膜生物反應器解決北京水資源短缺
前言
北京市是一個嚴重缺水城市，人均水資源占有量僅300 m3 左右，為全國人均的1/8，世界的1/32。特別是1999年以后，北京連續5年嚴重干旱，年平均降水量僅為450 毫米，北京地表水源，密云水庫、官廳水庫蓄水急劇減少。據計算，全市平原區地下水八十年代虧損達到21.78 億m3，年均虧損2.2 億m3。已經形成以朝陽區為中心，西到石景山、東至順義縣城、南至南苑、北到昌平山前約1600km2 的漏斗區。去年北京市平原區地下水埋深平均為13.65 米，比2002年同期下降2 米，比1980 年初下降7.2 米，地下水儲量比1980 年減少36.86億立方米。平原區地下水連續5年下降1米以上。水資源開發量基本達到自然的極限，不得不從周邊也嚴重缺水的省市調水。
南水北調每年調水入京10 億m3，能在很大程度上緩解北京的用水需求。而按照發展規劃，北京市2020 年人口將增加到1800 萬以上，從人均的水資源占有量來說，南水北調外來水后，人均占有量不足300 m3，北京還是一個嚴重缺水城市，形勢仍十分嚴峻。水資源短缺已成為北京市經濟和社會可持續發展的主要制約因素之一。
然而水是自然環境中最活躍的要素，水資源與其他固體資源和石油資源的本質區別是他的可流動性和動態循環性。北京污水發生量2000 年為264 萬m3／d，據預測20l0 年將達到327 萬m3／d，每年約l 2 億m3。通過水的再生回用技術，使城市污水資源化，這是水資源可持續利用，特別是南水北調之前克服北京水危機的有效途徑。雖然城市污水資源化是水資源可持續利用的重大舉措，預計2005年年底北京市污水處理能力可以達到每日168.4 萬噸，污水處理率達到70%，超額完成“十五”水污染防治計劃目標要求，2003 年北京市城市污水再生利用率理論上為20%，預計2005 年達30%。然而現實情況卻是，由于管道等配套設施缺乏，缺水的北京，去年再生水使用量僅為3000 多萬立方米，實際利用率還不到10%，90%的再生水只得白白流走。
由于再生水處理工藝大多采用生物接觸氧化法和物化處理兩種處理工藝，導致再生水水質不高及安全性問題又大大限制了再生水的應用范圍和對付突發公共衛生能力。
如突如其來的“非典”期間，在國內采用傳統工藝進行再生水處理設施紛紛停運，如果北京遇到連續豐水年，這些低質再生水利用率又可能大大降低，不能做到豐補枯用。 突如其來的“非典”疫情襲擊了我國大部分地區，使人們再一次深刻領悟到公共衛生和環境安全的重要性。香港淘大花園下水管道原因使集體感染SARS 的消息公開后，國內再生水設施基本停產。近年來膜處理工藝已開始在再生水處理中得到應用，特別是雙膜工藝處理后的再生水水質及安全性都可得到保障，可以根據用戶要求提供任意高水質的再生水和連續豐水年仍可安全回灌地下。這就為擴大再生水的應用范圍和豐補枯用提供了一條可行性技術保障路線。即只要充分利用水資源在本區域的動態循環性，立足北京市就可為根本解決北京市水資源短缺提供一條可靠途徑。
一、北京水資源及利用的現狀
1．北京水資源概況
首都北京位于華北平原西北部，行政區面積16800 平方公里，其中山區面積10400 平方公里，平原米面積6400 平方公里。北京屬溫帶半干旱半濕潤性季風氣候，冬季受蒙古高壓影響，盛行偏北風，天氣晴朗少雨雪；夏季受大陸熱低壓影響，盛行偏南氣流，多陰雨天氣。全市年平均氣溫為11～12℃,極端最高氣溫43.5℃，極端最低氣溫－27.4℃。年日照數2600～2800 小時，年水面蒸發1120毫米，多年平均陸地蒸發量在450～500 毫米。海河流域，從東到西分布有薊運河、潮白河、北運河、永定河和大清河五大水系。儲備運河發源于本市外，其他四條水系均發源于境外的河北山西和內蒙古。
北京多年平均降雨595 毫米，年平均降雨總量99.96 億m3扣除路面蒸發，形成區域天然水資源量39.99 億m3。受水氣補充條件和地理位置、地形等條件影響，境內降水具有時空分布不均、豐枯交替發生等特點。最低年降雨量272毫米，最高為1406 毫米。豐枯連續出現的時間一般為2～3 年，最長連豐年可達6 年，連枯年可達9 年，歷史記載最長枯水期為20 年。汛期（6～9 月）集中了全年降水的85％，往往形成洪澇災害；而在非汛期又因降水少和用水量大，造成用水緊張。總的水文氣象特點表現為春季十年九旱，汛期又多暴雨洪水和泥石流。
全市可供水資源量多年平均為41.33 億m3（包括入境水量），其中地表水15.0 億m3，地下水26.33 億m3。由于人口密度高，人均水資源量少，屬于資源性缺水地區。
