曹业始：国内水务系统距离资源回收还有多远

PUB（新 加坡公共事业局）是新 加坡环境部下属的国家水管理机构，由于新加坡面临严重的水资源和土地短缺的问题，而污水处理是PUB最大的能源消耗部门，PUB提出三项聚焦点： 高效、充足和可持续的水资源和供水，能源自给和最少污泥量。

新加坡污水系统和污水回用：2000年-2025年

从下图可以看出，目前在建的原定2025年建成的深隧计划Ⅱ中有一座80万吨/日的污水厂。新加坡现有城市污水的处理量为160万吨/日，预计到2025年，污水处理能力约为200万吨/日。

设计着眼于将尽可能多的市政污水经过双膜系统处理后，转化为饮用级新生水，大部分供应电子工业用水。新生水有单独输送管道，因其水质优于饮用水，受到工业界欢迎，现价格已高于饮用水。大规模的饮用水级回用成为新加坡污水处理资源回收的最大特点。

能耗：与欧美比较

2010年左右，欧美市政污水厂电耗平均为0.4千瓦时/立方米，新加坡也在此水平。当时，新加坡污水厂经污泥厌氧消化可回收电力0.14千瓦时/立方米，电力自给率约为30%，居当时发达国家污水厂能源回收中游水平。近年来，欧美污水厂能源效率进一步提高（德国市政污水厂电力回收率约为50%）。

亚洲首个应用物料衡算结合能源效率管理污水厂

为了填补与世界先进污水处理厂管理的差距，PUB考察了奥地利strass和维也纳主要污水厂，对当时四个污水厂各自进行物料衡算和能源效率分析，在此基础上制定的改进计划。

深隧系统Ⅱ：大士再生水厂（Tuas）一系列先进技术的应用

如图所示，与深隧计划Ⅰ中樟宜（Changi）污水厂不同，深邃系统Ⅱ大士污水厂采用了一系列PUB自行研发和国际上的新技术，包括：温热条件下脱氮除磷设计参数、A-B二级活性污泥、主流厌氧氨氧化、低溶解氧低能耗膜清洗、污泥热水解、污泥-食品废弃物协同厌氧消化、高效率电能转换、侧流厌氧氨氧化、雨季污水处理。

综合废弃物管理设施（IWMF）将焚烧根据国家回收计划(NRP) 收集的家庭可焚烧废弃物，以及厌氧消化后脱水的污泥和食品废物残渣，设计充分考虑到电能和热能的高回收效率。

2025年新加坡的再生水量和能量回收

预计2025年深邃Ⅱ完成后，新生水将高于55万吨/日，成为新加坡供水的重要来源之一。

借助于污泥-食品废弃物协同消化和其他高能效技术，污水厂在能耗下降的同时，增加了电力的回收（高于0.4千瓦时/立方米），从而达到能量自给，垃圾焚烧回收电力可外输供民用。

减少污泥产量

目前，新加坡污泥产率是0.25千克干污泥/千克COD 。我国2017年污泥产率比新加坡多近两倍，原因是进水中的含沙量高，未使用厌氧消化。后者可以去除约三分之一固体。

智慧水务

当前的主要任务集中在在线仪器的数据采集，包括水库里面藻类的表征、污水管网中水位的动态变化等，并对这些数据进行分析，为今后的模型化、动态控制做准备。

尽管PUB采用了一系列措施，经过测算，依然存在碳排放。因此，PUB制定了2050年实现碳中和的计划，并向全球征集可行方案。

自90年代以来，我国市政卫生工程取得了举世瞩目的成就，但由于时间紧、任务重，仍存在一些短板。相对于 75%~80%的正常水平，我国不少污水厂进水VSS/ISS在30%~60%，市政污水含沙量比正常值高。由此，造成活性污泥VSS/TSS平均值在50%左右，与正常值65%~85%相比，活性污泥池浪费了约三分之一的有效容积，也是冬季氨氮消化低效的原因之一。同时，低VSS/TSS提高了活性污泥的浓度，增加了二沉池固体负荷，减弱了处理雨季污水的能力，也减少了厌氧消化单位容积产气量，更是污泥产率高于国外正常值的重要原因之一。

如图所示，高含沙量（ISS）进水几乎影响污水处理厂每个工艺。可见，提高除沙效率将会改进整个污水厂的效率，但是较少看到成功的报道。

国内污水的COD浓度低，大大妨碍了利用污水中有机物进行能量回收的机会。目前仅不到5%的污水厂存在污泥厌氧消化，回收的能量微不足道。但是仍应研究在什么情况下做污泥厌氧消化是有利于能源回收，特别在北方污水厂进水COD浓度较高的情况下。另外，国内污水低C/N比导致为脱氮除磷较普遍添加外加碳源，增加了营养物去除成本。

提高城市污水系统效率的四个因素

国内市政污水厂低效运行的根源在污水管网，管网改造才是污水厂提质增效的坚实基础。另一方面，管网问题也增加了碳排放。为达到三部一委要求的2025年实现城市生活污水厂进水BOD>100毫克/升和污水集中收集率>70%的目标，我们提出要考虑四个因素：外来水、用水量、污水收集率、市政污水厂处理量。下图是我国和若干西北欧国家在四个参数方面的比较。

分流制管网也存在外来水和雨季溢流 问题。丹麦、芬兰两国分流制管网已多于合流制，德国分流制与合流制相当。但平均而言，管网外来水量接近收集的原污水量。

稀释倍数是管网内混合污水（原收集污水+外水）与原收集污水之比。尽管表面上看，国内下水道系统稀释倍数类似于上述西北欧国家，但考虑国内相当部分管网“满管运行”和高用水量，世纪外来水量可能远大于西北欧国家。

国内污清比数据

污清比是污水厂的处理量和服务区内用水量的比。按照2018年统计数据，国内污清比在1左右（当前一些城市和地区已达1.5的水平）。

几个西北欧国家的数据

荷兰污清比是2.1，瑞典几个大型污水厂是2.8，德国约为2，丹麦约为3，后者意味着每售出1立方米饮用水，污水厂平均收到约3立方米污水。

污清比和污水收集率：与欧洲国家比较

国内污清比是1~1.2（下图黄色区域），欧洲在2~3之间（下图绿色区域）。长三角部分城市分流制已经改造完成，污水稀释倍数为1.5，污清比为1~1.2，污水集中收集率为60%~70%。

当污水稀释倍数为2，污清比为1~1.2时，污水集中收集率为40~60%，意味着约有50%的污水溢出。

对于水质敏感而管网渗透已得到初步控制的地区和城市（如污水厂进水COD为250~300毫克/升），为了减少雨季溢流，改善河道断面水质，在进一步改善管网的同时，可考虑增加污水厂的处理量。 

对现有污水厂的扩容改造并不是意味着要建新厂，大多可通过原地以水力负荷为控制参数的单元进行改造。

PUB关于研发的步骤：

（1）确定研发的目标；

（2）与全球和本地水行业参与者以及学术界合作；

（3）促进与水行业伙伴合作，包括 PUB现场 安装测试新技术；

（4）参与和组织技术会议、研讨会和交流；

报告者根据在PUB工作的经历，认为PUB规划和研发的特点可总结为：

（1）清晰和明确的目标；

（2）提前规划；

（3）国际视野；

（4）投资在研究和开发；

（5）密切监督和管理。