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编者按：2018年9月下旬，重庆市科学技术研究院雷晓玲教授（本刊编委）参加第十届欧洲华人专业协会联合会（FCPAE）欧洲论坛暨第四届亚欧科技创新合作论坛，并实地参观芬兰Viikinmäki山洞污水处理厂。她为读者带来了关于这座著名的污水处理厂的最新参观体验和介绍，并分享了自己关于在重庆地区建设地下污水厂的几点思考。 01概述 芬兰从1932年开始建造地下污水处理厂。Viikinmäki中心污水处理厂建在赫尔辛基市中心附近的Viikinmäki，此处为一山坡地，左侧是万塔河，前面是拉提(Laihi)公路，并与赫托涅米(Herttoniemi)工业区相邻。该处理厂于1986年在污水排放隧道的端点开始建造，厂址高于海面，处理后的污水靠重力通过隧道排放到芬兰湾的卡塔杰洛托(Katajaluoto)岛，处理设施大部分建于地下，开挖处在地下10m以下的岩床里，岩石为花岗岩和片麻岩。顶部被覆用嵌埋螺栓和喷浆混凝土加固，岩石与被覆层之间设排水。挖掘工程开始于1988年初，持续5年，共开挖土石方113.20万m3，其中地下岩石挖方量为99.70万m3，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。处理厂地下部分开凿面积达15hm2，主要处理构筑物都建在岩洞里，地下占地面积约为14hm2，办公室、职工活动场所、部分车间和能量转换设施建于地面(具体平面布置情况可见图1)。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20m深处，这个设计还可防止海水倒灌入处理厂。 该厂是芬兰乃至整个北欧最大的地下污水处理厂，1994年开始投入使用。服务80万人口，设计规模为33万m3/d，平均废水流量为28万m3/d，峰值流量为70万m3/d。其中85%为生活污水，15%为工业废水。工程总造价为2.15亿美元，其中地下部分造价为1.98亿美元。
图1 Viikinmäki地下污水处理厂平面布置图 02工艺流程 该处理厂的工艺处理方式是二级生化处理——鼓风曝气活性污泥法，处理后的污水通过隧道重力排到赫尔辛基南部海岸以外8km的海面下20m处的海中，而污水中分离出的污泥被消化，消化过程中产生的沼气用于为污水处理厂产生热量和电力，经消化和干燥的污泥在堆肥场中被加工成土壤产品。整体工艺流程见图2。 整体工艺流程图见图2。
图2 Viikinmäki地下污水处理厂工艺流程 2.1污水处理工艺 污水处理工艺为一套完整的活性污泥法工艺，进出水水质见表1。进水水量28万m3/d，生化部分的设计容量为31万m3/d。进水先过格栅和初沉池，分离出水中较大的悬浮物，再经过活性污泥法去除有机物，这期间磷的去除和两相沉淀同时进行，投加絮凝剂硫酸亚铁（FeSO4）用于沉淀磷，所得的磷沉积物与污泥结合。 表1 Viikinmäki污水处理厂进、出水水质
脱氮过程发生于2个单元，第一单元是活性污泥工艺的反硝化工艺段，第二单元在Biostyr生物脱氮过滤器中，过滤器内附载脱氮微生物。在活性污泥法的好氧段（曝气部分，如图3的曝气池），污水中的铵态氮被氧化成硝酸盐氮，进而在厌氧段中被还原成氮气。活性污泥厌氧工艺段和Biostyr过滤器中的脱氮过程都基于脱氮细菌，它具有将硝酸盐氮还原成游离氮气的能力。其间，没有化学物质或外部生物质被添加到工艺中，但是在后处理阶段，会通过加药装置加入甲醇来促进反硝化作用。脱氮反应的温度设定在9～18℃。 由于该处理厂处于地下，水池等设施利用原有的岩石，混凝土只在需要的地方才用，水温等不受季节影响，利于生化作用。