城镇污水处理技术与管理探析

叶智谊

（东莞市环保产业促进中心，广东 东莞 523000）

在当今城市化进程中，城镇污水处理成为一个日益重要的问题。随着人口的增长和工业化的发展，城镇面临着日益严重的污水处理挑战。有效处理和管理污水不仅对环境保护至关重要，而且对公共健康和可持续发展具有重要意义[1]。

城镇污水处理面临多方面的挑战，其中包括规模和基础设施限制、资金和技术限制以及管理和运营限制。传统的污水处理技术在一定程度上可以解决污水处理的需求，但面临着效率和资源利用的局限性。因此，引入先进的污水处理技术成为解决城镇污水问题的重要途径。然而，仅仅依靠技术是不够的，有效的污水处理管理也是至关重要的。

1 城镇污水处理的挑战

1.1 日益增长的污水量

随着城市化进程的加快和人口增长，城镇污水的排放量不断增加，成为城镇污水处理面临的首要挑战。在人口密集的城市中，居民、工业和商业活动产生的大量废水需要经过处理才能排放或回用。然而，现有的污水处理设施通常无法满足这种快速增长的处理需求，导致设施超负荷运行。超负荷运行可能导致处理效果下降、处理效率降低，甚至可能出现溢流事件，对周围环境和水体质量造成负面影响。

1.2 污水质量的复杂性

城镇污水来自于不同的来源，如家庭、工业和商业活动，污水组成复杂多样。污水中含有各种有机物、悬浮物、营养物和微生物等成分，这些成分的种类和质量浓度随污水来源的不同而变化。这使得城镇污水处理变得复杂，需要采用多种处理工艺和技术来去除有害物质、减少悬浮物、降解有机物和杀灭微生物。处理复杂的污水组成增加了处理过程的技术难度和运营成本。

1.3 系统老化和设施瓶颈

许多城镇的污水处理设施建设较早，存在技术老化和设备陈旧的问题。这些设施可能缺乏先进的处理技术和设备，无法有效处理大规模的污水排放。此外，一些城镇的污水处理设施容量已经接近饱和，无法满足持续增长的污水处理需求。这导致处理能力达到瓶颈，需要进行设施升级和改造，以提高处理效率和容量。

1.4 能源和运营成本

城镇污水处理需要大量的能源供应，尤其是在涉及生物处理和能耗较高的工序中。在污水处理过程中，通常需要提供氧气、加热、搅拌等能源消耗较大的操作。高能耗不仅增加了处理成本，还对环境产生负面影响。此外，运营成本也是城镇污水处理的重要挑战之一，包括设备维护、人员培训和管理费用等方面。

2 污水处理技术

污水处理技术包括传统污水处理技术和先进污水处理技术，它们在城镇污水处理中起重要作用。

2.1 传统污水处理技术

传统污水处理技术是在污水处理领域长期应用并被广泛接受的技术方法。这些技术基于物理、化学和生物过程，旨在将污水中的污染物去除或降解，以达到净化水质的目标。

机械格栅和沉砂池都是常用的传统污水处理技术。机械格栅通过设置网格或栅栏，能够有效去除污水中的大块固体物质，如树枝、纸张和塑料等。这有助于防止这些固体物质对后续处理设备造成堵塞和损坏。沉砂池则利用重力沉降原理，将污水中较重的悬浮物质沉淀到池底，从而分离出来，净化水质。

活性污泥法是另一种常用的传统污水处理技术。它基于微生物的活动来降解有机物质。在活性污泥法中，将含有有机物质的污水与氧气和细菌混合，形成一个生物反应器。细菌利用有机物质作为营养源，通过代谢和降解过程将其转化为水和二氧化碳。活性污泥法具有高度的降解效率和广泛的适用性，对有机污染物的去除效果显著。

2.2 先进污水处理技术

先进污水处理技术是针对传统污水处理技术的局限性和挑战而发展的新型处理技术方法。这些技术通过引入先进的工艺和设备，以及利用新兴的科学和工程原理，提高污水处理的效率、水质净化能力和资源回收利用能力[2]。

膜生物反应器（Membrane Bio-Reactor，MBR）技术结合了生物反应器和膜分离技术，通过在生物反应器中引入微孔膜过滤器，能够高效地去除悬浮物、微生物和有机物质。膜过滤器可以截留细菌和悬浮物，从而产生更高质量的净化水[3]。MBR 技术具有水质稳定性高、占地面积节约和操作灵活性强的优势。

反渗透（ReverseOsmosis，RO）技术和纳滤（Nano-Filtration，NF） 技术也是先进的污水处理技术。这些技术利用半透膜分离原理，通过施加高压将污水通过半透膜，截留溶解物质、盐分和微生物，从而产生清净的水。RO 技术和NF 技术可以去除更细小的颗粒和溶解物质，有效降低水中的离子质量浓度和微生物的数量，提供高品质的水源。

这些先进污水处理技术相对于传统技术而言，具有更高的处理效果和水质净化能力。它们能够去除更小粒径的悬浮物和微污染物，提供更高品质的净化水。同时，先进污水处理技术也具有紧凑的系统设计、更少的化学药剂使用、降低运行成本和节约能源等优势。

3 污水处理管理

3.1 规划和设计

在污水处理管理中，规划和设计阶段是确保城镇污水处理系统顺利运行的关键环节。在这个阶段，需要进行综合评估和分析，以理解城镇的污水处理需求并制定合适的解决方案[4]。

