SBR法處理生活污水專利技術(shù)綜述

摘要：隨著經(jīng)濟社會的發(fā)展和人民生活水平的提高，生活污水的排放量劇增，成為水污染的重要來源之一。本文對SBR法處理生活污水進行了全面梳理， 從全球和國內(nèi)的專利申請趨勢、主要申請人排名、SBR法處理生活污水技術(shù)分布三個角度對檢索結(jié)果進行歸納，并對主要申請人北京工業(yè)大學的專利申請現(xiàn)狀進行重點分析。

關(guān)鍵詞：SBR法;生活污水;專利申請

生活污水的成分不僅包括糖類、蛋白質(zhì)、有機酸、碳水化合物和洗滌劑等，還包括多種微生物，氮、磷、硫含量較高，水體污染嚴重時易導致溶解氧耗盡，水質(zhì)惡化時發(fā)黑變臭，直接威脅人們的身體健康。因此，生活污水的有效處理日益受到人們的關(guān)注。

目前，活性污泥法是生活污水處理最廣泛采用的方法，該方法通過微生物能有效去除生活污水中的有害物質(zhì)，使出水能夠達到水質(zhì)要求的排放標準，但傳統(tǒng)的活性污泥處理工藝普遍存在污泥膨脹和活性污泥濃度難以提高等缺陷。

間歇式活性污泥法（Sequencing Batch Reactor Process，簡稱SBR法）是一種按間歇曝氣方式來運行的活性污泥水處理技術(shù)，也稱序批式活性污泥法，最早是由美國的Natre Dame大學的R. Irine教授等人于20世紀70年代初提出的一種污水處理工藝，并于1980年在美國印第安納州首次投入到污水處理廠的實際運營，此后SBR工藝在各國市政污水處理體系中得到廣泛運用和發(fā)展，具有良好的市場前景[1-2]。

SBR工藝的特點是反應(yīng)池集均化、沉淀、生物降解、二沉等功能于一體，無污泥回流系統(tǒng)，按照進水、反應(yīng)、沉淀、排水和閑置五個階段依次運行，具有以下優(yōu)點：（1）處理設(shè)備少，省去了二沉池、污泥回流系統(tǒng)、調(diào)節(jié)池等，因而成本低，操作和管理維護方便;（2）SBR系統(tǒng)可完成厭氧、缺氧及好氧環(huán)境的交替進行，使得系統(tǒng)取得良好的脫氮除磷效果，凈化效率高;（3）由于溶解氧濃度（DO）存在梯度，可抑制污泥膨脹現(xiàn)象的產(chǎn)生;（4）由于泥水分離過程是理想的靜止沉降作用，沉淀效果好;（5）耐沖擊負荷能力強，反應(yīng)池內(nèi)滯留的上清液能夠有效稀釋和緩沖進水[3]。

一、專利申請現(xiàn)狀

為了全面分析SBR法處理生活污水領(lǐng)域的專利數(shù)據(jù)，筆者在CNABS、VEN數(shù)據(jù)庫中進行檢索，截止2021年5月10日，SBR法處理生活污水領(lǐng)域的全球相關(guān)專利申請共有533項。CNABS庫以分類號“CO2F”結(jié)合關(guān)鍵詞“SBR、間歇、序批、活性污泥、生活”檢索共有470篇中文專利文獻，VEN庫以分類號“C02F”結(jié)合關(guān)鍵詞“SBR、sequenc+、batch、sanitary、demestic、municipal、sewage”檢索共有63篇外文專利文獻?；讷@得的檢索數(shù)據(jù)，從全球和國內(nèi)的專利申請趨勢、主要申請人排名、SBR法處理生活污水技術(shù)分布三個角度對檢索結(jié)果進行歸納，以分析SBR法處理生活污水的專利申請現(xiàn)狀。

1、專利申請趨勢

圖1顯示了SBR法處理生活污水全球和中國申請趨勢。從圖1中可以看出，SBR法處理生活污水的全球?qū)＠暾堊钤缙鹗加?981年，國外的該項技術(shù)發(fā)展較早，美國是全球第一個提出并投入到實際運營的國家，其后的二十年申請量較少，從2000年開始，專利申請量開始平穩(wěn)增長，尤其是從2006年開始呈現(xiàn)快速增長的趨勢。

中國的SBR法處理生活污水技術(shù)起步較晚，首次申請專利在1996年，但是近幾年發(fā)展勢頭較猛，2008年之后開始發(fā)力，近十年的申請量保持在高位，年均超過30件。從圖中可以看出，SBR法處理生活污水專利申請大部分集中在中國，專利申請量穩(wěn)步增長，進入21世紀以來，全球創(chuàng)新主體，尤其是中國創(chuàng)新主體，對該項技術(shù)的關(guān)注度明顯提升。

