SBR污水生化技术在造纸废水处理中的应用

韩志诚

（上海浦江造纸技术中心，上海 200331）

SBR污水生化技术在造纸废水处理中的应用

韩志诚

（上海浦江造纸技术中心，上海 200331）

SBR意为序批式反应器，在空间上是理想的完全混合式反应器，在时间上是理想的推流式反应器，具有传统的活性污泥法处理无法比拟的优势。该文结合实际案例分析了SBR污水生化技术的基本原理、运行过程、主要设备，以及在造纸废水处理应用中的技术优势。

序批式反应器；污水生化；造纸废水；应用

0 前言

制浆造纸工业是一个与国民经济发展和社会文明建设息息相关的重要产业，在现代经济中所发挥的作用已越来越多地引起世人瞩目，被国际上公认为是“永不衰竭”的朝阳工业。当今，世界各国已将制浆造纸的生产和消费水平作为衡量一个国家现代化水平和文明程度的重要标志之一。

我国的制浆造纸工业在新中国成立以后，特别是改革开放30多年以来，取得了跨越式的快速发展。纸和纸板的产量和消费量已经连续多年超越美国，稳居世界第1位。在发展的同时，我国造纸工业还加大环境治理力度，扎实推进节能减排，已建成的先进产能的质量、消耗定额、污染物排放负荷均达到国际先进水平。

但是，伴随着中国城市化、工业化的加速，中国水资源人均占有量少、空间分布不平衡的问题越显严重，水资源的需求缺口也日益增大。作为工业用水大户的造纸工业水污染的处理仍然是任重而道远。

1 造纸废水

1.1 造纸废水的来源

目前，造纸行业是世界六大工业污染源之一，造纸废水按其产生环节分为：制浆废液、中段水和纸机白水。其中，制浆废液是制浆造纸工业的主要污染源之一。

制浆造纸工业的废水及其污染负荷，随原料种类、生产工艺以及产品品种的不同，存在很大的差异。即使采用同样的原料、同样的生产工艺、生产同样的产品，由于技术和管理水平的差异，不同工厂的废水排放量以及其中的污染物含量都会存在很大的差异。

1.2 造纸废水的特点

（1）废水排放量大：就吨浆纸综合能耗和综合水耗来看，国际上的先进水平为每生产1 t浆纸综合取水量30～50 t，我国除少数企业或部分生产线达到国际先进水平外，大部分企业每吨浆纸的综合取水量平均仍处于100 t左右，相应地废水排放量远超过工业化国家的废水排放量。

（2）废水种类多、浓度大：造纸废水虽可分为制浆废液、中段废水及纸机白水等3种，但由于原料、制浆方法的不同及各种化学品的添加，造成不同的纸厂其废水性质相去甚远。

（3）废水的水质波动大：造纸废水中化学需氧量（COD）、悬浮物（SS）含量高，色度大，同时还含有大量的有机污染物和有毒有害物质。

1.3 造纸废水的处理

造纸废水COD浓度高，生化需氧量（BOD）含量大，其处理方法较一般工业废水有所不同，因此世界各国都致力于研究解决该种废水的污染问题。目前，已用于工厂实践的废水处理方法很多，但归纳起来造纸废水的处理方法主要有物理法、化学法、生物法和物理化学法等几种，实践结果表明，相比较而言，生物法的应用最为广泛，以生物法为主的方法来处理的造纸废水在处理效果、处理费用等方面更胜一筹，已成为造纸废水二级处理的主要方法之一。

随着科技的不断进展，制浆造纸废水处理和资源化技术日新月异。传统的废水处理回用技术不断被革新和发展，同时，出现了许多更新的、更先进的技术。序批式反应器（Sequencing Batch Reactor，SBR）污水生化工艺技术因具有传统的活性污泥法处理工艺所不可比拟的优势，目前在造纸行业得到了广泛的应用。

2 SBR工艺的基本原理

传统的活性污泥法是悬浮生长型好氧生物法。活性污泥由好氧和兼氧性微生物及其代谢的和吸附的有机物、无机物组成，具有降解废水中有机物的能力，显示生物化学活性。

活性污泥法净化废水包括吸附、代谢和固液分离等3个主要过程，系统由生物选择池、曝气反应池、二沉池及污泥回流设备组成，其基本流程见图1。

图1 传统活性污泥法基本流程

SBR（Sequencing Batch Reactor Activated Sludge Process）的中文意义为序批式活性污泥法。顾名思义，即按顺序、分批次处理废水的活性污泥法。SBR集生物选择、曝气反应、泥水分离（沉淀澄清）等诸多功能于SBR反应池一身（以时间换空间），其废水处理机制与普通活性污泥法完全相同。但区别在于污水不是按顺序流经各个处理单元，而是放流到单一反应器内，按时间顺序实现不同目的的操作，即：将传统的活性污泥法的生物选择、曝气反应与沉淀澄清合而为一，在同一个池中进行生物选择、曝气及静沉、排水多个过程，图2为SBR系统（a）及其流程（b）。在SBR反应池的一个工作周期内，运行程序依次为进水、反应（曝气）、沉淀和滗水。通过池内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种有机物，使污水得到比较彻底的净化。

