Wastewater Regeneration and Reuse Planning of Beijing Development Area of Economy and Technology
刘智晓[1] 田青2 胡春萍3
LIU Zhi-xiao1 Tian Qing2 Hu Cun-ping3 Lv bin1 （1.国中爱华（天津）市政环境工程有限公司，天津 300060；2.国家城市给水排水工程技术研究中心，天津 300074；3.中国市政工程华北设计研究院，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：针对北京市技术开发区水资源现状，对再生水系统进行了规划。确定了到2010年,开发区再生水需求量达到11万m3/d，并对开发区可资利用的再生水水源进行了论证及水质评价，确定了再生水厂出水水质标准，推荐了成熟的再生水处理工艺，分析了公共再生水系统两种布置规划方案。研究表明，方案的实施，将会产生巨大的经济和生态效益。
关键词：污水再生回用 再生水水量预测 再生水系统规划 再生水水质 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概况 北京市人均水资源占有量仅为300m3，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，属重度缺水地区[1]。据预测，北京2005年将缺水约8亿m3，2010年缺水约19亿m3，水资源问题将十分尖锐[2]。北京经济技术开发区地处北京市东南部，开发区分别以凉水河和京津塘为分界线，依次划分为已建成的核心区、正建设中的南部新区和规划中的东部新区。开发区过境河流主要有凉水河和大羊坊沟，其次还有南侧的新凤河。开发区采用雨污分流制系统，雨水排入凉水河，污水进入经开污水处理厂进行处理。作为北京市发展高新技术产业的重要基地，近年来随着经济技术开发区城市建设和工业的飞速发展，生产和生活用水量持续增长，水资源的短缺已成为城市经济发展的重要障碍，实现污水的资源化已经成为必然要求[3]。 2污水再生回用可行性 目前开发区生产和生活用自来水由北京市城市自来水管网单水源供给，从市区干网引入两条供水管，一条沿成寿寺路DN800管道由三环市输水干管引入，一条沿博大路DN1200管道由四环市输水干管引入。从近几年的用水量的变化来看，开发区的用水量增长较快，而且随着新入区工业企业及现有企业后期工程的陆续投产，用水量将会增长更快。开发区有四部分用水可以用再生水代替：大部分工业用水、大部分建筑物冲侧用水、绿化浇洒用水及道路广场冲洗用水。 3再生水水量、水质确定及处理工艺选择 3.1再生水用水量预测 表1 北京经济技术开发区1999～2003年自来水供水量
Table 1 Tap water supply quantity in 1999~2003 of Beijing development area | | 1999年 | 2000年 | 2001年 | 2002年 | 2003年 | | 项目 | 水量 | 比例 | 水量 | 比例 | 水量 | 比例 | 水量 | 比例 | 水量 | 比例 | | | (万m3) | (%) | (万m3) | (%) | (万m3) | (%) | (万m3) | (%) | (万m3) | (%) | | 工业 | 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 | | 绿化 | 28.65 | 9.2 | 26.31 | 7.8 | 58.7 | 12.4 | 43.9 | 7.1 | 105 | 11.4 | | 合计 | 312.53 | 100 | 339.78 | 100 | 472 | 100 | 616.3 | 100 | 920 | 100 | 表1给出了开发区1999～2003年自来水供水量，可以看出，开发区日需水量逐年递增，且工业用水比重大。根据《北京市城乡规划 北京经济技术开发区》和《亦庄卫星城总体规划文本》（2001－2020），结合开发区给排水现状，在对1999～2003年用水量分析基础上，采用比流量与集中大用户的用水量综合考虑的方法预测2010年用水量。2010年前计划入驻核心区的大工业有：京东方、热电联产、中芯国际、SPS大功率半导体、富士康等二期工程，合计一、二期总用水量为7.72万m3/d。可以看出，工业、居住及公建为用水大户，工业再生水量主要通过用户调查，并根据工业性质不同采用总用水量的30%～60%计算, 公建、绿地及道路冲洒用水用再生水取代。通过计算，开发区2010年再生水回用规模为11万m3/d。 表2 北京经济技术开发区2010年用水量预测
