专利名称：一体化短流程高效除磷脱氮污水处理系统及处理工艺

专利权人：中国市政工程华北设计研究总院有限公司、江苏一环集团有限公司

发明人：孙永利 李鹏峰 郑兴灿 颜秀勤 张秀华 殷益明 杨超

专利号：ZL 2.3

授权时间：2016年3月23日

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发明创新点

近年来，我国城镇污水处理事业快速发展，而中小城镇污水处理事业发展严重滞后，存在污水处理适用技术严重匮乏、工程建设和运行维护资金不足、运行团队业务水平普遍低下、市场化运作能力不足、系列化成套设备严重紧缺等一系列问题。

本发明基于我国小城镇进水水质水量波动性强的特点，设置兼具沉砂作用的进水调节池，并考虑在冬季低温条件下增设太阳能水循环系统等加温装置；基于我国小城镇发展水平和运行维护方便等要求，创新提出立体组合平板式拦污格栅，仅通过一次水力提升，即可完成细格栅和超细格栅的过滤作用，并同时实现栅渣的脱水；基于我国小城镇的来水水质水量波动强、技术人员匮乏、运行维护能力不足、急需装置具备自运行能力等情况，通过单沟道氧化沟系统，在其内部设置笼式填料系统和兼具二沉池功能的MBR系统等工艺创新，可有效缓冲进水水质水量冲击，缓解冬季低温时的硝化能力下降影响，充分考虑膜组件故障时的连续运行要求，确保污水处理厂稳定达标排放。

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应用领域和范围

属于污水处理技术领域，适用于我国村镇地区小规模污水处理。

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实施效果

目前，采用本专利技术研发的小规模污水处理成套装备已在江苏常州、天津静海、浙江嘉兴、陕西西安等地得到了工程应用，应用过程中实现了以下目标：

1、针对我国小城镇污水水质水量波动性较强昼夜变化大的特征，采用兼具沉砂效果的进水调节池，缓冲水质水量波动同时，通过曝气旋流实现沉砂除砂效果，在冬季低温条件下，可考虑太阳能水循环系统等加温措施。

2、采用立体组合平板式拦污格栅，细格栅和超细格栅层叠设置，中部通过法兰连接，减少了常规格栅渠道设置的需求；格栅栅板采用孔板结构，实现颗粒物和缠绕物的全拦截，其中上部格栅采用5～8 mm孔板，下部格栅采用1～2 mm孔板，通过一台设备实现各种类型格栅的全拦截。

3、采用笼式填料系统，填充率和设置点可灵活调整，并可通过预挂膜模式实现填料系统的快速启动，同时将悬浮填料填充在一个笼子里，减少对设备、仪表的磨损。

4、采用兼具二沉池功能的MBR系统，在膜组件故障或更换时，可按二沉池模式运行，实现故障下的装置不间断运行目标，膜组件底部有穿孔曝气系统，按间歇模式运行，实现对膜表面水力冲刷作用，停曝时，通过系统的预沉淀作用实现膜组件的低污泥浓度出水，减轻对膜组件的磨损，提高MBR系统寿命。

5、小规模污水处理成套装备集成了以上功能区模块特点，系统运行稳定，出水可达到一级A、一级B或地方排放标准。

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产业化及市场应用情况

依托国家科技支撑课题“模块化整体式自运行污水处理系统研发及集成应用”（），课题承担单位中国市政工程华北设计研究总院有限公司采用本专利技术研发了小规模污水处理成套装备。为实现装备的产业化、规范化和标准化，课题参加单位江苏一环集团有限公司（大型污水处理设备制造加工企业）对生产车间、仓库进行了改扩建，购置了相关生产设备104台/套，形成年产50台/套的生产线，并制定3项相关企业标准（已在相关部门备案）。

目前，本专利技术已成功应用于小城镇污水处理领域。小规模污水处理成套装备在江苏常州、天津静海、浙江嘉兴、陕西西安等地得到了示范应用。结果表明，系统运行稳定，出水可满足一级A、一级B或地方标准等排放要求，同时实现了污水处理装备安装简便、施工周期短、占地面积小、投资和运行费用节省的目标。

