李 藝
（北京市市政工程設計研究總院）

1、總論

　　 北京市是一座人口超過一千萬的大型城市。城市水資源及供水問題是制約城市發展的關鍵因素，同樣，城市污水的排除與處理也是影響到城市整體生存環境質量的重要因素。

2.狀況

2.1 城市供水狀況
　　北京市位于華北平原的北端，屬半干旱季風地區，降雨量變化大且分布極不均勻。年人均可利用水資源占有量不足400立方米。屬于嚴重缺水城市。北京市目前有城市供水廠十座，日供水能力為300萬噸，目前城市日均需水總量在245萬噸左右。其中，利用地下水水源的約占供水總量的43％，利用地表水水源的約各占供水總量的57%。待水源十廠建成以后，城市日供水能力可達400萬噸。
2.2城市排水及處理狀況
　　北京市目前日排水總量約為230萬噸。其中生活污水為138萬噸每日，約占總排除污水量的 60％，工業污水量約占40％。其中大量未經處理的污水，直接排人市區及其下游的河渠。致使城市地下水大面積受到污染，地下水質量逐年惡化，超標范圍逐年擴大。地表水方面，全市河流上游水質較好，由于市區大量工業廢水和生活污水的排入，使河流中下游逐漸受到污染，尤其是下游河流的河段污染嚴重。環境條件愈來愈差，嚴重影響了城鄉居民的工作和生活，與北京為樣的國際大都市非常不相配，已經到了不治理不行的局面。
　　目前北京城市污水處理廠已經建成并運行了4座，分別為：方莊污水處理廠，設計處理規模為4萬噸／日：北小河污水處理廠，設計處理規模為4萬噸／日；高碑店污水處理廠，設計處理規模為100萬噸／日；酒仙橋污水處理廠，設計處理規模為20萬噸／日；這四座污水處理廠設計處理能力為目前城市污水 產生量的55％，但由于該四座污水處理廠流域內污水收集管線還不完善，其中部分污水管道工程正在 施工過程中，污水收集率還未達到100％。故目前四座污水處理廠實際運行水量僅為設計能力的 78％，即日處理污水量100萬噸。為目前污水產生量的43％。
　　當前正在建設的污水處理廠一座清河污水處理廠一期工程，日處理規模20萬噸。馬上準備開工建設的污水廠兩座——吳家村污水廠(污水處理規模8萬噸／日)、肖家河污水廠(污水處理規模4萬噸／日)。待這三座污水處理廠建成后，城市污水處理率可達70％。
　　另外兩座城市污水處理廠——盧溝橋污水處理廠(污水處理規模20萬噸／日)和小紅門污水處理廠(污水處理規模60萬噸／日)的建設將在明年啟動。清河污水處理廠二期工程(污水處理規模20萬噸／日)將在一期工程完成后相繼建設。屆時，北京的城市污水處理率將達到90％以上。

