Wastewater Regeneration and Reuse Planning of Beijing Development Area of Economy and Technology
劉智曉[1] 田青2 胡春萍3
LIU Zhi-xiao1 Tian Qing2 Hu Cun-ping3 Lv bin1 （1.國中愛華（天津）市政環(huán)境工程有限公司，天津 300060；2.國家城市給水排水工程技術(shù)研究中心，天津 300074；3.中國市政工程華北設(shè)計研究院，天津 300074；）
(1. Inter China Aihua Municipal & Environmental Engineering Co., Ltd Tianjin 300060; 2. National Engineering Research Center for Urban Water & Wastewater; 3. North China Municipal Engineering Design & Research Institute, Tianjin 300074 ) 摘要：針對北京市技術(shù)開發(fā)區(qū)水資源現(xiàn)狀，對再生水系統(tǒng)進行了規(guī)劃。確定了到2010年,開發(fā)區(qū)再生水需求量達到11萬m3/d，并對開發(fā)區(qū)可資利用的再生水水源進行了論證及水質(zhì)評價，確定了再生水廠出水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)，推薦了成熟的再生水處理工藝，分析了公共再生水系統(tǒng)兩種布置規(guī)劃方案。研究表明，方案的實施，將會產(chǎn)生巨大的經(jīng)濟和生態(tài)效益。
關(guān)鍵詞：污水再生回用 再生水水量預(yù)測 再生水系統(tǒng)規(guī)劃 再生水水質(zhì) Abstract: Wastewater regeneration system was planned on the basis of analyzing water resources status quo of Beijing development area of economy and technology. The results showed that renovated water consumption for 2010 would be 110,000 m3/d. The effluent water quality standard of wastewater regeneration works was determined after renovated water source that could be used was demonstrated while its quality was evaluated. And the well experienced wastewater regeneration treatment process was recommended and two arrangement schemes were analyzed. Immense economic and ecology benefits would be obtained when the schemes were implemented.
Keywords: wastewater regeneration and reuse renovated water quantity forecast system planning renovated water quality 1概況 北京市人均水資源占有量僅為300m3，為全國人均水資源占有量的1/8，世界人均水資源占有量的1/32，屬重度缺水地區(qū)[1]。據(jù)預(yù)測，北京2005年將缺水約8億m3，2010年缺水約19億m3，水資源問題將十分尖銳[2]。北京經(jīng)濟技術(shù)開發(fā)區(qū)地處北京市東南部，開發(fā)區(qū)分別以涼水河和京津塘為分界線，依次劃分為已建成的核心區(qū)、正建設(shè)中的南部新區(qū)和規(guī)劃中的東部新區(qū)。開發(fā)區(qū)過境河流主要有涼水河和大羊坊溝，其次還有南側(cè)的新鳳河。開發(fā)區(qū)采用雨污分流制系統(tǒng)，雨水排入涼水河，污水進入經(jīng)開污水處理廠進行處理。