2、主要申請人排名

從SBR法處理生活污水專利申請的主要申請人排名，可以看出該領(lǐng)域的主要創(chuàng)新主體。圖2顯示了全球?qū)＠暾埲伺琶?，從圖中可以看出，全球排名前十位均是來自中國，以高校和科研院所為主，北京工業(yè)大學以151件專利申請位列第一，申請量遙遙領(lǐng)先，占中國總申請量的32%，第二、第三位分別是哈爾濱工業(yè)大學（11件）、同濟大學（9件），排名前十的公司為江蘇南極機械有限責任公司（5件）、北京安國水道自控工程技術(shù)有限公司（4件）。外國申請量集中度相對不高，主要是公司申請，其技術(shù)轉(zhuǎn)化為應(yīng)用的效率較高。

3、技術(shù)分布情況

為了展現(xiàn)SBR法處理生活污水領(lǐng)域的專利技術(shù)分布情況，從反應(yīng)器結(jié)構(gòu)設(shè)計、介質(zhì)材料、工藝組合改進、工藝參數(shù)優(yōu)化四個角度來進行分析技術(shù)方案。從圖3中可以看出，工藝組合（178件）和工藝參數(shù)優(yōu)化（158件）是研究的熱點，在SBR法處理生活污水的原理較為完善的基礎(chǔ)上，創(chuàng)新主體更多是通過工藝的改進來提高生活污水的水處理效率，水處理的處理方式選擇較多，通過工藝組合的不斷改進以使水質(zhì)達標排放;反應(yīng)器結(jié)構(gòu)（114件）和介質(zhì)材料（74件）的研究相對較少，主要是圍繞SBR反應(yīng)池的主體結(jié)構(gòu)和活性污泥的填料載體進行研究。

二、主要申請人分析

本文主要對北京工業(yè)大學在SBR法處理生活污水領(lǐng)域的專利申請情況進行分析。

從圖4的專利申請趨勢可以看出，北京工業(yè)大學于2008年提交了第一項SBR法處理生活污水專利申請，2012年的專利申請量從2011年的2件快速增長到15件，其后幾年申請量一直保持在高位，可見，北京工業(yè)大學對該項技術(shù)的關(guān)注度很高。

從目前查找的法律狀態(tài)可以看出，北京工業(yè)大學的在SBR法處理生活污水共申請151項專利，其在已審的專利法律狀態(tài)來看，北京工業(yè)大學的授權(quán)率高達91%，而中國的整體授權(quán)率為56.3%，可見，北京工業(yè)大學的授權(quán)率遠高于該領(lǐng)域整體的授權(quán)率。

工藝參數(shù)優(yōu)化主要涉及到短程硝化及厭氧氨氧化過程中的各種參數(shù)控制，如控制低溶解氧（DO=0.30mg/L）條件，接種具有一定亞硝化效果的污泥，能在短時間內(nèi)實現(xiàn)亞硝化的啟動，接種全程硝化污泥，采用高-低梯度限氧培養(yǎng)的模式，先在DO=0.70～0.80mg/L下馴化污泥10天，然后再控制低溶解氧（0.30～0.40mg/L）的條件反應(yīng)器出水即可出現(xiàn)亞硝酸鹽的積累（公開號：CN212374995U）;首先接種污水廠硝化污泥，利用高氨氮、高pH形成較高的游離氨，使亞硝化工藝穩(wěn)定運行，然后進水改用城市生活污水，并人工加入氨態(tài)氮，不斷增加氣體上升流速增加氣體剪切力，逐步縮短沉淀時間，并調(diào)節(jié)曝氣量保證一定的總氮損失、氨氧化率和亞硝化率實現(xiàn)絮狀污泥顆粒化（公開號：CN104986923A）;城市污水自養(yǎng)/異養(yǎng)深度脫氮過程主要是采用低氧曝氣，部分短程硝化節(jié)省曝氣量，并且利用原水碳源進行深度脫氮，出水總氮濃度低（公開號：CN105692902A）。

