城市污水處理工藝技術(shù)及應(yīng)用引言城鎮(zhèn)化進(jìn)程加速與水環(huán)境治理要求升級(jí)，使城市污水的高效處理與資源化利用成為保障生態(tài)安全、推動(dòng)綠色發(fā)展的核心環(huán)節(jié)。城市污水來源廣泛，涵蓋生活污水、工業(yè)廢水及初期雨水等，成分復(fù)雜且污染物種類多樣，需依托科學(xué)的工藝技術(shù)體系實(shí)現(xiàn)“減污—凈化—回用”全流程管控。本文系統(tǒng)梳理城市污水處理主流工藝技術(shù)，結(jié)合典型場(chǎng)景分析工藝選擇邏輯，并探討行業(yè)發(fā)展趨勢(shì)，為工程實(shí)踐與技術(shù)升級(jí)提供參考。一、城市污水處理主流工藝技術(shù)城市污水處理工藝需結(jié)合污水水質(zhì)、處理規(guī)模、出水要求及投資運(yùn)維條件綜合選擇，核心工藝圍繞物理分離、生物降解、化學(xué)轉(zhuǎn)化及深度凈化四個(gè)維度展開。（一）物理處理工藝：污染物的“初級(jí)攔截”物理處理通過重力、篩濾、離心等作用分離懸浮固體、砂粒等污染物，為后續(xù)處理減負(fù)。1.格柵與篩濾：通過不同間距的格柵（粗格柵50~100mm、細(xì)格柵5~10mm）攔截漂浮物（如塑料袋、樹枝），保護(hù)水泵、管道等設(shè)備。合流制管網(wǎng)系統(tǒng)中，格柵需應(yīng)對(duì)雨季高負(fù)荷沖擊，常采用機(jī)械清渣+人工巡檢的組合方式。2.沉砂池：利用無機(jī)顆粒與有機(jī)物的密度差，通過平流（流速0.15~0.3m/s）或旋流（水力旋流+機(jī)械攪拌）工藝分離砂粒，減少后續(xù)設(shè)備磨損。旋流沉砂池占地小、除砂效率高，適用于用地緊張的城區(qū)污水廠。3.沉淀池：分為初次沉淀（去除30%~50%懸浮物）和二次沉淀（分離活性污泥）。輻流式沉淀池（直徑20~50m）因表面負(fù)荷均勻、排泥方便，廣泛應(yīng)用于大型污水廠；豎流式沉淀池則適合中小規(guī)模，結(jié)構(gòu)緊湊但單池容量有限。（二）生物處理工藝：污染物的“生物降解核心”生物處理利用微生物代謝作用降解有機(jī)物、脫氮除磷，是污水凈化的核心環(huán)節(jié)，分為活性污泥法、生物膜法及厭氧生物處理三大類。1.活性污泥法及其衍生工藝傳統(tǒng)活性污泥法：通過曝氣池內(nèi)好氧微生物（菌膠團(tuán)、原生動(dòng)物）降解有機(jī)物，污泥負(fù)荷0.2~0.4kgBOD/(kgMLSS·d)，處理效果穩(wěn)定但占地大、易污泥膨脹，適用于水質(zhì)穩(wěn)定的中小規(guī)模污水廠。氧化溝工藝：采用循環(huán)流態(tài)（流速0.3~0.5m/s），通過轉(zhuǎn)刷/轉(zhuǎn)碟曝氣，抗沖擊負(fù)荷能力強(qiáng)（污泥負(fù)荷0.05~0.15kgBOD/(kgMLSS·d)）。Carrousel氧化溝通過設(shè)置內(nèi)回流實(shí)現(xiàn)脫氮，適用于大型污水廠（如某省會(huì)城市百萬噸級(jí)污水廠）。AAO工藝（厭氧-缺氧-好氧）：同步實(shí)現(xiàn)有機(jī)物降解、硝化反硝化（脫氮）與聚磷菌釋磷/吸磷（除磷），污泥負(fù)荷0.1~0.2kgBOD/(kgMLSS·d)。流程緊湊、脫氮除磷效率高（總氮去除率70%~85%，總磷去除率80%~90%），是國(guó)標(biāo)一級(jí)A出水要求的主流工藝。MBR工藝（膜生物反應(yīng)器）：以膜分離（超濾膜，孔徑0.01~0.1μm）取代二沉池，污泥濃度可達(dá)8~12g/L，出水懸浮物<1mg/L、COD<30mg/L。占地僅為傳統(tǒng)工藝的1/3~1/2，但膜污染（需定期化學(xué)清洗）和能耗（曝氣+膜抽吸）較高，適用于用地緊張或回用要求高的場(chǎng)景（如工業(yè)園區(qū)中水回用）。2.生物膜法工藝微生物附著于濾料表面形成生物膜，通過“吸附-降解-脫落”循環(huán)凈化污水，抗沖擊、耐低溫性能優(yōu)于活性污泥法。