Table 2 Water consumptions forecast for 2010 of Beijing development area | 用地性质 | 面积
(km2) | 用水量指标104m3/(km2·d) | 用水量（高日）
(万m3/d) | | 居住区 | 3.01 | 1.00 | 3.01 | | 公建用地 | 3.22 | 0.70 | 2.25 | | 工业区 | 10.06 | 1.00 | 10.16 | | 0.79 | —— | 7.72 | | 公共绿地 | 2.57 | 0.15 | 0.39 | | 道路广场 | 4.85 | 0.20 | 0.97 | | 其它 | 0.65 | 0.40 | 0.26 | | 小计 | 25.15 | | 24.76 | 3.2再生水厂水源的确定及进出水水质标准
3.2.1再生水厂水源的确定
再生水水源应满足《污水再生利用工程设计规范》（GB50335-2002）的具体规定。满足以上要求的水源可以作为开发区的再生水水源，应优先考虑开发区内部的城市污水处理厂二级出水作为公共再生水厂水源。
开发区可以利用的再生水水源有：①经开污水处理厂的二级处理出水，目前处理能力2万m3/d，扩建后2005年达到5万m3/d的处理规模； ②2005年建成的小红门污水处理厂，地处开发区上游3km处，处理规模60万m3/d，并具有再生水处理系统，处理工艺为“二沉池出水→混凝沉淀→砂滤”，出厂水水质达到《城市杂用水水质标准》（GB/T 18920－2002）要求；③拟建的亦庄污水处理厂，一期工程规模15万m3/d，2020年达到25万m3/d的总处理能力。根据工程进度及开发区对再生水的需求状况，上述三座污水处理厂均可考虑作为开发区再生水水源，具有现实可行性。
3.2.2再生水厂出水指标的研究确定
水质标准是再生水处理工艺的前提，并直接影响再生水系统投资，同时也是影响用户对再生水认可与接受的重要因素。同时应遵循“低质低用，高质高用”的原则，合理确定再生水厂的处理程度，并考虑远期提高水质的可能。开发区的再生水主要用途为电厂冷却用水城市杂用水、景观环境用水及部分工业用水，但是《污水再生利用工程设计规范》对城市杂用水水质、景观环境用水水质及工业冷却水等不同回用方向分别制定了相应的水质标准[4]。而且这些水质标准与《城镇污水处理厂污染物排放标准》（GB18918－2002）一级A在个别指标上存在重大差异，出现排放标准指标部分指标严于回用标准的情况[5]，见表3 。另外，对于开发区再生水厂，出水水质必须确定一个处理标准。为了便于开发区公共再生水厂及配套管网的规划与建设，并能更好地推广再生水，建议开发区再生水系统统一出水水质，实行单质供水，其出水水质应同时满足前三种用途。电子行业等对再生水有较高水质要求的用户，可自行深度处理。综合上述因素，考虑北京开发区的特点，研究确定了开发区再生水的出水水质推荐标准，见表4。 表3 再生利用系列标准与排放标准的差异
Table 3 Difference between renovated water quality standard and discharge standard | 标准 | COD（mg/L） | 总氮（mg/L） | 氨氮（mg/L） | 总磷（mg/L） | | 排放标准一级A | 50 | 15 | 5（8） | 1（0.5） | | 杂用水标准 | 不要求 | 不要求 | 10～20 | 不要求 | | 工业冷却水标准 | 60 | 不要求 | 10 | 1 | | 景观环境用水标准 | 不要求 | 15 | 5 | 0.5～1.0 | 表4 开发区各再生水厂出水水质推荐标准
