北京市区再生水利用规划设想

北京市城市规划设计研究院
王军 刘京

　　北京是一个严重缺水城市，人均水资源占有量只有300立方米/人，是全国平均水平的八分之一，世界平均水平的三十分之一。水资源短缺已成为制约北京社会经济发展的主要因素。污水经处理再生后可以作为城市的“第二水源”回用于对水质要求不高的城市河湖环境用水、城市绿化用水、工业低质用水、道路浇洒用水、建筑冲厕用水、农业灌溉用水等用途，从而达到节约优质水资源的目的。因此，污水再生回用将成为解决北京市水资源短缺的重要途径。
　　城市污水经适当处理后，水质可以满足一定用途，称之为再生水；根据回用用途和相关水质要求，对一部分处理后的污水进行深度处理并回用于城市，这部分水称之为中水。

第一章 北京市区污水再生利用的现状与回顾及存在问题

一、北京市区污水再生利用的现状与回顾

　　1、污水灌溉：北京市对于城市污水的利用是从污水灌溉开始的。50年代初期在石景山区利用石景山钢铁厂的工业废水进行灌溉，随着市区污水管道和污水泵站的建设，污水灌溉面积不断扩大。目前沿市区清河、坝河、通惠河、凉水河四条河道，分布着大大小小十几条灌渠，污水灌溉主要集中在位于市区下游的丰台区、朝阳区、大兴县以及通州区。2001年北京市农业总用水量中，再生水和污水利用量为0.46亿m3，占农业总用水量的2.8%。
　　2、建筑中水设施：将污水处理后回用于城市是从80年代开始的。中水回用首先在单栋建筑内实施，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。1987年，市政府制定并颁布了《北京市中水设施建设管理试行办法》，规定在全市范围内建筑面积2万平方米以上的宾馆、饭店和建筑面积3万平方米以上的其他公共建筑需配套建设中水设施。这一试行办法进一步推动了建筑中水设施的建设。据统计目前北京市已建成中水设施200套，其中正常运行的有150套，在建的还有100多座,回用水量约2.4万多立方米/日。
　　3、区域性污水再生回用：90年代，北京市区污水处理厂的建设进度加快，为城市污水再生回用创造了更好的条件。1999年编制了《高碑店污水处理厂再生污水综合利用规划》，将高碑店污水处理厂的二级出水一部分送到华能高碑店热电厂和第一热电厂作为电厂冷却用水，还有一部分送到第六水厂（工业低质水厂），经进一步处理后一部分供东南郊工业区作为工业冷却水，其余部分送到南城地区作为公园绿地的绿化用水和道路浇洒用水，污水总回用量为30万立方米/日。该工程目前已经建成投入运行。

二、北京市区污水再生回用存在的问题及阻碍污水再生回用的主要因素

　　由于对污水再生回用的重视程度不足，目前没有将污水作为水资源进行合理的利用，在污水再生回用方面存在以下具体问题：
　　1、目前，相对于北京市水资源紧缺程度，中水利用水平有较大差距。处理后的污水还没有作为重要的水源充分开发和利用，中水处理设施和管网系统建设也没有完全纳入城市基础设施的一部分进行严格要求、统一规划和建设，也没有建立完整的、系统的管理体系。
　　2、建设城市中水系统必须新建中水管道，但是，现状大多数道路在建设时未考虑安排中水管道位置，有些道路已无法安排中水管道，还有的道路虽可安排，但建设难度很大。
　　3、建设资金困难，投资回收较慢是城市中水系统建设的又一大困难。目前，建筑内部、小区内部及工厂内部的小型的污水处理及再生回用设施由业主自筹资金建设；城市中水系统暂时由北京市排水集团中水公司投资建设。由于资金没有保障，中水回用系统建设缓慢。
　　4、用于城市河湖、环境、绿化等相当一部分中水，收缴水费困难，影响供水企业的积极性。由于缺乏市场运作的基础，影响中水利用的进程。
　　5、小型中水回用设施由于分布较分散，不便于进行统一的运行管理，因此不能保证其正常运行，容易造成环境和噪声问题。

