曾經(jīng)散發(fā)臭味的水面變成由達(dá)標(biāo)水補(bǔ)給的一片靜湖。

北京城市副中心凈水中路，玉帶河蜿蜒而過，環(huán)抱著一片安靜的廠區(qū)。沿著廠區(qū)中央400米長的圍堰向南看，寬闊的水面在艷陽下閃爍波光；向北看，大片平整土地正在熱鬧施工。未來，這里將變身集人工濕地、花園為一體的碧水公園。公園之下，就是城市副中心最大的再生水廠——碧水再生水廠。

目前，北至溫榆河、西至朝陽交界、南至萬盛南街、東至北運(yùn)河，方圓46平方公里范圍內(nèi)的生活污水，都匯流于碧水再生水廠。這里承擔(dān)著城市副中心84%的污水處理任務(wù)。生活污水到該廠區(qū)溜達(dá)一圈，不到24小時便變成18萬噸清亮的再生水，是城市綠心森林公園、環(huán)球影城、玉帶河、市政綠化、道路澆灑，以及城市副中心行政辦公區(qū)、河北三河電廠穩(wěn)定的補(bǔ)給水源。處于“九河下稍”的城市副中心污水處理任務(wù)繁重。伴隨著城市副中心建設(shè)，碧水再生水廠19年間完成了從原污水處理廠到高品質(zhì)再生水廠的華麗變身。

城市副中心“十四五”規(guī)劃提出綠色城市、森林城市、海綿城市和人文城市的發(fā)展目標(biāo)，水是重要的基礎(chǔ)性資源。碧水再生水廠以“草長鶯飛＋水碧天藍(lán)”的“地下水廠＋地上公園”為建設(shè)目標(biāo)，形成產(chǎn)、學(xué)、研污水處理體系，地上部分也已開工造景。近日，記者走進(jìn)這座下沉式水廠，揭開它的科技面紗。

污水經(jīng)過處理后變得清澈透亮。

空間騰挪

“最強(qiáng)大腦”幫轉(zhuǎn)型 節(jié)地凈水兩不誤

碧水再生水廠的主廠區(qū)位于地下。從廠區(qū)北側(cè)通道沿緩坡來到地下，是長達(dá)500米的廊道，雖處于6米深地下，這里卻灑滿了陽光。抬頭望向天花板，一條波光粼粼的河流從頭頂流過。“這就是我們廠的標(biāo)志性景觀——天河，水就來自我們廠處理后的高品質(zhì)再生水?！惫に嚬こ處焻捂赫f。廊道兩側(cè)分布著污水處理單元，污水經(jīng)過格柵間、曝氣沉砂池、生化池、二沉池、高密沉淀池、膜地，最后經(jīng)紫外線消毒，出水可達(dá)京標(biāo)B標(biāo)準(zhǔn)。

碧水再生水廠共有三層，地上公園、負(fù)一層操作層和負(fù)二層污水處理層，不同功能疊摞，形成箱體，格外節(jié)省土地資源。該廠建于2002年，如今的形態(tài)源于2015年的改擴(kuò)建工程。“隨著居民樓、商圈拔地而起，生活污水打著滾兒地往上翻，原本露天曝氣產(chǎn)生的臭味和噪音嚴(yán)重困擾僅百米遠(yuǎn)的居民區(qū)，不得不進(jìn)行一次脫胎換骨式的改造?！眳捂赫f，碧水廠是國內(nèi)首例原地改擴(kuò)建下沉式再生水廠，在國內(nèi)同等規(guī)模中建設(shè)難度最大，尤其是施工時也不能中止污水處置，這是最大的技術(shù)難題。

“經(jīng)過構(gòu)筑圍堰將老廠割出三分之一的面積建新廠，剩余面積繼續(xù)承擔(dān)日污水處理任務(wù)?！眳捂赫f，說著輕松，建設(shè)不易。單單圍堰，就要克服兩側(cè)12米高差產(chǎn)生的壓力，克服基坑涌水、深基坑污泥處理、箱體抗浮等多個建設(shè)技術(shù)難題。