从水处理工艺来看，首先该厂沉淀时间长，决定了出水水质较好，其次絮凝剂硫酸亚铁选用具有一定针对性：脱色能力强，去除金属离子、去油、去磷、杀菌效果良好，对印染废水的脱色和去除COD、电镀废水的铁氧体共沉淀等效果明显；去油除磷的同时，还有助凝作用，有利于过滤其他悬浮物和沉积物，与污泥结合，并提供一些微生物所需能量。最后脱氮过程中反硝化在前，硝化在后，设内循环，以原污水中的有机底物作为碳源，效果好，反硝化反应充分，反硝化产生的碱度可补偿硝化过程对碱度的消耗；曝气池在后，使反硝化残留物得以进一步去除，提高了处理水水质。 Biostyr生物滤器是由OTV开发的第二代曝气生物滤池工艺，相比第一代，其滤头仅同清水接触，不易堵塞；逆向清洗（反洗空气与进水同向上流），冲洗更加彻底，运行周期长。其主要特点有：1、升流过滤中，漂浮介质床保持在喷嘴底板下方。2、喷嘴顶端仅仅接触经过处理的水，易于维护（介质压力方向的过滤）。3、过滤介质为聚苯乙烯珠 (Biostyrene)，可提供生物膜生长表面，致密介质床用于清除悬浮固体（材料密度<1），并且过滤和反冲洗过程中不会流失、磨损。4、多孔管道曝气，节约设备投资并减少所需维护（曝气栅格可以置于滤床中间或底部）。5、水和空气并流，工艺气和反冲洗使用相同的送风机。6、反冲洗利用经过处理的水，在重力作用下进行。
图3 曝气池反应 2.2污泥处理工艺 Viikinmäki污水处理厂污泥的厌氧消化是利用厌氧微生物经过水解、酸化、产甲烷等过程，将污泥中的大部分固体有机物水解、液化，并最终分解掉的过程。产甲烷菌最终将污泥有机物中的碳转变成甲烷并从污泥中释放出来，实现污泥的稳定化。 Viikinmäki污水处理厂污泥厌氧消化池使用水密性、气密性和抗腐蚀性良好的钢筋混凝土结构，污泥厌氧消化池设置进泥管、出泥管、上清液排出管、溢流管、循环搅拌管、沼气出管、排空管、取样管、入孔、测压管、测温管等。然后通过搅拌可消除分层，增加污泥与微生物的接触，使进泥与池中原有料液迅速混匀，并促进沼气与消化液的分离，同时防止浮渣层结壳。搅拌良好的消化池容积利用率可达到70％，而搅拌不合理的消化池的容积利用率会降到50％以下。通常在进泥和蒸汽加热的同时进行搅拌，而在排放消化液时应停止搅拌，使上清液经静止沉淀分离后排出。 Viikinmäki污水处理厂污泥处理采用中温厌氧消化工艺，消化温度为36～37℃，这是由于污泥的厌氧消化与高浓度废水的厌氧处理有所不同，废水中的有机物主要以溶解状态存在，而污泥中的有机物则主要以固体状态存在，并且高温消化耗能较大，大型污水处理厂一般不会采用。为保持消化池内的温度适中，必须对进泥进行加热升温。 在消化过程中产生的甲烷气体用于发电和产热。产生的电力满足Viikinmäki污水处理厂70%的电力需求，实现了资源循环利用。同时，污泥消化池中的温度不需要外加热源，利用消化过程中产生的甲烷供热，剩余的热量还可以供给污水厂自身需求。 消化后的污泥用离心机干燥，用聚合物加速该过程。在Sipoo的Metsäpirtti堆肥场中，消化后的干燥污泥与泥炭、树皮等以1∶1的比例进行混合，混合后堆积6个月，之后加入砂和矿物（黑云母），最后经过20mm孔径的筛网，经过筛网的成品可用作园艺土或者绿色建筑的辅助材料。 03总结 通过实地考察与参观学习，总结出Viikinmäki污水处理厂具有以下几个明显特征： ①位于市中心，接近排水大户； ②全市污水集中处理便于管理和自动化控制,节约运行费用； ③减少占地，被取代的旧处理厂位置可改为其它城建用地； ④处理厂建于地下，避免对周围环境的影响和污染； ⑤处理构筑物在地下，水温不受季节影响，有利于生化处理； ⑥沉淀时间较长，对保证水质和节能有益。处理水排放标准要求较高，有利于水体的保护； ⑦沼气得到合理利用； ⑧生产污泥经消化和堆肥处理后合理利用，消除了二次污染。 总的来说，污水处理厂已经稳定而高效地运行了很长时间，但是赫尔辛基都市圈的人口增长与全球变暖引起的变化给污水处理厂提出了新的挑战，比如废水量和极端气候现象的增加；此外，污水处理厂目前的生产能力不足，要达到所要的结果，对处理工艺的要求需越来越严格。所以，持续的改进研究和开发工作是确保未来高质量污水处理的关键，除了开发工艺外，提高设备的能源效率也是一个重要的发展目标。