1999年以后，北京連續5年嚴重干旱，年平均降水量僅為450毫米。年可利用水資源為18億～27億立方米。去年降水形勢略有好轉，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，密云水庫、官廳水庫蓄水急劇減少。2004年7月底，密云水庫蓄水僅為6.49億立方米，扣除死庫容，可供水量僅2億立方米。官廳水庫蓄水1.7億立方米，可供水量僅0.9億立方米。平原區地下水平均埋深20米，連續5年下降1米以上。
目前，北京水資源量嚴重不足。北京多年平均降水595毫米，年均可利用水資源41億立方米。北京市人口已接近1500萬，人均水資源量不足300立方米。遠低于聯合國劃定人均1000立方米的缺水下限，是水資源嚴重短缺的特大城市。
2.北京水資源利用現狀分析
2.1 供水、用水現狀分析
①供水
截至2002 年，我市有城市供水企業18 家，自來水處理廠31 座，污水處理廠30 座。其中，市區自來水廠13 座，污水廠11 座，市區供水能力為300 萬m3/d， 污水處理能力為168.9 萬m3/d。2002 年全市供水總量為13.71 億m3，其中市區供水總量為8.9 億m3。2002 年市用水量7.9 億m3，2003 年1～8 月用水量4.7億m3。年污水排放總量約8 億m3 污水（工業廢水、生活污水、受污染的降水），其中有近4 億m3 得到處理，另一半污水仍排入河道。城區的污水處理率從1990年的0.94%提高到2002 年47.3%，2003 年能夠達到53%，2005 年將提高到70%，2008 年將實現90%的污水處理率。
官廳、密云兩大水庫的來水量和庫存水量日益減少。由于連年干旱和上游地區蓄水量增加，境外來水量驟減。官廳水庫年平均來水量由50年代的19.3 億m3 銳減到90 年代的4.0 億m3。密云水庫來水量80、90 年代比60、70 年代平均減少4 億m3 左右。1999～2003 年，北京地區連續5 年干旱，5 年平均降水428mm，為多年平均降水量的70％。2003 年，密云水庫和官廳水庫來水分別僅為2.45億m3 和1.33 億m3，比九十年代年均來水分別減少了5.05 億m3 和2.67 億m3。
1999 年以后，北京連續５年嚴重干旱，年平均降水量僅為４５０毫米。年可利用水資源為18 億～27 億立方米。去年降水形勢略有好轉，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，密云水庫、官廳水庫蓄水急劇減少。2004４年7 月底，密云水庫蓄水僅為6.49億立方米，扣除死庫容，可供水量僅２億立方米。官廳水庫蓄水1.7 億立方米，可供水量僅0.9 億立方米。平原區地下水平均埋深20 米，連續5 年下降1 米以上。
②用水
2003 年北京市總用水量35.8 億m3，地表水、地下水、其它水源供水量分別為8.33、25.42、2.05 億m3，分別占全市總供水量的23％、71％、6％。按用水對象分，工業、生活、農業、河湖環境用水分別為8.4、13.0、13.8、0.6 億m3，分別占全市總用水量的23％、36％、39％、2％。北京節水取得了突出的成績。目前，城市累計節水15.5 億m3。農業累計節水30 多億m3。萬元GDP 耗水量由1995 年的322m3/萬元下降到2003 年的98m3/萬元，比1995 年下降了70％，是我國平均水平的18.67％。。
北京市現狀水資源可供水量在50％、75％年份分別為41、34 億m3。遇枯水年份，供需矛盾相當尖銳。預計北京市2020 年遇50％、75％、95％保證率水平年地表水可供水量分別為11.4、8.2、6.1 億m3；地下水可開采量為24 億m3；遇50％、75％、95％保證率總可供水量分別為35.4、32.2、30.1 億m3。預計2020年北京市遇50％、75％保證率水平年需水量約為51.5、53.9 億m3。全市將分別缺水16.1、21.7 和23.8 億m3。北京將繼續面臨嚴重缺水的態勢。供需矛盾十分突出。
2.2 北京水資源短缺原因的思考
水資源開發利用，是水資源使用價值得以實現的前提，也是水資源價值增值過程。水資源的開發利用，應該在可承受的范圍之內，否則就會出現各種問題。 目前，北京市水資源開發利用存在的問題主要表現在：
2.2.1 水資源供需矛盾加劇
北京多個國家首都中名列百位之后。在五六十年代，北京水資源供需沒有多大矛盾，七十年代以后，缺水成為北京嚴重問題之一。分析其原因，主要是：①人口增加，經濟發展，水資源需水量增加。1949 年市區工業用水只有3000 多萬m3，1980 年達到11.2 億m3，三十一年增長了36 倍。盡管1981 年以后采取了節水措施，到1989 年工業用水仍為8.7 億m3，是解放初年的29 倍。②入境水量減少。北京市可供水量有相當一部分來源于境外，據計算，北京市地表水資源多年平均入境量20.5 億m3，相當于一次水資源總量62.80 的32.64％。近幾年來，北京水資源入境量明顯減少，以官廳水庫為例，80 年代后期年入境總量只相當于50 年代的1／6。這完全是上游水利工程的攔蓄和沿途利用量增加的結果。上述兩種因素的相互作用與疊加，使北京水資源供需矛盾加劇。隨著時間的推進，經濟的發展，生活水平的提高，水資源的需求進一步增加，水資源供需矛盾更加尖銳。
