張榮輝 方先金
（北京市市政工程設(shè)計(jì)研究總院）

　　北京作為全國的政治中心和文化中心，社會(huì)經(jīng)濟(jì)及城市建設(shè)得到了迅速發(fā)展。同的，水資源的供需矛盾也日益突出。北京人均占有水資源量約300m3，為全國人均水資源占有量的1/8，世界人均水資源量的1/32，是一個(gè)嚴(yán)重缺水的城市。為了實(shí)現(xiàn)北京市國民經(jīng)濟(jì)可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略，緩解21世紀(jì)北京市面臨的城市發(fā)展和可利用水資源的矛盾，北京市政府決定開發(fā)城市污水資源作為城市的第二水源。
　　高碑店污水處理廠污水回用工程于1999年列入北京市政府《關(guān)于北京市環(huán)境污染治理目標(biāo)與對(duì)策》十大研究課題中，于2000年列入北京市重點(diǎn)工程。
　　本工程于1999年3月至8月完成該項(xiàng)目的前期研究及可行性研究工作；1999年10月完成項(xiàng)目的立項(xiàng)和審批；2000年1月完成該工程的初步設(shè)計(jì)和審批工作，同年3目完成施工圖設(shè)計(jì)，4月開始工程施工。目前該工程施工已完成，正在進(jìn)行工程驗(yàn)收和試運(yùn)行工作，預(yù)計(jì)近期將正式啟用。該工程是將高碑店污水處理廠二級(jí)出水提升用于自河道取水的工業(yè)用水，替代清潔水源、改善河道景觀，并將部分二級(jí)出水經(jīng)深度處理后用于市政雜用（如道路噴灑、綠地澆灌等），替代自來水，達(dá)到城市污水資源化和改善河道水質(zhì)的目的?；赜盟脩羯婕暗焦I(yè)、公園綠化和河湖補(bǔ)水、道路噴灑等。本項(xiàng)目的實(shí)施，開創(chuàng)了北京市城市污水資源化領(lǐng)域的新紀(jì)元。
　　本文主要通過對(duì)該工程實(shí)施的分析，探討城市污水回用工程設(shè)計(jì)中的技術(shù)與經(jīng)濟(jì)要來。

1 回用方案的確定

1.1 高碑店污水處理廠概況
　　高碑區(qū)污水處理廠是目前我國最大的污水處理廠，一期工程于1993年10月24日竣工投產(chǎn)，處理能力50萬m³/d。二期工程于1999年年底竣工投產(chǎn)。目前總處理能力為100方m³/d。高碑店污水處理廠污水系統(tǒng)流域面積96平方公里，服務(wù)人口240萬人，匯集北京市南部城區(qū)的大部分生活污水、樂部工業(yè)區(qū)、使館區(qū)和化工路的全部污水。
　　根據(jù)我們對(duì)該廠出水的實(shí)測和該廠提供的1999年出水水質(zhì)分析結(jié)果，出水水質(zhì)水量穩(wěn)定，其出水水質(zhì)這到了設(shè)計(jì)要求，其二級(jí)出水多數(shù)參數(shù)己接近相關(guān)的回用水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)。但高碑店污水處理廠二級(jí)出水中氨氮和磷的含量偏高，主要是該廠立項(xiàng)較早，當(dāng)時(shí)在國家城幣污水處理廠排放標(biāo)準(zhǔn)中還沒有除磷脫氮的要求。因此該廠一期處理工藝中未設(shè)除磷脫氮設(shè)施。該處理廠的工藝特點(diǎn)是采用動(dòng)置缺氧段活性污泥法工藝，即在推流式曝氣池前設(shè)置缺氧段，其目的是改善污泥性質(zhì)，防止污泥膨脹。
　　目前高碑店污水處理廠二級(jí)處理出水直接排入通惠河下游，除每年約5500萬m³用于農(nóng)業(yè)灌溉外，其余每年超過3億m3的出水沒有得到利用。因此，合理利用此污水資源迫在眉睫。
1.2 回用水用戶及用水量分析
　　城南污水回用應(yīng)符合城市總體規(guī)劃要求。根據(jù)北京市城市布局、水系和市政供水分布以及工業(yè)布局現(xiàn)狀，按照北京市城市規(guī)劃要求，高碑店污水處理廠回用水的主要潛在用戶有工業(yè)、市政雜用和農(nóng)業(yè)灌溉等。通過調(diào)查分析，主要潛在用戶用水量如表1所示。

