国家_水专项_研究课题_北京城市再生水水质提高关键技术研究与示范

38特别关注——The Special Focus第五届水大会(下)“北京城市再生水水质提高关键技术研究与集成示范”是水专项“海河流域典型城市水环境整治技术研究与综合示范”项目的课题之一。

课题研究对于减少污水对北京环境水体的污染，促进再生水的景观回用和工业利用以及北京市水资源的优化配置具有实际意义。

课题研究的污水厂强化脱氮除磷升级改造技术、污水厂内碳源开发与高效利用技术、基于地表Ⅳ类水标准的再生水国家“水专项”研究课题——北京城市再生水水质提高关键技术研究与示范□ 北京城市排水集团有限责任公司 甘一萍 李鑫玮通过“十一五”期间水专项课题的研究和实施，提出了污水处理工艺改造方案和运行调控策略，基本解决了再生水生产工艺的技术问题，为北京市高品质再生水的生产提供了技术保障。

北京市2009年利用高品质再生水6.5亿立方米，比上年增加5000万立方米。

再生水已占全市总用水量的18%，连续两年超过地表水用水量，成为北京市稳定可靠的新水源。

集成工艺技术、污水处理及再生水生产的工艺控制与运行规范、污水处理厂扩容改造与回用技术等关键技术已应用到北京市污水处理厂升级改造和再生水厂的建设运行中，污水处理厂和再生水厂出水水质得到较大提升，用于城市河湖补水、园林绿化、工业循环用水、市政杂用及农业灌溉等，实现了水资源的循环利用，对改善城市水环境，促进经济发展起到积极作用。

治污减排篇课题目标本课题研究的总体目标是：通过研究污水处理脱氮除磷改造工艺技术，提出工艺改造方案和运行调控策略；提出达到地表水Ⅳ类水体标准的再生水集成工艺技术和运行调控策略；研究以磁技术为核心的深度除磷、扩容改造与回用技术，以及应急能力提升技术，提出相应的设计和运行管理技术对策；完成高碑店高效除磷脱氮工艺升级改造、卢沟桥再生水示范工程、清河污水处理厂能力提升应急示范工程和清河再生水示范工程，基本解决再生水生产工艺的技术问题。

课题设置1、 A2/O工艺二级强化生物脱氮除磷技术与应用研究针对提高城市污水生物脱氮除磷效率的技术需求，开发和建立包括A2/O工艺优化、碳源开发与高效利用、水厂自控和数学模拟技术及辅助保障技术体系，使城市污水厂的二级出水稳定达到国家一级B标准。

2、水污染控制高效节能省地磁技术研究与工程示范针对污水厂出水磷浓度难以达到控制水体富营养化的要求，以及削污减排的需要和磁技术特点，对污水处理厂扩容改造与回用磁技术系统、磁技术水处理工艺机理、磁技术处理系统污泥特性与污泥处理技术、磁技术系统工程示范等方面开展技术研发、技术集成及综合示范，从而建立水污染控制与治理高效、节能、省地磁技术系统与示范工程。

3、再生水水质提升关键技术集成与示范针对不同的原水水质特点和不同用水需求，建立基于地表Ⅳ类水标准的再生水工艺集成技术导则。

对“BAF+O3+DNBF”、“MBR＋O3”、“膜过滤＋O3”等三类组合技术进行开发研究，最终形成生产大规模再生水的技术体系，解决在水厂占地面积不能扩大、增容困难的情况下生产分质再生水的技术难题。

4、再生水水质安全与经济评价研究针对再生水使用存在一定风险，以及与现在自来水价格及未来南水北调后的自来水价格的竞争关系，建立与再生水相关的生态和毒性指标分析技术、再生水价格体系、再生水的生产及使用的市场化等。

在研究、示范及工程实践的过程中，建立和完善有关污水再生利用的标准、产业政策、价格体系等。

5、城市污水热能利用集成技术研究在保障并支撑首都城市水环境安全和再生水回用的前提下，研究污水热能提取的关键技术，研发与设计污水热泵系统，形成城市污水热能利用集成技术，实现污水资源的综合利用。

