根據北京市國民經濟和社會發展遠景規劃和城市總體規劃，全市生活、工業、農業和城市河湖環境需水量預測，2020年全市需水量將達到60億m3以上，年缺水量約20億m3。因此，城市水資源供需失衡和水資源短缺已成為制約北京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，緩解北京市在 21 世紀面臨的城市發展與可利用水資源之間的矛盾，北京市政府決定開發城市汙水資源，作為城市的第二水源。高碑店汙水處理廠汙水回用工程被列入北京市政府《北京市環境汙染治理目標與對策》（京政辦函[1999]）1999 年十大研究課題，1999 年 3 月至 8 月完成了項目的前期研究工作和可行性研究，1999 年 10 月完成了項目的立項和審批工作；2000 年 1 月完成了項目的初步設計和審批工作，2000 年 2 月完成了項目的初步設計和審批工作。2000 年 1 月完成項目初步設計和報批工作，2 月完成施工圖設計，4 月開工建設，目前項目建設已基本完成，預計今年上半年正式投入使用。該項目是將高碑店汙水處理廠的二級出水進行提標改造，用於河道取水口的工業用水，替代清潔水源，改善河道景觀，並將部分二級出水經深度處理後用於市政雜用（如道路噴灑、綠化澆灌等），替代自來水，達到城市汙水資源化和改善河道水質的目的。中水回用覆蓋區域東至壹環高速，西至三環，南至四環，北至長安街。面積為 141km2 ，回用水用戶涉及工業、公園綠化及河湖補水、道路噴灑等。本文主要分析該項目的技術方案。本文主要分析了該項目的技術方案和研究成果。
高碑店汙水處理廠
高碑店汙水處理廠是目前我國最大的汙水處理廠，壹期工程於1993年10月24日建成投產，壹期工程處理能力為50萬m3/d。二期工程於 1999 年底建成投產。目前，處理能力為 100 萬 m3/d。高碑店汙水處理廠的汙水處理系統流域面積 96 平方公裏，服務人口 240 萬，匯集了北京市南部地區的大部分生活汙水，以及東郊工業區、使館區和化工路的全部汙水。處理廠采用前置缺氧段活性汙泥法，即在推流式曝氣池前設置缺氧段，以改善汙泥性質，防止汙泥膨脹。目前，高碑店汙水處理廠的二級出水直接排入通惠河下遊，除每年約 5500 萬立方米用於農業灌溉外，剩余處理水每年未利用量超過 3 億立方米。根據對該廠出水的多次測定和該廠提供的 1999 年出水水質分析結果，出水符合設計要求，出水水質水量穩定，大部分二級出水參數已接近回用水的有關水質標準。但高碑店汙水處理廠二級出水氨氮和磷的含量仍然偏高，這主要是由於該廠立項較早，當時國家城市汙水處理廠排放標準中沒有脫氮除磷的要求。因此，該廠壹期處理工藝中未設置除磷脫氮設施。
可能應用對象分析
潛在工業用戶高碑店汙水處理廠廠內中水高碑店汙水處理廠已建成規模為10000m3/d的廠內中水回用工程，主要用於汙泥脫水沖洗濾布、檢修、噴淋、灑水、綠化、洗車用水等，應作為重點水源予以保證。華能熱電廠 華能熱電廠位於高碑店汙水處理廠對面。高碑店汙水處理廠與華能熱電廠之間鋪設了兩條直徑 800 毫米的管道，廠區內建有壹座深度處理站。華能熱電廠提供的最新資料顯示，該廠目前計劃將高碑店汙水處理廠的二級出水作為全部四臺機組冷卻補水的水源，通過廠內的深度處理站處理後回用，以保證冷卻水的水質。該廠實際可利用高碑店汙水處理廠二級出水 7.68 萬 m3/d，應優先保證。北京第壹熱電廠 北京第壹熱電廠是壹座高溫高壓熱電廠，位於通惠河北側，距高碑店汙水處理廠僅數公裏。電廠***有四臺循環泵，每臺循環水量為 4.15 立方米/秒。循環水泵房位於通惠河北岸，冷卻水為開式循環，正常生產情況下有三臺水泵運行，需水量約為 12 m3/s（即 104 萬 m3/d）。其補水量約為 2.6-34.6 萬立方米/天，平均補水量為 30.3 萬立方米/天。考慮到目前河道水質情況，為保持河道上遊水質仍有需要，北京第二熱電廠的部分慣性流量仍可用於第壹熱電廠，在近期方案中，第壹熱電廠回用高碑店汙水處理廠處理後的水量僅考慮為 20 萬 m3/d。