北京市污水深度处理及回用的现状分析与发展.docx
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北京市污水深度处理及回用的现状分析与发展
北京市污水深度处理及回用的现状分析与发展
文/周军1刘培勇2李魁晓1甘一萍1
（1.北京城市排水集团有限责任公司科技研发中心，北京，100124）
（2.厦门中联环环保工程有限公司，厦门，361004）
随着城市规模的扩大，人口的急剧增加以及生活水平的不断提高，北京市水资源供需矛盾日益尖锐。
北京市年自产水资源量为39.99亿立方米，多年平均入境水量为16.50亿立方米，多年平均出境水量为11.60立方米，当地水资源的人均占有量只有300立方米，为全国人均水资源占有量的1/8，世界人均水资源占有量的1/32。
水资源的可持续利用已直接关系到北京市社会经济的可持续发展问题，缓解水资源的供需矛盾有多种途径，包括外流域调水、开源节流、污水再生利用等措施。
城市污水由于其相对稳定的水质和水量可作为城市可靠的第二水源，已成为当今世界各国在解决水资源短缺问题时的共识。
我国城市用水结构中，饮用水仅占2%，生活杂用水约占50%，市政建设杂用水约占40%，绝大部分城市用水和工业工艺用水对水质的要求并不高。
经过净化处理后的城市污水可以用作生活杂用水、市政绿化用水、工业用水、景观生态补水和农田灌溉等多种用途，可替代等量的新鲜水量。
污水的再生利用既开辟了一个稳定的新水源，又可减少废水排放造成的环境负荷，对缓解水资源紧缺和改善水环境都有重要的意义。
本文对北京市的污水处理的发展及深度处理的发展现状进行了综述，对污水深度处理回用存在的问题与发展趋势进行了阐述。
1.北京市污水深度处理及回用的现状
1.1北京市污水处理现状分析
目前北京市的污水处理设施主要由两部分构成，首先是城市集中污水处理厂，负责处理城市生活污水和工业废水；其次是工业企业内部污水处理设施，负责厂区内部工业废水的处理，使工业废水达到排放标准后排入市政污水管道，部分企业对处理后的污水进行了回收利用。
北京市污水处理工程的建设可以追溯到元代，那时就已经有了排水管渠。
解放后，在市政各大主要城区相继铺设了数千公里的排水支干线、完成了龙须沟整治等工程。
1959年建设了具有初级处理能力的高碑店污水处理厂（20万立方米/日）和酒仙桥污水处理厂（1.5万立方米/日）。
改革开放以来，建设工作有了更快的发展。
到1998年，北京排水设施的总资产达30亿元，包括：
排水管线2846公里，高碑店、方庄、北小河3座污水处理厂（总处理能力为58万立方米/日），污水处理率为25％。
近5年，由于政府财力的支持及企业改制融资能力的提升，到2002年，北京污水处理工程建设运行投入为18.03亿元，是1996年3.34亿元的5.4倍（见表1），排水设施总资产已达约80亿元，包括：
排水管线3500公里，高碑店、清河、酒仙桥等7座污水处理厂（总处理能力为158万立米/日），污水处理率超过50%；回用水设施3座（49.5万立米/日）、管线150公里、回用率达15%。
2008年奥运会的举办进一步推动了给北京市污水处理事业的发展。
50年代以来北京市污水总量与污水处理能力的发展如图1所示。
从图中可以看出污水总量一直在缓慢增加，90年代达到了250万立方米/日。
而污水处理能力在94年以前一直维持在较低的水平，后来随着经济技术的发展进入90年代后，北京市污水处理厂的建设进度加快,污水的处理能力有了大幅度的提升。
