來源：德中環(huán)境與能源促進(jìn)中心

Ruhleben 污水處理廠概況

Ruhleben污水廠位于柏林Spandau轄區(qū)，是柏林六個污水廠中最大的一個，服務(wù)周邊110萬人口。1957年開始運行，然后歷經(jīng)三次改造升級。如今日設(shè)計處理容量24.75萬立方米，雨期最大處理容量可達(dá)60萬立方米每天。這里不僅1985年污泥焚燒單元就已經(jīng)投產(chǎn)運行，而且還將在2021年完成四級深度處理，達(dá)到游泳水水質(zhì)出水標(biāo)準(zhǔn)。

柏林的水循環(huán)體系相對更新速率較慢。因為Spree和Havel河只為柏林城區(qū)提供了較少的水資源，它們通過河岸過濾的方式補充到了飲用水的儲備之中。然而，這兩大河流水量的三分之二其實已經(jīng)被污水處理廠凈化過一次了。這樣的現(xiàn)狀也對柏林的污水處理廠提出了很高的要求。在非雨期，柏林城區(qū)要產(chǎn)生65萬立方米的污水，在雨期這個數(shù)字將要翻倍！為此，6座污水處理廠相應(yīng)配套而建立，Ruhleben污水廠就是其中最重要的一個。

鳥瞰圖

歷史年紀(jì)

1963第一次擴建并且污泥消化單元投入運行

1973新建分流井，并在格柵間后增設(shè)沉砂池，同時引流出水至Teltow運河的泵站投入運行

1983第二次擴建，新投入運行八座初沉池和六座二沉池

1984引入自動化控制系統(tǒng)，收集泵站投入運行

1985污泥脫水，污泥焚燒單元投入運行

1986脫氮除磷試驗設(shè)備投入運行

1988引入化學(xué)除磷工藝（硫酸亞鐵）

1989 堿性濕法煙氣洗滌工藝投入運行

1990擴建生化處理單元，新建兩座生化處理池

1992擴建初沉池單元

1993第三次擴建，提高生化處理效率

1996改造煙氣處理單元，以保證滿足《第十七聯(lián)邦排放控制法》(17. Immissionsschutzverordnung)

1997啟用渦輪發(fā)電機組利用高壓蒸汽為廠內(nèi)供電

2010開始接收柏林其他污水處理廠的污泥，并在末端引入紫外線消毒設(shè)備

2012煙氣處理單元引入活性炭吸附

2021（計劃） 末端引入絮凝過濾工藝（四級處理）

柏林污水廠給水廠分布

平面布置圖

白色區(qū)域為第一次擴建區(qū)域，淺綠色為第二次擴建區(qū)域，深綠色為第三次擴建區(qū)域

通過現(xiàn)如今的污水廠平面布置圖，我們可以清晰的辨別，污水廠在不同時期分別進(jìn)行了怎樣的改造升級， 同時我們也會發(fā)現(xiàn)，對于同一處理單元，污水廠也使用了不同的處理工藝。污水廠之所以要如此升級擴建，是為了與柏林的人口規(guī)模相適應(yīng)，同時也不斷的滿足水務(wù)管理部門提出的更加嚴(yán)苛的出水標(biāo)準(zhǔn)。

柏林每日產(chǎn)生的污水通過地下管廊的輸送和污水泵站的提升， 最終運送到相關(guān)轄區(qū)的污水處理廠。柏林地下的污水輸水管網(wǎng)足足有1萬千米之長，其中五分之一是雨污合流制管網(wǎng)（Sbahn環(huán)線內(nèi)），其余的則為雨污分流制管網(wǎng)。為了讓整個城市更加的“海綿”，柏林也在市區(qū)內(nèi)（比如波茨坦廣場）以及污水廠中興建更多的雨水容納設(shè)施。