遠期工程方案中，第二熱電廠采用閉式循環冷卻水系統，第二熱電廠采用閉式循環冷卻水系統。第二熱電廠采用閉式循環冷卻運行方式，用水量將大大減少，第二熱電廠將不再有第壹熱電廠使用的慣性流回水。因此，在遠期工程規劃中，第壹熱電廠回用高碑店汙水處理廠處理水的用水量將在近期規模的基礎上按10萬m3/d的方案進行擴建。 北京水源廠北京水源廠距高碑店汙水處理廠僅幾公裏之遙，該廠是為工業提供水源的河水廠，廠內有規模為17萬m3/d的深度處理設施。1998年，六廠供水量僅為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，進水取自通惠河。高碑店汙水處理廠的二級出水可直接供給水源六廠。在近期方案中，東郊工業區和焦化廠利用高碑店汙水處理廠處理後的水量為 5 萬 m3/d，市政雜用水為 5 萬 m3/d。在遠期方案中，水源六廠將再擴建 7 萬立方米/天。通州工廠用水 通州距離高碑店汙水處理廠約 8 公裏。通州有 120 多家工廠，包括化工、機械、紡織、造紙、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、北京日用化工二廠等。通州的工廠位於城市北部。市政雜用水 城市雜用水在北京市汙水綜合利用研究中壹直未引起重視，本研究對通惠河沿岸主要公 園綠化面積、南護城河、城市綠化、城市道路噴灑用水量等進行了調查，並多次走訪了市 園林、環衛管理部門，具體調查結果如下：3.2.1 公園綠化及河湖用水 沿河主要公園有龍潭湖公園、北京遊樂園、天壇公園、陶然亭公園、大觀園、萬壽公 園等，主要公園總面積約 267 萬 m2，公園綠化用水量約 53.4 萬 m3/d。除上述公園外，河湖補水用水量約為 2.3 萬 m3/d，沖廁用水量約為 460 m3/d。因此主要公園的總用水量約為 28.88 萬 m3/d。城市綠化用水 在中水回用供水範圍內的城市集中綠地較多，由於位置分散，在目前情況下很難嚴 格計算城市綠化回用水量。因此，很難嚴格計算當前情況下城市綠化的用水量。因此，應重點關註集中在道路兩側隔離帶和河道兩岸的綠化區域，根據北京市總體規劃，城市綠化用水量預計約為 20 萬 m3/d。路面噴灑水 根據北京市規劃路網指標，其主次幹道的道路面積約為 5868 萬平方米。目前，可噴灑面積為 3389 萬平方米。目前，城市道路噴灑工作由市、區環衛部門負責，水源全部為自來水，取水點為固定的自來水消火栓。但根據環衛部門道路噴灑水車的取水半徑，並不是所有可噴灑的道路都能用高碑店汙水處理廠處理過的水代替。在方案中，城市雜用水將在水源六廠進行深度處理，深度處理後的水由水源六廠用管道沿護城河輸送到西便門和廣安門。如果在原水源地六廠供水管網設立取水口，可利用高碑店汙水處理廠處理後的水噴淋道路東至高速公路壹環，西至西三環，東西長約23.5km。據環衛部門統計該路段噴灑水半徑為 3km，南北長達 6km，可噴灑面積為 141km2。根據北京市城市規劃設計研究院 1992 年《北京城市總體規劃》研究成果，該公路與北京城根據北京市城市規劃設計研究院 1992 年 "北京城市總體規劃 "研究成果，壹環以內道路用地 率 1991 年以前為 3.82%，到 2010 年將達到 13.43%。如果道路用地率在近期方案中按10%計算，那麽高碑店汙水處理廠處理後的中水噴灑道路面積約為14.1km2，根據環衛部門提供的噴灑道路中水指標，每立方米中水可噴灑2500 m2的道路面積，那麽壹天的噴灑道路中水需求量為0.564萬m3/d.目前，北京很多道路壹天噴灑兩次。根據市政府控制大氣汙染、減少城市空氣揚塵量的要求，今後北京道路噴灑要求為每天三次。因此，在近期規劃中，如果考慮道路每天噴灑兩次，則需水量約為 1.13 萬 m3/d。近期規劃市政雜用水規模 上述市政雜用水量約為 4.21 萬 m3/d，其中城市綠化和道路噴灑用水量為 1.33 萬 m3/d，公園用水量為 288 萬 m3/d。