方先金 張韻

　　【摘要】 以高碑店污水處理廠處理水資源化再利用為目的，本研究對高碑店污水處理廠二級出水、通惠河和南護城河水質(zhì)進行了檢測，對再利用的主要潛在用戶進行了分析，在此基礎(chǔ)上，提出了高碑店污水處理廠處理水資源化再利用的技術(shù)方案。
　　【關(guān)鍵詞】 城市污水 再利用 技術(shù)方案

1 前言

　　地球上可以利用的水資源約占地球上總水量的0.6％，而且分布極其不均。隨著世界經(jīng)濟發(fā)展和人口增加以及水源的污染，近年來許多國家發(fā)生了水荒。根據(jù)世界銀行1998年底的研究，在未來25年由于缺水將直接影響到人類生活必需品的生產(chǎn)，21世紀(jì)前25年即使在年降水量為正常的年份，世界上也將有約13億人口受到缺水的威脅［1］。
　　北京是一個嚴(yán)重缺水的城市，人均占有水資源量僅300m³左右，為全國人均水資源占有量的1／8，世界人均水資源量占有量的1／32。城市水資源供需平衡和水資源短缺已成為制約北京市社會經(jīng)濟發(fā)展的重要因素。為了實現(xiàn)北京市國民經(jīng)濟可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略，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，應(yīng)盡早開發(fā)城市污水資源作為城市第二水源。高碑店污水處理廠是目前我國最大的污水處理廠，一期工程已于1993年10月24日竣工投產(chǎn)，一期工程處理能力50萬m³／d；2000年二期工程投產(chǎn)運轉(zhuǎn)后處理能力可達(dá)100萬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，東郊工業(yè)區(qū)，使館區(qū)和化工路的全部污水。高碑店污水處理廠二級出水直接排人通惠河下游，除每年約5500萬m³用于農(nóng)業(yè)灌溉外，剩余的處理水沒有得到利用，用于農(nóng)業(yè)灌溉的部分僅占處理水的30％，約15萬m³／d。待二期工程結(jié)束后，高碑店污水處理廠處理水未再利用量將達(dá)到85m³／d，對于北京這樣一個嚴(yán)重缺水的城市是一個很大的水資源浪費，因此開發(fā)利用高碑店污水處理廠二級出水勢在必行。
　　本文結(jié)合北京市城市布局、水系和市政管網(wǎng)分布以及工業(yè)布局現(xiàn)狀，按照北京市城市規(guī)劃要求，對高碑店污水處理廠處理水資源化再利用的主要潛在用戶進行了分析，進而提出高碑店污水處理廠處理水資源化再利用的技術(shù)方案，以達(dá)到開源節(jié)流、節(jié)約清潔水資源和自來水用量的目的。

2 現(xiàn)況河湖水質(zhì)

　　高碑店污水處理廠位于北京市通惠河南側(cè)，距高碑店閘約1.4公里，出水通過退水暗渠流入通惠河高碑店閘的下游。從高碑店閘向西經(jīng)高碑店湖到東便門為通惠河上游，從東便門向上游，經(jīng)龍?zhí)逗⒋笥^園、廣安門、到西便門為南護城河段。整個水系從西便門經(jīng)東便門、高碑店一直流向通惠河下游。按北京市總體規(guī)劃到2002年護城河廣安門上游應(yīng)達(dá)到地面水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)Ⅲ類，從廣安門到高碑店閘的河道水體應(yīng)達(dá)到地面水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)Ⅳ類，高碑店閘下游應(yīng)達(dá)到地面水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)V類。為了分析高碑店污水處理廠處理水資源化再利用工程使用現(xiàn)有水系作為再利用水輸送系統(tǒng)，以便減少工程投資的可能性，我們除對高碑店污水處理廠二級出水進行了水質(zhì)檢測外，還在高碑店湖、東便門、龍?zhí)逗⑽鞅汩T處進行了水質(zhì)檢測，檢測結(jié)果已列入表1中，結(jié)合相關(guān)水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)分析表1可以得出如下結(jié)果：
　　① 通惠河和南護城河水系水質(zhì)除南護城河上段外都較差，主要表現(xiàn)在CODcr、B0D5、嗅味、溶解氧和總大腸菌群等指標(biāo)均不能達(dá)到地面水V類標(biāo)準(zhǔn)，與該段水體的水質(zhì)要求存在一定的差距。為此，我們先后四次沿通惠河、南護城河兩岸進行了實地考察，發(fā)現(xiàn)其主要原因為：目前南護城河、通惠河部分河段沿河有污水直接向河體排放，未實現(xiàn)有效的污水截流。
　　② 高碑店污水處理廠二級出水懸浮物濃度和總大腸菌群與《生活雜用水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)》對比都超標(biāo)，再利用于生活雜用必須進一步進行深度處理。
　　③ 高碑店污水處理廠二級出水水質(zhì)均優(yōu)于設(shè)計要求。
　　④ 水源六廠出水中氯化物含量較低，溶解氧濃度較高，且氮和磷含量較低，達(dá)到生活雜用水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)。

