北京市污水深度处理及回用的现状分析与发展

1、北京市污水深度处理及回用的现状分析与发展文/周军 1 刘培勇 2 李魁晓 1 甘一萍 1(1.北京都市排水集团有限责任公司科技研发中心，北京，100124)（2.厦门中联环环保工程有限公司，厦门，361004）随着都市规模的扩大，人口的急剧增加以及生活水平的持续提升，北京市水资源供需矛盾日益尖锐。北京市年自产水资源量为 39.99 亿立方米，多年平均入境水量为 16.50 亿立方米，多年平均出境水量为 11.60 立方米，当地水资源的人均占有量只有 300 立方米，为全国人均水资源占有量的 1/8，世界人均水资源占有量的 1/32。水资源的可连续利用已直截了当关系到北京市社会经济的可连续进展咨

2、询题，缓解水资源的供需矛盾有多种途径，包括外流域调水、开源节流、污水再生利用等措施。都市污水由于其相对稳固的水质和水量可作为都市可靠的第二水源，已成为当今世界各国在解决水资源短缺咨询题时的共识。我国都市用水结构中，饮用水仅占 2%，生活杂用水约占 50%，市政建设杂用水约占 40%，绝大部分都市用水和工业工艺用水对水质的要求并不高。通过净化处理后的都市污水能够用作生活杂用水、市政绿化用水、工业用水、景观生态补水和农田灌溉等多种用途，可替代等量的新奇水量。污水的再生利用既开创了一个稳固的新水源，又可减少废水排放造成的环境负荷，对缓解水资源紧缺和改善水环境都有重要的意义。本文对北京市的污水处理的进

3、展及深度处理的进展现状进行了综述，对污水深度处理回用存在的咨询题与进展趋势进行了阐述。1.北京市污水深度处理及回用的现状1.1 北京市污水处理现状分析目前北京市的污水处理设施要紧由两部分构成，第一是都市集中污水处理厂，负责处理都市生活污水和工业废水；其次是工业企业内部污水处理设施，负责厂区内部工业废水的处理，使工业废水达到排放标准后排入市政污水管道，部分企业对处理后的污水进行了回收利用。北京市污水处理工程的建设能够追溯到元代，那时就差不多有了排水管渠。解放后，在市政各大要紧城区相继铺设了数千公里的排水支干线、完成了龙须沟整治等工程。 1959 年建设了具有初级处理能力的高碑店污水处理厂（20

4、万立方米/日）和酒仙桥污水处理厂（ 1.5 万立方米 /日）。改革开放以来，建设工作有了更快的进展。到 1998 年，北京排水设施的总资产达 30 亿元，包括：排水管线 2846 公里，高碑店、方庄、北小河 3 座污水处理厂（总处理能力为 58 万立方米 /日），污水处理率为 25。近 5 年，由于政府财力的支持及企业改制融资能力的提升，到 2002 年，北京污水处理工程建设运行投入为18.03 亿元，是 1996 年 3.34 亿元的 5.4 倍（见表 1），排水设施总资产已达约 80 亿元，包括：排水管线 3500 公里，高碑店、清河、酒仙桥等 7 座污水处理厂（总处理能力为 158 万立

5、米 /日），污水处理率超过 50%；回用水设施 3 座（ 49.5 万立米 /日）、管线 150 公里、回用率达 15%。2008 年奥运会的举办进一步推动了给北京市污水处理事业的进展。 50 年代以来北京市污水总量与污水处理能力的进展如图 1 所示。从图中能够看出污水总量一直在缓慢增加，90 年代达到了 250 万立方米/日。而污水处理能力在 94 年往常一直坚持在较低的水平， 后来随着经济技术的进展进入 90 年代后，北京市污水处理厂的建设进度加快 ,污水的处理能力有了大幅度的提升。 2010 年前北京投运的污水处理系统如表 2 所示。污水处理厂总规模达到 358 万立方米 /日，其中城区