表１ 回用水用戶及用水量　 萬m³/d 工業(yè) 高碑店污水處理廠內(nèi)部用水 1.0 華能熱電廠 7.68 北京市第一熱電廠 26-34.6 北京市水源六廠 17.0 東郊工業(yè)區(qū)用水 7.0 市政雜用 公園綠化用水 0.534 公園河湖補(bǔ)水 2.3 公園沖廁用水 0.046 城市綠化 0.2 道路路面噴灑用水 1.13 農(nóng)業(yè) 農(nóng)業(yè)灌溉用水 48.0 其它 通惠河下游河道補(bǔ)水和兩側(cè)耳綠化 3.6

　　本項(xiàng)目主要用戶是第一熱電廠、市政雜用和東郊工業(yè)區(qū)。
　　在確定第一熱電廠回用水規(guī)模時(shí)，考慮到目前河道水質(zhì)現(xiàn)況，為保持河道水質(zhì)上游仍需來水，北京市第二熱電廠部分慣流退水仍能用于第一熱電廠，在近期方案中第一熱電廠回用水用水量僅考慮為20萬m³/d；在遠(yuǎn)期工程方案中，采取措施使第二熱電廠采用封閉式循環(huán)冷卻方式運(yùn)轉(zhuǎn)，則第二熱電廠的耗水量將大大減少，第二熱電廠不再有慣流退水供第一熱電廠使用。因此，在遠(yuǎn)期工程方案中第一熱電廠回用水用水量將在近期方案規(guī)模的基礎(chǔ)上擴(kuò)大10萬m³/d，第一熱電廠總回用規(guī)模為30萬m³/d。
　　北京市水源六廠距高碑店污水處理廠僅幾公里的距離，此廠主要任務(wù)是為工業(yè)供水。廠內(nèi)建有規(guī)模為17萬m³/d的深度處理設(shè)施。而1998年水源六廠供水情況僅為4.7萬m³/d，其中化工實(shí)驗(yàn)廠1.5萬m³/d，有機(jī)化工廠0.6萬m³/d，化工二廠0.7萬m³/d，蒸汽廠0.3萬m³/d，焦化廠1.6萬m³/d。目前該廠進(jìn)水水源為通惠河。高碑店污水處理廠二級(jí)出水可直接供水源六廠使用。考慮到水源六廠目前的處理程度和實(shí)際供水情況，通過水源六廠處理后的最終用戶是東郊工業(yè)區(qū)和市政雜用。在近期方案中，東郊工業(yè)區(qū)和焦化廠利用回用水水量為5萬m³/d；表中市政雜用水合計(jì)約4.21萬m³/d，考慮到不可預(yù)見水量和管網(wǎng)漏失率，近期方案中市政雜用水規(guī)模為5萬m³/d，共計(jì)10萬m³/d。在遠(yuǎn)期方案中，水源六廠再擴(kuò)大7萬m³/d，供市政雜用使用，共計(jì)17萬m³/d。
1.3 回用水水質(zhì)技術(shù)保障體系
　　（1）高碑店污水處理廠改造
　　由于高碑店污水處理廠出水中氮和磷的含置較高會(huì)直接影響回用水水質(zhì)，必須對(duì)該廠進(jìn)行技術(shù)改造，進(jìn)一步提高該廠出水水質(zhì)。2000年5月完成了該廠改造工程可行性研究。改造規(guī)模為50萬m³/d，即對(duì)高碑店污水處理廠一期工程（50萬m³/d）進(jìn)行改造。該改造工程分兩步進(jìn)行。第一步改造后使出水水質(zhì)優(yōu)于目前第一熱電廠冷卻水取水水源高碑店湖的水質(zhì)，出水中BOD、COD、總磷和氨氮分別達(dá)到10mg/l、40mg/l、lmg/l和10mg/l。第二步改造使該廠50萬m³/d滿足高碑店湖Ⅳ類水體的水質(zhì)要求。