用水效率不高，水價不夠合理。用水浪費現象尚有存在，節水工作推進力度不夠。水資源稀缺性與水價的低廉性并存，水的價格偏離價值，水價結構不盡合理，導致用水浪費和低效用水，加大了供需失衡程度。
2.2.2 地下水嚴重超采
北京市地下水1981～1989平均補給量為37.80億m3／年，地下水可開采量約為24.5億m3年。由于種種原因，補給水并不能全部作為可利用水量。當開采量大于可開采量時，會引起一系列的水文地質環境問題。
在五六十年代，地下水資源開采是少量的，自七十年代以后，地下水資源開采量逐年劇增，成為北京市主要水源之一。據計算，1961～1989年全市平原區地下水累積虧損量已達42.78億m3，平均每年虧損1.48億m3，其中八十年代虧損最大，達到21.78億m3，年均虧損2.2億m3。盡管目前虧損量有所減少，地下水位有所上升，但仍處于超采狀態。已經形成以朝陽區為中心，西到石景山、東至順義縣城、南至南苑、北到昌平山前約1600ｋm2的漏斗區。北京市平原區地下水埋深平均為13.65米，比2002年同期下降2米，比1980年初下降7.2米，地下水儲量比1980年減少36.86億立方米。
北京市地下水嚴重超采引起的主要問題是：①地面沉降。主要分布在城區的東部和東北部，八里莊－－大郊亭一帶，沉降幅度最大，沉降點最大累積幅度達502mm。②水井供水衰減或報廢。由于水位不斷下降，至使有些水井枯渴報廢，井越打越深，泵越換越大，形成惡性循環，經濟上越來越不合算。③水質發生變化，由于地下水資源超采。加上近年來污水、垃圾處理不能同步于增加量，致使地下水污染呈現逐年加重的趨勢。如密、懷地區，亞硝酸鹽24眼井中有20眼檢出，含量最高達11.3mｇ／Ｌ。由于長期過量開采地下水，北京的地下水位在逐年下降，泉水已基本枯竭。同時，由于地下水的長期超采和滲井、滲坑的污水入滲，平原區地下水普遍受到污染，地下水水體中礦化物明顯增多，水質惡化，生態環境遭到破壞。
（3）水質污染嚴重,造成水質性缺水
據調查，北京市的年污水排放量己超過12.5 億立方米，其中規劃市區近9億立方米。據對北京81 條河流2150 公里河段的監測顯示，有56.4％的水體受到不同程度的污染，有23.9％的水體超過四類。特別是城市下游河道，其水體大都超過四類，基本沒有生物存活。官廳水庫水質基本上常年處于超四類，特別是總氮、總磷指標一直維持在較高水平。密云水庫水源近年來也有富營養化趨勢。
工業廢水和生活污水的排放、化肥和農藥的施用及工業廢渣和生活垃圾的堆放，不僅造成了地表水體的嚴重污染，還污染了土壤和地下水。城市飲用水源受到污染的威脅，近一半平原區淺層地下水受到污染。同時，官廳、密云兩大水庫上游來水的污染程度也日趨嚴重。鄉鎮企業、村辦、民辦工業發展很快，點多面廣，分散在廣大的農村鄉鎮。這些企業工業污水及生活污水未經任何處理，直接就地排放，不斷污染當地水體。農村畜牧業垃圾等對農村生態及水環境的影響也不可忽視。
水資源開發利用過程中，水質是重要的指標之一，水資源量、質的協調統一是水資源充分發揮效益不可缺少的條件。
（4）污水資源化程度不高
污水是被污染、使用價值不高的水資源，污水資源化是指污水處理后變成可供用水部門使用的合格水源。實現污水資源化，是緩解北京水資源緊缺、防治水污染的一條重要途徑，是當前水源建設中一項勢在必行的緊迫任務，也是改善首都環境、建設清潔美麗城市不可或缺的重要任務。
（5）缺乏完善的水資源價格體系
長期以來，水價長期偏低，影響北京水資源的優化配置。北京的農業用水中，地表水每立方米只收兩分錢，大部分農用機井抽用地下水只收電費不收水資源費。工業用水中，水費只占成本的0.2％，水價格梯次也不夠合理，不僅自來水和自備井水比價不合理，自來水和再生水也存在比價不合理的問題。另外，全市有200 多家單位安裝了中水設備，但真正運行的寥寥無幾。可以說，低水價不僅違背了市場經濟規律，同時也導致了水的浪費和低效使用。
水資源價格，是對水資源進行經濟管理的重要手段之一，是促進水資源合理開發利用的前提，是水資源供給與需求的調節器。合理的水資源價格體系才能統籌兼顧，科學有效地配置各種水資源，整體上發揮水資源的效益。目前，北京尚未健全完善的水資源價格體系，致使水資源經濟管理未能充分發揮經濟杠桿的作用。
二、解決北京市水資源短缺的技術路線
