城鎮污水處理技術與管理探析

葉智誼

（東莞市環保產業促進中心，廣東 東莞 523000）

在當今城市化進程中，城鎮污水處理成為一個日益重要的問題。隨著人口的增長和工業化的發展，城鎮面臨著日益嚴重的污水處理挑戰。有效處理和管理污水不僅對環境保護至關重要，而且對公共健康和可持續發展具有重要意義[1]。

城鎮污水處理面臨多方面的挑戰，其中包括規模和基礎設施限制、資金和技術限制以及管理和運營限制。傳統的污水處理技術在一定程度上可以解決污水處理的需求，但面臨著效率和資源利用的局限性。因此，引入先進的污水處理技術成為解決城鎮污水問題的重要途徑。然而，僅僅依靠技術是不夠的，有效的污水處理管理也是至關重要的。

1 城鎮污水處理的挑戰

1.1 日益增長的污水量

隨著城市化進程的加快和人口增長，城鎮污水的排放量不斷增加，成為城鎮污水處理面臨的首要挑戰。在人口密集的城市中，居民、工業和商業活動產生的大量廢水需要經過處理才能排放或回用。然而，現有的污水處理設施通常無法滿足這種快速增長的處理需求，導致設施超負荷運行。超負荷運行可能導致處理效果下降、處理效率降低，甚至可能出現溢流事件，對周圍環境和水體質量造成負面影響。

1.2 污水質量的復雜性

城鎮污水來自于不同的來源，如家庭、工業和商業活動，污水組成復雜多樣。污水中含有各種有機物、懸浮物、營養物和微生物等成分，這些成分的種類和質量濃度隨污水來源的不同而變化。這使得城鎮污水處理變得復雜，需要采用多種處理工藝和技術來去除有害物質、減少懸浮物、降解有機物和殺滅微生物。處理復雜的污水組成增加了處理過程的技術難度和運營成本。

1.3 系統老化和設施瓶頸

許多城鎮的污水處理設施建設較早，存在技術老化和設備陳舊的問題。這些設施可能缺乏先進的處理技術和設備，無法有效處理大規模的污水排放。此外，一些城鎮的污水處理設施容量已經接近飽和，無法滿足持續增長的污水處理需求。這導致處理能力達到瓶頸，需要進行設施升級和改造，以提高處理效率和容量。

1.4 能源和運營成本

城鎮污水處理需要大量的能源供應，尤其是在涉及生物處理和能耗較高的工序中。在污水處理過程中，通常需要提供氧氣、加熱、攪拌等能源消耗較大的操作。高能耗不僅增加了處理成本，還對環境產生負面影響。此外，運營成本也是城鎮污水處理的重要挑戰之一，包括設備維護、人員培訓和管理費用等方面。

2 污水處理技術

污水處理技術包括傳統污水處理技術和先進污水處理技術，它們在城鎮污水處理中起重要作用。

2.1 傳統污水處理技術

傳統污水處理技術是在污水處理領域長期應用并被廣泛接受的技術方法。這些技術基于物理、化學和生物過程，旨在將污水中的污染物去除或降解，以達到凈化水質的目標。

機械格柵和沉砂池都是常用的傳統污水處理技術。機械格柵通過設置網格或柵欄，能夠有效去除污水中的大塊固體物質，如樹枝、紙張和塑料等。這有助于防止這些固體物質對后續處理設備造成堵塞和損壞。沉砂池則利用重力沉降原理，將污水中較重的懸浮物質沉淀到池底，從而分離出來，凈化水質。

活性污泥法是另一種常用的傳統污水處理技術。它基于微生物的活動來降解有機物質。在活性污泥法中，將含有有機物質的污水與氧氣和細菌混合，形成一個生物反應器。細菌利用有機物質作為營養源，通過代謝和降解過程將其轉化為水和二氧化碳。活性污泥法具有高度的降解效率和廣泛的適用性，對有機污染物的去除效果顯著。

