李 藝
（北京市市政工程設(shè)計(jì)研究總院）

1、總論

　　 北京市是一座人口超過(guò)一千萬(wàn)的大型城市。城市水資源及供水問(wèn)題是制約城市發(fā)展的關(guān)鍵因素，同樣，城市污水的排除與處理也是影響到城市整體生存環(huán)境質(zhì)量的重要因素。

2.狀況

2.1 城市供水狀況
　　北京市位于華北平原的北端，屬半干旱季風(fēng)地區(qū)，降雨量變化大且分布極不均勻。年人均可利用水資源占有量不足400立方米。屬于嚴(yán)重缺水城市。北京市目前有城市供水廠十座，日供水能力為300萬(wàn)噸，目前城市日均需水總量在245萬(wàn)噸左右。其中，利用地下水水源的約占供水總量的43％，利用地表水水源的約各占供水總量的57%。待水源十廠建成以后，城市日供水能力可達(dá)400萬(wàn)噸。
2.2城市排水及處理狀況
　　北京市目前日排水總量約為230萬(wàn)噸。其中生活污水為138萬(wàn)噸每日，約占總排除污水量的 60％，工業(yè)污水量約占40％。其中大量未經(jīng)處理的污水，直接排人市區(qū)及其下游的河渠。致使城市地下水大面積受到污染，地下水質(zhì)量逐年惡化，超標(biāo)范圍逐年擴(kuò)大。地表水方面，全市河流上游水質(zhì)較好，由于市區(qū)大量工業(yè)廢水和生活污水的排入，使河流中下游逐漸受到污染，尤其是下游河流的河段污染嚴(yán)重。環(huán)境條件愈來(lái)愈差，嚴(yán)重影響了城鄉(xiāng)居民的工作和生活，與北京為樣的國(guó)際大都市非常不相配，已經(jīng)到了不治理不行的局面。
　　目前北京城市污水處理廠已經(jīng)建成并運(yùn)行了4座，分別為：方莊污水處理廠，設(shè)計(jì)處理規(guī)模為4萬(wàn)噸／日：北小河污水處理廠，設(shè)計(jì)處理規(guī)模為4萬(wàn)噸／日；高碑店污水處理廠，設(shè)計(jì)處理規(guī)模為100萬(wàn)噸／日；酒仙橋污水處理廠，設(shè)計(jì)處理規(guī)模為20萬(wàn)噸／日；這四座污水處理廠設(shè)計(jì)處理能力為目前城市污水 產(chǎn)生量的55％，但由于該四座污水處理廠流域內(nèi)污水收集管線還不完善，其中部分污水管道工程正在 施工過(guò)程中，污水收集率還未達(dá)到100％。故目前四座污水處理廠實(shí)際運(yùn)行水量?jī)H為設(shè)計(jì)能力的 78％，即日處理污水量100萬(wàn)噸。為目前污水產(chǎn)生量的43％。
　　當(dāng)前正在建設(shè)的污水處理廠一座清河污水處理廠一期工程，日處理規(guī)模20萬(wàn)噸。馬上準(zhǔn)備開工建設(shè)的污水廠兩座——吳家村污水廠(污水處理規(guī)模8萬(wàn)噸／日)、肖家河污水廠(污水處理規(guī)模4萬(wàn)噸／日)。待這三座污水處理廠建成后，城市污水處理率可達(dá)70％。
　　另外兩座城市污水處理廠——盧溝橋污水處理廠(污水處理規(guī)模20萬(wàn)噸／日)和小紅門污水處理廠(污水處理規(guī)模60萬(wàn)噸／日)的建設(shè)將在明年啟動(dòng)。清河污水處理廠二期工程(污水處理規(guī)模20萬(wàn)噸／日)將在一期工程完成后相繼建設(shè)。屆時(shí)，北京的城市污水處理率將達(dá)到90％以上。