2010年前北京投运的污水处理系统如表2所示。
污水处理厂总规模达到358万立方米/日，其中城区污水为268万立方米/日。
污水处理设施的建设为城市污水再生回用创造了更好的条件。
序号
项目名称
投运时间（年）
设计处理能力（m3/d）
平均处理水量（m3/d）
1
北京城市排水集团高碑店污水处理厂
1999
100
77.54
2
北京城市排水集团酒仙桥污水处理厂
2000
20
20.3
3
北京城市排水集团小红门污水处理厂
2006
60
58.4
4
北苑污水处理厂
2009
4
3.6
5
北京城市排水集团北小河污水处理厂
1990
10
7.56
6
北京城市排水集团吴家村污水处理厂
2003
8
6.06
7
北京城市排水集团方庄污水处理厂
1995
4
4
8
中航丰台云岗污水处理厂
1996
1.2
1.1
9
北京卢沟桥污水处理厂
2004
10
6.3
10
永丰再生水厂
2008
2
1.73
11
温泉再生水厂
2008
2
1.14
12
北京城市排水集团清河污水处理厂
2004
40
45
13
北京肖家河污水处理有限公司
2003
2
2
14
北京市自来水集团门城污水处理有限公司
2004
4
1.1
15
长阳污水处理有限责任公司
2008
2
0.5
16
房山城关污水处理厂
2009
2
1.73
17
良乡污水处理厂增加处理水量
2003
4
3.5
18
牛口峪污水处理厂
1995
6
2.5
19
通州碧水污水处理厂
2005
10
8.1
20
通州区漷县镇中心区污水处理厂
2009
1
0.2
21
张家湾镇污水处理厂
1
0.5
22
次渠污水处理厂
2005
1
0.5
23
顺义天竺污水处理厂
2006
2
1.2
24
同顺中水处理厂
2008
1
0.4
25
顺义区污水处理厂
2007
8
7.45
26
北七家污水处理厂
2008
2.5
2.45
27
南口镇污水处理厂
2009
2
1.1
28
天通苑污水处理厂
2009
1.32
1.26
29
昌平污水处理中心
2003
5.4
2.4
30
昌平区水务局小汤山污水处理厂
2006
1.05
0.6
31
北京兴水水务有限责任公司污水处理厂
2000
8
7.09
32
天堂河污水处理厂
2009
4
0.32
33
庞各庄污水处理厂
2009
1.1
0.25
34
北京金源经开污水处理有限公司
2002
5
3.8
35
怀柔区污水处理厂
2007
7.5
4.66
36
平谷洳河污水处理厂
2008
8
4.6
37
北京市自来水集团密云檀州污水处理厂
1991
4.5
2.4
38
北京市自来水集团夏都缙阳污水处理有限公司
2001
3
1.8
1.2深度处理及回用现状分析
京市每年通过城市污水处理厂二级处理后形成的达标排放水约6亿立方米，作为再生水的源水，具有不受气候影响，取用集中便利、水质较为稳定等优点。
如加以利用将成为一个可靠的新水源，同时还可节约大量的优质饮用水资源。
20世纪80年代，北京陆续实施了一些小型污水再利用工程，主要为小型中水设施，即利用建筑本身产生的污水或污染较小的洗涤水，经处理后用于冲厕所和庭院绿化等市政杂用水。
进入90年代，随着高碑店、酒仙桥污水厂相继投运，特别是高碑店污水处理厂再生水回用项目的建成，北京市再生水利用进入了高速发展阶段。
北京市相继出台并不断完善再生水利用的政策和法规，再生水利用规模急速扩大，管网建设不断扩张，再生水经营企业不断转变思路，取得突破，工作核心已由基本建设转到供水保障。