高碑店污水處理廠和水源六廠出水及現(xiàn)況河湖水質(zhì) 表1 水質(zhì)指標(biāo) 高碑店污水廠 高碑店湖 東便門 龍?zhí)逗? 西便門 水源六廠 水溫（℃） 22.6 26.3 20.7 22.5 21.7 　 DO（mg／l） 2.5～3.0* 0.7 1.1 8.1 8.7 4～7* PH 7.39* 7.6 7.6 8.4 8.6 　 色度（稀釋倍數(shù)） 31 67 53 73 19 7.1～7.4* 濁度（度） 2.02 27.83 24.41 24.40 8.29 　 COD_cr（mg／l） 33.7* 58.9 61.3 58.9 21.1 12～43* BOD₅（mg／l） 7.4* 15.07 20.30 13.39 3.85 5～10* 嗅味（污泥味級別） 3 4 4 3 3 　 氯化物（mg／l） 109* 90.2 36.8 86.0 39.8 44～86* 總磷（mg／l） 5.07* 1.69 1.60 0.27 0.10 　 氨氮（mg／l） 10.8* 14.77 12.25 1.22 0.79 0.2* 硬度（mg／l） 350* 247 220 195 181 204～394* 總固體（mg／l） 615 484 421 453 411 　 SS（mg／l） 20* 42 78 99 95 　 總大腸菌數(shù)（10⁶個／l） 2.3 317 246 0.307 1.56 　 *廠家提供的數(shù)據(jù)

