北京市城市污水处理与再利用

　　（2） 北京市城市污水处理厂发展规划
　　根据“北京城市总体规划”，考虑环境保护，就近利用城市污水处理厂出水，建立分流制下水道系统等要求和地形、河流、位置、工程经济性条件，将北京划分为16个污水处理系统，每个系统建设一座污水处理厂，全市共有16座污水处理厂。其中10万m³/d以上大型污水处理厂8座，其它小型污水处理厂8座。全部于2010年前建成。
　　16座污水处理厂中，除高碑店污水处理厂（一、二期共100万m³/d）、北小河污水处理厂一期工程（4万m³/d）、方庄污水处理厂（4万m³/d）已建成投产外，酒仙桥污水处理厂一期工程（20万m³/d），将于2000年底竣工投产，上述污水处理厂全部投入之外后，处理能力达128万m³/d，污水处理率可达48.5%。其余污水处理厂按工程建设优先顺序，近期将规划建设清河污水处理厂一期工程、吴家村污水处理厂、卢沟桥污水处理厂、小红门污水处理厂（含郑王坟污水处理厂系统）和肖家河污水处理厂。届时北京市城市污水处理能力达240万m³/d，污水处理率可达90%左右。

2　 城市污水资源化的必要性和可行性

2.1　 必要性
　　北京市人均水资源占有量仅为全国的1/8，世界的1/32，水资源短缺和生态环境恶化已成为制约北京市可持续发展的主要问题。水资源是有限的，但目前产生的水资源短缺和不足并不是天然资源已达到极限，而是供水与需水之间相对不平衡。为解决这种不平衡，除了需要进行合理的社会经济布局，调整城市产业结构和用水结构，改变水的用途和供水方向以外，污水资源化再利用是一种简单易行的解决办法。
　　水资源包括量与质两个方面，除了水资源数量外，还应包括水环境保护、污水处理与回用等。城市污水量大，水质稳定，受季节和气候影响小，就近可取，是一种即可靠又经济的十分宝贵的水资源，常被称为城市第二水源。
　　根据预测北京市市区2010年平水年（75%）需水量为22.27亿m³，供水量为15.70亿m³，缺水量6.57亿m³，而2010年城市污水二级处理出水量可达11.94亿m³，如按60%再生回用，替代城市优质水源，就可解决用水与供水不平衡的矛盾，同时也减轻了环境污染，促进生态良性循环。
　　因此，城市污水资源化再利用是十分必要的，是消除缺水危机和解决环境最有效的途径之一。
2.2　 可行性
　　目前许多国家都致力于将污水单纯净化改变为以污水为原料生产再生水研究，把城市污水开辟为一种新的水源，这是一个重大而可喜的转变。例如：美国城市污水回用量达9.37×10⁸m³/a（258万m³/d），其中灌溉用水量159万m³/d，约占62%，工业回用81万m³/d（其中工艺用水25万m³/d，冷却水53.5万m³/d，锅炉用水2.5万m³/d），回灌地下水13.0万m³/d，其它回用（娱乐、养殖、野生植物等）5.0万m³/d。美国马里兰州巴尔的摩（Baltimore）的伯利恒钢铁厂将城市污水回用工业冷却水已有半个世纪的历史，回用量达40.5万m³/d。日本从60年代开始就大力研究和开发推广城市污水回用技术。污水再生原主要回用于冲洗厕所、工业冷却、农田灌溉、景观用水、市政杂用等，据有关文献报导，1990年已建成1369座中水工程，回用水量达22.8万m³/d。并在住宅区设置了“上水与中水双管道系统”和制定了“下水处理水再利用技术指针”。以色列属半干旱国家，污水已成为重要水资源之一。100%的生活污水和72%城市污水已经回用，建造了200多个污水回用工程（多数规模在5000～10000m³/d），处理后用于农灌占42%，回灌地下水约29%，排海水量约29%。
