高，且便于一体化设计。在相同设计水量的条件下，矩形沉淀池更加节省占地面积。
（3）再生水回用：二沉池出水经超滤+臭氧工艺深度处理后作为“第二水源”进入公园景观水体系统，再生水水质能够完全满足景观用水要求，实现水资源循环利用，缓解用水紧张的局面。
3.3 绿色节能技术
Pantai第二污水处理厂改造方案中充分体现出了绿色节能、环境友好的设计理念，应用大量“低能耗、低污染、低排放”绿色节能技术，实现资源的再生利用和绿色能源的开发应用。主要绿色节能技术包括：沼气发电、太阳能发电、水源热泵等。
（1）沼气发电：水厂所产生的剩余活性污泥量为44.8tDS/d干物质，污泥经厌氧消化后，每天沼气产量约为9900m3。消化罐内沼气经收集后，通过沼气管道进入沼气砾石过滤器进行冷凝水的去除（在沼气锅炉、沼气火炬、脱硫塔等重要设备沼气管线入口处，在气柜的进口处都设置冷凝水去除器。），随后进入生物脱硫塔去除硫化氢，以减少对管道和设备的腐蚀损坏，经过预处理的沼气贮存在双层膜球状沼气柜。
贮气柜内沼气经过滤干燥加压后，送入热电联供沼气发电机组，将厌氧消化产生的沼气燃烧发电，产生的电能可供污水处理厂使用；沼气发电机组排出的冷却水和废气中的热量通过热回收装置进行回收，用于加热厌氧消化的污泥。
采用沼气发电机发电，每小时可发电972kW，可回收热能约104万Kcal/h，热能回收率约50.3％，可回收热能约52.31万Kcal/h，利用沼气发电机余热可以加热消化污泥，能够达到节约能源，减少电耗和降低污水处理成本的目的。
（2）太阳能发电：吉隆坡日照充足，太阳能资源丰富，为4.9kW·h/(m2·day)，根据国际通用电气标准和规范设计，同时满足马来西亚国电气标准和规范，在Pantai地下厂设计200kw独立太阳能电站电气方案。
太阳能发电系统采用240W的单晶硅光伏电池组件共819块，共3个光伏阵列，由7串39并组成。系统包括直流集线箱、控制器、蓄电池、逆变器等组成。光电电池板占地面积约为1337m2，电站规划面积约为：2700 m2（电站安装阵列为间距为1m）。
白天有阳光的时候充放电控制器将光伏组件产生的电能存储到蓄电池中，蓄电池充满电的情况下，太阳能发电直接供负载使用。当市电停电时可通过逆变器逆变成交流电供能源发展总部大楼内部负载使用，可维持200kw系统用电约4.6h。
（3）水源热泵：马来西亚年平均气温在25℃～28℃之间，Pantai地下厂采用带热回收功能的水冷冷水机组，污水先将冷量传递给清洁水（起中介导热作用，又称中介水），中介水再进入热泵机组进行冷量转换。
水厂建筑面积约3453 m2，采用闭式污水源热泵机组系统，设计冷冻水进出水温：12/7℃，冷却水进水水温：30/35℃，部分热回收进出水温：40/45℃，系统总制冷量（综合楼、门卫）450kw；总制热量87kw，供热水为30m3/h，热水温度45℃。
Pantai地下厂通过采用上述三种节能技术，在设计水处理能力为32万m3/d的情况下可实现减碳量8639.2 t/a，其中沼气利用8259.3t/a；太阳能利用70.8吨/年；水源热泵309.1 t/a。
3.4 环境及经济效益
（1）污水处理厂的操作层在地面以下，充分利用立体空间，同时地面空间能够综合利用；处理系统整体设计紧凑，无需考虑绿化及隔离带等要求，吨水占地指标降低30%~50%。
（2）处理系统整体建于地下，能够良好消除噪声、臭气、污水、污泥等因素对周边环境及居民生产生活的影响；同时，公园式地面的利用，能够很好提升环境景观效果和使用功能。
（3）结合污水处理厂出水的灵活应用，能够很好满足现代居民的生活需求，极大提升周边土地价值，促进周围区域发展规划，节省大量管网及其他建设投资，与可持续城市发展思路相协调。
4 结语
在城市用地日趋紧张的局面下，地下式污水处理厂成为城市污水处理工程的新选择，在解决城市污水问题的同时，又不会影响周边土地使用价值，而且能够起到促进周边区域发展规划、提升周边地块经济价值的作用。Pantai第二污水处理厂作为地下式污水处理技术的成功案例，其设计方案采用改良A2O工艺、周进周出矩形沉淀池、再生水回用等多项先进处理工艺，确保污水处理系统的高效稳定运行，满足污水排放及回用标准；同时沼气发电、太阳能发电、水源热泵等绿色节能技术的设计应用，又充分体现出绿色环保理念，使其成为世界一流的现代化污水处理工程典范。
