紙類產(chǎn)品耗用量多且用途廣泛，在我國臺灣，造紙工業(yè)面臨的問題以原料來源及環(huán)保問題(森林、水資源及能源)最為迫切?；谠蟻碓磁c制造成本考慮，造紙原料相當(dāng)倚重回收廢紙，而廢紙回收次數(shù)越多，其紙張纖維物理強度越薄弱。為保持一定的紙品質(zhì)量，生產(chǎn)過程中經(jīng)常增添各種化學(xué)藥劑，如紙力干強劑、濕強劑、淀粉、硫酸鋁、乳化松香皂等。因廢紙原料質(zhì)量隨供貨商不同有很大的變化，以及化工藥品使用種類繁多，導(dǎo)致制造過程的廢水水質(zhì)經(jīng)常變異。

　　另外，為顧及環(huán)保需求，減少水資源的耗用，制造過程中的用水經(jīng)常多次循環(huán)使用，在歐洲工業(yè)造紙單位耗水量為60m3/t，在臺灣減廢實績則達(dá)10m3/t;用水經(jīng)循環(huán)使用多次后，紙機系統(tǒng)中濕端化學(xué)變量增多，水中污染物質(zhì)如黏性物質(zhì)亦漸增加，水質(zhì)狀況愈加復(fù)雜。

　　造紙流程雖因原料與產(chǎn)品特性的不同而略有差異，但基本上可分為制漿及抄紙兩個系統(tǒng)，廢水亦主要來自制漿及抄紙單元，前者以制漿程序的散漿調(diào)成用水量最多，含大量纖維與懸浮固體物，水質(zhì)較為單純，后者因添加大量抄紙化工藥品，還含有抄紙網(wǎng)部所流失的微細(xì)纖維、殘余抄紙藥劑及有機物質(zhì)，水質(zhì)復(fù)雜，一般造紙流程如圖1。

　　在抄紙的過程中，瞬間大量的排水致廢水量大幅變動、水中含大量懸浮固體物、高濃度有機物質(zhì)以及復(fù)雜化工藥品等水質(zhì)特性，經(jīng)常導(dǎo)致廢水處理系統(tǒng)不穩(wěn)定而影響放流水質(zhì)。造紙廢水前處理大多采用化學(xué)混凝沉淀/加壓浮除法，主要原因在于化學(xué)混凝沉淀法操作簡易，而加壓浮除法的優(yōu)點是能減少處理場的土地面積。早期因制程紙漿纖維保留不佳，使用加壓浮除兼具回收水中殘余纖維的功能，以獲得較高的漿料得率。上述處理方式均有相當(dāng)?shù)某跫壧幚硇ЧＲ话愣?，初級沉淀池?yīng)能提供平均流量1.5-2.5小時的停留時間，但若用于生物處理前，停留時間可小于0.5-1小時，其目的為去除較少的SS，以利于后續(xù)最終沉淀池生物污泥之沉降;而加壓浮除可能造成SS過度去除，過度降低二級生物處理池進(jìn)流水中比重較高之無機質(zhì)含量，可能導(dǎo)致最終沉淀池的污泥沉降性不良，固液分離效果不佳;在股廢水中含水量的木質(zhì)素及纖維亦使絲狀菌增殖，使曝氣槽中活性污泥SV30而影響放流水質(zhì)。造紙廢水中因富含植物纖維質(zhì)、醣、木質(zhì)素等有機物，于循環(huán)水系統(tǒng)中被微生物代謝產(chǎn)生醣類及低分子量有機酸，成份包括：淀粉、麥牙糖、葡萄糖、乳酸、醋酸、丙酸等，又在酸性造紙過程中添加硫酸鋁，致使生物處理系統(tǒng)容易引起如Sphaerotilus  natans、type 021N、type  1701等絲狀菌大量生長，導(dǎo)致污泥上浮、不易沉降，于終沉池面常有沉降緩滯之混合液懸浮固體或細(xì)小的生物膠羽漂浮，嚴(yán)重影響水質(zhì)。