3.北京市城市污水處理設(shè)計(jì)思想

3.1劃分城市污水流域
　　對(duì)于北京市的排水體系的流域劃分是以全面規(guī)劃、統(tǒng)籌安排、因地制宜、分期實(shí)施為指導(dǎo)思想。依據(jù)北京西北高、東南低的自然地形，和橫穿北京的清河、壩河、通惠河及涼水河四大排水系統(tǒng)，以雨、污分流制作為城市最終排水體制。結(jié)合河流分布、地形、環(huán)保、污水管道系統(tǒng)的現(xiàn)狀以及回用可能、工程投資、經(jīng)濟(jì)效益等因素，將北京市區(qū)劃分為大小16個(gè)污水流域處理系統(tǒng)。
　　1)高碑店污水流域處理系統(tǒng)
　　流域范圍包括城區(qū)大部分地區(qū)及市區(qū)東部部分鄉(xiāng)域地區(qū)。規(guī)劃流域面積106.82平方公里，排水面積87.38平方公里，規(guī)劃污水量96萬(wàn)立方米／日。該流域污水退水入通惠河。
　　2)小紅門污水流域處理系統(tǒng)
　　流域范圍包括西城大部分地區(qū)和宣武西部地區(qū)、南部工業(yè)區(qū)及市區(qū)南部部分鄉(xiāng)域地區(qū)。規(guī)劃流域面積77.9平方公里，排水面積38.5平方公里，規(guī)劃污水量27萬(wàn)立方米／日。該流域污水退水入涼水河。
　　3）鄭王墳污水流域處理系統(tǒng)：
西起小西山八達(dá)處，東至展覽館路，北起長(zhǎng)河，南至豐臺(tái)。規(guī)劃流域面積120.6平方公里，排水面積67.32平方公里，規(guī)劃污水量43萬(wàn)立方米／日。該流域污水退水入涼水河(大紅門閘上)。
　　(根據(jù)目前項(xiàng)目實(shí)施情況分析，該流域系統(tǒng)將與小紅門流域系統(tǒng)合并為統(tǒng)一的流域系統(tǒng)）
　　4)清河污水流域處理系統(tǒng)
　　流域范圍西起小西山山前，東至德昌路，南起長(zhǎng)河北，北至清河鎮(zhèn)。規(guī)劃流域面積106.89平方公里，排水面積62.54平方公里，規(guī)劃污水量39萬(wàn)立方米／日。該流域污水退水清河下游。
　　5)盧溝橋污水流域處理系統(tǒng)。
　　流域范圍包括石景山、盧溝橋地區(qū)和豐臺(tái)西部及部分鄉(xiāng)域地區(qū)。規(guī)劃流域面積55.8平方公里，排水面積37.15平方公里，規(guī)劃污水量34萬(wàn)立方米／日。該流域污水退水入黃土崗灌渠和馬草河。
　　6)吳家村污水流域處理系統(tǒng)流域范圍包括石景山區(qū)的魯谷區(qū)和老山、古城、八角等生活區(qū)。規(guī)劃污水量8萬(wàn)立方米／日。該流域污水退水入新開渠。
　　7)酒仙橋污水流域處理系統(tǒng)
　　流域范圍包括酒仙橋、左家莊、望京、和平里。黃寺地區(qū)及城東部部分鄉(xiāng)域地區(qū)。規(guī)劃流域面積66.67平方公里，排水面積38.91平方公里，規(guī)劃污水量17萬(wàn)立方米／日。該流域污水退水經(jīng)亮馬河入壩河。
　　8)北小河污水流域處理系統(tǒng)
　　流域范圍西起北中軸西路，東至京承鐵路，北起公路一環(huán)，南到東土城。規(guī)劃流域面積20.68平方公里，排水面積14.24平方公里，規(guī)劃污水量8萬(wàn)立方米／日。該流域污水退水入北小河。
　　9)肖家河污水流域處理系統(tǒng)流域范圍包括市區(qū)西北部的香山、黑山扈、西苑、圓明園、上帝信息產(chǎn)業(yè)基地等地區(qū)。規(guī)劃流域面積21.11平方公里，排水面積8.77平方公里，規(guī)劃污水量4萬(wàn)立方米／日。該流域污水退水入清河，作為清河上游河道補(bǔ)水水源。
　　10)方莊污水流域處理系統(tǒng)
