北京市水资源可持续利用的重大举措——城市污水资源化示范工程

张 韵 曲际水
（北京市市政工程设计研究总院）

　　摘 要 本文介绍了水资源短缺的现状及产生的原因，出路在于实现水资源的可持续利用。城市污水资源化是水资源可持续利用的重要内容，是解决北京市水资源短缺的有效途径，本文重点论述了高碑店污水处理厂处理水资源化再利用示范工程的内容、技术路线、效益等和需要解决完善的问题。
　　关键词 水资源 可持续发展 污水资源化 示范工程

　　Abstract：By explaining the status-quo of water shortage and the reasons behind it, this paper points out the only way to address this problem is to hold on to the strategyof sustainable development and realize sustainable utilization of water resources.
　　The total water resources in Beijing is 4 billion m3. with a per capita volume of 300m3 which accounts for 1/8 of that of China and 1/30 of that the world. The main reasons for water shortage are:1. Deficient rainfall; 2. Unsustainable utilization mode of water resources by which the water supply is determined by water demand; 3. Worsening water pollution. In order to implement the sustainable development strategy, we shall establish a concept of "determining water resources in a scientific and rationalway. Meanwhile, we shall also strengthen our water saving and sevage clean-up campaigns which will mitigate the water crisis in Beijing considerably before the project of "diverting water from south to morth" is started.
　　As a major component of sustainable utilization of water resources ,reusing treated urban sewage as resources is an effective way to improve the water shortage situation in Beijin. The daily sewage produced in Beijing in 2000 is 2.64 million m3, and this figure is estimated to reach 3.27million m3 by 2010,and the annual sewage production will be 1.2 billion m3. The urban sewage is a stable and valuable resources. However before we can make full use of this resources we need to conduct sewage treatment at first. There are 16 sewage treatment plants in planning for Beijing. In 1999, the sewage treatment capacity of Beijing amounted to 43% which has laid a good foundation for large scale implementation of projects reusing treated urban sewage in Beijing. The demonstration project of reusing the treated sewage from Gaobeidian sewage Treatment Plant is a significant move in the sustainable utilization of water resources.
　　This paper focuses on the contents, technical routes, project investment, benefits, as well as issues to be improved in the demonstration project of reusing tueated sewage from Gabeidian STP. In this project, the secondary treated water form Gaobeidian STP will be used as regeneration water for the industrial zone in the east suburbs and for miscellaneous municcipa purposes in the south city. Different paterns shall be adopted for supplying water of different quality. Gaobeidian STP is by far the largest of its kind in China.,with a capacity of 1 million m3/d. Domestic sewage from downtown Beijing and the east suburbs as well as part of the industrial sewage of the city are collected into Gaobeidian. The short-term capacity of the demonstration project is .40,000 m3/d, among which 240,000 m3/d is used as cooling water for power plant, 500,000m3/d for industrial purposes and 50,000m3/d for municipal purposes . The long-term ca-pacity will be 550,000 m3/d, among which 380000m3/d is used as cooling water for power plant,50,000m3/d for industrial purposes and 120,000m3/d for miscellaneous municipal purposes. The main works involved in this project are one pump station,6246m of water transmission pipeline, internal renova-tion of No.6 Waterworks; 18562km of water distribution pipeline for miscellaneous municipal usel; and 36 water intakes on the water distribution pipeline. The reused water branch for parks is of DN200-600mm with a length of 13km. The total investment of the project is 336.68 million yuan RMB, among which 192.6 million yuan RMB is construction cost.
　　Being the current largest project of reusing treated sewage as resources in China, this project will turn out to be of remarkable economic, social and environmental benefits. Its completion will save a large amount of tap water and other clean water, expand the green area, reduce the concentration of suspended solid, and improve the water body quality and ecological environment of the city. The operation of this project will also provide valuable contribution for future application and dessemination of similar projects.

