专利名称：一种序批式间歇活性污泥反应装置及利用其富集硝化菌和反硝化菌的方法

专利号：ZL201510018432.X

专利类型：发明专利

授权日期：2018年05月01日

专利权人：武汉理工大学

发明人：张倩；李春标；李孟；谭斌

（一）发明创新点

①提供了一种在保证高效脱氮的基础上实现气体减量化的序批式间歇活性污泥反应装置，通过调整微生物种群结构并在此基础上结合相应的吸附材料，保证高效脱氮的同时去除水中的污染物并减少N₂O、NO和NO₂的排放量。

②提出一种利用序批式间歇活性污泥反应装置富集硝化菌和反硝化菌的方法，采用SBR反应器，通过好氧缺氧交替运行的模式创造出有利于多种功能脱氮菌（氨氧化菌、反硝化菌等）定向富集和优势共存的环境，充分发挥硝化菌以及反硝化菌的作用。

（二）应用领域和范围

本发明属于污水处理控制领域。适合处理生活污水、工业废水、养殖废水、重金属有机废水和垃圾渗滤液等。

（三）实施效果

采用序批式间歇活性污泥反应装置，所用废水为实际工程湖北宜昌华强化工生产废水（水质如表1所示），所接种的污泥为该企业污水处理工程运行良好时缺氧区污泥。用乙酸钠和氯化铵作为经驯化后污泥的碳源和氮源。进水NH₄⁺-N为50mg/L；COD为400mg/L；好氧段DO为2.0～2.6mg/L；pH为7.0～7.5。SBR反应器好氧段时间为6h，缺氧段时间为5h，沉淀时间0.5h，进、出水时间均为0.25h，水温为28～30℃。NO、NO₂和N₂O的最大逸出量分别为0.547mg、0.887mg和2.457mg，三种气体总逸出量为3.891mg，N₂O的逸出量占进水TN比例为2.457％；总氮的减少量为74.28mg，缺氧区脱氮率为62.74％，总脱氮率为74.28％。

表1华强废水水质参数表

（四）产业化及市场应用情况

采用上述的专利技术，已经完成了小试、中试及工程项目，目前处于工业化推广阶段。

工程化应用：

①湖北中碧工业园工业废水

本技术在湖北中碧工业园的工业废水处理中进行了提标改造。该公司认为本技术是一种稳定、可靠、经济的去除有机废水的方法。其在应用该技术后，各项出水指标均达到电镀行业最严格的《电镀污染物排放标准》（GB21900-2008）要求，至今该工艺运行稳定，无不达标情况发生。

图1 湖北中碧工业园废水处理工艺

②湖北当阳市德远环境工程有限公司

湖北当阳市德远环境工程有限公司的电镀车间产生大量含重金属的有机工业废水，原处理工艺去除COD的效率较低，且投药量大，经济成本较高。应用本项目对原有处理工艺进行升级改造后，出水中Cu、Ni、Cr等污染物含量均远远低于电镀行业最严格的《电镀污染物排放标准》（GB21900-2008）要求，全年无不达标排放情况发生，同时降低了处理成本。

图2 湖北当阳市德远环境工程有限公司废水处理工艺

（五）技术优势

相比于传统的污水脱氮工艺中N₂O、NO和NO₂减量化控制策略，本技术具有以下优势：

①通过对硝化菌和反硝化菌进行富集培养，充分发挥硝化菌以及反硝化菌的作用从而实现N₂O、NO和NO₂的减量化。

②通过调整微生物种群结构并在此基础上合理调控运行工况从而在保证高效脱氮的基础上实现温室气体的减量化。

③具有工艺流程简单，处理效果稳定，运行简便等优点。

（六）专利运用及保护

本发明保护工艺理念与技术原理、反应器构型配置、工艺参数及控制方法。任何以本发明为基础，解决基本相同的技术问题，或实现基本相同的技术效果所做出的简单变化，等同替换或者修饰等均在本发明的保护范围内。

