城市生活污水处理工艺优化及效能研究

王桂永

摘要：国内城市生活污水水质水量呈现动态波动特征，伴随城市人口集聚与生活模式升级，污水污染物组分持续变化，对市政污水处理工艺的脱氮除磷、节能降耗、稳定运维能力提出更高要求。现阶段主流污水处理工艺在长期运行中普遍存在适配性不足、资源利用低效、能耗偏高、污泥产出量大等短板，难以适配水质负荷动态变化的处理需求，部分时段出水水质稳定性不足。本文以市政污水厂常用的A²/O工艺为研究对象，系统诊断现有工艺在不同进水工况下的核心效能瓶颈，针对性设计碳源投加、分区曝气、回流比调控三类靶向优化方案，通过中试试验开展优化前后的效能对比验证。试验结果表明，优化工艺可有效改善污水处理核心效能，稳定出水水质、降低运行能耗与运维成本。研究可为城市生活污水处理工艺提质增效、节能降耗、标准化运维提供可靠的技术参考与实践支撑。

关键词：城市生活污水；A²/O工艺；工艺优化；脱氮除磷；运行效能；节能运维

引言

城市生活污水处理是城镇水环境治理、水生态保护的核心基础性工程，处理工艺的运行稳定性与综合效能，直接决定城镇污水治理成效与水环境质量。当前国内城市生活污水呈现进水负荷波动大、污染物组分复杂、碳氮比不均衡的典型特征，常规污水处理工艺经过长期服役运行，逐渐暴露出技术适配性不足、工艺运行僵化、能耗管控粗放等共性问题。传统固定化运行模式无法适配水质水量的动态变化，易出现脱氮除磷不彻底、曝气能源浪费、污泥产出过量、运维成本偏高等问题，制约污水厂精细化、节能化、高效化运行。基于此，精准诊断现有工艺效能短板，开展靶向工艺优化与效能验证，对提升城市生活污水处理质量、降低运维能耗、完善城镇污水治理体系具备重要的现实研究价值与工程应用意义。

一 现有城市生活污水处理工艺的效能短板诊断

（一）动态进水负荷下脱氮除磷效能不稳定

依托典型市政污水厂A²/O工艺运行数据长期监测可见，城市生活污水进水水质水量具备显著的时段性与季节性波动特征，常规固定参数运行模式难以适配动态进水工况，造成脱氮除磷效能波动明显。在进水碳源匮乏的工况下，生化系统内功能菌群活性不足，厌氧释磷与缺氧反硝化进程受阻，氮磷污染物去除效率大幅下降，易出现出水指标超标现象。在进水高负荷工况下，原有工艺生化反应容积利用率不足，污染物降解不充分，系统处理承载力受限，无法适配峰值进水处理需求。整体来看，传统工艺脱氮除磷稳定性差、工况适配能力弱，是制约污水处理品质提升的核心瓶颈[1]。这类效能波动问题在城市生活污水治理中普遍存在，尤其在城市用水高峰期与季节交替阶段表现更为突出，极易造成出水水质阶段性不达标，不仅影响厂区稳定运维，也对城镇水环境治理成效形成持续性制约。

（二）好氧段曝气能耗浪费与反应失衡问题突出

传统A²/O工艺多采用全域均匀曝气的运行模式，未根据生化池不同区段的反应需求差异化调控曝气强度，造成严重的能源浪费与局部反应失衡问题。好氧池前端需高强度溶解氧保障有机物降解与硝化反应推进，后端污染物浓度偏低，无需高剂量曝气补给，统一曝气模式会造成后端溶解氧过量富集，大幅增加无效能耗。同时过度曝气会破坏菌胶团结构，影响微生物群落稳定性，弱化生化系统污染物降解能力，长期粗放曝气运行不仅提升污水处理能耗成本，还会间接降低系统抗冲击负荷能力，加剧出水水质波动[2]。

（三）污泥回流参数固化引发系统运行偏差

污泥回流是保障A²/O工艺生物量稳定、维持系统物料平衡的关键环节，现阶段多数污水厂采用固定回流比运行方式，未结合进水负荷与系统运行状态动态调整，极易引发各类运行偏差。低负荷进水工况下，固定回流比会造成过量污泥回流，将硝酸盐带入厌氧区域，抑制厌氧释磷进程，干扰除磷效果；高负荷进水工况下，回流污泥量不足，系统生物量无法匹配污染物降解需求，脱氮效率受限。固化的回流调控模式无法适配动态工况变化，造成系统物料循环失衡、工艺运行适配性差、污泥产出量偏大等连锁问题，大幅降低工艺整体运行效能。

二 污水处理工艺的靶向优化方案设计

（一）碳源精准投加优化措施

针对进水碳源不足、碳氮比失衡引发的脱氮除磷低效问题，设计碳源精准投加优化方案，替代传统粗放式投加模式。依托进水水质实时监测数据，动态判定水体碳源缺口，结合生化系统微生物代谢需求，建立按需投加的精准调控逻辑，避免碳源过量投加或投加不足的问题。在厌氧释磷与缺氧反硝化关键反应阶段，匹配性补充优质外加碳源，精准保障功能微生物代谢活性，有效提升系统脱氮除磷反应效率。该优化措施可彻底解决碳源失衡导致的处理效能不足问题，同时减少外加药剂浪费，降低污水处理药剂运维成本，提升资源利用效率。