Table 4 Recommend effluent quality standard for each wastewater regeneration works in Beijing development area | 序号 | 标 准 项 目 | 限 值 | | 1 | pH | 6.0~9.0 | | 2 | 色度（度） | ≤15 | | 3 | 嗅 | 无不快感觉 | | 4 | 浊度（NTU） | ≤1 | | 5 | 溶解性总固体（mg/L） | 1000 | | 6 | 悬浮物（mg/L） | ≤5 | | 7 | 铁(mg/L) | ≤0.3 | | 8 | 锰(mg/L) | ≤0.1 | | 9 | BOD5(mg/L) | ≤6 | | 10 | COD(mg/L) | ≤60 | | 11 | 阴离子表面活性剂(mg/L) | ≤0.5 | | 12 | 石油类(mg/L) | ≤1.0 | | 13 | 总磷（以P计）(mg/L) | ≤1 | | 14 | 总氮(mg/L) | ≤15 | | 15 | 氨氮（以N计）（mg/L） | ≤5 | | 16 | 溶解氧(mg/L) | ≥1.5 | | 17 | 总余氯(mg/L) | 管网末端≥0.2 | | 18 | 粪大肠菌群(个/L) | 不得检出 | 3.3再生水厂处理工艺选择
污水再生处理工艺应根据处理规模、水质特性、再生水用途及开发区的实际情况和要求，经全面技术经济比较后优选确定。可选的再生水处理工艺有：
①常规处理工艺：“二级出水→混凝沉淀→过滤→消毒”；
②膜分离工艺：“二级出水→混凝沉淀（砂滤）→膜分离→消毒”，或“二级出水→臭氧→超滤或微滤→消毒”；
③曝气生物滤池与膜分离组合工艺：“二级出水→曝气生物滤池（BAF）→膜分离→消毒”。
工艺①出水一般可以回用于城市杂用，但该工艺缺点是对NH3-N和TN指标去除率不高，影响其回用[6]；工艺②、③采用膜分离取代传统过滤工艺；工艺③则将曝气生物滤池与膜分离工艺联用，发挥BAF对悬浮物的截留作用，并能充分实现硝化反硝化，有效降低氨氮对再生水水质的不利影响；再利用MF和UF膜截留去除微粒的特性，可将低分子量的有机物从水中去除，更重要的是，BAF还可有效地防止膜污染。
根据开发区确定的进水及所要求的出水水质，结合国内外成功的运行实例，推荐采用“混凝→沉淀→膜分离”的组合深度处理工艺。目前，国内外膜分离工艺用于污水回用的工程实例已经很多，具有成熟的设计及运行经验，如我国天津开发区污水水处理厂新水源一厂采用“混凝沉淀→CMF→RO”工艺处理DAT-IAT出水[7]，其中CMF段产水量为2.9万m3/d，再生水指标完全优于景观环境用水和城市杂用水及工业循环冷却用水的水质要求。另外，考虑对氨氮的强化去除，也可以采用“曝气生物滤池－连续微滤（CMF）”组合工艺。 4污水再生回用系统及管网规划 4.1系统规划原则
城市再生水系统规划应在城市水资源系统平衡及优化基础上进行，达到环境效益和社会经济效益的统一[8]。开发区再生水利用的方式以建设城市公共再生水厂集中处理、铺设公共输配水管网为主，分散处理就地回用为辅。同时规划再生水厂及管网布置时还要充分考虑：优先利用开发区自有的污水二级出水水源，充分实现污水资源化，有利于实现区域内部水资源的良性循环和可持续发展；考虑新建的再生水厂与污水处理厂的合建，以利于降低工程造价；考虑新建的再生水厂要靠近主要的用水区，降低能耗，降低输水费用；管网布置以环状网为主，枝状网为辅，同时干管尽量靠近大用户。
4.2规划方案
污水再生系统建设要依照客观需要和实际可能，按照远期规划确定最终规模，以现状水量及用水需求为主要依据确定实施规模，可以分阶段实施。因此，管网按远期规划，再生水厂建设根据实际分期建设。本规划提出了2个供水方案：
（1）三水源供水方案：
