本發(fā)明專利創(chuàng)新提出并有機(jī)集成了回流污泥內(nèi)源反硝化池、內(nèi)回流點(diǎn)前置消氧區(qū)、反硝化除磷工程強(qiáng)化、過渡區(qū)設(shè)置等高排放標(biāo)準(zhǔn)污水處理精細(xì)化管理技術(shù)，其中的內(nèi)回流點(diǎn)前置消氧區(qū)單元技術(shù)屬于原創(chuàng)性基礎(chǔ)型專利技術(shù)。

其中的回流污泥內(nèi)源反硝化池，是對(duì)傳統(tǒng)預(yù)缺氧池工藝的改進(jìn)。傳統(tǒng)預(yù)缺氧池的設(shè)計(jì)水力停留時(shí)間一般為0.5～1 h，利用10%～30%進(jìn)水作為預(yù)缺氧池反硝化脫氮所需碳源，一定程度上降低了后續(xù)脫氮除磷可利用的碳源量；而回流污泥內(nèi)源反硝化池的設(shè)計(jì)水力停留時(shí)間為1.5～3 h，利用較長(zhǎng)設(shè)計(jì)水力停留時(shí)間下回流污泥內(nèi)碳源代謝去除回流污泥中的硝酸鹽，實(shí)現(xiàn)污泥內(nèi)碳源的高效利用并強(qiáng)化脫氮除磷，降低外碳源投加成本。

內(nèi)回流點(diǎn)前置消氧區(qū)，以設(shè)計(jì)運(yùn)行簡(jiǎn)便和運(yùn)行效果穩(wěn)定為原則，通過在傳統(tǒng)好氧池末端設(shè)置設(shè)計(jì)水力停留時(shí)間為1 h的特定功能區(qū)，并將混合液內(nèi)回流點(diǎn)設(shè)置由傳統(tǒng)的好氧池末端改至其末端，利用最不利條件下污泥內(nèi)碳源的生物氧化反應(yīng)，去除傳統(tǒng)好氧池出水混合液DO，消除內(nèi)回流混合液DO對(duì)缺氧池反硝化的不利影響，屬于污水強(qiáng)化脫氮除磷范疇，但相關(guān)設(shè)計(jì)思路未見報(bào)道，屬于原創(chuàng)性專利技術(shù)。該專利技術(shù)可在不新增占地、不改變傳統(tǒng)工藝設(shè)計(jì)總體思路、不過多增加工程投資的情況下，實(shí)現(xiàn)內(nèi)回流混合液DO的控制，可確保真正意義上實(shí)現(xiàn)缺氧池“缺氧”，避免內(nèi)回流混合液DO導(dǎo)致碳源無效損耗，明顯提高系統(tǒng)脫氮效能，有效解決我國低碳氮比城鎮(zhèn)污水處理系統(tǒng)的總氮穩(wěn)定達(dá)標(biāo)難題，并顯著降低外碳源投加成本。

反硝化除磷工程強(qiáng)化技術(shù)，是在原有反硝化除磷基本理論的基礎(chǔ)上，結(jié)合工程實(shí)際進(jìn)行的工程性強(qiáng)化，通過對(duì)傳統(tǒng)缺氧池內(nèi)相關(guān)化學(xué)反應(yīng)及其交互影響分析，結(jié)合反硝化除磷基本原理，提出了反硝化除磷的工程強(qiáng)化措施，解決了反硝化除磷工藝工程應(yīng)用問題，并結(jié)合本專利的回流污泥內(nèi)源反硝化、內(nèi)回流點(diǎn)前置消氧區(qū)的實(shí)施，有效強(qiáng)化了反硝化除磷的工程條件，實(shí)現(xiàn)了工程層面的“一碳兩用”，可在一定程度上解決我國高排放標(biāo)準(zhǔn)污水處理系統(tǒng)的進(jìn)水碳源不足難題。

過渡區(qū)設(shè)置技術(shù)，是基于強(qiáng)化脫氮和節(jié)能降耗，通過環(huán)溝型溝道設(shè)計(jì)理念，對(duì)現(xiàn)有過渡區(qū)設(shè)置方式和運(yùn)行模式的改進(jìn)，實(shí)現(xiàn)水力學(xué)作用下的混合液回流，可有效解決我國城鎮(zhèn)污水處理廠回流系統(tǒng)的高能耗問題。

本發(fā)明專利目前已成功應(yīng)用于太湖流域典型城市污水處理廠，并推廣應(yīng)用于海河流域典型工業(yè)帶污水處理廠，除了應(yīng)用于城市污水處理及工業(yè)帶污水處理，還可應(yīng)用于村鎮(zhèn)污水處理、黑臭水體點(diǎn)源污水治理、垃圾滲濾液處理等領(lǐng)域，通過技術(shù)培訓(xùn)、主題報(bào)告、指南編制、標(biāo)準(zhǔn)修訂、發(fā)表論文、微信公眾號(hào)、QQ群等方式，目前該專利已得到了行業(yè)專業(yè)技術(shù)人員的高度認(rèn)可，應(yīng)用領(lǐng)域和范圍將更廣。

