专利名称：一种多段多级AO生物反应池

专利号：ZL201020684396.3

专利类型：实用新型

授权日期：2011年9月14日

专利权人：中国市政工程西北设计研究院有限公司

发明人：孔令勇，刘胜军，马小蕾，石凤

（一）发明创新点

多段多级AO生物反应池，它将生物池依次设置成一级厌氧/好氧区+多级缺氧/好氧区，污水在生物池中依次经历厌氧/好氧、缺氧/好氧、缺氧/好氧……的环境，上一级好氧区的硝化液直接进入下一级缺氧区进行反硝化，无需内回流；采用多段进水方式，按一定比例将污水分别配入厌氧区和各级缺氧区，为聚磷菌和反硝化菌及时提供碳源，同时降低了好氧区的有机负荷，提高了好氧区内硝化菌对异养菌的竞争力；二沉池回流污泥回流到厌氧区，也可部分回流到各级缺氧区，在生物池内创造出由高到低的污泥浓度梯度。多段多级AO生物反应池创造了聚磷菌、硝化菌和反硝化菌各自适宜生长的环境，提高了活性污泥中聚磷菌、硝化菌和反硝化菌的比例和活性，实现高效除磷脱氮。

（1）一级厌氧/好氧除磷＋多级缺氧/好氧脱氮，无内回流设备，除磷脱氮效率高。

生物除磷需要微生物不断经历厌氧和好氧的环境；而生物脱氮则需要经历缺氧和好氧的环境。当前主流的生物除磷脱氮工艺有的在生物池中设置单独的厌氧/缺氧/好氧区（如A2O工艺），导致功能区过大池容浪费；有的通过机械作用使污水在生物池内往复循环（如氧化沟工艺），导致功能区不明显，且能耗过大。多段多级AO除磷脱氮工艺生物池采用一级厌氧/好氧除磷＋多级缺氧/好氧脱氮的功能区设置模式，使污水在生物池中依次经历厌氧/好氧、缺氧/好氧、缺氧/好氧……的环境，创造了聚磷菌、硝化菌和反硝化菌各自适宜生长的环境，提高了除磷脱氮效率。在连续缺氧/好氧的环境下，上一级的硝化液全部进入下一级进行反硝化，无需内回流，便可达到较高的脱氮率，节能效果明显。

（2）污水分段配入厌氧区和各级缺氧区，有效利用碳源，提高污泥浓度并形成污泥浓度梯度。

污水中的有机物（常以BOD和COD两项指标表示）本身既是一种水体污染物，又是生物除磷和脱氮过程中必需的营养物质。多段多级AO除磷脱氮工艺将污水分段配入厌氧段和缺氧段的首端，为释磷反应和反硝化反应提供必要的碳源，既为除磷脱氮提供了条件，又减少了对氧的需求；污水分段配入，污泥全部进入生物池首端，可以在生物池中形成由高到低的污泥浓度梯度，使生物池中平均污泥浓度高，有利于污染物的去除。

（3）专利池型设计，并在厌/缺氧区采用水力混合搅拌技术

在新建污水处理厂项目中，生物池采用专利池型设计，有利于保障厌氧、缺氧环境，有效减少了生物池管路和仪表的使用数量，降低工程投资。在没有底部曝气的厌氧区和缺氧区，为保证污水、污泥的混合效果，传统的工程做法是设置水下搅拌器，依靠机械动力，加强生物池中的紊流状态；而在多段多级AO除磷脱氮工艺的新建和改造工程项目中，充分利用污水在生物池中的位能，采用水力混合搅拌的方式使厌氧区和缺氧区中的微生物和污水充分混合接触，降低了污水的处理成本和设备的运行维护费用。

（二）应用领域和范围

多段多级AO生物反应池主要用于实现对城市污水中碳、氮、磷污染物的去除，目前主要应用在大中型城市污水处理厂的新建和改造项目。

（三）实施效果

多段多级AO生物反应池，采用特有的池型设计，将污水处理工艺布局与土建结构设计有机结合起来，污水通过进水渠分多段进入生物池内厌氧区和缺氧区，来自二沉池的回流污泥通过回流污泥渠进入厌氧区，污水和回流污泥通过水力混合导流板，利用水力混合搅拌作用替代传统的机械搅拌设备，形成分段混合整体推流式的水力流态，好氧区设置的曝气系统同时具备多级渐减曝气的系统特征，作为导流墙的隔墙与生物反应池壁形成整体水力流态系统。具有工艺布局合理、水流顺畅、土建结构小、处理效率高、使用成本低等优点，改善了池体结构受力条件，提高结构安全性，方便运行管理，降低基建投资和运行维护费用。

（四）产业化及市场应用情况

目前，多段多级AO生物反应池已在云南、安徽、山东、天津、陕西、新疆、内蒙、甘肃、河南、河北、广东、四川、辽宁等地多个大中型污水处理厂的新建和改造工程中进行成功应用，总规模达214.1×104m3/d。

（五）技术优势

(1) 污泥浓度高

污水分多段进入生物池的厌氧区和各级缺氧区，二沉池回流污泥回流到厌氧区，或部分回流到各级缺氧区，在生物池内形成由高到低的污泥浓度梯度，生物池内平均污泥浓度高，强化了除磷脱氮效果。其出水污泥浓度与传统活性污泥法工艺相同，在提高生物量的同时并不增加二沉池的固体负荷。

