北京市城市污水处理状况及设计思想

李 艺
（北京市市政工程设计研究总院）

1、总论

　　 北京市是一座人口超过一千万的大型城市。城市水资源及供水问题是制约城市发展的关键因素，同样，城市污水的排除与处理也是影响到城市整体生存环境质量的重要因素。

2.状况

2.1 城市供水状况
　　北京市位于华北平原的北端，属半干旱季风地区，降雨量变化大且分布极不均匀。年人均可利用水资源占有量不足400立方米。属于严重缺水城市。北京市目前有城市供水厂十座，日供水能力为300万吨，目前城市日均需水总量在245万吨左右。其中，利用地下水水源的约占供水总量的43％，利用地表水水源的约各占供水总量的57%。待水源十厂建成以后，城市日供水能力可达400万吨。
2.2城市排水及处理状况
　　北京市目前日排水总量约为230万吨。其中生活污水为138万吨每日，约占总排除污水量的 60％，工业污水量约占40％。其中大量未经处理的污水，直接排人市区及其下游的河渠。致使城市地下水大面积受到污染，地下水质量逐年恶化，超标范围逐年扩大。地表水方面，全市河流上游水质较好，由于市区大量工业废水和生活污水的排入，使河流中下游逐渐受到污染，尤其是下游河流的河段污染严重。环境条件愈来愈差，严重影响了城乡居民的工作和生活，与北京为样的国际大都市非常不相配，已经到了不治理不行的局面。
　　目前北京城市污水处理厂已经建成并运行了4座，分别为：方庄污水处理厂，设计处理规模为4万吨／日：北小河污水处理厂，设计处理规模为4万吨／日；高碑店污水处理厂，设计处理规模为100万吨／日；酒仙桥污水处理厂，设计处理规模为20万吨／日；这四座污水处理厂设计处理能力为目前城市污水 产生量的55％，但由于该四座污水处理厂流域内污水收集管线还不完善，其中部分污水管道工程正在 施工过程中，污水收集率还未达到100％。故目前四座污水处理厂实际运行水量仅为设计能力的 78％，即日处理污水量100万吨。为目前污水产生量的43％。
　　当前正在建设的污水处理厂一座清河污水处理厂一期工程，日处理规模20万吨。马上准备开工建设的污水厂两座——吴家村污水厂(污水处理规模8万吨／日)、肖家河污水厂(污水处理规模4万吨／日)。待这三座污水处理厂建成后，城市污水处理率可达70％。
　　另外两座城市污水处理厂——卢沟桥污水处理厂(污水处理规模20万吨／日)和小红门污水处理厂(污水处理规模60万吨／日)的建设将在明年启动。清河污水处理厂二期工程(污水处理规模20万吨／日)将在一期工程完成后相继建设。届时，北京的城市污水处理率将达到90％以上。