作為北京市發(fā)展高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)的重要基地，近年來隨著經(jīng)濟技術(shù)開發(fā)區(qū)城市建設(shè)和工業(yè)的飛速發(fā)展，生產(chǎn)和生活用水量持續(xù)增長，水資源的短缺已成為城市經(jīng)濟發(fā)展的重要障礙，實現(xiàn)污水的資源化已經(jīng)成為必然要求[3]。 2污水再生回用可行性 目前開發(fā)區(qū)生產(chǎn)和生活用自來水由北京市城市自來水管網(wǎng)單水源供給，從市區(qū)干網(wǎng)引入兩條供水管，一條沿成壽寺路DN800管道由三環(huán)市輸水干管引入，一條沿博大路DN1200管道由四環(huán)市輸水干管引入。從近幾年的用水量的變化來看，開發(fā)區(qū)的用水量增長較快，而且隨著新入?yún)^(qū)工業(yè)企業(yè)及現(xiàn)有企業(yè)后期工程的陸續(xù)投產(chǎn)，用水量將會增長更快。開發(fā)區(qū)有四部分用水可以用再生水代替：大部分工業(yè)用水、大部分建筑物沖側(cè)用水、綠化澆灑用水及道路廣場沖洗用水。 3再生水水量、水質(zhì)確定及處理工藝選擇 3.1再生水用水量預(yù)測 表1 北京經(jīng)濟技術(shù)開發(fā)區(qū)1999～2003年自來水供水量
Table 1 Tap water supply quantity in 1999~2003 of Beijing development area | | 1999年 | 2000年 | 2001年 | 2002年 | 2003年 | | 項目 | 水量 | 比例 | 水量 | 比例 | 水量 | 比例 | 水量 | 比例 | 水量 | 比例 | | | (萬m3) | (%) | (萬m3) | (%) | (萬m3) | (%) | (萬m3) | (%) | (萬m3) | (%) | | 工業(yè) | 256.82 | 82.1 | 267.22 | 78.6 | 327 | 69.3 | 461.1 | 74.8 | 520 | 56.5 | | 生活 | 27.06 | 8.7 | 46.25 | 13.6 | 86.3 | 18.3 | 111.3 | 18.1 | 295 | 32.1 | | 綠化 | 28.65 | 9.2 | 26.31 | 7.8 | 58.7 | 12.4 | 43.9 | 7.1 | 105 | 11.4 | | 合計 | 312.53 | 100 | 339.78 | 100 | 472 | 100 | 616.3 | 100 | 920 | 100 | 表1給出了開發(fā)區(qū)1999～2003年自來水供水量，可以看出，開發(fā)區(qū)日需水量逐年遞增，且工業(yè)用水比重大。根據(jù)《北京市城鄉(xiāng)規(guī)劃 北京經(jīng)濟技術(shù)開發(fā)區(qū)》和《亦莊衛(wèi)星城總體規(guī)劃文本》（2001－2020），結(jié)合開發(fā)區(qū)給排水現(xiàn)狀，在對1999～2003年用水量分析基礎(chǔ)上，采用比流量與集中大用戶的用水量綜合考慮的方法預(yù)測2010年用水量。2010年前計劃入駐核心區(qū)的大工業(yè)有：京東方、熱電聯(lián)產(chǎn)、中芯國際、SPS大功率半導(dǎo)體、富士康等二期工程，合計一、二期總用水量為7.72萬m3/d?？梢钥闯?，工業(yè)、居住及公建為用水大戶，工業(yè)再生水量主要通過用戶調(diào)查，并根據(jù)工業(yè)性質(zhì)不同采用總用水量的30%～60%計算, 公建、綠地及道路沖灑用水用再生水取代。通過計算，開發(fā)區(qū)2010年再生水回用規(guī)模為11萬m3/d。 表2 北京經(jīng)濟技術(shù)開發(fā)區(qū)2010年用水量預(yù)測
Table 2 Water consumptions forecast for 2010 of Beijing development area | 用地性質(zhì) | 面積
(km2) | 用水量指標(biāo)104m3/(km2·d) | 用水量（高日）
(萬m3/d) | | 居住區(qū) | 3.01 | 1.00 | 3.01 | | 公建用地 | 3.22 | 0.70 | 2.25 | | 工業(yè)區(qū) | 10.06 | 1.00 | 10.16 | | 0.79 | —— | 7.72 | | 公共綠地 | 2.57 | 0.15 | 0.39 | | 道路廣場 | 4.85 | 0.20 | 0.97 | | 其它 | 0.65 | 0.40 | 0.26 | | 小計 | 25.15 | | 24.76 | 3.2再生水廠水源的確定及進出水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)