　　流域范圍包括方莊開發(fā)區(qū)及其鄰近地區(qū)約3平方公里的地區(qū)，規(guī)劃污水量4萬(wàn)立方米／日。該流域污水退水計(jì)劃經(jīng)污水處理廠處理后、傳為方莊居住區(qū)、及市區(qū)南部工業(yè)區(qū)中水回用的水源。
　　除此之外，還有北京周邊地區(qū)的六個(gè)污水流域處理系統(tǒng)。分別為：垡頭污水流域處理系統(tǒng)，流域面積37.73平方公里，規(guī)劃污水量16萬(wàn)立方米／日；
　　定福莊污水流域處理系統(tǒng)，流域面積41.31平方公里，規(guī)劃污水量19萬(wàn)立方米／日；
　　東壩污水流域處理系統(tǒng)，流域面積30.63平方公里，規(guī)劃污水量6萬(wàn)立方米／日；
　　北苑污水流域處理系統(tǒng)，流域面積19.23平方公里，規(guī)劃污水量4萬(wàn)立方米／日；
　　南苑污水流域處理系統(tǒng)，流域面積25平方公里，規(guī)劃污水量6萬(wàn)立方米／日；
　　五里坨污水流域處理系統(tǒng)，流域面積18.84平方公里，規(guī)劃污水量2萬(wàn)立方米／日；
3.2 污水處理廠廠址選擇確定
　　由于北京是一座缺水型城市，污水處理后要作為一種水資源就近重復(fù)利用，目前，北京市的城市污水再利用主要有以下幾個(gè)方面：一是用于農(nóng)業(yè)灌溉；二是回用于工業(yè)(以工業(yè)冷卻水為主)；三是考慮城市河湖景觀用水的補(bǔ)充；四是用于城市綠化、道路撓灑及部分建筑中水需求。
　　依據(jù)北京市污水流域劃分的情況，市區(qū)污水處理廠布局應(yīng)采取適當(dāng)集中與分散相結(jié)合的原則，在每個(gè)污水流域建一座城市污水處理廠較為合適。同時(shí)考慮到每個(gè)污水流域都以一條附近的排水河系作為排水的接納水體，利用排水河系可以實(shí)現(xiàn)部分的污水再利用功能(如農(nóng)灌輸水、河道景觀補(bǔ)水等)。另外，每個(gè)流域的排水系統(tǒng)基本上都是依據(jù)自然地形坡度而劃分，即利用重力流管道系統(tǒng)，不需要加壓 提升即可收集系統(tǒng)內(nèi)污水。由此決定在每個(gè)污水流域系統(tǒng)的下游，選擇建污水處理廠是最經(jīng)濟(jì)合理的。
3.3 污水處理工藝的確定
　　各個(gè)獨(dú)立的污水流域中的污水處理廠處理工藝的設(shè)計(jì)思想及原則，是結(jié)合其近遠(yuǎn)期處理規(guī)模，針對(duì)其污水處理后出水的用途，并考慮該污水處理廠建設(shè)時(shí)期，政府的財(cái)政經(jīng)濟(jì)狀況及污水處理廠未來(lái)運(yùn)行管理人員的素質(zhì)水平。由以上多個(gè)因素綜合考慮決定該污水處理廠的處理工藝。以下幾個(gè)污水 處理廠的設(shè)計(jì)實(shí)例可以進(jìn)一步說(shuō)明。
　　1)北京高碑店污水處理廠
　　該污水處理廠一期工程于1993年竣工投產(chǎn)，設(shè)計(jì)規(guī)模為日處理污水50萬(wàn)立方米。排水入通惠河。一期工程的主要目的為改善通惠河河水水質(zhì)，使其能夠滿足農(nóng)業(yè)灌溉用水的要求，所以處理工藝設(shè)計(jì)以去除有機(jī)物污染為主。處理工藝為：
　　污水預(yù)處理——初級(jí)沉淀池——曝氣池——二級(jí)沉淀池——排放設(shè)計(jì)中，控制生物處理池(即曝氣池)以有機(jī)物碳化作為處理目標(biāo)，但在曝氣池容積設(shè)計(jì)和鼓風(fēng)機(jī)配置上，考慮了遠(yuǎn)期對(duì)污水進(jìn)行硝化處理的可能性。由于該廠規(guī)模較大，設(shè)計(jì)中以節(jié)能為主要考慮因素，利用初沉池去除部分有機(jī)物，以減輕后面生物處理池的負(fù)荷，在曝氣設(shè)備上，選擇傳氧效率較高的微孔曝氣器和可調(diào)節(jié)進(jìn)出風(fēng)倒葉的高效離心風(fēng)機(jī)。