　　主要改造工作量包括曝氣池改造和污泥處理系統(tǒng)的改造。原曝氣池為1/12為厭氧區(qū)，其余為好氧區(qū)，改造后將原地2/9為缺氧區(qū)及厭氧區(qū)（水力停留時(shí)間共為2h），其中進(jìn)水端分出一停留時(shí)間為15min的強(qiáng)化吸附區(qū)。真余仍為好氧區(qū)（水力停留時(shí)間7.25h）。原污泥系統(tǒng)中剩余污泥泵入初沉池，其混合污泥再進(jìn)污泥濃縮池濃縮后消化脫水，因濃縮污泥地停留時(shí)間太長（3d），處于厭氧狀態(tài)，磷又被釋放出來，通過上清液回到污水中，因此達(dá)不到除磷的回的。改造后，原有濃縮池改為濃縮酸化池，濃縮酸化池上清液做為碳源排入水處理系統(tǒng)；將消化池上清液和脫水機(jī)濾液及沖洗水收集后進(jìn)行化學(xué)除磷。
　?。?）深度處理措施
　　高碑店污水處理廠二級(jí)出水水質(zhì)水量穩(wěn)定，達(dá)到設(shè)計(jì)要求，但還不能滿足市政雜用水標(biāo)準(zhǔn)，而綠化用水和道路噴灑等市政雜用水水質(zhì)對(duì)人類健康和城市環(huán)境會(huì)產(chǎn)生影響，因此，市政雜用水必須在回用前進(jìn)行深度處理，以滿足相應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)。
　　第一熱電廠用水利用該廠現(xiàn)有設(shè)施進(jìn)行深度處理。其它用戶的深度處理選擇在水源六廠。水源六廠現(xiàn)有日處理能力17萬m3/d的深度處理設(shè)施，主要采用機(jī)械加速澄清、砂濾和消毒等工藝處理過程。根據(jù)該廠提供的出水水質(zhì)，其出水可滿足相應(yīng)用戶要求，即滿足工業(yè)和市政雜用水水質(zhì)要求。
1.4 回用水用戶優(yōu)化分配方案
　　高碑店污水處理廠出水優(yōu)先保證廠內(nèi)回用水1萬m³/d、華能熱電廠冷卻用水7.68萬m³/d、市政雜用水5萬m³/d、通過水源六廠供東郊工業(yè)區(qū)和焦化廠用水量5萬m³/d和第一熱電廠20萬m³/d，共計(jì)38.68萬m³/d。
　　在遠(yuǎn)期工程實(shí)施前，剩余的高碑店污水處理廠出水除用于高碑店閘至北運(yùn)河兩側(cè)綠化和河道補(bǔ)水3.6萬m³/d外，還可以用于農(nóng)業(yè)灌溉48萬m³/d，最后用于通州工廠7萬m³/d，總計(jì)97.28萬m³/d。
　　在遠(yuǎn)期工程方案實(shí)施后，第一熱電廠擴(kuò)大用水量10萬m³/d，水源六廠擴(kuò)大用水量7萬m³/d；剩余的高碑店污水處理廠出水用于高碑店閘至北運(yùn)河兩側(cè)綠化和河道補(bǔ)水3.6萬m³/d、農(nóng)業(yè)灌溉40.72萬m³/d，總計(jì)100萬m³/d。

2 工程設(shè)計(jì)

