圆明园东部湖底防渗工程环境影响报告书 11再生水回用的可行性分析 11.1概述 由于水源缺乏是圆明园建设防渗工程的重要原因之一,在目前北京市水资源 紧缺的情况下,在圆明园水源补给方案中考虑采用城市污水处理后获得的再生水 成为解决圆明园水源匮乏的可能方案之一。圆明园管理处在实施防渗工程之前也 曾规划将肖家河污水处理厂的再生水作为一种替代水源加以利用,但再生水利用 的计划并没有得到落实和实施 本章在分析圆明园水体功能的基础上,对再生水作为圆明园水体补充水源利 用的必要性、可行性和利用条件进行了分析,为圆明园用水问题的解决提供参考 112圆明园水体功能与相关水质标准要求 112.1圆明园水体功能分析 圆明园内水系包括福海等近30块相互联系的人工湖水体,按1998年北京市 水体功能规划,圆明园福海为《地表水环境质量标准》(GB38382002Ⅲ类水体 地表水Ⅲ类水体主要适用于集中式生活饮用水地表水源地二级保护区、鱼虾类 越冬场、洄游通道、水产养殖区等渔业水域及游泳区。但圆明园水体长期以来从 未用作过集中式生活饮用水水源地,部分水体如福海等的实际功能是娱乐水体, 属地表水Ⅳ类水体;部分水体如长春园等的实际功能是一般景观观赏,属地表 水V类水体。 鉴于以上现状,以下分别对地表水Ⅲ类和地表水ⅣV类(取实际功能水质要 求严格者)两种情景的评价标准、再生水水质要求和再生水处理技术及其经济性 进行分析 1122基于地表水Ⅲ类水体要求的再生水水质 为推进并规范城市污水的再生利用,国家在2002年重新修订了《城市污水
圆明园东部湖底防渗工程环境影响报告书 229 11 再生水回用的可行性分析 11.1 概述 由于水源缺乏是圆明园建设防渗工程的重要原因之一，在目前北京市水资源 紧缺的情况下，在圆明园水源补给方案中考虑采用城市污水处理后获得的再生水 成为解决圆明园水源匮乏的可能方案之一。圆明园管理处在实施防渗工程之前也 曾规划将肖家河污水处理厂的再生水作为一种替代水源加以利用，但再生水利用 的计划并没有得到落实和实施。 本章在分析圆明园水体功能的基础上，对再生水作为圆明园水体补充水源利 用的必要性、可行性和利用条件进行了分析，为圆明园用水问题的解决提供参考。 11.2 圆明园水体功能与相关水质标准要求 11.2.1 圆明园水体功能分析 圆明园内水系包括福海等近 30 块相互联系的人工湖水体，按 1998 年北京市 水体功能规划，圆明园福海为《地表水环境质量标准》(GB 3838-2002)III 类水体。 地表水 III 类水体主要适用于集中式生活饮用水地表水源地二级保护区、鱼虾类 越冬场、洄游通道、水产养殖区等渔业水域及游泳区。但圆明园水体长期以来从 未用作过集中式生活饮用水水源地，部分水体如福海等的实际功能是娱乐水体， 属地表水 IV 类水体；部分水体如长春园等的实际功能是一般景观观赏，属地表 水 V 类水体。 鉴于以上现状，以下分别对地表水 III 类和地表水 IV 类（取实际功能水质要 求严格者）两种情景的评价标准、再生水水质要求和再生水处理技术及其经济性 进行分析。 11.2.2 基于地表水 III 类水体要求的再生水水质 为推进并规范城市污水的再生利用，国家在 2002 年重新修订了《城市污水
11再生水回用的可行性分析 再生利用》的系列标准。其中《城市污水再生利用景观环境用水水质》(GB/T 18921-2002)标准规定了将再生水回用于景观环境(分娱乐性景观环境,相当于 地表水Ⅳ类水体,和观赏性景观环境,相当于地表水Ⅴ类水体)时的水质要求。 但对于再生水回用于相当于地表水Ⅲ类水体时的水质要求,即《城市污水再生 利用补充水源水质》标准目前尚未出台。在没有标准可借鉴的情况下,遵循再 生水的利用不改变原有水体功能的原则,再生水补充水源的水质应满足《地表水 环境质量标准》(GB3838-2002)中Ⅲ类水体的标准要求 另一方面,由于圆明园区域整体坐落于清河古河道上,部分湖底部为渗透性 强的砂土层。