(2) 工程投资省

由于多段多级AO生物反应池的平均污泥浓度高，生物总量大，因此该工艺较其它工艺在同等条件下，所需生物池容积更小，节省占地面积，降低工程投资。

(3) 脱氮效率高

污水在生物池中依次经历厌氧/好氧、缺氧/好氧、缺氧/好氧……的环境，上一级好氧区的硝化液直接进入下一级缺氧区进行反硝化；采用多段进水方式，按一定比例将污水分别配入厌氧区和各级缺氧区，为聚磷菌和反硝化菌及时提供碳源，且降低了好氧区的有机负荷。因此，创造了聚磷菌、硝化菌和反硝化菌各自适宜生长的环境，提高了活性污泥中聚磷菌、硝化菌和反硝化菌的比例和活性，实现高效除磷脱氮。

(4) 污泥产量低

多段多级AO生物反应池可通过多级AO交替的运行方式，且通过多段配水形成较高的污泥浓度，实现污泥减量。

① 采用多级AO交替的运行方式，是基于代谢解偶联理论实现污泥减量的。由于污泥交替处于厌(缺)氧、好氧的环境，使得微生物在好氧阶段获得的部分ATP不能立即用于合成新的细胞，而是在下一个厌(缺)氧段作为维持细胞生命活动的能量被消耗。微生物分解和合成代谢相对分离，而不像通常条件下紧密偶联，这就是所谓的代谢解偶联。由于代谢过程中产生的部分能量没有被用于微生物的好氧生长，降低了微生物的总表观产率系数，从而达到了污泥减量的效果。

② 控制生物池的高污泥浓度，使得污染物有机负荷较低，污泥中微生物的种群数量、比例和性质发生变化，污泥沉降性能好，剩余污泥量少。

(5) 运行成本低

多段多级AO生物池内上一级好氧区的硝化液直接进入下一级缺氧区进行反硝化，无需内回流，可省去内回流设备及其运行费用。

多段多级AO生物反应池采用特定的生物池池型，在厌氧区和各级缺氧区采用水力混合搅拌系统，设有若干块生物导流板，生物导流板上下交替且按一定间距设置，使污水在整个流程上形成“上下折返+水平推流”，可实现导流混合搅拌的功能，代替传统AAO工艺中的搅拌器，节省运行及维护费用。

（六）专利运用及保护

制定知识产权及科技成果推广运用的相关规定，引入奖励机制，鼓励在公司内部负责的咨询、设计及运营项目中，采用具有自主知识产权的科研成果、专利技术。

按照国家相关法律法规，提高公司专利技术含量和知识产权保护价值，积极申报发明专利，合理合法的保护本公司专利技术。

（七）效益分析

多段多级AO生物反应池在节能降耗方面具有明显的优势。

（1）节省内回流设备的运行电耗

多段多级AO生物池内上一级好氧区的硝化液直接进入下一级缺氧区进行反硝化，无需内回流，与常规工艺相比，可省去内回流设备及其运行电耗。

根据多段多级AO除磷脱氮工艺及传统A2O工艺的脱氮公式可知，假设多段多级AO生物池进水分为4段，污泥回流比为80%，其理论脱氮率为86.1%，而要达到同样的脱氮率，传统A2O工艺除了80%的污泥回流外，至少还需要539%的混合液内回流，每日运行将消耗大量的能耗。多段多级AO除磷脱氮工艺将完全省去这些内回流能耗。

（2）降低污泥处理量

多段多级AO除磷脱氮工艺由于采用分段进水，可以使生物池内形成较高的污泥浓度，及其多级AO交替的运行方式，都会促使污泥减量的发生。多段多级AO除磷脱氮工艺通过降低污泥产量，从根本上降低了污泥处理、处置过程中产生的能耗，达到节能降耗的目的。

工程实践中证实，多段多级AO除磷脱氮工艺节能降耗效果显著，混合液内回流泵吨水运行费用比AAO工艺可节省100.0%，剩余污泥泵吨水运行费用可节省42.8%，污泥浓缩药剂费可节省25.2%，污泥脱水药剂费可节省25.3%，总的吨水运行费用比AAO工艺可节省51.7%。

（八）应用前景

随着国家对污水氮磷排放标准的不断提高，污水除磷脱氮处理新工艺的研究、开发和工程应用愈来愈受到业内的重视，特别是节能减排的新工艺、新技术，对国内外专家及相关企业更加具有吸引力。多段多级AO生物反应池具有污泥浓度高、反应池容小、脱氮效率高、污泥产量低、工程投资少和运行成本低等优点，是一种实现污水“出水高标准、运行低能耗”的高效处理技术，在保护环境、节约能源、促进可持续发展方面可以发挥巨大的作用，具有良好的环境、经济、社会效益，在国内外工程应用中已经展现出广阔的前景，尤其对于除磷脱氮要求日益提高的今天更具实际意义。

（九）获奖情况

1.“多段多级AO除磷脱氮工艺在污水处理中的研究与应用”获2019年度环境技术进步奖二等奖

2.“多段多级AO除磷脱氮反应系统”获2011年度中国建筑优秀专利奖

3.多段多级AO除磷脱氮工艺获第八届甘肃省职工优秀技术创新成果三等奖

4.“一种多段多级AO生物反应池”获甘肃省专利奖三等奖

5.云南省曲靖市污水处理厂二期改建工程获2011年度全国优秀工程勘察设计行业奖市政公用工程二等奖

6.云南省曲靖市污水处理厂二期改建工程获2009-2010年度中国建筑优秀勘察设计（市政工程）一等奖

7.西安市第二污水处理厂（北石桥污水处理厂）升级改造工程获2014年度甘肃省优秀工程咨询成果一等奖

8.山东省泰安市第二污水处理厂扩建及升级改造工程获2015年度甘肃省优秀工程咨询成果二等奖

9.山东省泰安市第二污水处理厂扩建及升级改造工程获2017年度甘肃省优秀工程勘察设计三等奖