　　其它国家如法国将城市污水回用作为海滨水域管理的一项措施，沙特阿拉伯制定了废水回用的强制政策，2000年11%用水来源于回用水；南非从70年代开始将污水回用于农灌、景观、电厂冷却和工业用水等。荷兰、阿根廷、巴西、科威特、墨西哥等国均在污水回用方面有成功的业绩和相关政策。
　　国内大连春柳河污水处理厂已建成1万m³/d日用水工程，用于工业循环冷却水；青岛海泊河污水处理厂回用水已用于厂区内绿化、清扫，将用于附近热电厂等工业企业；太原北郊污水处理厂将1万m³/d回用水用于太原钢厂直流高炉冷却水，北京高碑店污水处理厂1万m³/d深度处理后出水用于厂内冲洗滤布、绿化及杂用等。其它如西安、天津、济南等城市也都正在进行城市污水回用工程的研究。
2.3　 城市污水回用技术经济分析
　　（1） 城市污水回用经济性
　　城市污水采用分区集中处理后将处理水作为新水源与开发其它水源比较，在经济上具有明显优势。
　　远距离引水：国内一些城市为解决水源不足，采用远距离引水，如天津“引滦入津工程”引水距离234 km，青岛“引黄入青工程”引水距离297 km等，均花费巨额投资，而城市污水深度处理就近回用于低质用水用户，替代优质水，可节省大量基建投资和运行费用。
　　海水淡化：城市污水杂质含量一般＜0.1%，可采用普通生化、物化法去除；而海水含有约3.5%的溶解盐类和有机物，需采用复杂的预处理和反渗透等膜处理技术，基基建投资和运行成本远高于污水回用。
　　新建自来水厂：污水回用提供新水源同时可减少自来水用量，从而缩减自来水厂建设规模，节省工程投资。
　　缩减水污染治理费用：污水回用可减少污水外排量，不仅有利于实行污染物总量控制，而且减少了污染征收费用。
　　（2） 城市污水回用的技术性分析
　　一般情况下，任何污水都可以采用不同的工艺进行处理，达到各类用户对水质的要求。目前国内外城市污水二级处理水主要回用于工业、农业、市政和生活杂用、景观河道等方面，除市政和生活杂用对水质要求较高，须经混凝沉淀、过滤、消毒等深度处理后才可回用外，城市污水处理厂二级处理水基本可满足其它用户对水质的要求。
　　为了推动城市污水回用的进程，国内外相继制定了一些城市污水回用的规范和标准，例如1998年世界卫生组织颁布的《污水回用农业的微生物含量标准》；同年10月我国颁布了《生活杂用水水质标准》（GJ25.1－89）；1992年美国国家环保局修订了《污水回用综合规范》，涉及到污水回用于非饮用的市政、生活杂用、工业、农业等方面的水质标准；1995年由中国工程建设标准化协会颁布了《城市污水回用设计规范》等。这此规范和标准为污水回用提供了可靠依据，现以北京高碑店污水处理厂二级出水和深度处理出水水质为代表与各种回用水水质进行比较，分析北京市城市污水再生利用在技术上的可行性。
　　1）污水回用于工业
　　在工业用水冷却水用量所占的比例最大，而且对水质要求不高。表3为高碑店污水处理厂二级出水与工业冷却水水质对照表，可以看出，高碑店污水处理厂二级出水基本上达到《城市污水回用设计规范》中工业冷却水的建议水质标准。但是对于要求较高的冷却设备，为防止腐蚀和结垢，一般应投加水质稳定剂，对循环冷却水水质进行稳定处理。
　　2）污水回用于农业
　　未经处理的城市污水直接灌溉农田，不仅会造成农作物产品质量下降，还会引起土壤恶化，污染地下水。为了合理利用污水灌溉，1992年我国颁布了《农田灌溉水质标准》（GB 5084－92），高碑店污水处理厂二级出水与农灌水质标准对照，高碑店污水处理厂二级出水水质能够满足农灌水质的要求。

