污水处理低碳环境工程改造的策略

引言：污水处理厂在城市水环境保护中发挥核心作用，但随着排放标准日益严格，传统污水处理工艺面临提标改造压力。高耗能、高物耗工艺虽然能在一定程度上减少污染物排放，但增加了温室气体排放和运行成本，同时污泥处置和资源化利用难题尚未得到有效解决。因此，需要通过优化工艺体系、引入低能耗技术、智能化管理与资源化利用等手段，实现污水处理厂的低碳转型，兼顾水环境效益和总体环境可持续性。

一、污水处理系统优化策略

（一）流程整合与结构优化

优化污水处理厂的工艺流程是实现低碳目标的重要途径。合理布置初沉池、生物反应池和消毒环节，可以减少重复运行环节的能耗和化学药剂使用，提高水处理效率。部分城市污水厂采用初沉池与生物反应池联动运行方案，使水力负荷在各环节均衡分配，减少泵送和搅拌功率波动带来的能源浪费。在实践中，优化后的流程能够保持出水水质稳定，同时降低运行峰值负荷，使设备运行更加平稳。结构优化还可以降低维护难度和机械磨损，有利于延长设备使用寿命，为污水处理厂实现低碳、节能和稳定运行提供系统化支撑和可靠保障[1]。

（二）增强污水收集处理效率

提高污水收集率和处理效率是降低能耗的关键环节。优化城市污水管网布局，减少管道渗漏和雨污混接问题，可以使污水快速、稳定地进入处理系统，降低泵送能耗和系统负荷。提升初级筛滤和格栅处理能力，有助于截留固体杂质，减轻后续生化反应池的负荷，降低搅拌和药剂消耗。在实际工程案例中，某市污水厂调整管网和增加筛滤设备后，泵送能耗显著下降，处理效率保持稳定。污水收集和处理效率的提升不仅保证了工艺条件均一，也为低碳运行提供基础数据支撑，有助于实现源头到出水端的整体节能管理。

（三）污泥资源化与减量化

污泥处置是污水处理厂碳排放的重要环节，也是低碳改造的重点对象。采用浓缩、厌氧消化和生物干化技术，可以有效减少污泥体积，将有机物转化为沼气或有机肥料，用于厂内供热、发电或农业施用。部分试点污水厂厌氧消化产生的沼气满足厂区部分用电和供热需求，降低对外部能源依赖。污泥减量化处理可以降低运输和填埋环节的碳排放压力，同时节约处理成本。优化污泥资源化流程还可以实现废物循环利用，提升污水处理厂整体的能源利用率，为低碳改造提供可持续的技术支撑和经济效益。

二、低能耗脱氮技术推

（一）新型生物脱氮工艺

新型生物脱氮工艺在污水处理厂低碳改造中发挥重要作用。A/O、SND 以及MBR 耦合系统能够在降低曝气和循环负荷的条件下，实现氮的高效去除。工艺设计强调在同一反应池内完成硝化和反硝化，使水体氮素转化集中高效，减少能源消耗和设备负荷。操作中，优化微生物培养和反应条件可适应水质和负荷波动，使出水总氮维持在约 15 毫克每升以下。某市污水厂采用 SND-MBR 耦合后，日均耗电量从2.4 万千瓦时降低至 1.8 万千瓦时[2]。该工艺改变了传统脱氮依赖高能耗的模式，为污水处理厂低碳运行提供技术保障，同时兼顾脱氮效率与能耗平衡。

化学辅助脱氮优化

化学辅助脱氮在高氮废水处理中可减轻生物反应负荷，降低系统能耗。精确投加碳源或铁盐可加快硝化和反硝化反应速率，缩短水力停留时间，减少曝气和搅拌功率需求。工艺管理将化学助剂投加量与水质监测相结合，使出水总氮保持在约18 毫克每升，避免营养过剩引起微生物失衡。该方法适用于工业废水及城市高氮污水，与生物脱氮工艺协同运行后，日均能耗可降低约 600 千瓦时。化学辅助策略为现有工艺改造和新建厂低碳设计提供可操作技术方案，有助于维持稳定处理效果的同时实现节能。