1.水资源的可持续利用是北京市建设和发展必由之路

1.1水资源短缺制约北京市的建设与发展
　　北京是世界上水资源严重短缺的大城市之一，行政区总面积16800km²，总人口1300万人。可利用的水资源总量约40亿m³，人均水资源量约300m³，是全国人均水资源量的八分之一，世界人均水资源量的三十分之一，人均拥有水资源量在世界120个国家的大都市中居百位以后。目前北京的水资源开发量已基本达到可利用水资源量的自然极限，水资源短缺成为北京市经济和社会发展的主要制约因素。
1.2水资源短缺的主要原因
1.2.1降水先天不足，且年内、年际分布不均是水资源短缺的自然原因
　　北京属温带半干旱季风气候，多年平均降水量595mm，85％的降水量集中在6—9月份。年水面蒸发量1120m，多年平均陆面蒸发量450—500mm。最大年降水量1406mm(1959年)，最小年降水量仅为242mm(1869年)，最长枯水时间达20年。
1.2.2 “以需定供”的水资源非可持续利用模式是造成水资源危机的人为原因
　　长期以来，城市发展没有建立在可持续发展的基础上，盲目发展一、二产业，特别是片面追求粮食增产和重工业的发展，造成北京市产业结构极不合理。70年代末，工业GDF占全市GDP的比值，工业能耗水耗占全市城区消耗总量的比值均达70％左右；农业用水占全市总用水量的60％以上。加之生产工艺与技术落后，用水效率低下。北京市万元工业产值耗水量50多m³，是发达国家的几倍至十几倍；农业灌溉长期以来为大水漫灌，水的利用系数仅为0.4—0.6。这种建立在水资源非可持续利用基础上的所谓“以需定供”的传统开发模式，导致水资源的过量开采和浪费，地下水积累超采40亿m³，形成2000km²的漏斗区，地下水位逐年下降，水质恶化，以及生态环境的破坏，呈现出荒漠干旱化趋势。90年代以来，北京市根据可持续发展战略，经济结构调整虽已初见成效，但水资源消耗利用模式尚未发生实质性变化，仍在研究探索调整之中。
1.2.3水污染加剧了水危机
　　官厅水库上游来水受到污染。非汛期上游洋河流入官厅水库水体的几乎都是污水，造成官厅水库水质超过了地表水环境三级标准，其中COD、NH₃-N和T—P超标，不能作为生活饮用水源。长期以来，城市建设重供轻排，污水治理投入滞后，未经处理的污水排入河道，使得河湖水体受到了严重的污染，由于河道径流量小，水体的纳污能力和自净能力差，不少河道变成了污水河。城市下游河道多为超V类水体。水污染加剧了水资源的危机。
1.3 解决水资源短缺的出路在于坚持可持续发展战略
1.3.1 树立“以供定需”的规划思想，科学合理利用水资源
　　解决北京市水资源危机的出路在于坚持可持续发展战略，变“以需定供”的传统开发模式为“以供定需”的可持续利用模式。所谓“以供定需”就是立足于北京市可利用水资源的保护和合理利用，对经济结构进行战略调整，发展节水、省能、高附加值的高新技术产业、农业、服务业，以及必要的退耕还林，实现改善生态与高效用水的供需平衡，满足把北京市建成现代化国际大都会的可持续发展需要。
1.3.2 实施可持续发展的资源优化配置，科学合理调配水资源
　　我国的水资源，从地域上看，南多北少。为彻底解决北京市水资源的先天不足，国家将实施跨流域的南水北调工程。年均分配北京水资源量15亿m3，这是支撑北京市实现可持续发展的不可或缺的工程措施。
1.3.3节水和治污是调水的前提
　　南水北调工程浩大，投资高昂。按照可持续发展的思路，调水必须立足于本地水资源的合理开发、利用和保护。依靠科技进步，提高节水和治污的效益，是缓解水危机的有效措施。进而通过水的再生回用技术，使城市污水资源化，这是水资源可持续利用，特别是南水北调之前克服北京水危机的有效途径。

