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在德国的中北部，有一座既传统又现代的大都市——布伦瑞克，它是德国下萨克森州的第二大城市，约有35万人口。它曾经经历过辉煌（在中世纪时是重要的贸易港口），也曾经历过战火（二战中英国和美国对布伦瑞克进行了40多次强烈轰炸），悠久的历史留下了丰富的文化遗产，重建后美丽的城区历经百年依旧保持着独特的魅力。除了古老的宫殿、教堂和修道院，布伦瑞克更是德国为数不多的大型农业回用场之一，并且是德国和中欧的水回用展示厅。它可以将施坦霍夫污水处理厂（Steinhof）的废水再用于农业灌溉（饲料和农业作物）。今天，我就带各位水友一起看一看德国最大的回用污水厂——施坦因霍夫污水处理厂是怎样处理污水以实现水与能源循环的。施坦因霍夫污水处理厂是布伦瑞克排污协会的财产，由布伦瑞克城市排水服务运营管理。在这个现代化的水厂中，处理来自布伦瑞克市和吉夫霍恩水务局覆盖的许多行政区约350,000人口的废水。在86个泵站的帮助下，该水厂每天的平均处理量约为6万吨，年处理量约为2200万吨。废水处理包括初级沉淀，用于去除大量有机碳的活性污泥和用于消除营养物（即氮和磷）的生物处理。废水的净化过程中产生的污泥将用于产生沼气，随后沼气通入热电联产系统，以实现工厂的电和热能消耗。在夏季，消化液与污水处理厂的废水混合在一起，用于农田灌溉。在冬天，污泥被脱水并用作农业地区的肥料。通过这种做法，每年产生的污泥可实现100％散布在农业中。施坦因霍夫污水厂回收过程一览
施坦因霍夫污水处理厂全貌布伦瑞克开始了对生物废水的利用，在城市北部的施坦因霍夫修道院中建造了灌溉区（地面过滤）。人口负荷过量，废水设施的扩建，布伦瑞克排污协会的建立。由于布伦瑞克人口的大量增加，灌溉区不再足以净化不断增加的废水。大量废水未经处理就流入了奥克河。布伦瑞克市在联邦和地区当局发起的有关公共水域污染控制措施的框架内，结束了废水处理的重组。由于吸收场的容量不足以及解决废水问题的紧迫性，必须扩大废水利用面积。增加两个灌溉区，灌溉面积增加到目前的4,300公顷。在此期间，增加4个灌溉泵站。灌溉管网全长约为107公里。为了解决污水厂和灌溉区的臭气问题，引入生物处理设施。布伦瑞克仅使用经过机械净化的水进行灌溉。这导致了灌溉区的臭气问题。为了减少异味，在施坦因霍夫污水厂启用了具有机械和生物净化功能的主要处理设施，由此解决了气味问题。处理设施一直扩大到1991年，成为一个完全生物处理设施。“弯道系统”作为灌溉操作中的新纯化工艺引入。在该系统中，清水在水平通道中通过河流状过程进行输送，从而在数公里的流量范围内进行了生物学的二次纯化。为了能够利用灌溉区中种植的能源植物，为周围居民创造更多价值，在施坦因霍夫污水厂附近建造了一座沼气厂。布伦瑞克废水回收的方法在德国是独一无二的，它能够将来自城市的废水和来自农村的生物能源相结合，形成了水-营养能量循环。施坦因霍夫污水处理厂无疑是布伦瑞克水回收过程中非常重要的一个环节，废水在这里进行了机械和生物净化，然后用于灌溉农业区。
因此，植物可以同时获得必要的水和重要的营养，确保粮食和能源工厂的生产。
能源工厂用于沼气生产，为布伦瑞克数千户家庭提供电力和供暖。城市污水管网系统是支持污水处理的基础，每天，数百万升的水从居民家庭流出，人们清洁，淋浴，烹饪和冲洗，水就像从水龙头流出一样自然地流入污水网络。布伦瑞克污水管网全长约1300公里，用于排污水和雨水。城市的外围地区大多都有一个带有独立渠道的系统，废水和雨水被送入单独的通道。而在市中心，废水和雨水流入混合水通道。此外，还有许多特殊的结构，例如雨水溢流，雨水贮存池和涵洞。废水直接进入施坦因霍夫污水厂，雨水收集在雨水贮存池中或直接排入地表水中。下水道建立的目标是：来自布伦瑞克的废水在进入施坦因霍夫污水厂中进行处理之前，通过下水道流入泵站。然后，通过73个泵站将废水送到污水厂，每小时最多可将6.5吨的水从市区送到污水处理厂。另外，还有13个雨水泵站从雨水渠中将雨水排入奥克河。
