1.SBR法简介
间歇曝气式活性污泥又称序批式活性污泥法，简称SBR法，其主要特征是反应池一批一批地处理污水，采用间歇式运行的方式，每一个反应池都兼有曝气池和二沉池作用，因此不再设置二沉池和污泥回流设备，而且一般也可以不建水质或水量调节池。 sBR法一般由多个反应器组成，污水按序列依此进人每个反应器，无论时间上还是空间上，生化反应工序都是按序排列、间歇运行的。间歇曝气式活性污泥法曝气池的运行周期由进水、曝气反应、沉淀、排放、闲置待机五个工序组成，而且这五个工序都是在曝气池内进行，其工作原理见图3-11。
SBR法运行时，五个工序的运行时间、反应器内混合液的体积以及运行状态等都可以根据污水性质、出水质量与运行功能要求灵活掌握。曝气方式可以采用鼓风曝气或机械曝气。
(1)进水工序
进水工序是指从开始进水至到达反应池大容积期间的所有操作。SBR工艺可以实现在此期间根据不同微生物的生长特点、污水的特性和要达到的处理目的，采用曝气（氧化反应）、搅拌(厌氧反应）和限制曝气三种方式进水。SBR工艺通过控制进水阶段的环境，就实现了在反应池不变的情况下完成多种处理功能的目的；而连续流工艺由于各构筑物和水泵的大小规格一定，要想改变反应时间和反应条件是很困难的。
(2)曝气反应工序
反应是指反应池进水过程完成、其中水量达到大后，开始完成有机物生物降解或除磷脱氮的过程。根据反应的目的，可以对反应池进行曝气或搅拌，实现好氧反应或缺氧反应。通过曝气好氧反应，可以实现硝化作用，再通过搅拌产生缺氧或厌氧反应，实现脱氮的目的；有时为了使沉淀效果较好，在反应工序的后期还可以通过进行短时间内曝气，脱除附着在污泥上的氮气。
(3)沉淀工序
沉淀工序停止曝气或搅拌，实现固液分离，反应池的作用相当于二沉池。此时反应池内也不再进水，处于完全静止状态，其沉淀效果比连续流法要好得多。沉淀时间可根据污泥沉降性能和污泥面的高度而更改，一般在0.5~ [#].Oh之间，有时可能达到2h。
(4)排放工序
排放工序是为了将澄清液从反应池中排放出来，使反应池恢复到循环开始时的低水位（一般该水位离污泥层还有一定的保护高度）。反应池底部沉降下来的污泥大部分作为下一个周期的回流污泥，剩余污泥在排水工序或待机工序过程中排出系统。 sBR系统一般采用滗水器排水。
(5)闲置待机工序
沉淀滗水之后到下个周期开始的一段时间称为闲置待机。闲置待机的目的是为了完成一个周期向下一个周期的过渡，它不是一个必须的环节，'在未量较大时可以省略。闲置待机的时间长短往往和与原水流量有关。在此期间，可以根据工艺情况和处理目的，进行曝气、混合和排除剩余污泥等操作。
2.SBR法与传统连续流活性污泥法的比较
传统的连续流活性污泥法是通过空间上的移动来实现这一过程的，即污水首先进人曝气池反应，然后进人沉淀池对混合液进行泥水分离后上清液外排。SBR法则是通过在时间上的交替实现这一过程的，它在流程上只有一个池子，传统工艺的曝气池和二沉池的功能都在这一个池子内进行，即该池兼有水质水量调节、微生物降解有机物和泥水分离等作用。因此，和传统的连续式活性污泥法相比，SBR法的优点可以归纳如下：
(1)SBR是在一个反应池内完成所有的生物处理过程，在不同的时间里可实现有机物的氧化、硝化、脱氮、磷的吸收、磷的释放等过程。一般情况下可以不设调节池。而传统活性污泥法中即使小规模的污水处理也离不开调节池，同时还需要设置沉淀池，若要脱氮除磷还需要设几个独立的反应池，同时由于污泥与污水的回流、循环需要，还需要增加水泵等装置。