3.北京市城市污水处理设计思想

3.1划分城市污水流域
　　对于北京市的排水体系的流域划分是以全面规划、统筹安排、因地制宜、分期实施为指导思想。依据北京西北高、东南低的自然地形，和横穿北京的清河、坝河、通惠河及凉水河四大排水系统，以雨、污分流制作为城市最终排水体制。结合河流分布、地形、环保、污水管道系统的现状以及回用可能、工程投资、经济效益等因素，将北京市区划分为大小16个污水流域处理系统。
　　1)高碑店污水流域处理系统
　　流域范围包括城区大部分地区及市区东部部分乡域地区。规划流域面积106.82平方公里，排水面积87.38平方公里，规划污水量96万立方米／日。该流域污水退水入通惠河。
　　2)小红门污水流域处理系统
　　流域范围包括西城大部分地区和宣武西部地区、南部工业区及市区南部部分乡域地区。规划流域面积77.9平方公里，排水面积38.5平方公里，规划污水量27万立方米／日。该流域污水退水入凉水河。
　　3）郑王坟污水流域处理系统：
西起小西山八达处，东至展览馆路，北起长河，南至丰台。规划流域面积120.6平方公里，排水面积67.32平方公里，规划污水量43万立方米／日。该流域污水退水入凉水河(大红门闸上)。
　　(根据目前项目实施情况分析，该流域系统将与小红门流域系统合并为统一的流域系统）
　　4)清河污水流域处理系统
　　流域范围西起小西山山前，东至德昌路，南起长河北，北至清河镇。规划流域面积106.89平方公里，排水面积62.54平方公里，规划污水量39万立方米／日。该流域污水退水清河下游。
　　5)卢沟桥污水流域处理系统。
　　流域范围包括石景山、卢沟桥地区和丰台西部及部分乡域地区。规划流域面积55.8平方公里，排水面积37.15平方公里，规划污水量34万立方米／日。该流域污水退水入黄土岗灌渠和马草河。
　　6)吴家村污水流域处理系统流域范围包括石景山区的鲁谷区和老山、古城、八角等生活区。规划污水量8万立方米／日。该流域污水退水入新开渠。
　　7)酒仙桥污水流域处理系统
　　流域范围包括酒仙桥、左家庄、望京、和平里。黄寺地区及城东部部分乡域地区。规划流域面积66.67平方公里，排水面积38.91平方公里，规划污水量17万立方米／日。该流域污水退水经亮马河入坝河。
　　8)北小河污水流域处理系统
　　流域范围西起北中轴西路，东至京承铁路，北起公路一环，南到东土城。规划流域面积20.68平方公里，排水面积14.24平方公里，规划污水量8万立方米／日。该流域污水退水入北小河。
　　9)肖家河污水流域处理系统流域范围包括市区西北部的香山、黑山扈、西苑、圆明园、上帝信息产业基地等地区。规划流域面积21.11平方公里，排水面积8.77平方公里，规划污水量4万立方米／日。该流域污水退水入清河，作为清河上游河道补水水源。
　　10)方庄污水流域处理系统
　　流域范围包括方庄开发区及其邻近地区约3平方公里的地区，规划污水量4万立方米／日。该流域污水退水计划经污水处理厂处理后、传为方庄居住区、及市区南部工业区中水回用的水源。
　　除此之外，还有北京周边地区的六个污水流域处理系统。分别为：垡头污水流域处理系统，流域面积37.73平方公里，规划污水量16万立方米／日；
　　定福庄污水流域处理系统，流域面积41.31平方公里，规划污水量19万立方米／日；
　　东坝污水流域处理系统，流域面积30.63平方公里，规划污水量6万立方米／日；
　　北苑污水流域处理系统，流域面积19.23平方公里，规划污水量4万立方米／日；
　　南苑污水流域处理系统，流域面积25平方公里，规划污水量6万立方米／日；
　　五里坨污水流域处理系统，流域面积18.84平方公里，规划污水量2万立方米／日；
3.2 污水处理厂厂址选择确定
　　由于北京是一座缺水型城市，污水处理后要作为一种水资源就近重复利用，目前，北京市的城市污水再利用主要有以下几个方面：一是用于农业灌溉；二是回用于工业(以工业冷却水为主)；三是考虑城市河湖景观用水的补充；四是用于城市绿化、道路挠洒及部分建筑中水需求。
　　依据北京市污水流域划分的情况，市区污水处理厂布局应采取适当集中与分散相结合的原则，在每个污水流域建一座城市污水处理厂较为合适。同时考虑到每个污水流域都以一条附近的排水河系作为排水的接纳水体，利用排水河系可以实现部分的污水再利用功能(如农灌输水、河道景观补水等)。另外，每个流域的排水系统基本上都是依据自然地形坡度而划分，即利用重力流管道系统，不需要加压 提升即可收集系统内污水。由此决定在每个污水流域系统的下游，选择建污水处理厂是最经济合理的。
3.3 污水处理工艺的确定
　　各个独立的污水流域中的污水处理厂处理工艺的设计思想及原则，是结合其近远期处理规模，针对其污水处理后出水的用途，并考虑该污水处理厂建设时期，政府的财政经济状况及污水处理厂未来运行管理人员的素质水平。由以上多个因素综合考虑决定该污水处理厂的处理工艺。以下几个污水 处理厂的设计实例可以进一步说明。
　　1)北京高碑店污水处理厂
　　该污水处理厂一期工程于1993年竣工投产，设计规模为日处理污水50万立方米。排水入通惠河。一期工程的主要目的为改善通惠河河水水质，使其能够满足农业灌溉用水的要求，所以处理工艺设计以去除有机物污染为主。处理工艺为：
　　污水预处理——初级沉淀池——曝气池——二级沉淀池——排放设计中，控制生物处理池(即曝气池)以有机物碳化作为处理目标，但在曝气池容积设计和鼓风机配置上，考虑了远期对污水进行硝化处理的可能性。由于该厂规模较大，设计中以节能为主要考虑因素，利用初沉池去除部分有机物，以减轻后面生物处理池的负荷，在曝气设备上，选择传氧效率较高的微孔曝气器和可调节进出风倒叶的高效离心风机。
　　污泥处理工艺以污泥最终用途为农肥为目的，选择污泥厌氧消化工艺，厌氧产生的沼气，用于发电以解决部分厂内电力需求，从而节省能源。
　　高碑店污水处理厂二期工程，是在一期工程竣工后六年投产运行的。二期工程设计规模为日处理污水50万立方米。此时，国家对环境保护的要求更加严格，对污水回用资源化的需求逐年增加。由此确定该厂污水处理后出水，除部分用于农业灌溉外，其余将用于北京第一热电厂和高碑店热电厂的冷 却用水，以及供给第六水厂处理后作为城市绿化、浇洒等杂用水使用。
　　为达到以上目的，二期工程污水处理工艺调整为脱氮工艺，在一期处理工艺基础上，增加200％的内回流以达到较高的脱氮率。以后在改造增加除磷工艺。污泥处理仍采用厌氧消化工艺。
　　2)方庄污水处理厂
　　该厂坐落在方庄开发区，主要处理来自方庄住宅区的生活污水。设计处理规模为日处理污水4万立方米。该厂处理出水根据规划，将作为居住区内生活杂用水、道路冲洒绿化用水及开发区内工业冷却、冲灰用水。由此，决定了该厂处理出水应达到“中水”标准。
　　污水处理工艺必需为常规生物二级处理，再加深度处理及消毒才能满足要求。污水处理工艺为：
　　污水预处理——初级沉淀池——曝气池——二级沉淀池——混凝反应池——沉淀池——滤池 ——消毒——清水池——泵房
　　在污泥处理工艺选择上，考虑到该厂处理规模小，产泥量有限，若采用厌氧消化，产生的沼气由于量小不宜集中利用，而且此系统管理相对较为复杂。经过技术经济比较，该厂污泥处理选用好氧消化，再经浓缩脱水后外运作为农肥使用。
　　3)酒仙桥污水处理厂
　　酒仙桥污水处理厂投产于2000年，设计规模为日处理污水20万立方米。主要处理城市东北郊的城市污水，其中生活污水占62％，工业污水占38％。其处理出水经城市北部的亮马河下游，向南入坝河。
　　该部分河道的主要功能为农灌输水水体，并兼具有城市景观河道的要求。由此，确定了该厂的处理工艺不仅要满足农灌需要，去除污染有机物。而且还要考虑非灌溉季节景观河道水体的除磷脱氮要求。另外由于进场污水中，工业污水含量较多，在处理工艺考虑上，还要选择易于操作管理，耐冲击负荷较强的污水处理工艺。污泥处理部分，为了避免该部分操作管理的复杂性，但又要使剩余活性污泥 达到基本稳定的处理。经过多方案比选后，采用具有前置厌氧池的延时曝气氧化沟处理工艺。同时，为保证生物处理部分处理稳定并防止污泥膨胀，在厌氧池前增加生物选择池。采用长泥龄、低负荷设计。剩余污泥采用浓缩脱水处理。污水处理工艺为：
　　 污水预处理——选择池——厌氧池——氧化沟——沉淀池——排放
　　4) 清河污水处理厂
　　 该处理厂为在施工程，其一期处理规模及外界条件与酒仙桥污水厂类似。设计原则与指导思想也基本一致。