本發(fā)明專利已成功示范應(yīng)用于常州清潭污水廠一級(jí)A提標(biāo)改造工程（1.5萬m3/d）和江邊污水廠三期（10萬m3/d）優(yōu)化運(yùn)行，長(zhǎng)期運(yùn)行實(shí)踐表明，工程應(yīng)用效果良好，對(duì)保障出水TN穩(wěn)定達(dá)標(biāo)發(fā)揮了重要支撐作用，同時(shí)節(jié)能降耗效果顯著。其中回流污泥內(nèi)源反硝化池有效解決了回流污泥NO3--N對(duì)厭氧釋磷的影響，提升了生物系統(tǒng)的除磷效率，同時(shí)實(shí)現(xiàn)了3～5 mg/L的TN去除增量；內(nèi)回流點(diǎn)前置消氧區(qū)使缺氧池真正意義上實(shí)現(xiàn)了 “缺氧”環(huán)境，避免了3～6 mg/L的碳源（以BOD計(jì)）無效損耗量，實(shí)現(xiàn)了1～2 mg/L甚至更高的NO3--N去除增量；反硝化除磷工程強(qiáng)化技術(shù)使缺氧池實(shí)現(xiàn)了2.95 mg/L的磷酸鹽下降量；過渡區(qū)設(shè)置增加了工藝調(diào)控的靈活性，缺氧模式下過渡區(qū)實(shí)現(xiàn)了約1 mg/L的TN去除增量，同時(shí)混合液內(nèi)回流系統(tǒng)能耗下降約33%。

圖1 常州清潭污水處理廠回流污泥內(nèi)源反硝化池

圖2 清潭污水處理廠反硝化除磷工程強(qiáng)化區(qū)

圖3 江邊污水處理廠三期回流污泥內(nèi)源反硝化池

圖4 江邊污水處理廠三期內(nèi)回流點(diǎn)前置消氧區(qū)

圖5 江邊污水處理廠三期反硝化除磷工程強(qiáng)化區(qū)

以本發(fā)明專利為核心技術(shù)，通過與常州市城市排水有限公司等單位合作，首次將長(zhǎng)水力停留時(shí)間（3.2 h）、無進(jìn)水的回流污泥內(nèi)源反硝化池成功示范應(yīng)用于常州清潭污水處理廠一級(jí)A提標(biāo)改造工程（1.5萬m3/d），并推廣應(yīng)用于常州江邊污水處理廠三期（10萬m3/d）、戚墅堰污水處理廠三期（4.5萬m3/d）、天津北塘污水處理廠（15萬m3/d）等工程；將內(nèi)回流點(diǎn)前置消氧區(qū)工藝成功示范應(yīng)用于常州江邊三期，并推廣應(yīng)用于戚墅堰污水處理廠（9.5萬m3/d）、無錫蘆村污水處理廠（30萬m3/d）、天津經(jīng)濟(jì)技術(shù)開發(fā)區(qū)西區(qū)污水處理廠（5萬m3/d）、天津北塘污水處理廠等工程；將反硝化除磷工程強(qiáng)化技術(shù)成功應(yīng)用于清潭一級(jí)A提標(biāo)改造工程和江邊三期優(yōu)化運(yùn)行，并推廣應(yīng)用于無錫蘆村污水處理廠、天津北塘污水處理廠等工程；將過渡區(qū)設(shè)置技術(shù)成功應(yīng)用于江邊污水廠三期工程。

（1）提高碳源利用效率。將回流污泥內(nèi)源反硝化、內(nèi)回流點(diǎn)前置消氧區(qū)、反硝化除磷工程強(qiáng)化等精細(xì)化管理技術(shù)有機(jī)集成，可有效解決當(dāng)前高排放標(biāo)準(zhǔn)污水處理系統(tǒng)運(yùn)行中的碳源無效損耗及污泥內(nèi)碳源利用水平低的問題，明顯提高系統(tǒng)碳源利用效率。

（2）強(qiáng)化生物脫氮除磷。通過實(shí)施本發(fā)明專利，碳源利用效率明顯提高，進(jìn)而可顯著強(qiáng)化工藝系統(tǒng)生物脫氮除磷效能，脫氮效能至少可提升6 mg/L，生物除磷效能可提升1 mg/L。

（3）節(jié)能降耗效果顯著。在降低藥耗方面，外碳源投加量至少可降低24 mg/L COD；在節(jié)能方面，由于反硝化除磷與混合液水力循環(huán)的充分利用，曝氣能耗和內(nèi)回流系統(tǒng)能耗可分別下降15%和33%。

（4）實(shí)用性和可操作性強(qiáng)。可緩解當(dāng)前我國高排放標(biāo)準(zhǔn)污水處理系統(tǒng)進(jìn)水碳源普遍不足的現(xiàn)實(shí)問題，并且工程設(shè)計(jì)與運(yùn)行控制方法簡(jiǎn)單，易于工程實(shí)施。