2.1 工程規(guī)模
　　本工程設(shè)計(jì)方案主要考慮高碑店閘上游的回用水用戶，通過近期工程方案實(shí)施后才能利用高牌店污水處理廠出水的用戶對(duì)象為：第一熱電廠20萬m³/d，市政雜用水5萬m³/d，通過水源六廠供東郊工業(yè)區(qū)和焦化廠用水量5萬m³/d。因此，近期工程方案規(guī)模為30萬m³/d。
　　遠(yuǎn)期工程方案規(guī)模將由近期工程方案規(guī)模30萬m³/d擴(kuò)大到47萬m³/d。主要增加的用戶對(duì)象為：第一熱電廠用水規(guī)模擴(kuò)大10萬m³/d，水源六廠擴(kuò)大用水量7萬m³/d。
2.2 工程范圍
　　回用水涉及的區(qū)域范圍，東至公路一環(huán)，西至西三環(huán)，南至南四環(huán)，北至長安街。地區(qū)面積為141km²。
2.3 設(shè)計(jì)方案
　　在設(shè)計(jì)方案確定中，應(yīng)盡可能地利用現(xiàn)有設(shè)施，以降低工程投資。第一熱電廠目前在高碑店湖取水作為該廠冷卻用水，廠內(nèi)已有深度處理廠。因此，可直接將高碑店污水處理廠出水用管道輸送到高碑店湖作為該廠取水水源，深度處理可利用該廠現(xiàn)有設(shè)施。其它用戶用水，先用管道將高碑店污水處理廠出水輸送到水源六廠，在水源六廠進(jìn)行深度處理后用管道輸送到各用戶。具體設(shè)計(jì)方案如下：
　　高碑店污水處理廠二沉池出水經(jīng)新建泵站（規(guī)模47萬m³/d）提升后用兩條管道分別輸送到高碑店湖（規(guī)模30萬m³/d）和水源六廠（規(guī)模17方m³/d）。送至高碑店湖的臟水供北京第一熱電廠 用水；送至水源六廠的處理水在該廠進(jìn)行深度處理后，一部分通過水源六廠現(xiàn)有供水系統(tǒng)供給東郊 工業(yè)區(qū)和焦化廠；一部分通過新建管道輸送到西便門和東便門，在水源六廠現(xiàn)有供水管道和新建管 道沿線設(shè)取水口，供市政雜用取水。
2.4 工程內(nèi)容
　　 本工程設(shè)計(jì)內(nèi)容主要為：
　　 （1）高碑店污水處理廠內(nèi)47萬m³/d的泵站一座。
　　 （2）高碑店污水處理廠至高碑店湖輸水管：DN1800mm，長1480m。
　　 （3）高碑店污水處理廠至水源六廠管道：DN1400mm，長4766m。
　　 （4）市政雜用水配水管：DN1200mm，長679lin；DN1000mm，長 143lin；DN800mm，長4615m；DN600mm，長 2845m；D＝500mm，長 2880m。
　　 水源六廠改造：包括蓄水池清淤和護(hù)砌、污泥地?cái)U(kuò)建、水泵改造、進(jìn)出水口的改造、增加自控和電氣設(shè)備等。
　　 （5）園林供水支線管道。

3　工程投資及水價(jià)預(yù)測

3.1　工程投資
　　工程總投資31586萬元，真中10000萬元為政府撥款，其余為貸款（公司融資）。
　　工程費(fèi)用　　　　　16245 　　　萬元
　　其他費(fèi)用 　　　　 12752 　　　萬元
　　其中土地使用費(fèi) 　 10685 　　　萬元
　　預(yù)備費(fèi)用 　　　　 1160　　　　萬元
　　建設(shè)期貸款利息　　1322　　　　萬元
　　鋪底流動(dòng)資金　　　107　　　　 萬元
3.2 水價(jià)預(yù)測
　　本經(jīng)濟(jì)分析以國家計(jì)劃委員會(huì)《建設(shè)項(xiàng)目經(jīng)濟(jì)評(píng)價(jià)工作若干規(guī)定》（計(jì)投資［1993］530號(hào)文件）、《建設(shè)項(xiàng)目經(jīng)濟(jì)評(píng)價(jià)方法與參數(shù)（第二版）》，《中外臺(tái)資項(xiàng)目經(jīng)濟(jì)評(píng)價(jià)方法說明》為依據(jù)，主要參數(shù)如下：
　?。ǎ保┻\(yùn)營期：20年（2001－2020）
　　（2）還款期：7年（2001－2007年）
　?。?）建設(shè)期貸款利息：5.85％；還款期貸款利息：6.21％；
　?。?）企業(yè)內(nèi)部收益率：6％；

