西安市城市污水處理及污水資源化

吳鍵張理王社平

0. 前言

西安市是世界聞名的歷史文化名城，三千多年的城建史和昔日的繁華盛世，給西安留下了極為豐厚的歷史文化遺產，使之成為世界著名的文化古都和旅游勝地。半個世紀以來，西安經過了三次大的建設高潮，已成為我國西部地區改革開放的窗口，經濟、科技、文化較為發達的中心城市、國際旅游城市和重要的高新技術產業基地。

"九五"以來，西安市基礎設施建設發展迅速，2000年西安市建成區面積已達187km2，人口326萬。根據《西安市排水規劃(1995年至2010年)》，西安市中心市區分為六個污水收集系統，現狀污水排放總量約80萬m3/d，污水處理率約34%。

同時，西安市是一個水資源缺乏的城市，全市人均占有地表水資源量不足350m3，僅為全國和世界人均占有量的1/6和1/20，大大低于國際公認的維持一個地區社會經濟環境所需1000m3的臨界值，隨著今后城市現代化進程的加快，水資源短缺將會影響城市供水。而污水是一種穩定可靠的、可再生利用的水資源，是解決城市缺水的一條重要途徑，污水經深度處理后可回用于工礦企業、市政環衛、園林綠化以及城市河道景觀等方面。合理開發和利用城市污水資源，體現了水的"優質優用，低質低用"和"開源節流并重、節流優先、治污為本、科學開源、經濟利用"的原則。

1. 西安市污水處理及其回用的現狀與規劃

1.1 西安市污水處理現狀

西安市現狀排水服務面積約152.2km2，排水管道除老城區及東北郊部分為合流管外，其余以分流制為主。排水管網總長約835.4km。其中污水管道490km(包括現狀合流管)，普及率67%，雨水管渠345.4km，普及率45%，管渠密度約5.5km/km2。目前污水管網接納城市污水量約80萬m3/d，已建成城市污水處理廠兩座，總處理能力27萬m3/d，污水處理率34%，其中北石橋污水處理廠15萬m3/d，鄧家村污水處理廠12萬m3/d。

在中國西部大開發之際，為了使排水設施適應城市的發展，提高管網普及率和污水處理率，盡快改善城市水環境，西安市政府把城市排水工程系統改造作為"十五"期間的一項重要工作，加大污水處理廠的建設力度，重視城市管網改造，以改善西安市的水環境質量。

1.2 西安市城市供水現狀

西安市城市供水設施歷經近50多年的建設，尤其是近幾年得到了長足的發展，由過去單一的地下水為主要水源，發展到現在以地表水為主、地下水為輔的供水系統。現有水廠7座，在建水廠1座，其中地表水供水能力72萬m3/d(曲江水廠60萬m3/d，浐河二水廠12萬m3/d)，地下水供水能力42萬m3/d，供水總能力達114萬m3/d，供水面積162km2，供水服務人口227萬00人。

1.3 西安市城市水資源及用水量

西安市地表水資源總量為21.78億m3，人均水資源量是全國平均水平的1/6。從長遠來看，西安是一個水資源缺乏的城市。

按照西安市城市總體規劃，西安市是由一個中心市區和十一個外圍組團組成，市區與組團用水量統一規劃、統一調配。近幾年，隨著黑河引水工程完成，西安的水荒問題已基本解決，2000年，全市最高日供水量為114萬m3/d，預計2005年最大日用水量為163.6萬m3/d，2010年最大日用水量為190.13萬m3/d。加之，城市水體還存在不同程度的污染，2010年以后，西安市用水量仍有一定缺口。

水資源是可以枯竭的，合理開發、利用和保護水資源是社會發展的永恒主題。淡水資源的短缺是不言而喻的，而城市污水具有量大、集中、水質較為穩定的特點，是一種潛在的水資源，污水經過處理后完全可以重復使用，并實現水在自然界中的良性循環。開辟這種非傳統水源，實現污水資源化，對保障城市供水安全亦具有重要的戰略意義。珍惜水資源，合理利用和開發第二水源，是擺在城建工作者面前必須長遠考慮的問題。

