新加坡如何创造污水处理厂—垃圾处理厂的共生系统?

新加坡的水务机构PUB和国家环境局NEA合作推出一项颇具环境创造力的环保工程规划，使再生水厂（Tuas Water Reclamation Plant –TWRP）和垃圾处理厂（Integrated Waste Management Facility -IWMF）协同合作，实现水-能源-废弃物的循环。IWMF和TWRP将在各自的固体废弃物处理和污水处理过程中最大限度地实现能源和资源回收。

这次同地协作是IWMF和TWRP首次从项目的规划开始就进行合作的案例，这将使NEA和PUB能够最大程度收获水-能源-废弃物循环系统所带来的收益。

IWMF和TWRP的协同处理

物料处理协同效应：

IWMF的厨余垃圾运送到TWRP，与剩余污泥进行协同消化；

TWRP脱水后的污泥运输到IWMF进行处理与发电；

沙砾从TWRP运送到IWMF去处理。

水协同效应

TWRP处理后的水提供给IWMF进行使用；

IWMF使用后的污水再由TWRP进行处理。

能量协同效应

将IWMF产生的电能传输给TWRP使用；

将产生的沼气从TWRP传输给IWMF可以生产更高效率的热能；

蒸汽从IWMF传输到TWRP用于污泥的热水解和油脂的处理。

其他协同效应

TWRP产生的恶臭气体运送到IWMF进行燃烧。

水-能源-废弃物循环系统的收益

水-能源-废弃物循环系统的关键收益包括：①生成绿色能源，并传输给电网；②最大化协同效同时保证操作的弹性；③废弃物处理与污水处理土地最优化利用；④实现TWRP和IWMF运营成本的下降。

除了TWRP和IWMF之间水-能源-废弃物循环的协同效应以外，TWRP和IWMF还有着各自的功能。生产和生活产生的废水通过管道运送到TWRP进行处理，处理后再生的水返回到生产和生活中进行使用，还有一部分水进行排放。生产和生活产生的废弃物中厨余垃圾被运输到IWMF厨余垃圾处理设施中处理，家庭可回收废弃物被运输到IWMF废弃物回收设施中进行回收处理，IWMF将回收后的物料和产生的电能重新投入生产和生活的使用中。

TWRP——再生水厂

TWRP的背景

TWRP是新加坡深层隧道污水收集系统（Deep Tunnel Sewerage System—DTSS）第二阶段的组成部分，是污水处理系统的核心部分，将于2025年建成。

DTSS是新加坡PUB目前最引以为豪的项目之一，这条地下管廊也被称作“污水高速公路”。污水从现有的管网中深入隧道，在重力的作用下流向TWRP进行处理，处理后的水再生为NEWater水和工业级水进行利用。

TWRP的初步布局

TWRP的初步布局如图所示，主要部分包括泵站模块，液体处理模块（生活污水处理设施（初期和远期），工业废水处理设施（初期和远期）），NEWater储存模块，污泥模块等。

TWRP污水处理优势

不同于一般的污水处理厂，TWRP内处理生活污水和工业废水的处理设施是分开的，并且运输管道也是相互独立的。生活污水处理后生成NEWater水，工业废水处理后用于工业生产。

TWRP初期处理能力为176 MGD（800,000 m3 /d），生活污水处理设施模块处理能力为143 MGD（650,000 m3/d），工业废水处理设施模块处理能力为33 MGD（150,000 m3 /d）。

先进的再生水厂TWRP运行稳定可靠，节能高效，节省空间，需要更少的人力来运营和维护。

MBR接RO生成NEWater再生水相互独立的生活污水和工业废水处理设施

 NEWater再生水最大化雨季侧流处理

 

IWMF——垃圾处理厂

新加坡可持续发展蓝图的目标之一是成为废弃物零排放的国家，目标是到2030年达到70%总体回收率。IWMF是NEA为达到新加坡未来废弃物处理目标长期规划中的重要组成部分。

IWMF的设计目标如下

• 能量回收最大化：通过采用先进的锅炉设计实现；

• 最大化资源回收：通过先进的材料分选系统和烟气中金属的回收实现；

• 最小化环境影响：通过高效的湿式烟气处理系统实现，确保清洁空气排放和最少的残渣处置；

• 最大化系统弹性：通过采用模块化设计来实现灵活性；

• 土地利用优化：通过创新利用空间，工厂设计和设备布局实现；

• 通过与TWRP协作取得最大优化协同效应：通过整合IWMF-TWRP流程获得水-能源-废弃物循环收益。

IWMF的初步布局

IWMF的初步布局及其各种处理设施如图所示，包括物料回收设施，废弃物-能源设施，厨余垃圾处理设施，污泥焚烧设施等。IWMF与TWRP共同位于Tuas View，占地68公顷。

IWMF的主要废弃物处理流

废弃物处理流	内容
废弃物焚烧	需要焚烧的废弃物将在IWMF的废弃物-能源处理设施进行处理。该处理设施要分阶段建成，建成后的焚烧能力为5800 t/d。
家庭可回收废弃物回收	通过采用先进的分选设备，250 t/d可回收物质将在IWMF中进行分选。
厨余垃圾处理	400 t/d厨余垃圾在TWRP与污泥进行协同消化之前首先要在IWMF处理。
污泥处理	800 t/d来自TWRP的脱水污泥将在IWMF的流化床焚化炉进行处理。

IWMF的创新之处

能量回收最大化

IWMF将通过以下方式实现28％的整体能源回收率：

• 优化燃烧过程和锅炉设计；

• 提高蒸汽运行参数，从370˚ C /35bar增加到440˚ C /50-60 bar；

• 外部沼气过热器提高蒸汽运行参数，从440˚ C /50-60 bar增加到480˚ C /50-60 bar；

• 湿式冷却塔可提高整体设备的热效率。

 

环境影响最小化

IWMF设计有先进的湿烟气处理（FGT）系统，洗涤塔（高度≈30米），酸性气体在湿式洗涤器中被中和，飞灰在上游被捕获，以确保最清洁的空气排放。跟欧盟工业排放指令EU Directive 2010/75/EC 的指标要求对照来看，空气污染物排放优势非常明显。

 

未来验证

IWMF的设计旨在促进推进设施未来更新，同时保持设施的运行。采用模块化的设计为增强操作和维护的灵活性，提升整体系统的弹性。这将使IWMF能够超越典型垃圾处理厂30年寿命的设计，主要的设计特点如下，

• 在更新过程中容易拆卸和去除设备；

• 为大型设备（例如起重机）留有充足工作空间；

• 必要时可以拆除屋顶和侧板。

这使得IWMF可以在适当的时候融入新技术和进行设备升级改造，还可以使IWMF能够持续与TWRP协作，获得共同收益。

 

参考文献：

[1] Overview of Singapore’s Deep TunnelSewerage System, PUB.

[2] Integrated WasteManagement Facility, NEA.

[3] Saving Water, Energy and Space.

 

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