此外，整个下水道网络中都安装了许多用于运行监控的测量点。共有40多个具有恒定数据记录的测量设备，可控制下水道网络中的特殊结构（例如涵洞，三通结构）。为了能够确定不正确的排放量（例如污水渠中的雨水），雨水泵站安装了八台移动流量计和两台固定流量计。这些也是下水道网络水力计算的基础，并支持确定新的下水道建设和改造措施计划的数据。
还有另外四个固定采样设备（配备了先进的测量技术），记录市中心发生大雨时通过混合取水点冲入奥克河的混合水量的质量。
为了保持一切畅通，必须对泵站进行定期检查，维护和清洁。在施坦因霍夫污水厂，废水以大约每秒700升的速度流入，首先进行机械处理，然后进行生物处理。污泥用于产生沼气，然后在热电联系统中将其转化为电能，污水污泥作为肥料施用到农田上。施坦因霍夫污水处理厂处理工艺流程首先，进入施坦因霍夫的废水通过螺旋泵将其提升至2.5米的高度后，然后进入格栅系统将大颗粒污染物（例如纸张，纺织品或木材）清除，筛分将被脱水和再循环。除去固体后，水缓慢流入不断曝气的沉砂、隔油池。在这里，石头和沙子会沉积在底部。浮在水表面的脂肪被输送到消化池中进行进一步处理。在沉砂、隔油池的末端，废水流入初沉池，其中有机物以污泥（初级污泥）的形式在此沉淀。将初级污泥精细研磨，然后泵入污泥贮存罐中。生物净化从混合池开始，将经过机械处理的废水与回流污泥在混合池中混合。混合池用作生物除磷的厌氧池。在反应池中，氧气通过曝气装置不停鼓入，有机物将被分解的同时能够去除氮，并借助微生物进行生物除磷。在对废水进行生物处理之后，污泥-水的混合物通过分配设备分别进入4个二沉池中。在这里，活性污泥通过沉淀从废水中分离出来。净化后的废水流过二沉池的齿状边缘流入排水通道。净化水会从这里被泵入渗透区或储水池，或用于灌溉。来自施坦因霍夫污水厂初沉池和二沉池的污泥会分别在两个地方积聚，在初沉池中产生的初级污泥通过泵站直接泵入污泥储存罐，二沉池中产生的剩余污泥将通过2个离心机浓缩后泵入污泥储存罐。两种污泥在污泥储存罐中混合后运至污泥处理厂，在经过进一步处理后，污泥将被用作生产沼气发电、制作农业肥料或与净化水混合用于渗透区灌溉。 污泥处理工艺（Exelys和Bio Thelys——热水解和厌氧消化结合法）混合后的污泥被运至消化装置，污泥由热交换器加热到55°C左右被微生物分解，从而减少了三分之一体积。消化过程中产生的沼气（甲烷含量约为60-63％）被用于处理厂的电站中，以发电和供暖。在夏季，即植物活跃生长的时期，消化的污泥与灌溉水混合，用作灌溉区植物的营养和水分。
在冬季，污水污泥不用于灌溉。取而代之的是，首先将消化的污泥进料到消化后的污泥储存罐中，然后在其中使用脱水离心机并与絮凝剂一起进行脱水。脱水后，可以根据需要将污泥与石灰混合，用作农业区域的肥料（8、9月谷物收成后）。在污水污泥的处理工艺方面，施坦因霍夫污水厂选择了Exelys和Bio Thelys两种工艺。这两种工艺被认为式全球有效减少污泥的方案之一。Exelys可连续工作，Bio Thelys可按需提供。两者都结合了热水解和厌氧消化。Exelys提供连续热水解，可以每天24小时实时可调的进料速度运行。Exelys在温度（165°C），压力（6-8 bar）和停留时间（约30分钟）的受控条件下运行。污泥较高的干燥度（DS> 22％）使蒸汽消耗最小化。该系统由PLC（智能远程控制系统）控制，该PLC根据所注入的污泥量调节蒸汽流量。脱水的污泥经过间歇热水解阶段，在此阶段将蒸汽注入在特定压力（6-8 bar）和温度（165°C）条件下运行的反应器中约30分钟。农业用地收获的产品（玉米和黑麦）是生产沼气的基础，沼气厂每年需要44,000吨玉米和黑麦，以产生1930万千瓦时的电能。开发出的甲烷气体经过除湿和压缩后其通过地下燃气管道输送到布伦瑞克，在此将其转化为电能和供暖。沼气还用于沼气厂和施坦因霍夫污水厂的发电需求。沼气厂（生物垃圾发酵）沼气通过处理生物质获得，使用来自农业区的“能源植物”，例如玉米和黑麦，其特征在于生物利用度高。为了产生沼气，有机物须均质化并加热到45°C，以液体形式泵入发酵罐中。在厌氧消化中经过多阶段发酵过程，通过细菌和其他微生物的作用，分解输入物料，然后在中间阶段将其转化为甲烷，二氧化碳和微量气体（包括硫化氢）和水。热电联产厂
