【导语】
“环保装备科学技术奖”是由B体育·(sports)官方网站根据《国家科学技术奖励条例》和《社会力量设立科学技术奖管理办法》的规定而开设的科技奖项。经过三年的培育，B体育·(sports)官方网站环保装备科学技术奖获得了广泛的社会认可，代表了我国环保装备及技术发展的先进水平。获奖项目的推广实施将会有效推动当前环保领域热点、难点问题的解决。
2024年度共有26个项目获奖，其中产品金奖3项，技术创新一等奖6项，技术创新二等奖17项。本栏目将推广介绍这些获奖项目，供行业相关单位和技术人员学习借鉴。
获奖项目：强化脱氮与污泥减量耦合生物反应器技术与装备
所获奖项：环保装备技术创新一等奖
完成单位：北京工业大学，北京科净源科技股份有限公司，北京市市政工程设计研究总院
主要完成人：李军，郑照明，葛敬，高守有，郑栋，郭伟
推荐理由：
该项目属自主研发形成的新装备，获得发明专利10项，实用新型专利5项，该项目具有较高的集成创新和自主创新性，充分展示了在技术整合与创新应用方面的独特优势，项目整体达到国际先进水平。项目基于流离速分原理，从填料设计、填料布置、曝气系统、水力流场和气水混合优化等多个方面进行创新，集成了高效脱氮和污泥减量的处理技术，能够稳定去除有机物、氨氮、总氮等污染物。在实际工程应用中，该技术装备具有污染物去除效率高、污泥产量低、抗水质水量冲击能力强、耐低温能力突出、工艺建设周期短、启动速度快等优点。
项 目 简 介
1. 主要技术内容
该项目属于污水处理领域，具体可应用于城市污水处理、村镇污水处理和污水厂升级改造项目，解决现有污水处理工艺脱氮效率低和污泥产量高的难题。该技术通过采用复合流离球载体，结合流离速分原理，从填料形式、填料安装、曝气场、水力流动场、气水混合设计等多角度进行技术创新，系统集成强化脱氮和耦合污泥减量处理技术及产品，降低碳源投加费用，实现有机物、氨氮、总氮等污染物的高效稳定去除，显著降低污泥产量。主要成果有：
（1）研发了定制化多功能复合流离球载体。针对污水处理的不同需求，开发定制化的复合流离球多孔微生物载体，对填料材质、粒径、填充率、生物球体积、比重等进行优化配置，以满足脱氮、除磷和有机物去除等多种功能需求。
（2）开发了首端进水和分段进水强化脱氮与污泥减量耦合生物反应器。研究了进水流量分配比、水力停留时间、溶解氧、污泥停留时间和回流比对耦合生物反应器污水处理性能和污泥减量效果的影响，确定了适合的工艺运行参数。
（3）研发了进水关键指标控制系统。根据不同进水的水质特点，依据速分生物处理系统的特点和要求，对进水水质的关键指标进行监测，调控关键工艺运行参数，强化相应功能段的处理效果，保证强化脱氮与污泥减量耦合生物反应器的处理性能。
（4）建立了稳定流动场。通过对强化脱氮与污泥减量耦合生物反应器的主体长宽比、集配水方式、各功能区布置和各功能区连接方式的优化设计，形成稳定流动场，提高传质效率，保证有效池容的充分利用，确保出水水质稳定达标。
（5）开发了多功能微孔曝气系统。采用微孔曝气系统，强化溶解氧转移效率，可同时满足生物需氧量、流离原理实现、流动场控制、复合流离球多孔微生物载体效能发挥和AO耦合脱氮反应等五方面的功能要求。
（6）研发了模块化水处理装备。采用紧凑型、模块化设计，将多个处理功能单元整合在一个设备中，可以实现强化脱氮与污泥减量耦合生物反应器的快速安装，施工周期短，节省占地面积。
2. 技术经济指标
该技术装备的污染物去除效率高，出水水质整体可达地表水准Ⅲ类水质要求，其中出水氨氮<1 mg/L，总氮<5 mg/L，满足常见污水厂出水标准（国标一级A）。复合流离球载体使用寿命长（20-30年），工艺启动时间短，适宜温度下启动周期约为7～10天；在低温环境（8～10℃），仍然能够保持高效的生物活性；吨水处理成本为0.4～0.6元，和常规的活性污泥工艺相比，污水处理费用节省30%～40%，污泥产量减少70%～80%。
图1 强化脱氮与污泥减量耦合生物反应器
图2 定制化多功能复合流离球载体
图3 复合流离球载体强化污泥减量机理
创 新 点
该技术装备创新类型属于应用性创新。项目克服了现有城市污水活性污泥工艺对来水水质、运行工况、水温等因素较为敏感，占地面积大、启动周期长、运维管理复杂、外碳源投加费用高和污泥产量大等问题，提供了一种强化脱氮与污泥减量耦合生物处理技术。主要创新点如下：
（1）强化脱氮与污泥减量耦合生物处理技术装备创造性地结合流体力学中的“流离”原理、生物膜原理与多级A/0生物处理原理，并在工程实践中通过定制化设计手段（进水关键指标的判断与控制、多模块水量匹配设计、定制化速分生物球、稳定流动场设计、多功能曝气系统设计），实现了高品质出水，且有效保障污水处理过程的稳定性，耐水质水量冲击尤其耐低负荷冲击能力强、可适应低水温（8～10℃）环境并维持高效生物活性，同时可实现剩余污泥原位减量，较常规活性污泥工艺可减量70%～80%。