如何在占地面積減少一半的情況下保證污水處理達(dá)標(biāo)呢？該污水廠改造請來了“最強(qiáng)大腦”——中國工程院院士彭永臻、上海交通大學(xué)河湖環(huán)境技術(shù)開發(fā)中心主任孔海南等國內(nèi)外頂級專家，為“碧水”廠提出了一攬子技術(shù)解決方案，如通過新型生物載體填料、基因工程菌強(qiáng)化、精確曝氣、氨氮定向削減等先進(jìn)技術(shù)，對一半池容進(jìn)行加強(qiáng)，最終滿負(fù)荷達(dá)標(biāo)。

12個月后，工程終于完工。好消息接二連三傳來，該工程還獲得了建筑結(jié)構(gòu)長城杯金質(zhì)獎，意味著該工程達(dá)到了北京市建筑工程質(zhì)量最高標(biāo)準(zhǔn)。

升級改造后，“碧水”日處理污水能力達(dá)到18萬噸，峰值處理水量21.2萬噸，比原來增加一倍，卻節(jié)約了三分之二的土地?！氨趟币渤蔀閾碛袊鴥?nèi)最多下沉式技術(shù)的再生水廠。

如今，當(dāng)年散發(fā)難聞味道的圍堰南側(cè)敞開式曝氣池已經(jīng)完成歷史使命，變成由達(dá)標(biāo)水補(bǔ)給的一片靜湖。春回大地，水光瀲滟，成群的水鳥在此覓食求偶，生機(jī)勃勃。

工藝替換

應(yīng)用國內(nèi)自主知識產(chǎn)權(quán)技術(shù)

如今看，碧水再生水廠位于02組團(tuán)02街區(qū)，定位以居住為主，兼具商務(wù)服務(wù)、綜合服務(wù)功能。

但指針回?fù)艿?002年，碧水再生水廠周圍并沒有居民區(qū)，當(dāng)時采用美國深池露天曝氣技術(shù)二三十年都不用排污泥。但是，隨著周邊居民區(qū)出現(xiàn)，這項技術(shù)漸不適應(yīng)周邊環(huán)境。

2015年改造開始，碧水再生水廠轉(zhuǎn)而采用具有國內(nèi)自主知識產(chǎn)權(quán)的第五代分布式下沉再生水生態(tài)系統(tǒng)，將處理設(shè)施全部置于地下，成為首個國內(nèi)專有技術(shù)超越并替代美國技術(shù)的典范。

中國水環(huán)境集團(tuán)工程技術(shù)中心李朋博士解釋，第五代分布式再生水生態(tài)系統(tǒng)以活性污泥法為基本原理。

“當(dāng)前再生水廠主流技術(shù)措施有活性污泥法、生物膜法，以及二者結(jié)合的方法?；钚晕勰喾ㄔ硎窍蛭鬯衅厝肟諝猓醚跷⑸锓敝承纬晌勰酄钚跄?，也就是以懸浮菌膠團(tuán)為主要形式的微生物群，用來吸附和氧化去除污水中的污染物，從而實現(xiàn)水凈化。而生物膜法是與之并列的一種污水生物處理技術(shù)，其特征是將懸浮菌膠團(tuán)轉(zhuǎn)變?yōu)楣潭ㄉ锬?，污染物去除能力更高，但需要的曝氣量大，能耗高?！崩钆筮M(jìn)一步解釋。因此，第五代分布式再生水生態(tài)系統(tǒng)兼顧了出水水質(zhì)、成本和運(yùn)行穩(wěn)定性，能更低成本穩(wěn)定達(dá)到地表Ⅳ類水標(biāo)準(zhǔn)，能有效解決水質(zhì)黑臭、河道生態(tài)基流補(bǔ)水和城市綜合用水。

廠區(qū)內(nèi)還立有“應(yīng)用高效節(jié)地型生物膜工藝的地下污水處理示范工程”的牌子。“這是國家‘十三五’水體污染控制與治理重大專項課題的研究基地。這項工藝將生物膜法的優(yōu)勢與活性污泥法有機(jī)結(jié)合，可在不停產(chǎn)的前提下提標(biāo)擴(kuò)容，相較傳統(tǒng)生化工藝可節(jié)地30%以上，已達(dá)到國內(nèi)領(lǐng)先水平。目前，該技術(shù)已在碧水再生水廠實現(xiàn)生產(chǎn)性規(guī)模驗證，并在貴州、四川等6個項目中實現(xiàn)產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)化?！崩钆蟾嬖V記者，“十三五”期間，碧水再生水廠作為國內(nèi)水處理領(lǐng)域首個生產(chǎn)性規(guī)模社會化服務(wù)創(chuàng)新平臺，已有主流厭氧氨氧化等10余項前瞻性技術(shù)在這里得到研究和驗證。