1999年根据北京市政府的有关指示精神，北京市市政设计院、北京市规划院和北京市城市节水办合作编制了《高碑店污水处理厂再生污水综合利用规划》。
高碑店污水处理厂处理水资源化再利用工程是北京市目前最大的城市再生水回用项目，现已经建成投入运行。
该工程修建再生水回用管道30.6公里和加压泵站一座，总投资约3.4亿人民币。
近期实现30万立方米/日，其中20万立方米/日输送到高碑店湖中，供第一热电厂冷却循环用水的补充水源；另10万m3/d经水源六厂深度处理后用于市政杂用，主要作为水工业用水、园林绿化灌溉、环卫洒水降尘和公园水源补给等。
2002年至2007年期间投资近15亿元，由北京排水集团陆续建设完成酒仙桥再生水厂（6万立方米/日）、吴家村再生水厂（4万立方米/日）、清河再生水厂（8万立方米/日）、北小河再生水厂（6万立方米/日）、方庄再生水厂（1万立方米/日）、小红门污水资源化再利用输水泵站工程（30万立方米/日）及400公里配套管线，实现再生水年供水能力3.5亿立方米。
供水流域东起高安屯，西至石景山，北起回龙观，南至大兴，供水用户主要包括工业循环冷却、农灌、河湖景观、住宅冲厕、城市绿化、市政杂用等。
1.3污水深度处理主要的技术研究
污水循环利用的核心技术是污水的再生处理，即通过深度处理使水质达到相应的回用要求。
再生水的处理主要是针对城市污水处理厂的二级出水进行的，对运行正常的污水处理厂二级出水中的污染物可分为如下几类：
以CODCr和BOD5为代表的有机污染物；氮和磷等无机物；颗粒状固体；细菌、病毒、原生动物、蠕虫等病原微生物。
而污水再生利用时的处理对象就是以上四类物质。
目前北京市主要采用的深度处理方法主要有混凝沉淀过滤工艺，生物过滤技术，膜处理技术以及臭氧氧化等组合工艺。
1混凝沉淀过滤工艺
常规处理工艺或传统处理工艺就是指混凝、沉淀、砂滤，其目的是去除悬浮物、浊度和杀灭水传染病菌，应用于污水深度处理可提高对有机物、浊度、磷和氮等营养物质及其他溶解性物质的去除率，改善出水水质，具有投资少、设备简单，维护操作易于掌握，处理效果好等优点，但难以彻底去除水中病原微生物、有毒有害微量污染物和生态毒性等，难以保证出水的安全性。
我国的中水回用工艺多采用此工艺，例如，北京高碑店污水处理厂和酒仙桥污水处理厂均采用此工艺，其三级出水主要回用于工业冷却、市政和生活杂用、景观水体补水等。
滤布滤池（ClothMediaFiltration，AquaDisk）是近十年迅速发展起来的一种应用在污水深度处理及回用工程的一种新型表面过滤技术的新技术，其主要优点为处理效率高，出水稳定，能承受较大的水力及悬浮物冲击负荷，占地面积小。
微滤布过滤设备在技术上可以替代传统的深床过滤设备，与传统过滤设备相比，该设备具有结构紧凑、水头损失小、占地面积少、处理费用低等特点。
2生物过滤技术
生物过滤技术将生物膜法与过滤技术结合在一起，充分利用了滤池中滤料的拦截作用和滤料上附着的生物膜的降解作用，将二沉池出水中未能去除的大多数物质能够有效地去除。
根据是否曝气，生物过滤又可分为缺氧过滤和好氧过滤，好氧过滤技术的代表就是曝气生物滤池。
在欧洲，为了适应新的标准，陆续开发了一系列新的污水处理技术，曝气生物滤池从中脱颖而出。
它首先被用作三级处理，后来发展成直接用于二级处理。
曝气生物滤池充分借鉴了污水处理接触氧化法和给水快滤池的设计思路，集曝气、高滤速、截留悬浮物、定期反冲洗等特点于一体。