3.2.1再生水廠水源的確定
再生水水源應(yīng)滿足《污水再生利用工程設(shè)計規(guī)范》（GB50335-2002）的具體規(guī)定。滿足以上要求的水源可以作為開發(fā)區(qū)的再生水水源，應(yīng)優(yōu)先考慮開發(fā)區(qū)內(nèi)部的城市污水處理廠二級出水作為公共再生水廠水源。
開發(fā)區(qū)可以利用的再生水水源有：①經(jīng)開污水處理廠的二級處理出水，目前處理能力2萬m3/d，擴建后2005年達到5萬m3/d的處理規(guī)模； ②2005年建成的小紅門污水處理廠，地處開發(fā)區(qū)上游3km處，處理規(guī)模60萬m3/d，并具有再生水處理系統(tǒng)，處理工藝為“二沉池出水→混凝沉淀→砂濾”，出廠水水質(zhì)達到《城市雜用水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)》（GB/T 18920－2002）要求；③擬建的亦莊污水處理廠，一期工程規(guī)模15萬m3/d，2020年達到25萬m3/d的總處理能力。根據(jù)工程進度及開發(fā)區(qū)對再生水的需求狀況，上述三座污水處理廠均可考慮作為開發(fā)區(qū)再生水水源，具有現(xiàn)實可行性。
3.2.2再生水廠出水指標(biāo)的研究確定
水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)是再生水處理工藝的前提，并直接影響再生水系統(tǒng)投資，同時也是影響用戶對再生水認(rèn)可與接受的重要因素。同時應(yīng)遵循“低質(zhì)低用，高質(zhì)高用”的原則，合理確定再生水廠的處理程度，并考慮遠期提高水質(zhì)的可能。開發(fā)區(qū)的再生水主要用途為電廠冷卻用水城市雜用水、景觀環(huán)境用水及部分工業(yè)用水，但是《污水再生利用工程設(shè)計規(guī)范》對城市雜用水水質(zhì)、景觀環(huán)境用水水質(zhì)及工業(yè)冷卻水等不同回用方向分別制定了相應(yīng)的水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)[4]。而且這些水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)與《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》（GB18918－2002）一級A在個別指標(biāo)上存在重大差異，出現(xiàn)排放標(biāo)準(zhǔn)指標(biāo)部分指標(biāo)嚴(yán)于回用標(biāo)準(zhǔn)的情況[5]，見表3 。另外，對于開發(fā)區(qū)再生水廠，出水水質(zhì)必須確定一個處理標(biāo)準(zhǔn)。為了便于開發(fā)區(qū)公共再生水廠及配套管網(wǎng)的規(guī)劃與建設(shè)，并能更好地推廣再生水，建議開發(fā)區(qū)再生水系統(tǒng)統(tǒng)一出水水質(zhì)，實行單質(zhì)供水，其出水水質(zhì)應(yīng)同時滿足前三種用途。電子行業(yè)等對再生水有較高水質(zhì)要求的用戶，可自行深度處理。綜合上述因素，考慮北京開發(fā)區(qū)的特點，研究確定了開發(fā)區(qū)再生水的出水水質(zhì)推薦標(biāo)準(zhǔn)，見表4。 表3 再生利用系列標(biāo)準(zhǔn)與排放標(biāo)準(zhǔn)的差異
Table 3 Difference between renovated water quality standard and discharge standard | 標(biāo)準(zhǔn) | COD（mg/L） | 總氮（mg/L） | 氨氮（mg/L） | 總磷（mg/L） | | 排放標(biāo)準(zhǔn)一級A | 50 | 15 | 5（8） | 1（0.5） | | 雜用水標(biāo)準(zhǔn) | 不要求 | 不要求 | 10～20 | 不要求 | | 工業(yè)冷卻水標(biāo)準(zhǔn) | 60 | 不要求 | 10 | 1 | | 景觀環(huán)境用水標(biāo)準(zhǔn) | 不要求 | 15 | 5 | 0.5～1.0 | 表4 開發(fā)區(qū)各再生水廠出水水質(zhì)推薦標(biāo)準(zhǔn)