1.4 西安市排水規劃

《西安市排水規劃(1995～2010)》將整個污水排放分為六個系統，即鄧家村污水處理廠系統、北石橋污水處理廠系統、店子村污水處理廠系統、袁樂村污水處理廠系統、紡織城污水處理廠系統、六村堡污水處理廠系統，城市污水管網普及率要達到95%以上。污水處理廠建設規模見表1。

2、本表所列遠期為2020年規劃總規模。

根據建設部、國家環保總局、科技部關于《城市污水處理及污染防治技術政策》的通知精神，西安市制定了《西安市城市市政公用設施"十五"計劃及2015年規劃綱要》，計劃在"十五"期間建設紡織城污水處理廠、店子村污水處理廠及其配套排水管網設施。這些項目的實施將改善西安市城市排水設施狀況，實行有組織的污水排放和集中處理，使西安市污水處理率超過60%。

2.1 西安市鄧家村污水處理廠

西安市鄧家村污水處理廠始建于1956年，最初處理能力為4萬m3/d一級處理，經過1963年和1979年兩次擴建后，處理能力達到12萬m3/d，并由一級處理提高到二級生物處理。1994年，西安市市政工程管理局依據西安市排水規劃并結合西安市城市發展及西安市水資源短缺狀況，對該污水廠再次提出改造方案，一是將污水處理規模由12萬m3/d提高到16萬m3/d，二是增加6萬m3/d污水深度處理系統，經深度處理的水作為工業企業部分用水和市政雜用水。

依據我國《污水回用設計規范推薦標準》(CECS-61:94)、《生活雜用水水質標準》(CJ25.1-89)，結合國內外其它城市污水回用水質標準，并分析該污水處理廠運行以來的水質水量，綜合確定了鄧家村污水廠回用水的設計標準BOD5≤10mg/l、CODcr≤50mg/l 、SS≤5mg/l、NH4-N≤5mg/l、TN≤15mg/l 、TP≤1mg/l。

污水處理工藝采用了技術成熟，處理效果穩定，適應性強的A2/O系統(脫氮、除磷)。回用水處理系統采用絮凝沉淀、砂濾系統。設計投加氯化鐵藥劑于A2/O系統終沉池配水井中，強化生物除磷，降低終沉池出水中磷的濃度。沉淀后出水經提升泵站至砂濾池，采用氣水反沖洗濾池，過濾后水至清水池，加壓后進入回用水管網。

鄧家村污水廠改造工程利用國外政府低息貸款，總投資約1.09億元，該工程1999年開工，預計2002年3月前二級生物處理部分可投入運行。

2.2 西安市北石橋污水凈化中心

西安市北石橋污水凈化中心是西北地區規模較大的一座現代化污水處理廠，總服務面積53.5Km2，規劃人口60萬人。該中心引進國外DE型氧化溝工藝，一期規模15萬m3/d，始建于1994年10月，1998年5月投入試運行。運行以來出水水質穩定、運行平穩，主要出水指標BOD5≤15mg/l、CODcr≤50mg/l、SS≤15mg/l、TP≤1mg/l、NH4-N≤5mg/l。

北石橋污水回用工程是西安市城市污水回用試點項目，它位于北石橋污水凈化中心內，回用水規模10萬m3/d，回用于服務區域內的企業以及市政環衛園林等雜用水，該工程目前正在實施中。

