城市再生水供水模式初探_以深圳市沙井再生水厂为例

城市再生水供水模式初探
——以深圳市沙井再生水厂为例
杨晨
任心欣
胡爱兵
摘要：城市污水再生回用是“改善水循环，丰富水资源，修复水环境”的有力手段，是切实落实循环经济等 科学发展观的具体体现，实施污水再生水回用不仅可为社会带来一定的环境效益，还能带来较高的经济 效益。再生水供水模式的选择是城市污水再生水利用设计的重要组成部分，根据用户用水水质、水压的不 同可分为统一供水模式和分质、分压供水模式。本文将结合《深圳市宝安区再生水系统详细规划》 ，以沙 井再生水厂为例，通过分析再生水厂潜在用户分布、区域污水再生回用水量及水质目标、水压等因素，探 讨当再生水厂供水模式的选择，为其他城市再生水供水模式的选择提供相关借鉴和参考。 关键词：再生水供水模式、再生水输配水系统、统一供水、分质分压供水
城市污水再生回用是“改善水循环，丰富水资源，修复水环境”的有力手段，是切实落 实循环经济等科学发展观的具体体现；通过污水再生回用，不仅可在城市发展过程中，缓 解水资源供需矛盾、恢复水生态、保护水环境，实现城市与水的和谐发展[1]，还可带来较 高的经济效益，但是由于目前再生水供水模式选择不合理，管道敷设冗余等问题的出现， 加大了再生水的使用成本，使得再生水替换优质饮用水资源、缓解水资源紧张矛盾的效果 尚未体现。 国家制定了一系列污水再生回用的相关规范及政策来确保再生水工程设计的安全适用 和经济合理。其中《污水再生利用工程设计规范》 （GB 50335—20020）规定“污水再生利 用工程设计以城市总体规划为主要依据，从全局出发正确处理城市境外调水与开发利用污 水资源的关系，污水排放与污水再生利用的关系，以及集中与分散、新建与扩建、近期与 远期的关系。通过全面调查论证，确保经过处理的城市污水得到充分利用”，规范中并未对 污水再生水回用的供水模式进行说明。 《城市污水再生利用技术政策》 （2006 年 4 月）虽规定“城市污水再生利用设施的规划 建设应遵循统一规划、分期实施，集中利用为主、分散利用为辅，优水优用、分质供水， 注重实效、就近利用的指导原则，积极稳妥地发展再生水用户、扩大再生水应用范围”，也 未规定如何科学合理的选择再生水供水模式。
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由于生态景观补水对水质要求不高，再生水服务水头较低，管网可结合城市蓝线枝状 敷设，系统相对简单；而工业、城市杂用水依据其特殊的工艺特点，对回用水的水质要求 相对较高，管网宜结合市政道路敷设。根据用户的不同特点，再生水供水模式可分为统一 供水模式和分质分压供水模式。 统一供水模式是指污水处理厂的尾水，经过统一的再生处理设施处理达到污水再生回 用相关水质标准后，经统一的加压设备及输配水管网输送至再生水用户。
污水厂尾水 处理设施 加压泵房 输配水管网 用户
图 1 再生水统一供水模式示意图 分质分压供水模式是由组合处理工艺、不同加压泵组、不同输配水管网组成，将一部 分污水厂尾水处理达到工业、城市杂用水相关水质标准后，经一组加压设施和输配水管网 送至用户；将另外的尾水处理达到城市污水再生利用景观环境用水水质标准后，经另一组 加压设施和输配水管网送至河流补水点。
污水厂尾水
第一阶段处理设施
第二阶段处理设施
加压泵组
加压泵组
河道输配水管网
市政输配水管网
用户
图 2 再生水分质供水模式示意图 本文将结合《深圳市宝安区再生水系统详细规划》以宝安区沙井再生水厂为例，通过 对再生水厂厂站投资、运行费用、管网管理等方面的投资估算进行定性和定量相结合的分 析方法来探讨再生水供水模式的选择。
1.概况
深圳市宝安区本地可供水资源 0.91 亿立方米（P＝97%）[2]，2009 年宝安区用水量达 6.80 亿立方米（ 《深圳市水资源公报 2009》，本地水资源严重不足，依赖外部原水程度逐 ） 年提高，水资源短缺已成为影响区域发展的四个“难以为继”之一，急待加快研究再生水资
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源的合理利用。 对宝安区再生水潜在用户的分析调查结果可知：预测沙井再生水厂服务区内工业、 城市杂用水需水量 11.45 万立方米/日，河流生态补水需水量 7.52 万立方米/日。按“以需定 供、供需平衡”的原则预测再生水厂供水规模为 20 万立方米/日[2]。 沙井再生水厂原则上与污水处理厂合建，利用其深度处理设施预留用地进行建设。 沙井污水处理厂位于宝安区沙井街道民主村， 占地面积约 23.7 万平方米， 规划设计规模 15 万立方米/日。污水处理厂采用改良 A2/O 二级生化处理工艺，出水达到国家《城镇污水处 理厂污染物排放标准》一级 B 标准。