6、污水为 268 万立方米 /日。污水处理设施的建设为都市污水再生回用制造了更好的条件。序设计处理能力平均处理水量号项目名称投运时刻（年）(m3/d)(m3 /d)1北京都市排水集团高碑店污水处理厂199910077.542北京都市排水集团酒仙桥污水处理厂20002020.33北京都市排水集团小红门污水处理厂20066058.44北苑污水处理厂200943.65北京都市排水集团北小河污水处理厂1990107.566北京都市排水集团吴家村污水处理厂200386.067北京都市排水集团方庄污水处理厂1995448中航丰台云岗污水处理厂19961.21.19北京卢沟桥污水处理厂2004106.310永

7、丰再生水厂200821.7311温泉再生水厂200821.1412北京都市排水集团清河污水处理厂2004404513北京肖家河污水处理有限公司20032214北京市自来水集团门城污水处理有限公司200441.115长阳污水处理有限责任公司200820.516房山城关污水处理厂200921.7317良乡污水处理厂增加处理水量200343.518牛口峪污水处理厂199562.519通州碧水污水处理厂2005108.120通州区漷县镇中心区污水处理厂200910.221张家湾镇污水处理厂10.522次渠污水处理厂200510.523顺义天竺污水处理厂200621.224同顺中水处理厂200810.4

8、25顺义区污水处理厂200787.4526北七家污水处理厂20082.52.4527南口镇污水处理厂200921.128天通苑污水处理厂20091.321.2629昌平污水处理中心20035.42.430昌平区水务局小汤山污水处理厂20061.050.631北京兴水水务有限责任公司污水处理厂200087.0932天堂河污水处理厂200940.3233庞各庄污水处理厂20091.10.2534北京金源经开污水处理有限公司200253.835怀柔区污水处理厂20077.54.6636平谷洳河污水处理厂200884.637北京市自来水集团密云檀州污水处理厂19914.52.4北京市自来水集团夏都缙阳

9、污水处理有限公38司200131.81.2 深度处理及回用现状分析京市每年通过都市污水处理厂二级处理后形成的达标排放水约6 亿立方米，作为再生水的源水，具有不受气候阻碍，取用集中便利、水质较为稳固等优点。如加以利用将成为一个可靠的新水源，同时还可节约大量的优质饮用水资源。 20 世纪 80 年代，北京连续实施了一些小型污水再利用工程，要紧为小型中水设施，即利用建筑本身产生的污水或污染较小的洗涤水，经处理后用于冲厕所和庭院绿化等市政杂用水。进入90 年代，随着高碑店、酒仙桥污水厂相继投运，专门是高碑店污水处理厂再生水回用项目的建成，北京市再生水利用进入了高速进展时期。北京市相继出台并持续完善再生

10、水利用的政策和法规，再生水利用规模急速扩大，管网建设持续扩张，再生水经营企业持续转变思路，取得突破，工作核心已由差不多建设转到供水保证。1999 年按照北京市政府的有关指示精神，北京市市政设计院、北京市规划院和北京市都市节水办合作编制了高碑店污水处理厂再生污水综合利用规划。高碑店污水处理厂处理水资源化再利用工程是北京市目前最大的都市再生水回用项目，现差不多建成投入运行。该工程修建再生水回用管道 30.6 公里和加压泵站一座，总投资约3.4 亿人民币。近期实现30 万立方米 /日，其中 20 万立方米 /日输送到高碑店湖中，供第一热电厂冷却循环用水的补充水源；另10 万 m3/d 经水源六厂深度

11、处理后用于市政杂用，要紧作为水工业用水、园林绿化灌溉、环卫洒水降尘和公园水源补给等。2002 年至 2007 年期间投资近 15 亿元，由北京排水集团连续建设完成酒仙桥再生水厂（ 6 万立方米 /日）、吴家村再生水厂（ 4 万立方米 /日）、清河再生水厂（8 万立方米 /日）、北小河再生水厂（ 6 万立方米 /日）、方庄再生水厂（ 1 万立方米 /日）、小红门污水资源化再利用输水泵站工程（ 30 万立方米 /日）及 400 公里配套管线， 实现再生水年供水能力 3.5 亿立方米。供水流域东起高安屯，西至石景山，北起回龙观，南至大兴，供水用户要紧包括工业循环冷却、农灌、河湖景观、住宅冲厕、都市绿