　　目前常見的曝氣系統(tǒng)采用低速表面曝氣機(LSSA)較多，此類型的曝氣機擁有巨大的曝氣轉(zhuǎn)輪，置于曝氣槽表面，電動機驅(qū)動經(jīng)減速機將轉(zhuǎn)速減低后，帶動轉(zhuǎn)輪將廢水揚起。在廢水揚起形成液膜與空氣接觸后落入水體，以達(dá)成曝氣的效果。只有攪拌部位處于水體表面，曝氣槽中的懸浮固體物易沉降于槽底，造成曝氣槽局部厭氧的情形。此部分污泥成形破碎，上浮后流入最終沉淀池，沉降性不良，造成出流水水質(zhì)不佳。此部份為造紙廠水處理廠出流水水質(zhì)懸浮固體物濃度變異較大的主要原因之一。

　　噴射式曝氣攪拌系統(tǒng)設(shè)置位于曝氣槽槽底，利用文氏管原理，將循環(huán)水及空氣管輸送來的空氣送至混氣室中，由內(nèi)噴嘴的逐縮管徑產(chǎn)生高流速，將空氣切割為微小的氣泡，經(jīng)外噴嘴高速向曝氣水體輸送富含微細(xì)氣泡的氣液混合體，以達(dá)成曝氣的效果。由于高速噴射水流的推動下，使水體亦受推動，使曝氣槽中的水體呈現(xiàn)紊流，降低沉積于槽底的污泥數(shù)量。此系統(tǒng)可依曝氣槽的幾何形狀及曝氣或攪拌的需求設(shè)置，同時噴嘴角度可依需求調(diào)整。

　　本研究為在原曝氣槽設(shè)一旁通管引入經(jīng)化學(xué)混凝沉淀后的出流水，設(shè)置一容積約50m3(尺寸為5m×2m×5mH，有效水深4.5m)的曝氣槽及表面負(fù)荷率為25m3/m2-day的終沉池一座，回流污泥比設(shè)定為100%。曝氣槽中設(shè)于一組噴射式曝氣攪拌器，同時連接一組魯氏鼓風(fēng)機提供氣源。在連續(xù)操作一個月后，逐日記錄SV30數(shù)據(jù)，以分析在設(shè)置噴射式曝氣攪拌系統(tǒng)與原使用低速表面曝氣器的污泥沉降情形的差異。

　　圖3 低速表面曝氣機與噴射式曝氣器在活性污泥沉降指數(shù)趨勢圖

　　分析其SV30逐日變化情形，在噴射式曝氣攪拌器安裝后約7日，SV30與表面式曝氣攪拌機的沉降性相仿，甚至有高出的趨勢，但往后則逐日降低。以一個月的測試數(shù)據(jù)來看，低速表面曝氣機的SV30平均值為803，標(biāo)準(zhǔn)偏差為84.55;而噴射式曝氣攪拌設(shè)備的SV30平均值為614，標(biāo)準(zhǔn)偏差為147.39。由SV30的數(shù)據(jù)可知，使用噴射式曝氣攪拌設(shè)備的活性污泥具有最佳的沉降性，且本項數(shù)據(jù)包含有試車前一周水質(zhì)不穩(wěn)定及生物相轉(zhuǎn)化時的不穩(wěn)定因素存在，故其標(biāo)準(zhǔn)偏差遠(yuǎn)高于低速表面曝氣機。

　　由相關(guān)文獻(xiàn)指出，由于噴射式曝氣攪拌設(shè)備向曝氣槽提供最高的剪切力，使得水體中的活性污泥為生存于此環(huán)境下，形成較密致的污泥顆粒結(jié)構(gòu)。同時造紙廢水在絲狀菌受剪切力作用極大，易受抑制，故污泥的沉降性較佳。依此配置噴射式曝氣攪拌系統(tǒng)，因其有較高的氧傳效率，可以節(jié)省動力耗用約15%。