2.城市污水资源化是水资源可持续利用的重大举措

　　北京日污水发生量2000年为264万m³，据预测2010年将达到327万m³，每年约12亿m³。由于水是一种易被污染而不可再生的自然资源，因而对城市而言，特别是缺水城市而言，城市污水是一笔宝贵而稳定的资源。但是由于污水处理厂建设长期滞后，长时间以来中水回用只是在试验研究编制标准和建筑中水、企业中水回用上取得一些成效。
2.1 回用水水质标准
　　在多年试验研究的基础上，1987年北京市颁布了《北京市中水设施建设管理试行办法》及中水回用标准，1989年10月建设部颁布了《生活杂用水水质标准》GJ25.1—89，1995年中国工程建设标准化协会颁布了推荐性标准《城市污水回用设计规范》，2000年颁布了中华人民共和国城镇建设行业标准《再生水回用于景观水体的水质标准》GHZB—1999。这些标准、规范为开展中水回用工程设计提供了依据。
2.2 建筑中水
　　根据《北京市中水设施建设管理试行办法》规定，建筑面积超过2万m²的旅馆、饭店、公寓和超过3万m2的机关、科研、大专院校、大型体育设施必须修建中水设施。目前，已建在建中水设施200余套，己建成的单位105家，单套设施规模为50—300m³／d，回用水总量约1.5—2万m³／d。从运行效果看，处理后的水水质达标，满足回用于冲洗厕所、浇洒绿地、操场、冲洗汽车等杂用要求。
2.3 工业企业水回用处理设施
　　全市现有202个工业企业建有污水处理设施并正常运行。其中22个为二级处理，处理能力为5.94万m³／d；其余为一级处理，处理能力为10.04万m³／d。有30余家污水得到再利用，再利用水量为3.35万m³／d，主要用于建材行业的磨削、板框压滤机冲洗水、造纸行业及厂区生活杂用水等。
2.4 城市污水处理初见成效
　　 治污是城市污水资源化的前提和条件。北京市规划污水处理厂16座，见图—1。到1999年高碑 店污水处理厂二期(50万m3／d)竣工，连同其一期工程及已建成的北小河和方庄污水处理厂，北京市污水处理能力达到43％，污水处理初见成效，为大规模城市污水资源化再利用工程实施奠定了基础。为缓解北京市水资源短缺局面，高碑店污水处理厂处理水资源化再利用工程，这一水资源可持续利用的 重大举措施提上了议事日程。

3. 城市污水资源化示范工程

　　该工程以高碑店污水处理厂二级处理水作为再生水资源，为东郊工业区提供工业用水，为南城地区提供市政杂用水，见图—2。根据水质要求不同采用分质供水方式。达到节约清洁水资源和自来水的目的。
3.1 高碑店污水处理厂
　　高碑店污水处理厂是目前我国最大的污水处理厂，位于北京市东郊。处理污水量100万m³／d，流域面积96.6km²，服务人口240万，占地68公顷，汇集北京城市中心区和东郊的生活污水及部分工业废水。一期工程50万m³／d，投资5.24亿元，1990年开工，1993年2月通水。二期工程50万m³／d，投资11.2亿元，1996年开工，1999年9月通水。
　　处理工艺为前置缺氧活性污泥法，工艺流程包括格栅、泵房、曝气沉砂池、矩形平流沉淀池、推流式曝气池、辐流沉淀池；污泥处理浓缩、中温两级消化、脱水、沼气发电并网。进水水质约为SS250mg／l，BOD₅200mg／l，CODcr500mg／l，出水水质：SS≤20mg／l，BOD₅≤16mg／l。出水排入通惠河，每年约有5500万m³的处理水用于农业灌溉。
　　另外，高碑店污水处理厂内部设有的1万m³／d厂内回用设施，采用混凝、沉淀、过滤和消毒处理工艺，出水达到中水回用标准，用于厂内污泥脱水机滤布冲洗、处理构筑物冲洗和绿地浇洒等。因此利用该厂良好的出水，实施大规模的污水回用工程成为可能。
3.2 回用水量分析与工程规模
3.2.1 热电厂冷却用水
　　华能热电厂位于高碑店污水处理厂南侧约300m，厂内四台机组冷却水补充水，原取自距该厂30 余km远的潮白河。近期用水量为4万m³／d，远期7.68万m3／d。水源改为高碑店污水厂二级出水后，已完成输管线敷设。
　　 北京市第一热电厂位于通惠河北岸，距高碑店污水处理厂约5.5km。在高碑店湖以西，抽取通惠河水作为冷却水水源，经处理使用后再排入河道冷却循环。循环水量约12m³／s(104万m³／d)，补充水量约26—34.6万m³／d。平均补水量30万m³／d，近期确定补水量为20万m³／d。
3.2.2 其他工业用水
　　 东郊为北京市的工业区，分布着化工厂、氧气厂、焦化厂和机械制造等众多企业。其工业用水由60 年代初修建的第六水厂提供。水源取自南护城河或高碑店湖，供水能力17万m³／d。第六水厂位于高 碑店污水处理厂西部约8km处。近些年随着工业结构的调整，工业用水量大幅度下降，据1998年统计 供水量仅为4.7万m³／d。工业用水量按5万m³／d计。
3.2.3 市政杂用水
　　(1)南城景观、绿化用水
沿南护城河主要公园有龙潭湖公园、北京游乐园、天坛公园、陶然亭公园、大观园和万寿公园，合计面积267万m²，经分析测算，公园绿化用水量0.534万m³／d，河湖补水2.3万m³／d，冲厕用水0.046万m³／d，河道两侧的绿化带及附近道路两侧、立交桥绿地用水量0.2万m³／d，合计南城景观、绿化用水量为3.08万m³／d。
　　 (2)道路喷洒用水
　　 道路喷洒范围东至公路一环，西至西三环，东西长约23.5km，南北方向按照环卫洒水车3km半径计算为6km，喷洒范围面积141km²。参照1992年规划，道路用地率按10％计，喷洒道路面积为14.1km²。按道路喷洒用水量标准每立方米水可喷洒道路2500m²，每日二次喷洒，用水量为1.13万m³／d。 以上项合计4.21万m³／d，考虑到管网漏失，确定市政杂用水量5万m³／d。
3.2.4 工程规模
　　 污水回用工程近期规模34万m³／d，其中电厂冷却用水24万m³／d，工业用水5万m³／d，市政杂用水5万m₃／d。远期规模55万m³／d，其中电厂冷却水38万m³／d，工业用水5万m³／d，市政杂用水12万m3／d。
3.3 技术路线
3.3.1 热电厂冷却水
　　 (1)华能热电厂冷却水水源改为高碑店二级出水后，厂内设水处理站，处理工艺采用石灰法，混凝、沉淀、过滤。本工程仅为其提供充足的二级处理水。
　　(2)北京第一热电厂的冷却水取自通惠河高碑店湖的上游，其水源同第六水厂均为密云水库沿河道对南护城河和通惠河的补水。由于河道两侧污水截流设施尚不完善，河水受到一定程度的污染。从表—1可以看出，高碑店污水处理厂二级出水水质一般优于高碑店湖水质。因此，直接向高碑店湖补充污水处理厂的二级处理水，不仅满足了一热冷却水补充水量的需求，不会影响其厂内深度处理的效果，而且也不会对高碑店湖的水环境造成不良影响。然而由于二级处理水中磷、氮含量偏高，随后高碑店污水处理厂将实施除磷脱氮的水质改善工程，以其进一步改善高碑店湖的水环境。