图2 SBR系统及其流程

因此相较于传统的活性污泥工艺（A/O、氧化沟等），SBR工艺在空间上是理想的完全混合式反应器，在时间上是理想的推流式反应器，具有传统的活性污泥法处理无法比拟的技术优势。

3 SBR工艺的运行过程

SBR工艺的运行过程如图3所示：每个SBR的运行按时间顺序分为进水、曝气反应、沉淀澄清和滗水排水等4个过程。这4个过程通常6 h完成1次循环，每天循环4次。每个SBR反应池每次处理一批废水。在设定的循环周期内一批废水进入一个SBR反应池，当一个SBR反应池进水时，其他SBR反应池进行不同的处理循环过程。

图3 SBR工艺的运行过程

废水在SBR反应池中与生化污泥和空气混合得到处理。当生化反应完成时，停止曝气，生化污泥沉降，处理后的澄清液由滗水器从SBR反应池表层排出，同时按一定比例排出过剩污泥。

表1列出了典型的SBR循环周期。SBR系统操作非常灵活，其每个处理单元的循环周期都可调整，以适应整个处理系统。

表1 典型的SBR循环周期

4 SBR工艺的主要设备

射流曝气器是SBR工艺中的主要设备（见图4）。

图4 射流曝气器

射流曝气器将大量的循环水和低压空气在一个专利的喷嘴里混合。循环水主要是通过里面的喷嘴送入，产生高速涡流，同时空气进入二级外部喷嘴。高速液流切割空气形成气液之间的涡流扩散。

溶氧最高的气液混合流体从第2级喷嘴中释放出来，将周围液体卷入。气液混合液具有横向和竖向的能量，在池内形成剧烈的混合。

射流曝气器具有以下特点。

（1）氧转移率高。除了与空气中的小气泡在液体中扩散效率高，射流曝气器的紊流状态使气液接触面不断更新，也有利于氧气传递。氧转移率参数是氧气在污水和清水中传递系数的比值。与其他的大多数微孔扩散理论相比较，射流曝气器气液接触面的不断更新使其氧转移效率更高。

（2）工艺适用性强。射流曝气器可以在供氧和搅拌之间自动进行单独控制。这使操作工可以根据需要调节空气量的大小，而维持搅拌可以通过循环液。结合手工和自动控制，可以在低负荷时节省能耗。通过停止供气维持搅拌，对厌氧/好氧交替循环的生化系统来说是非常理想的。

（3）搅拌均匀。射流曝气产生的充分搅拌除了气泡上升产生垂直方向的搅拌能量外，循环水还在水平方向产生能量。和一些空气扩散系统不同，射流曝气器不需要覆盖整个池底就能充分搅拌，能节省很多安装时间和安装费用。

（4）空气污染少。鉴于大气质量标准越来越高，我们开始关心曝气工艺中废气和水雾的产生。由于射流曝气器的氧利用率高，产生的废气排放较少，只需要较少的废气收集和处理的设备及资金。

射流曝气器是一种淹没（液下）式设计，它不产生大多数表曝机所特有的已成二次污染的水雾及泡沫问题，降低了污水厂及其周围环境的空气污染。

（5）维修方便。射流曝气器本身不需维修，且利用普通的附属设备如离心水泵和离心风机。所有运转部件都设在池外，维修方便。喷射器中的高速液体和气体减少了堵塞的潜在可能性，且喷射器本身的结构决定其无堵塞、免维护的特性。

（6）使用寿命长。由于射流曝气器具有特殊的机构，使用独特的材料，并添加耐磨材料，因此使用寿命很长，最长可达20年以上。目前国内正在运行的射流曝气器使用已超过10年，无任何维修记录。

5 SBR工艺的技术优势

5.1 污泥活性高，出水水质好

SBR工艺为间歇进水和排放，时间上是理想的推流式，为非稳态反应，其降解速率明显具有零级反应和一级反应以及二者之间的混合级数反应动力学特性，因此降解速率与传统活性污泥法相比要快得多，降解时间也要短得多，所以出水达标的可靠性很高（见图5）。

图5 出水水质对比

5.2 沉降、分离效果好

图6显示了悬浮物去除的对比情况。SBR反应池[图6（b）]的沉降属理想静沉，沉降时没有进水及曝气，使用先进的滗水器排水。因此沉降效果及浓缩效果都高于传统二沉池[图6（a）]。SBR反应池污泥指数SVI一般在100左右。