4. 存在问题与远期设想

4.1 污水处理与回用的结合问题
　　由于污水处理厂建设的年代不同，对环境质量的要求也不同。由此带来项目进远期相结合的问题，体现在污水处理与污水作为资源回用的问题上，也就是说，近期要为远期预留改造的空间和可能性。两者若结合的不好，将造成远期资金的浪费与重复建设。所以，对于污水处理厂的设计与建设还是应具有一定的前瞻性和预见性。管理部门与设计部门都应对此问题在项目前期就予以重视。
4.2已建和待建的污水处理厂固体废弃物最终处置问题
　　北京城市污水处理厂产生的固体废弃物的最终处置，目前仍是一个未彻底解决的问题。现在运行的几座污水处理厂中，栅渣、沉砂及重金属含量超标的污泥，运到城市垃圾卫生填埋场填埋。其余大部分污泥，仍以农用为主，但在北方地区，农田施肥的季节性问题又是污泥不能及时处置的关键问题，非施肥期只能堆放。随着北京城市污水处理厂的大规模建设，这个问题将愈来愈突出。
　　目前，污泥造粒制肥仍在试验阶段，其推广和发展受市场销路的影响和制约。从远期观点看，可能发展污泥焚烧将是污泥减量化及最终处置的一条出路。
4.3　南水北调与污水回用问题
　　若干年后，北京将实现南水北调工程，届时北京的水资源调配方案将会随之调整，同样，污水回用的方向与用途也将发生变化。南水北调与污水回用的关系及近远期结合问题，将是一个有待于进一步分析与研究的课题。

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　　姓　　名：李艺
　　性　　别：男
　　出生年月日：1961年11月4日
　　工作单位：北京市市政工程设计研究总院
　　职　　务：院副总工程师
　　职　　称：教授级高级工程师
　　专业领域：主要从事城市排水、城市污水处理、工业废水处理方面的设计和科研工作，包括项目咨询、设计、施工、设备调试及培训。曾经担任南非博茨瓦纳喀布罗内污水处理厂设计人、北京高碑店污水处理厂二期工程设计人、石家庄开发区污水处理厂审核人、江苏武进污水处理厂项目负责人、新疆昌吉污水处理厂项目负责人、北京酒仙桥污水处理厂项目负责人、清河污水处理厂项目负责人。
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