高碑店污水处理厂二级出水与工业冷却水水质标准对照表　　　 表3 序号 项　　　 目 工业冷却水水质标准 高碑店

二级出水 直接冷却 间接冷却 美国国家科学院 1 pH 6.0～9.0 6.5～9.0 / 7.2～7.8 2 浊度（度） 30 5 SS 100 SS 10～25 3 BOD₅（mg/L） 30 10 / 4～12 4 COD（mg/L） / 75 75 35～45 5 铁（mg/L） / 0.3 0.5 / 6 锰（mg/L） / 0.2 0.5 / 7 氯化物（mg/L） 300 300 500 80～100 8 总硬度(以C_aCO₃计) (mg/L) 850 450 650 500 9 总碱度(以C_aCO₃计) (mg/L) 500 350 350 / 10 总固体（mg/L） 1000 1000 溶解固体500 溶解固体500

　　3）污水回用景观河道补充水
　　北京市区河道均为季节性河流，没有补充水源。《北京城市总体规划》规定：“位于城市上游的莲花河、清河（清河闸上）、凉水河（大红门闸上）等风景观赏河道，因无水源保证，为维持河道景观，需用经处理后的污水解决补水问题；位于城市下游的清河（清河闸下）、坝河（酒仙桥以下）、凉水河（大红门闸下）、通惠河（高碑店闸下）等河道，是城市的排水尾闾，水体要求低一些，可结合污水厂建设补充河道水源，逐步改善河道水质”。因此，采用污水回用水补充河道是十分必要的。
　　根据《地表水环境质量标准》（GHZB 1－1999），北京市主要河道分别属于Ⅳ类和Ⅴ类河道。城市污水二级处理后必须进行深度处理，才能达到相应的地面水体标准，这与当前北京市的经济状况是不相符的。因此考虑其可行性采用《城市污水回用设计规范》中规定的市区景观河道用水建议水质标准，与高碑店二级出水进行比较，可以看出，高碑店污水处理厂二级出水基本可满足要求。
　　4）污水回用市政和生活杂用
　　市政和生活杂用水在使用中有可能与人体直接或间接接触，因此对水质要求较高，一般应经过深度处理后才能使用。高碑店二级出水经混凝、沉淀、过滤、消毒等深度处理后，可满足市政、生活杂用和中水水质要求，见表4。

市政和生活杂用水水质标准与高碑店处理厂深度处理水水质对照表　　　　　 表4 序号 项目 市政和生活杂用水水质标准CJ25.1-89 中水水质标准京发〔1987〕60号 高碑店处理厂深度

处理水水质 冲厕、绿化 洗车、扫除 1 pH 6.5～9.0 6.5～9.0 6.5～9.0 7.6 2 浊度（倍） 10 5 / 2.7 3 色度（倍） 30 30 ≤40 30 4 BOD₅（mg/L） 10 10 ≤10 4.6 5 COD（mg/L） 50 50 ≤50 18.5 6 SS（mg/L） 10 5 ≤10 10 7 臭（mg/L） 无不快感 无不快感 无不快感 无不快感 8 溶解性固体（mg/L） 1200 1000 / / 9 氨氮（mg/L） 20 10 / 1.47 10 总硬度（mg/L） 450 450 / 300 11 氯化物（mg/L） 350 350 / 140 12 阴离子合成洗涤剂（mg/L） 1 0.5 ≤2 / 13 铁（mg/L） 0.4 0.4 / / 14 锰（mg/L） 0.1 0.1 / / 15 游离余氯（mg/L） ≥0.2 ≥0.2 ≥0.2 / 16 总大肠菌群（个/L） 3 3 ≤3 ≤3

　　综上所述，城市污水处理厂二级出水水质已经达到一般工业冷却水和景观河道用水水质标准，如果再经适当深度处理，将可达到更高要求的水质标准。因此，城市污水再生回用于一些非饮用性、低质用水的用户在技术上是完全可行的，国内外许多成功的经验也证明了这一点。

3　 北京市城市污水回用方案设想

3.1　 回用原则、对象及回用水需求量
　　根据国内外经验，城市污水二级处理后，优先回用于农业。虽然农田灌溉季节性强，但农田面积大，用水量多，水质要求不高，是符合我国国情，易于实现的回用途径。相对于农灌，工业及市政杂用需水量较为稳定，所产生的资源效益较高，也是重点回用对象之一。在工业回用中，应首先选择回用于工业冷却，其次是工艺低质用水和厂内杂用水。
　　根据北京市污水处理厂规划和污水灌溉对地下水的影响，近期回用农灌的主要地区为朝阳区和丰台区，有效灌溉面积约22.7万亩，需水量约1亿m³/a，远期可扩大至通州区、大兴县等地，总需水量为1450万m³/a。
　　近期工业回用对象主要在东郊工业区，垡头工业区、南郊工业区、石景山工业区和西三旗工业区等，需深度处理可回用水量为29万m³/d，远期考虑原有地区增加水量及新建各工业边缘地区需水量，可回用水量约50万m³/d。
　　市政杂用（包括冲洗道路及浇洒绿地等），近期需水量5.8万m³/d，远期约8.7万m³/d。
　　景观河道补水主要考虑河湖蒸发，渗漏及定期更新水质等因素，近期补水量约18万m³/d，远期约66万m³/d（其中Ⅳ类水体换水量为8.9万m³/d）。
　　住宅小区杂用水包括冲洗厕所、公建及市政杂用水等，近期建设两个试点小区，其需水量为7400m³/d，远期拟建10个边缘集团，总需水量约24万m³/d。
3.2　 污水回用方案设想
　　从上述分析可以看出，需要深度处理（包括工业、Ⅳ类水体河道换水及住宅杂用水等）的回用水量，近期约37万m³/d，远期为86万m³/d，结合北京市近、远期拟建污水处理厂的布局，确定深度处理厂地点及规模（见表5、表6）。

