再生纸废水处理生化处理阶段生物接触氧化工艺与SBR工艺对比分析

摘要： 生物接触氧化法是一种好氧生物膜法工艺，接触氧化池内设有填料，部分微生物以生物膜的形式固着生长在填料表面，部分则是絮状悬浮生长于水中。该工艺兼有活性污泥法与生物滤池二者的特点。

关键词： 再生纸废水处理 生物接触氧化工艺 SBR工艺对比分析

　　1.工艺论述

　　1.1 生物接触氧化工艺简介

　　生物接触氧化法是一种好氧生物膜法工艺，接触氧化池内设有填料，部分微生物以生物膜的形式固着生长在填料表面，部分则是絮状悬浮生长于水中。该工艺兼有活性污泥法与生物滤池二者的特点。

　　池内加设适宜形状和比表面积较大的生物膜载体填料，这样在填料表面形成生物膜，由于内部的缺氧环境势必形成生物膜内层供氧不足甚至处于厌氧状态，这样在生物膜中形成了由厌氧菌、兼性菌和好氧菌以及原生动物和后生动物形成的长食物链的生物群落，能有效地将不能好氧生物降解的COD部分厌氧降解为可生化的有机物。

　　由于池内填充了大量的生物膜载体填料，填料上下两端多数用网格状支架固定，当填料下部的曝气系统发生故障时，维修工作将十分麻烦。

　　填料易老化，一般4－6年需更换一次。

　　由于前端物化处理后废水中SS含量较低，生物膜固着的载体较少，导致生物膜比重较小，极易造成脱膜，挂膜不稳定。脱落的生物膜和絮状污泥在二沉池沉淀效果较差，易导致出水SS超标。

　　1.2 SBR工艺简介

　　在序批式反应器系统（Sequencing Batch Reactor简称SBR法）中，曝气池、二沉池合二为一，在单一反应池内利用活性污泥完成污水的生物处理和固液分离，SBR是污水活性污泥生化处理系统的先驱，然而直到最近几年随着监控与测试技术的飞速发展，这一技术才得以完全更新并被美国环境保护署（US EPA）推荐为一项低投资、低操作成本及低维修费用，高效益的环境处理新技术。据EPA调查，在污水流量一定时，选择SBR要比传统的活性污泥法处理费用节省许多，这一点已被大量的工程实例所证实。

　　工艺运行方式

　　 SBR工艺主体构筑物由SBR反应池组成，SBR反应池的运行操作由进水、反应、沉淀、滗水和待机五个阶段组成。

　　 进水期：污水进入反应池。

　　 反应期：污水进入反应池中发生生化反应，在这阶段可以只混合不曝气，或既混合又曝气，使污水处在反复的好氧-缺氧中，反应期的长短一般由进水水质及所要求的处理程度而定。

　　 沉降期：在此阶段反应器内混合液进行固液分离，因该阶段在完全静止条件下进行，表面水力和固体负荷低，沉淀效率高于一般沉淀池的沉淀效率。

　　 排水期：当沉淀阶段结束，设置在反应池末端的滗水器开动，将上清液缓缓滗出池外，当池内水位降到低水位时停止滗水。

　　待机期：本处理系统多池运行，在每池滗水后完成了一个运行周期，在实际操作中，滗水所需时间往往小于理论最大时间，故滗水完成后两周期间闲置时间就是待机期，该阶段可视污水的水质、水量和处理要求决定其长短或取消。在此阶段可以从反应池排出剩余活性污泥。反应池排出的剩余污泥泥龄长，已基本稳定。

　　SBR法与其它活性污泥处理技术比较有以下优点：

　　 SBR系统以一组反应池取代了传统方法及其它变型方法中的初次沉淀池、曝气池及二次沉淀池，整体结构紧凑简单，无需复杂的管线传输，系统操作简单且更具有灵活性。

　　SBR反应池具有调节池均质的作用，可最大限度地承受高峰BOD₅浓度及有毒化学物质对系统的影响。

　　在污水流量低于设计值时，SBR系统可以调节液位计的设定值使用反应池部分容积，或调节反应时间，从而避免了不必要的电耗。其它生物处理方法则无这样的功能。

　　因为对于每个反应单体而言出水是间断的，在高负荷时活性污泥不会流失，因而可以保持SBR系统在高负荷时的处理效率。而其它的生物处理方法在高流量负荷时经常会出现活性污泥流失的问题。