其工作原理主要有过滤、吸附和生物代谢。
滤池工作时，在滤池中装填一定量粒径较小的粒状滤料，滤料表面生长着生物膜，滤池内部曝气，利用滤料上高浓度生物膜的氧化降解能力对污水进行快速净化；同时，因污水流经时，滤料呈压实状态，利用滤料粒径较小的特点及生物膜的生物絮凝作用，截留污水中的大量悬浮物，且保证脱落的生物膜不会随水漂出；此外，填料及附着其上生长的生物膜对溶解性有机物具有一定的吸附作用。
运行一定时间后，因水头损失的增加，需对滤池进行反冲洗，以释放截留的悬浮物并更新生物膜。
填料是曝气生物滤池的核心组成部分，影响着曝气生物滤池的发展。
曝气生物滤池发展过程中依次出现过3种不同的形式：
BIOCARBONE，BIOFOR和BIOSTYR，采用的填料各不相同。
BIOCARBONE采用的是石英砂粒；BIOFOR采用的是轻质陶粒；BIOSTYR采用的则是密度比水小的聚苯乙烯球形颗粒。
石英砂粒由于密度大，比表面积、孔隙率小，当污水流经滤层时阻力很大，生物量少，因此滤池负荷不高、水头损失大。
轻质陶粒和聚苯乙烯作填料时，由于密度小，比表面积、孔隙率大，生物量大，因此滤池的负荷较大，水头损失较小。
国外的实际运行表明，BIOFOR和BIOSTYR明显优于BIOCARBONE。
3膜处理技术
膜是一种具有特殊选择性分离功能的无机或高分子材料，它能把流体分隔成不相通的两个部分，使其中的一种或几种物质能透过，而将其他物质分离出来。
德国、英国已用膜技术治理了莱茵河和泰晤士河，我国也建设了一批应用膜技术的环保示范工程，并取得了良好的效果。
尤其是新型的膜材料（包括有机、无机和复合材料）不断推陈出新，以及膜组件及装备和集成技术的迅速发展和不断完善，给膜技术广泛应用推波助澜。
但是膜的污染和和投资运行费用较高制约了它的应用和发展。
目前应用得较多的膜处理技术主要有微滤、超滤、纳滤、渗析、反渗透、电渗析等。
（1）微滤微滤用于深度处理最常见的是取代深床过滤以降低水中浊度，去除剩余悬浮固体和细菌，强化消毒，并作为反渗透的预处理。
微滤膜的过滤孔径介于0.05~10μm。
微滤膜直接过滤可以获得良好的浊度去除效果，但对有机物的去除有限，所以通常建议与混凝沉淀或高效过滤联用。
（2）超滤超滤膜工艺是利用超滤膜两侧的压力差，使水、离子和小分子透过膜，而截留水中的有效直径在0.005-0.1μm内的细菌、病毒、胶体微粒和分子量在5000~150000Da范围内的蛋白质、各类酶等大分子。
超滤膜的过滤孔径介于0.002~0.2μm。
超滤膜的材质包括聚丙烯腈、聚醚砜、聚砜等，制成中空纤维式膜、卷式膜或管式膜，广泛应用于地表水、海水及废水处理。
与微滤相比，超滤的孔径更小，对污染物的去除率更高。
将超滤膜技术用于污水处理厂二沉池水的深度处理，可以完全脱除水中的细菌和大肠杆菌，有效地清除其中的悬浮颗粒，并在一定程度上降低BOD、COD、总氮和总磷等污染物的浓度。
（3）纳滤纳滤也称为低级反渗透，可以排斥0.001μm的微小颗粒。
纳滤用于废水中某些特定的溶解组分，如产生硬度的多价金属离子，同石灰软化相比，纳滤出水能满足最严格的回用水质要求。
纳滤可以同时去除无机及有机组分、细菌和病毒，所以可以很大程度降低对消毒的要求。
目前使用的纳滤膜主要包括中空纤维膜、螺旋卷式醋酸乙烯膜、管式非对称型醋酸纤维膜等。
（4）反渗透反渗透膜工艺是利用半透膜两侧的压力差脱除水中的盐类和低分子物质，截流物包括无机盐、糖类、氨基酸、BOD、COD等。
