北京市城区现有8座大中型污水处理厂，污水处理能力252万立方米/日，有5座再生水厂、2座提升泵站，设计供应能力102万立方米/日。这些污水处理厂现在也面临着升级改造的问题。
北京市市政工程设计研究总院总工李艺在2010水业高级技术论坛上表示，污水处理与水环境方面，北京目前面临的问题是污水厂出水未达到新标准一级A；水资源短缺，污水全部需再生回用；市内河流均为无基流季节性河道；政府要求污水厂全部升级改造，即出水水质优于再生水回用标准和一级A标准，并且主要水质指标达地表水IV类水体标准。这在全国来看，要求是比较严格的。
北京市污水处理厂升级改造水质目标是满足《城市污水再生利用景观环境用水水质》标准；部分指标达到《地表水环境质量标准》中Ⅳ类水体的标准。
在技术路线方面，北京市是两条腿走路。一是，将现况污水厂改造或新建膜生物反应器(MBR)+臭氧脱色工艺；二是，保留（部分改造）污水厂设施+曝气生物滤池(BAF)+过滤+臭氧脱色工艺。
李艺介绍了新建硝化/反硝化滤池两级生物滤池和MBR工艺应用的有关情况。
两级生物滤池依靠填料及其上的微生物膜为介质，充分发挥生物代谢、物理过滤及物理吸附作用，完成生物降解同时填料本身可截留悬浮物，实现固液分离。在硝化及反硝化过程中，既去除有机物又达到脱氮的目的。当反硝化需要有机物时，通过内部污水回流及外部投加碳源方式，确保反硝化过程顺利进行。新建滤布滤池进一步去除水中的悬浮固体和胶体。
为实现污水处理厂现状设施进行改造，出水水质一步直接达标的目的，北京市的污水处理升级改造还提出了MBR方案。MBR工艺将污水生物处理和膜的高效固液分离技术溶于一体；通过新建或改造现况生物池，增加生物池容积，提高生物系统的污泥强度，进一步加强生物处理效果；采用膜池替代沉淀池以获得更高出水水质；出水水质可直接达到设计标准。
从处理出水水质来看，中国老三段处理工艺基本上都可以满足再生水回用的水质指标，而超滤+活性炭吸附工艺一些参数要好于活性炭。采用MBR的，基本都能达到IV类水质指标，总氮指标除外。经过MBR，再经过反渗透出水的水质，所有指标都可以满足地表Ⅲ类水质。而经过二级RO处理的水，检测指标都好于再生水回用指标，甚至满足生活饮用水水质指标，当然也并不是说就可以直接饮用了。
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