北京市城市污水處理與再利用(一)

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北京是我國(guó)的首都,全國(guó)的政治和文化中心。隨著工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)迅猛發(fā)展和人民生活水平的逐年提高,對(duì)水資源的需求量日益增大。由于北京位于華北平原的北端,屬半干旱季風(fēng)地區(qū),降雨量年度變化大,時(shí)空分布極不均勻,人均年水資源量?jī)H300 m3左右,為全國(guó)人均值的1/8,世界人均值的1/32,是一個(gè)嚴(yán)重缺水的城市。根據(jù)最近的研究報(bào)告,目前北京市水資源開發(fā)利用已達(dá)到可供水資源量的自然極限,水資源嚴(yán)重短缺和水污染加重已成為制約北京市社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的重要因素之一。
    為了實(shí)現(xiàn)北京市國(guó)民經(jīng)濟(jì)可持續(xù)發(fā)展和生態(tài)環(huán)境一流的國(guó)際大都市發(fā)展目標(biāo),緩解面臨21世紀(jì)城市發(fā)展與水資源利用的矛盾,將城市污水處理廠的處理水作為城市第二水源盡早實(shí)現(xiàn)城市污水資源化,勢(shì)在必行。
    1.北京市城市污水處理現(xiàn)狀與發(fā)展規(guī)劃
    1.1 北京市城市污水處理現(xiàn)狀
    根據(jù)1996年統(tǒng)計(jì)資料,北京市市區(qū)污水總排放量為235萬(wàn)m3/d,其中生活污水量138萬(wàn)m3/d,占市區(qū)污水總量58.7%;工業(yè)廢水量97萬(wàn)m3/d,占市區(qū)污水總量41.3%。
    1996年之前,北京市市區(qū)投入運(yùn)行的城市污水處理廠有4座,分別為高碑店污水處理廠(一期)、方莊污水處理廠、北小河污水處理廠和酒仙橋污水處理廠(一級(jí)處理),處理廠的規(guī)模和運(yùn)行情況見表1。可見,至1996年北京市城市污水處理廠處理能力為60萬(wàn)m3/d,城市污水集中處理率為25.5%。1999年10月高碑店污水處理廠二期工程(50萬(wàn)m3/d)竣工投產(chǎn),北京市城市污水處理廠處理能力增至110萬(wàn)m3/d。根據(jù)北京市污水量預(yù)測(cè)資料,2000年北京市區(qū)城市污水總排放量為264萬(wàn)m3/d,城市污水處理率達(dá)到41.7%,預(yù)計(jì)酒仙橋污水處理廠一期工程(20萬(wàn)m3/d)于今年年底投入運(yùn)行,屆時(shí)北京市城市污水處理率將達(dá)到50%左右。
    (1)高碑店污水處理廠
    北京高碑店污水處理廠位于北京市廣渠門以東8 km的高碑店村,設(shè)計(jì)規(guī)模為100萬(wàn)m3/d,占地1020畝。分兩期建設(shè),一期工程50萬(wàn)m3/d,于1993年10月竣工投產(chǎn),二期工程50萬(wàn)m3/d,于1999年10月竣工投產(chǎn)。
    該處理廠污水采用前置缺氧生物選擇器活性污泥法工藝處理,其目的在于改善活性污泥性能,防止污泥膨脹,二期工程將25萬(wàn)m3/d規(guī)模曝氣池改為缺氧/好氧工藝,提高出水水質(zhì)回用于華能熱電廠等用戶。污泥采用兩級(jí)厭氧消化、機(jī)械脫水工藝處理,產(chǎn)生的沼氣用于發(fā)電。一期工程已連續(xù)運(yùn)行近7年,二期工程亦連續(xù)運(yùn)行近1年,處理效果均比預(yù)計(jì)良好。