2.再生水供水模式分析
《深圳市宝安区再生水系统详细规划》根据再生水需水量预测：沙井再生水厂工业、 城市杂用水供水规模 12 万立方米/日，生态景观供水规模 8 万立方米/日。将分别对统一供 水系统和分质、分压供水系统进行设计，并在成果的基础上对工程概预算、投资效益进行 对比分析，最终确定再生水供水模式的选择。 城市再生水供水系统与给水系统相似，但也具有其特殊性： （1）再生水服务水头相对 较低； （2）由于河道补水的保证率较低，再生水管网可按环状加枝状相结合的方式敷设。 沙井再生水厂工业、城市杂用再生水管网采用长度比流量法进行节点流量的分配，管网平 差按照海森-威廉公式进行计算， 综合考虑到沙井再生水厂服务区域多为单层厂房或双层厂 房，应保证绝大多数再生水用户服务水头高于 20 米，最不利点服务水头高于 12 米进行管 网平差。生态景观补水管网设计结合城市蓝线按枝状敷设。
2.1 统一供水的再生水系统设计
结合沙井再生水厂潜在用户的分布及服务区的用地布局，在市政道路下统一敷设再 生水回用管网。经平差优化调整：沙井再生水厂出厂水压应满足最不利用户需求，至少为 0.45MPA。再生水出厂管网为一套环状为主枝状相辅的管网系统，管网总长度为 59.94 千 米，主要管径为 DN400-DN1200。
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表1
统一供水模式系统参数表
出厂水 压 0.45MP A 管网形式 环状、枝状管网结 合，沿市政道路敷设 DN400-DN1200 59.94 管网敷设参数 管径(mm) 管长(km)
总规模
水质目标
20 万立方米/日
达到《深圳市雨水、 再生水水质规范》
2.2 分质、分压供水模式再生水系统
（1）工业、城市杂用再生水供水系统 对再生水管网平差优化调整：当沙井再生水厂供给工业、城市杂用水时水厂的出厂 水压力至少为 0.40MPA。再生水管网主要敷设在城市主次干道下，管径相对较小，主要为 DN200-DN1200，总长度 56.13 千米。 （2）生态景观再生水补水系统 生态景观补水管网应结合所补水河道的蓝线敷按枝状设计， 管网总长度为 12.51 千米， 管径为 DN500-DN1000。 （3）分质、分压供水设计参数 综上，对沙井再生水厂采用分质、分压供水模式的再生水系统进行设计，设计参数见 表 2。 表2 分质供水模式系统参数表
管网敷设参数 模式 总规模 水质目标 出厂水压 管网形式 工业 及城 市杂 分质 供水 模式 河道 生态 用水 达到《城市污 8 万立方米/ 日 水再生利用 景观环境用水 水质》 0.15MPA 枝状管网， 沿 河道蓝线敷 设 DN500-DN1000 12.51 用水 12 万立方米/ 日 管径(mm) 管长(km)
达到《深圳市 雨水、再生水 水质规范》 0.40MPA
环状、 枝状管 网结合， 沿市 政道路敷设 DN200-DN1200 56.13
2.3 供水模式比选
由国内类似项目可知：固定投资、管网建设费用、运营成本是影响再生水供水模式比 选的主要因素，本文将分别针对这三方面因素，对两种供水模式进行综合比选。 （1）经济指标 分类整理再生水相似案例的投资、运行成本数据，汇总如下表所示：
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表3
再生水水厂 北京水源六厂 天津纪庄子 西安北石桥 青岛海泊河 呼和浩特金桥热 电厂中水厂 北京清水河 天津泰达新水源 一厂 天津咸阳路 规模 (万 m3/d) 17 3 5 4 3 8 3+1 5
国内再生水设施经济成本一览表
固定投资 (元/m3) 285 1261 964 500 1800 1250 1267 2686 运行成本 (元/m3) 0.7 0.43 0.60 0.51 0.7 1~1.5 1.25~2 -总成本 (元/m3) -0.56 0.88 0.61 1.31 1.5~2.0 3.0 2.49 回用对象 城市杂用水 工业冷却用水 河道补水、城市杂用水 市政杂用、低品质工业用水、 冷却用水 热电厂工艺用水 奥运公园水景及清河补水 工业用水、杂用水 工业用水、杂用水
由表 3 数据统计分析，并结合沙井再生水厂的再生处理设施，估算沙井再生水厂厂站 固定投资及运行成本单位指标见表 4。 表 4 沙井再生水厂单位投资指标
回用对象 生态景观补水 工业、城市杂用水 固定投资指标 500 元/m
3
运行成本 0.5 元/m3 1.25 元/m3
1500 元/m3