(2)活性污泥法处理污水反应时间约为数小时，是比较缓慢的反应。为了保证处理出水的BOD5值达标，反应池必须要达到很高的反应效率。而在应用完全混合型的活性污泥法时，由于反应池内的BOD5值通常保持在极低的水平，几乎没有浓度梯度，因此反应速度较小需要大体积的曝气池。而在推流式曝气池中，进出水的浓度梯度较大，虽然可以增加全池的平均处理速度，但由于池内曝气强度是均勻一致的，因此无法做到能耗的优化。 sBR反应池中浓度是随时间而变化的，接近于理想化的推流式反应池，因此为了获得同样的处理效率，SBR法与传统活性污泥法相比，反应池容积小、能耗低。
(3)在负荷经常变化的情况下，传统活性污泥法因为尺寸一定，除了减少运行系列之外别无他法。SBR法却能轻易的改变反应时间、沉淀时间以及一个处理周期的时间，相当于改变装置处理规模，因此能很好地适应进水负荷的变化。另外，当处理出水的水质标准要求提高时，想改变传统活性污泥法的运行方式是不容易的。但在采用SBR法时，只要反应时间有一定富裕（池容足够大），就可以很方便地将新的反应过程综合进来实现新的功能，比如脱氮、除磷等。
(4)由于SBR法运行操作的高度灵活性，在大多数场合都能代替连续流活性污泥法，并实现与之相同或相近的功能。在反应阶段，随着时间的推移，反应池中的有机物被微生物降解，污水浓度越来越低，非常类似稳态推流式，只不过这是一种时间意义上的推流。如果进水期很长，反应池中污yc的有机物可以被分解得很彻底，这种情况又接近于完全混合式。SBR法系统可随时调整运行周期和反应曝气时间的长短，使处理出水达标后才排放。沉淀是在静止条件下进行的，没有进出水的干扰，泥水分离效果好，可以避免短路、异重流的影响；还可以根据泥水分离情况的好坏控制沉淀时间，使出水SS降到少。
(5)连续流活性污泥法的出水是连续的，一旦水质超标，往往无法挽回（只能超标排人环境）。而SBR法是将处理水间歇集中排放，在排放之前可以对排放水进行水质检测；当发现水质不合格的时候，可以停止排放，延长反应时间一直到满足排放标准、确认水质合格之后再排放。
3.SBR法的特点
(1)兼有推流式和完全混合式的特点，属于时间上的理想推流式反应器，从单元操作上其效率明显高于完全混合式的反应器。反应器内可以维持较高的污泥浓度，污泥有机负荷较低，因此具有很强的抗冲击负荷能力。特别适用于处理水质水量变化较大的含有有毒物质或有机物浓度较高的工业废水。
(2)泥龄很长，有利于污泥中多种微生物的生长和繁殖，通过适当调节运行方式，可以实现好氧、缺氧(或厌氧)状态交替存在的环境，能充分发挥各类微生物降解污染物的能力，取得单池脱氮和除磷的效果。
(3)污水进人反应池后，浓度随反应时间的延长而逐渐降低，即存在有机物的浓度梯度，浓度梯度的存在及好氧、缺氧(或厌氧)状态交替出现，这些因素都能起到生物选择器的作用、抑制丝状菌等专性好氧菌的过量繁殖，使SVI较低（一般在100左右）、污泥容易沉淀，因此一般不会出现污泥膨胀现象。
(4)沉淀过程不再进水进气，实现了理想的静态沉淀状态。
(5)SBR法将曝气与沉淀两个工艺过程合并在一个构筑物内进行，不需要二沉池和污泥回流系统，甚至在大多数情况下可以不设均质调节池和初次沉淀池，处理构筑物相对较少，因此占地面积小可缩小1/3~ [#]/2，基建投资可节约20%~ [#]0%，运行成本低。
(6)系统控制设备如电动阀、液位传感器、流量计等自动控制水平较高，各操作阶段和各运行参数都可通过计算机加以控制，简化管理，甚至可以实现无人操作。