處理工藝流程圖

1. 處理功能單元

Ruhleben污水廠主要由三大功能單元組成，污水處理單元，污泥處理單元和煙氣處理單元。而其中的污水處理單元又包含了機械處理和生化處理部分。

1．1 機械處理單元

機械處理單元包括分流井，隔柵間，沉砂池和初沉池。

分流井

污水通過有壓管網(wǎng)提升至污水廠，之后在混合管段和污泥脫水產(chǎn)生的廢水充分混合，然后通過三個管路流至分流井。在分流井中，這些污水將會在磁力流量計的監(jiān)測下，被平均分配到6條水槽中。其中，分流井中的溢流槽會在隔柵間發(fā)生故障時，引流部分污水越過隔柵間直達(dá)初沉池。包括隔柵間，沉砂池以及連接他們的水槽都是封閉式的運行方式，這其中揮發(fā)的廢氣H2S、VOC都將會被收集，然后導(dǎo)入廢氣處理設(shè)備進(jìn)行凈化。

隔柵間

格柵間設(shè)置了6組粗細(xì)格柵。其中細(xì)格柵寬為1.9米，柵間距為8mm，平均每小時可以產(chǎn)生廢渣5至6噸。

沉砂池

6組沉砂池緊緊連接在相應(yīng)的隔柵間之后，池中的運行水位會隨著水力負(fù)荷的不同，在1到2米之間浮動。池體末端的比例出水堰保證了不受水力負(fù)荷影響的，且穩(wěn)定在0.3m/s的平穩(wěn)出水。沉入底部的砂石會被鏈板式刮砂機，逆水流方向推入底部砂斗，平均每小時可沉淀砂石2至4噸，然后再通過壓力氣泵將砂石運送到砂洗容器。在砂洗容器中，附著在砂石上有機物質(zhì)會被進(jìn)一步去除。最終清潔的沙礫會被貯藏在貯砂容器中。

初沉池帶式刮泥機

初沉池

在初沉池環(huán)節(jié)，由兩組池體構(gòu)成，分別為一組6個池子（容積6480立方米）和一組10個池子（容積12000立方米）。在非雨期，初沉池的平均水力停留時間為1.8小時。沉降的污泥也同樣會被帶式刮泥機逆水流方向推至底部泥斗，然后傳送至后續(xù)污泥處理環(huán)節(jié)。池中平均流速為0.008 m/s，平均每日產(chǎn)生污泥2 500 - 3 000m3/d。

在此環(huán)節(jié)產(chǎn)生的漂浮物，主要是油脂，平均每日一噸，將會通過翼板間歇式地被去除，

根據(jù)相關(guān)法規(guī)，所有在機械處理環(huán)節(jié)產(chǎn)生的廢物都會被盡量回用，如若不行，將選擇清潔的方式進(jìn)行清運。

初沉池的出水會依據(jù)相同的體積負(fù)荷分配到后續(xù)的生化處理單元。

1．2 生化處理單元

在生化處理環(huán)節(jié)，水中的懸浮物，溶解的有機物以及溶解的無機物將會被微生物的新陳代謝過程去除。無機物的進(jìn)一步去除，是通過特殊的生化反應(yīng)，或是投加一定的化學(xué)藥劑實現(xiàn)的。Ruhleben污水廠的出水中，總磷遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于規(guī)定的0.5 mg/L，氨氮低于5 mg/L，總氮低于13 mg/L。Ruhleben污水廠用三組生化池，分別為一組6個（運行水位3.15 m，容積52500 m3），一組6個（運行水位5.15 m，容積84000 m3），一組4個（運行水位厭氧缺氧區(qū)8.15 m，好氧區(qū)5.65 m，容積62000 m3）。

運行參數(shù)如下：

生化池

在生化處理環(huán)節(jié)，會不斷的生成絮狀污泥，而這些污泥是由微生物菌群代謝而來的產(chǎn)物和附著其上懸浮物組成的。微生物菌群攝入污水中的有機物和一部分無機物，并將它們吸收代謝。

生物除磷單元須在始段設(shè)置厭氧環(huán)境，然后在末端設(shè)置好氧環(huán)境，這樣Polyphosphate-Accumulating-Organisms (PAO)微生物菌群就可以吸收其中96 %的磷。如果缺少了這樣的環(huán)境轉(zhuǎn)變，水中的磷大約只有30 %會被去除。