第二章 污水再生回用的必要性、可行性

一、污水再生回用的必要性

　　1、水资源短缺的需要
　　北京市是一个严重缺水城市，目前全市用水量已达到多年平均可供水资源量。据预测到2020年在大力节水的前提下，北京市区遇枯水年将缺水约10亿立方米。尤其是在近几年密云、官厅两大水库来水量骤减的情况下，北京市的水资源紧缺形势日趋严峻。北京市域范围内可开发利用的水资源大部分已开发利用，新增水源已相当困难。因此，污水再生回用是解决北京市缺水问题的必要措施。
　　2、可持续发展的需要
　　按照可持续发展战略，一个城市的发展必须立足于当地的自然资源条件，即对自然资源的开发利用“满足当代人的需求，又不危及后代人满足其需要”。污水再生回用既可有效节约清洁水资源，又可减轻水污染，是实施可持续发展战略的重要措施。
　　3、改善环境的需要
　　为了改善北京的环境质量，给人们提供一个清洁优美的生活和工作环境，北京市正在实施大规模绿化和环境整治。除大幅度增加市区公共绿地外，还将用三年时间在市区中心区和边缘集团之间建设240平方公里绿化隔离带，需要增加大量绿化用水。北京市区另一项环境整治工程是疏挖衬砌河道，实施污水截流。为了使河道保持良好环境，维持一个常水位，也需要增加河道景观用水。

二、污水再生回用的可行性、安全性

　　1、水源充足可靠
　　北京市区污水处理厂建设加快，为再生水集中利用提供了可靠水源。城市污水量大并且集中，而且水量不受季节和气候变化的影响。到2008年，市区污水处理厂规模将达到市区污水量的90％；为城市污水再生回用创造了良好的条件。
　　2、水质可保证
　　在再生水水质方面，在污水处理厂二级出水的基础上再加适当的补充处理，可以满足绿化、河湖景观、道路浇洒、工业冷却和市政杂用水水质标准。

再生水与工业冷却用水水质标准比较表

　　3、水价有优势，经济可行。
　　目前自来水的综合水价已经达到5.04元（含污水处理费，下同），其中居民为3.70元；并且将于2005年调整为综合水价6.00元，其中居民为4.50元。根据初步测算，再生水的处理和输送成本为1.00元/立方米左右，远低于目前的自来水价格，随着自来水价格的逐步提高，将会使污水回用具有较明显的经济效益。

第三章 北京市区中水回用系统的规划原则、水质及目标

一、北京市区中水回用系统的规划原则

　　1、在保证人体健康不受到威胁的前提下，尽可能将污水的处理与回用相结合，逐步提高污水再生回用水平。
　　2、按照“优水优用、一水多用、重复利用”的原则，将污水处理厂深度处理的中水优先用于绿化、河湖环境和市政杂用，位于城市下游的农业灌溉用水要优先使用处理后的城市污水。
　　3、中水处理设施的布局应集中与分散相结合，既体现规模效益，又减少中水管道的投资，对于城市中水管道供水困难的地区，继续鼓励建设中水设施。
　　4、按照“长远规划、分期实施”的原则编制中水回用总体规划，并逐步推进污水再生回用的进程。中水用户的选择按照“先近后远、先易后难”的原则，逐步扩大中水的用户和用量。

二、北京市区中水回用系统的规划思路

　　1、 中水处理厂的布局应遵循集中与分散相结合的原则，既体现规模效益，又减少回用距离。
　　2、 为节省投资、便于管理，中水处理厂应与污水处理厂合建。
　　3、根据中水用量及用户分布、各污水处理厂的规划处理规模和所处地势、供水量与供水距离的关系等因素，初步划定中水处理厂的供水范围。供水范围之外的小区或公建采用小型中水回用设施。
　　4、为减少中水回用过程中的能量损失，中水处理厂应以城市水系上游及中游的污水处理厂为主；为加快污水回用的速度和进程，中水处理厂应以现状及规划筹建的污水处理厂为主。
　　5、管道布置应充分考虑供水量和用水点的分布，采用环状与枝状管网相结合的管道布置形式，力求减小供水距离，并保留远期各中水处理厂联网供水的可能性。
　　6、中水管道的供水能力按高日高时设计计算，并充分考虑远期用水量的增加。
　　7、在中水供水管道未普及之前，建筑规划较大的小区或公建近期可建设小型中水回用设施。远期中水供水管道实施后再进行水源置换。

