韓志誠

（上海浦江造紙技術(shù)中心，上海 200331）

SBR污水生化技術(shù)在造紙廢水處理中的應(yīng)用

韓志誠

（上海浦江造紙技術(shù)中心，上海 200331）

SBR意為序批式反應(yīng)器，在空間上是理想的完全混合式反應(yīng)器，在時(shí)間上是理想的推流式反應(yīng)器，具有傳統(tǒng)的活性污泥法處理無法比擬的優(yōu)勢。該文結(jié)合實(shí)際案例分析了SBR污水生化技術(shù)的基本原理、運(yùn)行過程、主要設(shè)備，以及在造紙廢水處理應(yīng)用中的技術(shù)優(yōu)勢。

序批式反應(yīng)器；污水生化；造紙廢水；應(yīng)用

0 前言

制漿造紙工業(yè)是一個(gè)與國民經(jīng)濟(jì)發(fā)展和社會(huì)文明建設(shè)息息相關(guān)的重要產(chǎn)業(yè)，在現(xiàn)代經(jīng)濟(jì)中所發(fā)揮的作用已越來越多地引起世人矚目，被國際上公認(rèn)為是“永不衰竭”的朝陽工業(yè)。當(dāng)今，世界各國已將制漿造紙的生產(chǎn)和消費(fèi)水平作為衡量一個(gè)國家現(xiàn)代化水平和文明程度的重要標(biāo)志之一。

我國的制漿造紙工業(yè)在新中國成立以后，特別是改革開放30多年以來，取得了跨越式的快速發(fā)展。紙和紙板的產(chǎn)量和消費(fèi)量已經(jīng)連續(xù)多年超越美國，穩(wěn)居世界第1位。在發(fā)展的同時(shí)，我國造紙工業(yè)還加大環(huán)境治理力度，扎實(shí)推進(jìn)節(jié)能減排，已建成的先進(jìn)產(chǎn)能的質(zhì)量、消耗定額、污染物排放負(fù)荷均達(dá)到國際先進(jìn)水平。

但是，伴隨著中國城市化、工業(yè)化的加速，中國水資源人均占有量少、空間分布不平衡的問題越顯嚴(yán)重，水資源的需求缺口也日益增大。作為工業(yè)用水大戶的造紙工業(yè)水污染的處理仍然是任重而道遠(yuǎn)。

1 造紙廢水

1.1 造紙廢水的來源

目前，造紙行業(yè)是世界六大工業(yè)污染源之一，造紙廢水按其產(chǎn)生環(huán)節(jié)分為：制漿廢液、中段水和紙機(jī)白水。其中，制漿廢液是制漿造紙工業(yè)的主要污染源之一。

制漿造紙工業(yè)的廢水及其污染負(fù)荷，隨原料種類、生產(chǎn)工藝以及產(chǎn)品品種的不同，存在很大的差異。即使采用同樣的原料、同樣的生產(chǎn)工藝、生產(chǎn)同樣的產(chǎn)品，由于技術(shù)和管理水平的差異，不同工廠的廢水排放量以及其中的污染物含量都會(huì)存在很大的差異。

1.2 造紙廢水的特點(diǎn)

（1）廢水排放量大：就噸漿紙綜合能耗和綜合水耗來看，國際上的先進(jìn)水平為每生產(chǎn)1 t漿紙綜合取水量30～50 t，我國除少數(shù)企業(yè)或部分生產(chǎn)線達(dá)到國際先進(jìn)水平外，大部分企業(yè)每噸漿紙的綜合取水量平均仍處于100 t左右，相應(yīng)地廢水排放量遠(yuǎn)超過工業(yè)化國家的廢水排放量。

（2）廢水種類多、濃度大：造紙廢水雖可分為制漿廢液、中段廢水及紙機(jī)白水等3種，但由于原料、制漿方法的不同及各種化學(xué)品的添加，造成不同的紙廠其廢水性質(zhì)相去甚遠(yuǎn)。

（3）廢水的水質(zhì)波動(dòng)大：造紙廢水中化學(xué)需氧量（COD）、懸浮物（SS）含量高，色度大，同時(shí)還含有大量的有機(jī)污染物和有毒有害物質(zhì)。

