城市污水处理厂的升级改造与优化运行

摘要：随着城市化进程不断加快，城市污水处理厂面临处理负荷增大、污染物种类复杂以及排放标准趋严的多重挑战，升级改造与优化运行已成为保障城市水环境质量的关键。本文聚焦污水处理厂在技术改造、系统扩容与运行优化等方面的实践路径，梳理现阶段存在的技术瓶颈，探讨多项优化运行策略在不同工况下的应用成效，旨在为城市污水处理设施高效、稳定、低碳运行提供理论支撑和工程指导。

关键词：污水处理；工艺改造；运行优化

一、污水处理厂升级改造的关键方向

（一）处理工艺结构调整适应水质变化需求

污水来源日益多样化，水质组成波动较大，使原有工艺无法稳定应对污染负荷的动态变化。在升级过程中，应将传统以一级或二级处理为主的工艺系统，调整为具备多段反应与强化去除功能的工艺结构。采用兼具碳氮磷协同去除的生物处理路径可增强处理系统的弹性与响应速度。对于进水中存在的新兴污染物，应配置深度处理单元如高级氧化或膜分离装置，确保出水稳定达标。在整体设计中，需兼顾水力负荷变化、反应时间调整与微生物群落重构的协同性，实现工艺结构对新水质结构的适应性增强。通过引入A²/O、MBR、SBR等灵活性较高的处理技术，有助于强化有机物去除效率，并提升系统对氨氮、总磷等重点指标的控制能力。

（二）系统扩容与布局优化提升处理负荷能力

城市人口增长与工业发展带来污水量持续增长，使原设计能力接近极限。扩容过程中不仅要增加处理单元的数量，更需调整反应池布置与流程结构以适配高峰负荷。可通过增加预处理容量缓解高浊度冲击负荷，通过流态优化提升反应效率，确保系统在高流量下维持稳定出水水质。在布局优化方面，应考虑水力路径的均衡分配、回流与污泥脱水系统的同步扩展，并强化调蓄池与应急处理设施配置，以提升应对突发水量激增的整体韧性。综合扩容策略有助于实现高效用地利用与系统长周期负载适应能力。扩容设计应同时注重建设节奏与运行过渡的协调性，避免因新旧系统切换不畅而影响整体处理效率。

（三）老旧设备替换与智能系统集成同步推进

设备老化导致运行能耗增加、故障率上升和维护成本攀升，制约整体运行效能。改造中应有针对性地更换核心设备，如风机、泵类、搅拌器等高能耗单元，选用具备节能性能与智能控制接口的设备型号。在自动化水平提升方面，应实现关键工艺环节在线监控与远程控制系统接入，通过传感器网络收集溶解氧、温度、流量等运行数据，并实时反馈至控制中心，构建数字化运维平台。系统集成技术的推广使得现场人员可通过平台诊断运行状态、调整控制参数与预测运行趋势，从而实现运行调度的精准化、智能化与可视化。在智能控制系统的支持下，还可开展污水处理厂运行大数据管理，积累历史工况与设备运行行为，供运行人员参考优化。设备替换应与电气系统升级同步进行，实现远程控制与报警联动功能的全流程覆盖。

二、污水处理厂优化运行的系统策略探析

（一）基于负荷变化的动态调控运行机制构建

污水处理过程受进水流量与污染物浓度波动影响显著，静态运行策略难以保障处理稳定性与能效水平。动态调控机制通过实时监测进水负荷、出水水质及反应池关键参数，建立运行工况与控制参数之间的响应模型，实现随负荷变化进行曝气量、污泥回流比与进水分流比例的自适应调整。在高峰负荷时段自动提升系统处理能力，在低负荷时段实施节能降耗运行，使系统始终维持在最优运行区间。该机制可借助模型预测控制与边缘计算实现控制策略快速响应，确保系统在动态工况下保持高效运行。构建该机制需依托多源数据融合与系统辨识模型，提升控制决策的智能性与前瞻性。通过构建集成化控制平台，将液位、氨氮浓度、溶解氧浓度等核心指标与控制逻辑联动，实现不同工况下的自动参数切换。

（二）污泥系统高效协同管理优化资源利用效率

污泥系统作为污水处理的副产流程，其管理效率直接影响整体运行成本与环境效益。在污泥处理环节，应通过浓缩、稳定与脱水过程的协同设计，实现含水率降低与稳定性提升。投加絮凝剂与调理剂的控制应与污泥性质相匹配，确保脱水后泥饼性能满足运输与处置要求。资源化路径方面，需加强污泥厌氧消化与生物气体回收利用，将有机质转化为可再生能源，推动污水厂向能源自给系统演化。同步开展污泥减量化技术研究，通过微生物调控、热化学处理等手段减少处理负担，降低运行负荷。污泥管理需形成与主体工艺同步控制机制，使主流程与副流程的运行状态互为支撑，增强系统协同性。优化污泥路径不仅可实现减量增效，还能减少对环境的二次污染压力。污泥调理策略应依据水质、水量和污泥产量变化灵活调整，避免药剂浪费。

（三）节能降耗技术集成助力运行成本控制

能耗占据污水处理运行成本的重要比重，节能降耗已成为优化运行的重要目标。在曝气系统中应优先采用高效微孔曝气装置与变频风机，实现供氧量与溶解氧需求的动态匹配，减少冗余供气。在水泵系统中引入节能型泵组与流量反馈调节系统，降低非必要运行时间与运行功率。照明与加药等附属系统亦可引入智能控制装置，在系统非运行时段自动关闭，避免能耗浪费。能源管理平台可实现对全厂能耗数据的实时监测与能效分析，辅助优化负荷分配策略，制定最小能耗运行路径。节能技术的推广需建立绩效评估机制，以评估节能设备运行效果，并为后续投资决策提供数据支撑。将节能改造与日常运行结合，应通过分析不同工况下的能耗特征，明确系统能耗高峰区与低效运行点，制定精细化能耗管控策略。

（四）运行数据深度分析推动决策智能升级

污水处理厂在日常运行中积累大量运行数据，合理利用这些数据对提升运行效率与策略制定具有重要意义。通过构建大数据分析平台，集成水质监测、设备运行、药剂投加与能耗数据，采用机器学习算法建立运行模型，实现对运行状态的自动识别与工况分类。在异常事件发生前预测潜在运行偏差，并提供最优调整建议，提升系统自恢复能力。数据分析结果还可用于回顾运行过程、追溯问题来源与评估优化措施效果，形成数据驱动的闭环管理机制。通过数据可视化技术将复杂运行信息转化为直观图表，提高管理层对运行趋势的理解与判断能力。建设数据中心与模型平台需配合专业化团队进行长期维护与算法更新，保证分析结论的准确性与时效性。进一步地，可开发移动端应用，实现运行状态的远程查看与警报接收，增强应急处理的及时性。

结束语：城市污水处理厂升级改造与运行优化是实现城市水环境持续改善的重要抓手。文章系统分析了工艺升级、设备替换、信息系统集成等改造路径，并深入探讨了运行调控、能效管理与数据驱动等优化策略。在实际操作中，需注重不同措施之间的协同效应与动态适应能力，通过技术融合与机制创新，不断推动污水处理设施向高效、智能、绿色方向发展，保障城市水生态系统的稳定运行。

参考文献：

[1]郭少春.城市污水处理厂提标改造关键技术分析[J].城市建设理论研究，2023，43（02）：67-70.

[2]林伟.污水处理厂运行优化策略研究[J].中国给水排水，2023，39（10）：51-54.

[3]张林.城市污水处理厂智能化系统的构建与应用[J].环境工程技术学报，2023，43（05）：38-42.