本发明专利目前已经应用于生活污水、工业废水、养殖废水、重金属有机废水等高效脱氮处理领域，并取得了理想的处理效果。对于其他同类型有机含氮废水处理项目正在推广中。

（七）效益分析

① 社会经济效益

湖北中碧环保科技股份有限公司应用本技术对原有处理工艺进行改造后，吨水运行费用（含电费、药剂费、人工费等）由51.9吨/元下降至27.8元/吨，降耗24.1元/吨；湖北当阳市德远环境工程有限公司应用本工艺对原有处理工艺进行升级改造后，吨水运行费用（含电费、药剂费、人工费等）由38元/吨下降到20.1元/吨，降耗17.9元/吨，当年污水处理规模为400m³/d，年处理天数267d，节支总额达191.17万元。

② 环境效益

本技术环境友好，污泥产生量、N₂O和CO₂等温室气体排放量较少，符合国家“碳达峰、碳中和”的目标，环保效益十分显著。

（八）应用前景

N₂O是一种重要的温室气体，其温室效应约为CO₂的310倍。已有研究表明，污水处理的生物脱氮过程是N₂O的主要来源之一。因此，研究污水生物脱氮过程中N₂O的产生机理，提出有效可行的N₂O减量化控制策略具有积极意义。本发明专利高效经济、适用范围广、控制条件温和、占地小，将有助于带动国内相关行业废水高效处理技术装备的快速发展，具有广阔的产业化前景和推广应用价值。

（九）获奖情况

1. 项目名称：高氨氮复杂成分合成氨工业废水处理的关键技术

获奖时间：2014年

奖励类别：湖北省科技进步奖

获奖等级：一等奖

获奖人：李孟，张斌，张彦卿，史艾华，陈维立，张倩，史娇蓉，吴道森，黄瑾，刘文

2. 项目名称：含高浓度重金属有机废水处理的关键技术与应用研究

获奖时间：2019年

奖励类别：湖北省科技进步奖

获奖等级：三等奖

获奖人：张倩，方宏伟，李肇东，刘明海，王宽

（十）相关论文成果

本专利2015年申请，2018年授权。相关成果已发表SCI一区TOP论文5篇。
[1] Haojin Peng, Yunjie Zhang, Qian Zhang*, Wenli Zhang, Meng Li, Jiapeng Feng, Junhao Su, Jing He, Min Zhong. Control of aeration time in the aniline degrading-bioreactor with the analysis of metagenomic: Aniline degradation and nitrogen metabolism. Bioresource Technology, 2022, 344: 126281.
[2] Junhao Su, Qian Zhang*, Haojin Peng, Jiapeng Feng, Jing He, Yunjie Zhang, Bing Lin, Nanping Wu, Yutong Xiang. Exploring the impact of intensity and duration of Cu (II) depression on aniline-degrading biosystem: Performance, sludge activity and microbial diversity. Bioresource Technology, 2022, 360: 127548.
[3] Junhao Su, Qian Zhang*, Wansong Huang, Jianyang Song, Haojin Peng, Jiapeng Feng, Jing He, Yunjie Zhang, Hua Wei. Transfer of functional microorganism: Regulation of N-acyl-homoserine lactones on the microbial community in aniline-degrading sequencing batch biofilm reactor. Bioresource Technology, 2022, 351: 127052.
[4] Yunjie Zhang, Qian Zhang*, Haojin Peng, Hua Wei, Jiapeng Feng, Junhao Su, Jing He. An Attempt to stimulate aniline degrading bioreactor by exogenous Auto-inducer: decontamination performance, sludge characteristics, and microbial community structure response, Bioresource Technology, 2022, 347: 126675.

[5] Wenli Zhang, Qian Zhang*, Meng Li, Hongyu Wang, Yao Li, Haojin Peng, Jiapeng Feng. Microbial community and function evaluation in the start-up period of bioaugmented SBR fed with aniline wastewater. Bioresource Technology, 2021, 319: 124148.