专利名称： 基于碳源高效利用的A 2 /O-MBR复合处理系统及方法 专利类型： 发明专利
专利名称： 基于碳源高效利用的A 2 /O-MBR复合处理系统及方法
专利类型： 发明专利
专利权人： 中国市政工程华北设计研究总院有限公司
发明人： 杨敏 孙永利 郑兴灿 韦启信 范波 陈轶
专利号： ZL201410843687.5
授权时间： 2016年3月2日
（1）
研究团队经过数十年的城镇污水处理技术研究，先后创新提出了污泥内碳源反硝化、内回流混合液消氧池设置、反硝化除磷工程强化、进水碳源优化配置等精细化关键技术，本专利技术通过污水处理工艺全过程系统分析，实现污泥内碳源反硝化、内回流混合液消氧池设置、反硝化除磷工程强化、进水碳源优化配置等创新技术有机融合。
（ 2 ）结合国内太湖、滇池流域等区域多座典型A
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/O-MBR工艺城镇污水处理厂的系统调研测试、工艺诊断和问题识别，基于生物生化反应特征及各功能区效能提升技术要求，创新性实现消氧池设置、污泥内碳源反硝化等功能强化及碳源高效利用技术与A
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/O-MBR 工艺的融合，创新提出一种基于碳源高效利用的A
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/O-MBR复合污水处理系统及方法，可系统解决传统A
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/O-MBR工艺高排放标准城镇污水处理厂普遍存在的内回流混合液溶解氧损耗碳源、污泥内碳源未充分利用、反硝化除磷未充分利用、碳源投加成本高等系列运行问题。
（ 3 ）该改进型发明专利为一种公益性技术，与传统A
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/O-MBR工艺相比，具有碳源利用效率高、强化脱氮除磷效果好、节能降耗减排效果显著等技术优势，生物脱氮效能平均提升4mg/L，碳源投加量平均节省16mgCOD/L，可为双碳目标下我国低碳氮比、高排放标准A
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/O-MBR工艺城镇污水处理厂的低碳化工程设计和运行管理提供参考，可为污水处理行业绿色低碳发展提供总体解决方案。
本发明专利作为一种公益性技术，主要应用于一级A及以上标准A
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/O-MBR工艺城镇污水处理厂和低温季节高污泥浓度下A
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/O等其他工艺城镇污水处理厂，也可应用于工业集聚区污水处理厂、村镇生活污水处理设施、管网空白区污水临时处理设施、垃圾渗滤液处理设施等，已推广应用于我国太湖、滇池、巢湖、黄河、海河流域等重点区域一级A及以上标准城镇污水处理厂，累计应用规模超500万m
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/d，该专利技术已被纳入江苏、广东、雄安新区等地方政府住建等部门发布的政策文件或地方标准，随着该专利技术被纳入的中国水协、中国勘协等相关团体标准的实施，在双碳目标背景下应用范围将更广泛。
本专利技术已成功应用于海河流域天津北塘污水处理厂（设计规模15万m
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/d）、天津经开区西区污水处理厂（设计规模5万m
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/d）、太湖流域常州江边污水处理厂三期（设计规模10万m
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/d）、清潭污水处理厂（设计规模1.5万m
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/d）、黄河流域山西正阳污水处理厂（设计规模15万m
