专利名称：侧面配水MBR膜生物反应池

专利号：ZL2013 1 0477016.7

专利类型：发明专利

授权日期：2014年10月15日

专利权人：上海市城市建设设计研究总院（集团）有限公司

发明人：张显忠

（一）发明创新点

随着污水处理工艺的复杂化，污水处理的设备也越来越多，占地面积越来越大。在很多城市，土地已经成为各种设施发展的瓶颈，加上地下污水厂的大力推广，很多设备和技术因为占地面积过大而无法被实施。逐渐多的项目推出了处理效果好的、出水稳定、占地小的MBR膜工艺，但很多工程案例没有将膜池设计发挥系统功能，从配水、出水、污泥回流、膜清洗、剩余污泥排放、设备间布置等各方面没有系统整合。

因此，本领域的技术人员致力于开发一种占地紧凑、能耗低的侧向配水MBR膜生物反应池及设备间。

本发明提供的侧向配水MBR膜生物反应池不仅能使膜组件设备与池型紧密结合，该池型布置实现了膜池集中配水、集中回流、集中出水、集中气洗反洗，可实现侧向渠道配水，降低水头损失、减小能耗、易于管理运行、提高生反池污泥浓度、混合液回流方便、出水水质好、产泥少、节约用地、运行管理更方便等特点。膜池进水处的整流设施设计，更好地实现了单池均匀进水，对膜影响减少道最低，内回流渠道的中间集中布置，更利于起到预缺氧池的作用及回流。此外，实现了膜池设备间与膜池的一体化布置，更利于膜池运行维护管理，减少设备投资及占地，有助于大力推广应用。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：由进水渠道、进水闸门、MBR膜池、空气管、出水管、水泵、鼓风机、加药设施等组成。污水经过MBR膜过滤后，出水进入清水池。

（二）应用领域和范围

膜生物反应器（简称MBR）工艺是污水处理中重要的工艺技术路线之一，具有污染物去除效率高、耐冲击负荷强、出水水质好和占地面积省等诸多优势，在当前推进“污水资源化利用”和“城市节水”政策背景下，MBR工艺的优势将会进一步增强，具有非常好的应用前景。另一方面，MBR工艺投资成本较高、运行能耗较高、膜使用寿命较短等传统痛点，随着近些年来膜价格的显著下降以及膜材料和膜应用取得重大技术进步而发生了明显的改观。

自20世纪90年代早期MBR引入中国，经过20余年膜材料和膜技术的攻关与研发，目前我国投入运行的MBR系统累计处理能力已超过1400万m³/d。在应用规模不断扩大、市场不断扩张的同时，新型膜材料制备、反应器效能优化、工艺组合等研究也为MBR的工艺创新提供了诸多新的思路，进一步推进了MBR的整体节能降耗与效能提升。

在当前“双碳”背景之下，要实现MBR工艺污水处理厂的节能运行，关键在于降低MBR系统的运行能耗。随着MBR膜技术的整体进步，相关的标准和规范也对MBR膜相关的设计参数做了相应调整或新增规定，更科学的反映行业的现实水平。而在MBR工艺污水处理厂的工程设计中，设计的不合理池型布局等，造成工程投资和运行成本均过高。

考虑到污水处理的占地集约化及地埋式污水厂的推广、排放标准的提高以及回用水的要求出发，膜分离技术将成为部分市政污水处理及工业废水处理方法的发展趋势，工业废水通常污染物成分复杂，处理难度大，且存在较高的排放要求和回用需求，膜分离技术为工业废水处理提供了关键的技术支撑。现在有越来越多的机构投入了膜技术的使用和推广，为众多的企业带来了较为显著的经济效益、社会效益和环境效益。

工艺应用广泛：通过优化设计方案，推进膜法污水处理工艺的节能降耗，解决城镇污水处理达标排放及回用。

（三）实施效果

目前本专利成果已实现成果转化，相关技术成果已推广至上海、江苏、浙江、广东、内蒙古、安徽、河南、陕西、湖北等多座市政污水处理厂及工业园区污水处理厂。大大节约了占地、减少了工程建设周期及费用，也产生了良好的社会效益、环境效益与经济效益，该技术的开发与应用也更适合生态园林型、环境友好型、技术改进型、标准型等不同要求的城镇污水处理厂建设。

