引言：城市污水治理的多維使命城市污水處理是維系水生態(tài)安全、推動水資源循環(huán)的核心環(huán)節(jié)。伴隨城鎮(zhèn)化率提升與水環(huán)境標(biāo)準(zhǔn)趨嚴(yán)，污水處理從“單一達標(biāo)排放”向“水質(zhì)凈化-資源回收-低碳運行”的復(fù)合目標(biāo)演進。本文系統(tǒng)梳理主流技術(shù)原理與應(yīng)用場景，結(jié)合國內(nèi)外典型工程實踐，剖析技術(shù)適配性與效益轉(zhuǎn)化路徑，為市政工程規(guī)劃、污水廠提標(biāo)改造提供實操參考。一、城市污水特性與處理目標(biāo)城市污水按來源分為生活污水（含氮磷有機物、懸浮物）、工業(yè)廢水（含重金屬、難降解有機物）及初期雨水（攜帶地表污染物），水質(zhì)波動受人口密度、產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)、氣候條件顯著影響。處理目標(biāo)涵蓋三級：一級處理：通過格柵、沉砂、初沉去除懸浮物與部分有機物（SS去除率50%~70%）；二級處理：依托生物降解去除COD、BOD、氮磷（COD去除率80%~90%）；三級處理：通過過濾、消毒、脫鹽滿足回用或嚴(yán)格排放標(biāo)準(zhǔn)（如地表水Ⅳ類、再生水水質(zhì)）。典型進水水質(zhì)（生活污水主導(dǎo)系統(tǒng)）：COD300~600mg/L，BOD150~300mg/L，氨氮20~50mg/L，總磷3~8mg/L。二、核心處理技術(shù)體系1.物理處理技術(shù)格柵/沉砂池：粗格柵攔截漂浮物，旋流沉砂池分離無機砂粒（避免磨損設(shè)備）；沉淀池/氣浮池：平流沉淀池通過重力沉降去除SS（出水SS<100mg/L）；溶氣氣浮適用于含油或輕質(zhì)懸浮物污水（如餐飲廢水預(yù)處理）；磁分離技術(shù)：投加磁種強化絮體沉降（處理時間<15min，SS去除率>95%），適用于高SS或應(yīng)急處理場景。2.化學(xué)處理技術(shù)混凝/消毒：投加PAC、PAM破壞膠體穩(wěn)定性（COD去除率20%~30%）；次氯酸鈉、臭氧、紫外線滅活病原微生物（糞大腸菌群去除率>99%）；高級氧化（AOPs）：Fenton（H?O?+Fe2?）、臭氧催化氧化降解難生物降解有機物（如制藥廢水COD去除率>60%）；化學(xué)沉淀除磷：投加鐵鹽/鋁鹽生成磷酸鐵/鋁沉淀（總磷去除率>90%），石灰除氟（氟離子濃度從10mg/L降至<1mg/L）。3.生物處理技術(shù)（1）活性污泥法經(jīng)典工藝：傳統(tǒng)活性污泥法（HRT6~8h，SRT3~5d）、階段曝氣（均衡有機負荷）、吸附再生（強化COD去除）；脫氮除磷改良：A/O（缺氧-好氧，反硝化脫氮）、A2/O（厭氧-缺氧-好氧，同步除磷脫氮）。關(guān)鍵參數(shù)SRT需平衡脫氮（長SRT）與除磷（短SRT）需求（如A2/O工藝SRT通常為15~20d）。（2）生物膜法載體（填料、濾料）表面形成生物膜，微生物分層代謝（好氧層降解有機物，厭氧層反硝化脫氮）。