　　用戶用水水價(jià)即售水水價(jià)，為水資源費(fèi)、成本與利稅的總和。目前的售水水價(jià)為基本水價(jià)。因?yàn)楸窘?jīng)濟(jì)分析是在行業(yè)最低內(nèi)部收益率為6％的前提下計(jì)算的。銀行要求的還款期為7年，還款期間，用于還款的資金來源小于當(dāng)年需要還款的數(shù)額。如果滿足還款要求，內(nèi)部收益率將高達(dá)30％以上，水價(jià)也將隨之大幅增長，顯然不具有可操作性。因此，需要尋求短期貸款來解決此矛盾，確定最終水價(jià)。
　　在考慮污水資源費(fèi)0.20元/m³和水源六廠原有資產(chǎn)成本與利稅0.81元/m³的條件下。分析結(jié)果為：第一熱電廠用水水價(jià)0.36元/m³，市政雜用用水水價(jià)1.83元/m³，東郊工業(yè)區(qū)用水水價(jià)1.31元/m³。
3.3 效益分析
　　本工程制后每年可節(jié)約清潔水資源16673萬m³，節(jié)約自來水3650萬m³/a，相當(dāng)于節(jié)約了建設(shè)一座10萬m³/d的自來水廠的投資4億元。該工程能達(dá)到開源節(jié)流的目的，能為北京市城市綠化面積擴(kuò)大和道路噴灑壓塵創(chuàng)造條件，對(duì)環(huán)境綜合治理具有較大的作用，環(huán)境的改善還會(huì)帶來了周邊地區(qū)的土地增值，促進(jìn)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展。

4 結(jié)論與建議

　?。?）北京市是一個(gè)嚴(yán)重缺水型城市，合理利用高碑店污水處理廠處理水資源，對(duì)實(shí)現(xiàn)北京市國民經(jīng)濟(jì)可持續(xù)性發(fā)展、緩解北京市面臨的21世紀(jì)城市發(fā)展和可利用水資源的矛盾具有重要意義。
　　（2）高碑店污水處理廠污水回用工程能達(dá)到開源節(jié)流的目的，可以在一定程度上緩解北京城市水資源緊缺的局面，能為北京市城市綠化面積的擴(kuò)大和道路噴灑壓塵創(chuàng)造條件，對(duì)環(huán)境綜合治理具有較大的作用。
　?。?）在城市污水回用工程設(shè)計(jì)中應(yīng)特別重視前期研究工作，詳細(xì)調(diào)查分析潛在主要用水用戶。回用工程方案應(yīng)結(jié)合城市水系、園林、道路及工業(yè)布局現(xiàn)狀，充分利用城市現(xiàn)有設(shè)施，降低工程投資。
　　工程方案應(yīng)具有可實(shí)施性。
　?。?）目前我國大部分城市還沒有污水回用規(guī)劃，污水回用的法規(guī)還不健全，建議國家制定有關(guān)法規(guī)和政策，促進(jìn)誠市污水回用設(shè)施的發(fā)展。城市專項(xiàng)規(guī)劃時(shí)，引入污水資源化的內(nèi)容，將污水收集系統(tǒng)、污水處理廠的建設(shè)、污水再利用用戶及回用系統(tǒng)的建設(shè)等因素綜合考慮，使污水資源化工程的實(shí)施，隨著城市的發(fā)展，在規(guī)劃的統(tǒng)一指導(dǎo)下進(jìn)行。
　?。?）制訂合理的自來水價(jià)格和水資源費(fèi)，尋求適宜的貸款條件，使污水資源較之新鮮水資源具有價(jià)格優(yōu)勢(shì)，加速城市污水資源化的進(jìn)程。