同步脫氮主要由兩步反應(yīng)完成。水中的氨氮，會在好氧條件下，從亞硝酸鹽氧化成硝酸鹽，即硝化反應(yīng)。在缺氧環(huán)境下，硝酸鹽會被還原成氮氣，即反硝化反應(yīng)。為了保證80 %左右的氨氮去除效率，需要將內(nèi)回流比設(shè)置在3或者4。

缺氧區(qū)

在非雨期，污水在生化處理單元水力停留時間總共為18小時，對于不同區(qū)域分別為: 厭氧區(qū)3小時， 缺氧區(qū)6小時，好氧區(qū)9小時。

各個區(qū)域的設(shè)計容積之比為2:3:5，同時各個區(qū)域之間通過隔墻分隔。每一個厭氧池都配備一個攪拌器，以保證來水和活性污泥充分混合。而在缺氧區(qū)域，是通過水平式的旋轉(zhuǎn)器來實現(xiàn)的。

好氧區(qū)域依據(jù)傳統(tǒng)曝氣池的形式建造，通過池底均勻布置的微孔曝氣裝置供養(yǎng)，同時延水流方向曝氣強度依次遞減。

好氧區(qū)底部

在好氧區(qū)域末端設(shè)置額外的脫氣區(qū)域，保證沒有氣泡一起同泥水混合物流入后續(xù)的二沉池，以此可以提高二沉池中的污泥沉降性能。同時的脫氣區(qū)域的一部分泥水混合物會再次回流到缺氧區(qū)始端，進(jìn)行反硝化。

如果通過生物除磷不能使出水達(dá)標(biāo)，可以投加氯化亞鐵進(jìn)入生化反應(yīng)池，去除水中超標(biāo)的磷。貯藏罐中流體形態(tài)的氯化亞鐵，通過環(huán)形導(dǎo)管泵入每一個生化池所屬的投料站，然后從那里投加到反應(yīng)池中。

生物脫磷

當(dāng)污水在排水管網(wǎng)中，或者一些特定的池體中停留一定的時間，就會在其中產(chǎn)生可輕易降解的有機酸。這些有機酸可以被微生物（PAO）吸收并轉(zhuǎn)換成生物內(nèi)的能量儲存物質(zhì)。該合成過程所需的能量來自分解儲存在細(xì)胞內(nèi)的多磷酸鹽，同時多磷酸鹽也作為能量來源，支撐細(xì)胞在厭氧環(huán)境中的生存。在好氧環(huán)境下，這些之前在厭氧環(huán)境中合成的能量儲存物質(zhì)以及外部可輕易降解的底物，將會作為細(xì)胞繁殖的能量源。通過利用內(nèi)部的能量儲存物質(zhì)，可以使細(xì)胞快速的適應(yīng)好氧環(huán)境，同時立刻開始新陳代謝和生長。通過這樣的方式，使得微生物開始吸收水中的磷酸鹽，并將其儲存為多磷酸鹽。并且在好氧環(huán)境下所吸收的磷酸鹽要遠(yuǎn)遠(yuǎn)多于在厭氧環(huán)境中釋放的磷酸鹽，以此達(dá)到除磷的效果。

生物脫氮除磷的原理

1．3 二沉池

生化處理單元之后就是二沉池，在此處通過沉降，將會把活性污泥和凈水分隔開來。在Ruhleben污水廠有三種不同形式的二沉池正在服役，其中多特蒙德池型24個，直徑12.5m，深15m,總?cè)莘e2952m2，表面負(fù)荷非雨期為1.0 m3/(m2·h)，雨期為2.5 m3/(m2·h)。圓形池6個，直徑50.4 m, 深6m, 總?cè)莘e11940m2，表面負(fù)荷非雨期為0.91 m3/(m2·h)，雨期為1.9 m3/(m2·h)。柏林池24個，直徑16.3 m, 深8.3m, 總?cè)莘e6360m2，表面負(fù)荷非雨期為0.57 m3/(m2·h)，雨期為1.4 m3/(m2·h)。所有池型的水力停留時間均為3-5h。