在没有防渗的条件下,地表水与地下水之间存在补给关系,从而在 客观上形成人工回灌地下水的状况。根据《中华人民共和国水污染防治法》第四 十五条规定:人工回灌补给地下水,不得恶化地下水质。而《中华人民共和国水 污染防治法实施细则》第三十七条规定:人工回灌补给地下饮用水的水质,应当 符合生活饮用水水源的水质标准,并经县级以上地方人民政府卫生行政主管部门 批准。由于圆明园周边北大、清华等单位均有自备井抽取地下水作为生活饮用水 水源,虽然大部分自备井的开采层位不在圆明园渗漏补给的潜水层,但考虑各含 水层之间存在越流补给,渗漏水仍可能进入开采层位。因此如果没有适宜的防渗 能力,圆明园再生水补充水源的水质还应满足《地下水质量标准》GB/T14848-93) 中Ⅲ类水体的标准要求 1123基于地表水ⅣV类水体要求的再生水水质 如果未来圆明园水体可按实际使用功能,部分执行《地表水环境质量标准》 (GB3838-2002)中IV类水体标准,部分执行V类水体标准,考虑两者中水质严 格的情况,圆明园再生水补充水源的水质应满足《城市污水再生利用景观环境 用水水质》标准(GB/Tr18921-2002)中“娱乐性景观环境用水”的要求,但前 提是水体下渗不对地下水水源造成安全风险 113国内外城市污水再生回用于景观环境的工程实例 将污水作为一种资源再生后加以利用,是社会、经济持续发展的必然选择 其意义在于可提髙水资源的利用效率,保护自然生态环境,从而保障水资源的可
11 再生水回用的可行性分析 230 再生利用》的系列标准。其中《城市污水再生利用 景观环境用水水质》（GB/T 18921-2002）标准规定了将再生水回用于景观环境（分娱乐性景观环境，相当于 地表水 IV 类水体，和观赏性景观环境，相当于地表水 V 类水体）时的水质要求。 但对于再生水回用于相当于地表水 III 类水体时的水质要求，即《城市污水再生 利用 补充水源水质》标准目前尚未出台。在没有标准可借鉴的情况下，遵循再 生水的利用不改变原有水体功能的原则，再生水补充水源的水质应满足《地表水 环境质量标准》(GB 3838-2002)中 III 类水体的标准要求。 另一方面，由于圆明园区域整体坐落于清河古河道上，部分湖底部为渗透性 强的砂土层。在没有防渗的条件下，地表水与地下水之间存在补给关系，从而在 客观上形成人工回灌地下水的状况。根据《中华人民共和国水污染防治法》第四 十五条规定：人工回灌补给地下水，不得恶化地下水质。而《中华人民共和国水 污染防治法实施细则》第三十七条规定：人工回灌补给地下饮用水的水质，应当 符合生活饮用水水源的水质标准，并经县级以上地方人民政府卫生行政主管部门 批准。由于圆明园周边北大、清华等单位均有自备井抽取地下水作为生活饮用水 水源，虽然大部分自备井的开采层位不在圆明园渗漏补给的潜水层，但考虑各含 水层之间存在越流补给，渗漏水仍可能进入开采层位。因此如果没有适宜的防渗 能力，圆明园再生水补充水源的水质还应满足《地下水质量标准》(GB/T 14848-93) 中 III 类水体的标准要求。 11.2.3 基于地表水 IV 类水体要求的再生水水质 如果未来圆明园水体可按实际使用功能，部分执行《地表水环境质量标准》 (GB 3838-2002)中 IV 类水体标准，部分执行 V 类水体标准，考虑两者中水质严 格的情况，圆明园再生水补充水源的水质应满足《城市污水再生利用 景观环境 用水水质》标准（GB/T 18921-2002）中“娱乐性景观环境用水”的要求，但前 提是水体下渗不对地下水水源造成安全风险。 11.3 国内外城市污水再生回用于景观环境的工程实例 将污水作为一种资源再生后加以利用，是社会、经济持续发展的必然选择， 其意义在于可提高水资源的利用效率，保护自然生态环境，从而保障水资源的可