根據水資源一次供需平衡分析可以看出：到2010 年全市平水年將缺水11.82億ｍ３，形式十分嚴峻。北京地區水資源緊缺是制約發展的基礎性因素，為了實現首都的可持續性發展，增強水資源支持首都經濟和社會發展的能力，必須想方設法，采取一切有效措施，開源、節流，挖掘水資源潛力，保護水資源及生態環境，以彌補供水缺口，實現北京市水資源的基本供需平衡。
現行技術路線存在多種方式方法：節約用水；雨洪利用；地表水開源；水源保護及城鄉水環境綜合整治；地下熱水和天然礦泉水資源；水資源聯合調度（包括南水北調工程）；再生水回用。以上方法中，只有后兩種即水資源聯合調度與再生水回用技術能夠在較大程度上緩解或解決水資源短缺的問題。
（1）再生水利用―開辟第二水資源
“如果再生水能得到充分利用，每年至少可以給北京提供8 億立方米的用水，占本市全年用水量的20%。”北京市水利科學研究所劉洪祿博士今天(11 月25 日) 上午在接受記者采訪時透露。然而現實情況卻是，由于管道等配套設施缺乏，缺水的北京，去年再生水使用量僅為3000多萬立方米，利用率還不到10%，90%的再生水只得白白流走。
再生水是污水經過污水處理廠處理后，再經過第二次處理后的出水，中水是其中的一部分。從再生水使用的角度來說，北京地區可以分為適宜灌溉、控制灌溉、禁止灌溉三個區域。以去年北京用水為例，全年36 億噸的用水量中，農業灌溉用水占39%，環境用水占2%，這些用水中至少一半的用水可以用再生水代替，再加上部分工業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。
首都水資源形勢依然嚴峻，還有許多不確定性因素。對首都供水安全不可掉以輕心。再生水最需要解決的是利用問題。過去在再生水處理方面，為了便于排污，一般都將再生水處理廠設在河流下游。結果上游要使用生水，就必須鋪設相應的管道，就像自來水管道一樣，工程量相當龐大。今后，再生水將盡量采用就地污染、就地排放、就地再生利用的辦法，從而節省使用成本。
據悉，北京市再生水資源主要分布在北運河流域，占90%。城區與近郊污水處理廠再生水量約占70%，郊區再生水量約占30%。2003 年，全市再生水處理量為6.3 億立方米；2010 年，全市再生水處理量將達到11.3 億立方米。預計2020年全市再生水處理量將達14.5 億立方米。只要充分利用再生水，使之成為北京第二水資源，就將有效緩解北京水資源的緊張局面。
（2） 南水北調
水利部部長汪恕誠認為，南水北調工程只是從硬件上解決缺水問題，并不能保證北京市不再出現水危機，要解決北京市缺水問題，只有在保證南水北調工程的同時，將北京市建成節水型城市。
“南水北調每年調水入京10 億噸，能在很大程度上緩解北京的用水需求。而按照發展規劃，北京市2020 年人口將增加到1800 萬以上，從人均的水資源占有量來說增加了300 多萬人口，引入南水北調外來水后，人均占有量仍不足300立方，相當于世界人均水資源占有量的1/30。北京還是處于缺水的情形。”南水北調水進京北京仍缺水，所以不能從根本上解決缺水窘況。
南水北調中線工程靜態總投資為226.5 億元（1991 年價格水平），若考慮各項工程施工期和年均物價上漲指數為3～5％，則工程總投資為280.59 億元。按工程投資分攤，北京市分攤投資58.13 億元，其中北京市境內投資12.27 億元（市內總干渠11.54 億元）。僅考慮水資源本身效益，則南水北調中線工程投資：效益＝1：0.23。
未來2～3 年內乃至南水北調引水進京前，首都的供水安全仍然存在著較大隱患。強化綜合治理，落實規劃目標，確保首都供水安全，仍是今后一個時期艱巨而繁重的任務。長遠來講，北京市和上游地區用水增長的趨勢不會改變，水資源短缺的形勢不會改變，官廳、密云兩庫的重要地位和作用不會改變。上游地區水資源和經濟結構的特點，決定了保障首都供水安全的壓力相當大。
南水北調進京每年引入10 億立方的外來水，能在很大程度上緩解北京的用水需求，但不能從根本上解決北京缺水的狀態。市水務局副總工程師劉培斌說，南水北調已開工建設，計劃2007 年年底，從拒馬河到北京段全線具備通水條件后，就能夠引入河北、港南、黃壁莊等四座水庫的外調水量。南水北調從丹江口引水，全線1227 公里，引入丹江口的水需要到2010 年。南水北調工程是以首都水資源規劃為基礎，它并不能取代首都水資源規劃。在南水北調進京之前，北京靠自己的水資源，能否保證首都供水安全？應對首都水資源緊缺的出路在哪？
三. 當前根本解決的途徑方式―實現污水資源化
3.1 污水資源化利用的現狀及存在的問題
污水資源化是指利用污水作為水源，經處理后達到可回用的標準。污水根據不同的來源和性質有許多種類。本文所指的污水主要是指城市綜合污水，它的產生量最大，它的資源化價值和可能性也較高。根據不同的回用目的，回用的標準也很多。要求指標也不太一樣。但是建設一個規模化的污水資源化工廠，應該滿足較高回用要求。即城市景觀回用水標準。