　　污泥處理工藝以污泥最終用途為農(nóng)肥為目的，選擇污泥厭氧消化工藝，厭氧產(chǎn)生的沼氣，用于發(fā)電以解決部分廠內(nèi)電力需求，從而節(jié)省能源。
　　高碑店污水處理廠二期工程，是在一期工程竣工后六年投產(chǎn)運(yùn)行的。二期工程設(shè)計(jì)規(guī)模為日處理污水50萬(wàn)立方米。此時(shí)，國(guó)家對(duì)環(huán)境保護(hù)的要求更加嚴(yán)格，對(duì)污水回用資源化的需求逐年增加。由此確定該廠污水處理后出水，除部分用于農(nóng)業(yè)灌溉外，其余將用于北京第一熱電廠和高碑店熱電廠的冷 卻用水，以及供給第六水廠處理后作為城市綠化、澆灑等雜用水使用。
　　為達(dá)到以上目的，二期工程污水處理工藝調(diào)整為脫氮工藝，在一期處理工藝基礎(chǔ)上，增加200％的內(nèi)回流以達(dá)到較高的脫氮率。以后在改造增加除磷工藝。污泥處理仍采用厭氧消化工藝。
　　2)方莊污水處理廠
　　該廠坐落在方莊開發(fā)區(qū)，主要處理來(lái)自方莊住宅區(qū)的生活污水。設(shè)計(jì)處理規(guī)模為日處理污水4萬(wàn)立方米。該廠處理出水根據(jù)規(guī)劃，將作為居住區(qū)內(nèi)生活雜用水、道路沖灑綠化用水及開發(fā)區(qū)內(nèi)工業(yè)冷卻、沖灰用水。由此，決定了該廠處理出水應(yīng)達(dá)到“中水”標(biāo)準(zhǔn)。
　　污水處理工藝必需為常規(guī)生物二級(jí)處理，再加深度處理及消毒才能滿足要求。污水處理工藝為：
　　污水預(yù)處理——初級(jí)沉淀池——曝氣池——二級(jí)沉淀池——混凝反應(yīng)池——沉淀池——濾池 ——消毒——清水池——泵房
　　在污泥處理工藝選擇上，考慮到該廠處理規(guī)模小，產(chǎn)泥量有限，若采用厭氧消化，產(chǎn)生的沼氣由于量小不宜集中利用，而且此系統(tǒng)管理相對(duì)較為復(fù)雜。經(jīng)過(guò)技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較，該廠污泥處理選用好氧消化，再經(jīng)濃縮脫水后外運(yùn)作為農(nóng)肥使用。
　　3)酒仙橋污水處理廠
　　酒仙橋污水處理廠投產(chǎn)于2000年，設(shè)計(jì)規(guī)模為日處理污水20萬(wàn)立方米。主要處理城市東北郊的城市污水，其中生活污水占62％，工業(yè)污水占38％。其處理出水經(jīng)城市北部的亮馬河下游，向南入壩河。
　　該部分河道的主要功能為農(nóng)灌輸水水體，并兼具有城市景觀河道的要求。由此，確定了該廠的處理工藝不僅要滿足農(nóng)灌需要，去除污染有機(jī)物。而且還要考慮非灌溉季節(jié)景觀河道水體的除磷脫氮要求。另外由于進(jìn)場(chǎng)污水中，工業(yè)污水含量較多，在處理工藝考慮上，還要選擇易于操作管理，耐沖擊負(fù)荷較強(qiáng)的污水處理工藝。污泥處理部分，為了避免該部分操作管理的復(fù)雜性，但又要使剩余活性污泥 達(dá)到基本穩(wěn)定的處理。經(jīng)過(guò)多方案比選后，采用具有前置厭氧池的延時(shí)曝氣氧化溝處理工藝。同時(shí)，為保證生物處理部分處理穩(wěn)定并防止污泥膨脹，在厭氧池前增加生物選擇池。采用長(zhǎng)泥齡、低負(fù)荷設(shè)計(jì)。剩余污泥采用濃縮脫水處理。污水處理工藝為：
　　 污水預(yù)處理——選擇池——厭氧池——氧化溝——沉淀池——排放
　　4) 清河污水處理廠
　　 該處理廠為在施工程，其一期處理規(guī)模及外界條件與酒仙橋污水廠類似。設(shè)計(jì)原則與指導(dǎo)思想也基本一致。