三、再生水供水水质

　　根据现有标准，冲厕、绿化、道路浇洒（清扫）和循环冷却用水水质标准比较接近，Ⅳ类河道水质标准高于生活杂用水和绿化用水的水质标准。为了简化再生水供水管道系统，再生水供水系统宜采用统一的供水水质。由于绿化、道路浇洒及降尘用水都会与人体直接接触，同时为了提高公众对再生水的认同度，再生水的水质应选用较高的标准。经综合比较，再生水供水水质采用《城市污水再生回用 城市杂用水水质标准》（GB/T 18920）中较高标准作为再生水的水质标准。
　　农业灌溉用水水质标准应符合《农业灌溉水质标准》（GB5084-92）。

四、再生水利用规划目标

　　规划到2010年，中水城市回用率达到25%，达到2.3亿立方米/年；二级退水工业及农业利用率达到25%，达到2.3亿立方米/年；污水综合利用率达到50%，达到4.6亿立方米/年。
　　规划到2020年，中水城市回用率达到35%，达到3.5亿立方米/年；二级退水工业及农业利用率达到25%，达到2.5亿立方米/年；污水综合利用率达到60%，达到6.0亿立方米/年。
　　规划远景，中水城市回用率达到45%，达到5.5亿立方米/年；二级退水工业及农业利用率达到25%，达到2.8亿立方米/年；污水综合利用率达到70%，达到8.3亿立方米/年。

第四章 北京市区污水再生回用的用途及需水量预测

　　根据北京市区的用水结构和特点，北京市区中水主要用于河湖景观用水、绿化用水、建筑冲厕用水、道路浇洒及降尘用水、工业用水五个方面，剩余二级出水作为农业灌溉用水。

一、城市河湖环境用水

　　按照北京市区地表水水体功能划分，市区河湖水系属于Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ类水体。根据北京市区水系的不同功能及水质标准及再生水可能达到的水质标准，Ⅲ类以上水体的环境用水规划采用清洁水源，即密云水库或官厅水库的水；IV类水体的环境用水采用污水处理厂的深度处理水（即中水）；V类水体的环境用水采用污水处理厂的二级出水。
　　1、需水量标准：
　　补水采用2cm/日（合200 m3/hm2/日）。换水采用：清水、中水每年8次，每次换水1m深；规划湖泊的换水次数为2次，每次换水1m深。
　　2、规划河湖面积：
　　北京市市区范围内有通惠河、凉水河、清河、坝河等四条主要河道及20多条较大支流，河道总长344km，现状湖泊27个，水面面积707公顷。
　　规划对北二环水系、三环水系通过截污、清淤、水利设施改造、绿化美化等工作进行全面综合治理。规划实施后，城市河道水体基本还清，水面面积进一步扩大，达到1506 hm²。
　　规划新增湖泊（含湿地）1411公顷，现状及规划湖泊总面积达到2118公顷。
　　北京市城市河湖水系规划实现后，总水面面积将达到3624hm²。
　　3、城市河湖环境用水量预测。
　　根据北京市区水系的不同功能及水质标准，规划考虑Ⅲ类以上水体的环境用水采用清水，即密云水库或官厅水库的水；Ⅳ类水体的环境用水采用污水处理厂的深度处理水（即中水）；Ⅴ类水体的环境用水采用污水处理厂的二级处理水。
　　市区城市河湖需补清水8266万m³/年（补水6054万m³/年，换水2212万m³/年）；需补深度处理水（即中水）12297万m³/年（补水7865万m³/年，换水4432万m³/年）；需补二级处理水11266万m³/年（补水8843万m³/年，换水2423万m³/年）。 深度处理水（即中水）日需要量33.6万m³/日。

