污水处理是城镇生态环境建设的重要环节，可以有效地降低水体污染，保护城镇生态环境。随着我国社会经济发展速度的加快，城镇建设规模不断扩大，污水系统需要不断完善。但是从当前情况来看，很多城镇在污水处理方面依然存在一些问题，在一定程度上影响了污水处理效果，需要引起充分重视。
1城镇污水处理存在的主要问题分析
1.1 砂粒过多，占用池容
污水厂进水中含有大量砂粒，规范要求在污水厂预处理阶段应设置沉砂池，应按去除相对密度2.65、粒径0.2mm以上的砂粒进行设计。尽管如此，但仍有大量砂粒没有去除，且沉砂池设置在污水提升泵站之后，导致大量砂粒沉积在污水提升泵站的集水池内、部分未去除的砂粒沉积在生物池内，占用池体容积，影响设备的正常运行，甚至可能对设备造成损坏，影响生物池的处理效果。
1.2 冬季污水温度低，影响总氮去除率
参与活性污泥处理的微生物，多属嗜温菌，其适宜温度介于10~45℃之间，最佳温度范围一般为15~30℃。硝化反应的适宜温度是20~30℃，15℃以下时，硝化速率下降，5℃时完全停止。反硝化反应的适宜温度是20~40℃，低于15℃时，反硝化菌的繁殖速率、代谢速率和生物活性都降低，从而降低反硝化速率。除磷效果较好的温度在10~30℃。综合考虑，在生物处理过程中微生物最适宜温度为20~35℃，因此要求污水厂内生物处理构筑物进水的水温宜为l0~37℃。
我国大部分污水处理厂都处于温带地区，虽然各地生活污水的年平均水温约在10~20℃之间，但都会经历温度比较低的冬季。如华南地区最冷月平均气温在5~10℃左右，城市污水水温大致在9~11℃左右，低温时间一般从12月到1月末；北方低温地区的市政污水温度一般在8~15℃，少数在5~8℃，低温时间一般从12月到3月末[1]。可见无论北方地区还是南方地区，冬季污水温度均低于了微生物最适宜的温度20~35℃，尤其是北方地区，冬季污水处理具有水温低、低温时间长、进水污染物浓度高、污泥活性较弱等特点，增加了污水处理难度，影响污水处理效果，影响总氮去除率。
1.3 污水处理技术有待改进
现阶段，虽然我国污水处理技术有了很大的进步，但是与发达国家相比还有很大的差距。生物处理段是污水处理的核心，常用的生物处理法主要包括活性污泥法、生物膜法、膜生物反应器。在当前的污水处理技术领域中，活性污泥法是应用最为广泛的技术之一，它于1914年在英国曼彻斯特市建成试验厂以来，已有近100多年的历史，已成为城镇生活污水以及有机性工业废水的主体处理技术。目前具有同时脱氮除磷功能的活性污泥法主要有A/A/O工艺、MSBR工艺等。其设计污泥负荷为0.05~0.10kgBOD5/(kgMLSS·d)，污泥浓度为2.5~4.5gMLSS/L，主要缺点是污泥浓度不高、占地面积较大、基建费用较高等，运行效果易受水质、水量变化的影响。
1.4 污水再生利用率偏低
面对日益严峻的水资源短缺问题，城镇污水的再生利用成为节约水资源的首选方案，既能减少水环境污染，又可以缓解水资源紧缺矛盾，是贯彻可持续发展战略的重要措施，也是城市污水处理厂节能减排的重要途径。再生水可作为城市绿化、冲厕、冲洗道路、洗涤水、工业冷却水和补充河流水体等用水。但是目前我国污水再生利用率偏低，城镇污水厂的再生水未能充分发挥其处理潜力，产出与需求脱节，极少真正实现回用，从城镇污水处理厂出来的尾水大多白白流走。污水再生利用存在的主要问题有：一是大部分地区对污水再生利用重视程度不够，再生水基本没有纳入到相关规划中，有的远远滞后于污水处理厂的建设和运行，使再生水完全游离于城市基础设施的建设规划之外。二是污水再生利用管网不配套，污水处理厂出来的再生水必须通过厂外专用的再生水管网才能提供给用户，而管网投资和使用均超越了城镇污水处理厂的管辖范围。管网建设投资庞大，且要协调各级政府部门，污水处理厂自身无力承担。三是再生水成本无优势，再生水成本与自来水价格之间的比较直接影响到城市污水厂再生水的需求，目前由于技术和规模问题使污水厂再生水的处理成本偏高，一些规模偏小的再生水回用工程的运行成本甚至超过了自来水的价格，再生水难以替代自来水，再生水在污水处理厂没有任何竞争优势，有的厂自建成以来就成为摆设品，有的厂干脆取消了再生水回用的设计[2]。四是对再生水认识不足，污水再生利用缺乏相应的鼓励和扶持政策，影响了社会资金投入再生利用设施建设和运营的积极性。
