城市污水处理系统作为城镇化进程中的关键环保基础设施，承担着净化水体、阻断污染、保护生态的重要职能。随着《城镇污水处理厂污染物排放标准》（GB18918-2002）的持续升级与 “双碳” 目标的推进，传统以 “达标排放” 为核心的处理模式正加速向 “水质提升、资源循环、低碳运行” 的综合体系转型。本文从工艺技术创新、运维管理优化、可持续发展模式三个维度，解析现代城市污水处理的核心要点与实践路径。
一、城市污水处理工艺的技术升级方向
       面对日益严格的排放标准与多样化的回用需求，城市污水处理工艺正通过多维创新实现效能跃升，形成 “分级处理、精准净化、功能拓展” 的技术体系。
生化处理工艺的深度脱氮除磷技术
       传统 AAO 工艺在总氮≤15mg/L、总磷≤0.5mg/L 的排放标准下已显乏力，升级工艺通过强化碳源利用与微生物调控突破瓶颈。倒置 AAO 工艺将缺氧段前置，优先保障反硝化碳源供给，总氮去除率提升至 80% 以上，某城市污水处理厂改造后，总氮稳定在 10mg/L 以下；分段进水 A/O 工艺通过将污水按比例分配至缺氧段与好氧段，碳源利用率提高 30%，某 10 万吨 / 天处理厂采用该技术，年减少外加碳源（乙酸钠）消耗 2000 吨，节约成本 120 万元。
       针对低 C/N 比（≤3）污水的脱氮难题，短程硝化 - 厌氧氨氧化（CANON）工艺通过抑制硝化细菌活性，使氨氮直接与亚硝酸盐反应生成氮气，能耗较传统工艺降低 60%，污泥产量减少 80%。某工业园区 5 万吨 / 天污水处理厂采用 CANON 工艺，在进水 C/N 比 2.5 的条件下，总氮去除率仍达 75%，运行成本降至 0.3 元 / 吨水。生物除磷强化技术方面，投加铁盐（FeCl₃）可形成磷酸铁沉淀，总磷去除率从 60% 提升至 90%，某旅游城市污水处理厂通过 “生物除磷 + 化学辅助”，出水总磷稳定在 0.3mg/L 以下，满足景观水体补充要求。
       深度处理工艺的水质提升方案
       二级处理出水需经深度处理才能满足地表水类标准或回用要求，不同技术路径适配差异化水质目标。针对 SS 与浊度去除，V 型滤池采用气水联合反冲洗（气强度 15L/(m²・s)、水强度 8L/(m²・s)），滤后水 SS≤5mg/L，某处理厂通过优化反冲洗周期（从 24 小时延长至 48 小时），反冲洗水耗减少 50%；纤维转盘滤池则通过旋转滤布截留悬浮物，过滤精度可达 10μm，适合用地紧张的场景，某新区 3 万吨 / 天处理厂采用该技术，占地面积仅为传统滤池的 1/3。
       微量有机物与色度去除依赖高级氧化技术，臭氧 - 生物活性炭（O₃-BAC）工艺通过臭氧氧化分解大分子有机物，活性炭吸附残留污染物，COD 去除率提升 20%-30%，某城市水源保护区污水处理厂采用该工艺，出水 COD≤30mg/L，满足地表水 Ⅲ 类标准；紫外 - 过氧化氢（UV-H₂O₂）工艺产生羟基自由基（・OH），对农药、抗生素等难降解物质的去除率达 80% 以上，某医药园区 2 万吨 / 天处理厂应用该技术，特征污染物浓度从 0.5mg/L 降至 0.05mg/L 以下。
       膜分离技术的规模化应用突破
       膜生物反应器（MBR）通过膜组件的高效截留，实现泥水分离的革命性突破，污泥浓度可达 8000-12000mg/L，COD 去除率≥95%，出水浊度≤0.1NTU。近年来，MBR 工艺的膜材料与运行方式持续优化：抗污染膜（如 PVDF 材质）的使用寿命从 3 年延长至 5 年；间歇曝气模式（曝气 10 分钟停 2 分钟）可减少膜污染，某 5 万吨 / 天 MBR 处理厂采用该模式，曝气能耗降低 20%。