4.SBR法的啤氮除磷作用
SBR法具有良好的工艺性能和灵活的可操作性，通过调节曝气的强度和水流方式，可以在反应器内交替出现厌氧、缺氧和好氧状态或出现厌氧区、缺氧区和好氧区。通过改变运行方式，合理分配曝气阶段和非曝气阶段的时间，可以实现生物脱氮和除磷。即除磷脱氮的SBR法是将SBR运行方式和除磷脱氮工艺要求结合起来，用SBR的一个反应器实现本应有多个反应器来承担的任务，使除磷脱氮工艺流程更加紧凑、SBR的功能更加强大。使用SBR反硝化时可以使用外加碳源，也可以使用内源碳。实现脱氮和除磷的SBR系统的运行方式见图3- [#]2。
F—进水；FM—进水搅拌；FMR—进水搅拌曝气；R—曝气；S•—沉淀；D—滗水
SBR在经历lh进水阶段后，即进入0.5h的厌氧搅拌，使在上一个循环中吸收磷的污泥在这一阶段释放磷。然后开始0.5h的进水曝气阶段，去除部分B0D5,再进人缺氧曝气阶段进行反硝化脱氮，后依此进人曝气、沉淀和滗水阶段，完成一个周期。整个工艺流程类似于分段进水的厌氧/好氧/缺氧/好氧工艺，只不过由于所有反应在一个反应器内进行，不需要混合液回流或污泥回流。
5.SBR法的两用曝气器
SBR系统常用的曝气设备是微孔曝气器，近年来，开始广泛使用两用曝气器。两用曝气器是在水-气异相射流曝气器的基础上又增加了水-水同相射流的功能，因此具有好氧曝气和厌氧搅拌的双重功能。它由风机、水泵和喷嘴组成，喷嘴为两用双层喷嘴。充氧曝气时，水泵和风机同时工作，水和空气在两用喷嘴和混合室充分后由外层喷嘴喷出，释放微小气泡，达到曝气和混合的目的。在厌氧工序，只开动水泵而关闭风机，此时只有水由内层喷嘴喷出，进行水水射流，起到搅拌作用。两用曝气器的主要优点有以下几点：
(1)氧的总转移系数大，充氧效率可高达25%~ [#]5%。
(2)高速的喷射流在低速的水中喷动时，其速度差和能量差引起相邻水流边界与周围水流产生剧烈的掺混，边界上低能量的水被卷入射流中，并在扩大的射流中被吸收、加速和混合，因此厌氧工序搅拌效果很好。
(3)由于两用曝气器采用大直径喷嘴(一般直径大于10_)喷出水流，阻力较小，同时空气不需要净化过滤，因此动力消耗小。
(4)两用曝气器没有易损运动部件，结构简单，不易堵塞，维修量小，运行管理简单方便。
6.SBR反应器的自动控制
SBR法采用自动控制技术来实现控制SBR工艺的目的，主要通过仪表设备、计算机和控制软件等的有机结合创造出能满足微生物生存的佳环境。SBR的自动控制主要以时间为基本参数使SBR工艺自动正常运转，控制所需的指令信息及反馈信息均利用各种水质、水量检测仪器仪表获得，这些仪器仪表包括污泥浓度计、溶解氧仪、pH计、ORP计、液位计、流量计以及需要控制的各种电动气动阀门、水泵、风机、滗水器等。
SBR自控系统的核心部分是其计算机控制系统，主要有PLC控制系统和DCS控制系统两种，常用的是PLC控制系统。PLC控制系统主要由中心控制室主站和现场子站构成，利用通讯网络相连，实现集中管理和分散控制。自动控制系统分控制设备和控制对象两部分，控制设备由主机、打印机、可编程序控制器等组成，控制对象包括提升泵站、沉砂池、主反应池、变配电间、风机、污泥浓缩池、污泥池、脱水机房等污水处理厂内所有工艺环节。PLC的核心处理器对控制对象以开关量和模拟量变化的方式进行控制主反应池是SBR系统的核心，也是自控系统得以实现的关键。主反应池的控制内容主要是按时间控制进水阀门、进气电动蝶阀、出水滗水器、水下推流器、排泥阀门等工艺设备，同时要采集这些设备的运行工况和异常情况的报警信号及溶解氧、污泥浓度、污泥界面等工艺参数。自控系统根据主反应池溶解氧浓度反馈作用于进风管阀门控制系统，根据阀门开启度大小信号，适当开大或关小进风阀门的开度，调整进风量。