主要成果1、建立多项试验基地在高碑店污水处理厂内建立了多项中试试验基地。

A2/O 工艺中试试验基地处理规模为300立方米/天，在该中试基地中建成了两个系列的自动控制平台。

控制系统采用三级控制模式，构建了DO和氨氮独立控制策略，简化了控制系统，提高了稳定性。

BAF+O3+DNBF工艺再生水生产中试试验基地处理规模为500立方米/天，以高碑店污水处理厂二级出水为原水，系统地考察了反硝化生物滤池与曝气生物滤池组合工艺，旨在为工艺的优化设计以及工程应用提供参考。

该试验基地平行建立两套再生水工艺，通过管道超越及闸门切换可实现近十种再生水工艺的研究试验。

对不同进水负荷条件下，反硝化生物滤池→曝气生物滤池→砂滤池组合工艺的处理效果进行了研究。

该组合工艺处理出水可基本达到地表Ⅳ类水要求。

2、突破多项关键技术（1）污水厂强化脱氮除磷升级改造技术针对传统A2/O工艺存在同时脱氮除磷效率难以提高的现状，研究开发了五因子可调的二级强化生物脱氮除磷A2/O工艺。

确定实现同时脱氮除磷所需的C/N和C/P比，确定预缺氧区/厌氧区/缺氧区/好氧区/脱氧区的设置及其所需的水力停留时间，确定分点进水的位置和分配比例，确定排泥方式及泥龄范围，确定内外回流比。

通过研究，提出了污水强化脱氮除磷工艺改造方案和运行调控策略，使污水处理厂出水稳定达到一级B要求。

改造方案包括：将部分平流式初沉池改造为活性初沉池，增加水解酸化功能，提高出水中挥发性脂肪酸（VFA）的含量；将部分初沉池改造为预缺氧池、厌氧池和缺氧池，部分曝气池改造为可根据运行情况选择缺氧或好氧方式运行；增设混合液内回流至缺氧池；改造回流污泥至预缺氧池前端。

（2）污水厂内碳源开发与高效利用技术碳源缺乏是污水处理厂不能实现高效同步生物脱氮除磷的主要原因，污水厂内碳源开发与高效利用技术的开发是提高脱氮除磷效率的关键。

本课题突破了内碳源开发技术，包括初沉污泥淘洗碳源技术与同步污泥稳定化与污水反硝化组合技术；碳源高效利用技术，包括同步硝化反硝化技术、短程脱氮技术、反硝化除磷技术等。

这些技术的成功研发和应用将在很大程度上解决污水厂碳源缺乏的世界性难题。

（3）污泥消化液短程脱氮与污泥稳定化组合技术污泥消化液是典型的高氨氮低C/N废水，其氮素负荷为进水总氮负荷的10%～25%。

消化液直接回流至主流工艺会增加主流处理系统的氮负荷，使得水力停留时间短或碳源缺乏的污水厂的氮磷难以达标。

通过研究提出了解决消化液脱氮的方案，为污泥消化液短程脱氮与污泥稳定化耦合技术，以及污泥消化液“短程硝化+ANAMMOX”全程自养脱氮技术。

这些技术的成功应用将3940特别关注——The Special Focus第五届水大会(下)大幅度降低污水厂的氮磷浓度。

（4）基于地表Ⅳ类水标准的再生水集成工艺技术针对不同的原水水质特点和不同用水需求，建立了基于地表Ⅳ类水标准的再生水工艺集成技术导则。

通过对“BAF+O 3+DNBF”组合技术的开发研究，形成了生产大规模再生水的“B A F +O 3+D N B F ”技术体系；形成了“M B R ＋臭氧”组合工艺优化、运行控制技术体系，解决在水厂占地面积不能扩大、增容困难的情况下生产分质再生水的技术难题。

通过研究，提出了再生水生产的工艺控制与运行策略，基本解决再生水生产工艺的技术问题。

本成果已在清河再生水工程和卢沟桥再生水工程中得到应用，可为北京市提供至少每天15万立方米的高品质再生水，提高了城市河湖水体水质，改善了城市水环境质量。

（5）编制再生水出厂的水质标准随着再生水生产和应用规模的不断扩大，迫切需要在结合国内外相关经验的基础上，针对再生水处理技术的发展和北京市对再生水利用的需求，同时针对生产地表Ⅳ类水标准的再生水的特殊性，研究编制了北京市地方标准《北京市再生水厂出厂水水质标准》（征求意见稿）。