近期深度处理厂地点及规模 (万m³/d)　　　　　　　 表5 处理厂名 规模 深度处理水量 二级处理水量

（景观、农灌、市政杂用等） 工业 河道换水 住宅中水 高碑店污水处理厂 50 11.48 / / 38.52 方庄污水处理厂 4 0.19 / / 3.81 清河污水处理厂 20 0.76 / / 19.24 酒仙桥污水处理厂 17 0.25 / / 16.75 首钢污水处理厂 12 10.8 / / 1.20 肖家河污水处理厂 4 / 4 / / 吴家村污水处理厂 4 / 4 / / 五里坨污水处理厂 2 / / 0.65 1.35 齐庄小区中水 0.1 / / 0.10 / 零星工业企业 5.9 5.9 / / / 总　　 计 119 29.38 8 0.75 80.87

3.3　 水资源供需平衡分析
　　“北京城市总体规划”近期（2000年）平水年（50%）需水量19.3亿m³/a，可用水资源量18.67亿m³/a，缺水0.67亿m³/a；远期（2010年）平水年需水量25.08亿m³/a，可用水资源量16.77亿m³/a，缺水2.34亿m³/a，前述污水回用方案实施后，近、远期分别可提供回用水2.63亿m³/a和5.97亿m³/a，除枯水年稍有欠缺外，均可补足用水量供需不平衡缺口，大大缓解北京市水资源不足的危机。
3.4　 高碑店污水处理厂一期工程回用方案
　　高碑店污水处理厂一期工程投产后，出水水质稳定达标且优于设计目标值，其中1万m³/d二级出水经深度处理后用于厂内杂用，另有7.68万m³/d二级出水供给华能热电厂，再经深度处理后用于工业冷却，除此以外，绝大部分均用于农灌或排入通惠河闸下。
　　为此，市政府决定开发利用高碑店污水处理厂二级出水，代替清洁水，回用于工业，市政杂用及河道景观等，达到城市污水资源化目的，解决北京市水资源短缺现状。

（景观、农灌、市政杂用等） 工业 河道换水 住宅中水 高碑店污水处理厂 100 26.41 / / 73.59 方庄污水处理厂 4 0.19 / / 3.81 首钢污水处理厂 20 10.8 / 4.54 4.66 清河污水处理厂 39 1.88 / 2.44 34.68 酒仙桥污水处理厂 17 2.59 / 2.80 11.61 郑王坟污水处理厂 43 3.22 / 3.64. 36.14 北苑污水处理厂 4 / / 1.24 2.76 定福庄污水处理厂 19 0.83 / 3.16 15.01 东坝污水处理厂 6 0.46 / 1.73 3.81 小红门污水处理厂 27 / / 1.88 25.12 肖家河污水处理厂 4 / 4 / / 吴家村污水处理厂 8 / 8 / / 总　　 计 291 46.38 12.0 21.25 211.19

　　经多种方案比选，推荐方案如下：
　　建设一座规模50万m³/d回用水泵站，近期水泵安装规模30万m³/d。
　　近期由回用水泵站提升20万m³/d回用水，经输水管向北送至高碑店湖，供给第一热电厂冷却用水；远期该回用水量增至30万m³/d。
　　近期由回用水泵站提升10万m³/d回用水，经输水管线向南送至北京市水源六厂（已建工业用水的河水处理厂），利用原有处理设施潜力，经混凝、沉淀、过滤及消毒后，其中5万m³/d回用于东郊工业区，另5万m³/d送至南护城河沿岸，用于公园、道路两岸绿地、喷洒道路及河湖补水等；远期该回用水量可达17万m³/d。
　　其余尚有20万m³/d二级出水可用于通惠河下游两岸绿化、景观及农灌用水。
　　上述工程正在建设中，规模30万m³/d的高碑店污水处理厂回用工程可望今年年底投产运行，届时将会发挥巨大的社会、经济及环境效益。

（本文大量数据选自北京市城市规划设计研究院、北京市节水办编制的“北京市城市污水综合利用研究”，特向有关人员，特别是报告编制者刘永琪、张玉森表示衷心感谢）

主要参考文献

[1] 亚洲开发银行水资源项目北京研究组. 北京水资源研究最终总报告, 1992. 3
[2] 北京市城市规划设计研究院、北京市节约用水办公室. 北京市城市污水综合利用研究, 1999. 4
[3] 北京市市政管理委员会、北京市市政工程设计研究总院. 高碑店污水处理厂处理水资源化再利用方案, 1999. 6
[4] 王宝贞. 中国缺水城市污水加收与再用探讨. 21世纪中国城市水管理国际研讨会 论文集, 1999. 9