反渗透膜的孔径介于0.005~0.0005μm。
目前反渗透技术已应用到城市大型海水淡化水厂、纯净水制取、污水再利用以及改善工业供水等多个领域。
在国外反渗透技术主要应用于海水的脱盐，以补充地下水资源及农业灌溉之用。
如澳大利亚新南威尔氏的Coffs港口，就将反渗透技术应用于污水深度处理和海水脱盐，并将再生水回灌到地下，以增加地下水层的含水量。
2.北京市污水深度处理回用存在问题与发展趋势
2.1制约污水再生回用的原因分析
城市污水再生回用既能减少水环境污染，又可以缓解水资源紧缺矛盾，是贯彻可持续发展战略的重要措施。
但目前污水回用除污水灌溉外，在城市回用方面还未能广泛应用，综合分析，有以下几方面的原因：
1、推行污水再生回用的配套法规不健全，缺乏鼓励污水回用的政策。
很长时间以来，北京市的水价一直处于较低水平，使用处理后的再生水比使用自来水在经济上没有多大效益，因此污水再生回用必须有法规强制推行，否则难以实现。
2、缺乏污水再生回用系统总体策划。
城市污水处理后作为工业冷却、农田灌溉和河湖景观、绿化、冲厕等用水在技术上已无问题，但由于可使用再生水的用户比较分散，用水量都不大，处理后的再生水输送管道系统是当前需重点解决的问题；由于以前在道路和市政管道建设时未考虑修建再生水管道，一些道路下各种管道已安排得很满，没有再生水的位置，一些道路虽然可安排再生水管道，但需破路才能埋设，影响交通，这也是影响城市污水再生回用的一个因素。
3、水价体系不健全，影响再生水回用的发展，确定一个合理的污水回用价格，是促进污水再生回用的重要前提。
2.2北京市污水深度处理回用展望
2005年实施的《北京市节约用水办法》进一步明确“统一调配地表水、地下水和再生水”，首次将再生水正式纳入水资源，进行统一调配，成为了重要的组成部分。
正是在政策的推动下，北京市再生水利用规模不断扩大。
2015年前北京规划市区还将继续投资近百亿元，对现有8座污水处理厂实施升级改造工程。
污水处理厂升级改造的直接目标是提高现有污水处理厂出水水质，从排放标准提升至使用标准，达到再生水利用标准。
最终目标是通过调配再生水更大程度地改善中心城水环境，形成各供水区域的联通，进一步提高全方位的调配功能，重点是补充干涩、断流河道，满足北京市整体水系的用水需求。
届时生产能力达到267万立方米/日，年供应优质再生水能力达到9.7亿立方米，输配管网达到700公里。
随着再生水设施的逐步规模化，再生水利用事业逐步走上大发展时期。
2006年再生水占北京市全部供水水源总量的10%；2007年再生水供水量达到4.8亿立方米，占全市供水水源总量的14%；2008年再生水供水量达6.2亿立方米，回用率达到50%，再生水利用量首次超过地表水（5.7亿立方米）。
值得一提的是，2003年北京市正式确定中水价格为每立方米1.00元，由生产供应单位向用户按使用的水量计量收取，在价格体系中确立了再生水的地位，为再生水经营企业注入了运行活力。
3.北京市污水再生回用面临的问题
污水再生回用是一项大的系统工程，除了要修建再生水处理设施和供水管道外，还要有政策法规保障和必要的管理措施，以保证再生水回用事业的发展。
1、发展高效价廉的废水回用处理技术。
利用现有废水回用处理技术，人们能够得到不同水质的再生水。
采用膜技术深度处理废水，再生水能够达到饮用水水质标准。
但是，膜技术尚不成熟：
成本较高，尽管近几年来，膜成本已经大幅度下降；存在一些技术难点，如膜堵塞。