通過與常州市城市排水有限公司的長(zhǎng)期成果轉(zhuǎn)化合作，主要以其下屬的清潭污水處理廠、江邊污水處理廠三期、戚墅堰污水處理廠作為成果應(yīng)用驗(yàn)證和宣傳平臺(tái)開展工程驗(yàn)證和技術(shù)推廣，本專利技術(shù)已經(jīng)獲得了業(yè)界的普遍認(rèn)可和高度評(píng)價(jià)，尤其其中的內(nèi)回流點(diǎn)前置消氧區(qū)和回流污泥內(nèi)源反硝化池精細(xì)化技術(shù)，在工程應(yīng)用之初，行業(yè)權(quán)威技術(shù)專家即給予了高度評(píng)價(jià)與認(rèn)可，目前已推廣應(yīng)用于進(jìn)水碳源更加缺乏的海河流域工業(yè)帶污水處理廠。

為保護(hù)本發(fā)明專利，通過系列相關(guān)專利申請(qǐng)（見下表1），對(duì)本專利包含的消氧區(qū)等關(guān)鍵技術(shù)的設(shè)置模式及其與多種污水處理工藝的耦合方式進(jìn)行保護(hù)。

表1 基于專利保護(hù)的系列相關(guān)申請(qǐng)專利信息表

本專利技術(shù)在常州市城市排水有限公司下屬三座典型城市污水處理廠清潭廠（1.5萬m3/d）、江邊三期（10萬m3/d）、戚墅堰三期（4.5萬m3/d）的工程實(shí)施實(shí)踐表明，其節(jié)能降耗效果顯著，以降低碳源投加量為例，與實(shí)施前相比，因碳源利用效率的提高，外碳源乙酸（含量98%）投加量可降低24 mg/L COD，碳源乙酸市場(chǎng)價(jià)格按4000元/噸計(jì)，折合萬噸水碳源投加成本可節(jié)約960元，核算公司下屬三座城市污水處理廠碳源投加成本可節(jié)約553萬元/年，隨著本專利技術(shù)在我國低碳氮比高排放標(biāo)準(zhǔn)城鎮(zhèn)污水處理廠及工業(yè)帶污水處理廠的推廣應(yīng)用，經(jīng)濟(jì)、社會(huì)效益將更加顯著。

圖6 戚墅堰污水處理廠三期專利技術(shù)應(yīng)用

本發(fā)明專利主要用于我國低碳氮比污水的強(qiáng)化脫氮除磷，通過將內(nèi)回流點(diǎn)前置消氧區(qū)、回流污泥內(nèi)源反硝化池、反硝化除磷工程強(qiáng)化技術(shù)等精細(xì)化管理技術(shù)有機(jī)集成，系統(tǒng)解決了當(dāng)前高排放標(biāo)準(zhǔn)污水處理廠運(yùn)行中普遍存在的碳源無效損耗、內(nèi)碳源未得到充分利用、生物脫氮除磷效能較低、能耗物耗較高等共性問題，可為當(dāng)前高排放標(biāo)準(zhǔn)污水處理廠的精細(xì)化設(shè)計(jì)與運(yùn)行提供新思路，并且針對(duì)性、實(shí)用性、可操作性強(qiáng)，可廣泛應(yīng)用于城市污水處理、村鎮(zhèn)污水處理、工業(yè)廢水處理、黑臭水體點(diǎn)源污水治理、垃圾滲濾液處理等領(lǐng)域，推廣應(yīng)用前景廣闊。

本發(fā)明專利包含的關(guān)鍵技術(shù)作為科技獎(jiǎng)申報(bào)成果和發(fā)表論文的重要內(nèi)容，獲得獎(jiǎng)勵(lì)如下：

（1）“常州城市污水處理廠提標(biāo)改造與優(yōu)化運(yùn)行成套技術(shù)研究與應(yīng)用”項(xiàng)目，獲2017年度華夏建設(shè)科學(xué)技術(shù)三等獎(jiǎng)，華夏建設(shè)科學(xué)技術(shù)獎(jiǎng)勵(lì)委員會(huì)；

（2）“清潭污水處理廠一級(jí)A提標(biāo)改造技術(shù)研究與示范”項(xiàng)目，獲2012年度常州市科學(xué)技術(shù)二等獎(jiǎng)，常州市人民政府；

（3）“內(nèi)回流混合液DO對(duì)缺氧池脫氮的影響及控制方法”論文，獲2016年“蘇伊士?jī)?yōu)秀論文獎(jiǎng)”特等獎(jiǎng)，《中國給水排水》雜志社；

（4）“清潭污水處理廠一級(jí)A提標(biāo)改造工程脫氮除磷特性分析”論文，獲2015年“沃德杯”第五屆《給水排水》優(yōu)秀論文優(yōu)秀獎(jiǎng)，《給水排水》雜志社；

（5）“常州清潭污水處理廠出水達(dá)標(biāo)難度分析與改造方案研究”論文，獲2010年“旭化成水環(huán)保專項(xiàng)基金”水環(huán)保優(yōu)秀論文博士組三等獎(jiǎng)，中國光彩事業(yè)基金會(huì)。