       双膜法（UF+RO）深度处理为高品质回用提供保障，超滤膜（孔径 0.01μm）去除胶体与细菌，反渗透膜截留 99% 以上的离子，产水电阻率可达 15MΩ・cm。某沿海城市 10 万吨 / 天再生水工程采用双膜法，产水用于电厂循环冷却水，年节约淡水 3600 万吨，同时减少海水淡化需求。膜技术的成本瓶颈逐步打破，MBR 吨水投资从早期的 5000 元降至 3000 元，双膜法回用成本从 5 元 / 吨降至 3 元 / 吨，为规模化应用奠定基础。
二、城市污水处理厂的运维管理优化
       处理厂的高效运行不仅依赖先进工艺，更需要科学的运维管理体系，通过参数优化、设备保养、成本控制实现 “稳定达标、经济运行” 的双重目标。
       工艺参数的精准调控策略
       溶解氧（DO）是生化处理的核心参数，好氧段 DO 需维持在 2-3mg/L（硝化菌活性最佳），缺氧段 DO≤0.5mg/L（避免抑制反硝化菌）。某处理厂采用 “溶解氧 - 曝气风机” 联动控制系统，通过在线 DO 传感器（精度 ±0.1mg/L）实时调节风机频率，曝气量波动控制在 ±5% 以内，年节电 150 万度。污泥龄（SRT）需匹配处理目标，脱氮工艺 SRT 宜为 15-20 天（保证硝化菌增殖），除磷工艺 SRT 宜为 8-12 天（促进聚磷菌更新），某 AAO 处理厂通过优化排泥量，将 SRT 稳定在 18 天，总氮去除率提升 10 个百分点。
       回流比的优化可显著提升脱氮效率，硝化液回流比（R）控制在 200%-300%（确保硝酸盐进入缺氧段），污泥回流比（r）控制在 50%-100%（维持反应器污泥浓度）。某 10 万吨 / 天处理厂通过 “进水 COD - 回流比” 智能调节模型，在进水 COD 波动时自动调整 R 值（范围 150%-350%），总氮去除率稳定性从 80% 提升至 95%。药剂投加量需精准控制，混凝沉淀的 PAC 投加量根据浊度在线调整（范围 50-150mg/L），某处理厂通过该方式，药剂消耗减少 25%，污泥产量降低 15%。
       设备全生命周期管理
       关键设备的稳定运行是处理厂正常运转的基础，建立 “预防维护 + 状态检修” 体系可显著降低故障风险。曝气系统需定期检查曝气盘 / 管的完好性（每月 1 次），膜片曝气器的破损率超过 5% 需及时更换，某处理厂通过预防性更换，避免了因曝气不均导致的生化效率下降（曾造成 COD 去除率降低 15%）；水泵机组需每季度检测振动值（≤4.5mm/s）与轴承温度（≤70℃），某厂通过振动分析提前发现潜水泵叶轮磨损，避免了非计划停机（单次停机损失约 5 万元）。
       污泥脱水设备的维护重点在于滤布 / 滤膜清洁，板框压滤机的滤布需每周清洗（高压水冲洗 + 酸洗），某处理厂通过优化清洗流程，滤布寿命从 3 个月延长至 6 个月，年节约滤布成本 8 万元；叠螺机的螺旋轴需每月检查磨损情况（间隙≤0.5mm），及时调整垫片厚度，确保脱水效果（含水率≤80%）。设备信息化管理平台（CMMS）可实现维护计划自动提醒、故障记录分析，某集团型污水处理企业通过该平台，设备平均故障间隔（MTBF）延长 30%，维护成本降低 20%。
       能耗与药耗的成本控制
       曝气系统能耗占处理厂总能耗的 50%-60%，节能改造空间显著。磁悬浮离心风机较传统罗茨风机能效提升 30%-40%，某 20 万吨 / 天处理厂更换风机后，年节电 600 万度；曝气器氧利用率从 20% 提升至 35%（如采用刚玉曝气器），可减少曝气量，某厂通过该措施，曝气能耗降低 25%。水泵节能可通过变频改造实现，根据液位差自动调节频率，某厂的提升水泵变频改造后，能耗降低 30%，投资回收期 1.5 年。
       药耗控制需兼顾效果与成本，碳源选择上，葡萄糖（COD 当量 1.06）成本较高但反应快，甲醇（COD 当量 1.5）成本低但需安全储存，某处理厂通过 “葡萄糖 + 甲醇” 混合投加，在保证脱氮效果的同时，碳源成本降低 15%；混凝剂方面，聚合氯化铝（PAC）较硫酸铝投加量减少 30%，污泥产量降低 20%，综合成本更优。药剂智能投加系统（基于进水水质预测）可避免过量投加，某厂应用该系统后，PAC 消耗减少 20%，年节约成本 30 万元。