　　SBR在固液分离时整体水体接近完全静止状态，不会发生短流现象，同时，在沉淀阶段整个SBR反应池容积都用于固液分离，较小的活性污泥颗粒都可得到有效的固液分离，因此，SBR的出水质量高于其它的生物处理方法。

　　易产生污泥膨胀的丝状细菌在SBR反应池中因反应条件的不断的循环变化而得到有效的抑制。而污泥膨胀问题是其它活性污泥方法中很常见且很难控制的问题之一。

　　采用了稳定的自动化控制和先进的探测仪器和设备，以保证出水水质达到《造纸工业水污染物排放标准》（GB3544-2001）和当地环保部门的要求。

　　模块设计而有利于处理规模增加时的扩建工程。

　　处理流程简洁，控制灵活，可根据进水水质和出水水质控制指标处理水量，改变运行周期及工艺处理方法，适应性很强。

　　2.工艺设计和经济比较

　　下面选择两个方案分别对生物接触氧化和SBR工艺进行经济比较分析。

　　2.1 方案一   

　　2.1.1 原水水量水质

　　Q                3600m³/d

　　COD_Cr             1700mg/l

　　BOD₅              450mg/l

　　SS               1250mg/l

　　2.1.2 两种工艺对比分析的基础条件

　　废水经过收浆后进入超效浅层气浮系统去除掉大部分的SS，后进入水解酸化阶段。两种工艺比较的基础是水解酸化处理后的废水，水质情况如下：

　　COD_Cr             425mg/l

　　BOD₅              160mg/l

　　SS               50mg/l

　　排水水质均要求达到《造纸工业水污染物排放标准》（GB3544－2001）再生纸标准的要求，同时COD_Cr不大于70mg/l。

　　污泥处理系统相同不做比较。

　　电费按0.5元/度考虑。

　　2.1.3 生物接触氧化工艺

　　2.1.3.1 工艺设计   

　　生物接触氧化池

　　数量             2  座

　　单池尺寸         10×9×5.5m

　　负荷             1.0kgBOD₅/m³·d

　　接触时间         3.6h

　　实际停留时间     6h

　　填料层高度       3m

　　曝气系统采用散流式曝气器曝气。

　　鼓风机房

　　数量             1间

　　尺寸             9.9×7.2×3.3m

　　设3台三叶罗茨鼓风机，二用一备。

　　型号             HSR-150

　　流量             17.15Nm³/min

　　转速             1180rpm

　　风压             58.8kPa

　　功率             30kw

　　平流沉淀池

　　数量             1座

　　表面负荷         1.0m³/m²·h

　　尺寸             25×6×6.0m

　　有效水深         2.5m

　　污泥斗深         2.5m

　　设行车刮泥机1台。

　　型号             SHG6000

　　功率             3.75kw

　　2.1.3.2 投资估算

　　方案一生物接触氧化系统投资估算见表1。

　　表1 方案一生物接触氧化系统投资估算

序号	名称	规   格	单位	数量	单价（万元）	合价（万元）
1	接触氧化池	10×9×5.5m	座	2	11.175	22.35
2	鼓风机房	9.9×7.2×3.3m	座	1	4.99	4.99
3	平流沉淀池	25×6×6.0m	座	1	18.92	18.92
4	散流式曝气器	SSB600	座	125	0.0085	1.06
5	填料及支架	φ150	M3	540	0.020	10.80
6	鼓风机	HSR-150	座	3	10.50	10.50
7	行车刮泥机	SHG6000	台	1	7.50	7.50
8	多用管阀电气					1.00
9	小计					77.11