7.新型SBR工艺
经典SBR工艺只有一个反应池，间歇进水后，再依次经历反应、沉淀、滗水、闲置四个阶段完成对污水的处理过程，因此在处理连续来水时，一个SBR系统就无法应对，工程上采用多池系统，使进水在各个池子之间循环切换，每个池子在进水水后按上述程序对污水进行处理，因此使得SBR系统的管理操作难度和占地都会加大。
为克服SBR法固有的一些不足（比如不能连续进水等），人们在使用过程中不断改进，发展出了许多新型和改良的SBR工艺，比如ICEAS系统、CASS系统、UNITANK系统、MSBR系统、DAT-IAT系统等。这些新型SBR工艺仍然拥有经典SBR的部分主要特点，同时还具有自己独特的优势，但因为经过了改良，经典SBR法所拥有的部分显著特点又会不可避免地被舍弃掉。
(1)ICEAS工艺
ICEAS工艺的中文名称是间歇式循环延时曝气活性污泥法，连续进水、周期排水，是一种变型SBR工艺，其基本的工艺流程如图3-13所不。
进水进水进水
图3-13丨CEAS工艺操作过程示意图
ICEAS—般采用两个矩形池为一组的SBR反应器，每个池子分为预反应区和主反应区两部分。预反应区一般处于厌氧或缺氧状态，主反应区是曝气反应的主体，体积占总池容的85%~ [#]0%。污水通过渠道或管道连续进人预反应区，进水渠道或管道上不设阀门，因此可以减少操作的复杂程度。预反应区一般不分格，进水连续流人主反应区，不但在反应阶段进水，在沉淀和滗水阶段也进水。ICEAS的运行工序由曝气、沉淀和滗水组成，运行周期较短，一般为4~6h,进水曝气时间为整个运行周期的一半。
与传统的SBR相比，ICEAS工艺的大特点是在反应器的进水端增加了一个预反应区，运行方式变为连续进水（沉淀期和排水期仍保持进水）、间歇排水，没有明显的反应阶段和闲置阶段。ICEAS工艺比传统的SBR系统设施简单、管理更方便，但由于进水贯穿于整个运行周期的每个阶段，沉淀器进水在主反应区底部造成水力紊动会影响泥水分离效果，因此进水量受到了一定限制，即水力停留时间较长。
(2)循环式活性污泥法CAST
CAST工艺也称为CASS工艺或CASP工艺，是在ICEAS工艺的基础上发展而来的。与ICEAS工艺相比，预反应区容积较小变成更加优化合理的生物选择器。CAST工艺的大特点是将主反应区中的部分剩余污泥回流到选择器中，沉淀阶段不进水，使排水的稳定性得到保证。通行的CAST按流程可分为三个部分：生物选择器、缺氧区和好氧区，这三个部分的容积比通常为1:5: 30。其基本的工艺流程如图3-14所示。
图3-14CAST工艺操作过程示意图(a)—进水，曝气阶段开始；（b)—曝气阶段结束；（c)一沉淀阶段开始; (d)—沉淀阶段结束，撇水阶段开始；（e)—撇水阶段及排泥结束；
(f)一进水、闲置阶段(视具体运行情况而定）
和ICEAS工艺一样，CASS工艺也是连续进水，运行工序由曝气、沉淀、滗水组成。循环开始时，进水使反应池的水位由低开始逐渐上升，同时开始曝气，到高水位后再曝气混合一段时间后停止曝气，使混合液在一个静止的环境中进行沉淀分离。沉淀阶段结束后，由一个移动式撇水堰排出已经处理过的上清液，使水位降低到反应池所设定的低水位，然后重复上述过程。