圆明园东部湖底防渗工程环境影响报告书 持续利用和人类社会的可持续发展。我国“国民经济和社会发展第十个五年计划 纲要ˆ已明确规定:重视水资源的可持续利用,坚持开展人工增雨、污水处理再 生利用、海水淡化,多渠道开源,建设一批骨干水源工程。污水再生利用作为我 国一项重要的水资源利用对策正逐渐得到重视和实施 国外早在19世纪30年代就开始将城市污水处理后作为河道、湖泊观赏用水。 美国、日本、澳大利亚等国是开展污水再生利用较多的几个国家,并建有很多世 界知名的工程。1932年美国在加利福尼亚州的旧金山建立了世界上第一个将污 水处理厂出水再利用为公园湖泊观赏用水的工程,到1947年用于公园湖泊和景 观灌溉的再生水量已达3.8万m/ld,占公园需水量的四分之一,至此,开始了真 正意义上的城市污水景观环境再用。非洲的南非也有这方面的实例。欧洲各国的 城市污水处理再生水主要是用于城市绿化、景观灌溉、工业及市政杂用,由于这 些国家的河道和湖泊的水质较好,再生水用于市政景观环境的工程较少。其他国 家如沙特阿拉伯、以色列、墨西哥等国家也有这方面的研究与实践。总体而言, 国外开展的再生水用于市政景观环境,由于对排入景观水体的氮磷指标进行严格 的限制,且污水处理厂绝大多数采用了深度处理工艺,部分再生水甚至使用活性 炭过滤、臭氧消毒、加氯除氨等工艺,较好地控制了水体富营养化现象。 国内最早将城市污水处理后回用于景观环境的研究始于“七五”国家科技攻 关计划。此后,天津、北京、大连、太原、西安等缺水城市相继开始了污水再生 技术和工艺以及经济政策等方面的研究工作。天津制定了地方性标准《天津市景 观河道水质质量标准》,并开始尝试将纪庄子污水处理厂二级出水引入景观河道 的景观环境再用实践。“八五”期间,“污水净化与资源化技术ν项目,以天津、泰 安、燕山石化、大连等城市为依托,开展了工程性试验,与“七五`国家科技攻关 计划相比,“八五攻关的成果在理论创新和实践方面都有长足的进步。在泰安建 立了城市污水再生利用于景观环境的示范工程,并对相关的水质指标进行了长时 间监测,取得了较好的示范效果。“十五ˆ期间“城市污水再生利用政策、标准和 技术研究与示范ˆ课题研究全面展开,在北京、天津、青岛等城市建立起一批再 生水景观环境再用示范工程,为再生水景观环境再用的推广奠定了基础。 以下,重点介绍几个国内外城市污水再生水回用于景观环境的工程实例 1.美国一 Santee lakes地区公园景观再生水工程 31
圆明园东部湖底防渗工程环境影响报告书 231 持续利用和人类社会的可持续发展。我国“国民经济和社会发展第十个五年计划 纲要”已明确规定：重视水资源的可持续利用，坚持开展人工增雨、污水处理再 生利用、海水淡化，多渠道开源，建设一批骨干水源工程。污水再生利用作为我 国一项重要的水资源利用对策正逐渐得到重视和实施。 国外早在 19 世纪 30 年代就开始将城市污水处理后作为河道、湖泊观赏用水。 美国、日本、澳大利亚等国是开展污水再生利用较多的几个国家，并建有很多世 界知名的工程。1932 年美国在加利福尼亚州的旧金山建立了世界上第一个将污 水处理厂出水再利用为公园湖泊观赏用水的工程，到 1947 年用于公园湖泊和景 观灌溉的再生水量已达 3.8 万 m 3 /d，占公园需水量的四分之一，至此，开始了真 正意义上的城市污水景观环境再用。非洲的南非也有这方面的实例。欧洲各国的 城市污水处理再生水主要是用于城市绿化、景观灌溉、工业及市政杂用，由于这 些国家的河道和湖泊的水质较好，再生水用于市政景观环境的工程较少。其他国 家如沙特阿拉伯、以色列、墨西哥等国家也有这方面的研究与实践。总体而言， 国外开展的再生水用于市政景观环境，由于对排入景观水体的氮磷指标进行严格 的限制，且污水处理厂绝大多数采用了深度处理工艺，部分再生水甚至使用活性 炭过滤、臭氧消毒、加氯除氨等工艺，较好地控制了水体富营养化现象。 