來源：德中環境與能源促進中心

 

Ruhleben 污水處理廠概況

Ruhleben污水廠位于柏林Spandau轄區，是柏林六個污水廠中最大的一個，服務周邊110萬人口。1957年開始運行，然后歷經三次改造升級。如今日設計處理容量24.75萬立方米，雨期最大處理容量可達60萬立方米每天。這里不僅1985年污泥焚燒單元就已經投產運行，而且還將在2021年完成四級深度處理，達到游泳水水質出水標準。

柏林的水循環體系相對更新速率較慢。因為Spree和Havel河只為柏林城區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被污水處理廠凈化過一次了。這樣的現狀也對柏林的污水處理廠提出了很高的要求。在非雨期，柏林城區要產生65萬立方米的污水，在雨期這個數字將要翻倍！為此，6座污水處理廠相應配套而建立，Ruhleben污水廠就是其中最重要的一個。

鳥瞰圖

歷史年紀

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，收集泵站投入運行

1985污泥脫水，污泥焚燒單元投入運行

1986脫氮除磷試驗設備投入運行

1988引入化學除磷工藝（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《第十七聯邦排放控制法》(17. Immissionsschutzverordnung)

1997啟用渦輪發電機組利用高壓蒸汽為廠內供電

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

白色區域為第一次擴建區域，淺綠色為第二次擴建區域，深綠色為第三次擴建區域

通過現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行了怎樣的改造升級， 同時我們也會發現，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模相適應，同時也不斷的滿足水務管理部門提出的更加嚴苛的出水標準。

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

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

污水通過有壓管網提升至污水廠，之后在混合管段和污泥脫水產生的廢水充分混合，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生故障時，引流部分污水越過隔柵間直達初沉池。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，這其中揮發的廢氣H2S、VOC都將會被收集，然后導入廢氣處理設備進行凈化。

隔柵間

格柵間設置了6組粗細格柵。其中細格柵寬為1.9米，柵間距為8mm，平均每小時可以產生廢渣5至6噸。

沉砂池

6組沉砂池緊緊連接在相應的隔柵間之后，池中的運行水位會隨著水力負荷的不同，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荷影響的，且穩定在0.3m/s的平穩出水。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會被進一步去除。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

在初沉池環節，由兩組池體構成，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，然后傳送至后續污泥處理環節。池中平均流速為0.008 m/s，平均每日產生污泥2 500 - 3 000m3/d。

在此環節產生的漂浮物，主要是油脂，平均每日一噸，將會通過翼板間歇式地被去除，

根據相關法規，所有在機械處理環節產生的廢物都會被盡量回用，如若不行，將選擇清潔的方式進行清運。

初沉池的出水會依據相同的體積負荷分配到后續的生化處理單元。

1．2 生化處理單元

在生化處理環節，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。無機物的進一步去除，是通過特殊的生化反應，或是投加一定的化學藥劑實現的。Ruhleben污水廠的出水中，總磷遠遠低于規定的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8.15 m，好氧區5.65 m，容積62000 m3）。

運行參數如下：

參數名稱	數值	單位
污泥濃度	3.3	Kg/m3
BSB5-體積負荷	0.46	Kg/(m3·d)
污泥負荷	0.14	Kg/(kg·d)
需氧量	8～11	m3空氣/m3污水
非雨期水力停留時間	18	h

生化池

在生化處理環節，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置厭氧環境，然后在末端設置好氧環境，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境轉變，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。在缺氧環境下，硝酸鹽會被還原成氮氣，即反硝化反應。為了保證80 %左右的氨氮去除效率，需要將內回流比設置在3或者4。

缺氧區

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，對于不同區域分別為: 厭氧區3小時， 缺氧區6小時，好氧區9小時。

各個區域的設計容積之比為2:3:5，同時各個區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。而在缺氧區域，是通過水平式的旋轉器來實現的。

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

好氧區底部

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

如果通過生物除磷不能使出水達標，可以投加氯化亞鐵進入生化反應池，去除水中超標的磷。貯藏罐中流體形態的氯化亞鐵，通過環形導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池中。

生物脫磷

當污水在排水管網中，或者一些特定的池體中停留一定的時間，就會在其中產生可輕易降解的有機酸。這些有機酸可以被微生物（PAO）吸收并轉換成生物內的能量儲存物質。該合成過程所需的能量來自分解儲存在細胞內的多磷酸鹽，同時多磷酸鹽也作為能量來源，支撐細胞在厭氧環境中的生存。在好氧環境下，這些之前在厭氧環境中合成的能量儲存物質以及外部可輕易降解的底物，將會作為細胞繁殖的能量源。通過利用內部的能量儲存物質，可以使細胞快速的適應好氧環境，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。并且在好氧環境下所吸收的磷酸鹽要遠遠多于在厭氧環境中釋放的磷酸鹽，以此達到除磷的效果。