2.2 先進污水處理技術

先進污水處理技術是針對傳統污水處理技術的局限性和挑戰而發展的新型處理技術方法。這些技術通過引入先進的工藝和設備，以及利用新興的科學和工程原理，提高污水處理的效率、水質凈化能力和資源回收利用能力[2]。

膜生物反應器（Membrane Bio-Reactor，MBR）技術結合了生物反應器和膜分離技術，通過在生物反應器中引入微孔膜過濾器，能夠高效地去除懸浮物、微生物和有機物質。膜過濾器可以截留細菌和懸浮物，從而產生更高質量的凈化水[3]。MBR 技術具有水質穩定性高、占地面積節約和操作靈活性強的優勢。

反滲透（ReverseOsmosis，RO）技術和納濾（Nano-Filtration，NF） 技術也是先進的污水處理技術。這些技術利用半透膜分離原理，通過施加高壓將污水通過半透膜，截留溶解物質、鹽分和微生物，從而產生清凈的水。RO 技術和NF 技術可以去除更細小的顆粒和溶解物質，有效降低水中的離子質量濃度和微生物的數量，提供高品質的水源。

這些先進污水處理技術相對于傳統技術而言，具有更高的處理效果和水質凈化能力。它們能夠去除更小粒徑的懸浮物和微污染物，提供更高品質的凈化水。同時，先進污水處理技術也具有緊湊的系統設計、更少的化學藥劑使用、降低運行成本和節約能源等優勢。

3 污水處理管理

3.1 規劃和設計

在污水處理管理中，規劃和設計階段是確保城鎮污水處理系統順利運行的關鍵環節。在這個階段，需要進行綜合評估和分析，以理解城鎮的污水處理需求并制定合適的解決方案[4]。

在規劃和設計階段，需要綜合考慮城鎮的人口規模和預期增長率、污水水量、水質、土地可行性等因素，并與利益相關方進行溝通和協商。確保規劃和設計方案符合相關法規和標準，滿足社區的需求和期望。全面而科學的規劃和設計工作可以為城鎮提供可靠、高效的污水處理系統，并為后續的運營和維護提供良好的基礎。

3.2 運營和維護

運營和維護是污水處理管理的核心部分。它涉及到日常的運營監測、設備維護和處理過程的控制。運營監測包括對進水水質和出水水質進行定期監測，以確保水質符合標準。此外，還需要監測關鍵參數（如污泥質量濃度、氧化還原電位、溫度和流量等） 以及設備運行狀況[5]。維護包括定期檢修設備、清潔池塘和管道以及更換磨損的部件。此外，需要建立維護計劃，包括預防性維護和緊急維修，以確保設備的可靠性和長期運行。

3.3 管理和監督

污水處理管理還涉及管理和監督方面的工作。這包括建立污水處理廠的管理體制、明確責任分工和工作流程。監督和審計工作可以確保污水處理過程的合規性和效果。監督工作包括對運營和維護的監督以及對水質和排放的監測。審計工作可以評估系統的性能和效率，發現潛在問題并提出改進措施。此外，需要確保污水處理廠的管理和運營符合相關的法規和政策要求，包括環境保護法規、安全要求和水質標準等。

4 案例分析

在某城鎮A，實施了一項污水處理項目，采用了先進的MBR 技術。這個項目經過合理規劃和設計，選址了合適的污水處理廠，并充分考慮了城鎮規模和基礎設施限制。

MBR 技術是一種結合了生物反應器和膜過濾技術的先進污水處理技術方法。它通過在生物反應器中引入微孔膜過濾器，能夠高效地去除懸浮物、微生物和有機物質，產生高質量的凈化水。在這個城鎮A 的項目中，MBR 技術被應用于污水處理過程中，以提高水質凈化效果。

