膜生物反应器解决北京水资源短缺
前言
北京市是一个严重缺水城市，人均水资源占有量仅300 m3 左右，为全国人均的1/8，世界的1/32。特别是1999年以后，北京连续5年严重干旱，年平均降水量仅为450 毫米，北京地表水源，密云水库、官厅水库蓄水急剧减少。据计算，全市平原区地下水八十年代亏损达到21.78 亿m3，年均亏损2.2 亿m3。已经形成以朝阳区为中心，西到石景山、东至顺义县城、南至南苑、北到昌平山前约1600km2 的漏斗区。去年北京市平原区地下水埋深平均为13.65 米，比2002年同期下降2 米，比1980 年初下降7.2 米，地下水储量比1980 年减少36.86亿立方米。平原区地下水连续5年下降1米以上。水资源开发量基本达到自然的极限，不得不从周边也严重缺水的省市调水。
南水北调每年调水入京10 亿m3，能在很大程度上缓解北京的用水需求。而按照发展规划，北京市2020 年人口将增加到1800 万以上，从人均的水资源占有量来说，南水北调外来水后，人均占有量不足300 m3，北京还是一个严重缺水城市，形势仍十分严峻。水资源短缺已成为北京市经济和社会可持续发展的主要制约因素之一。
然而水是自然环境中最活跃的要素，水资源与其他固体资源和石油资源的本质区别是他的可流动性和动态循环性。北京污水发生量2000 年为264 万m3／d，据预测20l0 年将达到327 万m3／d，每年约l 2 亿m3。通过水的再生回用技术，使城市污水资源化，这是水资源可持续利用，特别是南水北调之前克服北京水危机的有效途径。虽然城市污水资源化是水资源可持续利用的重大举措，预计2005年年底北京市污水处理能力可以达到每日168.4 万吨，污水处理率达到70%，超额完成“十五”水污染防治计划目标要求，2003 年北京市城市污水再生利用率理论上为20%，预计2005 年达30%。然而现实情况却是，由于管道等配套设施缺乏，缺水的北京，去年再生水使用量仅为3000 多万立方米，实际利用率还不到10%，90%的再生水只得白白流走。
由于再生水处理工艺大多采用生物接触氧化法和物化处理两种处理工艺，导致再生水水质不高及安全性问题又大大限制了再生水的应用范围和对付突发公共卫生能力。
如突如其来的“非典”期间，在国内采用传统工艺进行再生水处理设施纷纷停运，如果北京遇到连续丰水年，这些低质再生水利用率又可能大大降低，不能做到丰补枯用。 突如其来的“非典”疫情袭击了我国大部分地区，使人们再一次深刻领悟到公共卫生和环境安全的重要性。香港淘大花园下水管道原因使集体感染SARS 的消息公开后，国内再生水设施基本停产。近年来膜处理工艺已开始在再生水处理中得到应用，特别是双膜工艺处理后的再生水水质及安全性都可得到保障，可以根据用户要求提供任意高水质的再生水和连续丰水年仍可安全回灌地下。这就为扩大再生水的应用范围和丰补枯用提供了一条可行性技术保障路线。即只要充分利用水资源在本区域的动态循环性，立足北京市就可为根本解决北京市水资源短缺提供一条可靠途径。
一、北京水资源及利用的现状
1．北京水资源概况
首都北京位于华北平原西北部，行政区面积16800 平方公里，其中山区面积10400 平方公里，平原米面积6400 平方公里。北京属温带半干旱半湿润性季风气候，冬季受蒙古高压影响，盛行偏北风，天气晴朗少雨雪；夏季受大陆热低压影响，盛行偏南气流，多阴雨天气。全市年平均气温为11～12℃,极端最高气温43.5℃，极端最低气温－27.4℃。年日照数2600～2800 小时，年水面蒸发1120毫米，多年平均陆地蒸发量在450～500 毫米。海河流域，从东到西分布有薊运河、潮白河、北运河、永定河和大清河五大水系。储备运河发源于本市外，其他四条水系均发源于境外的河北山西和内蒙古。
北京多年平均降雨595 毫米，年平均降雨总量99.96 亿m3扣除路面蒸发，形成区域天然水资源量39.99 亿m3。受水气补充条件和地理位置、地形等条件影响，境内降水具有时空分布不均、丰枯交替发生等特点。最低年降雨量272毫米，最高为1406 毫米。丰枯连续出现的时间一般为2～3 年，最长连丰年可达6 年，连枯年可达9 年，历史记载最长枯水期为20 年。汛期（6～9 月）集中了全年降水的85％，往往形成洪涝灾害；而在非汛期又因降水少和用水量大，造成用水紧张。总的水文气象特点表现为春季十年九旱，汛期又多暴雨洪水和泥石流。
全市可供水资源量多年平均为41.33 亿m3（包括入境水量），其中地表水15.0 亿m3，地下水26.33 亿m3。由于人口密度高，人均水资源量少，属于资源性缺水地区。