生物濾池：普通生物濾池（濾料為碎石，負(fù)荷0.1~0.3kgBOD/(m3·d)）適合小城鎮(zhèn)污水；高負(fù)荷生物濾池（塑料濾料，負(fù)荷0.5~2.0kgBOD/(m3·d)）處理效率提升，需配套二沉池；塔式生物濾池（高度8~24m）占地極小，適用于地形受限區(qū)域。生物轉(zhuǎn)盤：由旋轉(zhuǎn)圓盤（浸沒率40%~50%）、接觸槽組成，微生物隨轉(zhuǎn)盤交替“曝氣-吸附”，能耗低（動(dòng)力僅用于轉(zhuǎn)盤轉(zhuǎn)動(dòng)）、維護(hù)簡(jiǎn)單，適合低溫（5~10℃）低濃度污水（如北方農(nóng)村污水）。曝氣生物濾池（BAF）：濾料（陶粒、石英砂）同時(shí)作為生物載體與過濾介質(zhì)，通過氣水反沖洗更新生物膜。容積負(fù)荷高（2~6kgBOD/(m3·d)）、占地小，常用于深度處理（如某再生水廠采用BAF+臭氧工藝，出水COD<20mg/L）。3.厭氧生物處理工藝在無氧環(huán)境下，厭氧菌將有機(jī)物分解為甲烷（沼氣）和CO?，兼具“減容”與“能源回收”價(jià)值，適合高濃度有機(jī)廢水預(yù)處理。UASB（上流式厭氧污泥床）：污水自下而上流經(jīng)污泥床（顆粒污泥濃度30~80g/L），COD去除率可達(dá)70%~90%，產(chǎn)氣率0.3~0.5m3/kgCOD，廣泛應(yīng)用于食品、釀酒廢水（如某啤酒廠UASB日處理廢水萬噸級(jí)，產(chǎn)沼氣用于鍋爐）。EGSB（膨脹顆粒污泥床）：通過高上升流速（2~6m/h）使污泥床膨脹，強(qiáng)化傳質(zhì)效率，適合低濃度（COD1000~5000mg/L）或難降解廢水（如制藥廢水），COD去除率60%~80%。（三）化學(xué)處理工藝：污染物的“精準(zhǔn)調(diào)控”通過投加藥劑或氧化還原反應(yīng)，去除膠體、重金屬、病原菌或難降解有機(jī)物，多用于預(yù)處理、深度處理或應(yīng)急調(diào)控。1.混凝沉淀：投加PAC（聚合氯化鋁）、PAM（聚丙烯酰胺），使膠體顆粒脫穩(wěn)、絮凝，懸浮物去除率達(dá)80%~95%，常用于工業(yè)廢水預(yù)處理（如印染廢水除色）、MBR前保障膜通量。2.化學(xué)氧化：臭氧（O?）氧化分解難降解有機(jī)物（如苯系物、農(nóng)藥），提高可生化性；芬頓試劑（H?O?+Fe2?）產(chǎn)生·OH自由基，降解COD（去除率30%~60%）。某工業(yè)園區(qū)采用“芬頓氧化+厭氧”工藝，處理難降解化工廢水，COD從數(shù)千克每升降至數(shù)百毫克每升。3.消毒處理：氯消毒（液氯、次氯酸鈉）成本低但有消毒副產(chǎn)物；紫外線消毒（劑量10~40mJ/cm2）無殘留，適合飲用水源保護(hù)區(qū)附近的污水廠；臭氧消毒兼具脫色、除臭功能，但成本高，多用于再生水回用。（四）深度處理工藝：水質(zhì)的“終極保障”針對(duì)回用或嚴(yán)格排放標(biāo)準(zhǔn)（如地表水Ⅳ類），需進(jìn)一步去除微量污染物、懸浮物及病原菌，核心工藝包括：1.過濾技術(shù)：砂濾（濾速8~10m/h）去除懸浮物，活性炭過濾（吸附容量0.1~0.5kgCOD/kg炭）去除微量有機(jī)物、異味，常作為MBR或生物處理后的“把關(guān)”工序。2.膜分離技術(shù)：超濾（UF，截留分子量10~100kDa）去除細(xì)菌、膠體，產(chǎn)水可直接回用（如市政雜用）；反滲透（RO，截留率>99%）生產(chǎn)高品質(zhì)水（TDS<100mg/L），用于工業(yè)冷卻、電子行業(yè)。某城市再生水廠采用“UF+RO”工藝，回用率達(dá)60%。3.高級(jí)氧化技術(shù)：光催化氧化（TiO?催化劑+紫外光）、臭氧催化氧化（MnO?催化劑）降解難降解污染物，如垃圾滲濾液深度處理中，臭氧催化氧化可使COD從數(shù)百毫克每升降至150mg/L以內(nèi)。