二、城市绿化用水

　　1、北京市城市规划绿地
　　根据《北京市区绿地系统规划》，市区城市绿地包括公共绿地、生产绿地、防护绿地、单位附属绿地、居住区区绿地、道路绿地等。各种不同性质的绿地如下表所示：

　　2、绿化需水量标准
　　 根据不同性质绿地的乔木、灌木、花卉草坪的分布比例及其需水量特点，确定绿化用水量标准如下：

　　3、绿化需水量预测

绿化需水量表

　　根据上表计算结果，北京市区绿地年需水量约9778万m³，最高月需水量为2014万m³，最高日需水量为70.53万m³。

三、道路浇洒及洗车用水

　　1、需水量标准：
　　道路浇洒用水量指标：道路冲刷1.0升/平方米.日，每日1次；喷雾降尘用水量0.25升/平方米.日.次，每日2次；总用水量1.50升/平方米.日。
　　洗车用水量指标：采用电脑自动清洗，平均15升/辆.次。
　　2、道路浇洒用水量预测
　　道路总面积（含边缘集团）为164.4平方公里，其中路板面积按道路总面积的50%计算，为82.2平方公里，按道路冲刷及喷雾降尘用水量标准1.5升/平方米.日计算，道路浇洒用水量为12.33万立方米/日，道路浇洒一般在4月1日至10月31日作业（210天），年需水量约2589万立方米/年。
　　3、洗车需水量预测
　　规划北京市区机动车拥有量为300万量，再考虑每年1000万车次进京，按每辆车每10天冲洗1次，洗车用水量为179万立方米/年，合4910立方米/日。

四、建筑冲厕用水

　　1、建筑冲厕需水量标准
　　住宅冲厕用水量标准采用0.4-1.4L/(m².d)；公共建筑冲厕用水量标准为1.2-2.8L/(m².d)。
　　2、建筑冲厕需水量预测

　　北京市区远景居住建筑的冲厕用水量为33.50万m3/.d；远景公建建筑的冲厕用水量为36.82万m³/.d，总冲厕用水量为70.32万m³/.d，每年需要再生水约2.57亿m³。

五、工业低质用水

　　由于北京市未来的工业结构调整，工业用水大户的搬迁改造及工业用水内部重复利用水平的提高。工业低质用水量不断减少。规划考虑再生水为第一热电厂、第二热电厂、太阳宫电厂、草桥热电厂、三河热电厂提供循环冷却水。其中华能热电厂、第一热电厂直接使用二级出水，其余使用深度处理水。深度处理水年需水量3976万立方米/年，高日需水量为12.9万立方米/日。

六、农业灌溉用水

　　城市污水处理厂的二级出水部分深度处理后回用于城市,剩余部分二级出水排入清河、坝河、通惠河、凉水河四条河道，再通过现状灌渠，灌溉位于市区下游的丰台区、朝阳区、大兴县以及通州区的农田。
　　1、农业灌溉用水量标准：
　　根据不同农作物,并采用节水灌溉方式,采用 260-400立方米/(亩.年)。
　　2、农业灌溉用水量：
　　通惠河流域农业灌溉可利用二级出水1.42亿立方米/年；坝河流域农业灌溉可利用二级出水0.04亿立方米/年；清河流域农业灌溉可利用二级出水0.09亿立方米/年；凉水河流域农业灌溉可利用二级出水0.47亿立方米/年。
　　北京市区污水处理厂剩余二级出水用于农业灌溉，每年用水量约2.01亿立方米/年。

第五章 北京市区中水回用系统规划方案

一、中水回用的远景规划及中水处理厂的远景规模

　　在应用地理信息系统（GIS）进行需水量的统计与分析的前提下，北京市区污水回用应在已确定的污水处理厂布局的基础上，以各污水处理厂为中心，综合考虑远景中水用户的分布、中水用水量、回用距离、地形地势情况等因素，划定各污水处理厂中水回用的范围，并确定中水的处理规模。