表—1 高碑店污水厂出水水质与高碑店湖水质比较表 　 PH 色度(稀释倍数 浊度 (度) CODcr(mg/L) BOD₅(mg/L ) SS(mg/L ) T—P(mg/L ) NH₃—N(mg/L ) 氧化物(mg/L ) 总大肠菌数(106个L/) 高碑店湖 7.6 67 28 58.9 15.1 42 1.69 14.7 90.2 317 高碑店污水厂出水 7.39 31 2 33.7 7.4 20 5.07 10.8 109 2.3

3.3.2 第六水厂工业供水系统
　　第六水厂的工艺流程为预沉池、中间泵房、配水、加速澄清池、砂滤池、消毒、配水泵房。由于高碑店污水厂二级出水水质优于高碑店湖和南护城河的水质，因此改变水源后，经六厂处理后的水完全可 以满足原工业用水的水质要求。
3.3.3 利用第六水厂富余能力提供合格市政杂用水
　　用于景观、绿地、喷洒道路等用途的市政杂用水的水质应满足北京市中水水质标准，由表—2可知第六水厂出水水质优于中水标准，只要加强消毒符合使用需求。鉴于第六水厂具有17万m³／d处理能力，而当前工业用水量仅为5万m³／d，因此利用其富余能力，完全可以满足近期和远期市政杂用水的水量、水质需要。利用第六水厂提供市政杂用水的好处在于：节省了建设深度处理设施费用，只需对六厂陈旧设备进行适当改造更新；扩大了水厂的用户，提高了效益；由于第六水厂位于高碑店污水厂和市政杂用水用户的中间，有利于管线的敷设；有利于今后城市污水资源化的市场运作；有利于促进计划经济下形成的多部门分割管水体制的改革。
3.4 工程内容及投资
　　高碑店污水处理厂处理水资源化再利用工程的主要内容包括四个方面，其中泵站土建和管线按远期规模实施。
　　·泵站一座建在高碑店污水处理厂内，一期工程按35万m3／d安装设备
　　　泵站至高碑店湖输水管DN l800mm，长度1480m
　　　泵站至水源六厂输水管输水管DN1800mm，长度4766m
　　·第六水厂
　　·市政杂用水配水管线工程
　　　第六水厂至东、西便门配水管DN500—1200mm，长度18562m
　　　配水管线上设置36个取水口，供绿化、洒水车取水
　　　公园回用水支线DN200—600mm长度约13km，
　　　工程总投资33668万元，其中工程费用19260万元。

