SBR法处理生活污水专利技术综述

摘要：随着经济社会的发展和人民生活水平的提高，生活污水的排放量剧增，成为水污染的重要来源之一。本文对SBR法处理生活污水进行了全面梳理， 从全球和国内的专利申请趋势、主要申请人排名、SBR法处理生活污水技术分布三个角度对检索结果进行归纳，并对主要申请人北京工业大学的专利申请现状进行重点分析。

关键词：SBR法;生活污水;专利申请

生活污水的成分不仅包括糖类、蛋白质、有机酸、碳水化合物和洗涤剂等，还包括多种微生物，氮、磷、硫含量较高，水体污染严重时易导致溶解氧耗尽，水质恶化时发黑变臭，直接威胁人们的身体健康。因此，生活污水的有效处理日益受到人们的关注。

目前，活性污泥法是生活污水处理最广泛采用的方法，该方法通过微生物能有效去除生活污水中的有害物质，使出水能够达到水质要求的排放标准，但传统的活性污泥处理工艺普遍存在污泥膨胀和活性污泥浓度难以提高等缺陷。

间歇式活性污泥法（Sequencing Batch Reactor Process，简称SBR法）是一种按间歇曝气方式来运行的活性污泥水处理技术，也称序批式活性污泥法，最早是由美国的Natre Dame大学的R. Irine教授等人于20世纪70年代初提出的一种污水处理工艺，并于1980年在美国印第安纳州首次投入到污水处理厂的实际运营，此后SBR工艺在各国市政污水处理体系中得到广泛运用和发展，具有良好的市场前景[1-2]。

SBR工艺的特点是反应池集均化、沉淀、生物降解、二沉等功能于一体，无污泥回流系统，按照进水、反应、沉淀、排水和闲置五个阶段依次运行，具有以下优点：（1）处理设备少，省去了二沉池、污泥回流系统、调节池等，因而成本低，操作和管理维护方便;（2）SBR系统可完成厌氧、缺氧及好氧环境的交替进行，使得系统取得良好的脱氮除磷效果，净化效率高;（3）由于溶解氧浓度（DO）存在梯度，可抑制污泥膨胀现象的产生;（4）由于泥水分离过程是理想的静止沉降作用，沉淀效果好;（5）耐冲击负荷能力强，反应池内滞留的上清液能够有效稀释和缓冲进水[3]。

一、专利申请现状

为了全面分析SBR法处理生活污水领域的专利数据，笔者在CNABS、VEN数据库中进行检索，截止2021年5月10日，SBR法处理生活污水领域的全球相关专利申请共有533项。CNABS库以分类号“CO2F”结合关键词“SBR、间歇、序批、活性污泥、生活”检索共有470篇中文專利文献，VEN库以分类号“C02F”结合关键词“SBR、sequenc+、batch、sanitary、demestic、municipal、sewage”检索共有63篇外文专利文献。基于获得的检索数据，从全球和国内的专利申请趋势、主要申请人排名、SBR法处理生活污水技术分布三个角度对检索结果进行归纳，以分析SBR法处理生活污水的专利申请现状。

1、专利申请趋势

图1显示了SBR法处理生活污水全球和中国申请趋势。从图1中可以看出，SBR法处理生活污水的全球专利申请最早起始于1981年，国外的该项技术发展较早，美国是全球第一个提出并投入到实际运营的国家，其后的二十年申请量较少，从2000年开始，专利申请量开始平稳增长，尤其是从2006年开始呈现快速增长的趋势。

中国的SBR法处理生活污水技术起步较晚，首次申请专利在1996年，但是近几年发展势头较猛，2008年之后开始发力，近十年的申请量保持在高位，年均超过30件。从图中可以看出，SBR法处理生活污水专利申请大部分集中在中国，专利申请量稳步增长，进入21世纪以来，全球创新主体，尤其是中国创新主体，对该项技术的关注度明显提升。

2、主要申请人排名

从SBR法处理生活污水专利申请的主要申请人排名，可以看出该领域的主要创新主体。图2显示了全球专利申请人排名，从图中可以看出，全球排名前十位均是来自中国，以高校和科研院所为主，北京工业大学以151件专利申请位列第一，申请量遥遥领先，占中国总申请量的32%，第二、第三位分别是哈尔滨工业大学（11件）、同济大学（9件），排名前十的公司为江苏南极机械有限责任公司（5件）、北京安国水道自控工程技术有限公司（4件）。外国申请量集中度相对不高，主要是公司申请，其技术转化为应用的效率较高。

3、技术分布情况

为了展现SBR法处理生活污水领域的专利技术分布情况，从反应器结构设计、介质材料、工艺组合改进、工艺参数优化四个角度来进行分析技术方案。从图3中可以看出，工艺组合（178件）和工艺参数优化（158件）是研究的热点，在SBR法处理生活污水的原理较为完善的基础上，创新主体更多是通过工艺的改进来提高生活污水的水处理效率，水处理的处理方式选择较多，通过工艺组合的不断改进以使水质达标排放;反应器结构（114件）和介质材料（74件）的研究相对较少，主要是围绕SBR反应池的主体结构和活性污泥的填料载体进行研究。

二、主要申请人分析

本文主要对北京工业大学在SBR法处理生活污水领域的专利申请情况进行分析。

从图4的专利申请趋势可以看出，北京工业大学于2008年提交了第一项SBR法处理生活污水专利申请，2012年的专利申请量从2011年的2件快速增长到15件，其后几年申请量一直保持在高位，可见，北京工业大学对该项技术的关注度很高。