三、中水管网系统规划

　　中水供水区域的划分：由于西部高程过高，所以将西部五里坨供水区域独立出整个管网；由于门头村污水处理厂规模较小，规划供水量5000m³/d，仅满足其服务区内用水，对整个管网没有贡献，所以将门头村供水区域独立出整个管网；规划肖家河污水处理厂出水全部供给河道用水，所以将肖家河污水处理厂独立出整个管网。根据北京市西高东低的地形特点，按照高程基本相同的原则将整个管网划分为四个中水系统，市区西部中水系统：首钢、吴家村、田村路、万泉庄供水分区；市区南部中水系统：卢沟桥、郑王坟、小红门、方庄供水分区；市区东、中部中水系统：第六水厂、高碑店、东坝、酒仙桥供水分区；市区北部中水系统：北小河、北苑、清河供水分区。四个中水系统之间采用弱连接。
　　水处理厂及中水处理厂，规划供水量5000立方米/日，仅满足其服务区内用水。
　　北京市中水管道系统计算图

第六章 政策与法规的配套建设

　　污水再生利用是一项大的系统工程，除了要修建中水处理设施和中水管道外，还要有政策法规保障和必要的管理措施，以保证再生水利用事业的健康发展。
　　1、建立完善的管理体系及法律体系，制定《城市再生水利用管理条例》。
　　建议建立污水再生利用系统方面完整、系统的管理体系。建立污水再生利用方面的专门机构或部门，管理污水再生利用设施和管道系统，负责污水再生利用工程的验收、运行及收费、水质监督等。由城市节水部门核定用水计划、用水定额，负责监督执行，并行使行政处罚权。
　　建议建立污水再生利用方面完整、系统的地方性法律体系，即《城市再生水利用管理条例》。法律体系包括总则；污水再生利用的用途；管理部门和机构；用水定额的确定；水质管理；规划设计的审批；污水再生利用工程的建设和验收；污水再生利用工程的运行管理；违法处罚办法等内容。
　　2、建立对城市再生水产业的投资鼓励政策及特许经营权制度
　　建立对再生水产业投资鼓励政策，促进污水再生回用产业的发展。一方面可以通过财政补贴、税收优惠和贴息贷款等手段实现，另一方面可以通过为污水再生利用产业创造良好的体制环境实现。具体而言包括：促进、增加再生水产业的政府投入；实行污水再生回用产业的扶植政策，在用地、税收、贷款等方面给予一定的优惠政策；对城市再生水产业实行许经营权制度，保证其投资回报的长期性、稳定性，降低企业的经营风险。
　　3、建立完善的收费体系、拓展资金来源。
　　建议建立再生水的收费体系。对具有公益性的城市河糊环境用水、绿化隔离地区的绿化用水、道路浇洒用水建议通过提高污水处理费的方式收取。对其他再生水用户实行计量收费。
　　城市河糊环境用水、绿化隔离地区的绿化用水、道路浇洒用水具有公益性，经计算，这部分用水约占总用水的37%左右。这部分用水无法由确定的用户承担用水的费用，因此建议通过提高污水处理费的方式收取，约提高污水处理费0.25元左右。用于公益性质的再生水主要目的是增加城市水面面积，提高城市绿化面积，提高城市水环境、大气环境质量，改善小气候，其收益者是具有不确定性的全体公民，因此由全体公民共同承担公益性再生水费用也是科学合理的。
　　建议在污水再生利用的利期阶段，采用政府以资本金的方式投入建设资金，或者通过提高污水处理费的方法筹集污水再生利用设施及管道系统的建设资金，并且通过不断扩大供水规模，增加中水收费，再投入建设资金不断扩建回用设施、完善管道系统，实现滚动式发展的模式。
　　合理利用水资源费，世界银行贷款、外国政府贷款、长期国债资金等，全方位拓展污水再生利用的启动资金、补充建设资金的不足，并通过再生水收费实现还贷、建设和发展。