多特蒙德池

24個地下式的豎向流的多德蒙德池（Dortmundbecken）的上部區(qū)域是圓柱體的，底部是圓錐體式的泥斗。污泥沉降在底部，并通過污泥泵排出。清水通過水表面下0.5米處設(shè)置的鉆孔導(dǎo)流管排出。水池表面產(chǎn)生的浮渣將會通過泥板刮除。

多特蒙德池型

多特蒙德池

圓形池

廠區(qū)有6座水平流向的圓形二沉池，池體為圓柱體，泥斗底部扁平傾斜。池底沉降的污泥會通過刮泥機推向池體的中部，然后定期去除。清水的排出同樣也是通過水表面下0.5米處的鉆孔導(dǎo)流管實現(xiàn)的。水表面產(chǎn)生的浮渣會通過板式刮泥機推入?yún)R流管，然后回流至分流井或者生化處理單元前端。

圓形池

柏林池

24個豎向流的，底面形狀為正方形的柏林池，以棋盤式的連接方式組合在一起。沉降的污泥會被周邊式刮泥機的旋轉(zhuǎn)臂推入中心的泥斗，然后通過污泥泵去除。清水的排出同樣也是通過水表面下0.5米處的鉆孔導(dǎo)流管實現(xiàn)的。表面污泥的去除是通過刮泥橋?qū)崿F(xiàn)的，每一座刮泥橋可以服務(wù)前后相連而布置的6座二沉池。

柏林池型

柏林池出水

清水泵站

凈化過的污水會在4月到9月之間通過泵站沿著16千米長的有壓管流輸送至柏林南部Teltow運河。該經(jīng)水泵站由4組離心泵組成，合計流量為3.5 m3/s。為了確保有壓管流不受水錘沖擊帶來的損害，設(shè)立了一座容積為3000立方米的水塔。同時為了更好地調(diào)節(jié)泵站的輸水量，配套設(shè)立了一座平衡池。一旦污水的進(jìn)水量超過泵站的最大輸送量，會將多余的水量短流至Spree河。在10月至3月之間出廠的凈水會直接排放至Spree河。

因為排入Spree河域的出水指標(biāo)必須達(dá)到游泳水標(biāo)準(zhǔn)（Badegewässer Kriterien），所以才在1973年設(shè)立這座清水泵站。而2021年開始這座清水泵站也將退役，因為當(dāng)Ruhleben污水廠的四級處理單元投入運行后，出水將達(dá)到游泳水標(biāo)準(zhǔn)，可以直接排放至臨近的Spree河。

運行儲備處理量

為了確保污水廠在長期的翻新改造過程依然能出水達(dá)標(biāo)，特別保留了兩座初沉池和一條生化處理線作為運行儲備。儲備處理量占整體初沉池容積的8 %，占整體生化處理池的12 %。

進(jìn)出水指標(biāo)

1.4 污泥處理

自1985年開始，Ruhleben污水廠的污泥處理就在兩條不同的流程線上進(jìn)行，也就是機械脫水處理線和污泥焚燒處理線。所有在污水處理過程中產(chǎn)生的污泥都會被泵至污泥處理單元。首先需要去除污泥中的水分，減小污泥的體積，然后脫水污泥中的有機物會被焚燒。每日大概有3000立方米固體質(zhì)量分?jǐn)?shù)為3%到3.5%的混合污泥被焚燒，這也就相當(dāng)于100噸干物質(zhì)。這其中還包含了來自Tegel地表水處理廠的含磷污泥和其他自來水廠的含鐵錳污泥，以及柏林其他污水處理廠產(chǎn)生的脫水消化污泥。