在施坦因霍夫污水厂的热电联产厂（CHP）中，产生电能和热量的沼气是通过污泥消化过程产生的。此外，还使用了生物垃圾发酵（沼气厂）产生的沼气和垃圾填埋场的垃圾填埋气。三种气体的混合气体流经气体净化系统（活性炭过滤器），其中去除了对环境和燃气发动机有害的微量物质。随后，气体进入混合站中，通过添加天然气或空气来设定固定的甲烷含量（约为50%），将不同类型气体中的甲烷含量调整到相同的水平。这对于燃气发动机的稳定运行是必需的。CHP工厂的内燃机以低耗能运行，以使氮氧化物和一氧化碳的排放量降至最低。所产生的电力用于为整个污水厂供电，发动机的废热和废气热在污水厂和生物垃圾发酵厂中用于加热目的。通过热电联设备，施坦因霍夫污水厂在能源方面完全可以自给自足（产生的能量超过了工厂所需的能量）。渗透区占地面积约275公顷，相当于385个足球场加起来那么大，它们主要用于二级净化和存储已经在施坦因霍夫污水厂中净化后的水。约1/2的净化水通过9公里长的压力管网络被送入渗透区，并被引导至渗透区的25个输送点。通过开放式分配设施和沟渠，可以在渗透区域选择性地分配废水。生物二次净化在传统渗透方法中，水渗入地表层，并通过排水沟中的排水进入。通过地面的这种转移利用了通过地表存在的植物和微生物的二次净化。为了使传统的渗透操作适应现代处理工艺并保持其有效性，近年来已采取了许多面向未来的转化措施——引入弯道系统。在该系统中，处理水在水平通道中通过河流状过程前进，从而在数公里的水流长度上进行了生物二次净化。稀有鸟类的避难所通过渗透区域的持续浇水并确保选定区域的土壤湿度，即使在水资源匮乏的时候，也已经创造了有价值的生物群落，许多甚至稀有的迁徙鸟类都可以在这里休息，繁殖和度过冬天。渗透区与自然和生物多样性保护联盟（NABU）合作，根据自然保护采取了行动。这里是302种不同的鸟类庇护所，其中包括在《欧盟红色名录》中受国际特别保护的物种。施坦因霍夫污水厂另一半净化水将用来灌溉周围约2700公顷的农业用地，每年的灌溉量约为一千万吨。灌溉的原因是该地区土壤保水能力低，不足以允许植物在生长期不受限制地生长，所以需要为植物提供额外的水。灌溉区的地面以高含沙量为特征，它不能容纳太多的水，但可以迅速吸收大量的水。该区域能够种植甜菜、油菜、玉米和黑麦等需求量大的农作物，其中玉米和黑麦还将被用作沼气厂的生物原料。农业灌溉区分为四个灌溉区域，每个区域都有一个放置在中央的泵，该泵通过地下压力管网分配清水。一共有165台灌溉机在农业灌溉区进行灌溉，每台机器的管长在320-600米之间，每台机器可以灌溉的面积最大为3.5公顷。施坦因霍夫污水厂作为世界上为数不多的大型大型农业回用场之一，是一座具有示范意义的污水厂。施坦因霍夫的特别之处在于利用周边土壤的特点，将约2/3处理水用于周边农业区的灌溉用水。另外1/3流入渗透区，将土壤渗透作为废水的二级生物处理，然后排入地表水中。
对于污泥的处置，施坦因霍夫也将其散布在农业中，并且根据不同季节的农业需求做出变化。在夏季，污泥消化液与污水处理厂的废水混合在一起，用于农田灌溉。在冬天，污泥被脱水并用作农业地区的肥料。这种方案使污泥成为一种资源，并建立了本地循环经济循环。农业区的作物用作产生沼气的原料，与污泥消化过程产生的沼气一起用于热电联产厂，使施坦因霍夫实现了能源自给。多出的能源还能够出售给当地电网使用。从施坦因霍夫污水厂的经验中，我们可以发现污水厂能源自足，污泥减量，杜绝污水处理过程中的二次污染不是不能实现的。而细看施坦因霍夫的污水处理过程：机械处理+生物处理+土壤渗透，并没有哪一项技术是特别困难的。以我国目前污水处理领域的技术现状，建设这样一座污水厂的技术完全是有的。我国污水处理起步较晚，近些年经历了高速发展，解决了污水厂从无到有遇到的问题。这个阶段我们更多的是在关心污染物的去除效率，也就是更注重出水达标。而这些经验，对于我们国内污水厂的未来发展有着很强的借鉴意义，同时也很有利于我们环保产业的持续发展。作为全世界的人口大国、制造大国，中国的环保产业无疑拥有巨大的发展契机。而对于环保企业来说，在未来取胜的法宝正是能够支撑我们，朝着污水处理资源回收综合利用方向发展更迭的创新技术。
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