规划建设三个再生水厂，分别为：经开再生水厂、亦庄再生水厂和文化园再生水厂。经开再生水厂与现开发区污水处理厂合建，规模4万m3/d；文化园再生水厂位于核心区西北角，再生水水源取自小红门污水处理厂，规模7万m3/d；亦庄再生水厂与亦庄污水处理厂合建，规模8万m3/d。
（2）双水源供水方案：
建设二个再生水厂，分别为：经开再生水厂和文化园再生水厂。经开再生水厂：建设一座4万m3/d；文化园再生水厂：建设一座15万m3/d。
4.3方案比较与优选
（1）工程总投资比较：
两方案的总投资比较见表5，可以三水源方案总投资比双水源方案高3140.63万元。 表5 两方案工程总投资比较
Table 5 Comparison on project investments of two schemes | 再生水厂 | 经开再生水厂 （万元） | 亦庄再生水厂 （万元） | 文化园再生水厂（万元） | 管网 （万元） | 总投资（万元） | | 三水源方案 | 10005.45 | 16570.94 | 13088.46 | 12195.11 | 52459.95 | | 双水源方案 | 10005.45 | | 26938.62 | 11775.25 | 49319.32 | （2）运行成本比较：三水源方案运行成本费用测算为1.442元/吨（含折旧），双水源方案二运行成本费用测算为1.812元/吨（含折旧）。双水源方案成本较高的主要原因文化园再生水厂需要缴纳原水费用（向小红门污水处理厂再生水厂缴纳的中水费用按1.0元/吨计算）。
（3）技术方案的优缺点：
采用三水源系统，利于实现就近回用，降低输水能耗，降低运行成本，充分利用开发区污水资源，实现了污水的综合利用，供水的安全性大大提高；但管网较长，再生水厂分散，厂站和管网工程投资提高。采用双水源系统，管网较短，厂站少，便于管理，但是没有充分利用开发区自有的污水资源，对系统外的水资源形成过度依赖，不利于开发区实现水资源的优化利用与生态的可持续发展，输水能耗高，运行不稳定。根据以上分析，本规划推荐选择方案一的三水源系统。 5结语 （1）通过水量预测研究表明，北京经济技术开发区到2010年对再生水有较大需求量，达到11万m3/d。未来可资利用的稳定的再生水水源有经开污水处理厂，小红门污水处理厂和亦庄污水处理厂。
（2）规划方案推荐建设三个再生水厂，分别为：经开再生水厂、亦庄再生水厂和文化园再生水厂，规模分别为4万m3/d，7万m3/d，8万m3/d。通过技术经济比较表明，采用三水源系统，虽然一次投资高，但是运行成本较低，测算运行成本费用为1.442元/吨（含折旧），与自来水比较，具有明显的竞争优势；且三水源系统分散式布置利于实现就近回用，降低输水能耗，降低运行成本，充分利用开发区污水资源，实现了水资源的可持续利用。 参考文献： [1]项文娟.北京城市化面临的水问题及对策.北京水利,2002,（5）：14-16.
[2]唐志伟.北京污水资源化与回用问题.中国给水排水,1995，11（5）：20-22.
[3]郝仲勇,刘洪禄.北京市水资源短缺及对策分析. 北京水利,2000,（5）：17-18.
[4]《城市污水再生利用系列标准实施指南》编审组. 城市污水再生利用系列标准实施指南（一）(M). 北京:中国标准出版社,2004.
[5]周彤. 污水再生利用进程中的误区. 中国土木工程学会水工业分会排水委员会第四届第二次年会补充论文.海南海口，2004.
[6]张杰,张富国,王国瑛.提高城市污水再生水水质的研究. 中国给水排水. 1997,13(3):19-21.
[7]李健,李富元,关代宇等. 天津开发区“双膜法”污水再生回用工程. 中国给水排水, 2003,19(11):96-97.
[8]焦得生,杨景斌,王凤岐,石玉波.中国典型城市水资源精测、评价与系统分析.水文,1996,(6):1-6.
[1]第一作者简介：刘智晓（1972-），毕业于哈尔滨工业大学市政环境工程学院，工学硕士，环境工程专业，研究方向为水污染控制及污水资源化技术。刘智晓通讯地址：国中爱华(天津)市政环境工程有限公司。天津市河西区卫津南路21#新金龙大厦北4F 300060
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