1999年以后，北京连续5年严重干旱，年平均降水量仅为450毫米。年可利用水资源为18亿～27亿立方米。去年降水形势略有好转，但降水仍比多年平均少一成，是降水偏少年份。北京地表水源，密云水库、官厅水库蓄水急剧减少。2004年7月底，密云水库蓄水仅为6.49亿立方米，扣除死库容，可供水量仅2亿立方米。官厅水库蓄水1.7亿立方米，可供水量仅0.9亿立方米。平原区地下水平均埋深20米，连续5年下降1米以上。
目前，北京水资源量严重不足。北京多年平均降水595毫米，年均可利用水资源41亿立方米。北京市人口已接近1500万，人均水资源量不足300立方米。远低于联合国划定人均1000立方米的缺水下限，是水资源严重短缺的特大城市。
2.北京水资源利用现状分析
2.1 供水、用水现状分析
①供水
截至2002 年，我市有城市供水企业18 家，自来水处理厂31 座，污水处理厂30 座。其中，市区自来水厂13 座，污水厂11 座，市区供水能力为300 万m3/d， 污水处理能力为168.9 万m3/d。2002 年全市供水总量为13.71 亿m3，其中市区供水总量为8.9 亿m3。2002 年市用水量7.9 亿m3，2003 年1～8 月用水量4.7亿m3。年污水排放总量约8 亿m3 污水（工业废水、生活污水、受污染的降水），其中有近4 亿m3 得到处理，另一半污水仍排入河道。城区的污水处理率从1990年的0.94%提高到2002 年47.3%，2003 年能够达到53%，2005 年将提高到70%，2008 年将实现90%的污水处理率。
官厅、密云两大水库的来水量和库存水量日益减少。由于连年干旱和上游地区蓄水量增加，境外来水量骤减。官厅水库年平均来水量由50年代的19.3 亿m3 锐减到90 年代的4.0 亿m3。密云水库来水量80、90 年代比60、70 年代平均减少4 亿m3 左右。1999～2003 年，北京地区连续5 年干旱，5 年平均降水428mm，为多年平均降水量的70％。2003 年，密云水库和官厅水库来水分别仅为2.45亿m3 和1.33 亿m3，比九十年代年均来水分别减少了5.05 亿m3 和2.67 亿m3。
1999 年以后，北京连续５年严重干旱，年平均降水量仅为４５０毫米。年可利用水资源为18 亿～27 亿立方米。去年降水形势略有好转，但降水仍比多年平均少一成，是降水偏少年份。北京地表水源，密云水库、官厅水库蓄水急剧减少。2004４年7 月底，密云水库蓄水仅为6.49亿立方米，扣除死库容，可供水量仅２亿立方米。官厅水库蓄水1.7 亿立方米，可供水量仅0.9 亿立方米。平原区地下水平均埋深20 米，连续5 年下降1 米以上。
②用水
2003 年北京市总用水量35.8 亿m3，地表水、地下水、其它水源供水量分别为8.33、25.42、2.05 亿m3，分别占全市总供水量的23％、71％、6％。按用水对象分，工业、生活、农业、河湖环境用水分别为8.4、13.0、13.8、0.6 亿m3，分别占全市总用水量的23％、36％、39％、2％。北京节水取得了突出的成绩。目前，城市累计节水15.5 亿m3。农业累计节水30 多亿m3。万元GDP 耗水量由1995 年的322m3/万元下降到2003 年的98m3/万元，比1995 年下降了70％，是我国平均水平的18.67％。。
北京市现状水资源可供水量在50％、75％年份分别为41、34 亿m3。遇枯水年份，供需矛盾相当尖锐。预计北京市2020 年遇50％、75％、95％保证率水平年地表水可供水量分别为11.4、8.2、6.1 亿m3；地下水可开采量为24 亿m3；遇50％、75％、95％保证率总可供水量分别为35.4、32.2、30.1 亿m3。预计2020年北京市遇50％、75％保证率水平年需水量约为51.5、53.9 亿m3。全市将分别缺水16.1、21.7 和23.8 亿m3。北京将继续面临严重缺水的态势。供需矛盾十分突出。
2.2 北京水资源短缺原因的思考
水资源开发利用，是水资源使用价值得以实现的前提，也是水资源价值增值过程。水资源的开发利用，应该在可承受的范围之内，否则就会出现各种问题。 目前，北京市水资源开发利用存在的问题主要表现在：
2.2.1 水资源供需矛盾加剧
北京多个国家首都中名列百位之后。在五六十年代，北京水资源供需没有多大矛盾，七十年代以后，缺水成为北京严重问题之一。分析其原因，主要是：①人口增加，经济发展，水资源需水量增加。1949 年市区工业用水只有3000 多万m3，1980 年达到11.2 亿m3，三十一年增长了36 倍。尽管1981 年以后采取了节水措施，到1989 年工业用水仍为8.7 亿m3，是解放初年的29 倍。②入境水量减少。北京市可供水量有相当一部分来源于境外，据计算，北京市地表水资源多年平均入境量20.5 亿m3，相当于一次水资源总量62.80 的32.64％。近几年来，北京水资源入境量明显减少，以官厅水库为例，80 年代后期年入境总量只相当于50 年代的1／6。这完全是上游水利工程的拦蓄和沿途利用量增加的结果。上述两种因素的相互作用与叠加，使北京水资源供需矛盾加剧。随着时间的推进，经济的发展，生活水平的提高，水资源的需求进一步增加，水资源供需矛盾更加尖锐。