    高碑店污水處理廠的工藝流程為:原污水®進(jìn)水閘井®格柵間(柵渣經(jīng)壓榨機(jī)壓榨后外運(yùn)處置)®進(jìn)水泵房®出水井®計(jì)量槽®曝氣沉砂池(沉砂經(jīng)砂水分離機(jī)分離后外運(yùn)處置)®初沉池®曝氣池®二沉池(屬于污泥回流到初沉池)®接觸池(加氯氣)®出水。污泥處理流程為:初沉池污泥®污泥濃縮池®污泥泵房®一級(jí)消化池(生成的沼氣經(jīng)沼氣柜,供沼氣發(fā)電機(jī))®二級(jí)消化池®污泥脫水機(jī)房®污泥堆置棚®脫水污泥外運(yùn)處置。原污水水質(zhì)為BOD5 180~220 mg/L、COD 400~500 mg/L、SS 300~400 mg/L;處理出水相應(yīng)值為8~11 mg/L、25~35 mg/L、11~20 mg/L。
    (2) 北小河污水處理廠
    北小河污水處理廠位于北京市北郊,北小河北岸,占地6 ha,流域面積1639 ha,一期工程處理規(guī)模為4萬(wàn)m3/d,于1990年9月投入運(yùn)行。
    北小河污水處理廠是北京市第一座二級(jí)城市污水處理廠,其處理工藝流程為:原污水®格柵間(柵渣外運(yùn)處置)®進(jìn)水泵房®出水井®計(jì)量槽®曝氣沉砂池(沉砂外運(yùn)處置)®初沉池®曝氣池®二沉池(剩余污泥回流到初沉池)®接觸池(加氯氣)®出水。污泥處理流程為:初沉池®污泥濃縮池®污泥泵房®污泥消化池®污泥脫水機(jī)房®污泥堆置棚®脫水污泥外運(yùn)處置。原污水水質(zhì)為BOD5 164mg/L、COD 276 mg/L、SS 413 mg/L;處理出水相應(yīng)值為13 mg/L、35 mg/L、13 mg/L。
    (3) 方莊污水處理廠
    方莊污水處理廠位于北京南郊左安門外,占地4.14 ha。該處理廠主要處理來(lái)自方莊住宅小區(qū)的全部生活污水,處理廠規(guī)模為4萬(wàn)m3/d,服務(wù)人口8萬(wàn)人。
    該處理廠設(shè)計(jì)采用污水全部回用的深度處理工藝,其處理工藝流程為:原污水®格柵間(柵渣外運(yùn)處置)®進(jìn)水泵房®曝氣沉砂池(沉砂外運(yùn)處置)®初沉池®A/O曝氣池®二沉池(剩余污泥回流到初沉池)®大波紋板反應(yīng)池®沉淀池®雙閥濾池(加氯處理)®清水池®清水泵房®用戶。污泥處理流程為:初沉池、沉淀池®貯泥池®污泥泵房®好氧消化池®污泥濃縮池®污泥脫水機(jī)房®污泥堆置棚®脫水污泥外運(yùn)作農(nóng)肥處置。原污水水質(zhì)為BOD5 250 mg/L、SS 300 mg/L;二級(jí)處理出水相應(yīng)值為20 mg/L、30 mg/L;深度處理出水的相應(yīng)值為8 mg/L、5 mg/L。
    深度處理出水回用于下列用戶:(1)方莊住宅小區(qū),0.5萬(wàn)m3/d,用于噴灑馬路、澆灌花木及沖洗廁所;(2)宋家莊熱電廠,1.6萬(wàn)m3/d,用于循環(huán)冷卻水的補(bǔ)充和沖灰水;(3)南郊工業(yè)區(qū)部分工廠,1.9萬(wàn)m3/d,主要用于工業(yè)冷卻水。由于當(dāng)時(shí)對(duì)住宅小區(qū)投資商沒有相應(yīng)的約束和優(yōu)惠政策,造成此項(xiàng)回用工程未能實(shí)施,致使深度處理后出水經(jīng)雨水管道排入涼水河,造成大量水資源浪費(fèi)。
    (4) 酒仙橋污水處理廠