“時下，我們正在研究在原本的活性污泥法（多級A/O工藝）基礎(chǔ)上運(yùn)用生物膜技術(shù)進(jìn)行強(qiáng)化。”李朋帶領(lǐng)記者來到生化車間，指著池邊幾個大箱子說，“這就是生物膜強(qiáng)化裝置，水通過這個大箱子，可以減少曝氣和外碳源投加量，提升處理規(guī)模的同時實現(xiàn)節(jié)能降耗?！?/p>

這項“城市生物膜強(qiáng)化脫氮多級A/O工藝”屬于水專項“北京城市副中心高品質(zhì)水生態(tài)建設(shè)綜合示范”項目研究成果，已入選2020年生態(tài)環(huán)境部《國家先進(jìn)污染防治技術(shù)目錄（水污染防治領(lǐng)域）》。

節(jié)能降耗

擁有多項世界領(lǐng)先綠色低碳技術(shù)

“污水處理行業(yè)應(yīng)是‘綠色家族’的天生一員，可持續(xù)發(fā)展不能一味追求水質(zhì)，還要考慮節(jié)能降耗、資源回收?！崩钆笳f?！笆奈濉逼陂g，城市副中心將率先實現(xiàn)碳中和，作為區(qū)域最大再生水廠，碧水帶頭走上了綠色發(fā)展道路。

處理污水，有臭味嗎？記者走了大半個廠區(qū)，沒聞到明顯臭味。

在生化車間半空，一條條涂著綠漆的長方體管道匯入了6個大箱子。“這是生物除臭箱，內(nèi)部有微生物填料，用來處理臭氣?！惫ぷ魅藛T介紹。這項生物除臭技術(shù)可以收集廠內(nèi)所有環(huán)節(jié)產(chǎn)生的臭氣，降解成二氧化碳和水，無害排放。這套技術(shù)具有國內(nèi)自主知識產(chǎn)權(quán)，且世界領(lǐng)先，處理效率較傳統(tǒng)除臭技術(shù)提升3至5倍，香港維多利亞港水環(huán)境治理中就用到了這項技術(shù)。

曝氣是污水處理關(guān)鍵環(huán)節(jié)，能耗占全廠的50%以上。它的作用是為好氧微生物提供氧氣。傳統(tǒng)曝氣系統(tǒng)純手動操作，曝氣量不好掌握。采用精準(zhǔn)曝氣智能系統(tǒng)，通過3大類26個探頭監(jiān)測生化單元、精準(zhǔn)曝氣，較以往能節(jié)省曝氣量25%，節(jié)省電耗10%?！翱蓜e小瞧這點節(jié)省，”李朋博士給記者算了一筆賬，“如果每處理1噸水節(jié)省1分錢，一天就能節(jié)省1800元，一年就是65.7萬元?！?/p>

污水處理過程中的污泥廢料如何處理？污泥是污水處理中的固體沉淀物，含有有機(jī)物、病菌等，處置不當(dāng)有害環(huán)境。我國再生水廠基本都能實現(xiàn)污泥的無害化處理，但減量化和資源化課題仍在研究。

據(jù)悉，“十四五”期間，碧水再生水廠還將啟動污泥低溫干化技術(shù)應(yīng)用。這也是專為全封閉地下水廠設(shè)計的，該技術(shù)的優(yōu)勢在于不添加任何藥劑將污泥含水率處理至10%－60%，實現(xiàn)減量化。這是什么概念呢？工藝工程師呂婧解答道，現(xiàn)行污泥出廠含水率要求為80%，若以污泥含水率可處理至40%為例，出廠污泥體積至少減少四分之三，相應(yīng)的運(yùn)輸及處置費(fèi)用也能減少四分之三，如此推算，一年將減少上千萬元污泥處置費(fèi)。

而且，神奇的是，污水還能產(chǎn)生能量?！氨趟睆S有三臺水源熱泵，用于污水能量回收，有了這套系統(tǒng)，廠里夏季不用開空調(diào)，冬季不用額外供暖。