介質(zhì)材料包括污水源頭添加劑、菌種添加劑等，如通過將剩余污泥發(fā)酵物和生活污水混合處理，能夠解決生活污水不能穩(wěn)定實現(xiàn)短程硝化的問題（公開號：CN101786763A）;利用原水和苯酚化合物作為碳源，高濃度苯酚對系統(tǒng)污泥組成結(jié)構(gòu)影響較大，末期亞硝積累率達91%，并穩(wěn)定維持在90%以上，適合酚類化合物含量較大的城市生活污水（公開號：CN101054250A）;一體化自養(yǎng)脫氮同步強化生物除磷系統(tǒng)設(shè)有三種菌：亞硝化細菌，聚磷菌以及附著在海綿填料上的厭氧氨氧化菌（公開號：CN101973674A）;適量投加羥胺可提高氨氧化菌（AOB）的細胞產(chǎn)率，并抑制NOB的活性，從而實現(xiàn)穩(wěn)定的短程硝化（公開號：CN110028158A）。

反應(yīng)器結(jié)構(gòu)，如在AOA-SBR中實現(xiàn)異養(yǎng)與自養(yǎng)耦合深度脫氮同步污泥減量的裝置，城市污水與污泥發(fā)酵混合物同時進入AOA?SBR反應(yīng)器，在厭氧段生活污水和污泥發(fā)酵物里的有機物被轉(zhuǎn)化為PHA儲存在體內(nèi)，在好氧段通過短程硝化作用將氨氮部分轉(zhuǎn)化為亞硝態(tài)氮，在缺氧段剩余氨氮和亞硝態(tài)氮發(fā)生厭氧氨氧化作用，同時反硝化菌將剩余的亞硝態(tài)氮以及厭氧氨氧化作用產(chǎn)生的硝態(tài)氮還原為氮氣，完成深度脫氮（公開號：CN101628772A）;處理生活污水的自流內(nèi)循環(huán)好氧顆粒污泥連續(xù)流反應(yīng)器通過不同功能區(qū)的攪拌和曝氣提供了足夠的剪切作用，可有效的提高細胞的疏水性并促進EPS的分泌，可在長期運行的連續(xù)流模式中實現(xiàn)非常良好的同步脫氮除磷功能（公開號：CN105481200A）;低碳城市污水實現(xiàn)部分亞硝化的裝置主要通過推流式部分亞硝化反應(yīng)器分為四個格室，第1、2、4格室為好氧區(qū)、第3格室為缺氧區(qū)，通過SBR方式來達到控制簡單、穩(wěn)定性強的良好效果（公開號：CN106966557A）。

工藝組合主要涉及到SBR的多級串聯(lián)，如兩段序批式反應(yīng)器通過生物強化除磷耦合部分短程硝化反應(yīng)器（EBPR?PN?SBR）與厭氧氨氧化耦合污泥發(fā)酵與反硝化反應(yīng)器（ASFD?SBR）的配合，實現(xiàn)低碳氮比（C/N）城市生活污水的脫氮除磷和污泥的再利用（公開號：CN101100333A）;反硝化除磷反應(yīng)器SBR與厭氧氨氧化SBR反應(yīng)器串聯(lián)，實現(xiàn)了穩(wěn)定、高效的同步脫氮除磷效果（公開號：CN110040852A）;設(shè)有兩個A2/O-SBR反應(yīng)器、N-SBR反應(yīng)器，通過PLC系統(tǒng)在線實時控制，優(yōu)化系統(tǒng)運行，自動化程度高，可控性好，可實現(xiàn)低C/N生活污水的深度脫氮除磷（公開號：CN201762210U）;包括順序串聯(lián)的原水水箱、除有機物SBR反應(yīng)器、第一調(diào)節(jié)水箱、半短程硝化SBR反應(yīng)器、第二調(diào)節(jié)水箱和自養(yǎng)脫氮UASB反應(yīng)器，避免了異養(yǎng)菌的快速繁殖對自養(yǎng)脫氮菌群的影響，硝化系統(tǒng)采用半段短程硝化，使其更易穩(wěn)定維持短程，保證硝化系統(tǒng)的亞硝化率，為系統(tǒng)脫氮穩(wěn)定性提供保障（公開號：CN211644993U）。

參考文獻

[1] 劉永淞. SBR法設(shè)計方法探討[J].中國給水排水，1992，8（5）：36-39.

[2] 金兆豐，余志榮. 污水處理組合工藝及工程實例[M].北京：化學工業(yè)出版社，2002

[3] 趙群英，王俞舒. 間歇式活性污泥法（SBR法）在生活污水處理中的應(yīng)用[J].凈水技術(shù)，2011，（6）：36-38.

作者簡介：

尹光斌，1986年10月，男，安徽池州人，助理研究員，碩士，主要從事水處理領(lǐng)域發(fā)明專利的實質(zhì)審查，江蘇蘇州市。