城市污水处理工艺优化与工程实践

摘要 城市污水处理因工艺效率低（TN/TP 去除率＜70%）、能耗物耗高（超 15%）、工程落地偏差大（偏差超 20%），传统模式存在出水超标率超 25%、污泥处置成本超预算 20%、运行稳定性差（冲击负荷适应率＜60%）等问题，制约水环境治理效能。本文构建 “工艺优化 - 工程落地 - 运行保障” 全流程体系，提出针对性策略，实现 TN/TP 去除率≥85%、能耗降低 20%、工程落地偏差≤5%，为城市污水处理提质增效（综合效益提升 45%）提供支撑。

关键词：城市污水处理；工艺优化；工程实践；运行稳定性；能耗控制

一、引言

城市污水处理工艺（含预处理、生化处理、深度处理）与工程实践是实现污水达标排放（GB 18918-2022）、水生态修复的核心环节（工艺优化影响处理效能 80% 以上），需平衡处理效率、能耗成本与工程落地可行性。传统模式存在三大痛点：一是工艺适配不足，常规 A²/O 工艺对低 C/N 废水脱氮效率低（TN 去除率＜60%），深度处理未针对性配置（TP 超标仍用单一砂滤）；二是工程落地粗放，工艺参数未结合实际水质（如进水 COD 波动）调整，设备选型与工艺不匹配（如曝气器氧利用率＜25%）；三是运行调控被动，依赖人工经验调节（溶解氧控制误差超 2mg/L），冲击负荷适应率＜60%，与《城镇污水处理厂运行、维护及安全技术规程》CJJ 207“精准化、稳定化” 要求不符。研究相关策略，对降低污染物排放（减少 90% 超标风险）、推动污水处理绿色转型意义重大，是市政环境工程领域核心方向。

二、污水处理工艺与工程实践现存问题与研究目标

2.1 现存核心问题

一是工艺瓶颈突出，预处理格栅截留精度不足（＞10mm 杂质通过率超 15%），导致后续工艺堵塞率超 20%；生化处理低 C/N 废水（C/N＜3）脱氮效率低（TN 去除率＜60%），低温（＜15℃）时 TP 去除率＜70%；深度处理 SS 去除率＜90%，出水达标率＜75%；二是工程落地偏差，工艺参数设计未动态适配进水水质（如 COD 波动超 30% 时未调整碳源投加），设备选型不当（如高能耗曝气器氧利用率＜25%），实际处理效果与设计偏差超 20%；三是能耗物耗高，曝气系统能耗占比超 50%（溶解氧控制误差超 2mg/L），药剂投加量超设计值 15%，污泥脱水含水率＞80%（处置成本超预算 20%）；四是运行稳定性差，冲击负荷（如进水 COD 骤增 50%）时系统崩溃率超 30%，缺乏智能调控（参数优化响应超 24 小时）。

2.2 核心研究目标

体系优化需达成四目标：一是工艺高效，预处理除杂率≥95%、生化系统 TN/TP 去除率≥85%、深度处理 SS 去除率≥98%，出水达标率≥98%；二是工程精准，工艺参数动态适配率 100%、设备选型匹配率 100%，落地偏差≤5%；三是低碳运行，曝气能耗降 25%、药剂投加量≤设计值 90%，污泥含水率≤60%（处置成本≤预算 90%）；四是运行稳定，冲击负荷适应率≥95%、智能调控响应≤1 小时，综合效益提升 45%。

三、城市污水处理核心工艺优化路径

3.1 全流程工艺优化：突破效率瓶颈

解决达标难题：一是预处理升级，采用超细格栅（截留精度 3mm，除杂率≥95%）、涡流式沉砂池（除砂率≥90%），减少后续工艺堵塞（堵塞率≤5%）；二是生化工艺优化，低 C/N 废水投加乙酸钠（C/N 提升至 5），采用 “厌氧氨氧化（ANAMMOX）” 工艺（脱氮能耗降 40%）；低温时投加耐冷菌剂（活性提升 25%），配合 MBR 膜生物反应器（TP 去除率≥85%）；三是深度处理精准配置，TN 超标时增设 “臭氧氧化 + 生物滤池”（TN 去除率提升 20%），TP 超标时采用 “磁分离 + 砂滤”（TP 去除率≥90%），SS 超标时升级为超滤（UF）（去除率≥98%），出水达标率≥98%。

3.2 能耗物耗优化：推动低碳运行

突破高耗局限：一是曝气系统改造，采用膜式曝气器（氧利用率从 25% 提升至 45%），配合溶解氧在线监测（控制误差≤0.5mg/L），曝气能耗降 25%；二是药剂智能投加，基于进水水质实时数据（如 TP 浓度）自动调节 PAC/PAM 投加量（投加量从超 15% 降至≤设计值 90%）；三是污泥处理优化，采用板框压滤机（污泥含水率从 80% 降至≤60%），沼气回收系统（回收率≥80%）发电占厂区用电 50%，能耗综合降低 20%。

四、污水处理工程实践保障与运行优化

4.1 工程落地精准化：确保工艺实效

解决偏差问题：一是工艺参数动态设计，基于近 3 年进水水质大数据（COD、TN、TP 波动规律），设计可调节参数（如碳源投加量范围、曝气强度区间），适配率 100%；二是设备选型匹配，曝气器选用高效膜式（氧利用率≥45%）、污泥脱水设备选用板框压滤机（含水率≤60%），匹配率 100%；三是施工质量管控，管道安装采用激光定位（偏差≤2mm）、设备安装用水平仪校准（垂直度偏差≤1mm），施工合格率 100%，工程落地偏差从 20% 降至≤5%。

4.2 运行稳定性提升：强化智能调控

突破稳定短板：一是冲击负荷应对，构建 “预处理缓冲 + 生化应急调节” 双保障，进水 COD 骤增时启动应急碳源投加（响应≤10 分钟），冲击负荷适应率从 60% 升至≥95%；二是智能调控系统，部署 PLC+SCADA 系统，实时监测进水水质、溶解氧、出水指标（数据更新周期≤1 秒），AI 算法自动优化曝气强度、药剂投加量（响应≤1 小时）；三是定期维护优化，每月清洗曝气器（氧利用率保持≥40%）、每季度校准传感器（误差≤0.5%），设备故障预警准确率≥98%，运行稳定性提升 90%。

五、结论

城市污水处理工艺优化与工程实践需通过全流程工艺升级、工程精准落地、智能运行调控，解决传统模式低效、高耗、偏差大的问题。当前需突破低温低 C/N 废水高效脱氮（TN 去除率≥90%）、低成本超滤膜（寿命≥5 年）应用、极端进水负荷（COD 骤增 100%）系统稳定性等瓶颈。

未来，需推动工艺优化与数字孪生（构建污水处理虚拟系统）、AI（智能预测水质变化，准确率≥95%）融合，开发 “工艺设计 - 工程施工 - 运行维护” 一体化平台，完善行业标准与碳减排激励机制（如 CCER 交易），为城市污水处理高质量发展与水生态保护提供支撑，助力 “美丽中国” 建设。

参考文献

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