城镇污水处理厂提标改造设计与运行效果分析
期刊: 中国村庄 2026年第07期 DOI: 10.67328/BT2904 PDF下载
城镇污水处理厂提标改造设计与运行效果分析
申露文
（东莞市环保产业促进中心 广东东莞 523000）
摘要：近年来，我国对生态环境治理提出了更高要求，早期按一级B标准建设的污水处理厂亟需提标改造，出水水质需提升至国标一级A标准及以上。为评估提标改造对水环境改善的实际效果，本文以珠三角地区A污水处理厂为案例，分析其提标设计工艺及改造前后的处理水量、水质等关键指标。结果表明：提标改造后，出水水质可稳定达到一级A标准，污染物削减率显著提升，大量污染物直排环境的现象得到有效遏制。然而，改造伴随而来的能耗显著增加，在“双碳”目标背景下，对污水处理提标改造路径提出了新的挑战。
关键词：污水处理厂；提标改造；水质；能耗
中图分类号: TU992 文献标识码: A
1. 绪论
水贯穿于社会生产生活的各个环节，随之产生大量的污水，2024年，我国城市产生污水6855994.99万吨。为避免污水直排对环境造成污染，同时提高污水再生利用，实现水资源的可持续利用，一直以来，我国及地方政府非常重视水污染治理工作。2024年底全国累计建成城镇污水处理厂3057座，污水处理能力约23454.97万吨/日。其中，2016年底前，全国累计建成城镇污水处理厂2039座，污水处理能力约14910 万吨/日[]。但2016年底前建成的城镇污水处理厂大部分执行《城镇污水处理厂污染物排放标准》(GB 18918—2002)中的一级B标准（以下简称“一级B标准”）。随着人们生活水平的提高，居民对生态环境要求也逐渐提高，2016-2020年，我国打响污染防治攻坚战，《水污染防治法》、《水污染防治行动计划》等政策法规文件也相继出台，对生活污水治理提出更高的要求，现有城镇污水处理设施，应因地制宜进行提标改造，确保在2020年底前达到相应排放标准或再生利用要求。其中，敏感区域内的设施应于2017年底前全面达到国家一级A标准。针对国家政策各省市做了具体的实施方案，根据《广东省水污染防治行动计划实施方案》（粤府〔2015〕131号）》文件精神，对现有城镇污水处理设施因地制宜进行改造，敏感区域(供水通道沿岸、重要水库汇水区、近岸海域直接汇水区等)、建成区水体水质达不到地表水Ⅳ类标准的城市等区域的城镇污水处理设施出水应于2017年底前达到一级A标准及广东省地方标准《水污染物排放限值》(DB44/26-2001)的较严值。为探讨提标工程在城镇污水治理的效果，本文以珠三角A污水处理厂为例，探讨提标改造设计与运营效果，分析提标前后出水水质情况，污染物减排情况，以及运营成本，以期为污水处理设施提标改造工作提供参考。
2. 项目概况
2.1改造前基本情况
A污水处理厂于2008年投运，设计规模8万吨/天，改造前出水执行一级B标准及广东地标较严值，进出水水质设计值见表1。
表1： 污水处理厂改造前设计进出水水质
| COD （mg/L） | BOD5 （mg/L） | SS （mg/L） | 氨氮 （mg/L） | 总氮 （mg/L） | 总磷 （mg/L） | PH | |
| 进水 | 250 | 130 | 150 | 25 | 35 | 3.5 | 6-9 |
| 出水 | 60 | 20 | 20 | 8 | 20 | 1.0 | 6-9 |
A污水处理厂采用改良型AAO工艺（UCT工艺），污水首先进入厌氧区，聚磷菌释放磷；随后流入缺氧区，反硝化菌利用回流混合液中的硝酸盐脱氮；最后进入好氧区，微生物降解有机物，聚磷菌过量吸磷，同时硝化菌将氨氮转化为硝酸盐。部分好氧区混合液回流至缺氧区进行反硝化，沉淀池污泥部分回流至厌氧区维持生物量，剩余污泥外排，实现脱氮除磷。
2.2 提标改造方案设计
2.2.1提标项目进出水水质设计标准
提标项目设计规模同前端污水处理厂一致，为8万吨/日。根据前端污水处理厂出水水质情况，设计提标项目进水水质，出水水质执行一级A标准和广东省地方标准第二时段一级标准中较严值。
表2： 提标改造项目设计进出水水质
| CODcr （mg/L） | BOD5 （mg/L） | SS （mg/L） | 氨氮 （mg/L） | 总氮 （mg/L） | 总磷 （mg/L） | PH | |
| 进水 | 60 | 20 | 20 | 8 | 20 | 1.0 | 6-9 |
| 出水 | 40 | 10 | 10 | 5 | 15 | 0.5 | 6-9 |