考慮到水量的不可預測性和管網漏失率，近期規劃市政雜用水規模為 5 萬 m3/d。市政雜用水規模為 5 萬 m3/d。3.3 農業灌溉用水 高碑店汙水處理廠農業灌區包括東南郊、朝陽、雙橋、通州四個灌區，分布在朝陽、 通州通惠河兩岸的 14 個鄉鎮和 2 個農場，現狀灌溉面積 20.21 萬畝。農作物以糧食和蔬菜為主，其中糧食面積 16.9 萬畝，占 83%；蔬菜面積 1.72 萬畝，占 9%；林果及其他作物面積 1.59 萬畝，占 8%。農業灌溉需水量約為 48 萬立方米/天。目前由官廳、密雲兩座大型水庫供應指標用水和工業退水約 10 萬 m3/d，地下水約 19 萬 m3/d，通惠河取水約 19 萬 m3/d。高碑店閘下遊河道補水 通惠河下遊從高碑店閘至北運河的蒸發、滲漏需水量，全年換水 8 次，河道兩側綠化需水量約 3.6 萬 m3/d。
中水回用技術方案
用戶用水優化配置
高碑店汙水處理廠處理後的中水優先保證1萬m3/d回用於該廠，7.68萬m3/d用於華能熱電廠冷卻、市政雜用水 5 萬 m3/d，自來水六廠為東郊工業區和焦化廠供水 5 萬 m3/d，熱電壹廠用水 20 萬 m3/d。20 萬立方米/天，***共計 38.68 萬立方米/天。遠期工程實施前，高碑店汙水處理廠處理後的剩余水量除 48 萬 m3/d 可用於農業灌溉外，3.6 萬 m3/d 可用於高碑店閘至北運河兩側綠化及河道補水，最終 7 萬 m3/d 可用於通州廠區，共計 97.28 萬 m3/d。遠期工程實施後，第壹熱電廠擴大用水量，第壹熱電廠擴大市政雜用水量 5 萬 m3/d。遠期工程方案實施後，第壹熱電廠擴大用水量 10 萬 m3/d，六廠水源擴大用水量 7 萬 m3/d；高碑店汙水處理廠剩余處理水用於高碑店閘至北運河兩側綠化及河道補水 3.6 萬 m3/d，農業灌溉 40.72 萬 m3/d，合計 100 萬 m3/d。工程規模 本工程方案主要考慮高碑店閘上遊的回用，只有通過近期工程方案的實施才能利用高碑店閘上遊的水。近期工程方案實施後，才能利用高碑店汙水處理廠處理水的用戶有1 號熱電廠 20 萬 m3/d，市政雜用水 5 萬 m3/d，通過水源 6 號廠供東郊工業區和焦化廠用水 5 萬 m3/d。因此，近期工程規模為 30 萬 m3/d。遠期工程規模將在近期工程規模 30 萬 m3/d 的基礎上擴大到 47 萬 m3/d。主要增加的用戶有第壹熱電廠用水量將增加 10 萬立方米/天，水源六廠用水量將增加 7 萬立方米/天。工程方案 高碑店汙水處理廠二沈池出水經新建泵站提升（47 萬 m3/d）後，通過兩條管道分別輸送至高碑店湖（30 萬 m3/d）和水源六廠（17 萬 m3/d）。送入高碑店湖處理後的水供給北京第壹熱電廠；送入水源六廠處理後的水在水源六廠進行深度處理，壹部分通過水源六廠現有供水系統供給東郊工業區和焦化廠，壹部分通過新建管道輸送到西便門和東便門。在水源地現有供水管道和新建管道沿線取水，為市政雜用水取水口。
回用水水質技術保障
高碑店汙水處理廠改造 由於高碑店汙水處理廠出水氮磷含量較高，直接影響回用水水質，有必要對該廠進行技術改造，進壹步提高該廠出水水質。
2000年5月完成了該廠改造工程的可行性研究，改造規模為50萬m3/kg。改造規模為50萬m3/d，即對高碑店汙水處理廠壹期工程（50萬m3/d）進行改造。改造工程分兩步進行。第壹步改造後使出水水質優於目前高碑店第壹熱電廠冷卻水取水水源湖水質，出水BOD、COD、總磷和氨氮分別達到10mg/l、40mg/l、1mg/l和10mg/l。主要改造工作量包括曝氣池改造和汙泥處理系統改造。原曝氣池1/12為厭氧區，其余為好氧區，改造後原曝氣池2/9為缺氧區和厭氧區（水力停留時間***為2h），其中進水端分為停留時間為15min的強化吸附區。其余仍為好氧區（水力停留時間為 7.25h）。原汙泥系統剩余汙泥泵入初沈池，混合汙泥再進入汙泥濃縮池濃縮消化脫水，由於汙泥濃縮池停留時間過長（3d）後處於厭氧狀態，磷被釋放出來，通過上清液回流到汙水中，達不到除磷的目的。