综合分析各类管材的特点，结合深圳水务集团和北京再生水管材选用的经验，再生水 管网推荐管材如下：管径≤DN600，建议采用高密度聚乙烯管（PE） ；管径≥DN600，采用 PCCP 管材。管网投资按深圳市投资一般单价或相关再生水投资经验估算。 （2）经济性分析 采用以上单位指标，对统一供水模式和分质、分压供水模式的再生水系统运行成本采 用定量的方法对比分析，见下表 5。 （将统一供水模式的固定投资、管网建成费用等经济投 资看成“1”，将分质、分压供水模式的三项经济费用分别与其对应项相除做出柱状对比图见 图 3。 ） 表 5 供水模式比选
影响因素 固定投资 管网建设费用 运营成本 统一供水模式 3.0 亿元 1.8 万元 25.0 万/天 分质分压供水模式 2.2 亿元 1.3 万元 19.0 万/天 对比 分质分压节省投资 27% 分质分压节省投资 30% 分质分压节省运营成本 24%
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1 0.95 0.9 0.85 0.8 0.75 0.7 0.65 0.6 0.55 0.5 固 固定投资 统一供水模式 式 分质、分压供 供水模式 1 0.7 管网建设费 管 用 1 0.7 运营成本 1 0.8
图3 供 供水模式经济分析对比图 综上，经对 对比分析可以看出：分质、分压供水模 模式的经济投 投资比统一供 供水模式节省 省约 25％ ％－30％，秉 秉承“经济合理 理、适用可操 操作、远期结 结合”的原则，沙井再生水 水输配水系统 统推 荐采 采用分质、分 分压的供水模 [2]。 模式
3.思 思考
再生水供水 水模式不仅决 决定再生水系统的投资，还 还直接关系到 到未来长期的 的运营成本，虽 然从 从沙井再生水 水厂上述分析 析可以看出分质、分压供水 水模式的经济 济性相对较高 高，但是否是 是所 有的 的再生水厂选 选用分质、分 分压供水模式都是最为经济 济合理的，还 还需进一步论 论证。 假设案例进 进一步论证： 假设沙井再生 假 生水厂工业、 城市杂用的供 供水量为 18 万立方米/日 8 日， 生态 态景观补水的 的供水量为 2 万立方米/日 日。分别对统一供水模式和 和分质、分压 压供水模式下 下的 再生 生水系统进行 行设计，并在 在设计的成果上对工程造价 价和投资成本 本进行分析比 比较。 表6
影响因素 影 固定投资 固 管网造价 管 运营成本 运 统一供水模式 式 3.0 亿元 1.8 亿元 25.0 万/天
供水模式比选 供 选综述
分质分压供水模 分 模式 2.8 亿元 1.7 亿元 23.5 万/天 对比 分质分压节 节省投资 6.7% % 分质分压节 节省投资 5.6% % 分质分压节省 省运营成本 6.0 0%
由上表可以 以看出：当再 再生水厂回用于工业城市杂 杂用水量：生 生态景观补水 水量＝9：1 时， 虽然 然分质、分压 压供水模式的 的投资运行成本相对较为经 经济，但结合 合管网管理、运行等因素 素综 合分 分析，再生水 水系统采用统 统一供水模式较为合理。 对沙井再生 生水厂的再生 生水系统进行多次假设、试 试算：当沙井 井再生水厂回 回用于工业、城
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市杂用水量：生态景观补水量的比值大于 3 时，采用统一供水模式较为合理；当比值在 3 以下，采用分质、分压供水模式较为合理；比值等于 3 时，采用两种供水模式均可。
4.小结
再生水厂回用对象的用水量将直接影响再生水供水模式的选择，是选择再生水供水模 式的重要因素。统一和分质分压供水模式各具优劣：统一供水模式采用统一的水质、水压 供水，运行方便，易于管理，但由于全部供水均需进入市政道路下则敷设的再生水管管径 相对较大。分质、分压供水模式由于再生水回用对象不同采用了不同的供水水质和水压， 并根据不同回用用途敷设不同的再生水管管径相对较小，并在一定程度上节省了厂站固定 投资，但运行调度复杂，管理难度较大。 再生水供水模式的选择需结合区域现状及再生水利用特点，进行多方面综合论证，得出科 学合理、本土适宜的再生水供水模式，从而推动污水再生事业的健康有序发展。
参考文献
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作者简介
杨 晨（1984—） ，女，硕士，深圳市城市规划设计研究院，工程师。
任心欣（1981—） ，女，硕士，深圳市城市规划设计研究院，高级工程师。 胡爱兵（1984—） ，男，硕士，深圳市城市规划设计研究院，工程师。
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