張榮輝 方先金
（北京市市政工程設計研究總院）

　　北京作為全國的政治中心和文化中心，社會經濟及城市建設得到了迅速發展。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，是一個嚴重缺水的城市。為了實現北京市國民經濟可持續發展戰略，緩解21世紀北京市面臨的城市發展和可利用水資源的矛盾，北京市政府決定開發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《關于北京市環境污染治理目標與對策》十大研究課題中，于2000年列入北京市重點工程。
　　本工程于1999年3月至8月完成該項目的前期研究及可行性研究工作；1999年10月完成項目的立項和審批；2000年1月完成該工程的初步設計和審批工作，同年3目完成施工圖設計，4月開始工程施工。目前該工程施工已完成，正在進行工程驗收和試運行工作，預計近期將正式啟用。該工程是將高碑店污水處理廠二級出水提升用于自河道取水的工業用水，替代清潔水源、改善河道景觀，并將部分二級出水經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，達到城市污水資源化和改善河道水質的目的。回用水用戶涉及到工業、公園綠化和河湖補水、道路噴灑等。本項目的實施，開創了北京市城市污水資源化領域的新紀元。
　　本文主要通過對該工程實施的分析，探討城市污水回用工程設計中的技術與經濟要來。

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，處理能力50萬m³/d。二期工程于1999年年底竣工投產。目前總處理能力為100方m³/d。高碑店污水處理廠污水系統流域面積96平方公里，服務人口240萬人，匯集北京市南部城區的大部分生活污水、樂部工業區、使館區和化工路的全部污水。
　　根據我們對該廠出水的實測和該廠提供的1999年出水水質分析結果，出水水質水量穩定，其出水水質這到了設計要求，其二級出水多數參數己接近相關的回用水水質標準。但高碑店污水處理廠二級出水中氨氮和磷的含量偏高，主要是該廠立項較早，當時在國家城幣污水處理廠排放標準中還沒有除磷脫氮的要求。因此該廠一期處理工藝中未設除磷脫氮設施。該處理廠的工藝特點是采用動置缺氧段活性污泥法工藝，即在推流式曝氣池前設置缺氧段，其目的是改善污泥性質，防止污泥膨脹。
　　目前高碑店污水處理廠二級處理出水直接排入通惠河下游，除每年約5500萬m³用于農業灌溉外，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
　　城南污水回用應符合城市總體規劃要求。根據北京市城市布局、水系和市政供水分布以及工業布局現狀，按照北京市城市規劃要求，高碑店污水處理廠回用水的主要潛在用戶有工業、市政雜用和農業灌溉等。通過調查分析，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 高碑店污水處理廠內部用水 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 東郊工業區用水 7.0 市政雜用 公園綠化用水 0.534 公園河湖補水 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 農業 農業灌溉用水 48.0 其它 通惠河下游河道補水和兩側耳綠化 3.6

　　本項目主要用戶是第一熱電廠、市政雜用和東郊工業區。
　　在確定第一熱電廠回用水規模時，考慮到目前河道水質現況，為保持河道水質上游仍需來水，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；在遠期工程方案中，采取措施使第二熱電廠采用封閉式循環冷卻方式運轉，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，在遠期工程方案中第一熱電廠回用水用水量將在近期方案規模的基礎上擴大10萬m³/d，第一熱電廠總回用規模為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，此廠主要任務是為工業供水。廠內建有規模為17萬m³/d的深度處理設施。而1998年水源六廠供水情況僅為4.7萬m³/d，其中化工實驗廠1.5萬m³/d，有機化工廠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。目前該廠進水水源為通惠河。高碑店污水處理廠二級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際供水情況，通過水源六廠處理后的最終用戶是東郊工業區和市政雜用。在近期方案中，東郊工業區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約4.21萬m³/d，考慮到不可預見水量和管網漏失率，近期方案中市政雜用水規模為5萬m³/d，共計10萬m³/d。在遠期方案中，水源六廠再擴大7萬m³/d，供市政雜用使用，共計17萬m³/d。
1.3 回用水水質技術保障體系
　　（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直接影響回用水水質，必須對該廠進行技術改造，進一步提高該廠出水水質。2000年5月完成了該廠改造工程可行性研究。改造規模為50萬m³/d，即對高碑店污水處理廠一期工程（50萬m³/d）進行改造。該改造工程分兩步進行。第一步改造后使出水水質優于目前第一熱電廠冷卻水取水水源高碑店湖的水質，出水中BOD、COD、總磷和氨氮分別達到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類水體的水質要求。
　　主要改造工作量包括曝氣池改造和污泥處理系統的改造。原曝氣池為1/12為厭氧區，其余為好氧區，改造后將原地2/9為缺氧區及厭氧區（水力停留時間共為2h），其中進水端分出一停留時間為15min的強化吸附區。真余仍為好氧區（水力停留時間7.25h）。原污泥系統中剩余污泥泵入初沉池，其混合污泥再進污泥濃縮池濃縮后消化脫水，因濃縮污泥地停留時間太長（3d），處于厭氧狀態，磷又被釋放出來，通過上清液回到污水中，因此達不到除磷的回的。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；將消化池上清液和脫水機濾液及沖洗水收集后進行化學除磷。
　　（2）深度處理措施
　　高碑店污水處理廠二級出水水質水量穩定，達到設計要求，但還不能滿足市政雜用水標準，而綠化用水和道路噴灑等市政雜用水水質對人類健康和城市環境會產生影響，因此，市政雜用水必須在回用前進行深度處理，以滿足相應標準。
　　第一熱電廠用水利用該廠現有設施進行深度處理。其它用戶的深度處理選擇在水源六廠。水源六廠現有日處理能力17萬m3/d的深度處理設施，主要采用機械加速澄清、砂濾和消毒等工藝處理過程。根據該廠提供的出水水質，其出水可滿足相應用戶要求，即滿足工業和市政雜用水水質要求。
1.4 回用水用戶優化分配方案
　　高碑店污水處理廠出水優先保證廠內回用水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區和焦化廠用水量5萬m³/d和第一熱電廠20萬m³/d，共計38.68萬m³/d。
　　在遠期工程實施前，剩余的高碑店污水處理廠出水除用于高碑店閘至北運河兩側綠化和河道補水3.6萬m³/d外，還可以用于農業灌溉48萬m³/d，最后用于通州工廠7萬m³/d，總計97.28萬m³/d。
　　在遠期工程方案實施后，第一熱電廠擴大用水量10萬m³/d，水源六廠擴大用水量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河兩側綠化和河道補水3.6萬m³/d、農業灌溉40.72萬m³/d，總計100萬m³/d。