国内最早将城市污水处理后回用于景观环境的研究始于“七五”国家科技攻 关计划。此后，天津、北京、大连、太原、西安等缺水城市相继开始了污水再生 技术和工艺以及经济政策等方面的研究工作。天津制定了地方性标准《天津市景 观河道水质质量标准》，并开始尝试将纪庄子污水处理厂二级出水引入景观河道 的景观环境再用实践。“八五”期间，“污水净化与资源化技术”项目，以天津、泰 安、燕山石化、大连等城市为依托，开展了工程性试验，与“七五”国家科技攻关 计划相比，“八五”攻关的成果在理论创新和实践方面都有长足的进步。在泰安建 立了城市污水再生利用于景观环境的示范工程，并对相关的水质指标进行了长时 间监测，取得了较好的示范效果。“十五”期间“城市污水再生利用政策、标准和 技术研究与示范”课题研究全面展开，在北京、天津、青岛等城市建立起一批再 生水景观环境再用示范工程，为再生水景观环境再用的推广奠定了基础。 以下，重点介绍几个国内外城市污水再生水回用于景观环境的工程实例。 1. 美国－Santee Lakes 地区公园景观再生水工程
11再生水回用的可行性分析 Padre Dan再生水厂位于加利福尼亚州圣地亚哥城,始建于1961年,为当 时美国将城市污水再用于限制性娱乐用水(主要指钓鱼、划船、观赏湖泊用水等) 的首例工程。再生水厂于1997年进行工艺改造。总再生量为1万m/,约4000m3/d 的再生水用于补充 Santee lakes地区公园内的7个湖泊(共约190亩)的蒸发补 充水,提供湖泊水域的娱乐用水,该公园同时为野生动物提供栖息地;另有约 4000m3/d的再生水通过25英里长的管线接至整个区域内约140个回用点;其余 部分再生水送至 Santee lakes地区西南部的水库储存以备用。 Padre dam再生水 厂处理工艺如图11-1所示。 生活污水 Bardenpho工艺微滤(M)滲透(RO)景观用水 图11-1 Padre dam再生水厂处理工艺图 经过改造后的再生水厂采用 Bardenpho工艺,与原有的普通活性污泥法相 比,由于厌氧、缺氧、好氧环境的交替存在,极大地提髙了生物脱氮除磷的效果。 水质优于加州规定的限制性娱乐用水的标准,其中总大肠菌群小于2个/100mL, BODs<l5mg/L,SS<10mgL,最小余氯量一般保持稍高于lmg/L,既可以保证 一定的杀菌效果,又可以避免对野生动植物造成明显的影响 2.新加坡一 NEWater工程 新加坡于1998年开始再生水研究一 NEWater工程,由新加坡公共事业局与 国家环保部共同发起。最初目的是确定新水作为天然水源弥补新加坡自身供水的 可能性。所谓新水就是对使用过的水通过先进的双膜(微滤和反渗透)及紫外线 工艺进行严格的净化及处理后获得的。新水可与水库水混合,再进行常规处理后 作为饮用水。该再生水厂处理能力为1万m3/d,其工艺如图11-2所示。 二级出水「微滤(CMF)「斗反渗透(RO)「叫紫外消毒(UV)「新水 图11-2新加坡再生水厂处理工艺图 表11-1对比了新水水质和 US EPA饮用水标准,以及WHO(世界卫生组 织)饮用水质量指南中所列出的饮用水指标,可以看出新水的水质指标基本满足 32
11 再生水回用的可行性分析 232 Padre Dam 再生水厂位于加利福尼亚州圣地亚哥城，始建于 1961 年，为当 时美国将城市污水再用于限制性娱乐用水（主要指钓鱼、划船、观赏湖泊用水等） 的首例工程。再生水厂于1997年进行工艺改造。总再生量为1 万 m 3 /d，约4000m3 /d 的再生水用于补充 Santee Lakes 地区公园内的 7 个湖泊（共约 190 亩）的蒸发补 充水，提供湖泊水域的娱乐用水，该公园同时为野生动物提供栖息地；另有约 4000m3 /d 的再生水通过 25 英里长的管线接至整个区域内约 140 个回用点；其余 部分再生水送至 Santee Lakes 地区西南部的水库储存以备用。