典型工藝：曝氣生物濾池（BAF）：濾料截留SS+生物降解（COD去除率>80%），占地僅為活性污泥法的1/3，但易堵塞（需定期反沖洗）；生物轉(zhuǎn)盤：低速旋轉(zhuǎn)載體（轉(zhuǎn)速1~3r/min），適用于小型污水廠（如鄉(xiāng)鎮(zhèn)級，規(guī)模<1萬m3/d）。（3）新興生物工藝MBR（膜生物反應(yīng)器）：膜組件（PVDF中空纖維膜）替代二沉池，污泥濃度達8~15g/L，出水SS<5mg/L（可直接回用）。優(yōu)勢：占地小、剩余污泥少；不足：膜污染（需定期化學(xué)清洗）、能耗高（曝氣+膜抽吸）；厭氧氨氧化（Anammox）：Anammox細菌將氨氮與亞硝氮轉(zhuǎn)化為N?（反應(yīng)式：NH??+NO??→N?+2H?O），節(jié)省碳源（無需投加甲醇）與曝氣能耗（氧需求減少60%）。典型場景：高氨氮廢水（如垃圾滲濾液、養(yǎng)殖廢水）處理。三、主流處理工藝對比與適配1.A2/O工藝流程：厭氧（釋磷）→缺氧（反硝化）→好氧（硝化、吸磷）；優(yōu)勢：同步脫氮除磷，技術(shù)成熟；不足：污泥齡矛盾（脫氮需長SRT，除磷需短SRT），低溫下脫氮效率下降；適配場景：市政污水為主、氮磷排放標(biāo)準(zhǔn)較嚴(yán)的中等規(guī)模污水廠（如某省會污水廠，規(guī)模10萬m3/d，出水一級A）。2.氧化溝工藝特征：環(huán)形溝渠+轉(zhuǎn)刷/轉(zhuǎn)碟曝氣，HRT10~30h，SRT20~30d，耐沖擊負荷；變種：Carrousel（多溝串聯(lián)，脫氮）、Orbal（三溝分層，同步脫氮除磷）；適配場景：小城鎮(zhèn)或工業(yè)園區(qū)污水廠（如某縣級市污水廠，規(guī)模2萬m3/d，出水一級B）。3.SBR及其變種（CASS、MSBR）特征：序批式運行（集進水、反應(yīng)、沉淀、排水于一池），通過時序控制實現(xiàn)脫氮除磷；優(yōu)勢：靈活性高、抗沖擊、占地??；不足：自動化要求高、潷水器設(shè)備磨損快；適配場景：用地緊張、水質(zhì)波動大的污水廠（如某化工園區(qū)污水廠，規(guī)模5萬m3/d，出水COD≤50mg/L）。4.MBR工藝特征：膜組件與生物反應(yīng)器耦合，出水SS<5mg/L，可直接回用；優(yōu)勢：出水水質(zhì)優(yōu)、占地小、剩余污泥少；不足：膜污染（需定期清洗）、能耗高（曝氣+膜抽吸）；適配場景：中水回用要求高、用地受限的項目（如北京某再生水廠，規(guī)模10萬m3/d，出水作為景觀補水）。四、典型案例深度分析案例1：深圳某污水廠提標(biāo)改造（MBR+反滲透）背景：原A/O工藝出水一級A，需提標(biāo)至地表水Ⅳ類（COD≤30mg/L，氨氮≤1.5mg/L），服務(wù)人口50萬，規(guī)模20萬m3/d；工藝升級：保留原生物池，新增MBR（PVDF膜，通量15~20L/m2·h）+反滲透（RO，回收率70%），同步改造污泥系統(tǒng)（厭氧消化+沼氣發(fā)電，年發(fā)電量100萬kWh）；效果：出水COD≤25mg/L，氨氮≤1mg/L，回用率60%（工業(yè)冷卻、市政綠化）；污泥有機質(zhì)回收制肥，年減排CO?5000噸；創(chuàng)新點：“生物池+MBR”分段式升級，降低改造成本；RO濃水回灌前端生物池，減少排放。