5.3 耐冲击负荷，处理能力强

图6 悬浮物去除的对比情况

SBR反应池空间上是完全混合式，每次进反应池的污水体积只占反应池体积的1/3～1/5左右。当高浓度或有毒污水进入反应池时，立即被原有的反应池内的清水稀释并与之完全混合，所以SBR工艺具有较强耐冲击负荷能力。

5.4 防止污泥膨胀

构成活性污泥微生物的细菌可分为菌胶团形成菌与丝状菌，当菌胶团形成菌占优势时，污泥的凝聚性、沉降浓缩性好，反之，当丝状菌占优势，则污泥沉降性能恶化，发生污泥膨胀。

SBR集好氧和厌氧（缺氧）2类生物于一体，可充分发挥各种微生物的能力和潜力。在同一反应池中交替处于厌氧消化和好氧分解运行状态，选择优势菌种生长，抑制丝状菌生长，有效防止污泥膨胀。

5.5 运行灵活

在同一周期中，各阶段的运行时间和反应器内混合液体积的变化以及运行状态可能根据具体污水性质、出水质量与运行功能要求等灵活掌握。

5.6 反应推动力大、效率高

底物和微生物浓度随时间的变化造成时间上的理想推流状态，反应时间和池容小得多。

5.7 简化流程、减少占地、降低造价、运转费用低

采用SBR法使工艺过程极为简单，一个SBR构筑物取代了普通活性污泥法中的水解酸化池、曝气池、二沉池和污泥回流系统，减少了构筑物的占地面积，可节约基建约30%。构筑物之间的连接管道、流体输送设备减少，特别是省去了污泥回流系统和混合液回流系统，因而大大降低了工厂投资。

SBR工艺不需要二沉池和污泥回流系统，还能节省能耗。在进水开始一段时间可以不曝气，使其处于厌氧状态，具有较强的水解功能；曝气时，溶解氧浓度梯度大，氧传质的推动力高，运行费用减少。

5.8 污泥脱水容易，自动化程度高

污泥龄长，污泥生成量少，污泥稳定程度高，污泥脱水容易。自动化程度高，节省人工费用。

6 SBR工艺的工程实绩

广西南宁天然纸业有限公司位于广西南宁中国-东盟经济园区内，是一家以漂白甘蔗浆为主要原料，加入部分木浆生产生活用纸的企业，公司计划完善前三期项目废水处理设施，新建一套处理能力为10 000 t/d的废水生化处理系统。原有气浮和脉冲等物化处理系统继续使用，其处理后出水进入新建的生化系统进一步处理，达标排放。

采用加拿大ADI公司先进污水处理技术的上海爱地环保技术有限公司，经过对该公司现有的污水处理流程的充分调研和污水水质情况的充分了解后，决定生化系统采用SBR污水生化工艺技术。

6.1 设计进水参数

设计废水处理总量为10 000 m3/d，进入好氧系统（SBR）的水质见表2。

表2 进入好氧系统（SBR）的水质

6.2 设计出水要求

好氧系统（SBR）出水主要污染物排放标准见表3。

项目建成投产后，运行良好，达到了预期的设计效果。

经过长时间的运行测试，当进水COD稳定在500 mg/L左右时，SBR出水的COD稳定在60 mg/L左右，满足设计要求。

表3 好氧系统（SBR）出水主要污染物排放标准

图7～10为SBR运行各个阶段SBR反应池水面的照片，由照片可以清晰地看出，污泥的活性、沉降性能非常好。

图7 SBR进水时水面照片

图8 SBR曝气时水面照片

图9 SBR沉淀时水面照片

图10 SBR滗水时水面照片

7 结语

与传统污水处理工艺不同，SBR污水生化技术采用时间分割的操作方式替代传统的空间分割的操作方式，非稳定生化反应替代传统的稳态生化反应，静置理想沉淀替代传统的动态沉淀。它的主要特征是在运行上的有序和间歇操作。SBR污水生化技术的核心是SBR反应池，该池集均化、初沉、生物降解和二沉等功能于一池，无污泥回流系统。SBR污水生化技术和传统的活性污泥法相比有独特的优势，在造纸行业污水处理中必将有广阔的应用空间。

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

韩志诚先生（1956-），教授级高级工程师；长期从事食品卡、涂布白卡纸、卡纸、纸板等生产管理和科研开发工作，具有丰富的实际工作经验，多年来发表论文10多篇，2004年获上海市科技进步二等奖，2010年获上海市科技进步三等奖，1991年获轻工业部科技进步三等奖；E-mail：sptcpi@163.com。

2016-12-19

本文文献格式：韩志诚．SBR污水生化技术在造纸废水处理中的应用[J]．造纸化学品，2017，29（1）∶18-23．