改造後，原濃縮池改為濃縮酸化池，濃縮酸化池上清液作為碳源排入水處理系統；消化池上清液和脫水機濾液、沖洗水收集後用於化學除磷。目前，高碑店汙水處理廠改造方案正在審批中，市政府將對改造工程單獨立項，其投資（約 2511 萬元）不納入汙水回用工程。深度處理措施 高碑店汙水處理廠二級出水水質水量穩定，達到設計要求，但尚不能達到市政雜用水的標準，而綠化用水、道路噴灑等市政雜用水的水質會對人體健康和城市環境產生影響，因此市政雜用水在回用前必須進行深度處理，達到相應的標準。在方案確定的不同選址對比中，深度處理將選在水源六廠。水源六廠現有日處理能力17萬m3/d的深度處理設施，主要采用機械加速澄清、砂濾和消毒等工藝處理。根據水源六廠提供的出水水質，其出水可以滿足相應的用戶要求。由於北京市產業結構的調整，該廠平均實際供水量不足 5 萬 m3/d，尚有 12 萬 m3/d 的處理能力未利用。此外，水源六廠距離市政雜用水戶較近，在水源六廠對市政雜用水進行深度處理後利用其剩余處理能力，可滿足市政雜用水近、遠期規模需求，在水源六廠深度處理後水質可滿足市政雜用水水質要求。
項目主要建設內容及投資
本項目總投資33668萬元（不含高北店汙水處理廠改造費用），其中征地拆遷費1000萬元，工程費用19260萬元，項目建設內容主要如下：(1）高碑店汙水處理廠47萬m3/d泵站。(2）高碑店汙水處理廠至高碑店湖輸水管線：DN1800mm，長1480m。(3）高碑店汙水處理廠至水源六廠輸水管線：DN1400mm，長 4766m。(4）市政雜用水輸水管道：DN1200mm，長6791m；DN1000mm，長1431m；DN800mm，長4615m；DN600mm，長2845m；D=500mm，長2880m。(5）水源六廠改造：包括蓄水池清淤及護套、汙泥池擴建、水泵改造、進出水口改造、增加自控及電氣設備等。花園供水支管道。
項目經濟效益分析
項目總投資33668萬元，其中政府撥款10000萬元，其余為貸款（公司融資）。在考慮汙水資源費0.20元/m3和水源六廠原有資產成本及利稅0.73元/m3的條件下，水價計算分析結果為：第壹熱電廠水價0.31元/m3，市政雜用水水價1.92元/m3，東郊工業區水價1.21元/m3。項目建成後每年可節約清潔水資源16673萬m3 本項目建成後，每年可節約清潔水資源16673萬m3，節約自來水3650萬m3/a，相當於節約建設壹座10萬m3/d自來水廠的投資4億元。該項目可達到開源節流的目的，可為北京市擴大城市綠化面積和道路灑水抑塵創造條件，對環境綜合治理有較大作用，環境的改善也將帶來周邊地區土地的增值。
結論與討論
（1）北京是壹個嚴重缺水的城市，合理利用高碑店汙水處理廠處理水資源，對實現北京國民經濟的可持續發展，緩解21世紀北京城市發展與可利用水資源之間的矛盾具有重要意義。(2）高碑店汙水處理廠回用工程方案充分考慮了北京城市水系、園林、道路、產業布局等現狀，具有可實施性。(3）高碑店汙水處理廠回用工程可達到開源節流的目的，可在壹定程度上緩解北京市水資源短缺的局面，並為北京市擴大城市綠化面積和道路灑水抑塵創造條件，對環境綜合治理有較大作用。(4）本項目總投資 33668 萬元，工程造價 19260 萬元。按政府投資 1 億元，其余由公司融資計算，在考慮水資源費 0.20 元/m3 和六廠水源水成本條件下，中水回用水價為：用於第壹熱電廠中水銷售價格為 0.31 元/m3，用於市政雜用水銷售價格為 1.92 元/m3，用於東郊工業區中水銷售價格為 1.21 元/m3。(5）建議制定促進城市汙水回用設施建設的相關法規政策，促進城市汙水回用設施建設的發展。促進城市汙水回用設施的發展。應盡快編制北京市中水回用設施發展規劃，以便在相應的市政工程中鋪設中水回用管道等設施，使城市汙水回用設施逐步完善。
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