关于市政污水厂设计及处理工艺探讨

关于市政污水厂设计及处理工艺探讨

邱迅，陈小龙，杨强

中机国际工程设计研究院有限责任公司

摘要：近年来，在环保法规日益严格和公众环保意识逐渐增强的背景下，人们对市政污水厂的设计科学性、处理效果及节能减排提出了更高要求。鉴于此，本文深入研究市政污水厂的设计方式及优化处理工艺，旨在促进水环境治理水平的提升。

关键词：市政污水厂；设计方式；处理工艺

市政污水厂作为城市水污染治理的关键设施，其设计与处理工艺直接关系到出水水质、环境影响及资源利用效率。市政污水厂设计及处理工艺是城市基础设施建设中不可或缺的一部分，旨在处理城市排放的污水，保护环境和公共健康。通过优化污水厂的设计与工艺选择，提高污水处理的效率与稳定性，确保出水水质达标，减轻对自然水体的污染。探索污水深度处理与资源回收技术，实现污水的资源化利用，推动循环经济发展。通过精细化设备选型与节能设计，减少污水厂的能耗与运行成本，提升经济效益与社会效益。强化环保设计与节能减排措施，减少污水厂运行过程中的环境影响，促进与周边环境的和谐共生。

一、市政污水厂设计方式

（一）规模确定与布局规划

1、规模确定

规模确定是污水厂设计的首要任务，它要求设计者必须综合考虑城市发展的现状与未来趋势，实现科学性与前瞻性的平衡。数据驱动成为规模确定的新常态，通过大数据分析城市人口增长、产业结构变化、用水量及污水排放量的历史数据，运用先进的预测模型，如时间序列分析、机器学习算法等，精准预测未来污水处理的需求量。这种方法克服了传统经验估算法的片面性，提高了规模确定的准确性。引入环境承载力评估，在规模确定时，不仅要考虑污水处理的量，还需结合区域环境容量、水资源循环利用目标等因素，确保污水厂规模既能满足当前及未来需求。

2、布局规划

布局规划是污水厂设计的关键环节，它要求设计者综合考虑地形地貌、水文地质、交通网络、周边环境保护要求等多种因素，实现综合性与灵活性的统一。推行“绿色生态”布局理念，将污水厂视为城市生态系统的一部分，通过合理布局，减少对环境的影响，甚至实现与周边环境的和谐共生，利用厂区空地建设生态湿地，既美化环境，又可作为污水处理的自然净化环节。增强布局的灵活性与适应性，考虑到未来城市发展的不确定性，布局规划应预留足够的调整空间，如模块化设计污水处理单元，便于根据实际需求进行扩容或调整，采用智能化管理系统，实时监控各处理环节的运行状况，为布局调整提供科学依据。

（二）工艺选择与设备选型

1、工艺选择

工艺选择是污水厂设计的灵魂，决定了污水处理的路径与效果。随着科技的进步，智能化与资源化成为工艺选择的新趋势，通过引入物联网、大数据、人工智能等先进技术，构建污水处理的智能控制系统，实现工艺参数的自动调整与优化，提高处理效率与稳定性。采用智能曝气控制系统，根据水质变化实时调节曝气量，减少能耗与碳排放。资源化方面，探索污水深度处理与资源回收技术，如膜生物反应器（MBR）技术用于生产高品质再生水，或利用污泥厌氧消化产生生物能源，实现污水的“变废为宝”。

2、设备选型

由于设备选型直接关系到污水厂的运行成本与环境影响，因此在设备选型过程中，应坚持精细化与可持续性的原则。注重设备的性能匹配与高效运行，通过对不同品牌、型号设备的综合比较，选择那些技术成熟、运行稳定、能耗低的设备，考虑设备的维护便捷性与备件供应情况，确保设备长期稳定运行。优先考虑环保材料与低碳生产过程的设备，减少生产过程中的碳足迹，关注设备的全生命周期成本，包括购置、运行、维护、更换等各环节的费用，选择综合成本最优的设备。

