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）市政環境工程有限公司，天津 300060；2.國家城市給水排水工程技術研究中心，天津 300074；3.中國市政工程華北設計研究院，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：針對北京市技術開發區水資源現狀，對再生水系統進行了規劃。確定了到2010年,開發區再生水需求量達到11萬m3/d，并對開發區可資利用的再生水水源進行了論證及水質評價，確定了再生水廠出水水質標準，推薦了成熟的再生水處理工藝，分析了公共再生水系統兩種布置規劃方案。研究表明，方案的實施，將會產生巨大的經濟和生態效益。
關鍵詞：污水再生回用 再生水水量預測 再生水系統規劃 再生水水質 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[1]。據預測，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]。北京經濟技術開發區地處北京市東南部，開發區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、正建設中的南部新區和規劃中的東部新區。開發區過境河流主要有涼水河和大羊坊溝，其次還有南側的新鳳河。開發區采用雨污分流制系統，雨水排入涼水河，污水進入經開污水處理廠進行處理。作為北京市發展高新技術產業的重要基地，近年來隨著經濟技術開發區城市建設和工業的飛速發展，生產和生活用水量持續增長，水資源的短缺已成為城市經濟發展的重要障礙，實現污水的資源化已經成為必然要求[3]。 2污水再生回用可行性 目前開發區生產和生活用自來水由北京市城市自來水管網單水源供給，從市區干網引入兩條供水管，一條沿成壽寺路DN800管道由三環市輸水干管引入，一條沿博大路DN1200管道由四環市輸水干管引入。從近幾年的用水量的變化來看，開發區的用水量增長較快，而且隨著新入區工業企業及現有企業后期工程的陸續投產，用水量將會增長更快。開發區有四部分用水可以用再生水代替：大部分工業用水、大部分建筑物沖側用水、綠化澆灑用水及道路廣場沖洗用水。 3再生水水量、水質確定及處理工藝選擇 3.1再生水用水量預測 表1 北京經濟技術開發區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 | 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給出了開發區1999～2003年自來水供水量，可以看出，開發區日需水量逐年遞增，且工業用水比重大。根據《北京市城鄉規劃 北京經濟技術開發區》和《亦莊衛星城總體規劃文本》（2001－2020），結合開發區給排水現狀，在對1999～2003年用水量分析基礎上，采用比流量與集中大用戶的用水量綜合考慮的方法預測2010年用水量。2010年前計劃入駐核心區的大工業有：京東方、熱電聯產、中芯國際、SPS大功率半導體、富士康等二期工程，合計一、二期總用水量為7.72萬m3/d。可以看出，工業、居住及公建為用水大戶，工業再生水量主要通過用戶調查，并根據工業性質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，開發區2010年再生水回用規模為11萬m3/d。 表2 北京經濟技術開發區2010年用水量預測
Table 2 Water consumptions forecast for 2010 of Beijing development area | 用地性質 | 面積
(km2) | 用水量指標104m3/(km2·d) | 用水量（高日）
(萬m3/d) | | 居住區 | 3.01 | 1.00 | 3.01 | | 公建用地 | 3.22 | 0.70 | 2.25 | | 工業區 | 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標準
3.2.1再生水廠水源的確定
再生水水源應滿足《污水再生利用工程設計規范》（GB50335-2002）的具體規定。滿足以上要求的水源可以作為開發區的再生水水源，應優先考慮開發區內部的城市污水處理廠二級出水作為公共再生水廠水源。
開發區可以利用的再生水水源有：①經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的處理規模； ②2005年建成的小紅門污水處理廠，地處開發區上游3km處，處理規模60萬m3/d，并具有再生水處理系統，處理工藝為“二沉池出水→混凝沉淀→砂濾”，出廠水水質達到《城市雜用水水質標準》（GB/T 18920－2002）要求；③擬建的亦莊污水處理廠，一期工程規模15萬m3/d，2020年達到25萬m3/d的總處理能力。根據工程進度及開發區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區再生水水源，具有現實可行性。
3.2.2再生水廠出水指標的研究確定
水質標準是再生水處理工藝的前提，并直接影響再生水系統投資，同時也是影響用戶對再生水認可與接受的重要因素。同時應遵循“低質低用，高質高用”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的可能。開發區的再生水主要用途為電廠冷卻用水城市雜用水、景觀環境用水及部分工業用水，但是《污水再生利用工程設計規范》對城市雜用水水質、景觀環境用水水質及工業冷卻水等不同回用方向分別制定了相應的水質標準[4]。而且這些水質標準與《城鎮污水處理廠污染物排放標準》（GB18918－2002）一級A在個別指標上存在重大差異，出現排放標準指標部分指標嚴于回用標準的情況[5]，見表3 。另外，對于開發區再生水廠，出水水質必須確定一個處理標準。為了便于開發區公共再生水廠及配套管網的規劃與建設，并能更好地推廣再生水，建議開發區再生水系統統一出水水質，實行單質供水，其出水水質應同時滿足前三種用途。電子行業等對再生水有較高水質要求的用戶，可自行深度處理。綜合上述因素，考慮北京開發區的特點，研究確定了開發區再生水的出水水質推薦標準，見表4。 表3 再生利用系列標準與排放標準的差異
Table 3 Difference between renovated water quality standard and discharge standard | 標準 | COD（mg/L） | 總氮（mg/L） | 氨氮（mg/L） | 總磷（mg/L） | | 排放標準一級A | 50 | 15 | 5（8） | 1（0.5） | | 雜用水標準 | 不要求 | 不要求 | 10～20 | 不要求 | | 工業冷卻水標準 | 60 | 不要求 | 10 | 1 | | 景觀環境用水標準 | 不要求 | 15 | 5 | 0.5～1.0 | 表4 開發區各再生水廠出水水質推薦標準