1.3 造紙廢水的處理

造紙廢水COD濃度高，生化需氧量（BOD）含量大，其處理方法較一般工業(yè)廢水有所不同，因此世界各國都致力于研究解決該種廢水的污染問題。目前，已用于工廠實(shí)踐的廢水處理方法很多，但歸納起來造紙廢水的處理方法主要有物理法、化學(xué)法、生物法和物理化學(xué)法等幾種，實(shí)踐結(jié)果表明，相比較而言，生物法的應(yīng)用最為廣泛，以生物法為主的方法來處理的造紙廢水在處理效果、處理費(fèi)用等方面更勝一籌，已成為造紙廢水二級(jí)處理的主要方法之一。

隨著科技的不斷進(jìn)展，制漿造紙廢水處理和資源化技術(shù)日新月異。傳統(tǒng)的廢水處理回用技術(shù)不斷被革新和發(fā)展，同時(shí)，出現(xiàn)了許多更新的、更先進(jìn)的技術(shù)。序批式反應(yīng)器（Sequencing Batch Reactor，SBR）污水生化工藝技術(shù)因具有傳統(tǒng)的活性污泥法處理工藝所不可比擬的優(yōu)勢，目前在造紙行業(yè)得到了廣泛的應(yīng)用。

2 SBR工藝的基本原理

傳統(tǒng)的活性污泥法是懸浮生長型好氧生物法?；钚晕勰嘤珊醚鹾图嫜跣晕⑸锛捌浯x的和吸附的有機(jī)物、無機(jī)物組成，具有降解廢水中有機(jī)物的能力，顯示生物化學(xué)活性。

活性污泥法凈化廢水包括吸附、代謝和固液分離等3個(gè)主要過程，系統(tǒng)由生物選擇池、曝氣反應(yīng)池、二沉池及污泥回流設(shè)備組成，其基本流程見圖1。

圖1 傳統(tǒng)活性污泥法基本流程

SBR（Sequencing Batch Reactor Activated Sludge Process）的中文意義為序批式活性污泥法。顧名思義，即按順序、分批次處理廢水的活性污泥法。SBR集生物選擇、曝氣反應(yīng)、泥水分離（沉淀澄清）等諸多功能于SBR反應(yīng)池一身（以時(shí)間換空間），其廢水處理機(jī)制與普通活性污泥法完全相同。但區(qū)別在于污水不是按順序流經(jīng)各個(gè)處理單元，而是放流到單一反應(yīng)器內(nèi)，按時(shí)間順序?qū)崿F(xiàn)不同目的的操作，即：將傳統(tǒng)的活性污泥法的生物選擇、曝氣反應(yīng)與沉淀澄清合而為一，在同一個(gè)池中進(jìn)行生物選擇、曝氣及靜沉、排水多個(gè)過程，圖2為SBR系統(tǒng)（a）及其流程（b）。在SBR反應(yīng)池的一個(gè)工作周期內(nèi)，運(yùn)行程序依次為進(jìn)水、反應(yīng)（曝氣）、沉淀和潷水。通過池內(nèi)的大量微生物的生化降解和吸附作用，大幅度地去除污水中各種有機(jī)物，使污水得到比較徹底的凈化。

圖2 SBR系統(tǒng)及其流程

因此相較于傳統(tǒng)的活性污泥工藝（A/O、氧化溝等），SBR工藝在空間上是理想的完全混合式反應(yīng)器，在時(shí)間上是理想的推流式反應(yīng)器，具有傳統(tǒng)的活性污泥法處理無法比擬的技術(shù)優(yōu)勢。

3 SBR工藝的運(yùn)行過程

SBR工藝的運(yùn)行過程如圖3所示：每個(gè)SBR的運(yùn)行按時(shí)間順序分為進(jìn)水、曝氣反應(yīng)、沉淀澄清和潷水排水等4個(gè)過程。這4個(gè)過程通常6 h完成1次循環(huán)，每天循環(huán)4次。每個(gè)SBR反應(yīng)池每次處理一批廢水。在設(shè)定的循環(huán)周期內(nèi)一批廢水進(jìn)入一個(gè)SBR反應(yīng)池，當(dāng)一個(gè)SBR反應(yīng)池進(jìn)水時(shí)，其他SBR反應(yīng)池進(jìn)行不同的處理循環(huán)過程。

圖3 SBR工藝的運(yùn)行過程

廢水在SBR反應(yīng)池中與生化污泥和空氣混合得到處理。當(dāng)生化反應(yīng)完成時(shí)，停止曝氣，生化污泥沉降，處理后的澄清液由潷水器從SBR反應(yīng)池表層排出，同時(shí)按一定比例排出過剩污泥。