Table 4 Recommend effluent quality standard for each wastewater regeneration works in Beijing development area | 序號 | 標(biāo) 準(zhǔn) 項 目 | 限 值 | | 1 | pH | 6.0~9.0 | | 2 | 色度（度） | ≤15 | | 3 | 嗅 | 無不快感覺 | | 4 | 濁度（NTU） | ≤1 | | 5 | 溶解性總固體（mg/L） | 1000 | | 6 | 懸浮物（mg/L） | ≤5 | | 7 | 鐵(mg/L) | ≤0.3 | | 8 | 錳(mg/L) | ≤0.1 | | 9 | BOD5(mg/L) | ≤6 | | 10 | COD(mg/L) | ≤60 | | 11 | 陰離子表面活性劑(mg/L) | ≤0.5 | | 12 | 石油類(mg/L) | ≤1.0 | | 13 | 總磷（以P計）(mg/L) | ≤1 | | 14 | 總氮(mg/L) | ≤15 | | 15 | 氨氮（以N計）（mg/L） | ≤5 | | 16 | 溶解氧(mg/L) | ≥1.5 | | 17 | 總余氯(mg/L) | 管網(wǎng)末端≥0.2 | | 18 | 糞大腸菌群(個/L) | 不得檢出 | 3.3再生水廠處理工藝選擇
污水再生處理工藝應(yīng)根據(jù)處理規(guī)模、水質(zhì)特性、再生水用途及開發(fā)區(qū)的實際情況和要求，經(jīng)全面技術(shù)經(jīng)濟比較后優(yōu)選確定?？蛇x的再生水處理工藝有：
①常規(guī)處理工藝：“二級出水→混凝沉淀→過濾→消毒”；
②膜分離工藝：“二級出水→混凝沉淀（砂濾）→膜分離→消毒”，或“二級出水→臭氧→超濾或微濾→消毒”；
?、燮貧馍餅V池與膜分離組合工藝：“二級出水→曝氣生物濾池（BAF）→膜分離→消毒”。
工藝①出水一般可以回用于城市雜用，但該工藝缺點是對NH3-N和TN指標(biāo)去除率不高，影響其回用[6]；工藝②、③采用膜分離取代傳統(tǒng)過濾工藝；工藝③則將曝氣生物濾池與膜分離工藝聯(lián)用，發(fā)揮BAF對懸浮物的截留作用，并能充分實現(xiàn)硝化反硝化，有效降低氨氮對再生水水質(zhì)的不利影響；再利用MF和UF膜截留去除微粒的特性，可將低分子量的有機物從水中去除，更重要的是，BAF還可有效地防止膜污染。
根據(jù)開發(fā)區(qū)確定的進水及所要求的出水水質(zhì)，結(jié)合國內(nèi)外成功的運行實例，推薦采用“混凝→沉淀→膜分離”的組合深度處理工藝。目前，國內(nèi)外膜分離工藝用于污水回用的工程實例已經(jīng)很多，具有成熟的設(shè)計及運行經(jīng)驗，如我國天津開發(fā)區(qū)污水水處理廠新水源一廠采用“混凝沉淀→CMF→RO”工藝處理DAT-IAT出水[7]，其中CMF段產(chǎn)水量為2.9萬m3/d，再生水指標(biāo)完全優(yōu)于景觀環(huán)境用水和城市雜用水及工業(yè)循環(huán)冷卻用水的水質(zhì)要求。另外，考慮對氨氮的強化去除，也可以采用“曝氣生物濾池－連續(xù)微濾（CMF）”組合工藝。 4污水再生回用系統(tǒng)及管網(wǎng)規(guī)劃 4.1系統(tǒng)規(guī)劃原則
城市再生水系統(tǒng)規(guī)劃應(yīng)在城市水資源系統(tǒng)平衡及優(yōu)化基礎(chǔ)上進行，達到環(huán)境效益和社會經(jīng)濟效益的統(tǒng)一[8]。開發(fā)區(qū)再生水利用的方式以建設(shè)城市公共再生水廠集中處理、鋪設(shè)公共輸配水管網(wǎng)為主，分散處理就地回用為輔。同時規(guī)劃再生水廠及管網(wǎng)布置時還要充分考慮：優(yōu)先利用開發(fā)區(qū)自有的污水二級出水水源，充分實現(xiàn)污水資源化，有利于實現(xiàn)區(qū)域內(nèi)部水資源的良性循環(huán)和可持續(xù)發(fā)展；考慮新建的再生水廠與污水處理廠的合建，以利于降低工程造價；考慮新建的再生水廠要靠近主要的用水區(qū)，降低能耗，降低輸水費用；管網(wǎng)布置以環(huán)狀網(wǎng)為主，枝狀網(wǎng)為輔，同時干管盡量靠近大用戶。
4.2規(guī)劃方案