用水效率不高，水价不够合理。用水浪费现象尚有存在，节水工作推进力度不够。水资源稀缺性与水价的低廉性并存，水的价格偏离价值，水价结构不尽合理，导致用水浪费和低效用水，加大了供需失衡程度。
2.2.2 地下水严重超采
北京市地下水1981～1989平均补给量为37.80亿m3／年，地下水可开采量约为24.5亿m3年。由于种种原因，补给水并不能全部作为可利用水量。当开采量大于可开采量时，会引起一系列的水文地质环境问题。
在五六十年代，地下水资源开采是少量的，自七十年代以后，地下水资源开采量逐年剧增，成为北京市主要水源之一。据计算，1961～1989年全市平原区地下水累积亏损量已达42.78亿m3，平均每年亏损1.48亿m3，其中八十年代亏损最大，达到21.78亿m3，年均亏损2.2亿m3。尽管目前亏损量有所减少，地下水位有所上升，但仍处于超采状态。已经形成以朝阳区为中心，西到石景山、东至顺义县城、南至南苑、北到昌平山前约1600ｋm2的漏斗区。北京市平原区地下水埋深平均为13.65米，比2002年同期下降2米，比1980年初下降7.2米，地下水储量比1980年减少36.86亿立方米。
北京市地下水严重超采引起的主要问题是：①地面沉降。主要分布在城区的东部和东北部，八里庄－－大郊亭一带，沉降幅度最大，沉降点最大累积幅度达502mm。②水井供水衰减或报废。由于水位不断下降，至使有些水井枯渴报废，井越打越深，泵越换越大，形成恶性循环，经济上越来越不合算。③水质发生变化，由于地下水资源超采。加上近年来污水、垃圾处理不能同步于增加量，致使地下水污染呈现逐年加重的趋势。如密、怀地区，亚硝酸盐24眼井中有20眼检出，含量最高达11.3mｇ／Ｌ。由于长期过量开采地下水，北京的地下水位在逐年下降，泉水已基本枯竭。同时，由于地下水的长期超采和渗井、渗坑的污水入渗，平原区地下水普遍受到污染，地下水水体中矿化物明显增多，水质恶化，生态环境遭到破坏。
（3）水质污染严重,造成水质性缺水
据调查，北京市的年污水排放量己超过12.5 亿立方米，其中规划市区近9亿立方米。据对北京81 条河流2150 公里河段的监测显示，有56.4％的水体受到不同程度的污染，有23.9％的水体超过四类。特别是城市下游河道，其水体大都超过四类，基本没有生物存活。官厅水库水质基本上常年处于超四类，特别是总氮、总磷指标一直维持在较高水平。密云水库水源近年来也有富营养化趋势。
工业废水和生活污水的排放、化肥和农药的施用及工业废渣和生活垃圾的堆放，不仅造成了地表水体的严重污染，还污染了土壤和地下水。城市饮用水源受到污染的威胁，近一半平原区浅层地下水受到污染。同时，官厅、密云两大水库上游来水的污染程度也日趋严重。乡镇企业、村办、民办工业发展很快，点多面广，分散在广大的农村乡镇。这些企业工业污水及生活污水未经任何处理，直接就地排放，不断污染当地水体。农村畜牧业垃圾等对农村生态及水环境的影响也不可忽视。
水资源开发利用过程中，水质是重要的指标之一，水资源量、质的协调统一是水资源充分发挥效益不可缺少的条件。
（4）污水资源化程度不高
污水是被污染、使用价值不高的水资源，污水资源化是指污水处理后变成可供用水部门使用的合格水源。实现污水资源化，是缓解北京水资源紧缺、防治水污染的一条重要途径，是当前水源建设中一项势在必行的紧迫任务，也是改善首都环境、建设清洁美丽城市不可或缺的重要任务。
（5）缺乏完善的水资源价格体系
长期以来，水价长期偏低，影响北京水资源的优化配置。北京的农业用水中，地表水每立方米只收两分钱，大部分农用机井抽用地下水只收电费不收水资源费。工业用水中，水费只占成本的0.2％，水价格梯次也不够合理，不仅自来水和自备井水比价不合理，自来水和再生水也存在比价不合理的问题。另外，全市有200 多家单位安装了中水设备，但真正运行的寥寥无几。可以说，低水价不仅违背了市场经济规律，同时也导致了水的浪费和低效使用。
水资源价格，是对水资源进行经济管理的重要手段之一，是促进水资源合理开发利用的前提，是水资源供给与需求的调节器。合理的水资源价格体系才能统筹兼顾，科学有效地配置各种水资源，整体上发挥水资源的效益。目前，北京尚未健全完善的水资源价格体系，致使水资源经济管理未能充分发挥经济杠杆的作用。
二、解决北京市水资源短缺的技术路线