表—２　中水水质标准与第六水厂出水水质对比表 　 PH BOD₅ (mg/L) CODcr(mg/L) 溶解氧(mg/L) 氯化物 (mg/L) NH₃—N (mg/L) 总硬度 (mg/L) 余氯 (mg/L) 大肠肝菌 (个/L) 六厂出水 7.1—7.4 5—10 12—43 4—7 44—86 0.2 204—394 　 　 中水标准 6.5—9 10 50 　 　 　 　 ≥0.2 3

3.5工程效益
　　该工程于1999年末立项，2000年实施，2001年6月投入试运行。试运行效果良好，运行结果表明，达到了设计预期效果。
　　该工程是目前国内最大的污水资源化再利用工程，具有明显的经济、环境和社会效益。节约了大量的自来水及清洁水资源，为扩大绿化面积、降低大气中悬浮颗粒物浓度和改善水体环境、城市生态环境创造了条件。近期可节约清洁水资源1.1亿m3/年(其中市政杂用水按7个月计)。目前道路喷洒和 绿地用水均使用自来水，该工程实施后可节约自来水约380万m3/年。远期工程实施后，预计可节约水资源1.8亿m³/年。它表明城市污水资源化再利用工程是克服水危机的有效途径，是水资源可持续利用的重大举措。该工程作为城市污水资源化的示范工程，也为今后的推广应用提供有益的经验。2005年北京市污水处理率可达75％，2010年将达到90％以上。本着统一规划就近回用的原则，分流域的污水资源化可行性研究正在进行中，随着污水资源化再利用工程的实施，必将大大提高北京污水再生回用率，缓解水资源的紧缺状况，全面推进北京市水资源可持续利用战略的实施。
3.6 需要进一步解决和完善的问题
　　一是目前以高碑店污水二级出水向高碑店湖补给第一热电厂冷却用水补充用水，由于二级出水的氮、磷含量偏高，因此高碑店湖水体环境的进一步改善有待于高碑店污水处理厂除磷脱氮出水水质改造工程的实施，目前正在设计中。二是在本工程建设过程中，颁布了《再生水回用于景观水体的水质标准》(GHZB——1999)，虽然其主要水质标准并不高于北京市的中水回用标准，但增加了多项水质指标要求，需要运行管理中，全面加强对水质的检测分析与评价。三是水资源、污水处理厂、水厂和市政杂用水分不同部门分割管理，缺乏统一协同，不利于城市污水资源化的市场动作，不利于水资源可持续利用，“多龙治水”的体制亟待改革。

4.结束语

　　北京市是一个发展中的城市，水资源短缺是北京经济与社会发展的主要制约因素。为了实现建设现代化国际大都会的目标，必须选择可持续发展的道路。城市污水是一种稳定而宝贵的资源，城市污水资源化是水资源可持续利用的重要课题之一，是克服水危机的有效途径。高碑店污水处理厂处理水资源化再利用工程达到了设计预期效果，具有明显的经济、环境和社会效益，为推广应用提供了成功有益的经验。同时也还需要进一步探索研究，深化完善，不断总结工程经验，提高技术水平，扩大污水资源化的成果，促进北京市水资源可持续利用的最终实施。

参考文献

　　(1)北京市人民政府，21世纪初期首都水资源可持续利用规划，2001年4月
　　(2)魏昌林主编，中国南水北调，中国农业出版社，2000年9月
　　(3)钱正英、张光斗主编，中国可持续发展水资源战略研究报告集第1卷，中国水利水电出版社，2001年3月
　　(4)Jishui Qu, Sustainable Utilization of Water Resources in Beijing, Civil Engineering in the 21st Century, Session 5, Chinaese Academy of Engineering Octoberll.2000 Beijing

---

　　 (张韵，女，1962年3月生。北京市市政工程设计研究总院副院长，高级工程师。主要从事城市污 水处理、污泥处理，饭店中水、城市污水田用，城市防洪、市政雨污水管线工程的设计、科研、技术管理。 联系电话：(86—10)68033928，邮政编码：100045，传真：(86—10)68010984。)

　　Zhang Yun, Female, March 23, 1962, Beijing General Municipal Engineering Design ＆ Research Insti-tute, Senior Engineer, Water supply and sewage. Responsible for the design, scientific research and technical management of projects concerning urban sewage treatment, sludge treatment, intermediate water for hotels, urban sewage reuse, urban flood control and municipal storm and sewage pipelines. B-2 South Yuetan Street, Beijing, China, 100045, (86-10)68033928,68023393(TEL), (86-10)68010984(FAX)