从目前查找的法律状态可以看出，北京工业大学的在SBR法处理生活污水共申请151项专利，其在已审的专利法律状态来看，北京工业大学的授权率高达91%，而中国的整体授权率为56.3%，可见，北京工业大学的授权率远高于该领域整体的授权率。

工艺参数优化主要涉及到短程硝化及厌氧氨氧化过程中的各种参数控制，如控制低溶解氧（DO=0.30mg/L）条件，接种具有一定亚硝化效果的污泥，能在短时间内实现亚硝化的启动，接种全程硝化污泥，采用高-低梯度限氧培养的模式，先在DO=0.70～0.80mg/L下驯化污泥10天，然后再控制低溶解氧（0.30～0.40mg/L）的条件反应器出水即可出现亚硝酸盐的积累（公开号：CN212374995U）;首先接种污水厂硝化污泥，利用高氨氮、高pH形成较高的游离氨，使亚硝化工艺稳定运行，然后进水改用城市生活污水，并人工加入氨态氮，不断增加气体上升流速增加气体剪切力，逐步缩短沉淀时间，并调节曝气量保证一定的总氮损失、氨氧化率和亚硝化率实现絮状污泥颗粒化（公开号：CN104986923A）;城市污水自养/异养深度脱氮过程主要是采用低氧曝气，部分短程硝化节省曝气量，并且利用原水碳源进行深度脱氮，出水总氮浓度低（公开号：CN105692902A）。

介质材料包括污水源头添加剂、菌种添加剂等，如通过将剩余污泥发酵物和生活污水混合处理，能够解决生活污水不能稳定实现短程硝化的问题（公开号：CN101786763A）;利用原水和苯酚化合物作为碳源，高浓度苯酚对系统污泥组成结构影响较大，末期亚硝积累率达91%，并稳定维持在90%以上，适合酚类化合物含量较大的城市生活污水（公开号：CN101054250A）;一体化自养脱氮同步强化生物除磷系统设有三种菌：亚硝化细菌，聚磷菌以及附着在海绵填料上的厌氧氨氧化菌（公开号：CN101973674A）;适量投加羟胺可提高氨氧化菌（AOB）的细胞产率，并抑制NOB的活性，从而实现稳定的短程硝化（公开号：CN110028158A）。

反应器结构，如在AOA-SBR中实现异养与自养耦合深度脱氮同步污泥减量的装置，城市污水与污泥发酵混合物同时进入AOA?SBR反应器，在厌氧段生活污水和污泥发酵物里的有机物被转化为PHA储存在体内，在好氧段通过短程硝化作用将氨氮部分转化为亚硝态氮，在缺氧段剩余氨氮和亚硝态氮发生厌氧氨氧化作用，同时反硝化菌将剩余的亚硝态氮以及厌氧氨氧化作用产生的硝态氮还原为氮气，完成深度脱氮（公开号：CN101628772A）;处理生活污水的自流内循环好氧颗粒污泥连续流反应器通过不同功能区的搅拌和曝气提供了足够的剪切作用，可有效的提高细胞的疏水性并促进EPS的分泌，可在长期运行的连续流模式中实现非常良好的同步脱氮除磷功能（公开号：CN105481200A）;低碳城市污水实现部分亚硝化的装置主要通过推流式部分亚硝化反应器分为四个格室，第1、2、4格室为好氧区、第3格室为缺氧区，通过SBR方式来达到控制简单、稳定性强的良好效果（公开号：CN106966557A）。

工艺组合主要涉及到SBR的多级串联，如两段序批式反应器通过生物强化除磷耦合部分短程硝化反應器（EBPR?PN?SBR）与厌氧氨氧化耦合污泥发酵与反硝化反应器（ASFD?SBR）的配合，实现低碳氮比（C/N）城市生活污水的脱氮除磷和污泥的再利用（公开号：CN101100333A）;反硝化除磷反应器SBR与厌氧氨氧化SBR反应器串联，实现了稳定、高效的同步脱氮除磷效果（公开号：CN110040852A）;设有两个A2/O-SBR反应器、N-SBR反应器，通过PLC系统在线实时控制，优化系统运行，自动化程度高，可控性好，可实现低C/N生活污水的深度脱氮除磷（公开号：CN201762210U）;包括顺序串联的原水水箱、除有机物SBR反应器、第一调节水箱、半短程硝化SBR反应器、第二调节水箱和自养脱氮UASB反应器，避免了异养菌的快速繁殖对自养脱氮菌群的影响，硝化系统采用半段短程硝化，使其更易稳定维持短程，保证硝化系统的亚硝化率，为系统脱氮稳定性提供保障（公开号：CN211644993U）。

参考文献

[1] 刘永淞. SBR法设计方法探讨[J].中国给水排水，1992，8（5）：36-39.

[2] 金兆丰，余志荣. 污水处理组合工艺及工程实例[M].北京：化学工业出版社，2002

[3] 赵群英，王俞舒. 间歇式活性污泥法（SBR法）在生活污水处理中的应用[J].净水技术，2011，（6）：36-38.

作者简介：

尹光斌，1986年10月，男，安徽池州人，助理研究员，硕士，主要从事水处理领域发明专利的实质审查，江苏苏州市。