2.3 西安市店子村污水處理廠

擬建店子村污水處理廠位于北二環朱宏路立交以南，二環路與團結庫之間，主要接納西安市舊城區、東北郊、西安經濟開發區等區域污水，總服務面積為4501公頃。

根據第四污水廠服務范圍污水水量、水質調查及預測，工程近期建設規模Q=25萬m3/d，其中污水回用量10萬m3/d，處理后水排至團結庫，經漕運明渠(景觀用水)排入渭河(Ⅳ類水體)。設計進水水質BOD5≤230mg/l、CODcr≤410mg/l 、SS≤250mg/l、TP≤5.0mg/l、 NH4-N≤40mg/l、PH=6～9；處理后出水水質BOD5≤20mg/l、CODcr≤60mg/l 、SS≤20mg/l、NH4-N≤15mg/l、TP≤1mg/l。污水處理擬采用A2/O法，污泥處理采用中溫厭氧消化，重力濃縮后進行機械脫水。該項目總投資約40000萬元。

2.4 西安市紡織城污水處理廠NH4-N

擬建紡織城污水處理廠位于西安市浐河東岸，西臨高速公路以南，東三環以西所狹三角地帶，主要接納浐河東、西兩岸面積為2096公頃的生產廢水、生活污水，其中浐河東岸紡織城組團服務面積為1174公頃，浐河西岸服務面積922公頃。

根據服務區域水質水量調查及預測，工程設計近期2005年處理規模Q=10萬m3/d，其中污水回用量5萬m3/d。設計進水水質為CODcr =390mg/l，BOD5=200mg/l，SS=250mg/l，NH4-N=30mg/l，TP=4mg/l。污水廠出水排至浐河(國家Ⅲ類水體)，處理后水質執行《污水綜合排放標準》(GB8978-1996)一級標準，即出水水質CODcr≤60mg/l、BOD5≤20mg/l、SS≤20mg/l、NH4-N≤15mg/l、TP≤0.5mg/l。污水處理擬采用二級生物處理工藝，污泥處理采用機械濃縮機械脫水工藝，污水回用深度處理采用微絮凝過濾技術。初步估算污水處理建設總投資約25000萬元。

3. 西安市城市污水回用試點項目介紹

西安市城市污水回用試點項目以北石橋污水凈化中心二級出水為水源，該項目地處西安市西郊工業區，北與西安西郊熱電廠一路之隔，東臨西安市化工廠、西安焦化廠，南依西安日化廠，作為用水大戶的冷卻用水用戶眾多，使得凈化中心具有良好的污水資源開發條件。

3.1 處理規模與水質

根據北石橋污水凈化中心運行以來的二級處理水量、水質統計資料，回用水用戶對水質水量的要求，確定污水深度處理回用工程設計規模和水質標準。

3.1.1 處理規模

通過對1999年1月至2000年9月期間二級處理系統運行進行統計分析，日處理水量平均在13萬m3/d以上，并且出水水量穩定、可靠。

在對用戶的調查基礎上，確定回用水規模10萬m3/d，分兩期實施，一、二期規模均為5萬m3/d。

3.1.2 二級處理進、出水水質

二級處理進、出水月平均水質設計出水水質見表2。

污水深度處理進水水質采用北石橋污水凈化中心設計二級處理出水水質。出水水質標準依據國家《污水回用設計規范推薦標準》(CECS-61:94)、《工業循環冷卻水水質標準》(GBJ5050-95)、《生活雜用水水質標準》(CJ25.1-89)和國內外其它城市回用水標準，并參照用戶要求而確定，具體指標見表3。

3.2 模型試驗及工藝技術路線選擇

為保證北石橋污水回用工程技術可靠，西安市市政工程管理局組織有關單位進行了污水回用項目的深度處理模型試驗。

3.2.1 模型試驗方案

深度處理模型試驗采用了下列5種工藝試驗方案：

①方案A 直接過濾；

②方案B 微絮凝過濾；

③方案C 混凝+助凝+過濾；

④方案D 混凝+沉淀+過濾；

⑤方案E 混凝+助凝+沉淀+過濾；

經過5個月的反復模型試驗，表明方案D和方案E兩種方案能滿足回用水出水水質要求。

3.2.2 方案的可靠性試驗

通過技術與經濟分析，擬定方案D為設計方案，并通過改變進水水質，對方案D做可靠性試驗，以檢查工藝運行的可靠性。方案D可靠性試驗結果及其與方案D、E模型試驗結果見表4。