目前，回灌地下水的標準還處在研究和制定過程，可以想象，該指標應該是回用標準中的最高標準。在沒有該標準的情況下，可以認為地下水三類標準應該可以作為回灌地下水標準。本文中將在技術選擇分析和經濟可行性分析的基礎上，提出北京應該有規劃地科學地建設符合地下水三類標準的污水資源化工廠，以回補地下水，增加北京地下水儲量。
3.1.1 污水資源化利用的現狀
北京市是一個缺水城市，人均占有水資源量僅300 m3 左右，為全國人均水資源占有量的1/8，世界人均水資源占有量的1/32。科學合理地利用有限的水資源，積極推進污水資源化，促進北京城市可持續發展。1987 年北京頒布實施《北京市中水設施建設管理試行辦法》。該辦法規定建筑面積超過一定規模的飯店、公寓、機關、大型公建等必須設計建設再生水設施，并制定再生水利用水質標準。
為推進污水資源化，北京市政府提出明確要求：新建污水處理廠的同時需同步配套建設污水再生利用工程。
2003 年北京市城市污水再生利用率為20%，預計2005 年達30%，2008 年將實現50%的目標。目前，北京已建成200 余個建筑再生水設施，在建的還有100多個。已投入正常運行的有160 個左右，占已建總數的80％。已建成的設施規模一般在50～300m3/d，日污水再生利用總水量約2.4 萬m3，再生水運行成本在1.2 元/m3 左右（不含設備折舊），含設備折舊在2 元/m3 左右。已建成的再生利用設施主要集中在賓館、飯店和大專院校，再生水的水源主要來自洗浴、盥洗等雜排水，經處理達到再生水水質標準后，再生利用于沖廁、洗車和綠化等。除此之外現有26個工業企業實現污水再生利用，水量為3.35 萬m3/d，主要用于建材行業的磨削用水、造紙用水以及廠區內部的雜用水。
高碑店污水處理廠處理水資源化再利用工程，近期形成規模30 萬m3/d，高碑店污水處理廠廠內建設1 萬m3/d 處理規模的再生水設施提供廠區綠化和部分生產用水。另外為華能熱電廠提供4 萬m3/d 工業冷卻用水。市自來水集團第六水廠將高碑店污水廠二級出水經深度處理后供我市龍潭、天壇、陶然亭及大官園公園綠化用水，并供環衛部門用于噴灑道路的用水每天近2 萬m3/d。肖家河污水處理廠建設規模2 萬m3/d，出水達到《生活雜用水水質標準》。目前已建設完成再生水管道65 公里，年內還將建設完成35 公里左右。通過以上設施建設，到2003 年基本還清城八區內護城河、通惠河上段、亮馬河、小月河，2005 年，基本還清城八區內四大水系的主要河道；2008 年，城八區四大水系的河道將基本還清，郊區大多數城鎮污水得到收集、處理，水環境質量將有明顯改善。
清河中水處理廠、北苑中水處理廠、肖家河、北小河中水處理廠分別向北郊地區、西北郊地區、西苑集團、清河集團、望京地區供再生水，為清河、北小河等城市河湖提供景觀用水。酒仙橋中水處理廠、東壩中水處理廠分別向東北郊地區、酒仙橋地區、東壩集團供再生水，為壩河、亮馬河、水碓湖等城市河湖提供景觀用水。吳家村中水處理廠、盧溝橋中水處理廠、小紅門中水處理廠分別向南郊地區、西南郊地區、豐臺集團、南苑集團供再生水，并為涼水河、馬草河、旱河、小龍河等城市河湖提供景觀用水。五里坨小型中水處理廠、方莊中水處理廠分別向五里坨、方莊地區提供再生水。另外，在中水處理廠建設同時，配套建設再生水管道。
北京市每年污水排放量超過12 億立方米，按照正在實施的環境綜合治理要求，本著上中下游、大中小型、集中與分散相結合等原則，北京將規劃建設36座污水處理廠。其中城區16 座，日污水處理能力達到325 萬立方米。污水處理廠處理后的二級出水完全能達到農業灌溉和城市下游河湖景觀用水水質要求。如果對再生水進行深度處理，還可以用于工業冷卻、市政雜用及居住中水。也就是說，通過對污水的處理，北京每年可利用的再生水資源至少為11.5 億立方米。這些再生水除可用于農業、河湖環境、工業、市政雜用和居住中水等外，也可為河北、天津部分地區供水。
北京全年36 億噸的用水量中，20%可以由再生水代替。依靠這座“水庫”，目前市水務局已經作出規劃，2008 年北京將利用再生水灌溉農田100 萬畝，利用再生水4 億立方米，其年直接經濟效益將達0.96 億元；2020 年，利用再生水灌溉農田130 萬畝，利用再生水5.2 億立方米，再生水將替代大量優質地下水，成為北京的“第二水庫”為緩解北京市缺水的狀況，開辟城市第二水源，提高污水再生利用的能力。同時根據北京市政府在《2008 年奧運會申辦報告》中的承諾，北京市2008 年城
市污水處理率達到90%，污水再生利用率達到50%。在2008 年前北京將新建再生水廠9 座，再生水管線398.5 公里，新增再生水處理能力37.6萬m3/d。