    酒仙橋污水處理廠位于北京市東北郊酒仙橋地區(qū),為一級(jí)處理廠,處理規(guī)模2萬(wàn)m3/d,流域面積273 ha,1956年建成投產(chǎn),是北京市第一座污水處理廠。其處理工藝流程為:原污水®格柵間(柵渣外運(yùn)處置)®進(jìn)水泵房®沉砂池(沉砂外運(yùn)處置)®雙層沉淀池(污泥直接或消化后送污泥干化場(chǎng),泥餅外運(yùn))®出水。原污水水質(zhì)為BOD5 198 mg/L、COD 387 mg/L、SS 478 mg/L;處理出水相應(yīng)值為108 mg/L、215 mg/L、161 mg/L。
    1.2北京市城市污水處理發(fā)展規(guī)劃
    (1) 北京市城市污水量預(yù)測(cè)
    根據(jù)《北京市城市總體規(guī)劃》用水量預(yù)測(cè),2000年市區(qū)生活用水量為7.05億m3,工業(yè)用水量為4.55億m3(不含電力工業(yè)用水量);2010年市區(qū)生活用水量為8.66億m3,工業(yè)用水量為5.2億m3(不含電力工業(yè)用水量),相應(yīng)得出2000年生活污水量為5.99億m3(164萬(wàn)m3/d),工業(yè)廢水量為3.64億m3,(99.7萬(wàn)m3/d),2010年生活污水量為7.78億m3(213萬(wàn)m3/d),工業(yè)廢水量為4.16億m3(114萬(wàn)m3/d)。
    (2) 北京市城市污水處理廠發(fā)展規(guī)劃
    根據(jù)“北京城市總體規(guī)劃”,考慮環(huán)境保護(hù),就近利用城市污水處理廠出水,建立分流制下水道系統(tǒng)等要求和地形、河流、位置、工程經(jīng)濟(jì)性條件,將北京劃分為16個(gè)污水處理系統(tǒng),每個(gè)系統(tǒng)建設(shè)一座污水處理廠,全市共有16座污水處理廠。其中10萬(wàn)m3/d以上大型污水處理廠8座,其它小型污水處理廠8座。全部于2010年前建成。
    16座污水處理廠中,除高碑店污水處理廠(一、二期共100萬(wàn)m3/d)、北小河污水處理廠一期工程(4萬(wàn)m3/d)、方莊污水處理廠(4萬(wàn)m3/d)已建成投產(chǎn)外,酒仙橋污水處理廠一期工程(20萬(wàn)m3/d),將于2000年底竣工投產(chǎn),上述污水處理廠全部投入之外后,處理能力達(dá)128萬(wàn)m3/d,污水處理率可達(dá)48.5%。其余污水處理廠按工程建設(shè)優(yōu)先順序,近期將規(guī)劃建設(shè)清河污水處理廠一期工程、吳家村污水處理廠、盧溝橋污水處理廠、小紅門污水處理廠(含鄭王墳污水處理廠系統(tǒng))和肖家河污水處理廠。屆時(shí)北京市城市污水處理能力達(dá)240萬(wàn)m3/d,污水處理率可達(dá)90%左右。
    2.城市污水資源化的必要性和可行性
    2.1必要性
    北京市人均水資源占有量?jī)H為全國(guó)的1/8,世界的1/32,水資源短缺和生態(tài)環(huán)境惡化已成為制約北京市可持續(xù)發(fā)展的主要問(wèn)題。水資源是有限的,但目前產(chǎn)生的水資源短缺和不足并不是天然資源已達(dá)到極限,而是供水與需水之間相對(duì)不平衡。為解決這種不平衡,除了需要進(jìn)行合理的社會(huì)經(jīng)濟(jì)布局,調(diào)整城市產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)和用水結(jié)構(gòu),改變水的用途和供水方向以外,污水資源化再利用是一種簡(jiǎn)單易行的解決辦法。