2 应对措施
2.1 砂粒过多问题的应对措施
如何减少污水处理厂进水中的砂料，可从以下几个方面进行解决：1）预处理系统：在污水进入生物池前，可以通过预处理系统去除砂粒。使用格栅去除大的固体物质，然后使用沉砂池或者沉淀池来处理含砂的污水。这样可以大大减少砂粒对后续设备的影响。但是，一般沉砂池设置在污水提升泵站之后，导致污水中的大量砂粒还未经沉砂池处理，就在污水提升泵站集水池中沉积，不但占用集水池容积，而且砂粒清理非常困难，因为集水池大多为整体浇筑，只在池顶预留水泵安装孔，其尺寸有限，不方便清砂。为了减少砂粒在集水池中沉积，可以在集水池配水区中安装提篮钢丝滤网。需清除砂粒时，可以关闭对应的格栅渠道进水闸门，将钢丝滤网提至集水池顶而将砂粒清除。滤网孔径70~80目，可以去除0.212~0.180mm的砂粒，如图1。2）定期清理：即使经过预处理，仍然会有一部分砂粒进入到池体中。因此，需要定期进行清理，以防止砂粒的积累。清理的频率可以根据实际的沉砂情况进行调整。3）优化污水预处理系统：引入新的技术和设备，比如高效的沉砂设备等，或者优化池体结构设计，更有效地将砂粒从污水中分离出来，防止其进入提升泵站集水池和生物池。4）源头控制：针对含砂量较大的污水源头，进行专门的管理和治理。例如，对建筑工地、道路清洗等活动，进行严格的管理和指导，减少大量砂粒进入污水系统。通过上述方法，可以有效地解决城镇污水处理过程中的砂粒问题，保护设备，提高污水处理效率。
图1 提篮钢丝滤网安装位置示意图
2.2 污水处理技术优化
吸取活性污泥法与生物膜法的优点，移动床生物膜反应器（MBBR）应运而生，MBBR工艺起源于20世纪80年代末，是一种新型高效的污水处理方法，其工艺原理是通过向反应器中投加一定数量的悬浮载体，提高反应池中的生物量及生物种类，从而提高反应池的处理效率。由于填料密度接近于水，所以在曝气的时候，与水呈完全混合状态，微生物生长的环境为气、液、固三相。载体在水中的碰撞和剪切作用，使空气气泡更加细小，增加了氧气的利用率。另外，每个载体内外均具有不同的生物种类，内部生长一些厌氧菌或兼氧菌，外部为好养菌，这样每个载体都为一个微型反应器，使硝化反应和反硝化反应同时存在，从而提高了处理效果。MBBR工艺既具有活性污泥法的高效性和运转灵活性，又具有传统生物膜法耐冲击负荷、泥龄长、剩余污泥少、占地少的特点，强化脱氮除磷、运行稳定可靠。可以设置污泥回流或不设置污泥回流，设置污泥回流时，系统同步脱氮除磷效率高，工艺稳定性能更强。MBBR工艺在运行中易出现的问题，一是反应器中的填料依靠曝气和水流的提升作用处于流化状态，在实际工程中，容易出现曝气不均匀而导致局部填料堆积的现象；二是为了防止填料随处理水流失，反应池的出水口要设置格棚板，但在运行调试过程中易出现格栅堵塞的问题。对于问题一，可以通过改进曝气管路的布置以及生物池的结构去避免填料堆积；对于问题二，可以改进格栅结构、设置活动栅板、定期进行人工清理、或设置空气反吹装置以防止格栅堵塞。另外，为促进MBBR工艺发展，还需要开发吸附性能好、密度适当、耐用、耐腐蚀、价格低廉的填料。
2.3 提高污水再生利用率
2022年10月1日开始实施的《城乡排水工程项目规范》（GB55027-2022）规定，工业企业应向园区集中，工业园区的污水和废水应单独收集处理，其尾水不应纳入市政污水管道和雨水管渠；分散式工业废水处理达到环境排放标准的尾水，不应排入市政污水管道。随着这一强制性规定的实施，城镇污水中将不再混合含有大量不可降解或者有毒有害的有机物和重金属的工业废水，城镇污水可生化性提高，污水处理厂更易实现正常运行和达标排放，为污水再生利用、污泥的土地利用及资源化利用创造有利条件。
