SBR法

定义

SBR法即序批式活性污泥法，也叫序列间歇式活性污泥法，是活性污泥法的一种运行方式^[2]。其中的 SBR 指序批式反应器(Sequencing Batch Reactor)，污水中污染物的去除全部在这一个反应器内完成^[3]。它与传统连续流工艺的区别在于进水和出水都不连续，泥水分离在反应器内部而非单独的二沉池中完成^[3]。

所谓序批有两层含义：一是空间上按序排列，由于污水通常连续排放且流量波动大，处理系统往往需要两个或更多反应池轮换进水；二是每一座反应池在时间上按次序间歇运行^[2]。因此该工艺的调控手段是时间而不是空间，同一池体在周期的不同时段承担不同功能^[4]。

原理

SBR法的一个完整运行周期通常由 5 个阶段构成，依次为进水、反应、沉淀、排水和闲置，各阶段在同一个池内先后完成并周期性重复^[1][3]。进水与排水靠水位控制，反应与沉淀靠时间控制，周期时长依负荷和出水要求而定，一般为 4 至 12 小时，其中反应阶段约占 40%^[1]。进水阶段可采取只进水不曝气或边进水边曝气两种方式，反应阶段则可连续曝气，也可曝气与搅拌交替进行^[2]。

从流态看，反应池内混合液接近完全混合，但底物与微生物浓度随时间变化，机理解释上更接近推流^[2]。连续流曝气池中的有机物沿空间长度被逐段降解，而 SBR 池内有机物是随时间推移而降解的，因此被称为时间上的推流^[5]。以底物浓度 S 随时间衰减为例，反应阶段可近似表示为 $S = S_0 e^{-kt}$，其中 $S_0$ 为反应起始浓度，$k$ 为综合降解速率常数。

沉淀阶段为静止沉淀，不需要污泥回流即可在池内维持较高的污泥浓度^[2]。周期内好氧、缺氧与厌氧条件交替出现，为硝化、反硝化与聚磷菌释磷吸磷过程提供了条件，从而在单一反应器中实现脱氮除磷^[2]。反应阶段停止曝气后，活性污泥絮体下沉与上清液分离，再由滗水器排出上清液^[6]。

发展历程

活性污泥法早期采用的就是充排式运行，1914 年英国学者 Ardern 与 Lockett 在曼彻斯特用序批式系统处理城市污水，通过保留沉淀物、反复曝气获得了被称为活性污泥的微生物絮体，这被视为 SBR 的雏形^[7]。此后到 1920 年前后，英格兰建造了 4 座采用充排式运行的污水处理系统^[7]。由于曝气器容易堵塞、阀门切换频繁、排水阶段能耗较大，而当时的自控技术又不足以支撑自动运行，多数此类污水厂后来被改建成连续流系统^[6][7]。

20 世纪 70 年代初，美国圣母大学的 R. L. Irvine 等人重新开展了对间歇式活性污泥法的系统研究^[2]。1971 年，Irvine 在普渡工业废物会议上首次提出 SBR 这一术语，用于描述周期性运行的活性污泥工艺^[3]。1979 年，Irvine 等人依据试验结果正式提出 SBR 工艺，其特点为间歇进水、间歇排水^[8]。1980 年，在美国环保局的资助下，印第安纳州 Culver 污水处理厂由连续流系统改造为 SBR 系统并投入运行^[8][9]。

80 年代前后，自动化控制、计算机技术以及电动阀、溶解氧传感器、水位传感器等仪表的普及，使间歇运行的自动化管理成为可能，SBR 法由此重新获得重视并迅速推广^[6][8]。1990 年，日本出版了第一本 SBR 法设计指南^[3]。1996 年，国际水协会在德国慕尼黑举办了第一届专门针对 SBR 法的国际会议，第二届于 2000 年 7 月在法国纳博讷举行^[3]。2007 年，世界上最大的 SBR 法污水处理厂在马来西亚建成，日处理量 200 万吨^[3]。

在工程实践基础上，SBR 衍生出多种变形工艺，包括间歇式循环延时曝气活性污泥法(ICEAS)、循环式活性污泥法(CASS)以及 UNITANK 等^[9]。中国自 80 年代中期开始研究该工艺，1985 年国内第一座 SBR 法污水处理厂在上海吴淞内联厂建成^[3]。

应用

SBR法适用于中小城镇生活污水和厂矿企业的工业废水，尤其适合间歇排放、流量变化较大的场合^[4]。对出水水质要求较高、需要同时去除有机物并脱氮除磷的地区，如湖泊和港湾流域，也常采用该工艺以防止水体富营养化^[4]。用地紧张或水资源紧缺的地区同样适合，因为其布置紧凑，且便于在生物处理后衔接物化处理实现水的回用^[4]。

在工程规模上，我国近十几年新建的日处理能力 50000 立方米以下的城市污水处理厂中，约有 30% 至 40% 采用了 SBR 工艺^[3]。澳大利亚应用该工艺较为广泛，建成 SBR 工艺污水处理厂 600 余座，并建设了日处理量 21 万吨的大型 SBR 工程^[9]。国内方面，昆明市第三污水处理厂采用其变形工艺 ICEAS，天津经济技术开发区污水处理厂则采用 DAT-IAT 变形工艺^[9]。

在工业废水与特种废水领域，SBR 法被用于处理垃圾填埋场渗滤液、乳品加工废水等高浓度有机废水^[9]。实验室中，高径比较大的 SBR 反应器常被用作培养好氧颗粒污泥的装置，其较短的沉淀时间可对污泥起到水力筛选作用^[5]。

局限

SBR法以间歇方式进水和排水，与多数污水连续排放的特点并不天然匹配，处理系统通常需要两座或多座反应池轮换运行，这在一定程度上增加了控制环节^[2]。其运行高度依赖自动控制系统与在线仪表，早期正是由于人工操作繁琐、监测手段落后而难以推广^[6]。

设备的匹配性也是其短板。由于周期中曝气时间被压缩，处理相同水量时曝气系统的容量要求高于连续流反应器，所需曝气器、鼓风机和装机功率相应增加；当曝气阶段与进水阶段重叠时，池内水深下降还会进一步降低充氧效率^[10]。

以完全混合为基本假设的 SBR 在放大过程中，进水和排水的水力均匀性会越来越难以保证，设计或运行不当可能导致系统性能下降甚至运行失败^[10][3]。此外，其变形工艺也各有不足，例如 ICEAS 因全过程连续进水，沉淀阶段泥水分离效果较差，对进水量构成限制^[9]。

参见

• 活性污泥法 —— SBR 法是其一种以间歇方式运行的运行方式。

• ICEAS —— 在进水端增设预反应区、连续进水间歇排水的 SBR 变形工艺。

• CASS —— 以生物选择器取代预反应区的循环式活性污泥工艺。

• 氧化沟 —— 另一种常用的延时曝气活性污泥工艺，常与 SBR 对比选用。

• 好氧颗粒污泥 —— 常在 SBR 反应器中培养的一类沉降性能良好的微生物聚集体。

• 生物脱氮除磷 —— SBR 法通过时间控制实现的主要处理功能之一。