污水處理和再生水利用是構建循環水務和節水型城市的關鍵。目前，北京市全年生產污水13 億噸，如果把這些污水轉化成可利用的水源，則相當于目前北京市區用水量的60％以上。可是，目前北京再生水利用僅為2 億立方米。解決這一問題，一是要加快污水處理廠和管網的建設，2008 年前規劃新建污水管線756 公里，污水管網將覆蓋市區3200 公里。二是擴大再生水利用，按北京市區再生水利用規劃，將規劃建設10座污水再生廠，日生產能力達到56 萬立方米，產量和能力將比目前提高一倍。此外，北京計劃每年建中水管線100 公里，到2008 年達到470公里，再生水利用達到60％左右。北京將再建6 座中水廠再生水回用率提高至50%。
3.1.2 污水資源化利用的存在問題
城市污水再生利用在中國仍然處于起步階段，推進污水資源化過程中面臨著許多困難和問題，主要是：
1、污水處理價格形成機制不合理，嚴重制約著城市污水處理和污水回用設施的建設與發展。普及城鎮污水處理設施、提高污水再生利用率，需要大量的資金投入。中國在計劃經濟體制下長期實行低水價政策，水資源價格的形成與水資源供需的實際情況相脫節，城市供排水設施的建設運營財政負擔沉重。近年來國家加強了對水價改革的政策引導，并明確提出了將污水處理收費盡快調整到保本微利水平的要求，但由于受多種因素的制約，按上述要求調整到位尚需時日。目前征收城市污水處理費的城市不足一半，已經征收污水處理費的城市，大部分標準偏低，尚難滿足設施的日常運行維護，更談不上形成合理利潤，吸引社會資金的投入。
2、污水處理設施投資和運營的市場化程度低，融資渠道不暢。與不合理的價格
形成機制相關聯，目前我國城市污水處理設施建設的投資主體主要局限于政府，管理運營也幾乎完全由政府直接操作。財政撥款成了污水處理設施投資建設或維護管理的主要來源。這種狀況，一方面導致投資渠道的單一，資金嚴重匱乏；另一方面也導致經營管理上的政企不分、政事不分，使企業缺乏活力，造成投資效益低下。這種格局嚴重阻礙了污水處理市場的發育，制約了污水處理和再生利用的投資運營良性機制的形成。
3、技術法規和配套政策體系不健全，污水資源化的推進急待建立法律和制度保障。完善的立法和技術標準，是污水處理和污水資源化規范發展、安全運行的重要保障。我們充分認識到，制定科學的技術標準和規范、提出合理的指導性和強制性要求、確定相應的產業和經濟政策，是推進污水資源化快速有序發展的重要保證。
盡管城市污水再生利用已經開始，也有了一些成效，而且使用再生水所具有的優越性越來越得到大家的認可，但是還存在很多問題，在具體的執行過程中，仍然遇到了一定的阻力和困難，阻礙了推廣應用。
目前城市污水還未能廣泛應用，污水再生利用仍然處于起步階段，推進污水再生利用資源化過程中仍面臨著一些困難和問題。
（一）污水資源化利用缺乏相應的引導性政策
對于北京市這樣一個資源型缺水的城市，應大力提倡使用再生水，但目前對于污水再生利用缺乏相應的政策支持，影響到污水再生利用工作的開展。對建設、使用再生水的用戶嚴格規定，上中水，增加一上一下兩套水管路，加大了基建投資，卻沒有鼓勵機制，沒有經濟上的優惠。不上中水設施，節省了資金，浪費了水資源，懲罰措施卻又不夠嚴厲，對建設再生水設施產生了較消極的作用。技術法規和配套政策體系不健全，污水資源化的推進急待建立強制性的法律和政策保障。
（二）缺乏城市污水資源化利用系統整體規劃
城市污水處理后作為工業冷卻、農田灌溉和河湖景觀、園林綠化、洗車沖廁等用水在技術上可行，但目前相當一部分再生水的用戶比較分散，用量不大，如何按照集中與分散相結合的路子，進一步擴展用途，擴大覆蓋，集中處理后的再生水輸送管道系統如何規劃建設是一個亟待解決的問題。目前的再生水設施建設多以單體建筑為主，缺乏聯建和區域性建設，造成資金的浪費。另外，目前的水價體系中雖然增加了再生水的價格，但是定價時僅考慮了城市再生水的成本，使單體再生水的成本大于定價，影響了單體再生水的推廣利用。
四、建設廢水資源化工廠是解決水資源短缺的根本措施
按照北京《2008 奧運工程－污水及中水項目規劃》，到2008 年污水管道普及率及污水處理率將達到90％以上，其中用于中水回用的水量將達到50％。
中水回用技術上向先進國家看齊。在利用傳統工藝的基礎上，開發引進先進的膜處理技術，此項技術以完成了500m3／ｄ的中試，出水水質穩定良好。在推廣過程中充分發揮其高效、低耗能、占地小、見效快的優點，為中水回用的應用提供了更可靠的保證。
中水回用對城市水資源的利用具有減輕污染、開源節流的雙重功能。21 世紀對于水資源的利用，不僅考慮人們的用水，也考慮生態環境的延續性。北京市將開源節流再提高水資源利用效率的基礎上，更注重保護環境和生態平衡，科學合理用水。城市污水資源化充分體現了這一精神。