（三）环保设计与节能设计

1、环保设计

环保设计强调污水厂与自然环境的和谐共生，通过创新设计手法，将污水厂转变为城市中的绿色生态空间。采用自然净化系统，如人工湿地、生态浮岛等，作为污水处理的辅助或后续环节，利用植物、微生物等自然力量，进一步净化水质，同时美化环境，增加城市绿地面积，减少化学药剂的使用，降低处理成本，促进生物多样性的提升，为城市生态系统增添了活力。注重厂区绿化与景观打造，通过种植本土植物、设置生态步道、建设观景平台等措施，将污水厂打造成集污水处理、科普教育、休闲娱乐为一体的多功能场所，提升公众对环保事业的认知与参与度。

2、节能设计

市政污水厂应积极探索能源的高效利用与回收途径，构建循环经济体系。实施能源自给自足策略，利用污水中的有机物通过厌氧消化等技术产生沼气等可再生能源，用于厂区供暖、发电或作为车辆燃料，减少外部能源依赖。安装太阳能光伏板、风力发电装置等可再生能源设备，提升能源自给率，降低运行成本，减少温室气体排放，符合全球气候治理的大趋势。优化设备运行管理，采用先进的节能技术与智能控制系统，对污水处理过程中的能耗进行精准控制，减少不必要的能源浪费。通过变频调节水泵、风机等设备的转速，根据实际需求动态调整能耗输出，实现节能降耗的目标。

二、市政污水厂处理工艺

（一）预处理工艺

1、精细化格栅筛分与除砂技术

传统格栅筛分工艺主要依赖物理拦截作用去除污水中较大的悬浮物，但随着城市污水成分日益复杂，对预处理工艺提出了更高要求，因此，引入精细化格栅筛分技术，如采用自动反冲洗格栅或微细筛网，能够有效截留更细小的悬浮物、毛发、纤维等杂质，减轻后续处理单元的负荷。结合先进的除砂技术，如旋流除砂器或螺旋砂水分离器，能高效去除污水中比重较大的无机颗粒物，如砂粒、石子等，防止其在管道和设备中沉积，保障系统稳定运行，提升处理精度，减少后续处理工艺的能耗与药剂消耗，具有显著的经济与环境效益。

2、智能调节与自动化控制技术

随着智能化技术的发展，将智能调节与自动化控制技术应用于预处理工艺中，成为提升处理效率与稳定性的新趋势。建立预处理工艺的智能监控系统，通过传感器实时监测污水流量、悬浮物浓度、pH值等关键参数，利用数据分析与预测模型，自动调整格栅筛分速度、除砂设备的工作状态等，适应水质波动，确保预处理效果[1]。引入远程监控与故障诊断系统，实现预处理工艺的远程监控与智能化管理，能够及时发现并解决潜在问题，减少停机时间，提高整体运行效率，降低人工操作成本，提高处理过程的精确性与可靠性，推动污水处理行业的数字化转型。

（二）生化处理工艺

1、复合式活性污泥法

针对传统活性污泥法在处理效率、抗冲击负荷能力等方面的局限性，复合式活性污泥法应运而生。该方法通过在传统活性污泥池中引入特殊载体（如悬浮填料、生物膜组件等），构建出集悬浮生长与附着生长于一体的微生物群落结构，不仅提高了微生物种类与数量的多样性，还增强了系统对有机物的降解能力，特别是在低温和低负荷条件下，依然能保持较高的处理效率[2]。复合式活性污泥法还能有效促进同步硝化反硝化过程，减少碳源投加量，降低运行成本。