　　2.1.3.3 运行成本分析

　　风机24小时运行，耗电30×2×24＝1440度

　　行车刮泥机12小时运行，耗电3.75×12＝45度

　　生化部分吨水电费 0.206元/吨水

　　填料更换（按使用5年考虑）10.8×10000/5/365/3600＝0.016元/吨水

　　生化部分运行成本0.222元/吨水

　　2.1.3.4 构筑物占地

　　构筑物占地面积425.04m²。

　　2.1.4 SBR工艺

　　2.1.4.1 工艺设计

　　数量             2  座

　　单池尺寸         24×10×5.5m

　　最高水位         5.0m

　　最低水位         2.5m

　　超高             0.5m

　　污泥负荷         0.08kgBOD₅/kgMLSS·d

　　污泥浓度         3000mg/L

　　反应池运行周期   8小时

　　每池内设1套滗水器，滗水速度600m³/h。

　　SBR反应池产生的剩余污泥采用重力排至贮泥池。

　　曝气系统采用散流式曝气器曝气。

　　鼓风机房

　　数量             1间

　　尺寸             9.9×7.2×3.3m

　　设3台三叶罗茨鼓风机，二用一备。

　　型号             HSR-150

　　流量             17.15Nm³/min

　　转速             1180rpm

　　风压             58.8kPa

　　功率             30kw

　　2.1.4.2 投资估算

　　方案一SBR系统投资估算见表2。

　　表2 方案一SBR系统投资估算

序号	名称	规   格	单位	数量	单价（万元）	合价（万元）
1	SBR反应池	24×10×5.5m	座	2	22.05	44.10
2	鼓风机房	9.9×7.2×3.3m	座	1	4.99	4.99
3	散流式曝气器	SSB600	座	334	0.0085	2.84
4	滗水器	XEF-600	座	2	16.00	16.00
5	鼓风机	HSR-150	座	3	10.50	10.50
6	小计					76.43

　　2.1.4.3 运行成本分析

　　风机18小时运行，耗电30×2×18＝1080度

　　吨水电费         0.15元/吨水

　　2.1.4.4 构筑物占地

　　构筑物占地面积575.04m²。

　　2.2 方案二   

　　2.2.1 原水水量水质

　　Q                18000m³/d

　　COD_Cr             1200mg/l

　　BOD₅              300mg/l

　　SS               900mg/l

　　2.2.2 两种工艺对比分析的基础条件

　　废水经过收浆后进入超效浅层气浮系统去除掉大部分的SS，后进入生化阶段。两种工艺比较的基础是气浮处理后的废水，水质情况如下：

　　COD_Cr             380mg/l

　　BOD₅              180mg/l

　　SS               50mg/l

　　排水水质均要求达到《造纸工业水污染物排放标准》（GB3544－2001）再生纸标准的要求，同时COD_Cr不大于70mg/l。

　　污泥处理系统不做比较。

　　 电费按0.5元/度考虑。

　　2.2.3 生物接触氧化工艺

　　2.2.3.1 工艺设计   

　　生物接触氧化池

　　数量             2  座

　　单池尺寸         27×20×5.5m

　　负荷             1.0kgBOD₅/m³·d

　　接触时间         4.32h

　　实际停留时间     7.2h

　　填料层高度       3m

　　曝气系统采用散流式曝气器曝气。

　　鼓风机房

　　数量             1间

　　尺寸             13.2×7.2×3.3m

　　设5台三叶罗茨鼓风机，四用一备。

　　型号             HSR-200

　　流量             27.82Nm³/min

　　风压             58.8kPa

　　功率             45kw

　　转速             810r/min

　　辐流式沉淀池

　　数量             1座

　　表面负荷         1.06m³/m²·h

　　尺寸             φ30×6.0m

　　池边水深         3.5m

　　设全桥刮吸泥机1台。

　　型号             SSG30

　　功率             1.5kw

　　2.2.3.2 投资估算

　　方案二生物接触氧化系统投资估算见表3。

　　表3  方案二生物接触氧化系统投资估算

序号	名称	规   格	单位	数量	单价（万元）	合价（万元）
1	接触氧化池	27×20×5.5m	座	2	40.23	80.46
2	鼓风机房	13.2×7.2×3.3m	座	1	6.65	6.65
3	辐流式沉淀池	φ30×6.0m	座	1	63.29	63.29
4	散流式曝气器	SSB600	座	750	0.0085	6.38
5	填料及支架	φ150	M3	3240	0.02	64.80
6	鼓风机	HSR-200	座	5	4.3	21.50
7	全桥刮吸泥机	SSG30	台	1	26.00	26.00
8	多用管阀电气					2.00
9	小计					271.07