4. 存在問(wèn)題與遠(yuǎn)期設(shè)想

4.1 污水處理與回用的結(jié)合問(wèn)題
　　由于污水處理廠建設(shè)的年代不同，對(duì)環(huán)境質(zhì)量的要求也不同。由此帶來(lái)項(xiàng)目進(jìn)遠(yuǎn)期相結(jié)合的問(wèn)題，體現(xiàn)在污水處理與污水作為資源回用的問(wèn)題上，也就是說(shuō)，近期要為遠(yuǎn)期預(yù)留改造的空間和可能性。兩者若結(jié)合的不好，將造成遠(yuǎn)期資金的浪費(fèi)與重復(fù)建設(shè)。所以，對(duì)于污水處理廠的設(shè)計(jì)與建設(shè)還是應(yīng)具有一定的前瞻性和預(yù)見性。管理部門與設(shè)計(jì)部門都應(yīng)對(duì)此問(wèn)題在項(xiàng)目前期就予以重視。
4.2已建和待建的污水處理廠固體廢棄物最終處置問(wèn)題
　　北京城市污水處理廠產(chǎn)生的固體廢棄物的最終處置，目前仍是一個(gè)未徹底解決的問(wèn)題?，F(xiàn)在運(yùn)行的幾座污水處理廠中，柵渣、沉砂及重金屬含量超標(biāo)的污泥，運(yùn)到城市垃圾衛(wèi)生填埋場(chǎng)填埋。其余大部分污泥，仍以農(nóng)用為主，但在北方地區(qū)，農(nóng)田施肥的季節(jié)性問(wèn)題又是污泥不能及時(shí)處置的關(guān)鍵問(wèn)題，非施肥期只能堆放。隨著北京城市污水處理廠的大規(guī)模建設(shè)，這個(gè)問(wèn)題將愈來(lái)愈突出。
　　目前，污泥造粒制肥仍在試驗(yàn)階段，其推廣和發(fā)展受市場(chǎng)銷路的影響和制約。從遠(yuǎn)期觀點(diǎn)看，可能發(fā)展污泥焚燒將是污泥減量化及最終處置的一條出路。
4.3　南水北調(diào)與污水回用問(wèn)題
　　若干年后，北京將實(shí)現(xiàn)南水北調(diào)工程，屆時(shí)北京的水資源調(diào)配方案將會(huì)隨之調(diào)整，同樣，污水回用的方向與用途也將發(fā)生變化。南水北調(diào)與污水回用的關(guān)系及近遠(yuǎn)期結(jié)合問(wèn)題，將是一個(gè)有待于進(jìn)一步分析與研究的課題。

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　　姓　　名：李藝
　　性　　別：男
　　出生年月日：1961年11月4日
　　工作單位：北京市市政工程設(shè)計(jì)研究總院
　　職　　務(wù)：院副總工程師
　　職　　稱：教授級(jí)高級(jí)工程師
　　專業(yè)領(lǐng)域：主要從事城市排水、城市污水處理、工業(yè)廢水處理方面的設(shè)計(jì)和科研工作，包括項(xiàng)目咨詢、設(shè)計(jì)、施工、設(shè)備調(diào)試及培訓(xùn)。曾經(jīng)擔(dān)任南非博茨瓦納喀布羅內(nèi)污水處理廠設(shè)計(jì)人、北京高碑店污水處理廠二期工程設(shè)計(jì)人、石家莊開發(fā)區(qū)污水處理廠審核人、江蘇武進(jìn)污水處理廠項(xiàng)目負(fù)責(zé)人、新疆昌吉污水處理廠項(xiàng)目負(fù)責(zé)人、北京酒仙橋污水處理廠項(xiàng)目負(fù)責(zé)人、清河污水處理廠項(xiàng)目負(fù)責(zé)人。
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