根据水资源一次供需平衡分析可以看出：到2010 年全市平水年将缺水11.82亿ｍ３，形式十分严峻。北京地区水资源紧缺是制约发展的基础性因素，为了实现首都的可持续性发展，增强水资源支持首都经济和社会发展的能力，必须想方设法，采取一切有效措施，开源、节流，挖掘水资源潜力，保护水资源及生态环境，以弥补供水缺口，实现北京市水资源的基本供需平衡。
现行技术路线存在多种方式方法：节约用水；雨洪利用；地表水开源；水源保护及城乡水环境综合整治；地下热水和天然矿泉水资源；水资源联合调度（包括南水北调工程）；再生水回用。以上方法中，只有后两种即水资源联合调度与再生水回用技术能够在较大程度上缓解或解决水资源短缺的问题。
（1）再生水利用―开辟第二水资源
“如果再生水能得到充分利用，每年至少可以给北京提供8 亿立方米的用水，占本市全年用水量的20%。”北京市水利科学研究所刘洪禄博士今天(11 月25 日) 上午在接受记者采访时透露。然而现实情况却是，由于管道等配套设施缺乏，缺水的北京，去年再生水使用量仅为3000多万立方米，利用率还不到10%，90%的再生水只得白白流走。
再生水是污水经过污水处理厂处理后，再经过第二次处理后的出水，中水是其中的一部分。从再生水使用的角度来说，北京地区可以分为适宜灌溉、控制灌溉、禁止灌溉三个区域。以去年北京用水为例，全年36 亿吨的用水量中，农业灌溉用水占39%，环境用水占2%，这些用水中至少一半的用水可以用再生水代替，再加上部分工业用水也可以由再生水代替，北京全年用水量的20%都可以由再生水代替。
首都水资源形势依然严峻，还有许多不确定性因素。对首都供水安全不可掉以轻心。再生水最需要解决的是利用问题。过去在再生水处理方面，为了便于排污，一般都将再生水处理厂设在河流下游。结果上游要使用生水，就必须铺设相应的管道，就像自来水管道一样，工程量相当庞大。今后，再生水将尽量采用就地污染、就地排放、就地再生利用的办法，从而节省使用成本。
据悉，北京市再生水资源主要分布在北运河流域，占90%。城区与近郊污水处理厂再生水量约占70%，郊区再生水量约占30%。2003 年，全市再生水处理量为6.3 亿立方米；2010 年，全市再生水处理量将达到11.3 亿立方米。预计2020年全市再生水处理量将达14.5 亿立方米。只要充分利用再生水，使之成为北京第二水资源，就将有效缓解北京水资源的紧张局面。
（2） 南水北调
水利部部长汪恕诚认为，南水北调工程只是从硬件上解决缺水问题，并不能保证北京市不再出现水危机，要解决北京市缺水问题，只有在保证南水北调工程的同时，将北京市建成节水型城市。
“南水北调每年调水入京10 亿吨，能在很大程度上缓解北京的用水需求。而按照发展规划，北京市2020 年人口将增加到1800 万以上，从人均的水资源占有量来说增加了300 多万人口，引入南水北调外来水后，人均占有量仍不足300立方，相当于世界人均水资源占有量的1/30。北京还是处于缺水的情形。”南水北调水进京北京仍缺水，所以不能从根本上解决缺水窘况。
南水北调中线工程静态总投资为226.5 亿元（1991 年价格水平），若考虑各项工程施工期和年均物价上涨指数为3～5％，则工程总投资为280.59 亿元。按工程投资分摊，北京市分摊投资58.13 亿元，其中北京市境内投资12.27 亿元（市内总干渠11.54 亿元）。仅考虑水资源本身效益，则南水北调中线工程投资：效益＝1：0.23。
未来2～3 年内乃至南水北调引水进京前，首都的供水安全仍然存在着较大隐患。强化综合治理，落实规划目标，确保首都供水安全，仍是今后一个时期艰巨而繁重的任务。长远来讲，北京市和上游地区用水增长的趋势不会改变，水资源短缺的形势不会改变，官厅、密云两库的重要地位和作用不会改变。上游地区水资源和经济结构的特点，决定了保障首都供水安全的压力相当大。
南水北调进京每年引入10 亿立方的外来水，能在很大程度上缓解北京的用水需求，但不能从根本上解决北京缺水的状态。市水务局副总工程师刘培斌说，南水北调已开工建设，计划2007 年年底，从拒马河到北京段全线具备通水条件后，就能够引入河北、港南、黄壁庄等四座水库的外调水量。南水北调从丹江口引水，全线1227 公里，引入丹江口的水需要到2010 年。南水北调工程是以首都水资源规划为基础，它并不能取代首都水资源规划。在南水北调进京之前，北京靠自己的水资源，能否保证首都供水安全？应对首都水资源紧缺的出路在哪？
三. 当前根本解决的途径方式―实现污水资源化
3.1 污水资源化利用的现状及存在的问题
污水资源化是指利用污水作为水源，经处理后达到可回用的标准。污水根据不同的来源和性质有许多种类。本文所指的污水主要是指城市综合污水，它的产生量最大，它的资源化价值和可能性也较高。根据不同的回用目的，回用的标准也很多。要求指标也不太一样。但是建设一个规模化的污水资源化工厂，应该满足较高回用要求。即城市景观回用水标准。