表1列出了典型的SBR循環(huán)周期。SBR系統(tǒng)操作非常靈活，其每個(gè)處理單元的循環(huán)周期都可調(diào)整，以適應(yīng)整個(gè)處理系統(tǒng)。

表1 典型的SBR循環(huán)周期

4 SBR工藝的主要設(shè)備

射流曝氣器是SBR工藝中的主要設(shè)備（見圖4）。

圖4 射流曝氣器

射流曝氣器將大量的循環(huán)水和低壓空氣在一個(gè)專利的噴嘴里混合。循環(huán)水主要是通過里面的噴嘴送入，產(chǎn)生高速渦流，同時(shí)空氣進(jìn)入二級(jí)外部噴嘴。高速液流切割空氣形成氣液之間的渦流擴(kuò)散。

溶氧最高的氣液混合流體從第2級(jí)噴嘴中釋放出來，將周圍液體卷入。氣液混合液具有橫向和豎向的能量，在池內(nèi)形成劇烈的混合。

射流曝氣器具有以下特點(diǎn)。

（1）氧轉(zhuǎn)移率高。除了與空氣中的小氣泡在液體中擴(kuò)散效率高，射流曝氣器的紊流狀態(tài)使氣液接觸面不斷更新，也有利于氧氣傳遞。氧轉(zhuǎn)移率參數(shù)是氧氣在污水和清水中傳遞系數(shù)的比值。與其他的大多數(shù)微孔擴(kuò)散理論相比較，射流曝氣器氣液接觸面的不斷更新使其氧轉(zhuǎn)移效率更高。

（2）工藝適用性強(qiáng)。射流曝氣器可以在供氧和攪拌之間自動(dòng)進(jìn)行單獨(dú)控制。這使操作工可以根據(jù)需要調(diào)節(jié)空氣量的大小，而維持?jǐn)嚢杩梢酝ㄟ^循環(huán)液。結(jié)合手工和自動(dòng)控制，可以在低負(fù)荷時(shí)節(jié)省能耗。通過停止供氣維持?jǐn)嚢瑁瑢?duì)厭氧/好氧交替循環(huán)的生化系統(tǒng)來說是非常理想的。

（3）攪拌均勻。射流曝氣產(chǎn)生的充分?jǐn)嚢璩藲馀萆仙a(chǎn)生垂直方向的攪拌能量外，循環(huán)水還在水平方向產(chǎn)生能量。和一些空氣擴(kuò)散系統(tǒng)不同，射流曝氣器不需要覆蓋整個(gè)池底就能充分?jǐn)嚢?，能?jié)省很多安裝時(shí)間和安裝費(fèi)用。

（4）空氣污染少。鑒于大氣質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)越來越高，我們開始關(guān)心曝氣工藝中廢氣和水霧的產(chǎn)生。由于射流曝氣器的氧利用率高，產(chǎn)生的廢氣排放較少，只需要較少的廢氣收集和處理的設(shè)備及資金。

射流曝氣器是一種淹沒（液下）式設(shè)計(jì)，它不產(chǎn)生大多數(shù)表曝機(jī)所特有的已成二次污染的水霧及泡沫問題，降低了污水廠及其周圍環(huán)境的空氣污染。

（5）維修方便。射流曝氣器本身不需維修，且利用普通的附屬設(shè)備如離心水泵和離心風(fēng)機(jī)。所有運(yùn)轉(zhuǎn)部件都設(shè)在池外，維修方便。噴射器中的高速液體和氣體減少了堵塞的潛在可能性，且噴射器本身的結(jié)構(gòu)決定其無堵塞、免維護(hù)的特性。

（6）使用壽命長。由于射流曝氣器具有特殊的機(jī)構(gòu)，使用獨(dú)特的材料，并添加耐磨材料，因此使用壽命很長，最長可達(dá)20年以上。目前國內(nèi)正在運(yùn)行的射流曝氣器使用已超過10年，無任何維修記錄。