（二）分区域差异化曝气优化体系

针对传统全域均匀曝气能耗浪费、反应失衡的短板，构建好氧池分区域差异化曝气优化方案，实现曝气能耗精准管控。根据好氧池不同区段的污染物浓度梯度与生化反应需求，划分功能分区，差异化设定各区段曝气强度与溶解氧控制阈值。前端高污染区段强化曝气补给，保障有机物降解与硝化反应高效推进；后端低污染区段降低曝气强度，维持基础微生物活性即可，杜绝无效曝气能耗损耗。通过分区精准曝气调控，在保障污染物充分降解的前提下，大幅压缩无效能耗，稳定生化系统微生物群落结构，提升工艺运行节能性与稳定性[3]。该差异化调控模式彻底打破传统工艺一刀切的运行弊端，能够根据生化反应进度实时匹配能耗供给，有效规避能源浪费与生化系统紊乱问题，让好氧段净化反应始终处于高效、平稳的运行状态。

（三）污泥回流比动态调节机制

摒弃传统固定回流比运行模式，搭建适配动态进水负荷的污泥回流比动态调节机制。结合进水水质水量、生化池污泥浓度、出水污染物指标等多维度参数，建立回流比自适应调控逻辑，实现不同工况下回流参数精准匹配。低负荷工况下适度降低回流比，减少硝酸盐对厌氧段的干扰，保障除磷反应稳定推进；高负荷工况下适度提升回流比，补充系统生物量，强化脱氮降解能力。动态回流调控可有效平衡系统物料循环，优化生化反应环境，减少冗余污泥产出，提升工艺整体运行适配性与处理效能。

三 优化后工艺的运行效能对比验证

（一）中试试验运行方案布设

为验证优化工艺的实际落地效能，在目标市政污水处理厂开展连续性中试试验，保持试验期间进水工况、环境条件、设备状态基本稳定，保障对比数据真实有效。试验全程落实碳源精准投加、分区差异化曝气、动态回流比调节三类优化措施，统一规范试验运行管理标准，连续长时间监测工艺运行状态，持续采集进出水水质、设备能耗、污泥产出、运维耗材等各类运行数据，完整记录优化工艺全时段运行表现，为横向、纵向效能对比分析提供全面、精准的数据支撑。

（二）水质处理效能对比分析

通过优化前后同期运行数据对比可知，优化后工艺对氮磷污染物与有机污染物的去除效能显著提升，出水水质稳定性大幅增强。优化工艺有效解决了传统工艺工况适配性差、处理效能波动大的问题，在进水负荷波动的复杂工况下，依旧能够保持高效稳定的污染物降解能力，出水各项核心指标均稳定达标，水质超标风险大幅降低。相较于优化前，工艺抗冲击负荷能力显著提升，彻底改善了传统工艺碳源不足、曝气失衡、回流紊乱引发的处理短板，污水净化整体品质得到全方位提升。

（三）能耗与运维成本效能验证

在能耗与运维成本层面，优化工艺展现出显著的节能增效优势。分区曝气优化大幅削减好氧段无效曝气能耗，有效降低工艺整体电力消耗；精准碳源投加减少药剂冗余浪费，降低药剂运维成本；动态回流调节优化系统污泥代谢状态，减少污泥冗余产出，降低污泥处置运维开销。综合对比可见，优化后工艺整体能耗、运维成本均实现有效下降，在保障出水水质达标的基础上，实现污水处理节能化、低成本化运行，工艺综合运行效能与经济效能得到双向提升，具备极高的工程推广应用价值。整套优化体系适配市政污水厂常态化、规模化运行需求，无需大规模设备改造，依托运行参数优化即可实现效能升级，落地门槛低、适配范围广，适配各类城市生活污水处理工程的提质改造工作。

结语

城市生活污水水质工况的动态变化，对传统污水处理工艺的运行适配性与处理效能提出全新挑战，传统A²/O工艺固定化运行模式存在脱氮除磷不稳、能耗浪费、运维低效等突出短板，难以适配现代城市污水精细化治理需求。本文通过系统工艺诊断，定位现有工艺运行核心瓶颈，针对性设计碳源精准投加、分区曝气调控、动态回流调节的一体化优化方案，通过中试试验完成优化效能全面验证。实践证明，优化后的污水处理工艺可有效适配动态进水工况，显著提升污水净化品质与系统运行稳定性，降低工艺能耗与运维成本，实现污水处理提质、节能、降本的多重效益。该优化方案贴合市政污水厂实际运行场景，落地性与适配性极强，可为同类城市污水处理工艺升级改造、效能提质增效提供成熟可行的技术范式。

参考文献

[1]徐立华. 城市生活污水处理工艺流程的优化设计探讨 [J]. 清洗世界, 2026, 42 (03): 162-164.
    [2]邓华鹏, 王楚帆. 城市生活污水处理工艺流程优化设计 [J]. 黑龙江环境通报, 2024, 37 (12): 160-162.
    [3]张天阳, 陈广, 徐斌, 裘湛, 魏海娟, 张厚强, 刘志. 上海城投污水处理有限公司, 同济大学. 城市污水处理厂出水消毒效能评估与工艺优化[Z]. 鉴定日期:2020-05-01.

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