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以再生水为载体的城市区域水环境系统构建
颜秀勤1
廖飞凤1
李健2
陈双星2
唐运平3
关代宇2
(1. 国家城市给水排水工程技术研究中心； 2. 天津开发区新水源科技股份有限公司；
3. 天津市环境保护科学研究院)
摘
要
本文介绍了再生水在天津经济技术开发区城市水环境中的应用， 从以再生水为载体的城市水环境系统构建的基本要素、 水质改善与生态系统构建、 水体功能保持与利用等方面探讨实现城市区域水良性循环的途径， 可为滨海严重缺水地区城市水环境质量的改善提供参考。
关键词
城市水环境； 再生水； 利用； 天津经济技术开发区
Applications of Reclaimed Water in the Construct of Urban Water Environment System
Abstract：
The applications of reclaimed water in the construct of TEDA urban water environment are introduced in this paper. The following key issues for keeping water healthy circulating are discussed: the basic elements in the construct of urban water environment system used reclaimed water as its one and only water source, the construct of ecosystem and the improvement of water quality, the function maintenance and the utilization of water body. It can be as references for the coastal cities that lack of water. Keyword: Urban Water Environment, Reclaimed Water, utilization, Tianjin Economic-technological Development Area (TEDA)
1 前言 社会经济的快速发展使我国现存的水资源短缺和水环境恶化双重危机愈显突出。
为此， 科技部在“十五” 国家 12 个重大科技专项中设立了 “水污染控制技术与治理工程”专项， 而 “城市水环境质量改善技术与综合示范” 为其一重要研究项目 。
备受水资源短缺和水环境质量低下困扰的天津滨海新区， 以天津经济技术开发区为切入点， 结合区域优势， 申请了
“天津滨海新区水环境质量改善技术与综合示范” 项目 ， 成为国家“ 水专项” 中 11 个子项目 之一。
天津经济技术开发区是以发展高新技术产业为主的现代化工业沿海经济技术开发区。
淡水资源严重短缺和土壤盐碱化是开发区水环境质量改善面临的两大突出难题。根据这一特点， 项目 研究以“ 水的健康循环” 和“ 可持续发展与管理” 理念为指导思想， 构建以再生水为水源的新型城市水环境系统， 探寻改善区域水环境质量的途径。其核心是将区域内 的再生水生产设施、 再生水输配系统、 储水设施与景观水体以及各种用水场所连接成一个相互关联、 相互依托、 统一协调的循环系统， 并在这一系统中同时实现水环境治理、 污水再生利用、 生态环境建设、 景观环境建设和人文环境改善的综合性功能目 标， 体现“ 以人为本” 而又“ 回归自 然” 的精神和宗旨 ， 使之成为城市建设及可持续发展的重要基础。
2 天津开发区水环境特点 2. 1 淡水资源匮乏， 供需矛盾突出
天津开发区处于缺水的华北地区， 与天津市内及各区县一样， 开发区境内没有淡水资源，其供水水源主要依赖外调水——滦河水。
但开发区处于引滦供水系统的末端， 一旦遇上干旱缺水的季节， 上游水资源紧缺， 开发区即会出现“高价难买无源之水” 的局面。
目前开发区的供水指标为 18 万吨/日， 缺口 2 万吨/日。
用水量的连年上升加剧了 供需矛盾， 根据规划，依其经济发展速度， 在“十五” 末开发区供水需求将达到 42 万吨/日 ， 而天津市已经没有多余的供水指标分配给开发区。
目前本区域有限的淡水资源在基本满足生活用水、 尽可能保证工业生产用水之后， 基本无剩余水量供生态用水。
2.2 无天然地面水体， 人工水体功能单一 开发区内无天然的地面水体， 所有池、 河、 湖皆为人工挖掘而成。
除作为水源地的开发区净水厂调节池外， 区内主要景观水体为一人工湖——泰丰公园景观湖， 湖水的补给来自开发区新水源一厂（再生水厂）。