和ICEAS工艺一样，CAST工艺设置生物选择器并增加了兼氧区，大的区别是增加了污泥回流措施，保证了活性污泥不断在选择器内经历一个高负荷阶段，从而有利于系统中絮凝性细菌的生长，并可以提高污泥活性，使其快速地去除水中溶解性易降解有机基质，同时可以有效地抑制丝状菌的生长和繁殖。和经典SBR不同的是，CAST工艺在进水阶段，不设单纯的充水过程或缺氧进水混合过程，而是在进水阶段即开始曝气。而且两个反应池并列运行的形式可以使沉淀阶段不进水，保证了污泥沉降时没有水力干扰，保证了系统的良好泥水分离效果。以上特点确保了CAST系统在任意进水条件下运行而不发生污泥膨胀。
(3)UNITANK工艺
典型的UNITANK工艺系统近似于三沟式氧化沟的运行方式，其主体构筑物为三格条形池结构，三池连通，每个池内均设有曝气和搅拌系统，污水可进入三池中的任意一个。外侧两池设出水堰或滗水器以及污泥排放装置，两池交替作为曝气池和沉淀池，而中间池则总是处于曝气状态。在一个周期内，原水连续不断地进人反应器，通过时间和空间的控制，分别形成好氧、缺氧和厌氧的状态。UNITANK工艺除了保持传统SBR的特征以外，还具有滗水简单、池子结构简化、出水稳定、不需回流等特点，通过改变进水点的位置可以起到回流的作用和达到脱氮、除磷的目的。其基本的工艺流程如图3-15所示。
污水从左侧池进人流后，该池作为曝气池，由于池中在上一个运行周期中作为沉淀池时积累了大量的经过再生、具有较高吸附活性的污泥，因而可以有效降解污水中的有机物；混合液进人中间反应池继续进行曝气，污水中有机物得到进一步降解，然后再进人右侧池进行沉淀，上清液即处理后出水由固定堰排出；同时在混合液从左到右的推流过程中，左侧池中的活性污泥会随水流进人中间池、再进入右侧池，使污泥在各池中重新分配。上述过程经过一定时间后，关闭左侧进水闸，开启中间进水闸，左侧池停止曝气，而污水从中间池继续流向右侧池，这一过程是个过渡段，时间较短；然后关闭中间进水渣，开启右侧进水闸从右池进水，此时右侧池开始曝气，左侧池经过静止沉淀后排水，水流从右到左，完成一个循环。
图3-15UNITANK工艺操作过程示意图
由于进水侧边池的水位高，由此产生的水位差才能促使水流从一侧流向中间池再从另一侧池排处，因为两侧的出水堰高度相同，因此进水池的水位必定淹没了作为出水用的固定堰。当该池由曝气池过渡到沉淀池时，水位必定下降，为保证出水优良，必须将残留在出水槽中的混合液排除并用清水冲洗出水槽，一般需要设置专门的水池收集这部分混合液和冲洗水，再用小泵提升输送到中间曝气池。采用滗水器排水的CAST系统可以避免出现这个问题。
如果在污水交替进人左侧和中间反应池的过程中在左侧反应池进行缺氧搅拌，可以将在前一个运行阶段中形成的硝态氮通过反硝化菌的作用实现脱氮，并释放上一阶段运行时沉淀的含磷污泥中的磷。中间反应池在曝气运行时，进行去除有机物、硝化和吸收磷，在进水并搅拌时进行反硝化脱氮，并自左而右推进污泥。右侧反应池作为沉淀池进行泥水分离，上清液溢流排出，部分含磷污泥作为剩余污泥排出。在进人第二个运行阶段前，污水只进人中间反应池，使左侧反应池中尽可能完成硝化反应。其后左侧反应池停止曝气，作为沉淀池，系统进人第二个运行阶段，污水由右向左流动，运行效果与从左向右时相同。
(4)DAT-IAT工艺
DAT-IAT工艺是SBR工艺的一种变型，主体构筑物由需氧池(DAT)和间歇曝气池（IAT)组成。DAT连续进水、连续曝气，DAT出水进人IAT后完成曝气、沉淀、滗水和排出剩余污泥的过程。DAT-IAT工艺流程如图3-16所示。
