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，在此基礎上，提出了高碑店污水處理廠處理水資源化再利用的技術方案。
　　【關鍵詞】 城市污水 再利用 技術方案

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。隨著世界經濟發展和人口增加以及水源的污染，近年來許多國家發生了水荒。根據世界銀行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，21世紀前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濟發展的重要因素。為了實現北京市國民經濟可持續發展戰略，緩解北京市面臨的21世紀城市發展和可利用水資源的矛盾，應盡早開發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，一期工程處理能力50萬m³／d；2000年二期工程投產運轉后處理能力可達100萬m³／d。高碑店污水處理廠污水系統流域面積96平方公里，服務人口240萬人，匯集北京市南部城區的大部分生活污水，東郊工業區，使館區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用于農業灌溉外，剩余的處理水沒有得到利用，用于農業灌溉的部分僅占處理水的30％，約15萬m³／d。待二期工程結束后，高碑店污水處理廠處理水未再利用量將達到85m³／d，對于北京這樣一個嚴重缺水的城市是一個很大的水資源浪費，因此開發利用高碑店污水處理廠二級出水勢在必行。
　　本文結合北京市城市布局、水系和市政管網分布以及工業布局現狀，按照北京市城市規劃要求，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方案，以達到開源節流、節約清潔水資源和自來水用量的目的。

2 現況河湖水質

　　高碑店污水處理廠位于北京市通惠河南側，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。從高碑店閘向西經高碑店湖到東便門為通惠河上游，從東便門向上游，經龍潭湖、大觀園、廣安門、到西便門為南護城河段。整個水系從西便門經東便門、高碑店一直流向通惠河下游。按北京市總體規劃到2002年護城河廣安門上游應達到地面水環境質量標準Ⅲ類，從廣安門到高碑店閘的河道水體應達到地面水環境質量標準Ⅳ類，高碑店閘下游應達到地面水環境質量標準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有水系作為再利用水輸送系統，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檢測外，還在高碑店湖、東便門、龍潭湖、西便門處進行了水質檢測，檢測結果已列入表1中，結合相關水質標準分析表1可以得出如下結果：
　　① 通惠河和南護城河水系水質除南護城河上段外都較差，主要表現在CODcr、B0D5、嗅味、溶解氧和總大腸菌群等指標均不能達到地面水V類標準，與該段水體的水質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，發現其主要原因為：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《生活雜用水水質標準》對比都超標，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均優于設計要求。
　　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，達到生活雜用水水質標準。

高碑店污水處理廠和水源六廠出水及現況河湖水質 表1 水質指標 高碑店污水廠 高碑店湖 東便門 龍潭湖 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） 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（10⁶個／l） 2.3 317 246 0.307 1.56 　 *廠家提供的數據

3 可能應用對象分析

3.1 潛在工業用戶
3.1.1 高碑店污水處理廠內部用水
　　高碑店污水處理廠已建規模為1萬m³／d的廠內回用水工程，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，該用水應優先保證。
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了兩條直徑800毫米管道，同時該廠內部的深度處理站也已經建成。華能熱電廠提供的最新數據表明，該廠現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。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，該用水應優先保證。
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，距離高碑店污水處理廠僅幾公里。該廠共有循環泵4臺，每臺循環水量為4.15立方米／秒，循環泵房設在通惠河北岸，冷卻水是開放式循環，正常生產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現況，為保持河道水質上游仍需來水，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。在遠期工程方案中，第二熱電廠采用封閉式循環冷卻方式運轉，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模基礎上擴大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，此廠是為工業提供用水的河水廠，廠內建有規模為17萬m³／d的深度處理設施。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，東郊工業區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。通州現有工廠120多家，包括化工、機械、紡織、造紙和食品等行業，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、市環衛局等單位，具體調查結果如下：
3.2.1 公園綠化及河湖用水
　　沿河道主要公園有龍潭湖公園、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，按北京市總體規劃經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
　　據北京市規劃路網指標，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環衛局負責，水源全部為自來水，取水點為固定的自來水消火栓。但按環衛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中加設取水口，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，西至西三環以西，東西長約23.5km。按環衛局道路噴灑水車取水半徑3km計，南北長可達6km，可噴灑的地區面積為141km²。按北京市城市規劃設計研究院1992年《北京市總體規劃》研究成果，公路一環內道路用地率在1991年前為3.82％，到2010年將達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，根據環衛局提供的噴灑道路的用水指標，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。考慮到不可預見水量和管網漏失率，近期方案中市政雜用水規模為5萬m³／d。
3.3 農業灌溉用水
　　高碑店污水處理廠農業灌溉區包括東南郊、朝陽、雙橋和通州四個灌區，分布在朝陽和通州通惠河兩岸的14個鄉和2個農場，現況灌溉面積20.21萬畝。農作物以糧、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％。農業灌溉需用水量約48萬m³／d，目前從官廳和密云兩大水庫供給指標水及工業退水水量約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滲漏，一年八次換水和河道兩側綠化需水量約3.6萬m³／d［2，3］。

4 再利用方案

4.1 用戶用水優化分配
　　高碑店污水處理廠處理水優先保證廠內回用水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區和焦化廠用水量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綠化和河道補水3.6萬m³／d外，還可以用于農業灌溉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綠化和河道補水3.6萬m³／d、農業灌溉40.72萬m³／d，總計100萬m³／d。
4.2 工程方案規模
　　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區和焦化廠用水量5萬m³／d。因此，近期工程方案規模為30萬m³／d。
　　遠期工程方案規模將由近期工程方案規模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新建泵站（規模47萬m³／d）提升后用兩條管道分別輸送到高碑店湖（規模30萬m³／d）和水源六廠（規模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有的供水系統供給東郊工業區和焦化廠；一部分通過新建管道輸道到廣安門和東便門。在水源六廠現有供水管道和新建管道沿線設取水口，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。由于高碑店湖內有機物高于高碑店污水處理廠二級出水，為改善河道水質，需在高碑店湖增加充氧設施，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。第一種為近遠期工程一次實施；第二種為近遠期工程分開實施，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；遠期工程修建提升泵站至水源六廠的管道。

5 結論和建議

　　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、道路及工業布局現狀，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到開源節流的目的，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造條件，對環境綜合治理具有較大的作用。
　　③ 建議制定有關法規和政策，促進城市污水再利用設施的發展。應編制北京市再利用水設施發展規劃，以便在相應的市政工程中鋪設再利用水管道等設施，使城市污水再利用逐步完善。

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