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/d）等30余座典型一级A及以上标准城镇污水处理厂的优化运行，结合工程实际，部分或总体采用了内回流混合液消氧、污泥内碳源反硝化、反硝化除磷工程强化等精细化碳源高效利用关键技术，多年运行实践表明，该专利技术工程实施效果良好，系统生物脱氮效能平均提升4mg/L，外碳源投加量平均降低16mgCOD/L，有效解决了进水碳源不足时，高排放标准城镇污水处理厂碳源利用效率低、脱氮效能差、外碳源投加成本高等实际运行难题。
通过与常州市排水管理处、天津滨海环保、无锡太湖水务等开展“厂学研用政”一体化模式研发合作，2009年专利权人——中国市政工程华北设计研究总院率先将本发明专利技术中的污泥内碳源反硝化强化脱氮技术成功示范应用于太湖流域常州清潭污水处理厂四期一级A提标改造工程（1.5万m
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/d），2012年结合国家水专项和863课题研究，将专利技术推广应用于常州江边三期（10万m
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/d）和戚墅堰三期（4.5万m
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/d）的优化运行，2017年结合“十三五”国家水专项课题实施，成功将专利中的消氧、污泥内碳源强化脱氮技术示范应用于海河流域天津北塘污水处理厂（15万m
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/d）和经开区西区污水处理厂（5万m
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/d）天津A标准（DB12/599—2015）提标改造工程的优化运行，2021年将专利技术推广应用于黄河流域山西正阳污水处理厂（15万m
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/d）的优化运行。
近年来，随着专利权人中国市政华北院科研团队通过专利申请、论文发表、行业学术会议主题报告、厂长 QQ群、微信公众号推送、标准规范制修订、宣贯会等多种方式对本发明专利技术的大力宣传，目前该专利技术已得到行业专家和技术人员的广泛关注和高度认可，已被江苏省住建厅、广东省住建厅、雄安新区管委会规建局等政府管理部门，以及北控水务、长江环保集团、天津创业环保、安徽国祯环保、北京首创、建邦环境、常州排水公司、无锡太湖水务、宁波排水公司、中山水务、包头水务等国内知名水务运营公司积极采纳，“双碳目标”背景下应用前景广阔。
（1）碳源利用效率高。据调研，传统A
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/O-MBR工艺城镇污水处理厂普遍存在内回流混合液高DO损耗碳源、后缺氧池污泥内碳源未充分利用、反硝化除磷功能未充分利用等问题，以内回流混合液DO损耗碳源为例，在100%～300%的内回流比下，一般会导致碳源损耗2～6mgCOD/L，并且在好氧池末端DO浓度升高下，碳源无效损耗加大。本专利通过集成消氧池、内碳源充分利用、进水碳源优化配置等碳源高效利用关键技术，系统碳源利用效率显著提升。
（ 2）强化脱氮除磷效果好。在强化脱氮方面，由于采用消氧池设置、后缺氧池污泥内碳源反硝化、反硝化除磷强化、进水碳源优化配置等精细化强化脱氮技术，系统生物脱氮效能平均提升4mg/L；在强化生物除磷方面，由于采用进水碳源优化配置、化学协同除磷药剂精确投加等精细化技术，系统生物除磷和缺氧池反硝化除磷效果明显提升。
（3）节能降耗减排显著。在降低药耗方面，以节省碳源为例，采用该专利技术可平均节省外碳源投加量16mgCOD/L，以碳源乙酸钠溶液（有效含量25%）市场均价1700元/t计，核算平均节省外碳源投加成本0.18元/m
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水；在节省曝气能耗方面，通过好氧池低氧（0.5～1mg/L）运行和膜池脉冲曝气，曝气能耗至少降低10%；在碳减排方面，由于在采用该专利技术下外碳源投加量和系统曝气量降低明显，进而碳减排显著。