“它的原理是利用水與空氣的溫差，實現(xiàn)熱量傳遞：夏季，將建筑物中的熱量轉(zhuǎn)移到水源中；冬季，從相對恒溫的水源中提取能量，利用熱泵原理通過空氣或水作載冷劑提升溫度后輸送至建筑物中?！崩钆蠼颐兀ǔＫ礋岜孟囊粋€單位的能量，可以得到四倍以上的熱量或冷量，而且污染零排放，是名副其實的清潔能源。這套系統(tǒng)可為周邊20萬平方米的市政建筑提供制冷、供熱。

綠色低碳環(huán)保的理念還體現(xiàn)在該廠負(fù)一層屋頂84個直徑約50厘米的導(dǎo)光孔上，這些導(dǎo)光孔用透明玻璃纖維材質(zhì)覆蓋，讓地下一層白天也有自然光照明。

蓄水升級

海綿技術(shù)組團(tuán)留住天上水

地下激濁揚(yáng)清，地上碧水微瀾，水是城市的靈魂不僅體現(xiàn)在污水處理上，還體現(xiàn)在再生水利用、展示和雨水的蓄、用、排上。

碧水再生水廠另一大讓人驚喜的設(shè)計，就是323畝地上面積將全部規(guī)劃為碧水公園，成為水廠的“屋頂花園”。

污水經(jīng)過地下水廠一系列科技處理凈化后，可達(dá)到地表Ⅳ類水質(zhì)，一部分供地上公園使用，經(jīng)過地上公園的技術(shù)過濾，水質(zhì)可提升至Ⅲ級，達(dá)到親人標(biāo)準(zhǔn)，美化環(huán)境、海綿蓄水、科普展示，一舉三得。

項目設(shè)計方北京清華同衡規(guī)劃設(shè)計研究院項目負(fù)責(zé)人劉靜介紹，碧水公園由公園綠地、市政附屬綠地（碧水地面景觀）、濱河生態(tài)綠地共同組成，建成后全部對市民開放。碧水地面景觀，也就是目前水廠所在位置（一期）的地上部分，占比34%，約110畝，已率先開工。

從效果圖上看，這座面積上百畝的理想地面景觀，花木繁盛，公園中央，一條小溪叮咚跳躍，走向與再生水廠500米陽光走廊重合。以之為軸，兩側(cè)有三處水景：一處淺水池，一處人工濕地，還有一處彩虹瀑布。三處水景通過林間棧道、景觀橋和慢跑步道相連接。

“這些水都是再生水，經(jīng)過生物＋機(jī)械凈化，流入濕地、親水池、互動設(shè)施，配合科普教育展示，讓大家真切認(rèn)識到再生水的價值?！眲㈧o說。碧水地面景觀園林布景運(yùn)用了諸多生物技術(shù)和海綿技術(shù)。

比如，再生水科普濕地面積雖然只有720平方米，但栽植了20多種水生植物，湖底鋪有輕質(zhì)改良種植土，采用“生物”技術(shù)，給微生物提供生存溫床，再通過布置狐尾藻、黑藻等沉水植物，千屈菜、菖蒲、鳶尾等浮水植物和睡蓮、荷花等挺水植物等立體生物體系保證水質(zhì)長期的潔凈。

雨水利用采用的海綿設(shè)施主要有植草溝、雨水花園、下沉式綠地，以及透水混凝土、透水磚材質(zhì)全園鋪裝地面等。

四條分別成閉環(huán)的植草溝分布于景觀步道及場地周邊，總長約2000米。單條植草溝寬約30厘米，深20厘米，溝上種植混播地被。雨水通過植草溝流入與之相連的排水系統(tǒng)，從而實現(xiàn)雨水蓄、排、凈、用。

如果說植草溝主要用于排水，那么雨水花園則是為了蓄水。雨水花園在一期景觀中多點開花，粗略估計有15個，每個雨水花園直徑10米到15米，分布于比較寬闊的緩坡綠地中。雨水花園自下而上分為礫石層、砂層、種植土壤層、覆蓋層和蓄水層五層，使雨水逐漸滲透入土壤，涵養(yǎng)地下水。

不過，這可是屋頂花園，只有1.2米附土層，多余的雨水該如何處理？設(shè)計人員精細(xì)考慮，在每個雨水花園中布置穿孔管和溢流管，與排水系統(tǒng)相連，讓經(jīng)過緩慢滲透得到凈化的多余雨水順利流入玉帶河。發(fā)揮類似作用的還有若干個下沉綠地，它們是雨水花園的“PLUS”版。