提高污水再生利用率，可以从以下几方面考虑：1）加强技术研发和创新，完善污水处理系统，降低处理费用。新型污水处理工艺和技术，如膜技术、超滤技术、离子交换技术等，处理效果好，但处理费用高，通过技术研发和创新使处理费用降低后，将大大提高污水再利用率。2）加强污水处理全过程在线监测及自动控制，采取水泵变频、精准曝气、精准加药等节能降耗措施，降低污水再生处理成本，使再生水价格低于自来水价格，具备竞争优势。3）科学制定污水再生利用设施的近期和远期规划，并按规划建设。根据城镇可用水源的特点和具体需要，统筹安排城镇污水再生利用设施的近期和远期规划、建设与管理，使污水再生利用设施与污水处理设施同步规划、同步建设。4）制定鼓励和扶持政策，调动社会资金进入再生水利用设施建设和运营的积极性，加大资金投入，加大再生水利用设施建设，加大再生水配套管网建设力度。5）推进工业用水循环利用，促进企业提质增效。鼓励工业企业内部加强废水处理循环利用，提高用水重复利用率，减少废水外排量；鼓励工业企业生产用水使用再生水。6）加大宣传力度。充分利用各种媒介，普及再生水回用的知识，提高市民再生水回用的意识和觉悟，理解和支持再生水回用工作。
2.4 冬季污水温度低的综合应对措施
进入冬季，污水温度低，污水处理难度增加，如何防止冬季生物脱氮不达标，现行的解决办法非常有限，南方地区常用的措施主要是设计时兼顾低温因素采用合理的设计参数，如提高污泥龄即提高污泥浓度、适当降低曝气量等，其次是强化污水处理厂运行管理；北方地区常用的其它措施还有：采取生物固定化技术，对曝气池、二沉池等采取保温措施，对污水、污泥等进行加热，但这些办法都将会增加污水处理的运行成本。
据资料，地下温度约为15~20℃，温度波动较小，不受气温、季节等因素的影响，基本可以认为是恒温的。这一温度范围适合微生物生长，为确保污水生物处理系统稳定运行、出水总氮达标创造了有利条件。因此，本文提出一种解决冬季污水温度低的综合应对措施，即采用部分地理式污水处理厂，将预处理系统、生物池及相应曝气设施、沉淀池、污泥回流系统埋入地下，消毒池、剩余污泥处理系统、附属建筑物置于地面上，并且可将污水提升泵站改至二沉池之后，即污水处理工艺流程调整为：进水→粗格栅→细格栅→沉砂池→生物池→二沉池→污水提升泵站→后续处理。部分地埋式污水处理厂的缺点是建设投资较高，但又比全地埋式污水处理厂低。其主要优点如下：1）地下温度基本恒定为15~20℃，污水生物处理系统稳定运行，运行管理简单，且不需要保温、加热等措施，节省能耗及运行成本。2）预处理系统、生物池等构筑物埋入地下，上下叠合布置，可以节省用地，减少噪音，对周边环境影响较小。3）剩余污泥处理系统、附属建筑物置于地面上，通风、采光效果相对较好，不存在消防问题。4）工艺流程方面，将污水提升泵站放在二级处理系统之后，污水经生物池等调节后，提升泵站设计流量与生物池一致，不需要考虑污水量变化系数或只需要按旱季设计流量设计，雨季设计流量校核，水泵流量稳定，可以节省电能；且提升泵站在沉砂池之后，可以避免砂粒在泵站集水中沉积，可以减少砂粒对水泵叶片的磨损，提高水泵使用寿命。在实际工程中，具体采取何种措施，建议结合项目具体特点及地质条件进行技术经济比较。
3 结语
综上所述，在我国城镇化进程不断加快的背景下，城镇污水排放量也在不断增加，对城镇污水处理工作提出了更高的要求。为保证城镇污水处理效果，对城镇污水处理中存在的砂粒过多、冬季低温污水、污水再生利用率偏低等问题进行分析，提出相应的解决措施，提出了解决冬季污水温度低的部分地理式污水处理厂的综合应对措施，确保城镇污水处理厂正常运行。
参考文献：
[1] 穆瑞林. 城市污水低温生化处理技术研究. 中国给水排水，1985（03）
[2] 余建恒. 浅谈城市污水厂再生水回用存在问题与建议. 2009《中国给水排水》第四届年会暨2009年给水厂污水厂升级改造及节能减排新技术新工艺研讨会
作者简介：刘林湘（1976-），女，汉族，湖南宁乡人，研究生，高级工程师，主要从事给排水、环境工程等工作。