污泥處理單元包含三條平行運行的處理線，其中流程包括：離心脫水機，流化床焚燒爐，余熱鍋爐。

由靜電布袋除塵器和濕式?jīng)_洗塔組成的煙氣處理單元，其中沖洗塔會產(chǎn)生可回用的剩余產(chǎn)物石膏。

污泥貯存

廠內(nèi)的污泥儲存功能由兩個構(gòu)筑物承擔(dān)：污泥平衡池和消化池（已不進(jìn)行污泥消化）。容量為2000立方米的混合污泥平衡池只會儲存很小一部分的污泥，因為同時還有8個容積為6500立方米的消化池作為更大的儲存空間保證污泥處理環(huán)節(jié)的運行安全。污泥平衡池中的污泥會通過4個轉(zhuǎn)速可調(diào)節(jié)的單通道齒輪泵（每個泵的流量30至275 m3/h不等）泵至環(huán)形回路，最后進(jìn)入污泥脫水環(huán)節(jié)。

污泥脫水

三條平行運行的焚燒線中的每一條都擁有兩個離心脫水機。混合污泥進(jìn)入離心機的入口時，會被聚電解的絮凝劑化學(xué)調(diào)節(jié)，每一噸干物質(zhì)需要添加5kg調(diào)節(jié)劑。脫水后可以使得污泥的固體質(zhì)量分?jǐn)?shù)達(dá)到24%至30%。功率為110kw的離心式脫水機每小時可產(chǎn)出污泥1.9-2.4噸，污泥中的有機物質(zhì)組分占到約68%（Loss on ignition），污泥的燃燒熱值（Lower heating value）為每千克干物質(zhì)15.5MJ。固體質(zhì)量分?jǐn)?shù)小于0.1 %的離心剩余產(chǎn)物會通過匯流管，然后泵至污水廠的前端分流井。脫水后的污泥會被運送到污泥焚燒設(shè)備之前的泥餅儲存?zhèn)}。泥餅儲存?zhèn)}的容積大約為90 m3，泥餅會在此大約停留9小時。兩個偏心螺桿泵會通過40米長的管路運送泥餅到流化床焚燒爐前的四個進(jìn)料點。螺桿泵的運送速率可調(diào)節(jié)在0-20 m3/h，輸送壓力在10-30 bar之間。通過噴射少量的潤滑劑（比如：工藝用水）可以大大的降低輸送阻力。

離心脫水機

流化床焚燒爐

每一個焚燒爐的最大功率為13兆瓦（13 MW），也就是說4.7億兆焦每小時（47 GJ/h）。每一個焚燒爐每小時可以燃燒3.7噸的干物質(zhì)，也就相當(dāng)于固體質(zhì)量分?jǐn)?shù)為25 %的15噸泥餅。

為了保證有機組分良好的燃燒效果和后端煙氣的中性，必須保證在爐膛頭部達(dá)到法定規(guī)定的最低燃燒溫度850度。這可以通過在預(yù)燃室添加燃油或者直接用油槍噴射到流化床上。被渦流鼓風(fēng)機吹入的助燃空氣會在余熱鍋爐中加熱至420°C，然后再預(yù)燃室通過燃油加熱至最多800°C，最終被導(dǎo)入風(fēng)箱。助燃空氣使布風(fēng)板上方35噸重的石英床處于懸浮狀態(tài)。

泥餅會通過噴槍加入到750°C左右的流化床上。旋流狀的石英砂會碾碎泥餅，獲得更大的接觸面積。最大燃燒功率下，氣體在燃燒室內(nèi)的停留時間為4秒鐘。

流化焚燒爐

余熱利用

煙氣離開流化床時的溫度大概在850-870°C。在余熱鍋爐中，這些熱量會通過換熱器進(jìn)行傳遞，首先用于產(chǎn)生蒸汽，其次用于空氣預(yù)熱器和節(jié)能器，分別加熱助燃空氣和鍋爐內(nèi)循環(huán)水。這之中產(chǎn)生的蒸汽約450°C 46 bar，主要用于發(fā)電和產(chǎn)生高壓氣體。燃燒器的表面主要是通過吹灰器進(jìn)行清潔。

靜電除塵

煙氣在余熱鍋爐降溫到170-210°C之后，被煙氣風(fēng)扇排出，然后流經(jīng)靜電布袋除塵器，最后經(jīng)過堿性沖洗塔后，通過96米高的煙囪排放到大氣中。

