北京市污水深度处理及回用的现状分析与发展

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.北京城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）随着城市规模的扩大，人口的急剧增加以及生活水平的不断提高，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。水资源的可持续利用已直接关系到北京市社会经济的可持续发展问题，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。城市污水由于其相对稳定的水质和水量可作为城市可靠的第二水源，已成为当今世界各国在解决水资源短缺问题时的共识。我国城市用水结构中，饮用水仅占2%，生活杂用水约占50%，市政建设杂用水约占40%，绝大部分城市用水和工业工艺用水对水质的要求并不高。经过净化处理后的城市污水可以用作生活杂用水、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，可替代等量的新鲜水量。污水的再生利用既开辟了一个稳定的新水源，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发展及深度处理的发展现状进行了综述，对污水深度处理回用存在的问题与发展趋势进行了阐述。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主要由两部分构成，首先是城市集中污水处理厂，负责处理城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可以追溯到元代，那时就已经有了排水管渠。解放后，在市政各大主要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发展。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发展。50年代以来北京市污水总量与污水处理能力的发展如图1所示。从图中可以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年以前一直维持在较低的水平，后来随着经济技术的发展进入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，其中城区污水为268万立方米/日。污水处理设施的建设为城市污水再生回用创造了更好的条件。序号项目名称投运时间（年）设计处理能力(m3/d)平均处理水量(m3/d)1北京城市排水集团高碑店污水处理厂199910077.542北京城市排水集团酒仙桥污水处理厂20002020.33北京城市排水集团小红门污水处理厂20066058.44北苑污水处理厂200943.65北京城市排水集团北小河污水处理厂1990107.566北京城市排水集团吴家村污水处理厂200386.067北京城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永丰再生水厂200821.7311温泉再生水厂200821.1412北京城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200810.425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19914.52.438北京市自来水集团夏都缙阳污水处理有限公司200131.81.2深度处理及回用现状分析京市每年通过城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，具有不受气候影响，取用集中便利、水质较为稳定等优点。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，北京陆续实施了一些小型污水再利用工程，主要为小型中水设施，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，特别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发展阶段。北京市相继出台并不断完善再生水利用的政策和法规，再生水利用规模急速扩大，管网建设不断扩张，再生水经营企业不断转变思路，取得突破，工作核心已由基本建设转到供水保障。1999年根据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城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城市再生水回用项目，现已经建成投入运行。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经水源六厂深度处理后用于市政杂用，主要作为水工业用水、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，由北京排水集团陆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，供水用户主要包括工业循环冷却、农灌、河湖景观、住宅冲厕、城市绿化、市政杂用等。1.3污水深度处理主要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。再生水的处理主要是针对城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就是以上四类物质。目前北京市主要采用的深度处理方法主要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就是指混凝、沉淀、砂滤，其目的是去除悬浮物、浊度和杀灭水传染病菌，应用于污水深度处理可提高对有机物、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，维护操作易于掌握，处理效果好等优点，但难以彻底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用此工艺，例如，北京高碑店污水处理厂和酒仙桥污水处理厂均采用此工艺，其三级出水主要回用于工业冷却、市政和生活杂用、景观水体补水等。滤布滤池(ClothMediaFiltration，AquaDisk)是近十年迅速发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，其主要优点为处理效率高，出水稳定，能承受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可以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、水头损失小、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。根据是否曝气，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就是曝气生物滤池。在欧洲，为了适应新的标准，陆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。它首先被用作三级处理，后来发展成直接用于二级处理。曝气生物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。其工作原理主要有过滤、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不会随水漂出；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。运行一定时间后，因水头损失的增加，需对滤池进行反冲洗，以释放截留的悬浮物并更新生物膜。填料是曝气生物滤池的核心组成部分，影响着曝气生物滤池的发展。曝气生物滤池发展过程中依次出现过3种不同的形式：BIOCARBONE，BIOFOR和BIOSTYR，采用的填料各不相同。BIOCARBONE采用的是石英砂粒；BIOFOR采用的是轻质陶粒；BIOSTYR采用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很大，生物量少，因此滤池负荷不高、水头损失大。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，水头损失较小。国外的实际运行表明，BIOFOR和BIOSTYR明显优于BIOCARBONE。3膜处理技术膜是一种具有特殊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，并取得了良好的效果。尤其是新型的膜材料(包括有机、无机和复合材料)不断推陈出新，以及膜组件及装备和集成技术的迅速发展和不断完善，给膜技术广泛应用推波助澜。但是膜的污染和和投资运行费用较高制约了它的应用和发展。目前应用得较多的膜处理技术主要有微滤、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0.05~10μm。微滤膜直接过滤可以获得良好的浊度去除效果，但对有机物的去除有限，所以通常建议与混凝