市政相关 案例：德国柏林瓦斯曼多夫[Wassmannsdorf]污水厂[磷回收]

德国Wassmannsdorf(瓦斯曼多夫)污水处理厂是柏林地区第二大污水处理厂，日处理量为21万立方米，仅次柏林Ruheleben污水处理厂。该污水处理厂位于柏林东南方，主要承担柏林东南地区及柏林周边辐射范围内的污水处理。这里不仅有先进的磷回收技术工艺，还将在2017年开始扩建新的污泥处理和处置（焚烧）设施，以及污水四级深度净化。该污水处理厂在未来将成为柏林最先进的污水处理厂之一。

该污水处理厂建造于1927年。1935年该污水处理厂就建造了机械处理、生物处理、发酵制沼气发电。1989年，污水处理厂完成了翻新，形成了目前整个污水处理厂的基本模型。在1991-1998年，该厂在污水机械处理、生物处理、生物除磷结合硝化和反硝化（A2O）、生物沼气处理和热电联产、中央控制等方面都进行了技术革新。至1998年，该污水处理厂日均污水处理量为23万立方米，具备完善的淤泥脱水和预处理设施。
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2010年污水处理厂采用鸟粪石Magnesium-Ammonium-Phosphat(MAP)沉降工艺实现磷的高效产品化回收。2013年完成对脱水污泥的烘干。2017-2022年计划投资1亿7000万欧元，用于扩建污水混合池，新建污水后续深度处理，以及污泥处理流程。完成改造后，该污水处理厂将拥有4级净化过程来适应日益严格的排放标准，以及配备完善的污泥焚烧流程。

表格1:2016年Wassmansdorf污水处理厂处理标准


: ]/ f/ J4 y# q* |( H) E) U图1:Wassmannsdorf污水处理流程图

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预处理
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周边的生活污水将通过泵站运输到该污水处理厂并经两根直径为1.8米的管道被输送到较高位置的格栅首先进行机械预处理（对应流程图标记2）。大颗粒塑料、植物等被2cm的粗格栅过滤。之后污水会进入细格栅，污水中医药棉签、头发等小颗粒物质会进一步被8mm的细格栅过滤。
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图2:污水输送管道
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污水中含有的直径小于2mm固体颗粒沙子会在沉沙池中（图3）进行沉降去除。在沉砂池中（标记3）污水的流速为30cm/s，在这种速度下所有的沙子能在沉砂池中沉淀。沉砂池池底有推沙装置，沙子被推入漏斗口沉淀。沙子被泵打到洗沙器中清洗，洗净的沙子能当做建筑材料，用于垃圾填埋上层覆盖沙使用。
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& H2 i! r- u# P2 A/ w图3：细纱清洗设备

未经生化处理的污水中包含了浮油和污泥，这些都包含了大量的能量。污水在预处理池（标记4）能做到油污分离。预处理池液面上有刮油器，所有的浮油在（标记4）图5，被收集后和污泥混合进入发酵罐用于发酵制沼气。预处理池平均检修频率为1-2年。

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图4:预处理池

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图5：预处理池浮油收集
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4 i& X" s7 k3 m/ B+ h; I生物处理

3 S% C. S/ q' j: Y$ E/ }% |污水流入A2O反应池（标记5）。该反应池分三个模块厌氧池、缺氧池和好氧池接连进行。污水经长时间流动后溶解氧含量很低，在厌氧反应池中与淤泥混合。在这里有机物被氨化，磷被游离释放。污水随后进入缺氧池，好氧池中的污水（含硝酸根）回流在该缺氧池中反硝化脱氮，由于缺氧池中含有大量的有机物，这也保证了反硝化能很好地进行。
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; p- Z8 x3 y7 Z; v2 s在好氧池中污水经充分曝气。污水中的有机物浓度在有氧过程中能被最大限度的降低。同时污水中的磷能被大量转移到淤泥中。为保证出水的磷含量达标，在好氧池末端投入絮凝剂祛除剩余超标磷。经A2O工艺处理过的污水已经清澈透明，有很好的指标。


图6:厌氧池
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  S3 n. Y( u4 F" [. U7 W- @/ l图7：缺氧池
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. z& Z9 X+ p: f4 `8 ?8 z图8：瀑气池

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图9：好氧池曝气管

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图10：沉淀池
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污水经沉淀池静置后与淤泥分离。淤泥被收集到储存塔用于发酵制沼气，污水达到排放标准进入河流。

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图11：出水
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污泥处理
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该污水处理厂年污泥生成量为19600吨。厂内有三台离心机用于剩余污泥脱水处理，五台离心机用于发酵污泥的脱水。污泥（生物质含量1.22%）添加絮凝剂后（0.73克/克生物质）离心脱水（能耗1.5千瓦时/立方米）最终达到生物质含量6.95%。离心过程中脱去的污水被输送到厌氧池循环处理，脱水后的淤泥被送入沼气发酵池（运输总耗能0.6千瓦时/立方米）。

污泥采用高温厌氧发酵，共有6个沼气池，每个池8000立方米。发酵后的污泥目前脱水后拉载到其他地方进行焚烧，如单独焚烧、水泥厂焚烧等。为满足新的污泥条例，目前在建设新的污泥单独焚烧，并从污泥的焚烧灰烬中提取磷。

表格2:进入发酵罐的混合污泥数据

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图12：污泥发酵设备


图13：鸟粪石磷回收设备

  E/ S9 l. a/ l+ C) c; O! a3 c根据污水处理过程中产生污泥的位置不同，其N,P等营养物质含量也不同。污泥被分别储存在FSV，ASV，MSV和üSV四个不同的储泥罐中。污泥里的磷、氨经发酵过程迅速形成可溶性P和N。由于污水中溶解了钙、镁离子，极易在发酵罐的输送管中生成结晶堵塞管道，增大能耗影响流程。

取代常规的方法，柏林水务集团研发了新型的鸟粪石AirPrex工艺，通过曝气使得污水PH值升高，形成结晶的条件。再投入氯化镁药剂就可生成磷肥MgNH4PO4˙6H2O鸟粪石。其成品磷肥在市场上售价为2.5欧/500克。其肥力和正常TSP肥料相当。
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图14：未干燥成品鸟粪石
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( p+ M0 M2 o6 ?6 O/ t- I5 i0 X! p污泥在沼气罐中发酵生成沼气（沼气体积比60.5%），其含有硫化氢、二氧化碳等物质阻碍燃烧，降低热值。三个沼气罐一共11000立方米。净化后的沼气被用于发电或转化成热能供周边村庄及加热发酵罐使用。热力发电的功率约为3000千瓦，整个污水处理厂能耗约为13000千瓦。

* A" @$ F' Z' L  H) y0 r8 x! e表格3:发酵罐和热电联产装置数据


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* _7 q: e+ N4 b* d图15：沼气发电机，作者 张奇琦