Padre Dam 再生水 厂处理工艺如图 11－1 所示。 图 11－1 Padre Dam 再生水厂处理工艺图 经过改造后的再生水厂采用 Bardenpho 工艺，与原有的普通活性污泥法相 比，由于厌氧、缺氧、好氧环境的交替存在，极大地提高了生物脱氮除磷的效果。 水质优于加州规定的限制性娱乐用水的标准，其中总大肠菌群小于 2 个/100mL， BOD5<15mg/L，SS<10 mg/L，最小余氯量一般保持稍高于 1mg/L，既可以保证 一定的杀菌效果，又可以避免对野生动植物造成明显的影响。 2. 新加坡－NEWater 工程 新加坡于 1998 年开始再生水研究－NEWater 工程，由新加坡公共事业局与 国家环保部共同发起。最初目的是确定新水作为天然水源弥补新加坡自身供水的 可能性。所谓新水就是对使用过的水通过先进的双膜（微滤和反渗透）及紫外线 工艺进行严格的净化及处理后获得的。新水可与水库水混合，再进行常规处理后 作为饮用水。该再生水厂处理能力为 1 万 m 3 /d，其工艺如图 11－2 所示。 图 11－2 新加坡再生水厂处理工艺图 表 11－1 对比了新水水质和 US EPA 饮用水标准，以及 WHO（世界卫生组 织）饮用水质量指南中所列出的饮用水指标，可以看出新水的水质指标基本满足 生活污水 Bardenpho 工艺 微滤（MF） 反渗透（RO） 景观用水 二级出水 微滤（CMF） 反渗透（RO） 紫外消毒（UV） 新水
圆明园东部湖底防渗工程环境影响报告书 饮用水水质标准的要求。此外,还对新水进行了健康影响测试,包括新水与来自 BEDOK水库水源进行的对比性毒性评估,对动物标本进行短期和长期健康影响 的监测(如老鼠和鱼),对鱼进行雌性激素(繁殖与发展)方面的评估等,确定 了再生水的安全性 表11-1新加坡一 NEWater工程出水水质单位mgL 水质参数 NEWater美国环保局/NHO标准 浊度(NTU) 5/5 色度(无量纲) 15/15 传导性(μsm) 未明确 pH(无量纲) 7.0-8.5 6.5-8.5 TDS 100 500/1000 TOC <0.5 总碱度(CaCO3计) <20 总硬度(CaCO3计) 20 氨氮 <10 /1.5 氯化物 250/250 < 4/1.5 硝酸盐 < 硅 硫酸盐 250/250 余氯 /5 三卤甲烷 <0.08 0.08/ 铝 <0.1 0.05-0202 钡 <0.1 0.7 硼 <0.5 /0.9 钙 20 <005 1.3/2
圆明园东部湖底防渗工程环境影响报告书 233 饮用水水质标准的要求。此外，还对新水进行了健康影响测试，包括新水与来自 BEDOK 水库水源进行的对比性毒性评估，对动物标本进行短期和长期健康影响 的监测（如老鼠和鱼），对鱼进行雌性激素（繁殖与发展）方面的评估等，确定 了再生水的安全性。 表 11－1 新加坡－NEWater 工程出水水质 单位 mg/L 水质参数 NEWater 美国环保局/WHO 标准 浊度（NTU） <5 5/5 色度（无量纲） <5 15/15 传导性（µs/cm） <200 未明确 pH （无量纲） 7.0－8.5 6.5－8.5 TDS <100 500/1000 TOC <0.5 -/- 总碱度（CaCO3 计） <20 -/- 总硬度（CaCO3 计） <20 -/- 氨氮 <1.0 -/1.5 氯化物 <20 250/250 氟 <0.5 4/1.5 硝酸盐 <15 -/- 硅 <3 -/- 硫酸盐 <5 250/250 余氯 <2 -/5 三卤甲烷 <0.08 0.08/- 铝 <0.1 0.05-0.2/0.2 钡 <0.1 2/0.7 硼 <0.5 -/0.9 钙 <20 -/- 铜 <0.05 1.3/2