3.3.1 深度處理工藝流程

依據污水回用模型試驗結果，并結合國內外城市污水回用工程實踐，本工程采用混凝、沉淀、過濾污水深度處理工藝，工藝流程如圖1所示。

1) 提升泵房

提升泵直接在二級處理系統中的接觸池出水渠內取水。泵房按兩遠期一次建成，安裝淹沒式潛水泵5臺，4用1備，單臺流量Q=1141.4m3/h，揚程H=13m，配電機功率N=58kw。

2) 反應、沉淀池

為了節省占地，反應池與沉淀池合建，分兩組，一期先建設一組，每組分兩格。反應池采用水力波形板反應器，共分三級，總反應時間為9.40min，停留時間14.1min，GT=1.48×104，反應器主要設計參數見表5。

3) 濾站

沉淀池出水流經V型砂濾池進行最終凈化，濾池、反沖洗泵房和中心控制室等合建，濾池建在室內，反沖洗泵房建在地下，共兩組，一期建設1組。一期1組濾池分為4格，濾料為單層石英砂均質濾料，厚1.2m，有效粒徑d=1.2mm，不均勻系數K80≤1.3～1.4。設計濾池采用氣水反沖洗，濾速V=8～10m/h，反沖洗周期18h，每次反沖洗12～15min，水、氣反沖洗強度分別為Q水=4.17 l/s·m2、Q氣=16.67 l/s·m2；氣水同時反沖洗強度Q氣+Q水=16.67+2.09 l/s·m2。

4) 回用水池及加壓泵房

設計回用水池4座，一期先建2座，單池容積4050m3，有效水深4.5m，水池容積占回用水供水量的16.2%。加壓泵房按兩期一次建成，按照回用水用戶不同要求，采用分壓供水。水泵為變頻調速控制，供水至回用水管網。水泵的運行將通過管網壓力和回用水池內液位信號來控制。

5) 加氯系統

設計深度處理水采用液氯消毒(預加氯和后加氯消毒)，預加氯在提升泵房集水井，后加氯在回用水池進水處，加氯量分別為2.0mg/l、5.0mg/l。濾后水經加氯消毒后，在回用水池中停留約2h，經加壓泵房送入回用水管網，出水管上設有余氯分析取樣設備。設有2臺加氯機，單臺投加量32kg/h。加氯間、氯庫及加氯設備利用北石橋污水凈化中心現有裝置。

6) 污泥脫水車間

深度處理日產污泥約3300kg，設計利用現狀凈化中心污泥脫水車間預留脫水機位置。機房內現安裝200E型帶式脫水機2臺，單臺處理能力16-21m3/h，一套投藥裝置，本次設計再增加2臺KD10-2000型帶式濾機及配套污泥投配泵、自動投藥裝置、無軸螺旋輸送機。藥劑制備與投加、進泥、脫水、出泥、清洗等過程均實施自控聯動操作。

3.3.3 工程實施

本工程已于2001年9月開工，目前正在進行土建施工，計劃于2002年6月竣工并投入運營。

4.回用水項目的運營管理與政策支持

4.1 回用水項目的運營管理

回用水項目運營管理，應遵循市場規律，逐步建立與市場經濟體制相適應的企業管理體制和運營機制。回用水運營管理機構以獨立法人為宜，獨立經營、自負盈虧，以全新的現代企業形式投入運行，降低成本、爭取效益，以使污水處理及污水回用走上良性循環的新路子。

4.2 回用水項目的政策支持

回用水市場開拓初期，需要國家和地方政府政策的支持。結合西安市污水回用市場調查和分析，我們認為污水回用在國內作為一項新的事業，起步較晚，在污水回用商業化運作方面需要政府頒布有利于推廣使用城市再生水的法規，給予相關的政策扶持。在城市非飲用水方面，限制自來水供應和使用，對使用回用水的工礦企業給予政策傾斜。