（2）针对污水处理的不同需求，开发定制化的复合流离球多孔微生物载体。对填料材质、粒径、填充率、生物球体积、比重等进行优化配置，以满足脱氮、除磷和有机物去除等多种功能需求。多功能复合流离球载体具有微生物易固定、挂模快、生物量高的特点，使用寿命长（20～30年），使用期间无污堵问题，处理负荷持续保持在较好水平。
（3）开发了研发模块化水处理装备和多功能微孔曝气系统。将多个处理功能单元整合在一个设备中可以实现强化脱氮与污泥减量耦合生物反应器的快速安装，施工周期短，节省占地面积。采用微孔曝气系统，强化溶解氧转移效率，可同时满足生物需氧量、流离原理实现、流动场控制、复合流离球多孔微生物载体效能发挥和AO耦合脱氮反应等五方面的功能要求。
实际应用效果及推广情况
强化脱氮与污泥减量耦合生物处理技术装备，历经20多年的技术创新，已完成多次升级换代，形成了六大成套技术及配套产品，广泛应用于水环境治理项目，涉及全国10多个省市及东南亚部分国家。典型工程应用案例包括：城市污水处理（北海红坎污水处理厂、贵安新区湖潮污水厂、张家口市主城区污水再生利用工程、北京大兴庞各庄污水厂、福建上杭污水处理厂，总规模325000立方/d）、生活及园区污水处理（北京市顺义区赵全营镇再生水厂项目，13000 立方/d）、河道水质提升（昆明市官渡区老海河水质提升工程，3360立方/d）、黑臭水体治理（齐齐哈尔市昂昂溪纳污坑塘综合治理项目，15000 立方/d）、微污染水治理（北京市大兴区凤河营闸河水水质强化站工程，20000 立方/d）、雨污合流水治理（昆明市西山区车家壁岔沟水质改善工程，3360立方/d）、乡镇污水治理（广西崇左市天等县龙茗镇乡镇污水处理厂项目2500 立方/d）。
项目成果经济效益显著，生成合同15个，合同额8.5亿多元，取得了良好的经济社会效益。
典型案例如下：
（1）生活及园区污水处理——北京市顺义区赵全营镇再生水厂项目
北京市顺义区赵全营镇再生水厂服务范围为板桥中心区（含天承创意区、兆丰工业区、板桥生活区）和北郎中村，来水主要为生活污水（60%）及工业废水（40%）的混合水。项目采用强化脱氮与污泥减量耦合生物处理技术装备，处理规模为13000 立方/d，设计出水水质执行《城镇污水处理厂污染物排放标准》（GB18918-2002）的一级A标准，满足再生水回用要求。
图4 北京市顺义区赵全营镇再生水厂项目（现场实景和水质前后对比图）
（2）河道水质提升——昆明市官渡区老海河水质提升工程
老海河是海河的支流之一，为劣V类水质，根据《滇池流域水环境保护治理“十三五”规划》及《滇池保护治理三年攻坚行动实施方案（2018-2020年）》，海河及老海河水质需稳定达到地表水IV类标准。项目采用强化脱氮与污泥减量耦合生物处理技术装备处理河道沿岸片区内的生活污水、雨污混合水。旱季处理规模为3360 立方/d，出水总氮和总磷指标达到昆明市地方标准A排放限值，COD和氨氮指标达到《地表水环境质量标准》（GB3838-2002）Ⅳ类水标准。
图5 昆明市官渡区老海河水质提升工程（现场实景和水质前后对比图）
主要完成单位简介
北京工业大学
北京工业大学是国家“双一流”建设高校”、国家“211工程”建设高校。长期从事村镇水污染控制、治理工程与技术领域研究工作，拥有城市污水深度处理与资源化利用技术国家工程实验室、北京市污水脱氮除磷处理与过程控制工程技术研究中心、水质科学与水环境恢复工程北京市重点实验室，在村镇污水高效处理技术、污水低能耗的生态处理技术、污水深度处理与回用技术、污泥处理技术等方面取得多项重大突破性研究成果，形成了一系列具有自主知识产权的研究成果，先后获得国家科技进步二等奖5项、北京市科技进步一等奖4项、教育部科技进步一等奖1项、建设部华夏科技进步一等奖4项等。
北京科净源科技股份有限公司
北京科净源科技股份有限公司立足于水环境治理行业，是一家专业从事水环境系统治理的创新型综合服务商。根据客户对水环境治理的需求，公司为客户提供水处理产品、水环境综合治理方案和运营服务，构建了“咨询、设计、制造、实施、运营”全生命周期的综合管理服务体系。公司致力于打造围绕“双碳”目标下的节能、环保、低碳、生态的产业平台，为建设美丽中国，人民创造良好生产生活环境，以及全球生态安全作出贡献。
北京市市政工程设计研究总院有限公司
北京市市政工程设计研究总院有限公司创建于1955年，2022年入选“科改示范企业”，具有工程设计综合甲级、工程勘察综合甲级、城乡规划编制甲级资质和市政公用工程施工总承包壹级资质，以咨询设计为主业，依托一体化规划设计的综合技术能力、持续的创新能力，持续服务国家战略及首都城市发展，深耕城市基础设施领域，提供行业卓越水准的”一站式、多领域、全方位”综合解决方案，项目业绩遍及200余座城市。在城市排水系统、再生水系统、固体废弃物处理系统、河道整治、建筑与城市景观、城市地下空间综合开发利用、综合管廊、海绵城市及环境与岩土工程、绿色能源开发利用等领域的勘察设计方面具有行业领先的综合实力。