三、城市污水处理的可持续发展模式
       现代城市污水处理已超越单纯的污染治理范畴，向 “水 - 泥 - 气” 协同资源化、“处理厂 + 生态” 融合发展的综合生态设施演进，构建可持续的治理模式。
       水资源循环利用体系
       再生水回用是缓解城市水资源短缺的战略选择，需建立分质供水系统。市政杂用（绿化、道路清扫）采用 “过滤 + 消毒” 工艺，水质满足《城市污水再生利用 城市杂用水水质》（GB/T 18920），某城市将 30% 的污水处理厂出水用于市政绿化，年节水 1200 万吨；工业回用（冷却水、工艺用水）需深度处理，“UF+RO” 工艺可满足电子、化工等行业要求，某工业园区再生水回用率达 70%，年减少新鲜水取用量 5000 万吨。
       生态补水是再生水的重要去向，需满足《地表水环境质量标准》（GB 3838）Ⅳ 类及以上标准，某城市将处理厂出水经 “人工湿地 + 稳定塘” 深度净化后补充河道，河道生态基流得到保障，水生生物多样性提升 30%。再生水回用需建立完善的水质监测体系，重点监控微生物指标（粪大肠菌群≤1000 个 / L）、重金属（总砷≤0.1mg/L）等，某回用工程设置在线监测点 12 处，数据实时传输至监管平台，确保用水安全。
       污泥资源化与能源回收
       污泥处理处置从 “无害化” 向 “资源化” 转型，形成多元利用路径。厌氧消化产沼气是成熟技术，1 吨干污泥可产沼气 150-200m³，甲烷含量 60%-70%，某处理厂的沼气热电联产系统，年发电量 1000 万度，满足厂内 30% 的用电需求，同时余热用于污泥加热，能源自给率达 40%；污泥好氧发酵生产有机肥（有机质≥30%，总养分≥5%），某项目年产有机肥 5000 吨，用于农田改良，土壤有机质含量提升 0.5%。
       污泥热干化 - 焚烧协同处理适合大型处理厂，干化后污泥（含水率≤30%）热值达 12-18MJ/kg，可与垃圾协同焚烧发电，某处理厂的污泥焚烧系统，年发电量 200 万度，灰渣用于制作建材（如地砖），实现 “减量化 100%、无害化 100%、资源化 100%”。污泥炭化技术将污泥在缺氧条件下加热至 300-500℃，生成生物炭（吸附性能优于活性炭），某试点项目的污泥生物炭用于污水处理厂尾水深度处理，COD 去除率提升 15%，实现 “以废治废”。

四、低碳处理厂的建设路径

       污水处理厂的碳减排需从 “能源优化、工艺改进、碳汇利用” 多维度发力。能源结构绿色化方面，光伏发电覆盖厂房屋顶与空地，某 10 万吨 / 天处理厂建设 3MW 光伏电站，年发电量 300 万度，减少碳排放 2400 吨；地源热泵利用污水余热（冬季水温 12-15℃）供暖，较传统燃气锅炉节能 60%，某北方城市处理厂应用该技术，年减少天然气消耗 10 万 m³。
       工艺碳减排通过优化反应路径实现，短程硝化 - 厌氧氨氧化工艺较传统工艺减少碳排放 50%（避免曝气与碳源投加的能耗）；污泥厌氧消化可减少甲烷排放（甲烷温室效应是 CO₂的 25 倍），某处理厂通过沼气收集利用，年减少碳排放 1.5 万吨。碳汇功能挖掘方面，处理厂周边建设人工湿地（面积为处理厂的 1.5 倍），年固碳量可达 500 吨 / 公顷，某生态型处理厂的湿地系统，不仅提升尾水水质，还形成碳汇增量，实现 “治理 + 固碳” 双重效益。
       城市污水处理的未来发展将呈现三大趋势：技术上，膜材料、低能耗生物工艺、智能调控算法持续突破，推动处理效率与低碳水平提升；模式上，“厂网河（湖）一体化” 运维将打破条块分割，实现系统效能最优；功能上，处理厂将转型为 “水资源工厂”，实现水、氮、磷、能源的协同回收。对于城市管理者而言，需立足长远规划，平衡近期成本与长期效益，构建与城市发展相匹配的污水处理体系，为生态文明建设提供坚实保障。