（6）污水处理及再生水生产的工艺控制与运行规范自控模拟系统及运行规范的缺乏是污水厂和再生水厂运行管理粗糙、盲目、效率低的主要原因，通过研究开发了污水处理厂自动控制与数学模拟技术，制订了科学的运行规范，提升了污水厂生产运行效率和水平。

（7）以磁技术为核心的新深度除磷技术研究开发了以磁技术为核心新的水处理工艺流程，并对新工艺的机理进行了前沿性的探索。

（8）污水处理厂扩容改造与回用技术以水污染应急处理、既有污水处理厂扩容改造与回用等实际需求为导向，实现了磁技术在水污染控制领域的集成。

3、建立多项示范工程（1）高碑店污水处理厂升级改造示范工程利用水专项课题建设的A 2/O工艺脱氮除磷中试基地，通过小试和中试，突破了污水处理强化脱氮除磷改造、污水厂内碳源开发与高效利用等关键技术，提出了高碑店污水处理厂工艺改造方案和运行调控策略，并将研究成果应用到了北京市高碑店污水处理厂升级改造方案中，示范工程规模25万立方米/天。

（2）卢沟桥再生水示范工程结合水专项课题研究提出的再生水集成工艺关键技术和再生水生产的工艺控制与运行策略，将生物滤池、反硝化滤池和臭氧技术的相关研究成果应用到了卢沟桥再生水厂（10万立方米/天）的设计和建设中。

示范工程已基本建设完毕，将于2010年年底通水试运行，出水水质可达到《再生水回用于景观水体的水质标准》，部分水质满足《地表水环境质量标准GB3838-2002》的IV类地表水水质要求。

（3）清河再生水示范工程结合“水专项”的研究成果，在清河污水处理厂建立了再生水生产示范工程，采用膜过滤＋臭氧工艺，主要指标达到《地表水环境质量标准》IV类水体水质要求。

清河再生水厂处理规模为8万立方米/天，其中6万立方米/天主要作为奥运公园水面的景观水体补充水，2万立方米/天向海淀及朝阳部分区域提供市政杂用水。

表1 清河再生水厂进出水数据（2010年7月平均值）（4）清河能力提升应急处理工程北京清河污水处理厂总设计规模为40万立方米/天，现有流域范围内的实际进厂平均污水量已达到47万立方米/天，在雨季时水量超过50万立方米/天，且进水水质指标远高于原设计值，使现有污水处理工艺设施和设备均处于超负荷运行状态。

为减轻清河污水处理厂运行压力，提高污水厂的处理效果，避免雨季大水量时超过处理能力的污水排入河道影响景观，结合“水专项”的研究成果，清河污水处理厂采用磁分离水处理技术，实施临时污水处理能力提升应急工程，规模为5万立方米/天，使出水达到一级强化标准，提高了污水厂应急能力和保障性。

该技术利用外加磁加载物的作用强化絮凝达到高效沉降和过滤作用，对于降低水中悬浮固体、总磷、COD等指标具有一定优势，与传统混凝、沉淀、过滤工艺相比可以缩短沉淀、过滤时间，节约占地面积。

课题实施效果通过“十一五”期间水专项课题的研究和实施，提出了污水处理工艺改造方案和运行调控策略，基本解决了再生水生产工艺的技术问题，为北京市高品质再生水的生产提供了技术保障。

北京市2009年利用高品质再生水6.5亿立方米，比上年增加5000万立方米。

再生水已占全市总用水量的18%，连续两年超过地表水用水量，成为北京市稳定可靠的新水源。

“十二五”期间，将针对当前北京市面临的再生水大规模回用于景观及地下水涵养的趋势要求和北京市新的用水战略，以“十一五”课题研究成果为基础，重点进行北京城区再生水稳定保障与安全利用关键技术研究与示范，建立再生水回用安全保障技术体系与风险评价体系，推动再生水的产业化发展。