2.3 土地盐碱化， 不利于植物生长 开发区是在滨海盐场的大面积盐池基础上填垫起来的， 由于近二百年的原盐生产， 本地区的水体、 土壤以及地下水形成了 高盐度的现状， 一般含盐量都在 25000～38000 mg/kg 之间， Cl－含量在 10000～13000 mg/L 之间。
土壤粘性大， 透气性不良， 土壤次生盐渍化严重，pH 值在 8.5 左右， 这些条件对植物生长十分不利， 一般植物基本不能生长。
现状植被调查发现只有零星的碱蓬群落， 其它物种基本上没有。
3 新型水环境系统构建的基本要素 3. 1 总体设计 根据天津开发区的水环境特点和地理特征， 新型水环境系统的构建以再生水为主线， 将水环境质量的改善与再生水的利用紧密结合， 将水环境系统纳入污水再生处理与利用系统中， 以污水处理厂、 再生水厂、 人工湖、 人工河道以及用户围合形成一个水的健康循环系统。同时在水环境系统功能设计上将景观与调蓄功能相结合、 处理与输送功能相结合， 构建一个综合性的城市区域生态基础设施。
开发区新型水环境系统主要由以下几部分构成：
人工河道：
人工挖掘而成， 主要功能为再生水输送和生态处理净化。
通过人工修复各种生态植被， 使在输送再生水的同时水体得以进一步净化， 达到并保持既定的水质目标。
人工湖：
人工挖掘而成， 主要功能为景观水体和再生水储存调蓄。
在设计建造过程中将景观建设与水体功能充分结合， 在营造良好人文景观环境的同时使水体保持作为再生水厂水源的功能。
城市污水处理厂：
已建成， 设计处理规模为 10 万 m3/d， 二级处理采用 DAT-IAT 工艺 （ 后接物化深度处理）， 出水作为再生水水源。
再生水厂：
整个系统包括两座再生水厂， 新水源一厂已建成， 处理工艺为连续微过滤（CMF）
＋反渗透（RO）
的组合工艺（简称双膜法处理工艺）， 生产能力一期为 1 万 m3/d，二期为 3~4 万 m3/d； 新水源二厂待建， 同样采用双膜法处理工艺， 生产能力为 1 万 m3/d。
再生水用户：
再生水厂提供的高品质再生水主要供应给工业用户（用于工业生产及冷却用水）， 其他还有绿化用水， 主要是道路绿化带用水和公园绿地浇灌。
此外， 来自污水处理厂深度处理的较低品质的再生水， 一部分直接进入生态河道， 另一部分结合正在建设之中的海水淡化工程， 将首先作为海水淡化冷却用水， 随后再进入循环。
开发区水环境系统构建方案见图 3.1-1。
3. 2 水源与水量调配
在开发区景观生态环境水体的构建中， 再生水是作为唯一的补给水源。
这里所说的再生水（Reclaimed Water）
， 是指城市污水经再生工艺进行充分可靠处理后， 满足特定用途水质和安全性要求， 可输送到某个区域或指定用户再用的水。
可以把带有深度处理的城市污水处理厂看作生产低品质再生水的低级再生水厂， 这类再生水将作为水源补充到景观生态环境水体中， 在流动和营造景观的同时进行着生态净化处理， 进一步改善水质， 随后将作为生产高品质再生水的高级再生水厂水源。
为了充分实现开发区内再生水资源的优化配置和高效利用， 根据区域现行和潜在用户情况， 确定了再生水厂建设方案， 同时以海水淡化冷却为第一用户， 综合制定了再生水水量调配方案， 编制了水量平衡图， 以指导再生水的生产与运行调度。
总体调度方案分为冬季（无景观环境水体用水）
与非冬季， 近期与远期， 同时考虑海水淡化不同产水量下的冷却水用量。图 3.2-1 所示为近期非冬季条件下的再生水水量调配情况，其他情况在此不详述。
尽管城市污水处理厂的设计能力为 10 万 m3/d， 但根据现阶段年平均处理水量约为 5～7万 m3/d 的情况， 在保证再生水供水安全稳定的前提下， 近期物化深度处理再生水供水能力按 5 万 m3/d 设计。
3. 3 水质目 标 由于整个系统的构建是以再生水的利用为出发点， 所以用水场所和再生水用户的要求是确定水质目标首要考虑的因素。
再生水水源
天津开发区污水处理厂自 2000 年 5 月正式运行以来， 运行状况良好， 出水不仅能够满足现行《城镇污水处理厂污染物排放标准》 GB 18918－2002 的二级标准要求， BOD、 氨氮、TN 还能达一级 B 标准要求， 使二级出水再生利用成为可能， 为再生水循环利用系统的建立奠定了基础。
但是， 由于天津开发区地处渤海之滨， 为在原来盐碱滩上填土垫地开发建设而成， 地质条件差， 地下水位高， 尽管对下水道采用了“切、 堵、 截、 分流” 等工程措施， 但排水管网中仍不可避免地渗入了地下苦咸水， 污水处理厂的进水中氯化物和全盐量浓度仍然很高。
进厂污水氯离子和全盐量旱季分别为 1220mg/L 和 2290mg/L， 雨季分别为 2550mg/L 和5075mg/L。
这对于景观环境用水没有太大影响， 但若是用于工业及绿化等用水， 就必须经过脱盐处理， 这也是新水源一厂和二厂选择双膜法处理工艺的主要原因。
开发区污水处理厂设计与实际进出水水质主要指标见表 3.3-1。
表 3. 3-1