图1 常州模块化装备应用示范

图2 天津静海惠丰中村污水处理工程应用示范

图3 嘉兴乌桥村污水处理工程应用示范

图4 陕西西安应用示范

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技术优势

中国市政工程华北设计研究总院有限公司及下属的城市环境研究院作为国家级污水处理行业领军企业和具有国际影响力的国家级污水处理工程技术研究中心，利用自身优势，将创新研发的污水处理技术快速实现工程应用和产业化推广，将新研发技术在工程实践中不断完善和发展，形成了一条污水处理技术产、学、研、用全流程开发模式和推广路径，大大缩短了创新技术理念到实际工程化应用的周期，有效提高了新专利技术的价值体现。

本发明专利技术属于基础型原创技术，中国市政工程华北设计研究总院有限公司及下属的城市环境研究院，通过与江苏一环集团有限公司强强合作，迅速将本发明专利技术率先应用于江苏常州、天津静海、浙江嘉兴、陕西西安等小规模污水处理工程。通过本专利技术的应用，有效改善了污水直排导致的环境问题，提高了村镇居民生活质量，得到了用户单位的普遍认可和高度评价，为本专利技术的广泛推广应用积累了工程案例推广和工程实施经验。

本专利技术通过创新提出兼具沉砂功能的调节池、立体组合平板式拦污格栅、配套笼式填料系统和兼具二沉池功能的MBR系统等新理念、新工艺，在生物系统总停留时间不足8小时的情况下，实现了出水一级A达标排放，同时使污水处理系统占地面积减小20%以上，并相应减少了动力能耗。

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专利运用及保护

本发明专利是基础型原始创新技术，为加强专利的管理和保护，中国市政工程华北设计研究总院有限公司及下属城市环境研究院制定了严格的专利技术管理制度，对专利申请、维护、使用和保护等作出了严格的规定，公司指定专人负责专利管理和维护工作，并授权公司法律顾问负责指导、监督和维护专利实施，以及专利维权等工作。

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效益分析

与传统氧化沟、A2/O、接触氧化等常规污水处理工艺相比，一体化短流程高效除磷脱氮污水处理系统及处理工艺综合了氧化沟和 A2/O工艺特点，抗冲击能力强，总体停留时间节省1/5～1/4，占地节省20%以上，工程造价节省20%～40%，系统出水达到一级A排放标准条件下，运行成本降低20%以上，可实现较好的经济效益。

通过应用本专利技术的小规模污水处理成套装备在我国村镇地区的推广应用，可有效改善农村污水直排河道的问题，促进农村水环境质量提升，有利于提高居民生活质量，满足居民日益增长的美好生活需求，从而实现良好的环境和社会效益。

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应用前景

随着我国城市级污水处理设施覆盖率的几近饱和，县级地区污水处理设施覆盖面的大大提高，生活污水处理的重点开始转向镇乡村地区。2012年，我国村镇污水处理率仅为8%，而当时城镇污水处理率达87%。随着我国生态建设和环境保护力度的加大，村镇污染治理力度也在不断加强，生态环境部、财政部、住建部都在积极推进农村环境综合整治。据研究估算，2035年我国农村生活污水处理市场规模将超2000亿元，万吨级特别是千吨级以下的污水处理设施有巨大需求。

针对此市场需求，采用本专利技术研发的小规模污水处理成套装备，不同于此前已有的应用于单户或几户人家的分散式处理设备，而是目前市场上较缺乏的处理量在50～/d的成套设备，并形成了规范的一体化或模块化的设施建造模式，适用于镇乡村及独立片区等“小集中、大分散”区域生活污水的处理与利用，符合“小城镇、大战略”和“扎实推进社会主义新农村建设”的国家发展战略需求。

该成套装备能够有效应对我国村镇地区污水水质水量波动大、运行维护专业人员缺乏等问题，无需投加化学药剂，可保证出水水质达到一级或地方排放标准，占地面积小，安装简便，大大降低了建设运行费用，缓解了村镇地区污水处理设施运行资金压力。不仅可有效改善我国农村地区水环境质量，还有利于促进全社会的可持续发展，在当前和未来我国村镇地区污水处理、节能降耗要求逐步规范和严格的背景下，本专利具有广泛的推广应用前景。

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获奖情况

作为国家科技支撑计划课题“模块化整体式自运行污水处理系统研发及集成应用”的重要研究成果，获2018年度中国建设科技集团股份有限公司科技进步一等奖。