12、化、市政杂用等。1.3 污水深度处理要紧的技术研究污水循环利用的核心技术是污水的再生处理，即通过深度处理使水质达到相应的回用要求。再生水的处理要紧是针对都市污水处理厂的二级出水进行的，对运行正常的污水处理厂二级出水中的污染物可分为如下几类：以 CODCr 和 BOD5 为代表的有机污染物；氮和磷等无机物；颗粒状固体；细菌、病毒、原生动物、蠕虫等病原微生物。而污水再生利用时的处理对象确实是以上四类物质。目前北京市要紧采纳的深度处理方法要紧有混凝沉淀过滤工艺，生物过滤技术，膜处理技术以及臭氧氧化等组合工艺。1 混凝沉淀过滤工艺常规处理工艺或传统处理工艺确实是指混凝、沉淀、砂滤，其目的是去除悬浮物、

13、浊度和杀灭水传染病菌，应用于污水深度处理可提升对有机物、浊度、磷和氮等营养物质及其他溶解性物质的去除率，改善出水水质，具有投资少、设备简单，爱护操作易于把握，处理成效好等优点，但难以完全去除水中病原微生物、有毒有害微量污染物和生态毒性等，难以保证出水的安全性。我国的中水回用工艺多采纳此工艺，例如，北京高碑店污水处理厂和酒仙桥污水处理厂均采纳此工艺，其三级出水要紧回用于工业冷却、市政和生活杂用、景观水体补水等。滤布滤池 (Cloth Media Filtration ， AquaDisk) 是近十年迅速进展起来的一种应用在污水深度处理及回用工程的一种新型表面过滤技术的新技术，其要紧优点为处理效率

14、高，出水稳固，能承担较大的水力及悬浮物冲击负荷，占地面积小。微滤布过滤设备在技术上能够替代传统的深床过滤设备，与传统过滤设备相比，该设备具有结构紧凑、水头缺失小、占地面积少、处理费用低等特点。2 生物过滤技术生物过滤技术将生物膜法与过滤技术结合在一起，充分利用了滤池中滤料的拦截作用和滤料上附着的生物膜的降解作用，将二沉池出水中未能去除的大多数物质能够有效地去除。按照是否曝气，生物过滤又可分为缺氧过滤和好氧过滤，好氧过滤技术的代表确实是曝气生物滤池。在欧洲，为了适应新的标准，连续开发了一系列新的污水处理技术，曝气生物滤池从中脱颖而出。它第一被用作三级处理，后来进展成直截了当用于二级处理。曝气生物

15、滤池充分借鉴了污水处理接触氧化法和给水快滤池的设计思路，集曝气、高滤速、截留悬浮物、定期反冲洗等特点于一体。其工作原理要紧有过滤、吸附和生物代谢。滤池工作时，在滤池中装填一定量粒径较小的粒状滤料，滤料表面生长着生物膜，滤池内部曝气，利用滤料上高浓度生物膜的氧化降解能力对污水进行快速净化；同时，因污水流经时，滤料呈压实状态，利用滤料粒径较小的特点及生物膜的生物絮凝作用，截留污水中的大量悬浮物，且保证脱落的生物膜可不能随水漂出；此外，填料及附着其上生长的生物膜对溶解性有机物具有一定的吸附作用。运行一定时刻后，因水头缺失的增加，需对滤池进行反冲洗，以开释截留的悬浮物并更新生物膜。填料是曝气生物滤池的