目前，回灌地下水的标准还处在研究和制定过程，可以想象，该指标应该是回用标准中的最高标准。在没有该标准的情况下，可以认为地下水三类标准应该可以作为回灌地下水标准。本文中将在技术选择分析和经济可行性分析的基础上，提出北京应该有规划地科学地建设符合地下水三类标准的污水资源化工厂，以回补地下水，增加北京地下水储量。
3.1.1 污水资源化利用的现状
北京市是一个缺水城市，人均占有水资源量仅300 m3 左右，为全国人均水资源占有量的1/8，世界人均水资源占有量的1/32。科学合理地利用有限的水资源，积极推进污水资源化，促进北京城市可持续发展。1987 年北京颁布实施《北京市中水设施建设管理试行办法》。该办法规定建筑面积超过一定规模的饭店、公寓、机关、大型公建等必须设计建设再生水设施，并制定再生水利用水质标准。
为推进污水资源化，北京市政府提出明确要求：新建污水处理厂的同时需同步配套建设污水再生利用工程。
2003 年北京市城市污水再生利用率为20%，预计2005 年达30%，2008 年将实现50%的目标。目前，北京已建成200 余个建筑再生水设施，在建的还有100多个。已投入正常运行的有160 个左右，占已建总数的80％。已建成的设施规模一般在50～300m3/d，日污水再生利用总水量约2.4 万m3，再生水运行成本在1.2 元/m3 左右（不含设备折旧），含设备折旧在2 元/m3 左右。已建成的再生利用设施主要集中在宾馆、饭店和大专院校，再生水的水源主要来自洗浴、盥洗等杂排水，经处理达到再生水水质标准后，再生利用于冲厕、洗车和绿化等。除此之外现有26个工业企业实现污水再生利用，水量为3.35 万m3/d，主要用于建材行业的磨削用水、造纸用水以及厂区内部的杂用水。
高碑店污水处理厂处理水资源化再利用工程，近期形成规模30 万m3/d，高碑店污水处理厂厂内建设1 万m3/d 处理规模的再生水设施提供厂区绿化和部分生产用水。另外为华能热电厂提供4 万m3/d 工业冷却用水。市自来水集团第六水厂将高碑店污水厂二级出水经深度处理后供我市龙潭、天坛、陶然亭及大官园公园绿化用水，并供环卫部门用于喷洒道路的用水每天近2 万m3/d。肖家河污水处理厂建设规模2 万m3/d，出水达到《生活杂用水水质标准》。目前已建设完成再生水管道65 公里，年内还将建设完成35 公里左右。通过以上设施建设，到2003 年基本还清城八区内护城河、通惠河上段、亮马河、小月河，2005 年，基本还清城八区内四大水系的主要河道；2008 年，城八区四大水系的河道将基本还清，郊区大多数城镇污水得到收集、处理，水环境质量将有明显改善。
清河中水处理厂、北苑中水处理厂、肖家河、北小河中水处理厂分别向北郊地区、西北郊地区、西苑集团、清河集团、望京地区供再生水，为清河、北小河等城市河湖提供景观用水。酒仙桥中水处理厂、东坝中水处理厂分别向东北郊地区、酒仙桥地区、东坝集团供再生水，为坝河、亮马河、水碓湖等城市河湖提供景观用水。吴家村中水处理厂、卢沟桥中水处理厂、小红门中水处理厂分别向南郊地区、西南郊地区、丰台集团、南苑集团供再生水，并为凉水河、马草河、旱河、小龙河等城市河湖提供景观用水。五里坨小型中水处理厂、方庄中水处理厂分别向五里坨、方庄地区提供再生水。另外，在中水处理厂建设同时，配套建设再生水管道。
北京市每年污水排放量超过12 亿立方米，按照正在实施的环境综合治理要求，本着上中下游、大中小型、集中与分散相结合等原则，北京将规划建设36座污水处理厂。其中城区16 座，日污水处理能力达到325 万立方米。污水处理厂处理后的二级出水完全能达到农业灌溉和城市下游河湖景观用水水质要求。如果对再生水进行深度处理，还可以用于工业冷却、市政杂用及居住中水。也就是说，通过对污水的处理，北京每年可利用的再生水资源至少为11.5 亿立方米。这些再生水除可用于农业、河湖环境、工业、市政杂用和居住中水等外，也可为河北、天津部分地区供水。
北京全年36 亿吨的用水量中，20%可以由再生水代替。依靠这座“水库”，目前市水务局已经作出规划，2008 年北京将利用再生水灌溉农田100 万亩，利用再生水4 亿立方米，其年直接经济效益将达0.96 亿元；2020 年，利用再生水灌溉农田130 万亩，利用再生水5.2 亿立方米，再生水将替代大量优质地下水，成为北京的“第二水库”为缓解北京市缺水的状况，开辟城市第二水源，提高污水再生利用的能力。同时根据北京市政府在《2008 年奥运会申办报告》中的承诺，北京市2008 年城
市污水处理率达到90%，污水再生利用率达到50%。在2008 年前北京将新建再生水厂9 座，再生水管线398.5 公里，新增再生水处理能力37.6万m3/d。