（4）实用性和可操作性强。本专利技术是结合当前低碳氮比进水特征下高排放标准城镇污水处理厂强化脱氮需求，对传统A
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/O-MBR工艺的升级迭代，系统结构简单、运行控制方法简便、易于改造实施、工程应用效果良好、绿色低碳、实用性和可操作性强。
近年来，随着专利权人中国市政华北院科研团队通过专利申请、论文发表、行业学术会议主题报告、厂长 QQ群、微信公众号推送、标准规范制修订、宣贯会等多种方式对本发明专利技术的大力宣传，目前该专利技术已得到行业专家和技术人员的广泛关注和高度认可，已被江苏省住建厅、广东省住建厅、雄安新区管委会规建局等政府管理部门和北控水务、长江环保集团、天津创业环保、安徽国祯环保、北京首创、建邦环境、常州排水公司、无锡太湖水务、宁波排水公司、中山水务、包头水务等国内知名水务运营公司积极采纳， 作为核心创新成果，该专利技术已被纳入专利权人中国市政工程华北设计研究总院有限公司牵头编制的地方技术指引《江苏省太湖地区城镇污水处理厂DB32/1072提标建设技术指引（2018版）》、《广东省城镇生活污水处理设施提标建设技术指引》、地方标准《雄安新区工程建设关键质量指标体系：市政公用工程》、中国水协团标《城镇污水资源与能源回收利用技术规程》 （送审稿）、中国勘协团标《城镇污水高标准处理技术指南》（征求意见稿）等。
为保护该发明专利，专利权人同期申请了实用新型专利《基于碳源高效利用的A
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/O-MBR复合处理系统》（ZL201420857452.7），同时公司科研团队聚焦为城镇污水处理行业绿色低碳发展提供总体解决方案，围绕低碳高效城镇污水处理核心技术，开展了系列专利申请（具体专利信息见表1）。
表 1 系列专利申请信息表
序号 |
专利名称 |
专利类型 |
申请 /授权号 |
1 |
一种基于精细化管理的城市污水强化脱氮除磷系统及其处理工艺 |
发明 |
ZL201410301063.0 |
2 |
基于碳源优化利用的磷回收及强化脱氮耦合工艺及系统 |
发明 |
ZL201510489667.7 |
3 |
一体化短流程高效除磷脱氮污水处理系统及处理工艺 |
发明 |
ZL201410267560.3 |
4 |
短流程环沟型改良 A 2 /O除磷脱氮处理系统及其处理工艺 |
发明 |
ZL201110275542.6 |
5 |
基于厌氧氨氧化的低碳氮比城市污水脱氮系统及处理工艺 |
发明 |
ZL201410321155.5 |
6 |
一种高排放标准下污水处理优化运行系统 |
发明 |
CN201910405237.0 |
7 |
一种缺氧池精细化碳源投加控制系统及运行控制方法 |
发明 |
CN201910764187.5 |
（1）本发明将消氧池、污泥内源反硝化、反硝化除磷等低碳强化脱氮技术与传统A
2
/O-MBR工艺有机耦合，创新提出一种基于碳源高效利用的A
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/O-MBR复合污水处理系统及方法，可系统解决当前我国一级A及以上标准城镇污水处理厂普遍面临进水碳源不足、碳源无效损耗、内碳源未充分利用、外碳源投加成本高等实际运行问题，为我国低碳氮比高排放标准城镇污水处理厂的强化脱氮除磷和节能降耗减排提供重要参考，提升了污水处理工程精细化设计运行水平，推动了城镇污水处理绿色低碳高质量发展，促进了行业技术进步，社会效益显著。
（2）结合本发明专利技术在天津北塘、常州清潭等典型城镇污水处理工程的应用实施，外碳源投加量平均降低16mgCOD/L，以外碳源乙酸钠溶液（有效含量25%）市场均价1700元/t计，核算外碳源投加成本平均节省0.18元/m
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水，以某10万m
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/d规模的典型城镇污水处理厂为例，外碳源投加成本平均节省约650万元/年，随着“双碳目标”背景下本专利技术在我国高排放标准城镇污水处理厂的推广应用，经济效益和碳减排环境效益显著。