5 SBR工藝的技術(shù)優(yōu)勢

5.1 污泥活性高，出水水質(zhì)好

SBR工藝為間歇進(jìn)水和排放，時(shí)間上是理想的推流式，為非穩(wěn)態(tài)反應(yīng)，其降解速率明顯具有零級(jí)反應(yīng)和一級(jí)反應(yīng)以及二者之間的混合級(jí)數(shù)反應(yīng)動(dòng)力學(xué)特性，因此降解速率與傳統(tǒng)活性污泥法相比要快得多，降解時(shí)間也要短得多，所以出水達(dá)標(biāo)的可靠性很高（見圖5）。

圖5 出水水質(zhì)對(duì)比

5.2 沉降、分離效果好

圖6顯示了懸浮物去除的對(duì)比情況。SBR反應(yīng)池[圖6（b）]的沉降屬理想靜沉，沉降時(shí)沒有進(jìn)水及曝氣，使用先進(jìn)的潷水器排水。因此沉降效果及濃縮效果都高于傳統(tǒng)二沉池[圖6（a）]。SBR反應(yīng)池污泥指數(shù)SVI一般在100左右。

5.3 耐沖擊負(fù)荷，處理能力強(qiáng)

圖6 懸浮物去除的對(duì)比情況

SBR反應(yīng)池空間上是完全混合式，每次進(jìn)反應(yīng)池的污水體積只占反應(yīng)池體積的1/3～1/5左右。當(dāng)高濃度或有毒污水進(jìn)入反應(yīng)池時(shí)，立即被原有的反應(yīng)池內(nèi)的清水稀釋并與之完全混合，所以SBR工藝具有較強(qiáng)耐沖擊負(fù)荷能力。

5.4 防止污泥膨脹

構(gòu)成活性污泥微生物的細(xì)菌可分為菌膠團(tuán)形成菌與絲狀菌，當(dāng)菌膠團(tuán)形成菌占優(yōu)勢時(shí)，污泥的凝聚性、沉降濃縮性好，反之，當(dāng)絲狀菌占優(yōu)勢，則污泥沉降性能惡化，發(fā)生污泥膨脹。

SBR集好氧和厭氧（缺氧）2類生物于一體，可充分發(fā)揮各種微生物的能力和潛力。在同一反應(yīng)池中交替處于厭氧消化和好氧分解運(yùn)行狀態(tài)，選擇優(yōu)勢菌種生長，抑制絲狀菌生長，有效防止污泥膨脹。

5.5 運(yùn)行靈活

在同一周期中，各階段的運(yùn)行時(shí)間和反應(yīng)器內(nèi)混合液體積的變化以及運(yùn)行狀態(tài)可能根據(jù)具體污水性質(zhì)、出水質(zhì)量與運(yùn)行功能要求等靈活掌握。

5.6 反應(yīng)推動(dòng)力大、效率高

底物和微生物濃度隨時(shí)間的變化造成時(shí)間上的理想推流狀態(tài)，反應(yīng)時(shí)間和池容小得多。

5.7 簡化流程、減少占地、降低造價(jià)、運(yùn)轉(zhuǎn)費(fèi)用低

采用SBR法使工藝過程極為簡單，一個(gè)SBR構(gòu)筑物取代了普通活性污泥法中的水解酸化池、曝氣池、二沉池和污泥回流系統(tǒng)，減少了構(gòu)筑物的占地面積，可節(jié)約基建約30%。構(gòu)筑物之間的連接管道、流體輸送設(shè)備減少，特別是省去了污泥回流系統(tǒng)和混合液回流系統(tǒng)，因而大大降低了工廠投資。

SBR工藝不需要二沉池和污泥回流系統(tǒng)，還能節(jié)省能耗。在進(jìn)水開始一段時(shí)間可以不曝氣，使其處于厭氧狀態(tài)，具有較強(qiáng)的水解功能；曝氣時(shí)，溶解氧濃度梯度大，氧傳質(zhì)的推動(dòng)力高，運(yùn)行費(fèi)用減少。

5.8 污泥脫水容易，自動(dòng)化程度高

污泥齡長，污泥生成量少，污泥穩(wěn)定程度高，污泥脫水容易。自動(dòng)化程度高，節(jié)省人工費(fèi)用。

6 SBR工藝的工程實(shí)績

廣西南寧天然紙業(yè)有限公司位于廣西南寧中國-東盟經(jīng)濟(jì)園區(qū)內(nèi)，是一家以漂白甘蔗漿為主要原料，加入部分木漿生產(chǎn)生活用紙的企業(yè)，公司計(jì)劃完善前三期項(xiàng)目廢水處理設(shè)施，新建一套處理能力為10 000 t/d的廢水生化處理系統(tǒng)。原有氣浮和脈沖等物化處理系統(tǒng)繼續(xù)使用，其處理后出水進(jìn)入新建的生化系統(tǒng)進(jìn)一步處理，達(dá)標(biāo)排放。