2 工程設計

2.1 工程規模
　　本工程設計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施后才能利用高牌店污水處理廠出水的用戶對象為：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區和焦化廠用水量5萬m³/d。因此，近期工程方案規模為30萬m³/d。
　　遠期工程方案規模將由近期工程方案規模30萬m³/d擴大到47萬m³/d。主要增加的用戶對象為：第一熱電廠用水規模擴大10萬m³/d，水源六廠擴大用水量7萬m³/d。
2.2 工程范圍
　　回用水涉及的區域范圍，東至公路一環，西至西三環，南至南四環，北至長安街。地區面積為141km²。
2.3 設計方案
　　在設計方案確定中，應盡可能地利用現有設施，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有設施。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，在水源六廠進行深度處理后用管道輸送到各用戶。具體設計方案如下：
　　高碑店污水處理廠二沉池出水經新建泵站（規模47萬m³/d）提升后用兩條管道分別輸送到高碑店湖（規模30萬m³/d）和水源六廠（規模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行深度處理后，一部分通過水源六廠現有供水系統供給東郊 工業區和焦化廠；一部分通過新建管道輸送到西便門和東便門，在水源六廠現有供水管道和新建管 道沿線設取水口，供市政雜用取水。
2.4 工程內容
　　 本工程設計內容主要為：
　　 （1）高碑店污水處理廠內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砌、污泥地擴建、水泵改造、進出水口的改造、增加自控和電氣設備等。
　　 （5）園林供水支線管道。

3　工程投資及水價預測

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）。
　　工程費用　　　　　16245 　　　萬元
　　其他費用 　　　　 12752 　　　萬元
　　其中土地使用費 　 10685 　　　萬元
　　預備費用 　　　　 1160　　　　萬元
　　建設期貸款利息　　1322　　　　萬元
　　鋪底流動資金　　　107　　　　 萬元
3.2 水價預測
　　本經濟分析以國家計劃委員會《建設項目經濟評價工作若干規定》（計投資［1993］530號文件）、《建設項目經濟評價方法與參數（第二版）》，《中外臺資項目經濟評價方法說明》為依據，主要參數如下：
　　（１）運營期：20年（2001－2020）
　　（2）還款期：7年（2001－2007年）
　　（3）建設期貸款利息：5.85％；還款期貸款利息：6.21％；
　　（4）企業內部收益率：6％；

　　用戶用水水價即售水水價，為水資源費、成本與利稅的總和。目前的售水水價為基本水價。因為本經濟分析是在行業最低內部收益率為6％的前提下計算的。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年需要還款的數額。如果滿足還款要求，內部收益率將高達30％以上，水價也將隨之大幅增長，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。
　　在考慮污水資源費0.20元/m³和水源六廠原有資產成本與利稅0.81元/m³的條件下。分析結果為：第一熱電廠用水水價0.36元/m³，市政雜用用水水價1.83元/m³，東郊工業區用水水價1.31元/m³。
3.3 效益分析
　　本工程制后每年可節約清潔水資源16673萬m³，節約自來水3650萬m³/a，相當于節約了建設一座10萬m³/d的自來水廠的投資4億元。該工程能達到開源節流的目的，能為北京市城市綠化面積擴大和道路噴灑壓塵創造條件，對環境綜合治理具有較大的作用，環境的改善還會帶來了周邊地區的土地增值，促進經濟的發展。

4 結論與建議

　　（1）北京市是一個嚴重缺水型城市，合理利用高碑店污水處理廠處理水資源，對實現北京市國民經濟可持續性發展、緩解北京市面臨的21世紀城市發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到開源節流的目的，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大和道路噴灑壓塵創造條件，對環境綜合治理具有較大的作用。
　　（3）在城市污水回用工程設計中應特別重視前期研究工作，詳細調查分析潛在主要用水用戶。回用工程方案應結合城市水系、園林、道路及工業布局現狀，充分利用城市現有設施，降低工程投資。
　　工程方案應具有可實施性。
　　（4）目前我國大部分城市還沒有污水回用規劃，污水回用的法規還不健全，建議國家制定有關法規和政策，促進誠市污水回用設施的發展。城市專項規劃時，引入污水資源化的內容，將污水收集系統、污水處理廠的建設、污水再利用用戶及回用系統的建設等因素綜合考慮，使污水資源化工程的實施，隨著城市的發展，在規劃的統一指導下進行。
　　（5）制訂合理的自來水價格和水資源費，尋求適宜的貸款條件，使污水資源較之新鮮水資源具有價格優勢，加速城市污水資源化的進程。