3.北京市城市污水處理設計思想

3.1劃分城市污水流域
　　對于北京市的排水體系的流域劃分是以全面規劃、統籌安排、因地制宜、分期實施為指導思想。依據北京西北高、東南低的自然地形，和橫穿北京的清河、壩河、通惠河及涼水河四大排水系統，以雨、污分流制作為城市最終排水體制。結合河流分布、地形、環保、污水管道系統的現狀以及回用可能、工程投資、經濟效益等因素，將北京市區劃分為大小16個污水流域處理系統。
　　1)高碑店污水流域處理系統
　　流域范圍包括城區大部分地區及市區東部部分鄉域地區。規劃流域面積106.82平方公里，排水面積87.38平方公里，規劃污水量96萬立方米／日。該流域污水退水入通惠河。
　　2)小紅門污水流域處理系統
　　流域范圍包括西城大部分地區和宣武西部地區、南部工業區及市區南部部分鄉域地區。規劃流域面積77.9平方公里，排水面積38.5平方公里，規劃污水量27萬立方米／日。該流域污水退水入涼水河。
　　3）鄭王墳污水流域處理系統：
西起小西山八達處，東至展覽館路，北起長河，南至豐臺。規劃流域面積120.6平方公里，排水面積67.32平方公里，規劃污水量43萬立方米／日。該流域污水退水入涼水河(大紅門閘上)。
　　(根據目前項目實施情況分析，該流域系統將與小紅門流域系統合并為統一的流域系統）
　　4)清河污水流域處理系統
　　流域范圍西起小西山山前，東至德昌路，南起長河北，北至清河鎮。規劃流域面積106.89平方公里，排水面積62.54平方公里，規劃污水量39萬立方米／日。該流域污水退水清河下游。
　　5)盧溝橋污水流域處理系統。
　　流域范圍包括石景山、盧溝橋地區和豐臺西部及部分鄉域地區。規劃流域面積55.8平方公里，排水面積37.15平方公里，規劃污水量34萬立方米／日。該流域污水退水入黃土崗灌渠和馬草河。
　　6)吳家村污水流域處理系統流域范圍包括石景山區的魯谷區和老山、古城、八角等生活區。規劃污水量8萬立方米／日。該流域污水退水入新開渠。
　　7)酒仙橋污水流域處理系統
　　流域范圍包括酒仙橋、左家莊、望京、和平里。黃寺地區及城東部部分鄉域地區。規劃流域面積66.67平方公里，排水面積38.91平方公里，規劃污水量17萬立方米／日。該流域污水退水經亮馬河入壩河。
　　8)北小河污水流域處理系統
　　流域范圍西起北中軸西路，東至京承鐵路，北起公路一環，南到東土城。規劃流域面積20.68平方公里，排水面積14.24平方公里，規劃污水量8萬立方米／日。該流域污水退水入北小河。
　　9)肖家河污水流域處理系統流域范圍包括市區西北部的香山、黑山扈、西苑、圓明園、上帝信息產業基地等地區。規劃流域面積21.11平方公里，排水面積8.77平方公里，規劃污水量4萬立方米／日。該流域污水退水入清河，作為清河上游河道補水水源。
　　10)方莊污水流域處理系統
　　流域范圍包括方莊開發區及其鄰近地區約3平方公里的地區，規劃污水量4萬立方米／日。該流域污水退水計劃經污水處理廠處理后、傳為方莊居住區、及市區南部工業區中水回用的水源。
　　除此之外，還有北京周邊地區的六個污水流域處理系統。分別為：垡頭污水流域處理系統，流域面積37.73平方公里，規劃污水量16萬立方米／日；
　　定福莊污水流域處理系統，流域面積41.31平方公里，規劃污水量19萬立方米／日；
　　東壩污水流域處理系統，流域面積30.63平方公里，規劃污水量6萬立方米／日；
　　北苑污水流域處理系統，流域面積19.23平方公里，規劃污水量4萬立方米／日；
　　南苑污水流域處理系統，流域面積25平方公里，規劃污水量6萬立方米／日；
　　五里坨污水流域處理系統，流域面積18.84平方公里，規劃污水量2萬立方米／日；
3.2 污水處理廠廠址選擇確定
　　由于北京是一座缺水型城市，污水處理后要作為一種水資源就近重復利用，目前，北京市的城市污水再利用主要有以下幾個方面：一是用于農業灌溉；二是回用于工業(以工業冷卻水為主)；三是考慮城市河湖景觀用水的補充；四是用于城市綠化、道路撓灑及部分建筑中水需求。
　　依據北京市污水流域劃分的情況，市區污水處理廠布局應采取適當集中與分散相結合的原則，在每個污水流域建一座城市污水處理廠較為合適。同時考慮到每個污水流域都以一條附近的排水河系作為排水的接納水體，利用排水河系可以實現部分的污水再利用功能(如農灌輸水、河道景觀補水等)。另外，每個流域的排水系統基本上都是依據自然地形坡度而劃分，即利用重力流管道系統，不需要加壓 提升即可收集系統內污水。由此決定在每個污水流域系統的下游，選擇建污水處理廠是最經濟合理的。
3.3 污水處理工藝的確定
　　各個獨立的污水流域中的污水處理廠處理工藝的設計思想及原則，是結合其近遠期處理規模，針對其污水處理后出水的用途，并考慮該污水處理廠建設時期，政府的財政經濟狀況及污水處理廠未來運行管理人員的素質水平。由以上多個因素綜合考慮決定該污水處理廠的處理工藝。以下幾個污水 處理廠的設計實例可以進一步說明。
　　1)北京高碑店污水處理廠
　　該污水處理廠一期工程于1993年竣工投產，設計規模為日處理污水50萬立方米。排水入通惠河。一期工程的主要目的為改善通惠河河水水質，使其能夠滿足農業灌溉用水的要求，所以處理工藝設計以去除有機物污染為主。處理工藝為：
　　污水預處理——初級沉淀池——曝氣池——二級沉淀池——排放設計中，控制生物處理池(即曝氣池)以有機物碳化作為處理目標，但在曝氣池容積設計和鼓風機配置上，考慮了遠期對污水進行硝化處理的可能性。由于該廠規模較大，設計中以節能為主要考慮因素，利用初沉池去除部分有機物，以減輕后面生物處理池的負荷，在曝氣設備上，選擇傳氧效率較高的微孔曝氣器和可調節進出風倒葉的高效離心風機。
　　污泥處理工藝以污泥最終用途為農肥為目的，選擇污泥厭氧消化工藝，厭氧產生的沼氣，用于發電以解決部分廠內電力需求，從而節省能源。
　　高碑店污水處理廠二期工程，是在一期工程竣工后六年投產運行的。二期工程設計規模為日處理污水50萬立方米。此時，國家對環境保護的要求更加嚴格，對污水回用資源化的需求逐年增加。由此確定該廠污水處理后出水，除部分用于農業灌溉外，其余將用于北京第一熱電廠和高碑店熱電廠的冷 卻用水，以及供給第六水廠處理后作為城市綠化、澆灑等雜用水使用。
　　為達到以上目的，二期工程污水處理工藝調整為脫氮工藝，在一期處理工藝基礎上，增加200％的內回流以達到較高的脫氮率。以后在改造增加除磷工藝。污泥處理仍采用厭氧消化工藝。
　　2)方莊污水處理廠
　　該廠坐落在方莊開發區，主要處理來自方莊住宅區的生活污水。設計處理規模為日處理污水4萬立方米。該廠處理出水根據規劃，將作為居住區內生活雜用水、道路沖灑綠化用水及開發區內工業冷卻、沖灰用水。由此，決定了該廠處理出水應達到“中水”標準。
　　污水處理工藝必需為常規生物二級處理，再加深度處理及消毒才能滿足要求。污水處理工藝為：
　　污水預處理——初級沉淀池——曝氣池——二級沉淀池——混凝反應池——沉淀池——濾池 ——消毒——清水池——泵房
　　在污泥處理工藝選擇上，考慮到該廠處理規模小，產泥量有限，若采用厭氧消化，產生的沼氣由于量小不宜集中利用，而且此系統管理相對較為復雜。經過技術經濟比較，該廠污泥處理選用好氧消化，再經濃縮脫水后外運作為農肥使用。
　　3)酒仙橋污水處理廠
　　酒仙橋污水處理廠投產于2000年，設計規模為日處理污水20萬立方米。主要處理城市東北郊的城市污水，其中生活污水占62％，工業污水占38％。其處理出水經城市北部的亮馬河下游，向南入壩河。
　　該部分河道的主要功能為農灌輸水水體，并兼具有城市景觀河道的要求。由此，確定了該廠的處理工藝不僅要滿足農灌需要，去除污染有機物。而且還要考慮非灌溉季節景觀河道水體的除磷脫氮要求。另外由于進場污水中，工業污水含量較多，在處理工藝考慮上，還要選擇易于操作管理，耐沖擊負荷較強的污水處理工藝。污泥處理部分，為了避免該部分操作管理的復雜性，但又要使剩余活性污泥 達到基本穩定的處理。經過多方案比選后，采用具有前置厭氧池的延時曝氣氧化溝處理工藝。同時，為保證生物處理部分處理穩定并防止污泥膨脹，在厭氧池前增加生物選擇池。采用長泥齡、低負荷設計。剩余污泥采用濃縮脫水處理。污水處理工藝為：
　　 污水預處理——選擇池——厭氧池——氧化溝——沉淀池——排放
　　4) 清河污水處理廠
　　 該處理廠為在施工程，其一期處理規模及外界條件與酒仙橋污水廠類似。設計原則與指導思想也基本一致。