污水处理厂二级出水水质主要指标 项目 BOD (mg/L) COD (mg/L)
SS (mg/L) TP (mg/L) 氨氮 (mg/L)
TN (mg/L) 氯化物 (mg/L) 污水处理厂设计进水水质 150 400 200
污水处理厂实际进水水质(2003 年平均)
133 354 255 4. 39 15 26 2507 二级出水排放要求（ GB 18918－2002 二级）
30 100 30 3 25 - - 二级出水实际水质（2003 年平均）
4 63 26 1. 32 0. 28 13 2719 人工河道与人工湖补给水 人工河道的功能定位是景观与生态河道， 人工湖的功能定位是景观（其中包含有人工喷泉）
与高级再生水厂水源地。
根据最新颁布实施的 《城市污水再生利用
景观环境用水水质》（GB/T 1892－2002）
的规定， 与人体非直接接触， 包括不设娱乐设施的景观河道、 景观湖泊等景观环境用水， 为观赏性景观环境用水。
为此确定， 人工湖补给水应满足 GB/T 1892－2002 中观赏性景观环境用水的再生水水质标准， 其主要指标为：
BOD5≤6 mg/L， SS≤10
污水处理厂二级出水 （再生水水源）
5 海水淡化 冷却用水 景观环境水体用水 新水源一厂 新水源二厂 （待建）
脱盐水 供用户 物化深度处理 水量损失 浓水排放 1.5 2.7 1.0 1.5 3.1 0.1 0.5 1.2 浓水排放 0.5 排海 1.9 脱盐水 供用户 1.0 0.4 注：
1. 海水淡化产水量为 100%的条件下；
2. 数值为非冬季水量；
3. 数值单位为万 m3/d。
图 3. 2-1
再生水利用近期水量调配图
mg/L， TP≤0.5 mg/L， TN≤15 mg/L， 氨氮≤5 mg/L， 粪大肠菌群≤10000 个/L (水景类如喷泉则为 2000 个/L)； 人工河道因设计兼有生态净化的功能， 故对其补给水中的 TP 指标适当放宽为 TP≤1.0 mg/L。
在以开发区污水处理厂二级出水为水源的条件下， 为达到这一水质目标， 需对二级出水进行深度处理， 故增加物化处理设施， 进一步降低 SS 和 TP， 确保补充人工河道的再生水水质达标。
4 水环境空间体系的建立 4. 1 水体空间 整个系统包括河道和人工湖两个水体空间。
河道工程包括两段：
第一段为东西走向的宽河道， 第二段为南北走向的窄河道。
宽河道始于污水处理厂北侧， 总长 2275 米， 宽约 110 米（实际水面宽度约为 50～100 米， 平均水面宽度约 80 米）， 总占地面积约 22 公顷， 平均水深 1.3 米， 蓄水容量约 22.5 万立方米。
河道内设有大小不同、 高程不等的中心岛 23 个； 窄河道的首与宽河道尾相连， 全长约 3300米， 河道宽 10 米， 总占地面积约 3.3 公顷， 平均水深 1.3 米， 蓄水容量约 4 万立方米。
人工湖位于泰达时尚广场的中心地带， 水面面积约为 15 万公顷， 蓄水容量约 48 万立方米。
再生水先流经人工河道后进入人工湖。
4. 2 景观空间 水生植物景观 根据河道的生态净化功能特点， 河道中的水生植物应具备净化和景观的双重功能。
因此在水体中分层次种植既有观赏价值又有净化功能的浮水植物、 沉水植物和挺水植物， 使水体不仅具有自然风貌景观， 而且增强生态净化效果。
在岸坡区、 过水断面浅水区等处， 种植能适应当地水质、 土壤、 气候条件， 高低层次不同， 具有较好的景观效果和对氮、 磷具有较强去除能力的耐盐水生植物， 如香蒲、 水葱和三棱草等， 营造立体景观。
河底种植沉水植物， 如川蔓藻和篦齿眼子菜等， 用以吸收、 转化沉积的底泥中有机质和营养盐， 降低水中营养盐浓度， 抑制浮游藻类的生产， 同时防止底泥悬浮而影响水体的透明度， 保持河水清澈。
陆生植物景观 陆地植物主要为种植在河道坡岸和生态岛上的植物。
为了保持中心生态岛的景观效果，在品种选择上， 尽可能选择观赏价值较高的陆生盐生植物， 如盐地碱蓬、 凤尾兰、 柽柳等。在整体设计上， 通过地形的变化， 使陆生植物与水生植物相互搭配、 呼应， 并按照园林绿化的设计手法进行植物配置， 如将一年生草本与多年生灌木交错配置， 最大限度地发挥绿化和景观效果。
此外， 每个岛上优选种植一到两种盐生植物， 使整体中心岛形成一个代表不同植物群落的盐生植物观赏园。
观赏性亲水平台 正在建设之中的泰达时尚广场位于天津开发区的核心区域， 总体划分为四大区域：
体育休闲区（以泰达足球场为代表）、 会展中心区、 高档商住区和商业娱乐区。
规划可容纳常驻
人口 15000 人， 商务人员、 观众及游客 12 万人。
建设功能汇集体育健身、 会议展览、 商业购物、 娱乐休闲、 餐饮酒店、 公寓住宅、 办公商住等多个领域， 建成后将成为开发区金融贸易生活区的区域中心。
泰达时尚广场的核心景观即是建于泰达会展中心和足球场之间的人工湖。一条宽阔的游人步行街将人工湖环绕其间， 亲水...