Table 4 Recommend effluent quality standard for each wastewater regeneration works in Beijing development area | 序號 | 標 準 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根據處理規模、水質特性、再生水用途及開發區的實際情況和要求，經全面技術經濟比較后優選確定。可選的再生水處理工藝有：
①常規處理工藝：“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”；
③曝氣生物濾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指標去除率不高，影響其回用[6]；工藝②、③采用膜分離取代傳統過濾工藝；工藝③則將曝氣生物濾池與膜分離工藝聯用，發揮BAF對懸浮物的截留作用，并能充分實現硝化反硝化，有效降低氨氮對再生水水質的不利影響；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。
根據開發區確定的進水及所要求的出水水質，結合國內外成功的運行實例，推薦采用“混凝→沉淀→膜分離”的組合深度處理工藝。目前，國內外膜分離工藝用于污水回用的工程實例已經很多，具有成熟的設計及運行經驗，如我國天津開發區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段產水量為2.9萬m3/d，再生水指標完全優于景觀環境用水和城市雜用水及工業循環冷卻用水的水質要求。另外，考慮對氨氮的強化去除，也可以采用“曝氣生物濾池－連續微濾（CMF）”組合工藝。 4污水再生回用系統及管網規劃 4.1系統規劃原則
城市再生水系統規劃應在城市水資源系統平衡及優化基礎上進行，達到環境效益和社會經濟效益的統一[8]。開發區再生水利用的方式以建設城市公共再生水廠集中處理、鋪設公共輸配水管網為主，分散處理就地回用為輔。同時規劃再生水廠及管網布置時還要充分考慮：優先利用開發區自有的污水二級出水水源，充分實現污水資源化，有利于實現區域內部水資源的良性循環和可持續發展；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，降低能耗，降低輸水費用；管網布置以環狀網為主，枝狀網為輔，同時干管盡量靠近大用戶。
4.2規劃方案
污水再生系統建設要依照客觀需要和實際可能，按照遠期規劃確定最終規模，以現狀水量及用水需求為主要依據確定實施規模，可以分階段實施。因此，管網按遠期規劃，再生水廠建設根據實際分期建設。本規劃提出了2個供水方案：
（1）三水源供水方案：
規劃建設三個再生水廠，分別為：經開再生水廠、亦莊再生水廠和文化園再生水廠。經開再生水廠與現開發區污水處理廠合建，規模4萬m3/d；文化園再生水廠位于核心區西北角，再生水水源取自小紅門污水處理廠，規模7萬m3/d；亦莊再生水廠與亦莊污水處理廠合建，規模8萬m3/d。
（2）雙水源供水方案：
建設二個再生水廠，分別為：經開再生水廠和文化園再生水廠。經開再生水廠：建設一座4萬m3/d；文化園再生水廠：建設一座15萬m3/d。
4.3方案比較與優選
（1）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 （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 | （2）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）。
（3）技術方案的優缺點：
采用三水源系統，利于實現就近回用，降低輸水能耗，降低運行成本，充分利用開發區污水資源，實現了污水的綜合利用，供水的安全性大大提高；但管網較長，再生水廠分散，廠站和管網工程投資提高。采用雙水源系統，管網較短，廠站少，便于管理，但是沒有充分利用開發區自有的污水資源，對系統外的水資源形成過度依賴，不利于開發區實現水資源的優化利用與生態的可持續發展，輸水能耗高，運行不穩定。根據以上分析，本規劃推薦選擇方案一的三水源系統。 5結語 （1）通過水量預測研究表明，北京經濟技術開發區到2010年對再生水有較大需求量，達到11萬m3/d。未來可資利用的穩定的再生水水源有經開污水處理廠，小紅門污水處理廠和亦莊污水處理廠。
（2）規劃方案推薦建設三個再生水廠，分別為：經開再生水廠、亦莊再生水廠和文化園再生水廠，規模分別為4萬m3/d，7萬m3/d，8萬m3/d。通過技術經濟比較表明，采用三水源系統，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，具有明顯的競爭優勢；且三水源系統分散式布置利于實現就近回用，降低輸水能耗，降低運行成本，充分利用開發區污水資源，實現了水資源的可持續利用。 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.
[2]唐志偉.北京污水資源化與回用問題.中國給水排水,1995，11（5）：20-22.
[3]郝仲勇,劉洪祿.北京市水資源短缺及對策分析. 北京水利,2000,（5）：17-18.
[4]《城市污水再生利用系列標準實施指南》編審組. 城市污水再生利用系列標準實施指南（一）(M). 北京:中國標準出版社,2004.
[5]周彤. 污水再生利用進程中的誤區. 中國土木工程學會水工業分會排水委員會第四屆第二次年會補充論文.海南海口，2004.
[6]張杰,張富國,王國瑛.提高城市污水再生水水質的研究. 中國給水排水. 1997,13(3):19-21.
[7]李健,李富元,關代宇等. 天津開發區“雙膜法”污水再生回用工程. 中國給水排水, 2003,19(11):96-97.
[8]焦得生,楊景斌,王鳳岐,石玉波.中國典型城市水資源精測、評價與系統分析.水文,1996,(6):1-6.
[1]第一作者簡介：劉智曉（1972-），畢業于哈爾濱工業大學市政環境工程學院，工學碩士，環境工程專業，研究方向為水污染控制及污水資源化技術。劉智曉通訊地址：國中愛華(天津)市政環境工程有限公司。天津市河西區衛津南路21#新金龍大廈北4F 300060
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