膜處理工藝已開始在再生水處理中得到應用，特別是雙膜工藝處理后的再生水水質及安全性都可得到保障，可以根據用戶要求提供任意高水質的再生水和連續豐水年仍可安全回灌地下，可以根據用戶要求提供任意高水質的再生水和連續豐水年仍可安全回灌地下。這就為擴大再生水的應用范圍和豐補枯用提供了一條可行性技術保障路線。即只要充分利用水資源在本區域的動態循環性，立足北京市就可為根本解決北京市水資源短缺提供一條可靠途徑
一） 建設廢水資源化工廠的技術路線
1. 規模化工廠的技術選擇
推薦的高效工藝：
根據現有的國際廢水資源化發展狀況來看，存在可能的以下幾種技術路線：
1) 膜生物反應器（MBR）
膜生物反應器（Membrane Bio－Reactor，MBR）是20 世紀末發展起來的最新廢水資源再生利用技術，是膜分離技術和生物技術的有機結合。用超濾膜或微濾膜分離技術取代傳統活性污泥法的二沉池和常規過濾單元，水力停留時間（HRT）和泥齡（STR）完全分離，其高效的固液分離能力懸浮物和濁度接近于零，使出水水質良好，不須經三級處理即可以直接可回用，又大大擴大了出水的回用范圍。
膜組件是膜生物反應器的核心部件, 來自調節池的污水在反應器內經過好氧微生物降解后通過膜片，由于膜片的孔徑為0.1—0.4μm, 可以有效過濾水中的有機物, 微生物, 顆粒雜質, 懸浮物等。高效地固液分離將廢水中的懸浮物質、膠體物質、生物單元流失的微生物菌群與已凈化的水分開，微生物菌群始終保持在膜生物反應器內，高的微生物濃度又大大提高了容積負荷和處理效率，降低了運行成本。由于把膜與生物反應池集成于一體，大大縮小了設備的體積和占地面積，反應器在高容積、低污泥負荷和長泥齡下運行，可實現剩余污泥微量排放，減少投資成本，同時膜生物反應器還可以完全實現系統的自動化和智能化。
現有的膜生物反應器有分體式和一體式兩種。
2) MBR+RO
“雙膜法”，即膜生物反應器（MBR）+反滲透（RO）工藝在我國首次大規模應用于城市污水再生處理，不僅技術上達到了國際先進水平，經濟上亦可以接受，在我國缺水城市具有廣泛的推廣應用前景。對低含鹽量的城市污水再生利用更具成本優勢。該工藝生產的再生水水質優異，可作為工業純凈水，滿足從高端用戶到低端用戶的廣泛用途，打破了再生水小規模、低水質的應用局面，使再生水真正成為城市供水系統的組成部分。工藝受進水水質的影響小，其嚴謹的過程機理和可靠的在線監測及控制手段可提供安全、衛生、穩定的供水保障，消除了用戶對再生水的誤解。運行操作投加的化學藥劑少，與傳統再生水生產工藝相比，對環境的影響小。系統采用模塊式設計，占地省，便于增容，運行調度靈活。與傳統工藝相比，適用于再生水廠建設的靈活性，并易于工程規模與市場需求的優化配置，為工程規模的近遠期結合提供了方便。
例如，天津，2003 年5 月26 日至6 月25 日是新水源一廠投入運行以來實現RO 生產量最大的月份，日平均生產量達到5275.50m3，RO 水實際生產成本為3.3 元/m3（含CMF0.7 元/m3）。以該實際運行成本為基數，對照五洲會計事務所測算數據，當運行產量達到日平均1 萬m3 時，推測實際生產成本為2.27 元/m3，較五洲會計事務所測算數據（2.48 元m3）少0.21 元/m3。（上述成本中均包含全部設備、廠房及膜更換的折舊費用）如扣除設備及廠房折舊，運行成本應為1.67元/m3。同時以6 月份實際運行成本為基數外延至規模達到每日2 萬m3時，推算的實際運行成本為1.90 元/m3，除去折舊的成本為1.51 元/m3，由數據可見當達到更大規模時，運行成本將進一步降低，表明雙膜法再生水處理工藝不僅在技術上具有優勢，經濟上也是大部分地區，特別是缺水地區可以接受的，對于推廣應用具有重要的借鑒意義。
膜處理工藝和傳統的物化處理工藝比較
項目 膜處理技術 傳統物化處理工藝 技術
歷史 九十年代應用 應用歷史長
工藝 水質穩定，適應性強 成熟適應性強
流程 簡單 簡單
水平高 一般
土建結構 簡單 復雜
處理占地 小（0.06） 大（0.51）
因此，與傳統工藝相比，膜生物反應器（MBR）和MBR+RO 雙膜過濾技術在經濟上具有明顯的可行性。
2. 國外污水再生利用概況與發展趨勢
中水回用是國際公認的“城市第二水源”。據有關資料顯示，美國20 世紀80 年代利用回用水量達9.37 億立方米，德國、奧地利、以色列等國的污水處理回用量也都很高。中水回用是實現污水資源化的有效途徑，運作得好，可實現社會效益、環境效益、經濟效益及資源效益四豐收。有關人士指出，在水資源嚴重匱乏的背景下，政府通過價格杠桿手段來刺激中水的使用無疑是符合市場經濟規律的，但是中水的有效利用不僅要靠市場這只“看不見的手”，更需要政府這只“看得見的手”來完善公共設施；不僅要解決綠化、園林和環衛部門漫灌綠地的問題，還應加大有關中水設施的資金投入，積極建設中水管網和中水處理系統，加大減少對新鮮水的使用和消耗。