　　2.2.3.3 运行成本分析

　　风机24小时运行，耗电45×4×24＝4320度

　　行车刮泥机24小时运行，耗电1.5×24＝36度

　　生化部分吨水电费0.121元/吨水

　　填料更换（按使用5年考虑）64.8×10000/5/365/18000＝0.02元/吨水

　　生化部分运行成本0.131元/吨水

　　2.2.3.4 构筑物占地

　　构筑物占地面积1881.54m²。

　　2.2.4 SBR工艺

　　2.2.4.1 工艺设计

　　数量             4  座

　　单池尺寸         40×18×5.5m

　　最高水位         5.0m

　　最低水位         2.9m

　　超高             0.5m

　　污泥负荷         0.075kgBOD₅/kgMLSS·d

　　污泥浓度         3000mg/L

　　反应池运行周期   8小时

　　每池内设2套滗水器，滗水速度750m³/h。

　　SBR反应池产生的剩余污泥采用重力排至贮泥池。

　　曝气系统采用散流式曝气器曝气。

　　鼓风机房

　　数量             1间

　　尺寸             13.2×7.2×4.2m

　　设5台三叶罗茨鼓风机，四用一备。

　　型号             HSR-200

　　流量             27.82Nm³/min

　　风压             58.8kPa

　　功率             45kw

　　转速             810r/min

　　2.2.4.2 投资估算

　　方案二SBR系统投资估算见表4。

　　表4  方案二SBR系统投资估算

序号	名称	规   格	单位	数量	单价（万元）	合价（万元）
1	SBR反应池	40×18×5.5m	座	4	47.27	189.08
2	鼓风机房	13.2×7.2×4.2m	座	1	6.65	6.65
3	散流式曝气器	SSB600	座	2000	0.0085	17.00
4	滗水器	XEF-750	座	4	8.00	32.00
5	鼓风机	HSR-200	座	5	4.3	21.50
6	小计					266.23

　　2.2.4.3 运行成本分析

　　风机18小时运行，耗电45×4×18＝3240度

　　吨水电费         0.09元/吨水

　　2.2.4.4 构筑物占地

　　构筑物占地面积2975.04m²。

　　3.两种工艺的技术经济对比分析

　　两种工艺的技术经济对比分析见表5。

　　表5  生物接触氧化工艺与SBR工艺的技术经济对比

项目	生物接触氧化工艺	SBR工艺
技术可行性	生物膜中形成了由厌氧菌、兼性菌和好氧菌以及原生动物和后生动物形成的长食物链的生物群落，能有效地将不能好氧生物降解的COD部分厌氧降解为可生化的有机物。	整个过程在缺氧-好氧环境中交替进行，易产生污泥膨胀的丝状细菌在反应池中因反应条件的不断的循环变化而得到有效的抑制。
	由于物化处理后废水中SS含量较低，生物膜固着的载体较少，导致生物膜比重较小，极易造成脱膜。脱落的生物膜比重较小，在二沉池沉淀效果较差，易导致出水SS超标。	固液分离时整体水体接近完全静止状态，不会发生短流现象，同时，在沉淀阶段整个反应池容积都用于固液分离，固液分离彻底，表面水力和固体负荷低，沉淀效率高，出水水质有保证。
操作管理	氧化池出水需设置泥水分离系统，一般设二沉池或气浮，整个系统复杂，操作管理不够方便。	系统集进水、反应、沉淀、排水、闲置于一体，无需设置二次沉淀池，整体结构紧凑简单，无需复杂的管线传输，系统操作简单且更具有灵活性。
	由于填料和支架的存在，曝气系统发生故障时维修困难，重新挂膜相对困难。	多池运行，曝气系统发生故障时可向其它池子倒换，维修方便，启动迅速。
	约每4-6年需更换一次填料。	完全混合，可长期运行。
投资	设备较多，一次性投资较大。	形式简单，一次性投资较小。
运行费用	较高。	较低。
占地面积	构筑物占地面积较小，由于结构复杂，实际占地面积需考虑通道和公共面积。	构筑物占地面积较大。

　　鉴于以上对比分析，在统一水质水量和统一出水要求的基础上，SBR工艺具有明显优势。但在实际操作中应按照客观条件和要求缜密分析，以采取合适的处理工艺。