本发明专利针对当前我国低碳氮比进水特征下高排放标准城镇污水处理厂强化脱氮需求，结合国内太湖流域、滇池流域等区域多座典型A
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/O-MBR工艺城镇污水处理厂的系统调研测试、工艺诊断和问题识别，将消氧池、污泥内源反硝化、反硝化除磷等低碳强化脱氮技术与传统A
2
/O-MBR工艺有机耦合，创新提出一种基于碳源高效利用的A
2
/O-MBR复合污水处理系统及方法，作为一种公益性技术，已成功应用于海河流域天津北塘污水处理厂（设计规模15万m
3
/d）、天津经开区西区污水处理厂（设计规模5万m
3
/d）、太湖流域常州江边污水处理厂三期（设计规模10万m
3
/d）、清潭污水处理厂（设计规模1.5万m
3
/d）、黄河流域山西正阳污水处理厂（设计规模15万m
3
/d）等30余座典型一级A及以上标准城镇污水处理厂的优化运行，目前累计应用规模已超500万m
3
/d，运行实践表明，可系统解决当前我国一级A及以上标准城镇污水处理厂普遍面临进水碳源不足、碳源无效损耗、内碳源未充分利用、外碳源投加成本高等实际运行问题，可为我国低碳氮比高排放标准城镇污水处理厂的强化脱氮除磷和节能降耗减排提供重要参考。
目前该专利技术已受到行业专家和技术人员的广泛关注和高度认可，已被江苏省住建厅、广东省住建厅、雄安新区管委会规建局等政府管理部门和北控水务、长江环保集团、天津创业环保、安徽国祯环保、北京首创、建邦环境、常州排水公司、无锡太湖水务、宁波排水公司、中山水务、包头水务等国内知名水务运营公司积极采纳， 作为核心创新成果，该专利技术已被纳入专利权人中国市政工程华北设计研究总院有限公司牵头编制的地方技术指引《江苏省太湖地区城镇污水处理厂 DB32/1072提标建设技术指引（2018版）》、《广东省城镇生活污水处理设施提标建设技术指引》、地方标准《雄安新区工程建设关键质量指标体系：市政公用工程》、中国水协团标《城镇污水资源与能源回收利用技术规程》 （送审稿）、中国勘协团标《城镇污水高标准处理技术指南》（征求意见稿）等，在“双碳目标”背景下推广应用前景广阔。
本发明专利技术作为相关科技奖申报的核心成果，获得相关奖励如下：
（ 1）“城镇污水处理系统一级A稳定达标及节能降耗关键技术”，获2013年华夏建设科学技术一等奖，华夏建设科学技术奖励委员会；
（ 2）“城市污水处理系统运行特性与调控机制”，获2020年华夏建设科学技术一等奖，华夏建设科学技术奖励委员会；
（ 3）“太湖地区城镇污水处理系统执行氮磷特别排放限值提标建设技术研究”项目，获2020年度城镇水科技奖一等奖，中国城镇供水排水协会；
（ 4）“城镇污水处理全链条工艺技术与核心设备研发及应用”项目，获2020年度环境技术进步奖二等奖，中国环境保护产业协会；
（ 5）“常州城市污水处理厂提标改造与优化运行成套技术研究与应用”项目，获2017年度华夏建设科学技术三等奖，华夏建设科学技术奖励委员会；
（ 6）“城镇污水处理厂提标技术集成与设备成套化应用”项目，获2019年度华夏建设科学技术三等奖，华夏建设科学技术奖励委员会；
（ 7）“内回流混合液DO对缺氧池脱氮的影响及控制方法”论文，获2015年度《中国给水排水》优秀论文奖特等奖，《中国给水排水》杂志。
典型应用案例1-常州清潭污水处理厂四期
图 1 由初沉池改造的回流污泥内源反硝化池
图 2 反硝化除磷工程强化区
典型应用案例2-常州江边污水处理厂三期
图1 按回流污泥内源反硝化池模式运行的预缺氧池（1.5h）
图2 主流消氧区
图3 侧流消氧区
图4 反硝化除磷工程强化区
典型应用案例3-常州戚墅堰污水处理厂
图1 专利技术在三期的总体应用
图2 一期侧流消氧区
典型应用案例4-天津北塘污水处理厂
图1 专利技术总体应用于北塘污水厂天津A提标改造工程优化运行
图2 推流式好氧池冗余池容按消氧池模式运行
典型应用案例5-天津经开区西区污水处理厂
图1 专利技术部分应用于天津西区污水厂天津A提标改造工程优化运行
图2 原厌氧池按消氧池模式运行
典型应用案例6-山西正阳污水处理厂
图1 三期推流式好氧池第四廊道按消氧池模式运行
图2 三期后缺氧池（HRT 3h）按内源反硝化池模式运行