2、高级氧化技术辅助生化处理

面对污水中难降解有机物的挑战，高级氧化技术作为生化处理的辅助手段，展现出了巨大的应用潜力。高级氧化技术通过产生具有强氧化性的自由基（如羟基自由基·OH），能够直接氧化分解污水中的有机污染物，将其转化为小分子物质或彻底矿化为二氧化碳和水。在生化处理工艺中，适量引入臭氧氧化、芬顿反应、光催化氧化等高级氧化技术，可以显著提高系统的处理深度，特别是对某些生化处理难以降解的有机物（如药物残留、内分泌干扰物等）表现出优异的去除效果[3]。高级氧化技术还能改善污水的可生化性，为后续生化处理创造有利条件。

（三）深度处理与消毒工艺

1、膜技术深度净化

膜技术在污水深度处理中的应用日益广泛，特别是超滤膜（UF）与反渗透膜（RO）的结合使用，已成为提升出水水质的重要手段[4]。超滤膜凭借其高效的物理筛分作用，能够有效截留水中的悬浮物、胶体、细菌及大部分病毒，为后续的反渗透处理提供了良好的基础。反渗透膜则以其极高的截留率著称，几乎可以去除水中所有的溶解性固体、有机物、重金属离子等，使出水水质接近纯水标准。膜技术的深度净化方式，提高了出水水质的稳定性与可靠性，同时满足了日益严格的环保法规要求。膜技术的应用也有助于环保目标的实现，在操作过程中对膜系统的监控和维护有助于确保膜的性能最大化，并减少因污染或损坏导致的效率下降，抗污染膜的开发和能效提升策略的实施进一步推动污水处理技术向高效节能方向发展。

2、高级氧化与紫外线消毒协同作用

高级氧化技术与紫外线消毒的结合使用，技术协同作用的主要优势在于能够有效地降低传统化学消毒方法中化学物质的使用量，同时避免了因化学消毒剂过量使用而导致的环境和人体健康风险[5]。高级氧化过程通过产生的高活性氧化剂如羟基自由基，能够在短时间内氧化破坏有机污染物，提高水质的生物降解性，为紫外线消毒创造更佳的条件。紫外线则在高级氧化处理后进一步作用于微生物的核酸，阻断其复制机制，增强整个消毒流程的安全性。组合技术能够扩展处理能力，对抗氯消毒可能无效的难降解有机物或某些病毒，在工程实践中通过精确控制高级氧化和紫外线的反应时间、光强度和剂量应用等参数，可以实现最优的消毒效果，同时保持运营成本在合理范围，提高了处理效率同时，也符合环保和公共安全的双重要求。

结束语：

通过上述分析可知：规模确定需兼顾现状与未来，用大数据预测提升准确性；布局注重绿色生态，增强灵活性；工艺选择智能化、资源化，设备选型精细化、可持续；环保设计和谐共生，节能设计高效利用能源；预处理、生化处理、深度处理与消毒协同，膜技术与高级氧化技术提升水质；构建高效稳定处理体系，保障出水质量。未来，应借助物联网、大数据、人工智能等先进技术，构建更加智能、高效的污水处理系统，实现远程监控、智能调节与故障预警。

参考文献：

[1]章智勇.更严格排放标准下的市政污水处理厂工程设计与碳排放分析——以宁波某污水处理厂为例[J].净水技术,2023,42(5):158-163.

[2]王拓.分段进水多级AO应用于高出水标准市政污水处理厂工程及运行分析[J].城市道桥与防洪,2024(3):120-122.

[3]乔晓娟,赵志勇,王胤,等.某半地下污水处理厂提标改造及扩容工程设计技术要点分析[J].给水排水,2024,50(3):32-37.

[4]胡阁.城市污水处理厂景观设计方法探析――以重庆市悦来污水处理厂二期景观设计为例[J].中国建筑装饰装修,2023(18):108-110.

[5]单良.半地下污水厂地面公园景观设计探索——记西安草堂污水处理厂(二期)地面公园景观设计[J].工程建设与设计,2023(3):92-94.

基金项目：湖南省重点研发计划项目（2023SK2072）；长沙市科技重大专项（kh2301023）