污水处理和再生水利用是构建循环水务和节水型城市的关键。目前，北京市全年生产污水13 亿吨，如果把这些污水转化成可利用的水源，则相当于目前北京市区用水量的60％以上。可是，目前北京再生水利用仅为2 亿立方米。解决这一问题，一是要加快污水处理厂和管网的建设，2008 年前规划新建污水管线756 公里，污水管网将覆盖市区3200 公里。二是扩大再生水利用，按北京市区再生水利用规划，将规划建设10座污水再生厂，日生产能力达到56 万立方米，产量和能力将比目前提高一倍。此外，北京计划每年建中水管线100 公里，到2008 年达到470公里，再生水利用达到60％左右。北京将再建6 座中水厂再生水回用率提高至50%。
3.1.2 污水资源化利用的存在问题
城市污水再生利用在中国仍然处于起步阶段，推进污水资源化过程中面临着许多困难和问题，主要是：
1、污水处理价格形成机制不合理，严重制约着城市污水处理和污水回用设施的建设与发展。普及城镇污水处理设施、提高污水再生利用率，需要大量的资金投入。中国在计划经济体制下长期实行低水价政策，水资源价格的形成与水资源供需的实际情况相脱节，城市供排水设施的建设运营财政负担沉重。近年来国家加强了对水价改革的政策引导，并明确提出了将污水处理收费尽快调整到保本微利水平的要求，但由于受多种因素的制约，按上述要求调整到位尚需时日。目前征收城市污水处理费的城市不足一半，已经征收污水处理费的城市，大部分标准偏低，尚难满足设施的日常运行维护，更谈不上形成合理利润，吸引社会资金的投入。
2、污水处理设施投资和运营的市场化程度低，融资渠道不畅。与不合理的价格
形成机制相关联，目前我国城市污水处理设施建设的投资主体主要局限于政府，管理运营也几乎完全由政府直接操作。财政拨款成了污水处理设施投资建设或维护管理的主要来源。这种状况，一方面导致投资渠道的单一，资金严重匮乏；另一方面也导致经营管理上的政企不分、政事不分，使企业缺乏活力，造成投资效益低下。这种格局严重阻碍了污水处理市场的发育，制约了污水处理和再生利用的投资运营良性机制的形成。
3、技术法规和配套政策体系不健全，污水资源化的推进急待建立法律和制度保障。完善的立法和技术标准，是污水处理和污水资源化规范发展、安全运行的重要保障。我们充分认识到，制定科学的技术标准和规范、提出合理的指导性和强制性要求、确定相应的产业和经济政策，是推进污水资源化快速有序发展的重要保证。
尽管城市污水再生利用已经开始，也有了一些成效，而且使用再生水所具有的优越性越来越得到大家的认可，但是还存在很多问题，在具体的执行过程中，仍然遇到了一定的阻力和困难，阻碍了推广应用。
目前城市污水还未能广泛应用，污水再生利用仍然处于起步阶段，推进污水再生利用资源化过程中仍面临着一些困难和问题。
（一）污水资源化利用缺乏相应的引导性政策
对于北京市这样一个资源型缺水的城市，应大力提倡使用再生水，但目前对于污水再生利用缺乏相应的政策支持，影响到污水再生利用工作的开展。对建设、使用再生水的用户严格规定，上中水，增加一上一下两套水管路，加大了基建投资，却没有鼓励机制，没有经济上的优惠。不上中水设施，节省了资金，浪费了水资源，惩罚措施却又不够严厉，对建设再生水设施产生了较消极的作用。技术法规和配套政策体系不健全，污水资源化的推进急待建立强制性的法律和政策保障。
（二）缺乏城市污水资源化利用系统整体规划
城市污水处理后作为工业冷却、农田灌溉和河湖景观、园林绿化、洗车冲厕等用水在技术上可行，但目前相当一部分再生水的用户比较分散，用量不大，如何按照集中与分散相结合的路子，进一步扩展用途，扩大覆盖，集中处理后的再生水输送管道系统如何规划建设是一个亟待解决的问题。目前的再生水设施建设多以单体建筑为主，缺乏联建和区域性建设，造成资金的浪费。另外，目前的水价体系中虽然增加了再生水的价格，但是定价时仅考虑了城市再生水的成本，使单体再生水的成本大于定价，影响了单体再生水的推广利用。
四、建设废水资源化工厂是解决水资源短缺的根本措施
按照北京《2008 奥运工程－污水及中水项目规划》，到2008 年污水管道普及率及污水处理率将达到90％以上，其中用于中水回用的水量将达到50％。
中水回用技术上向先进国家看齐。在利用传统工艺的基础上，开发引进先进的膜处理技术，此项技术以完成了500m3／ｄ的中试，出水水质稳定良好。在推广过程中充分发挥其高效、低耗能、占地小、见效快的优点，为中水回用的应用提供了更可靠的保证。
中水回用对城市水资源的利用具有减轻污染、开源节流的双重功能。21 世纪对于水资源的利用，不仅考虑人们的用水，也考虑生态环境的延续性。北京市将开源节流再提高水资源利用效率的基础上，更注重保护环境和生态平衡，科学合理用水。城市污水资源化充分体现了这一精神。