16、核心组成部分，阻碍着曝气生物滤池的进展。曝气生物滤池进展过程中依次显现过 3 种不同的形式： BIOCARBONE ，BI OFOR 和 BIOSTYR ，采纳的填料各不相同。 BIOCARBONE 采纳的是石英砂粒； BIOFOR 采纳的是轻质陶粒； BIOSTYR 采纳的则是密度比水小的聚苯乙烯球形颗粒。石英砂粒由于密度大，比表面积、孔隙率小，当污水流经滤层时阻力专门大，生物量少，因此滤池负荷不高、水头缺失大。轻质陶粒和聚苯乙烯作填料时，由于密度小，比表面积、孔隙率大，生物量大，因此滤池的负荷较大， 水头缺失较小。 国外的实际运行表明， BIOFOR 和 BIOSTYR 明显优于 BIOC

17、ARBONE 。3 膜处理技术膜是一种具有专门选择性分离功能的无机或高分子材料，它能把流体分隔成不相通的两个部分，使其中的一种或几种物质能透过，而将其他物质分离出来。德国、英国已用膜技术治理了莱茵河和泰晤士河，我国也建设了一批应用膜技术的环保示范工程，并取得了良好的成效。专门是新型的膜材料 (包括有机、无机和复合材料 )持续推陈出新， 以及膜组件及装备和集成技术的迅速进展和持续完善，给膜技术广泛应用推波助澜。然而膜的污染和和投资运行费用较高制约了它的应用和进展。目前应用得较多的膜处理技术要紧有微滤、超滤、纳滤、渗析、反渗透、电渗析等。(1)微滤微滤用于深度处理最常见的是取代深床过滤以降低水中浊

18、度，去除剩余悬浮固体和细菌，强化消毒，并作为反渗透的预处理。微滤膜的过滤孔径介于 0.0510 m。微滤膜直截了当过滤能够获得良好的浊度去除成效，但对有机物的去除有限，因此通常建议与混凝沉淀或高效过滤联用。(2)超滤超滤膜工艺是利用超滤膜两侧的压力差，使水、离子和小分子透过膜，而截留水中的有效直径在0.005-0.1 m 内的细菌、病毒、胶体微粒和分子量在 5000150000 Da 范畴内的蛋白质、 各类酶等大分子。 超滤膜的过滤孔径介于0.0020.2 m。超滤膜的材质包括聚丙烯腈、聚醚砜、聚砜等，制成中空纤维式膜、卷式膜或管式膜，广泛应用于地表水、海水及废水处理。与微滤相比，超滤的孔径更

19、小，对污染物的去除率更高。将超滤膜技术用于污水处理厂二沉池水的深度处理，能够完全脱除水中的细菌和大肠杆菌，有效地清除其中的悬浮颗粒，并在一定程度上降低BOD、COD、总氮和总磷等污染物的浓度。(3)纳滤纳滤也称为低级反渗透，能够排斥0.001 m 的微小颗粒。纳滤用于废水中某些特定的溶解组分，如产生硬度的多价金属离子，同石灰软化相比，纳滤出水能满足最严格的回用水质要求。纳滤能够同时去除无机及有机组分、细菌和病毒，因此能够专门大程度降低对消毒的要求。目前使用的纳滤膜要紧包括中空纤维膜、螺旋卷式醋酸乙烯膜、管式非对称型醋酸纤维膜等。(4)反渗透反渗透膜工艺是利用半透膜两侧的压力差脱除水中的盐类和低

20、分子物质，截流物包括无机盐、糖类、氨基酸、BOD、COD 等。反渗透膜的孔径介于 0.0050.0005 m。目前反渗透技术已应用到都市大型海水淡化水厂、纯洁水制取、污水再利用以及改善工业供水等多个领域。在国外反渗透技术要紧应用于海水的脱盐，以补充地下水资源及农业灌溉之用。如澳大利亚新南威尔氏的 Coffs 港口，就将反渗透技术应用于污水深度处理和海水脱盐，并将再生水回灌到地下，以增加地下水层的含水量。2.北京市污水深度处理回用存在咨询题与进展趋势2.1 制约污水再生回用的缘故分析都市污水再生回用既能减少水环境污染，又能够缓解水资源紧缺矛盾，是贯彻可连续进展战略的重要措施。但目前污水回用除污水