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,總容積2952m2，表面負荷非雨期為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, 總容積11940m2，表面負荷非雨期為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, 總容積6360m2，表面負荷非雨期為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米處設置的鉆孔導流管排出。水池表面產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米處的鉆孔導流管實現的。水表面產生的浮渣會通過板式刮泥機推入匯流管，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米處的鉆孔導流管實現的。表面污泥的去除是通過刮泥橋實現的，每一座刮泥橋可以服務前后相連而布置的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，設立了一座容積為3000立方米的水塔。同時為了更好地調節泵站的輸水量，配套設立了一座平衡池。一旦污水的進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河域的出水指標必須達到游泳水標準（Badegewässer Kriterien），所以才在1973年設立這座清水泵站。而2021年開始這座清水泵站也將退役，因為當Ruhleben污水廠的四級處理單元投入運行后，出水將達到游泳水標準，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標，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 %。

進出水指標

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立方米固體質量分數為3%到3.5%的混合污泥被焚燒，這也就相當于100噸干物質。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沖洗塔組成的煙氣處理單元，其中沖洗塔會產生可回用的剩余產物石膏。

污泥貯存

廠內的污泥儲存功能由兩個構筑物承擔：污泥平衡池和消化池（已不進行污泥消化）。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節的運行安全。污泥平衡池中的污泥會通過4個轉速可調節的單通道齒輪泵（每個泵的流量30至275 m3/h不等）泵至環形回路，最后進入污泥脫水環節。

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。混合污泥進入離心機的入口時，會被聚電解的絮凝劑化學調節，每一噸干物質需要添加5kg調節劑。脫水后可以使得污泥的固體質量分數達到24%至30%。功率為110kw的離心式脫水機每小時可產出污泥1.9-2.4噸，污泥中的有機物質組分占到約68%（Loss on ignition），污泥的燃燒熱值（Lower heating value）為每千克干物質15.5MJ。固體質量分數小于0.1 %的離心剩余產物會通過匯流管，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備之前的泥餅儲存倉。泥餅儲存倉的容積大約為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料點。螺桿泵的運送速率可調節在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，也就相當于固體質量分數為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到法定規定的最低燃燒溫度850度。這可以通過在預燃室添加燃油或者直接用油槍噴射到流化床上。被渦流鼓風機吹入的助燃空氣會在余熱鍋爐中加熱至420°C，然后再預燃室通過燃油加熱至最多800°C，最終被導入風箱。助燃空氣使布風板上方35噸重的石英床處于懸浮狀態。

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行傳遞，首先用于產生蒸汽，其次用于空氣預熱器和節能器，分別加熱助燃空氣和鍋爐內循環水。這之中產生的蒸汽約450°C 46 bar，主要用于發電和產生高壓氣體。燃燒器的表面主要是通過吹灰器進行清潔。

靜電除塵

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

灰渣清運

第二第三煙道產生的灰渣以及布袋除塵器產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。每天產生的30噸左右灰渣也可以繼續在其他用途被回用。

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（其中氧化鈣的質量分數為93 %）。濕式煙氣處理法的產物是石膏，每天大約產生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。而過程中產生的石膏也會被回用。

煙氣處理

渦輪發電機組

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

電動壓縮機

最多五組電動壓縮機會為廠區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。

渦輪壓縮機組

當電動壓縮機組出現故障時，可最多有兩組渦輪壓縮機組轉換功能用途，將之前流程工藝產生的蒸汽變成高壓空氣，并供應到生化處理單元。

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。該設備由兩條性能為70 m3/h的流線組成。運行中，鍋爐內循環水的損失會通過額外的，性能為3-4 m3/h為水處理設備來補充。該設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。

應急蒸汽鍋爐

廠區安裝了燃油應急鍋爐，以確保在污泥焚化爐故障或高峰負荷時能夠產生必要的蒸汽。

能量供應

Ruhleben污水廠有比較高的的電能需求，主要用于電動機，水泵，曝氣設備和刮泥機。這些總共高達8300 kW的電能需求主要由臨近的Reuter發電廠供應。通過數次變壓調節，將30KV的高壓電降至0.4KV，驅動廠區內大約2000個 電動機的運轉。

不中斷的電力供應

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。于是我們在廠區為此特殊的設置了400V三相供電網絡。該供電網絡由兩個220V的電池通過逆變器在電力中斷時為整個控制系統供應電力，以保證不會有任何信息的丟失。

控制系統

Ruhleben污水廠的過程控制由43個分散的自動化單元組成，它們調節，控制，監視和報告過程事件。在廢水處理和污泥處理的細分區域內，它們通過雙總線系統（專用數據傳輸線）進行通信，并在區域之間以及與中央控制室交換指定信息。

監測技術

高質量的監測技術是自動控制，遠程控制以及過程優化的基本前提。Ruhleben污水處理廠擁有超過1000個測量電路，并帶有遠程傳輸的信號，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