3 可能應(yīng)用對象分析

3.1 潛在工業(yè)用戶
3.1.1 高碑店污水處理廠內(nèi)部用水
　　高碑店污水處理廠已建規(guī)模為1萬m³／d的廠內(nèi)回用水工程，主要用于污泥脫水沖洗濾布、檢修、噴灑、澆灑綠地、洗車用水水源等，該用水應(yīng)優(yōu)先保證。
3.1.2 華能熱電廠
　　華能熱電廠位于高碑店污水處理廠對面。高碑店污水處理廠至華能熱電廠之間鋪設(shè)了兩條直徑800毫米管道，同時該廠內(nèi)部的深度處理站也已經(jīng)建成。華能熱電廠提供的最新數(shù)據(jù)表明，該廠現(xiàn)計劃四臺機組冷卻補水全部使用高碑店污水處理廠二級出水作為水源，并通過本廠深度處理站處理后再利用，以保證冷卻水水質(zhì)。該廠實際可利用高碑店污水處理廠二級出水為7.68萬m³／d，該用水應(yīng)優(yōu)先保證。
3.1.3 北京市第一熱電廠
　　北京市第一熱電廠是一座高溫高壓熱電廠，位于通惠河北側(cè)，距離高碑店污水處理廠僅幾公里。該廠共有循環(huán)泵4臺，每臺循環(huán)水量為4.15立方米／秒，循環(huán)泵房設(shè)在通惠河北岸，冷卻水是開放式循環(huán)，正常生產(chǎn)情況下有三臺泵運行，所需水量約12m³／s（即104萬m³／d）。其補水量為26—34.6萬m³／d，平均補水量30.3萬m³／d。
　　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再利用高碑店污水處理廠處理水用水量僅考慮為20萬m³／d。在遠(yuǎn)期工程方案中，第二熱電廠采用封閉式循環(huán)冷卻方式運轉(zhuǎn)，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再利用高碑店污水處理廠處理水用水量將在近期方案規(guī)模基礎(chǔ)上擴大10.0萬m³／d。
3.1.4 北京市水源六廠
　　北京市水源六廠距高碑店污水處理廠僅幾公里，此廠是為工業(yè)提供用水的河水廠，廠內(nèi)建有規(guī)模為17萬m³／d的深度處理設(shè)施。而1998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。該廠進水取自通惠河。高碑店污水處理廠二級出水可直接供水源六廠使用。在近期方案中，東郊工業(yè)區(qū)和焦化廠利用高碑店污水處理廠處理水的水量為5萬m³／d，市政雜用水5萬m³／d。在遠(yuǎn)期方案中，水源六廠再擴大7萬m³／d。
3.1.5 通州工廠用水
　　通州距高碑店污水處理廠約八公里。通州現(xiàn)有工廠120多家，包括化工、機械、紡織、造紙和食品等行業(yè)，用水量較大的工廠有造紙七廠、東方化工廠、通州氮肥廠和北京日用化學(xué)二廠等。通州的工廠共可使用再利用水量7萬m³／d［2，3］。
3.2 市政雜用水
　　城市雜用水在北京市污水綜合利用研究中一直未引起人們的重視，本研究中我們調(diào)查了沿通惠河、南護城河主要公園綠化面積、城市綠化、城市道路的噴灑用水量等，并多次走訪了市園林局、市環(huán)衛(wèi)局等單位，具體調(diào)查結(jié)果如下：
3.2.1 公園綠化及河湖用水
　　沿河道主要公園有龍?zhí)逗珗@、北京游樂園、天壇公園、陶然亭公園、大觀園和萬壽公園，主要公園合計面積約267萬m²，公園綠化用水量為0.534萬m³／d。除外，上述公園河湖補水用水約2.3萬m³／d，沖廁用水約460m³／d。所以主要公園總用水量約2.88萬m³／d。
3.2.2 城市綠化用水
　　在再利用供水范圍內(nèi)有多處城市集中綠地，由于位置較為分散，在目前前況下很難嚴(yán)格計算出再利用于綠化的水量。故重點主要集中在道路兩旁隔離帶和沿河道兩岸較集中的綠地，按北京市總體規(guī)劃經(jīng)估算城市綠化用水量約0.2萬m³／d。
3.2.3 道路路面噴灑用水
　　據(jù)北京市規(guī)劃路網(wǎng)指標(biāo)，其主干路和次干路的道路面積約5868萬m²。目前可噴灑3389萬m²，目前城市道路噴灑由市和區(qū)環(huán)衛(wèi)局負(fù)責(zé)，水源全部為自來水，取水點為固定的自來水消火栓。但按環(huán)衛(wèi)局道路噴灑水車取水半徑，并非所有的可噴灑道路都能用高碑店污水處理廠處理水來代替。在方案中，城市雜用水將在水源六廠進行深度處理，深度處理后的出水用管道自水源六廠沿護城河輸送到廣安門和東便門。若在原有水源六廠供水管網(wǎng)中加設(shè)取水口，則可用高碑店污水處理廠處理水來噴灑的道路東至公路一環(huán)，西至西三環(huán)以西，東西長約23.5km。按環(huán)衛(wèi)局道路噴灑水車取水半徑3km計，南北長可達(dá)6km，可噴灑的地區(qū)面積為141km²。按北京市城市規(guī)劃設(shè)計研究院1992年《北京市總體規(guī)劃》研究成果，公路一環(huán)內(nèi)道路用地率在1991年前為3.82％，到2010年將達(dá)13.43％。若在近期方案中道路用地率按10％計，則能用高碑店水污水處理廠處理水來噴灑道路面積約14.1km²，根據(jù)環(huán)衛(wèi)局提供的噴灑道路的用水指標(biāo)，每m³水可噴灑2500m²道路面積，則一天一次噴灑道路需水量為0.564萬m³／d。目前北京市許多路面一天噴灑兩次。按市政府治理大氣環(huán)境污染，減少城市空氣灰塵量的要求，未來北京市路面噴灑要求達(dá)到一天三次。為此，在近期方案中按每天噴灑道路兩次考慮，則需水量約為1.13萬m³／d。
3.2.4 近期方案市政雜用水規(guī)模
　　上述市政雜用水合計約4.21萬m³／d，其中城市綠化及道路噴灑用水量為1.33萬m³／d；公園用水為2.88萬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。
3.3 農(nóng)業(yè)灌溉用水
　　高碑店污水處理廠農(nóng)業(yè)灌溉區(qū)包括東南郊、朝陽、雙橋和通州四個灌區(qū)，分布在朝陽和通州通惠河兩岸的14個鄉(xiāng)和2個農(nóng)場，現(xiàn)況灌溉面積20.21萬畝。農(nóng)作物以糧、菜為主，其中糧田面積16.9萬畝，占83％；菜田面積1.72萬畝，占9％；林果及其它作物面積1.59萬畝，占8％。農(nóng)業(yè)灌溉需用水量約48萬m³／d，目前從官廳和密云兩大水庫供給指標(biāo)水及工業(yè)退水水量約10萬m³／d，采用地下水約19萬m³／d，從通惠河取水水量約19萬m³／d［2，3］。
3.4 高碑店閘下游河道補水
　　通惠河下段高碑店閘至北運河蒸發(fā)滲漏，一年八次換水和河道兩側(cè)綠化需水量約3.6萬m³／d［2，3］。