① 美國
美國加州桔縣21 世紀水廠概況21 世紀水廠在1976 年10 月首次將RO 處理再生水、碳吸附處理水和深井水組成的混合水注入到沿海屏障中。該產品水符合加州當地水質標準其價格成本等同于使用輸入型水源，再生水的使用在很大程度上緩解了旱情，解決了水源緊張的問題。
② 新加坡
新加坡于1998 年開始再生水研究（“新水研究”Newater）。由新加坡公共事業局與國家環保部共同發起倡導并形成理念。新水廠采用雙膜及紫外線消毒處理工藝日產新水10000m3。該廠位于BEDOK再生水廠。
按照US EPA 飲用水標準，以及WHO（世界衛生組織）飲用水標準，研究小組進行了190 種有關的物理學，化學及微生物學參數分析。提交了“新加坡再生水研究”報告。
2002 年6 月專家組對報告及數據進行評估，達成如下結論：
（1）新水可以作為飲用水，新水的質量標準始終達到了美國環保局（U.S.EPA）和世界衛生組織（WHO）的飲用水質量標準。
（2）新加坡必須采取間接飲用的(IPR)方法：即與水庫水相混合，彌補在RO 工藝中去除的微量礦物，有益于健康和飲水口味；可提供更多的安全性；能夠得到民眾的接受與認可。該方法與美國采用的可規劃間接飲用方法相似。
③ 澳大利亞
澳大利亞奧林匹克基地——奧運選手村與水回收利用與管理方案。
該項目工程是悉尼奧委會承諾舉辦“綠色奧運會”的一個重要組成部分。再生水廠的進水水源主要來自奧林匹克體育場。通過CMF 和RO 工藝將其處理成再生水，
并通過加氯處理進行消毒后將其輸送到奧林匹克基地周邊的管網中，主要用于該區廁所沖水、園林綠地澆灌和其他各種沖洗用途。
“再生水項目工程”于2000 年悉尼奧運會期間如期通水，成功地向奧運會場館、奧運村輸送高效、高質的再生水，充分顯示了廢水再利用的功效，實現了悉尼奧委會“綠色奧運”的承諾。
澳大利亞太平洋電力公司——Eraring 發電廠將來自Dora Creek 污水處理廠的二級出水作為Eraring 發電廠的再生水水源。采用CMF（連續流微濾）和RO（反滲透）工藝進行有效去除所含懸浮固體物（SS）、細菌、病毒和溶解鹽。處理后的再生水用做電廠高壓鍋爐的純水供給。Eraring 發電廠再生水利用工程，其水質不但好于淡水水質，大幅度降低淡水，同時還有效降低了Eraring 發電廠的運營成本。
3. 規模化廢水資源化工廠的技術可行性分析
污水處理和再生利用是對水自然循環過程的人工模擬與強化。城鎮供水的80%轉化為污水，經收集處理后，其中70%可以再次循環使用。這意味著通過污水回用，可以在現有供水量不變的情況下，使城鎮的可用水量增加50%以上，這是一筆巨大的資源。國內外的實踐經驗表明，城市污水的再生利用是開源節流、減輕水體污染、改善生態環境、解決城市缺水的有效途徑之一。我們已經取得了這樣的共識：發展污水再生利用，推進污水資源化，是實現有限水資源的合理利用，增強各地區水資源自立能力和安全保障程度的必然選擇。
4. 規模化廢水資源化工廠的經濟可行性分析
再生水在北京的用量將越來越大。北京全年36 億噸的用水量中，20%可以由再生水代替。依靠這座“水庫”，目前市水務局已經作出規劃，2008 年北京將利用再生水灌溉農田100 萬畝，利用再生水4 億立方米，其年直接經濟效益將達0.96 億元；2020 年，利用再生水灌溉農田130 萬畝，利用再生水5.2 億立方米，再生水將替代大量優質地下水，成為北京的“第二水庫”。資料顯示，和城市供水量幾乎相等的城市污水中，只有0.1％的污染物質，遠低于海水中3.5％的量值。城市污水就近可得，易于收集，再生處理比海水淡化成本低廉，基建投資比遠距離引水經濟。城市污水可以作為可靠的第二水源，這已成為當今世界在解決缺水問題時的共識。
五、結語
實現污水資源化，防范和避免水資源危機，是關系全球經濟發展和人類生存環境的重大課題。作為世界上最大的發展中國家，我們深知推進污水資源化任務的艱巨和責任的重大。同時，中國污水資源化事業的高速發展，也將為各國展現良好的市場機遇和合作前景。污水是北京重要的水資源之一。通過污水處理再利用，不僅可以減少對水資源的污染，而且可以增加水資源的有效供給量。污水資源化是實現水資源可持續利用的必然選擇。
應對首都水資源緊缺的根本出路是構建循環水務和建設節水型社會。
以膜生物反應器處理工藝為核心的膜技術是實現廢水資源化的最佳選擇；通過不同層次的膜技術應用來解決多層次的再生水用途， 使再生水水質的安全性和穩定性得到根本的保障，從而實現水資源在本區域的動態循環性，也就使立足北京市，解決北京市水資源短缺的循環水務得以實現。
同時對保護北京良好的水環境，對城市和經濟的建設和發展起到重要的促進作用。
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