在规划和设计阶段，需要综合考虑城镇的人口规模和预期增长率、污水水量、水质、土地可行性等因素，并与利益相关方进行沟通和协商。确保规划和设计方案符合相关法规和标准，满足社区的需求和期望。全面而科学的规划和设计工作可以为城镇提供可靠、高效的污水处理系统，并为后续的运营和维护提供良好的基础。

3.2 运营和维护

运营和维护是污水处理管理的核心部分。它涉及到日常的运营监测、设备维护和处理过程的控制。运营监测包括对进水水质和出水水质进行定期监测，以确保水质符合标准。此外，还需要监测关键参数（如污泥质量浓度、氧化还原电位、温度和流量等） 以及设备运行状况[5]。维护包括定期检修设备、清洁池塘和管道以及更换磨损的部件。此外，需要建立维护计划，包括预防性维护和紧急维修，以确保设备的可靠性和长期运行。

3.3 管理和监督

污水处理管理还涉及管理和监督方面的工作。这包括建立污水处理厂的管理体制、明确责任分工和工作流程。监督和审计工作可以确保污水处理过程的合规性和效果。监督工作包括对运营和维护的监督以及对水质和排放的监测。审计工作可以评估系统的性能和效率，发现潜在问题并提出改进措施。此外，需要确保污水处理厂的管理和运营符合相关的法规和政策要求，包括环境保护法规、安全要求和水质标准等。

4 案例分析

在某城镇A，实施了一项污水处理项目，采用了先进的MBR 技术。这个项目经过合理规划和设计，选址了合适的污水处理厂，并充分考虑了城镇规模和基础设施限制。

MBR 技术是一种结合了生物反应器和膜过滤技术的先进污水处理技术方法。它通过在生物反应器中引入微孔膜过滤器，能够高效地去除悬浮物、微生物和有机物质，产生高质量的净化水。在这个城镇A 的项目中，MBR 技术被应用于污水处理过程中，以提高水质净化效果。

4.1 污水处理效果

在城镇A 的污水处理项目中，采用了先进的MBR 技术，并取得了显著的污水处理效果（见表1）。由表1 可以看出，城镇A 的污水处理厂采用MBR技术后，污水处理效果在COD 去除率、悬浮物去除率和BOD 去除率等指标上得到了显著的提升。这些结果证明了MBR 技术对污水处理效果的改善和对环境保护的贡献。

表1 MBR 技术与传统污水处理技术的污水处理效果比较

4.2 综合占地面积

相较于传统污水处理技术，MBR 技术在占地面积上具有明显的优势。MBR 技术的膜池结构紧凑，无需大面积的沉淀池和处理池，节省了大量土地资源。这对于城市核心区等土地资源紧张的地区尤为重要，可实现空间高效利用。传统污水处理技术的污水处理系统需要的占地面积为2000 m2；而采用MBR 技术后，综合占地面积可以减少到800 m2。

4.3 投资运行成本

引入MBR 技术的初期投资较高，主要包括膜池和膜模组的购置和安装成本。然而，在长期运营中，MBR 技术可以降低后续升级和改造的成本，减少污泥处理费用，并节约化学投药的使用。因此，从长远来看，MBR 技术具有较好的经济性和投资回报。

4.3.1 投资成本计算

计算MBR 技术的投资成本，包括膜池和膜模组的购置和安装成本、设备购置费用以及与技术引进和工程建设相关的费用。城镇A 的污水处理厂总投资成本约为1000 万元。

4.3.2 运营收益计算

计算MBR 技术在运营中的收益，包括降低后续升级和改造成本、节约污泥处理费用和减少化学投药。通过与传统污水处理技术进行对比分析，计算出每年的运营成本节约额。每年的运营成本节额约为200 万元。

4.3.3 投资回报率计算

投资回报率可以通过计算净现值（NPV） 来确定。净现值是将未来的现金流折现到当前时点，计算出的投资项目的净收益。如果净现值为正，则投资回报率为正。净现值的计算公式为

式中：CFt为第t年的现金流入（运营收益）；r 为折现率，8%；C0为初始投资成本。

内部收益率是使净现值为零的折现率。内部收益率的计算公式为

式中：IRR 为内部收益率。

由此可以计算净现值（NPV）：NPV=∑现值-C0=（185.2+171.3+158.6+147.1+136.2-1000） 万元=-161.6 万元

通过迭代计算，可以得到IRR 约为11.6%。虽然投资回报率的净现值（NPV） 为负值（-161.6 万元），但是内部收益率为正（约11.6%），意味着在这种情况下，投资回报仍然是正向的，尽管投资回报可能需要较长的时间来抵消初始投资成本。

4.4 人员管理

相比传统技术，MBR 技术的操作和管理相对复杂，需要专业的技术人员进行监控和维护。MBR技术需要定期监测膜的通量和清洗状况，以确保膜的正常运行和长寿命。此外，需要定期进行膜的清洗和维护，以防止膜污染和堵塞。因此，污水处理厂在引入MBR 技术时，需要培养和配置专业的技术团队，确保技术的稳定运行和高效管理。

该项目的污水处理效果和运行数据表明，通过采用先进的MBR 技术，城镇A 的污水处理厂取得了显著的成功。该技术能够高效地去除悬浮物、微生物和有机物质，提供高质量的净化水。智能化系统的引入使得运行更加自动化和智能化，提高了运行效率和能源利用率。

5 结束语

综上所述，城镇污水处理技术与管理是保障城镇环境和公共卫生的重要环节。通过合适的技术选择、科学规划和高效管理，可以实现城镇污水处理的可持续发展，改善环境质量，提升居民生活质量。在未来的发展中，应继续推动技术创新和经验交流，加强合作与合规管理，为城镇污水处理带来更大的进步和发展。