二、城市污水處理工藝的應(yīng)用實(shí)踐工藝選擇需結(jié)合水質(zhì)特征、處理規(guī)模、出水要求、投資運(yùn)維等因素，以下為典型場(chǎng)景的應(yīng)用邏輯：（一）大型城市污水廠：“高效穩(wěn)定+低碳回用”某省會(huì)城市百萬噸級(jí)污水廠采用“AAO+深度處理（砂濾+臭氧+紫外線）”工藝：AAO工藝同步脫氮除磷，出水總氮<15mg/L、總磷<0.5mg/L；深度處理通過砂濾去除懸浮物，臭氧氧化降解微量有機(jī)物（COD從40mg/L降至25mg/L），紫外線消毒保障微生物安全；出水用于河道生態(tài)補(bǔ)水，年補(bǔ)水超億噸，改善城市內(nèi)河水環(huán)境。（二）中小城鎮(zhèn)污水廠：“低成本+易運(yùn)維”某縣級(jí)市數(shù)萬噸級(jí)污水廠采用“氧化溝+生物濾池”工藝：氧化溝（Carrousel型）抗沖擊負(fù)荷強(qiáng)，適應(yīng)水質(zhì)波動(dòng)（COD100~600mg/L）；生物濾池深度處理，出水COD<30mg/L、SS<5mg/L，滿足一級(jí)A標(biāo)準(zhǔn)；總投資較傳統(tǒng)工藝降低20%，運(yùn)維僅需3名技工，適合縣域財(cái)政與技術(shù)能力。（三）工業(yè)園區(qū)污水廠：“分質(zhì)處理+資源化”某化工園區(qū)數(shù)萬噸級(jí)污水廠采用“預(yù)處理（混凝沉淀）+UASB+MBR+RO”工藝：預(yù)處理去除懸浮物、重金屬（SS從500mg/L降至50mg/L）；UASB降解高濃度有機(jī)物（COD從8000mg/L降至1500mg/L），產(chǎn)沼氣用于發(fā)電（年發(fā)電超百萬度）；MBR+RO生產(chǎn)回用水（TDS<100mg/L），回用率80%，年節(jié)約新鮮水超百萬噸。（四）分散式污水處理：“小型化+智能化”某高檔小區(qū)數(shù)百噸級(jí)污水處理采用一體化MBR設(shè)備：設(shè)備集成厭氧、好氧、膜分離單元，占地僅200㎡（傳統(tǒng)工藝需500㎡）；自動(dòng)化運(yùn)行（PLC控制+遠(yuǎn)程監(jiān)控），出水COD<30mg/L、SS<1mg/L，回用沖廁、綠化（回用率70%）；解決管網(wǎng)覆蓋不足問題，單噸水運(yùn)維成本<1.5元，優(yōu)于傳統(tǒng)分散處理。三、城市污水處理工藝的發(fā)展趨勢(shì)面對(duì)“雙碳”目標(biāo)與水資源短缺挑戰(zhàn)，工藝技術(shù)正朝著智能化、低碳化、資源化、新型化方向升級(jí)：（一）智能化與數(shù)字化：“精準(zhǔn)運(yùn)維+降本增效”通過物聯(lián)網(wǎng)傳感器（在線監(jiān)測(cè)COD、NH?-N、DO）、大數(shù)據(jù)建模（如活性污泥模型ASM3），實(shí)現(xiàn)工藝參數(shù)動(dòng)態(tài)優(yōu)化。某污水廠應(yīng)用“智慧水務(wù)平臺(tái)”后，能耗降低15%，藥劑消耗減少20%，故障響應(yīng)時(shí)間從4小時(shí)縮短至30分鐘。（二）低碳化與節(jié)能降耗：“減碳+能源自給”工藝革新：厭氧氨氧化（Anammox）工藝直接將NH??與NO??轉(zhuǎn)化為N?，能耗僅為傳統(tǒng)硝化反硝化的1/3，某污水廠改造后，年減碳數(shù)千噸。能源回收：污泥厭氧消化產(chǎn)沼氣（甲烷含量60%~70%），用于發(fā)電或鍋爐，某污水廠沼氣發(fā)電滿足30%的用電需求。清潔能源：太陽能曝氣、地源熱泵加熱，降低化石能源依賴。（三）資源化利用：“變廢為寶+循環(huán)經(jīng)濟(jì)”污泥資源化：污泥厭氧消化產(chǎn)沼氣（能源）、焚燒發(fā)電（熱量）、制陶粒（建材，強(qiáng)度≥5MPa），某污水廠年處理污泥數(shù)萬噸，制陶粒用于市政工程，收益覆蓋30%運(yùn)維成本。再生水回用：擴(kuò)大回用于工業(yè)冷卻（如電廠）、市政雜用（如道路沖洗）、生態(tài)補(bǔ)水，某城市再生水回用率從20%提升至50%，年節(jié)水超億噸。（四）新型工藝與材料：“高效+耐久”膜材料革新：石墨烯改性超濾膜，抗污染性能