开发性能优良、价格低廉的水处理药剂，发展高效、可靠的水处理技术，进一步降低回用成本，提高运行稳定性，是废水回用处理技术的发展方向。
2、制定合理的、完善的回用水水质标准。
自20世纪60年代以来，世界各国纷纷着手研究废水回用，取得了长足的进步。
但是，对于废水回用，存在一些对人体健康和环境不确定的因素。
由于对废水资源化没有全面的科学依据，各国制定的回用水水质标准有较大差异。
一方面，废水回用的某些水质指标过于严格；另一方面，回用水水质标准还不完善。
深入研究废水回用，为废水回用提供科学基础，以制定合理的、完善的回用水水质标准，它将大大推动废水资源化的发展。
3、完善法规，加大管理力度。
城市污水再生回用在我国和北京市的发展历史并不长，关于城市污水再生回用的法规和标准还不完善。
为了保证城市污水回用能够落实，需增加一些强制再生水回用的法规和规范。
例如：
要求新建居住区和集中公共建筑区在编制各项市政专业规划时，必须同时编制污水再生回用规划，污水再生回用工程与其他工程同步设计、同步施工、同步验收；在编制城市道路市政管线综合时，必须预留再生水管道的位置，有条件的路段应预埋再生水管；要求在城市各项用水中能够使用再生水的（如绿化、道路浇洒）必须使用再生水。
4、理顺管理体制，明确城市再生水回用的管理部门，明确再生水供水业主单位的职责。
按照厂网分开的原则，再生水供水部门可仅经营再生水供水管网，由各再生水厂（一般设在污水处理厂内）按竞争上网的原则提供再生水，再生水供水部门可按保本微利的原则为使用再生水的用户提供服务。
5、制定合理的价格体系，体现优水优价。
理顺供水价格体系有利于规范和引导居民和企事业单位的用水行为，提高水资源的利用率和效率，增强人们的节水意识。
逐步提高源水和自来水、自备井水的价格，适当拉大自来水、自备井水与再生水之间的价格差，使得自来水和再生水的价格比趋于合理，再生水的使用将会有较明显的经济效益，真正做到优水优用，提高水资源的利用效率。
4.结论
经过了“十一五”期间重大水专项的推动，北京再生水事业有了很大的发展。
即将到来的“十二五”将是北京市污水深度处理回用发展的关键时期。
北京再生水的发展历程以及再生水企业的实践共同表明：
政府的政策保障和企业的供水保障是大力推进再生水发展的最重要的两大措施，是再生水得以“流动”起来的基本动力。
只有两者兼备，共同发挥保障功能，北京再生水才能继续大力发展，为建设节约型社会、营造和谐水环境做出贡献。
兰亭序
永和九年，岁在癸丑，暮春之初，会于会稽山阴之兰亭，修禊事也。
群贤毕至，少长咸集。
此地有崇山峻岭，茂林修竹；又有清流激湍，映带左右，引以为流觞曲水，列坐其次。
虽无丝竹管弦之盛，一觞一咏，亦足以畅叙幽情。
是日也，天朗气清，惠风和畅，仰观宇宙之大，俯察品类之盛，所以游目骋怀，足以极视听之娱，信可乐也。
夫人之相与，俯仰一世，或取诸怀抱，晤言一室之内；或因寄所托，放浪形骸之外。
虽取舍万殊，静躁不同，当其欣于所遇，暂得于己，快然自足，不知老之将至。
及其所之既倦，情随事迁，感慨系之矣。
向之所欣，俯仰之间，已为陈迹，犹不能不以之兴怀。
况修短随化，终期于尽。
古人云：
“死生亦大矣。
”岂不痛哉！
每览昔人兴感之由，若合一契，未尝不临文嗟悼，不能喻之于怀。
固知一死生为虚诞，齐彭殇为妄作。
后之视今，亦犹今之视昔。
悲夫！
故列叙时人，录其所述，虽世殊事异，所以兴怀，其致一也。
后之览者，亦将有感于斯文。
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