4 再利用方案

4.1 用戶用水優(yōu)化分配
　　高碑店污水處理廠處理水優(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38.68萬m³／d。
　　在遠(yuǎn)期工程實施前，剩余的高碑店污水處理廠處理水除用于高碑店閘至北運河兩側(cè)綠化和河道補水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97.28萬m³／d。
　　在遠(yuǎn)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處理廠用于高碑店閘至北運河兩側(cè)綠化和河道補水3.6萬m³／d、農(nóng)業(yè)灌溉40.72萬m³／d，總計100萬m³／d。
4.2 工程方案規(guī)模
　　本工程方案主要考慮高碑店閘上游的再利用用戶，通過近期工程方案實施后才能利用高碑店污水處理廠處理水的用戶對象為：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(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擴大到47萬m³／d。主要增加的用戶對象為：第一熱電廠用水規(guī)模擴大10萬m³／d，水源六廠擴大用水量7萬m³／d。
4.3 工程方案
　　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17萬m³／d）。送至高碑店湖的處理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(xiàn)有的供水系統(tǒng)供給東郊工業(yè)區(qū)和焦化廠；一部分通過新建管道輸?shù)赖綇V安門和東便門。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。
　　不包括拆遷和占地費，工程費用約2.34億元。由于高碑店湖內(nèi)有機物高于高碑店污水處理廠二級出水，為改善河道水質(zhì)，需在高碑店湖增加充氧設(shè)施，以提高水中溶解氧濃度，同時進一步降低水中有機物。
　　本方案可實行兩種工程實施措施。第一種為近遠(yuǎn)期工程一次實施；第二種為近遠(yuǎn)期工程分開實施，即近期工程修建提升泵站、泵站至高碑店湖的輸水管道、市政雜用水配水管；遠(yuǎn)期工程修建提升泵站至水源六廠的管道。

5 結(jié)論和建議

　　① 本文推薦的高碑店污水處理廠處理水資源化再利用方案充分考慮了北京市城市水系、園林、道路及工業(yè)布局現(xiàn)狀，具有可實施性。
　　② 高碑店污水處理廠處理水資源化再利用能達(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大和道路噴灑壓塵創(chuàng)造條件，對環(huán)境綜合治理具有較大的作用。
　　③ 建議制定有關(guān)法規(guī)和政策，促進城市污水再利用設(shè)施的發(fā)展。應(yīng)編制北京市再利用水設(shè)施發(fā)展規(guī)劃，以便在相應(yīng)的市政工程中鋪設(shè)再利用水管道等設(shè)施，使城市污水再利用逐步完善。

參考文獻(xiàn)
　　［1］KA Spektrum：Wassermangel groesser Bedrohung der Menschheit，Korrespondenz Abwasser，Nr.1，1999.
　　［2］北京市城市規(guī)劃設(shè)計研究院，北京市水利規(guī)劃設(shè)計研究院：高碑店污水處理廠出水合理利用研究，1992年8月
　　［3］北京市城市規(guī)劃設(shè)計研究院，北京市節(jié)約用水辦公室：北京市城市污水綜合利用研究，1999年4月