膜处理工艺已开始在再生水处理中得到应用，特别是双膜工艺处理后的再生水水质及安全性都可得到保障，可以根据用户要求提供任意高水质的再生水和连续丰水年仍可安全回灌地下，可以根据用户要求提供任意高水质的再生水和连续丰水年仍可安全回灌地下。这就为扩大再生水的应用范围和丰补枯用提供了一条可行性技术保障路线。即只要充分利用水资源在本区域的动态循环性，立足北京市就可为根本解决北京市水资源短缺提供一条可靠途径
一） 建设废水资源化工厂的技术路线
1. 规模化工厂的技术选择
推荐的高效工艺：
根据现有的国际废水资源化发展状况来看，存在可能的以下几种技术路线：
1) 膜生物反应器（MBR）
膜生物反应器（Membrane Bio－Reactor，MBR）是20 世纪末发展起来的最新废水资源再生利用技术，是膜分离技术和生物技术的有机结合。用超滤膜或微滤膜分离技术取代传统活性污泥法的二沉池和常规过滤单元，水力停留时间（HRT）和泥龄（STR）完全分离，其高效的固液分离能力悬浮物和浊度接近于零，使出水水质良好，不须经三级处理即可以直接可回用，又大大扩大了出水的回用范围。
膜组件是膜生物反应器的核心部件, 来自调节池的污水在反应器内经过好氧微生物降解后通过膜片，由于膜片的孔径为0.1—0.4μm, 可以有效过滤水中的有机物, 微生物, 颗粒杂质, 悬浮物等。高效地固液分离将废水中的悬浮物质、胶体物质、生物单元流失的微生物菌群与已净化的水分开，微生物菌群始终保持在膜生物反应器内，高的微生物浓度又大大提高了容积负荷和处理效率，降低了运行成本。由于把膜与生物反应池集成于一体，大大缩小了设备的体积和占地面积，反应器在高容积、低污泥负荷和长泥龄下运行，可实现剩余污泥微量排放，减少投资成本，同时膜生物反应器还可以完全实现系统的自动化和智能化。
现有的膜生物反应器有分体式和一体式两种。
2) MBR+RO
“双膜法”，即膜生物反应器（MBR）+反渗透（RO）工艺在我国首次大规模应用于城市污水再生处理，不仅技术上达到了国际先进水平，经济上亦可以接受，在我国缺水城市具有广泛的推广应用前景。对低含盐量的城市污水再生利用更具成本优势。该工艺生产的再生水水质优异，可作为工业纯净水，满足从高端用户到低端用户的广泛用途，打破了再生水小规模、低水质的应用局面，使再生水真正成为城市供水系统的组成部分。工艺受进水水质的影响小，其严谨的过程机理和可靠的在线监测及控制手段可提供安全、卫生、稳定的供水保障，消除了用户对再生水的误解。运行操作投加的化学药剂少，与传统再生水生产工艺相比，对环境的影响小。系统采用模块式设计，占地省，便于增容，运行调度灵活。与传统工艺相比，适用于再生水厂建设的灵活性，并易于工程规模与市场需求的优化配置，为工程规模的近远期结合提供了方便。
例如，天津，2003 年5 月26 日至6 月25 日是新水源一厂投入运行以来实现RO 生产量最大的月份，日平均生产量达到5275.50m3，RO 水实际生产成本为3.3 元/m3（含CMF0.7 元/m3）。以该实际运行成本为基数，对照五洲会计事务所测算数据，当运行产量达到日平均1 万m3 时，推测实际生产成本为2.27 元/m3，较五洲会计事务所测算数据（2.48 元m3）少0.21 元/m3。（上述成本中均包含全部设备、厂房及膜更换的折旧费用）如扣除设备及厂房折旧，运行成本应为1.67元/m3。同时以6 月份实际运行成本为基数外延至规模达到每日2 万m3时，推算的实际运行成本为1.90 元/m3，除去折旧的成本为1.51 元/m3，由数据可见当达到更大规模时，运行成本将进一步降低，表明双膜法再生水处理工艺不仅在技术上具有优势，经济上也是大部分地区，特别是缺水地区可以接受的，对于推广应用具有重要的借鉴意义。
膜处理工艺和传统的物化处理工艺比较
项目 膜处理技术 传统物化处理工艺 技术
历史 九十年代应用 应用历史长
工艺 水质稳定，适应性强 成熟适应性强
流程 简单 简单
水平高 一般
土建结构 简单 复杂
处理占地 小（0.06） 大（0.51）
因此，与传统工艺相比，膜生物反应器（MBR）和MBR+RO 双膜过滤技术在经济上具有明显的可行性。
2. 国外污水再生利用概况与发展趋势
中水回用是国际公认的“城市第二水源”。据有关资料显示，美国20 世纪80 年代利用回用水量达9.37 亿立方米，德国、奥地利、以色列等国的污水处理回用量也都很高。中水回用是实现污水资源化的有效途径，运作得好，可实现社会效益、环境效益、经济效益及资源效益四丰收。有关人士指出，在水资源严重匮乏的背景下，政府通过价格杠杆手段来刺激中水的使用无疑是符合市场经济规律的，但是中水的有效利用不仅要靠市场这只“看不见的手”，更需要政府这只“看得见的手”来完善公共设施；不仅要解决绿化、园林和环卫部门漫灌绿地的问题，还应加大有关中水设施的资金投入，积极建设中水管网和中水处理系统，加大减少对新鲜水的使用和消耗。
① 美国