图3-16DAT-LAT工艺流程示意图
污水连续进人连续曝气的DAT池进行初步生物处理，曝气时间为每天20h左右(具体时间视水质水量情况而定），DAT池的作用机理和操作与传统的活性污泥法曝气池基本相同。经DAT池初步处理的污水再通过双层导流设施进人IAT池，根据工艺需要进行曝气或搅拌，曝气以达到好氧反应去除BOD5和硝化的目的，搅拌可以实现反硝化和含磷污泥释磷的目的，而后在反应的后阶段进行曝气，以去除附着在污泥上的氮气和实现污泥的再吸磷。当IAT池停止曝气和搅拌后，活性污泥混合液进行泥水分离，上清液使用滗水器排出，在IAT池沉降的活性污泥部分作为该池下个周期的回流污泥，部分回流到DAT池作为DAT池下个周期的回流污泥，另有一部分作为剩余污泥排放。
待处理污水首先经过DAT进行生物处理后再进人IAT,由于连续曝气起到了均衡有机负荷和水力负荷的作用，因此提高了整个工艺过程的稳定性。进水工序只发生在DAT,而排水和沉淀工序只发生在IAT，使整个生化系统的可调节性进一步加强，有利于去除难降解有机物。一部分剩余污泥从IAT.回流到DAT,可以使DAT产生生物选择器的作用，有利于避免污泥膨胀现象出现。与CAST和ICEAS相比，DAT是一种更加灵活、完备的生物选择器，从而可以使DAT与IAT均能保持较长的污泥龄和很高的ML5S浓度，因此耐受有机负荷和有毒物质冲击的能力较强。
(5)MSSR工艺
MSBR又称改良式序列间歇反应器，其结合了传统活性污泥法和SBR的优点，在恒水位下连续运行，采用单池多格方式，省去了多池工艺所需的连接管道、泵和阀门等设备或设施。由流程特点看，MSBR实际相当于由A2/0工艺与SBR工艺串联而成，因而同时具有很好的除磷和脱氮作用。MSBR的基本流程示意图见图3- [#]7MSBR流程示意图
污水进人厌氧池，回流污泥中的聚磷菌在此进行充分放磷,然后混合液进入缺氧池进行反硝化，反硝化后的污水进人好氧池，有机物被好氧降解，活性污泥充分吸磷后再进人起沉淀作用的SBR池，澄清后污水排放。此时另一边的SBR在1.5倍的回流量下进行反硝化、硝化或静置预沉淀。回流污泥首先进人浓缩池进行浓缩，上清液直接进人好氧池，而浓缩污泥进人缺氧池，这样一方面可以进行反硝化，另一方面可以先消耗掉回流浓缩污泥中的溶解氧和硝酸盐，为随后进行的缺氧放磷提供更为有利的条件。在好氧池和缺氧池之间有1.5倍的回流量，以便进行充分的反硝化。
按照SBR池内搅拌、曝气、预沉的时间不同，可以将MSBR的一个运转周期分为6个时段，即三个时段组成半个周期，在一个周期的前后两半个周期内，除了两个SBR池的运转方式互相转变外，其余单元的运转方式保持固定不变。MSBR的半个运转周期持续120min，相应搅拌、曝气和预沉的时间分别为 [#]0min、50min和30min。原污水连续进人厌氧单兀后，依次流经缺氧单元和好氧曝气池，在第一个半周期内从SBR2单元排水，同时513札单元进行搅拌、曝气、预沉三个过程；在第二个半周期内从SBRr^元排水，同时58&单元进行搅拌、曝气、预沉三个过程。
MSBR系统的回流由污泥回流和混合液回流两部分组成，而污泥回流又可分为浓缩污泥回流和上清液回流两部分。混合液回流较为简单，在各时段内均从好氧曝气池回流到缺氧池，再由缺氧池回流到曝气池。而污泥回流根据运行半周期的不同有所不同，在第一个半周期内从SBR,回流污泥到浓缩池，在第二个半周期内从SBR2回流污泥到浓缩池。
