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SBR(Sequencing Batch Reactor，简称SBR)法是一种间歇式运行的活性污泥法污水处理工艺。由于它具有工艺流程简单、运行方式灵活、可控性好等优点，已经成为中小城镇污水及工业废水的首选处理工艺。目前，国内40％左右的中小城镇污水及20％左右的工业废水处理都采用SBR法。但是，SBR法也存在其运行繁琐与过程控制复杂、脱氮除磷过程不稳定等缺点。
针对SBR法污水处理工艺的能耗特点及节能降耗技术亟待解决的技术难点，在大量调研国内外该领域研究现状的基础上，确定本论文的主要研究内容为SBR法生物脱氮新工艺及其实时控制的理论及应用技术。本论文以城市生活污水为研究对象，建立了基于简单传感器(DO、pH、ORP)的SBR法去除有机物及脱氮的智能控制系统，并将短程生物脱氮、分段进水等新型低能耗处理技术融入其中。提出了通过实时过程控制优化活性污泥种群结构的思想及控制策略，开发了SBR法污水处理新工艺及其过程控制方法，从而进一步提高SBR处理系统的技术含量与稳定性，同时降低能耗与运行费用。本论文研究工作的主要内容和创新点表现在以下几个方面：
(1)SBR工艺过程控制基础研究以生活污水为研究对象，①分析了SBR工艺去除有机物及硝化反硝化过程DO、ORP、pH值曲线的变化规律及基本原理；②根据不同的处理目标和可能出现的异常情况，分别建立了SBR法去除有机物、硝化和反硝化过程的控制策略；③并在此基础上，建立了SBR工艺整体的控制策略。结合不同的处理目标，通用控制策略的建立为污水处理厂提供了升级改造的空间，可以通过模块选择和模式选择，找到适合于实际情况的处理方式，实现高效节能。
(2)SBR工艺鼓风机变频控制研究以生活污水为研究对象，采用有效容积为8．8m3的中试反应器，①分析了SBR工艺深度脱氮过程中pH、频率f、DO的变化规律及相关关系；②考察了变频控制恒DO的节能效果及影响因素，研究发现DO为1．5mg/L、2．0mg/L、3．0mg/L、4．0mg/L情况下，硝化反应结束，变频频率突然下降或突然上升，可根据频率曲线特征点判断硝化反应的终点，建立有利于节能降耗的实时控制策略。在低温条件下，与工频运行相比，变频运行更有利于SBR系统的节能。
(3)SBR短程生物脱氮新工艺研究①选取pH值作为短程深度脱氮过程的控制参数，建立生活污水短程生物脱氮的实时控制策略；②考察了过度曝气、氨氮冲击负荷、前置厌氧段对SBR法生活污水短程硝化反硝化稳定性的影响，研究发现过度曝气会导致短程硝化向全程硝化的转化，该转化过程与活性污泥种硝化菌种群的优化程度有关，实现了稳定的短程硝化及硝化菌种群优化后，过度曝气对短程稳定性的影响将减弱；氨氮冲击负荷对短程硝化的稳定性有较大影响，可在短时间内，迅速降低系统亚硝酸盐累积率；前置厌氧段可在短时间内提高系统亚硝酸盐累积率，但NOB对前置厌氧段存在一定的适应性；③提出了“SBR污水处理系统活性污泥种群优化”理论，建立了基于实时过程控制优化SBR系统硝化菌种群结构的方法④提出了快速启动短程生物脱氮的方法，以低COD/TN实际生活污水为研究对象，应用该方法经过32天的培养与驯化，成功地启动了短程硝化。在保证TN去除率95％以上的情况下，亚硝酸盐积累率>90％。
(4)脉冲式SBR工艺深度脱氮研究采用生活污水和城市污水，①对脉冲式SBR法深度脱氮工艺试验发现，影响分段进水脉冲式SBR深度脱氮效率的主要因素为投加原水次数n和进水的COD/TN值，通过实验室研究和中试研究，考察了不同进水量、进水次数的脱氮性能以及反应过程中DO、pH值和ORP的变化规律，提出了脉冲式SBR工艺的最佳运行操作策略；②在脉冲式SBR生物脱氮过程中，有机物的降解、硝化和反硝化过程与DO、pH值和ORP的变化规律有较好的相关性。可以根据DO、pH值和ORP的特征点判断硝化和反硝化的结束，出水COD低于50mg/L，TN低于2mg/L，平均TN去除率可达到95％以上，达到了深度脱氮目的。
(5)SBR法污水生物脱氮过程的氮平衡分析SBR工艺脱氮反应过程中存在明显的氮损失现象，通过理论分析和试验，考察氮转化途径及其影响因素。亚硝酸盐的累积是导致N2O产生的关键因素，在本试验中N2O可能由氨氧化菌以氨氮为电子受体，在亚硝酸盐的还原过程中产生。分段进水的运行方式降低了产生N2O的两种底物氨氮和亚硝酸盐的浓度，强化了缺氧反硝化作用，成功地降低了短程脱氮过程中N2O的产生量。
(6)SBR工艺节能降耗关键技术的中试研究为考察SBR法短程深度脱氮控制系统的稳定性，在北京市北小河污水处理厂进行中试研究，①提出了应用实时控制实现SBR工艺短程深度脱氮的新方法，②采用实际城市污水，在通常操作条件下，在中试规模中实现了稳定的常温、低温短程深度脱氮，最低反应温度可降至11．9℃，比国际上的同类报道低10℃实现了短程硝化。③采用FISH、PCR-DGGE等分子生物学方法对中试系统内AOB与NOB的初步定量分析，证明系统不仅在处理效果上克服了低温的影响，而且在污泥种群上也发生了“质”的变化。在长期实时控制的作用下，AOB已成为硝化菌群中的绝对优势菌种，NOB逐渐被淘汰。