美国加州桔县21 世纪水厂概况21 世纪水厂在1976 年10 月首次将RO 处理再生水、碳吸附处理水和深井水组成的混合水注入到沿海屏障中。该产品水符合加州当地水质标准其价格成本等同于使用输入型水源，再生水的使用在很大程度上缓解了旱情，解决了水源紧张的问题。
② 新加坡
新加坡于1998 年开始再生水研究（“新水研究”Newater）。由新加坡公共事业局与国家环保部共同发起倡导并形成理念。新水厂采用双膜及紫外线消毒处理工艺日产新水10000m3。该厂位于BEDOK再生水厂。
按照US EPA 饮用水标准，以及WHO（世界卫生组织）饮用水标准，研究小组进行了190 种有关的物理学，化学及微生物学参数分析。提交了“新加坡再生水研究”报告。
2002 年6 月专家组对报告及数据进行评估，达成如下结论：
（1）新水可以作为饮用水，新水的质量标准始终达到了美国环保局（U.S.EPA）和世界卫生组织（WHO）的饮用水质量标准。
（2）新加坡必须采取间接饮用的(IPR)方法：即与水库水相混合，弥补在RO 工艺中去除的微量矿物，有益于健康和饮水口味；可提供更多的安全性；能够得到民众的接受与认可。该方法与美国采用的可规划间接饮用方法相似。
③ 澳大利亚
澳大利亚奥林匹克基地——奥运选手村与水回收利用与管理方案。
该项目工程是悉尼奥委会承诺举办“绿色奥运会”的一个重要组成部分。再生水厂的进水水源主要来自奥林匹克体育场。通过CMF 和RO 工艺将其处理成再生水，
并通过加氯处理进行消毒后将其输送到奥林匹克基地周边的管网中，主要用于该区厕所冲水、园林绿地浇灌和其他各种冲洗用途。
“再生水项目工程”于2000 年悉尼奥运会期间如期通水，成功地向奥运会场馆、奥运村输送高效、高质的再生水，充分显示了废水再利用的功效，实现了悉尼奥委会“绿色奥运”的承诺。
澳大利亚太平洋电力公司——Eraring 发电厂将来自Dora Creek 污水处理厂的二级出水作为Eraring 发电厂的再生水水源。采用CMF（连续流微滤）和RO（反渗透）工艺进行有效去除所含悬浮固体物（SS）、细菌、病毒和溶解盐。处理后的再生水用做电厂高压锅炉的纯水供给。Eraring 发电厂再生水利用工程，其水质不但好于淡水水质，大幅度降低淡水，同时还有效降低了Eraring 发电厂的运营成本。
3. 规模化废水资源化工厂的技术可行性分析
污水处理和再生利用是对水自然循环过程的人工模拟与强化。城镇供水的80%转化为污水，经收集处理后，其中70%可以再次循环使用。这意味着通过污水回用，可以在现有供水量不变的情况下，使城镇的可用水量增加50%以上，这是一笔巨大的资源。国内外的实践经验表明，城市污水的再生利用是开源节流、减轻水体污染、改善生态环境、解决城市缺水的有效途径之一。我们已经取得了这样的共识：发展污水再生利用，推进污水资源化，是实现有限水资源的合理利用，增强各地区水资源自立能力和安全保障程度的必然选择。
4. 规模化废水资源化工厂的经济可行性分析
再生水在北京的用量将越来越大。北京全年36 亿吨的用水量中，20%可以由再生水代替。依靠这座“水库”，目前市水务局已经作出规划，2008 年北京将利用再生水灌溉农田100 万亩，利用再生水4 亿立方米，其年直接经济效益将达0.96 亿元；2020 年，利用再生水灌溉农田130 万亩，利用再生水5.2 亿立方米，再生水将替代大量优质地下水，成为北京的“第二水库”。资料显示，和城市供水量几乎相等的城市污水中，只有0.1％的污染物质，远低于海水中3.5％的量值。城市污水就近可得，易于收集，再生处理比海水淡化成本低廉，基建投资比远距离引水经济。城市污水可以作为可靠的第二水源，这已成为当今世界在解决缺水问题时的共识。
五、结语
实现污水资源化，防范和避免水资源危机，是关系全球经济发展和人类生存环境的重大课题。作为世界上最大的发展中国家，我们深知推进污水资源化任务的艰巨和责任的重大。同时，中国污水资源化事业的高速发展，也将为各国展现良好的市场机遇和合作前景。污水是北京重要的水资源之一。通过污水处理再利用，不仅可以减少对水资源的污染，而且可以增加水资源的有效供给量。污水资源化是实现水资源可持续利用的必然选择。
应对首都水资源紧缺的根本出路是构建循环水务和建设节水型社会。
以膜生物反应器处理工艺为核心的膜技术是实现废水资源化的最佳选择；通过不同层次的膜技术应用来解决多层次的再生水用途， 使再生水水质的安全性和稳定性得到根本的保障，从而实现水资源在本区域的动态循环性，也就使立足北京市，解决北京市水资源短缺的循环水务得以实现。
同时对保护北京良好的水环境，对城市和经济的建设和发展起到重要的促进作用。
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