污水再生系統(tǒng)建設(shè)要依照客觀需要和實際可能，按照遠期規(guī)劃確定最終規(guī)模，以現(xiàn)狀水量及用水需求為主要依據(jù)確定實施規(guī)模，可以分階段實施。因此，管網(wǎng)按遠期規(guī)劃，再生水廠建設(shè)根據(jù)實際分期建設(shè)。本規(guī)劃提出了2個供水方案：
?。?）三水源供水方案：
規(guī)劃建設(shè)三個再生水廠，分別為：經(jīng)開再生水廠、亦莊再生水廠和文化園再生水廠。經(jīng)開再生水廠與現(xiàn)開發(fā)區(qū)污水處理廠合建，規(guī)模4萬m3/d；文化園再生水廠位于核心區(qū)西北角，再生水水源取自小紅門污水處理廠，規(guī)模7萬m3/d；亦莊再生水廠與亦莊污水處理廠合建，規(guī)模8萬m3/d。
?。?）雙水源供水方案：
建設(shè)二個再生水廠，分別為：經(jīng)開再生水廠和文化園再生水廠。經(jīng)開再生水廠：建設(shè)一座4萬m3/d；文化園再生水廠：建設(shè)一座15萬m3/d。
4.3方案比較與優(yōu)選
?。?）工程總投資比較：
兩方案的總投資比較見表5，可以三水源方案總投資比雙水源方案高3140.63萬元。 表5 兩方案工程總投資比較
Table 5 Comparison on project investments of two schemes | 再生水廠 | 經(jīng)開再生水廠 （萬元） | 亦莊再生水廠 （萬元） | 文化園再生水廠（萬元） | 管網(wǎng) （萬元） | 總投資（萬元） | | 三水源方案 | 10005.45 | 16570.94 | 13088.46 | 12195.11 | 52459.95 | | 雙水源方案 | 10005.45 | | 26938.62 | 11775.25 | 49319.32 | ?。?）運行成本比較：三水源方案運行成本費用測算為1.442元/噸（含折舊），雙水源方案二運行成本費用測算為1.812元/噸（含折舊）。雙水源方案成本較高的主要原因文化園再生水廠需要繳納原水費用（向小紅門污水處理廠再生水廠繳納的中水費用按1.0元/噸計算）。
?。?）技術(shù)方案的優(yōu)缺點：
采用三水源系統(tǒng)，利于實現(xiàn)就近回用，降低輸水能耗，降低運行成本，充分利用開發(fā)區(qū)污水資源，實現(xiàn)了污水的綜合利用，供水的安全性大大提高；但管網(wǎng)較長，再生水廠分散，廠站和管網(wǎng)工程投資提高。采用雙水源系統(tǒng)，管網(wǎng)較短，廠站少，便于管理，但是沒有充分利用開發(fā)區(qū)自有的污水資源，對系統(tǒng)外的水資源形成過度依賴，不利于開發(fā)區(qū)實現(xiàn)水資源的優(yōu)化利用與生態(tài)的可持續(xù)發(fā)展，輸水能耗高，運行不穩(wěn)定。根據(jù)以上分析，本規(guī)劃推薦選擇方案一的三水源系統(tǒng)。 5結(jié)語 （1）通過水量預(yù)測研究表明，北京經(jīng)濟技術(shù)開發(fā)區(qū)到2010年對再生水有較大需求量，達到11萬m3/d。未來可資利用的穩(wěn)定的再生水水源有經(jīng)開污水處理廠，小紅門污水處理廠和亦莊污水處理廠。
?。?）規(guī)劃方案推薦建設(shè)三個再生水廠，分別為：經(jīng)開再生水廠、亦莊再生水廠和文化園再生水廠，規(guī)模分別為4萬m3/d，7萬m3/d，8萬m3/d。通過技術(shù)經(jīng)濟比較表明，采用三水源系統(tǒng)，雖然一次投資高，但是運行成本較低，測算運行成本費用為1.442元/噸（含折舊），與自來水比較，具有明顯的競爭優(yōu)勢；且三水源系統(tǒng)分散式布置利于實現(xiàn)就近回用，降低輸水能耗，降低運行成本，充分利用開發(fā)區(qū)污水資源，實現(xiàn)了水資源的可持續(xù)利用。 參考文獻： [1]項文娟.北京城市化面臨的水問題及對策.北京水利,2002,（5）：14-16.
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[1]第一作者簡介：劉智曉（1972-），畢業(yè)于哈爾濱工業(yè)大學(xué)市政環(huán)境工程學(xué)院，工學(xué)碩士，環(huán)境工程專業(yè)，研究方向為水污染控制及污水資源化技術(shù)。劉智曉通訊地址：國中愛華(天津)市政環(huán)境工程有限公司。天津市河西區(qū)衛(wèi)津南路21#新金龍大廈北4F 300060
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