    水資源包括量與質(zhì)兩個(gè)方面,除了水資源數(shù)量外,還應(yīng)包括水環(huán)境保護(hù)、污水處理與回用等。城市污水量大,水質(zhì)穩(wěn)定,受季節(jié)和氣候影響小,就近可取,是一種即可靠又經(jīng)濟(jì)的十分寶貴的水資源,常被稱為城市第二水源。
    根據(jù)預(yù)測(cè)北京市市區(qū)2010年平水年(75%)需水量為22.27億m3,供水量為15.70億m3,缺水量6.57億m3,而2010年城市污水二級(jí)處理出水量可達(dá)11.94億m3,如按60%再生回用,替代城市優(yōu)質(zhì)水源,就可解決用水與供水不平衡的矛盾,同時(shí)也減輕了環(huán)境污染,促進(jìn)生態(tài)良性循環(huán)。
    因此,城市污水資源化再利用是十分必要的,是消除缺水危機(jī)和解決環(huán)境的途徑之一。
    2.2可行性
    目前許多國(guó)家都致力于將污水單純凈化改變?yōu)橐晕鬯疄樵仙a(chǎn)再生水研究,把城市污水開辟為一種新的水源,這是一個(gè)重大而可喜的轉(zhuǎn)變。例如:美國(guó)城市污水回用量達(dá)9.37×108m3/a(258萬(wàn)m3/d),其中灌溉用水量159萬(wàn)m3/d,約占62%,工業(yè)回用81萬(wàn)m3/d(其中工藝用水25萬(wàn)m3/d,冷卻水53.5萬(wàn)m3/d,鍋爐用水2.5萬(wàn)m3/d),回灌地下水13.0萬(wàn)m3/d,其它回用(娛樂(lè)、養(yǎng)殖、野生植物等)5.0萬(wàn)m3/d。美國(guó)馬里蘭州巴爾的摩(Baltimore)的伯利恒鋼鐵廠將城市污水回用工業(yè)冷卻水已有半個(gè)世紀(jì)的歷史,回用量達(dá)40.5萬(wàn)m3/d。日本從60年代開始就大力研究和開發(fā)推廣城市污水回用技術(shù)。污水再生原主要回用于沖洗廁所、工業(yè)冷卻、農(nóng)田灌溉、景觀用水、市政雜用等,據(jù)有關(guān)文獻(xiàn)報(bào)導(dǎo),1990年已建成1369座中水工程,回用水量達(dá)22.8萬(wàn)m3/d。并在住宅區(qū)設(shè)置了“上水與中水雙管道系統(tǒng)”和制定了“下水處理水再利用技術(shù)指針”。以色列屬半干旱國(guó)家,污水已成為重要水資源之一。100%的生活污水和72%城市污水已經(jīng)回用,建造了200多個(gè)污水回用工程(多數(shù)規(guī)模在5000~10000m3/d),處理后用于農(nóng)灌占42%,回灌地下水約29%,排海水量約29%。
    其它國(guó)家如法國(guó)將城市污水回用作為海濱水域管理的一項(xiàng)措施,沙特阿拉伯制定了廢水回用的強(qiáng)制政策,2000年11%用水來(lái)源于回用水;南非從70年代開始將污水回用于農(nóng)灌、景觀、電廠冷卻和工業(yè)用水等。荷蘭、阿根廷、巴西、科威特、墨西哥等國(guó)均在污水回用方面有成功的業(yè)績(jī)和相關(guān)政策。
    國(guó)內(nèi)大連春柳河污水處理廠已建成1萬(wàn)m3/d日用水工程,用于工業(yè)循環(huán)冷卻水;青島海泊河污水處理廠回用水已用于廠區(qū)內(nèi)綠化、清掃,將用于附近熱電廠等工業(yè)企業(yè);太原北郊污水處理廠將1萬(wàn)m3/d回用水用于太原鋼廠直流高爐冷卻水,北京高碑店污水處理廠1萬(wàn)m3/d深度處理后出水用于廠內(nèi)沖洗濾布、綠化及雜用等。其它如西安、天津、濟(jì)南等城市也都正在進(jìn)行城市污水回用工程的研究。