4. 存在問題與遠期設想

4.1 污水處理與回用的結合問題
　　由于污水處理廠建設的年代不同，對環境質量的要求也不同。由此帶來項目進遠期相結合的問題，體現在污水處理與污水作為資源回用的問題上，也就是說，近期要為遠期預留改造的空間和可能性。兩者若結合的不好，將造成遠期資金的浪費與重復建設。所以，對于污水處理廠的設計與建設還是應具有一定的前瞻性和預見性。管理部門與設計部門都應對此問題在項目前期就予以重視。
4.2已建和待建的污水處理廠固體廢棄物最終處置問題
　　北京城市污水處理廠產生的固體廢棄物的最終處置，目前仍是一個未徹底解決的問題。現在運行的幾座污水處理廠中，柵渣、沉砂及重金屬含量超標的污泥，運到城市垃圾衛生填埋場填埋。其余大部分污泥，仍以農用為主，但在北方地區，農田施肥的季節性問題又是污泥不能及時處置的關鍵問題，非施肥期只能堆放。隨著北京城市污水處理廠的大規模建設，這個問題將愈來愈突出。
　　目前，污泥造粒制肥仍在試驗階段，其推廣和發展受市場銷路的影響和制約。從遠期觀點看，可能發展污泥焚燒將是污泥減量化及最終處置的一條出路。
4.3　南水北調與污水回用問題
　　若干年后，北京將實現南水北調工程，屆時北京的水資源調配方案將會隨之調整，同樣，污水回用的方向與用途也將發生變化。南水北調與污水回用的關系及近遠期結合問題，將是一個有待于進一步分析與研究的課題。

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　　姓　　名：李藝
　　性　　別：男
　　出生年月日：1961年11月4日
　　工作單位：北京市市政工程設計研究總院
　　職　　務：院副總工程師
　　職　　稱：教授級高級工程師
　　專業領域：主要從事城市排水、城市污水處理、工業廢水處理方面的設計和科研工作，包括項目咨詢、設計、施工、設備調試及培訓。曾經擔任南非博茨瓦納喀布羅內污水處理廠設計人、北京高碑店污水處理廠二期工程設計人、石家莊開發區污水處理廠審核人、江蘇武進污水處理廠項目負責人、新疆昌吉污水處理廠項目負責人、北京酒仙橋污水處理廠項目負責人、清河污水處理廠項目負責人。
　　聯系地址：北京市西城區月壇南街乙二號
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