4.1 污水處理效果

在城鎮A 的污水處理項目中，采用了先進的MBR 技術，并取得了顯著的污水處理效果（見表1）。由表1 可以看出，城鎮A 的污水處理廠采用MBR技術后，污水處理效果在COD 去除率、懸浮物去除率和BOD 去除率等指標上得到了顯著的提升。這些結果證明了MBR 技術對污水處理效果的改善和對環境保護的貢獻。

表1 MBR 技術與傳統污水處理技術的污水處理效果比較

4.2 綜合占地面積

相較于傳統污水處理技術，MBR 技術在占地面積上具有明顯的優勢。MBR 技術的膜池結構緊湊，無需大面積的沉淀池和處理池，節省了大量土地資源。這對于城市核心區等土地資源緊張的地區尤為重要，可實現空間高效利用。傳統污水處理技術的污水處理系統需要的占地面積為2000 m2；而采用MBR 技術后，綜合占地面積可以減少到800 m2。

4.3 投資運行成本

引入MBR 技術的初期投資較高，主要包括膜池和膜模組的購置和安裝成本。然而，在長期運營中，MBR 技術可以降低后續升級和改造的成本，減少污泥處理費用，并節約化學投藥的使用。因此，從長遠來看，MBR 技術具有較好的經濟性和投資回報。

4.3.1 投資成本計算

計算MBR 技術的投資成本，包括膜池和膜模組的購置和安裝成本、設備購置費用以及與技術引進和工程建設相關的費用。城鎮A 的污水處理廠總投資成本約為1000 萬元。

4.3.2 運營收益計算

計算MBR 技術在運營中的收益，包括降低后續升級和改造成本、節約污泥處理費用和減少化學投藥。通過與傳統污水處理技術進行對比分析，計算出每年的運營成本節約額。每年的運營成本節額約為200 萬元。

4.3.3 投資回報率計算

投資回報率可以通過計算凈現值（NPV） 來確定。凈現值是將未來的現金流折現到當前時點，計算出的投資項目的凈收益。如果凈現值為正，則投資回報率為正。凈現值的計算公式為

式中：CFt為第t年的現金流入（運營收益）；r 為折現率，8%；C0為初始投資成本。

內部收益率是使凈現值為零的折現率。內部收益率的計算公式為

式中：IRR 為內部收益率。

由此可以計算凈現值（NPV）：NPV=∑現值-C0=（185.2+171.3+158.6+147.1+136.2-1000） 萬元=-161.6 萬元

通過迭代計算，可以得到IRR 約為11.6%。雖然投資回報率的凈現值（NPV） 為負值（-161.6 萬元），但是內部收益率為正（約11.6%），意味著在這種情況下，投資回報仍然是正向的，盡管投資回報可能需要較長的時間來抵消初始投資成本。

4.4 人員管理

相比傳統技術，MBR 技術的操作和管理相對復雜，需要專業的技術人員進行監控和維護。MBR技術需要定期監測膜的通量和清洗狀況，以確保膜的正常運行和長壽命。此外，需要定期進行膜的清洗和維護，以防止膜污染和堵塞。因此，污水處理廠在引入MBR 技術時，需要培養和配置專業的技術團隊，確保技術的穩定運行和高效管理。

該項目的污水處理效果和運行數據表明，通過采用先進的MBR 技術，城鎮A 的污水處理廠取得了顯著的成功。該技術能夠高效地去除懸浮物、微生物和有機物質，提供高質量的凈化水。智能化系統的引入使得運行更加自動化和智能化，提高了運行效率和能源利用率。

5 結束語

綜上所述，城鎮污水處理技術與管理是保障城鎮環境和公共衛生的重要環節。通過合適的技術選擇、科學規劃和高效管理，可以實現城鎮污水處理的可持續發展，改善環境質量，提升居民生活質量。在未來的發展中，應繼續推動技術創新和經驗交流，加強合作與合規管理，為城鎮污水處理帶來更大的進步和發展。