21、灌溉外，在都市回用方面还未能广泛应用，综合分析，有以下几方面的缘故：1、推行污水再生回用的配套法规不健全，缺乏鼓舞污水回用的政策。专门长时刻以来，北京市的水价一直处于较低水平，使用处理后的再生水比使用自来水在经济上没有多大效益，因此污水再生回用必须有法规强制推行，否则难以实现。2、缺乏污水再生回用系统总体策划。都市污水处理后作为工业冷却、农田灌溉和河湖景观、绿化、冲厕等用水在技术上已无咨询题，但由于可使用再生水的用户比较分散，用水量都不大，处理后的再生水输送管道系统是当前需重点解决的咨询题；由于往常在道路和市政管道建设时未考虑修建再生水管道，一些道路下各种管道已安排得专门满，没有再生水的位置，

22、一些道路尽管可安排再生水管道，但需破路才能埋设，阻碍交通，这也是阻碍都市污水再生回用的一个因素。3、水价体系不健全，阻碍再生水回用的进展，确定一个合理的污水回用价格，是促进污水再生回用的重要前提。2.2 北京市污水深度处理回用展望2005 年实施的北京市节约用水方法进一步明确“统一调配地表水、地下水和再生水”，首次将再生水正式纳入水资源，进行统一调配，成为了重要的组成部分。正是在政策的推动下，北京市再生水利用规模持续扩大。2015 年前北京规划市区还将连续投资近百亿元，对现有 8 座污水处理厂实施升级改造工程。污水处理厂升级改造的直截了当目标是提升现有污水处理厂出水水质，从排放标准提升至使用标

23、准，达到再生水利用标准。最终目标是通过调配再生水更大程度地改善中心城水环境，形成各供水区域的联通，进一步提升全方位的调配功能，重点是补充干涩、断流河道，满足北京市整体水系的用水需求。届时生产能力达到 267 万立方米 /日，年供应优质再生水能力达到 9.7 亿立方米，输配管网达到 700 公里。随着再生水设施的逐步规模化，再生水利用事业逐步走上大进展时期。 2006 年再生水占北京市全部供水水源总量的 10%；2007 年再生水供水量达到 4.8 亿立方米，占全市供水水源总量的 14%；2008 年再生水供水量达 6.2 亿立方米，回用率达到 50%，再生水利用量首次超过地表水（ 5.7 亿立

24、方米）。值得一提的是，2003 年北京市正式确定中水价格为每立方米 1.00 元，由生产供应单位向用户按使用的水量计量收取，在价格体系中确立了再生水的地位，为再生水经营企业注入了运行活力。3.北京市污水再生回用面临的咨询题污水再生回用是一项大的系统工程，除了要修建再生水处理设施和供水管道外，还要有政策法规保证和必要的治理措施，以保证再生水回用事业的进展。1、进展高效价廉的废水回用处理技术。利用现有废水回用处理技术，人们能够得到不同水质的再生水。采纳膜技术深度处理废水，再生水能够达到饮用水水质标准。然而，膜技术尚不成熟：成本较高，尽管近几年来，膜成本差不多大幅度下降；存在一些技术难点，如膜堵塞。开发性能优良、价格低廉的水处理药剂，进展高效、可靠的水处理技术，进一步降低回用成本，提升运行稳固性，是废水回用处理技术的进展方向。2、制定合理的、完善的回用水水质标准。自 20 世纪 60 年代以来，世界各国纷纷着手研究废水回用，取得了长足的进步。然而，关于废水回用，存在一些对人体健康和环境不确定的因素。由于对废水资源化没有全面的科学依据，各国制定的回用水水质标准有较大差异。一方面，废水回用的某些水质指