04思考与建议 最后，结合目前国内地下污水处理厂建设的现状及重庆当地条件，探讨一下重庆建设地下污水处理厂的可行性。 近年来，我国北京、上海、广州、深圳、昆明、贵阳等城市在一些城市中心的人口密集区，传统地上污水处理厂难以实施，开始建设地下污水处理厂，以解决土地资源紧缺、周边城市环境要求高的矛盾。有隧道式地下污水处理厂，以香港赤柱污水处理厂为例；人造坡地式地下污水处理厂，如广州市京溪污水处理厂、昆明第九及第十污水处理厂；半地下污水处理厂；楼宇式半地下污水处理厂，如苏州工业园综合污水处理厂一期工程。纵观国内已建、在建的地下污水处理厂情况，大致有以下几个特点：规模不受限制；占地省；投资高；场地受限小；处理工艺以短流程、效果好、占地省的工艺类型为主；厂区地面功能多元化。 从必要性看，在重庆，耕地多为坡地，人均耕地仅为0.78亩。因此土地在重庆变得非常宝贵，从而使得地面污水处理厂占地与城市用地之间的矛盾日益变得突出。同时，重庆市作为西南地区开发城市的典范，每天的人口流量相当的大，由此导致的各种污染，如果不能及时地进行处理，将会对环境产生严重的污染。 从先决条件来看，重庆市地质条件很好，境内地层多为红色砂页岩，次为三叠系和古生介二叠系砂页岩，强度均较高；作为典型的山地城市，重庆市地形坡度大，土方开挖较少，方便建设坡地式地下污水处理厂等；并且，地下污水处理厂的截污干管可以直接将污水收集到山洞，地上地下相结合，收集污水更方便。因此重庆市开发利用地下空间具有很多的有利条件，也就是说，在重庆市建立地下/半地下污水处理厂具有先天的有利条件。因此，针对重庆市建设地下污水处理厂提出几点建议： （1）鉴于地下污水处理厂建设投资费用较高，所以地下建设方式的选择应格外慎重。宜根据重庆现状特征、经济实力以及未来发展需求，确定污水处理厂建设方式。建议在土地资源奇缺或对景观要求较高的区域，适当考虑地下或半地下的污水处理厂建设方式。如悦来污水处理厂作为生态城的示范工程，位于沿江地区，该区域对生态景观要求很高，在污水处理厂建设方式上就可以适当考虑地下或半地下式的建设方式。 （2）地下污水处理厂一般建在城市中心区域附近或对环境要求较高的区域，因此对其工艺要求相对要严格一些。建议因地制宜地采取一级处理、二级生物处理、深度处理工艺、污泥处理方案和生物除臭工艺，使出水水质满足一级标准的A标准，气体排放满足一级排放标准。 （3）重庆市是著名的山城，地形复杂。在地下污水处理厂建设中，应充分结合地形，适当采用地上与地下相结合模式进行建设，尽量减少土石开挖，减小施工难度。结合地形错落有致地布置各级污水处理构筑物，还可有效减少污水处理厂运行过程中的动力消耗。 （4）根据国内外相关经验，应集约利用地下空间，充分利用地面环境条件。紧凑布局污水处理和深度处理构筑物及相关水处理设施，尽量节约土地资源和空间资源。还可在地面配套建设公共绿地、景观或实用性建筑；还可充分利用地形，错落有致布局，从而改善污水处理厂周边总体风貌，丰富城市景观。 （5）建设污水深度处理设施和再生水回用配套管道系统，将再生水回用于景观水体、道路绿化浇洒等，不仅节约了宝贵的水资源，而且促进了城市水资源循环利用，还有效地保护了区域水环境，对城市经济、社会、环境可持续发展起到积极作用。 综上所述，在重庆建立地下污水处理厂不仅可以节约土地利用空间，而且还会增加城市绿化面积，具有较好的社会效益和经济效益。建议在进行城市规划时，应尽可能地考虑充分利用地下空间的开发价值，但要因地制宜，扬长避短，才能真正杜绝土地资源浪费及二次环境污染等问题，实现城市经济、社会、环境可持续发展。 （编辑：Wendy） |