2.2.2提标项目工艺改造
由于前端污水处理厂在前期建设阶段，未考虑到后期提标改造事项，用地方面比较紧张，同时结合前端污水处理厂出水水质情况，采用AO+MBR工艺。该工艺脱氮除磷能力强，A段（厌氧）促进聚磷菌释磷，O段（好氧）实现硝化和过量吸磷，同时混合液回流可完成反硝化脱氮。MBR维持长泥龄，利于硝化菌生长，强化脱氮效果。MBR的高效截留作用可完全分离污泥和大分子有机物，出水悬浮物（SS）几乎为零，COD、氨氮等指标远优于传统工艺，可确保出水水质稳定达标。提标项目于2020年3月正式投入运营。
图1：提标改造后A污水处理厂工艺流程图
3. 改造前后的运行效果分析
3.1管网来水情况
改造前，2018年，A污水处理厂污水处理量累计约2937.88万吨，平均负荷率约为100.61%。改造后，2025年污水处理量累计约2840.79万吨，平均负荷率约为97.29%。改造前后，污水处理厂污水处理量变化不大，负荷率在100%左右。
图2：改造前后污水处理量变化趋势
根据图2可知，改造前后，除个别月份，污水处理变化趋势基本一致，1-2月偏低，2月是一年中最低，主要原因：春节期间，务工人员返乡，污水产生量减少导致；4-9月污水处理量逐步升高，主要原因：4月逐步进入雨季，管网破损等因素，外水入管所致；10-11月偏低，主要受季节影响。2018年12月处理水量异常偏高，初步判断为天气等因素的影响。
3.2进出水水质情况
改造前（2018年），该厂进水COD、BOD₅、氨氮、总磷、SS年平均值分别为201.64mg/L、82.04mg/L、17.55mg/L、4.89mg/L、157.11 mg/L，各项指标月浓度平均值均在设计值范围内；对应出水均值为16.90mg/L、4.5mg/L、2.31mg/L、0.34mg/L、9.02 mg/L，优于一级B标准，除SS部分月份波动至11 mg/L（略超一级A标准≤10 mg/L）外，其余指标各月均稳定达到一级A 标准。
改造后（2025年），进水浓度普遍上升（COD 255.27mg/L、BOD₅112.27mg/L、氨氮 25.95mg/L、总磷3.12mg/L、SS 161.04 mg/L），COD、氨氮、SS指标明显超过设计限值，但出水水质全面改善：COD 15.33mg/L、BOD₅4.10mg/L、氨氮1.02mg/L、总磷0.16mg/L、SS 4.66 mg/L，各月波动范围均满足一级A标准，原超一级A标准的SS也降低4.36mg/L，实现稳定达标。
综上，改造后在进水污染物浓度提升的情况下，所有指标均优于改造前且全年稳定达标，改造效果显著。
表3：改造前管网来水水质情况
| 月均值 | COD（mg/L） | BOD5（mg/L） | 氨氮（mg/L） | 总磷（mg/L） | SS（mg/L） | |||||
| 进水 | 出水 | 进水 | 出水 | 进水 | 出水 | 进水 | 出水 | 进水 | 出水 | |
| 平均值 | 201.64 | 16.90 | 82.04 | 4.50 | 17.55 | 2.31 | 4.89 | 0.34 | 157.11 | 9.02 |
| 最大值 | 241.00 | 22.40 | 96.50 | 6.80 | 21.07 | 3.03 | 6.98 | 0.38 | 206.00 | 11.00 |
| 最小值 | 170.00 | 12.70 | 67.20 | 3.10 | 11.05 | 0.93 | 2.90 | 0.24 | 85.00 | 6.00 |
表4：改造后管网来水水质情况
| 月均值 | COD（mg/L） | BOD5（mg/L） | 氨氮（mg/L） | 总磷（mg/L） | SS（mg/L） | |||||
| 进水 | 出水 | 进水 | 出水 | 进水 | 出水 | 进水 | 出水 | 进水 | 出水 | |
| 平均值 | 255.27 | 15.33 | 112.27 | 4.10 | 25.95 | 1.02 | 3.12 | 0.16 | 161.04 | 4.66 |
| 最大值 | 406.76 | 19.63 | 163.57 | 5.38 | 35.22 | 1.71 | 5.60 | 0.19 | 204.20 | 5.19 |
| 最小值 | 164.61 | 12.05 | 76.60 | 2.95 | 16.32 | 0.64 | 1.80 | 0.12 | 123.70 | 4.00 |