（四）产业化及市场应用情况

根据住建部公布的《2020年城乡建设统计年鉴》，截至2020年，全国城市污水处理厂2618座，处理能力为19267万m³/d，污水年排放量5713633万m³，污水年处理量为5572782万m³，污水日处理量为19267万m³/d。城市污水处理率为97.53%，城市污水处理厂集中处理处理率为95.78%。2020年，全国城市市政再生水生产能力为6095.16万m³/d，市政再生水利用量为1353832.24万m³。截至2020年，全国县城污水处理厂1708座，污水处理率为95.05%；全国县城污水处理年排放量103.76亿m³，污水处理能力3770万m³/d，年污水处理总量98.62亿m³。2020年，全国县城排水设施建设设施固定资产投资560.91亿元，污水处理及再生利用建设设施固定资产投资306.2亿元。2020年，全国建制镇污水处理率为60.98%，污水处理厂集中处理率为52.14%。

根据相关预测，到2025年城镇污水处理能力将进一步提高达到26295.8万m³/d，要达到“水十条”提出的水环境治理目标，需要新增污水处理量约2~4亿m³处理量，要增加处理能力是现有处理设施的一倍以上。2021年6月，国家发展改革委联合住房城乡建设部印发《“十四五”城镇污水处理及资源化利用发展规划》。“十四五”期间新增污水处理能力2000万m³/d。

因此，结合城镇污水处理等方面有着巨大的市场需求，总结出性能稳定、工艺组合灵活、较为完整的有效解决方案，在水环境治理及长江大保护项目中获得更广泛应用，具有很好的社会价值和经济价值。目前，本项目的技术发明已在多座污水处理厂工程中得到应用，工程应用累积规模超过100万m³/d，取得了良好的社会效益和经济效益。 

（五）技术优势

项目开发的侧向配水MBR膜生物反应池，不仅能使膜组件设备与池型紧密结合，该池型布置实现了膜池集中配水、集中回流、集中出水、集中气洗反洗，可实现侧向渠道配水，降低水头损失、减小能耗、易于管理运行、提高生反池污泥浓度、混合液回流方便、出水水质好、产泥少、节约用地、运行管理更方便等特点。膜池进水处的整流设施设计，更好地实现了单池均匀进水，对膜影响减少道最低，内回流渠道的中间集中布置，更利于起到预缺氧池的作用及回流。此外，实现了膜池设备间与膜池的一体化布置，更利于膜池运行维护管理，减少设备投资及占地，有助于膜法污水处理工艺的节能降耗与提质增效，大力推广应用改善城镇水环境。

（六）专利运用及保护

该项目的发明成果通过法律对知识产权进行保护（国内有《专利法》）；目前已通过各种渠道推广应用，与多家建设单位、设计单位、水工业网站及环保公司等建立联盟，推广此项发明技术。

（七）效益分析

城镇化在推动经济高速发展的同时，也带来了严重的生态环境问题。随着城镇污水处理建设步伐的加快，该项目发明在该领域的市场份额将近一步扩大，有望创造160亿元的工程效益，大大节约工程建设费用，也将产生巨大的社会效益、环境效益与经济效益，同时该技术的开发与应用也满足不同污水处理标准的要求。

（八）应用前景

自2005年《京都议定书》生效开始，到2020年中国提出“碳中和、碳达峰”目标，碳减排已提升至国家重大战略。污水处理属于能源密集型行业且处理过程中产生大量N₂O温室气体，随着城镇污水处理厂排放标准趋严，我国城镇污水处理行业发展面临碳减排和高标准排放的双重压力。围绕城镇污水处理碳减排和提标排放的技术需求，通过对城镇污水处理实际工程的系统研究，发明了城镇污水高效碳捕捉及碳减排系列新工艺。成果成功在长江流域、巢湖流域等地进行了技术成果应用，研制的新技术与产品已形成规模产业化和应用，构建了基于“技术研发-工程研制-工程应用”的技术创新链和产业集群，为我国城镇污水处理低碳运行的技术进步和产业发展提供了示范引领作用。

（九）获奖情况

《基于膜分离的废水深度处理和资源化关键技术与工程应用》，上海市科技进步奖一等奖，2017.11；

《城镇污水处理碳捕捉与碳排放控制技术及应用》，中国发明协会发明创业奖创新奖一等奖，2021.11；

《地埋式污水处理厂设计关键技术集成研究与应用》，中国城镇供水排水协会科学技术一等奖，2021.12。