工艺详解 | 这五座国外地下污水处理厂为什么这么节能？

该厂在日本国内是仅次于岛根县鹿岛镇污水处理厂的第二大污水处理设施。隧道式污水处理厂是日本下水道事业团应用道路隧道施工法而进行开发的。由于这种施工法是把大部分处理设施都集中在隧道内，所以即使在平地面积较少的地区，也能够确保处理厂正常的工作，该处理厂采用分流排放方式，排放地点为森户河支流大南乡河。该处理厂设计服务面积为610万m2，服务人口26万人，设计处理污水量2.47万m3/d，处理厂占地面积为2.95万m2，于1999年投入运行。该厂采用“活性污泥法+深度处理+消毒”的工艺路线，污泥处理采用浓缩脱水后外运。

二、地下空间工艺设计与节能减排技术亮点

2.1.1地下工艺设计的原因

由于芬兰平原较少，而山地较多，所以该污水处理厂在选址时，为了少占用宝贵的土地资源，所以选择建在地下。该污水处理厂的治理目标是实现现在和确保未来的高品质污水处理需求。

该地下污水处理厂位于岩洞内，地下占地面积约为14 hm2。该厂厂址高于海平面，出水经过岩石隧道，采用重力流排入大海，出水口位于水底20  m深处。这个设计还可防止海水倒灌入处理厂。挖掘工作从1988年初持续到1992年，所有处理设备均处于地下，水池等设施利用原有的岩石，混凝土只在需要的地方才采用。该厂利用产生的沼气来发电和供热，供本厂使用。

2.1.2技术亮点

该厂的工艺亮点是通过热电联产设备回收电能和热能。该厂污泥厌氧消化产生的沼气年产量为1  340万Nm3，目前产生的电力可以满足该厂电力需求的70%，2017年的目标是提高至80%(见表3)。目前，产生的热量可以满足污水处理厂自身需要。

2.1.3运行维护与未来规划

根据2015年的统计数据显示，该厂运行费用为1  180万欧元，人工费用260万欧元，外包服务费用370万欧元，材料和设备维护费用440万欧元，翻新投资费用380万欧元，总计2 630万欧元。

随着赫尔辛基市的人口不断增长，以及废水产量和极端气候现象的增加，全球变暖为污水处理厂带来新的挑战。另外，污水处理厂的现有处理能力逐渐难以满足越来越严格的排放标准，该污水处理厂一直致力于研发与提标改造。此外，提高工厂的能源效率也是未来发展的一个重要目标。图6为污水处理厂在屋顶加装太阳能光伏板回收能量。

2.2挪威奥斯陆Bekkelaget污水处理厂

2.2.1地下设计的原因

该污水处理厂建于山洞中的原因是它紧靠奥斯陆峡湾，峡湾附近没有足够大的场地便于污水处理厂建于地上，并且峡湾边是奥斯陆市民休闲娱乐的场所，所以该厂选择建于山洞中。

2.2.2技术亮点

该厂的技术亮点是沼气提纯工艺，该项目投资成本为2 560万元，包括加热系统和污泥处理系统的重建，总成本为4 400万元。

2008年，该污水处理厂建设了沼气提纯项目，目的是为了使奥斯陆市实现在20年内温室气体排放减少50%的目标。截止到2009年，沼气产量可达370万Nm3/年(甲烷含量为60%)，相当于电量2  400万kW˙h或柴油220万L。至2012年，奥斯陆市使用沼气作为燃料的公共汽车已经有76辆，同时还有100～200辆重卡。

该污水处理厂的沼气提纯项目采用COOAB工艺。沼气提纯的第一步是通过活性炭吸附去除H2S，操作压力2  bar;随后通过装有COOAB的升流式反应器吸附去除CO2，同时还有1个COOAB填料再生塔，不断再生COOAB填料，补充到CO2吸附塔中。随后沼气在5～6  bar的操作压力之下进行干燥，然后加压装入沼气储存罐，储存罐压力200  bar。随后由卡车运往沼气公司。提纯后的沼气中CH4含量理论上能提高到99%，实际在97%左右，水蒸气含量小于32  mg/Nm3，氧气含量小于1%，硫化物含量小于23 mg/Nm3。提纯后每1 Nm3燃料气中蕴含的能量相当于9.8 kW˙h的电力，或相当于1.1  L的汽油。厌氧消化产生的沼气中CH4含量为50%～65%，CO2含量为35%，H2S含量约为1%。

2.3荷兰Dokhaven污水处理厂

2.3.1地下工艺设计

该污水处理厂选择地下式的原因主要有：①此处建厂无需额外的泵站，仅靠重力输送即可，无需对当时已有的下水管道系统作修改;②该地区属于市中心，用地非常紧张，选择地下式可以最大程度节约用地，同时将环境干扰(臭气、噪音等)最小化。

该厂是埋于地下的矩形混凝土箱，长237 m，宽158 m，高8～9  m。控制大楼建于地面上，其他设备都建于地下，厂房顶部修建公园。污水处理厂走廊和中心地区由两层组成，底下的一层主要是管道、泵架、风扇以及其他的设备，上面的一层主要是作为输送走廊。