3.3改造前后主要污染物削减情况
改造前，该厂对COD、BOD₅、总磷、SS的削减率均在90%以上，氨氮削减率为86.87%。改造后，各项污染物的削减率均显著提高，其中氨氮增幅最大，提高了9.21个百分点。从万吨污水主要污染物削减量来看，除总磷外均有明显提升：氨氮提高63.48%，BOD₅提高39.48%，COD提高29.88%。总磷削减量下降34.77%，其主要原因是：改造前，进、出水总磷年平均值分别为4.89 mg/L和0.34 mg/L，改造后分别为3.12 mg/L和0.16 mg/L，尽管出水浓度进一步降低，但进水浓度下降更为明显，从而导致单位污水削减量减少。改造前，进水总磷平均浓度值超设计值，初步判断主要原因为：2018年左右高浓度含磷废水违规排入截污管网所致，后续经过相关部门治理，偷排现象减少，管网来水回归正常。
综上，改造后单位污水污染物削减效率的显著提升，排入自然水体的污染物负荷有效降低，有利于改善生态环境质量。同时，处理后尾水可作为生态补水水源，对提升受纳水体环境质量具有积极作用。
表5：改造前后主要污染物削减率（单位：%）
| 时间（月） | COD | BOD5 | 氨氮 | 总磷 | SS |
| 2018年 | 91.62 | 94.52 | 86.87 | 92.96 | 94.26 |
| 2025年 | 93.99 | 96.35 | 96.08 | 95.02 | 97.10 |
| 差值 | 2.37 | 1.83 | 9.21 | 2.05 | 2.85 |
表6：改造前后单位污水主要污染物削减量（单位：吨/万吨）
| 时间 | COD | BOD5 | 氨氮 | 总磷 | SS |
| 2018年 | 1.85 | 0.78 | 0.15 | 0.05 | 1.48 |
| 2025年 | 2.40 | 1.08 | 0.25 | 0.03 | 1.56 |
| 差值 | 0.55 | 0.31 | 0.10 | -0.02 | 0.08 |
| 提升比例（%） | 29.88 | 39.48 | 63.48 | -34.77 | 5.59 |
3.4改造前后能耗情况
改造前，污水处理厂总电耗为5646214 kWh，吨水电耗为0.19 kWh/m³；以主要污染物COD为例，单位污染物耗电量为305.20 kWh/m³。改造后，总电耗升至9296379.4 kWh，吨水电耗为0.33kWh/m³，单位污染物耗电量为387.35 kWh/m³。与改造前相比，改造后平均能耗显著上升：吨水电耗提高0.14 kWh/m³，增幅约为70.28%；单位污染物耗电量提高82.15 kWh/m³，增幅约为26.92%。虽然改造后，能耗增幅较大，但仍在合理区间，符合我国污水处理厂电耗范围值0.29-0.44kWh/ｍ3[]。但相较于出水执行一级A标准的玉溪市污水处理厂，该厂电耗约为0.256 kWh/m³[]，A污水处理厂能耗仍偏高，有较大的降耗空间。
表7：改造前后能耗情况
| 时间 | 污水处理量（万吨） | COD削减量（万吨） | 用电量（kwh） | 吨水耗电量（kwh/m3） | 单位污染物耗电量（kwh/m3） |
| 2018年 | 2937.88 | 1.85 | 5646214 | 0.19 | 305.20 |
| 2025年 | 2840.79 | 2.4 | 9296379.4 | 0.33 | 387.35 |
4.结论与建议
（1）改造前，A污水处理厂COD、BOD5、氨氮、总磷等主要污染物出水月均、年均值已符合国家一级A出水标准；SS明显不稳定，出水不能稳定在一级A出水标准范围内。为确保各项出水水质指标稳定连续达到国家一级A出水标准，有必要对A污水处理厂进行提标改造。
（2）改造后，在进水污染物浓度普遍提高的情况下，COD、BOD5、氨氮、总磷、SS等污染物出水水质稳定在一级A出水标准内，较改造前的出水情况有显著提升，特别是氨氮、总磷、SS，出水进一步降低50%左右，总磷达到地表IV，改造设计符合预期效果。
（3）改造后，污染物去除效率和出水水质虽得到全面提升，但与此同时，电耗成本也显著增加。这表明，在提升环境效益的同时，运行经济负担随之加重。因此，在未来的类似改造中，应更加注重在水质达标与节能运行之间寻求合理平衡，积极探索高效的节能降耗技术，避免以过高的能耗代价换取出水水质的进一步改善。
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