采用加拿大ADI公司先進(jìn)污水處理技術(shù)的上海愛地環(huán)保技術(shù)有限公司，經(jīng)過對(duì)該公司現(xiàn)有的污水處理流程的充分調(diào)研和污水水質(zhì)情況的充分了解后，決定生化系統(tǒng)采用SBR污水生化工藝技術(shù)。

6.1 設(shè)計(jì)進(jìn)水參數(shù)

設(shè)計(jì)廢水處理總量為10 000 m3/d，進(jìn)入好氧系統(tǒng)（SBR）的水質(zhì)見表2。

表2 進(jìn)入好氧系統(tǒng)（SBR）的水質(zhì)

6.2 設(shè)計(jì)出水要求

好氧系統(tǒng)（SBR）出水主要污染物排放標(biāo)準(zhǔn)見表3。

項(xiàng)目建成投產(chǎn)后，運(yùn)行良好，達(dá)到了預(yù)期的設(shè)計(jì)效果。

經(jīng)過長時(shí)間的運(yùn)行測試，當(dāng)進(jìn)水COD穩(wěn)定在500 mg/L左右時(shí)，SBR出水的COD穩(wěn)定在60 mg/L左右，滿足設(shè)計(jì)要求。

表3 好氧系統(tǒng)（SBR）出水主要污染物排放標(biāo)準(zhǔn)

圖7～10為SBR運(yùn)行各個(gè)階段SBR反應(yīng)池水面的照片，由照片可以清晰地看出，污泥的活性、沉降性能非常好。

圖7 SBR進(jìn)水時(shí)水面照片

圖8 SBR曝氣時(shí)水面照片

圖9 SBR沉淀時(shí)水面照片

圖10 SBR潷水時(shí)水面照片

7 結(jié)語

與傳統(tǒng)污水處理工藝不同，SBR污水生化技術(shù)采用時(shí)間分割的操作方式替代傳統(tǒng)的空間分割的操作方式，非穩(wěn)定生化反應(yīng)替代傳統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)生化反應(yīng)，靜置理想沉淀替代傳統(tǒng)的動(dòng)態(tài)沉淀。它的主要特征是在運(yùn)行上的有序和間歇操作。SBR污水生化技術(shù)的核心是SBR反應(yīng)池，該池集均化、初沉、生物降解和二沉等功能于一池，無污泥回流系統(tǒng)。SBR污水生化技術(shù)和傳統(tǒng)的活性污泥法相比有獨(dú)特的優(yōu)勢，在造紙行業(yè)污水處理中必將有廣闊的應(yīng)用空間。

Application of SBR Sewage Biochemical Technology in Papermaking Wastewater Treatment

HAN Zhin-cheng
（Shanghai Pujiang Technique Center of Paper Industry，Shanghai 200331，China）

SBR represents for the sequencing batch reactor，and is the ideal continuous-stirred-tank reactor in space，the ideal plug-flow reactor in time.Compared with the traditional activated sludge process，it has the incomparable advantages.The article analyses the SBR sewage biochemical technology’s basic principle，operation process，main equipment，and the technical advantages in the application in papermaking wastewater treatment with practical cases.

sequencing batch reactor；sewage biochemical；papermaking wastewater；application

X793

A

1007-2225（2017）01-0018-06

韓志誠先生（1956-），教授級(jí)高級(jí)工程師；長期從事食品卡、涂布白卡紙、卡紙、紙板等生產(chǎn)管理和科研開發(fā)工作，具有豐富的實(shí)際工作經(jīng)驗(yàn)，多年來發(fā)表論文10多篇，2004年獲上海市科技進(jìn)步二等獎(jiǎng)，2010年獲上海市科技進(jìn)步三等獎(jiǎng)，1991年獲輕工業(yè)部科技進(jìn)步三等獎(jiǎng)；E-mail：sptcpi@163.com。

2016-12-19

本文文獻(xiàn)格式：韓志誠．SBR污水生化技術(shù)在造紙廢水處理中的應(yīng)用[J]．造紙化學(xué)品，2017，29（1）∶18-23．