2.3.2技术亮点

(1)热电联产。污泥厌氧消化生成的沼气用于热电联产，发电用于污水处理厂运行，余热用于消化系统加热和冬季办公室取暖等。电力能耗1  900万kW˙h/年，曝气能耗750万kW˙h/年，沼气发电量800万kW˙h/年(约总能耗的42%)，若考虑余热利用的能量，该厂的实际能量自给率已超过70%。

(2)厌氧氨氧化工艺脱氮。采用SHARON+ANAMMOX工艺对污泥消化液进行脱氮，该厂采用了世界上第一台SHARON反应器，于1998年10月开始运行，世界上第一台ANAMMOX反应器于2002年6月投入运行。污泥消化液的含氮浓度高达1  500 mg/L，水温为28 ℃，SHARON反应器运行参数为罐体直径为19.5 m，罐体高为5.75 m，流量550 m3/d，水力停留时间3  d，好氧停留时间24 h，温度35 ℃，pH 7～7.2，溶解氧浓度1.5 mg/L。ANAMMOX反应器的运行参数为罐体直径为2.2 m，罐体高为18  m，流量550 m3/d，水力停留时间3 h，设计负荷800 kgN/d，温度35 ℃，pH  7.5。与传统硝化/脱氮工艺相比，SHARON/ANAMMOX工艺可以将运行成本降低90%，二氧化碳排放量降低88%，不产生有害气体N2O，不产生有机物质，不产生过剩污泥，节省占地面积50%，具有可持续性和经济效益等特征。

2.4法国马赛Géolide污水处理厂

2.4.1地下设计的原因

该污水处理厂选择建为地下式的原因是，污水处理厂建在马赛的市中心，附近有居民区，而且著名的Stade  Vélodrome足球场远远先于污水处理厂的建设，所以最终污水处理厂只能选择建为地下式。

2.4.2技术亮点

该厂污泥厌氧消化产生的沼气用于热电联产，除供污水处理厂用之外，还能为足球场供热。

2.5日本神奈川县叶山町污水处理厂

2.5.1地下工艺的选择原因

叶山町污水处理厂位于神奈川县叶山町，三浦半岛的西半部，三面环山，平地不多，沿着海岸线形成市区，沿海的平地有稠密的居民区，丘陵区是近郊的绿地和风景区，并且海域是旅游的资源和渔民谋生的场所，为了将地形因素和对景观的影响控制在最小限度之内，该污水处理厂建成山中隧道式处理厂。

日本的不少污水处理厂都采取部分地下式，而非全部地下式。何种形式的选取与管网和排放水的水位有密切关系。日本政府在面对污水处理厂建设高度问题上，首要考虑的是经济条件，然后再根据当地的特殊条件，来选择建设在地下还是地上。在日本，污水处理厂的总体建设费用中，处理厂本身的建设费占总费用的30%，管网占总费用的70%。

2.5.2技术亮点

污水处理厂所占用的土地面积是常规地上污水处理厂占地面积的1/3。

虽然隧道工程的费用要比在地上建设污水处理厂费用高，但由于原来地上的污水处理设施可以用于隧道工程，所以不需要基础工程和复盖，和一般地上污水处理厂的建设费用相比，其费用基本上不变。

三、总结与展望

现在国外发达国家的污水处理厂正逐步走向小型化,由于受到地形条件的限制,  某些小型污水处理厂不得不位于居民区和商业中心附近。在城市用地日趋紧张的局面下，地下污水处理厂的优势相对明显。地下污水处理厂由于处于地下封闭状态,  对周围环境的影响较小, 与周边环境协调性强, 可节约土地资源, 防止周边土地贬值, 尤其适合于在土地资源高度紧张、环境要求高的地区建设。

但是，城市污水处理厂的建设应从实际出发,根据各地污水的水质情况,采取有针对性的建设方式和技术路线，并且一定要综合考虑经济因素与实际情况，以满足实际需要为基准，因地制宜，才能将地下污水处理厂的优势实现最大化。地下污水处理厂应该是在一些特定条件下的可选择方案。例如，在中国北方冰冻地区建设地下污水处理厂的意义就要大于南方地区。就目前而言，在国内建设地下污水处理厂依然会面对投资大、运行费用高等问题。并且，地下污水处理厂建设运营风险较大。地下污水处理厂无论是前期建设还是后期运营维护都需要很高的技术支持，必须先投入大量资金做些试点及调查研究，等技术稳定时为合理利用土地资源、美化环境，再把污水处理厂建在地下。

未来，地下污水处理厂发展的一个重要方向是如何通过工艺的进一步优化，通过高效低成本的新技术以及新工艺的应用，进一步缩小占地，节省投资，使其土地节约的特点更加突出，比传统地面厂更具竞争力。其次，如何系统地解决地下污水处理系统的安全问题、防洪排涝问题、防爆问题，以及地面景观公园等公共设施如何与生产设施进行人性化的有效隔离，如何建立适用于地下污水处理系统的事故应急措施等都是即将面临的关键问题。最后，针对地下污水处理系统设计、施工、运营的相关标准、技术规范的缺失，如地下厂区消防标准等，使得相关标准规范的制定更显得尤为迫切。