灰渣清運

第二第三煙道產(chǎn)生的灰渣以及布袋除塵器產(chǎn)生的灰渣都會通過氣泵匯集到四個灰渣儲存罐中。這些灰渣會被一定程度加濕，然后裝車外運。每天產(chǎn)生的30噸左右灰渣也可以繼續(xù)在其他用途被回用。

煙氣淋洗

從1989年二月份開始，污水廠啟用了以石灰作為吸附劑的煙氣淋洗設(shè)備。為了處理每立方米煙氣中含有的2 500 mg二氧化硫，需要每天使用2.5噸的石灰（其中氧化鈣的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為93 %）。濕式煙氣處理法的產(chǎn)物是石膏，每天大約產(chǎn)生7噸，其中殘留水分含量不足10%。如此之后，煙氣中的二氧化硫含量大概3-5 mg/m3。而過程中產(chǎn)生的石膏也會被回用。

煙氣處理

渦輪發(fā)電機組

所有蒸汽鍋爐產(chǎn)生的蒸汽會被輸送到渦輪發(fā)電機組。耦合發(fā)電機的冷凝式蒸汽輪機可產(chǎn)生高達(dá)6 MW的電力，該電力會被輸送到污水廠自身的電網(wǎng)之中。

電動壓縮機

最多五組電動壓縮機會為廠區(qū)的生化處理單元提供高壓空氣，如此可以保證污水處理工藝中理想的氣體供應(yīng)。

渦輪壓縮機組

當(dāng)電動壓縮機組出現(xiàn)故障時，可最多有兩組渦輪壓縮機組轉(zhuǎn)換功能用途，將之前流程工藝產(chǎn)生的蒸汽變成高壓空氣，并供應(yīng)到生化處理單元。

冷凝和其他用水的處理

冷凝水會在離子交換器中完全脫鹽，然后再回用到蒸汽鍋爐中。該設(shè)備由兩條性能為70 m3/h的流線組成。運行中，鍋爐內(nèi)循環(huán)水的損失會通過額外的，性能為3-4 m3/h為水處理設(shè)備來補充。該設(shè)備包含陽離子過濾器，二氧化碳脫氣機，陰離子過濾器和混合床過濾器。

應(yīng)急蒸汽鍋爐

廠區(qū)安裝了燃油應(yīng)急鍋爐，以確保在污泥焚化爐故障或高峰負(fù)荷時能夠產(chǎn)生必要的蒸汽。

能量供應(yīng)

Ruhleben污水廠有比較高的的電能需求，主要用于電動機，水泵，曝氣設(shè)備和刮泥機。這些總共高達(dá)8300 kW的電能需求主要由臨近的Reuter發(fā)電廠供應(yīng)。通過數(shù)次變壓調(diào)節(jié)，將30KV的高壓電降至0.4KV，驅(qū)動廠區(qū)內(nèi)大約2000個 電動機的運轉(zhuǎn)。

不中斷的電力供應(yīng)

對于個別重要的用電器，短短20秒的電力中斷也會造成特別大的損害。于是我們在廠區(qū)為此特殊的設(shè)置了400V三相供電網(wǎng)絡(luò)。該供電網(wǎng)絡(luò)由兩個220V的電池通過逆變器在電力中斷時為整個控制系統(tǒng)供應(yīng)電力，以保證不會有任何信息的丟失。

控制系統(tǒng)

Ruhleben污水廠的過程控制由43個分散的自動化單元組成，它們調(diào)節(jié)，控制，監(jiān)視和報告過程事件。在廢水處理和污泥處理的細(xì)分區(qū)域內(nèi)，它們通過雙總線系統(tǒng)（專用數(shù)據(jù)傳輸線）進(jìn)行通信，并在區(qū)域之間以及與中央控制室交換指定信息。

監(jiān)測技術(shù)

高質(zhì)量的監(jiān)測技術(shù)是自動控制，遠(yuǎn)程控制以及過程優(yōu)化的基本前提。Ruhleben污水處理廠擁有超過1000個測量電路，并帶有遠(yuǎn)程傳輸?shù)男盘枺�用于流量，溫度，壓力，氧氣含量，密度，閥門位置，電功率，電流，電壓等。

更

多

精

彩