在城市規劃、建設方面要給回用水事業的普及和發展留有空間。城市市政公用設施規劃時，尤其是給水廠、污水廠的規劃、設計、建設應當把給水與污水處理、污水回用整體考慮，按可持續發展的戰略思想，制定近、遠期水資源再生利用規劃。污水廠的選址不宜過于集中，應利于污水再生利用。

4.3 回用水價格

污水再生利用是一項新興行業，回用水價格的制定對污水再生利用順利實施起著重要的作用，北石橋污水回用項目作為西安市城市污水回用試點項目，回用水價格的制定對西安市回用水市場將會起到舉足輕重的作用。

回用水定價應考慮水廠內部收益及還貸能力、用水單位的承受能力以及現時國內的物價水平，回用水以略高于成本價供水為宜。

根據西安市北石橋污水回用項目可行性研究和初步設計階段的經濟分析，該項目的年總經營成本(10萬m3/日)為2611.7萬元，單位總制水成本0.72元/m3。西安市目前居民用水價格是1.5元/m3，工業用水價格是1.86元/m3，商業用水價格是2.2-2.5元/m3，由此可見，回用水具有潛在的巨大市場，并可給用水單位帶來巨大的經濟效益。以西安熱電廠為例，該廠每天需要的回用水量是3.6萬噸，如果每噸回用水按1.0元核算，全年水費為1314萬元，相應的自來水費為2444.04萬元，僅此一項全年可節約水費1130.04萬元。

4.4 發展回用水用戶方面的一些實際做法

在西安市城市污水回用試點項目的實施過程中，我們感到落實用戶是試點項目成功的關鍵，為此，我們分階段做了以下工作：

1) 在規劃階段，對污水廠周邊工業企業用水現狀和產業結構進行分析評估，了解用戶對水質、水量的需求；

2) 在可行性研究階段，對回供范圍內的潛在用戶進行走訪和深入調查，掌握用戶的用水要求和實際存在的困難；

3) 在設計和實施階段，與用戶洽談并簽署供水協議，針對不同用戶的用水特點，為用戶提供供水便利，如協助用戶進行廠內干管改造，供水初期給予一定的供水優惠等。

5. 建議

5.1 多渠道籌措資金建設城市污水處理廠，吸納全社會資金，包括個人、集體和政府參與水處理活動，使水處理行業由單一的政府投資和管理走向社會化和產業化，逐步走向公司型的管理運營機制。

5.2 要充分認識到，污水是一種穩定可靠的、可再生利用水資源，污水再生利用是解決水資源短缺的有效措施，是實現水資源良性循環的關鍵。因此，在城市生活和工業用水方面要擯棄輕視節水、制污、不重視非傳統水資源的開發，要重視節流優先、治污為本、多渠道開發水資源的可持續發展戰略。

5.3 為保證污水資源的合理開發和利用，迫切需要制定切實可行的水資源綜合利用規劃、實施標準和相關政策。城市規劃和建設部門要考慮污水資源化的發展空間，綜合考慮有利于城市可持續發展的水資源的開發與使用。

5.4 現行城市自來水水價普遍偏低，對于節約用水、促進污水回用，難以發揮市場杠桿的作用，不可避免造成水資源的浪費，污水再生資源缺乏競爭力。因此，應提高自來水水價，鼓勵使用再生水。此外，對單位自備井的開采要實行嚴格限制，逐步關閉自備井。

5.5 回用水項目應重視發展用戶，對使用回用水的企業在相關政策上給予傾斜，例如在企業內部供水系統技改方面給予資金支持，以利于發展回用水用戶。

5.6 在回用水供水單位生產經營過程中，政府應給予稅收方面的優惠和扶持。