屋頂公園的營造有諸多限制條件，要與地下水廠通風(fēng)、通行、采光設(shè)備融為一體，達(dá)到見乎其文而不自知。屋頂綠化也不同于普通園林，必須參照屋頂?shù)暮奢d（承重）力嚴(yán)格控制苗木規(guī)格和數(shù)量。剔除不易屋頂生長的深根系苗木，更換為小喬木，如白皮松、龍柏、紫葉李、山桃、石榴等。

據(jù)介紹，地面景觀90%是綠地空間，計劃栽植白皮松、油松等常綠喬木9種424棵，國槐、元寶楓等落葉喬木26種604棵，玉蘭、山桃、紫薇、紅瑞木等亞喬木及灌木37種1953棵，還有紫菀、萱草、馬藺等地被花卉43種，形成三季開花四季有綠的自然生態(tài)。

智慧水務(wù)

將建新型基礎(chǔ)設(shè)施城市更新體

“十四五”時期是城市副中心建設(shè)藍(lán)綠交織、森林環(huán)繞生態(tài)城市關(guān)鍵期。在城市副中心“一帶一軸多組團(tuán)”的空間布局中，碧水再生水廠就處于“一帶”“一軸”的交匯點。

碧水再生水廠二期項目還將在智慧水務(wù)上大做文章，融入北京市再生水年利用量12億立方米的浪潮中，為本市提供穩(wěn)定可靠的“第二水源”。

記者從中國水環(huán)境集團(tuán)了解到，碧水二期工程建設(shè)正在前期構(gòu)想階段，未來將建成新型基礎(chǔ)設(shè)施城市更新體。具體內(nèi)容包括：擴(kuò)建污水處理9萬噸/日，清水池3.5萬立方米，初雨調(diào)蓄池8萬立方米。將建全域再生水資源和能源智能管控中心、首座千噸級污水處理及資源化“大科學(xué)裝置”、院士產(chǎn)學(xué)研創(chuàng)新中心和大運(yùn)河水科技水生態(tài)水文化體驗館。

同時，擬在碧水下沉式再生水廠建設(shè)基于AI+5G等新一代移動物聯(lián)技術(shù)的“應(yīng)用場景”，構(gòu)建全域再生水資源和能源智能管控中心，管控重點污染源、管網(wǎng)、泵站、再生水廠、雨水、河道生態(tài)補(bǔ)水的運(yùn)營數(shù)據(jù)和居民供水信息。

據(jù)介紹，這個“智慧大腦”，可以統(tǒng)籌天上、岸上和地下——監(jiān)測氣體排放、水環(huán)境指標(biāo)以及土壤地下水管網(wǎng)。同時，形成“點”“線”“面”結(jié)構(gòu)——點：為行政辦公區(qū)、環(huán)球主題公園、城市綠心供水；線：監(jiān)測供排水管網(wǎng)、流域；面：優(yōu)化水資源結(jié)構(gòu)，統(tǒng)籌鄉(xiāng)鎮(zhèn)污水處理、城市農(nóng)業(yè)面源，激活城市第二水源。

“瑞典水創(chuàng)新平臺 (SWIC)，擁有多條百噸級試驗線,每年開展科研項目15項以上，成為瑞典水技術(shù)創(chuàng)新源泉，這也將是碧水的未來?！边@位負(fù)責(zé)人稱，對標(biāo)國際，碧水未來也將建設(shè)千噸級污水處理及資源化“大科學(xué)裝置”，目前“萬/千噸級污水處理共享產(chǎn)線創(chuàng)新基礎(chǔ)設(shè)施”正在申請國家重大專項支持。

未來，碧水再生水廠將成為院士產(chǎn)學(xué)研創(chuàng)新中心，從地下空間、污水處理工藝、飲用水安全、能量回收、水資源等領(lǐng)域，解決標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范、工藝技術(shù)、算法控制等一系列“卡脖子”問題。

二期建設(shè)中還有一個惠民亮點——大運(yùn)河水科技水生態(tài)水文化體驗館，科技展示污水處理微生物凈化工藝過程，集互動、趣味實驗、親水游戲、沉浸銀幕、運(yùn)河漕運(yùn)千年文化體驗等多功能于一體，吸引更多年輕人和孩子到水世界一探究竟。