案例2：新加坡NEWater項目（膜技術(shù)+紫外線消毒）背景：水資源短缺，將市政污水深度處理為“新生水”（NEWater），用于工業(yè)、市政及水源補充；工藝：二級處理（活性污泥法）→微濾（MF）→反滲透（RO）→紫外線消毒（UV）；規(guī)模：4座水廠，總產(chǎn)能17萬m3/d（2023年），遠期規(guī)劃50萬m3/d；效益：NEWater占新加坡供水的40%（2023年），RO膜結(jié)合光伏供電，碳足跡較海水淡化低30%；啟示：水資源短缺地區(qū)，污水處理需作為戰(zhàn)略水源，工藝以“水質(zhì)安全+資源最大化”為核心。案例3：荷蘭鹿特丹Dokhaven污水廠（厭氧氨氧化）背景：處理高氨氮工業(yè)廢水（氨氮200~500mg/L），原工藝為傳統(tǒng)硝化-反硝化，碳源消耗大、曝氣能耗高；工藝改造：新建Anammox反應(yīng)器，前端設(shè)短程硝化池（控制DO=0.5~1mg/L，實現(xiàn)亞硝化）；效果：碳源投加量減少90%，曝氣能耗降低50%，污泥產(chǎn)量減少80%；出水氨氮<5mg/L；技術(shù)邏輯：利用Anammox細菌自養(yǎng)特性，適用于高氨氮、低碳源廢水，需精準(zhǔn)控制亞硝化條件（溫度、DO、pH）。五、技術(shù)發(fā)展趨勢與挑戰(zhàn)1.資源化導(dǎo)向中水回用：分質(zhì)回用（市政雜用、工業(yè)冷卻、生態(tài)補水），結(jié)合膜技術(shù)（MBR、UF、RO）與消毒工藝；污泥資源化：厭氧消化產(chǎn)沼氣（能源回收）、污泥熱解制炭（吸附材料）、好氧發(fā)酵制有機肥（需解決重金屬/病原菌風(fēng)險）；營養(yǎng)物回收：鳥糞石結(jié)晶法回收磷（生成MgNH?PO?·6H?O，作為緩釋肥）、氨吹脫+酸吸收回收氮（生成硫酸銨）。2.智能化升級在線監(jiān)測：傳感器實時監(jiān)測COD、氨氮、DO、MLSS，PLC自動控制曝氣、加藥、排泥；數(shù)字孿生：構(gòu)建污水廠三維模型，模擬水力流態(tài)、微生物代謝，優(yōu)化SRT、HRT等參數(shù)；AI優(yōu)化：基于歷史數(shù)據(jù)訓(xùn)練模型，預(yù)測水質(zhì)波動，動態(tài)調(diào)整工藝（如暴雨期提前降低曝氣，避免污泥膨脹）。3.低碳化轉(zhuǎn)型能源自給：厭氧消化產(chǎn)沼氣發(fā)電（覆蓋污水廠30%~50%能耗）、光伏/風(fēng)電補充能源；工藝節(jié)能：Anammox替代傳統(tǒng)脫氮工藝（節(jié)省碳源與曝氣）、磁懸浮風(fēng)機（比傳統(tǒng)風(fēng)機節(jié)能30%）；碳減排核算：建立污水廠碳足跡模型，量化能源、藥劑、污泥處置的碳排放，探索碳交易路徑。挑戰(zhàn)與對策膜污染：研發(fā)抗污染膜材料（如石墨烯改性膜），優(yōu)化脈沖曝氣減少膜面沉積；低溫脫氮：采用生物膜法（如BAF，生物膜內(nèi)溫度梯度?。?、投加低溫菌劑、延長HRT；標(biāo)準(zhǔn)趨嚴(yán)：深度處理工藝（臭氧氧化、活性炭吸附、膜過濾）組合，平衡處理成本與環(huán)境效益。結(jié)論：從“污水處理”到“水生態(tài)循環(huán)”城市污水處理技術(shù)正從