（三）废水分流与负荷控制

废水分流和负荷调控是降低能耗的有效策略。高浓度氮废水在进入主反应池前设置预处理池和缓冲池，可降低系统峰值负荷，使微生物处理效率保持稳定。调整水力停留时间和废水输入节奏后，曝气功率下降约 500千瓦时/日，搅拌负荷明显减轻。该策略在适应水质波动的同时保持出水总氮在约16 毫克每升，兼顾脱氮效率与能耗控制。废水分流和负荷管理强调工艺优化与水质监测结合，为污水处理厂低碳运行提供可靠技术路径，同时提升整体运行经济性和系统稳定性。

三、智能化节能与碳减排措施

（一）自动化控制系统

自动化控制系统在污水处理厂的运行中发挥核心作用，能够实时监测水质、流量及能耗数据，动态调整曝气、泵送和搅拌功率，使工艺负荷在不同运行条件下保持平衡。系统配套的数据平台能够记录历史运行信息，为操作人员提供优化决策参考。异常情况能够被智能识别并发出预警，减少设备故障对整体工艺的影响。实际应用显示，自动化系统可使日均电力消耗降低约 400 至 600 千瓦时，同时维持出水水质稳定。该技术不仅提升了能源使用效率，还减轻了人工干预压力，为污水处理厂低碳运行提供可靠技术基础和科学管理手段[3]。

（二）能量回收与循环利用

污水中的热能和有机物含量可被有效回收并利用，减少对外部能源的依赖。厌氧消化过程中产生的沼气可用于厂区供热或发电，处理后的水体热量亦可循环用于厂区工艺或建筑采暖。管道布局、泵浦选型及热交换设备的合理配置能提高回收效率，保障系统长期稳定运行。能源回收系统的设计核心在于内部循环利用，使能源消耗与污水处理需求相匹配。在实际操作中，厂区能量自给率可达到总用能的三分之一以上，同时显著减少温室气体排放，实现低碳改造与经济效益的双重目标。

（三）碳排放核算与激励机制

碳排放核算体系为污水处理厂提供量化管理依据。运行数据、能耗记录及药剂投加情况被纳入分析模型，用于评估各工艺环节的碳足迹和减排效果。管理层可根据核算结果调整工艺调度，实现能源使用与排放效率优化。运营补贴和激励政策能够鼓励厂区采用低能耗技术及资源化措施，提高节能减排的主动性。制度化的核算和激励机制帮助厂区形成低碳管理习惯，将低碳理念融入日常运营，支持污水处理厂在长期运行中实现绿色发展和经济可持续性。

四、结论

污水处理厂的低碳改造需从工艺优化、低能耗脱氮技术和智能化管理三方面协同推进。优化处理流程与管网布局能够降低能源消耗和药剂使用，提升水处理效率；新型生物脱氮、化学辅助脱氮及废水分流策略可在保证出水水质的前提下减少系统负荷和能耗；自动化控制、能源回收及碳排放核算机制有助于实现智能化管理和低碳运行。综合施策可显著降低温室气体排放，实现资源高效利用，并为污水处理厂的绿色、可持续发展提供科学技术支撑和管理保障。

参考文献

[1] 赵 硕 岩 . 市 政 污 泥 处 理 处 置 低 碳 运 行 评 价 与 改 进 策 略 研 究 [D]. 天 津 科 技 大学,2024.DOI:10.27359/d.cnki.gtqgu.2024.000739.

[2] 曹 国 辉 . 郑 州 市 污 水 净 化 有 限 公 司 污 水 处 理 业 务 创 新 研 究 [D]. 兰 州 交 通 大学,2024.DOI:10.27205/d.cnki.gltec.2024.000217.

[3] 侯一甲,关继磊. 污水处理厂绿色低碳升级改造造福“一带一路”沿线民众[J].国际工程与劳 务,2024,(02):44-47.