生物技術(shù)在造紙廢水處理中的應(yīng)用

唐黎標(biāo)

（杭州造紙有限公司，杭州，310004)

目前，造紙行業(yè)是世界六大工業(yè)污染源之一，它產(chǎn)生的廢水量約占國(guó)內(nèi)工業(yè)總廢水量的10%。造紙廢水的綜合治理一直是國(guó)內(nèi)外造紙工業(yè)和環(huán)保界的研究熱點(diǎn)。造紙廢水處理應(yīng)著重于提高循環(huán)用水率、減少用水量和廢水排放量，同時(shí)也應(yīng)積極探索各種可靠、經(jīng)濟(jì)和能夠充分利用廢水中有用資源的廢水處理方法。目前造紙廢水處理方法主要有物理法、化學(xué)法、物理化學(xué)法和生物法。物理法和化學(xué)法大部分是作為造紙工業(yè)廢水的前處理工藝，能有效地去除懸浮顆粒物，方便生物法進(jìn)一步處理造紙廢水。而生物法廣泛應(yīng)用于造紙廢水二級(jí)處理中，且能有效地處理廢水的COD、BOD等污染物，使污染物達(dá)標(biāo)排放。

1 生物處理技術(shù)在造紙廢水處理中的應(yīng)用

廢水的生物處理技術(shù)就是利用微生物的新陳代謝功能，使廢水中的有機(jī)污染物被降解并轉(zhuǎn)化為無(wú)害穩(wěn)定的物質(zhì)。而生物處理制漿工業(yè)廢水還可分為好氧法、厭氧法、酶處理法和光合細(xì)菌法等。

1.1 好氧生物處理

好氧生物處理法是指在有氧參與的條件下，利用好氧微生物（主要是好氧菌)將廢水中復(fù)雜的有機(jī)物加以分解的方法。好氧法主要有活性污泥法、好氧生物流化床法、缺氧——好氧兩段活性污泥法、升流式曝氣生物濾池、接觸氧化法、循環(huán)式活性污泥系統(tǒng)等。

（1)活性污泥法

活性污泥法是應(yīng)用最為廣泛的廢水生物處理技術(shù)。它是利用懸浮生長(zhǎng)的微生物絮體吸附、吸收、氧化和降解廢水中的有機(jī)污染物，使之轉(zhuǎn)化為無(wú)害的物質(zhì)，從而使廢水得以?xún)艋囊环N好氧生物處理法。活性污泥法主要降低廢水的BOD值，但傳統(tǒng)活性污泥法會(huì)排放出大量剩余污泥，這些污泥中包含著各種污染物，所以處理和處置這些污泥也是一大難題，現(xiàn)在的活性污泥法發(fā)展趨勢(shì)是污泥減量化和與厭氧法組合處理工藝。

（2)序批式活性污泥法（SBR)

序批式活性污泥法（SBR)是一種間歇運(yùn)行的廢水處理工藝，它是在一個(gè)反應(yīng)器內(nèi)按時(shí)間順序先后完成普通連續(xù)流活性污泥法中多個(gè)處理單元所進(jìn)行的工藝環(huán)節(jié)。SBR技術(shù)的核心是SBR反應(yīng)池，該池集均化、初沉、生物降解、二沉等功能于一池，無(wú)污泥回流系統(tǒng)。利用SBR工藝對(duì)造紙廢水進(jìn)行處理，COD去除率可達(dá)82.5%，且運(yùn)行比較穩(wěn)定，處理效果良好，出水水質(zhì)達(dá)到國(guó)家規(guī)定的造紙行業(yè)廢水排放標(biāo)準(zhǔn)。

（3)高效生物反應(yīng)器（HCR)

高效生物反應(yīng)器（HCR)是活性污泥法的一種發(fā)展，其特點(diǎn)是高效、高濃、高負(fù)荷，占地小、污泥少、能耗低，很適合于COD濃度較高的造紙工業(yè)廢水的處理。HCR的反應(yīng)效率較常規(guī)活性污泥法高，接近到純氧曝氣的水平，其容積負(fù)荷可達(dá)50～70kgC0D/m3·d，是常規(guī)活性污泥法的10～30倍；反應(yīng)時(shí)間為1～2h，是常規(guī)活性污泥法的l/20～l/4；污泥負(fù)荷可達(dá)5～10kg-COD/kg（ss)·d，是常規(guī)活性污泥法的 2～3 倍。

1.2 厭氧生物處理

厭氧生物處理法是指在沒(méi)有氧氣參與的條件下，通過(guò)厭氧生物對(duì)有機(jī)物進(jìn)行酸性發(fā)酵和堿性發(fā)酵兩個(gè)階段的分解處理，從而完成整個(gè)代謝過(guò)程。主要有厭氧濾池、厭氧流化床等。

(1)厭氧濾池（AF)

厭氧生物濾池是一種內(nèi)部裝填有微生物載體的厭氧生物反應(yīng)器，厭氧微生物部分附著生長(zhǎng)在濾料上，形成厭氧生物膜，水中的有機(jī)物擴(kuò)散到生物膜表面，使生物膜中的微生物降解。厭氧濾池分升流式和降流式2種，目前降流式已取代了升流式，因?yàn)榻盗魇奖苊饬藨腋∥锏亩氯麊?wèn)題和短路問(wèn)題，它特別適合于處理硫化合物含量高和低BOD/硫化值（小于10～15：1)的造紙黑液。BOD的去除率達(dá)85%，COD去除率為70%，負(fù)荷率為12.7 kgC0D/m3·d。

(2)厭氧流化床（AFB)

厭氧流化床是使附著微生物的填充材料的有效表面積最大，體系內(nèi)附著的活性微生物濃度最大的反應(yīng)器。實(shí)驗(yàn)室和中試研究都表明用AFB處理制漿造紙廢水能達(dá)到比其他高效厭氧反應(yīng)器高得多的負(fù)荷率，同時(shí)保持相似的處理效果，其BOD和COD的去除率分別可達(dá)53.3%和72.2%，負(fù)荷率可達(dá)35 kgC0D/m3·d。

1.3 生物酶處理技術(shù)

生物酶處理有機(jī)物是先通過(guò)酶反應(yīng)形成游離基，然后游離基發(fā)生化學(xué)聚合反應(yīng)生成高分子化合物沉淀。與其他微生物相比，酶處理技術(shù)具有催化效能高、反應(yīng)條件溫和、對(duì)水質(zhì)及設(shè)備情況要求較低、反應(yīng)速度快、對(duì)溫度、濃度和有毒物質(zhì)實(shí)用范圍廣、可以重復(fù)使用等優(yōu)點(diǎn)。喬慶霞等進(jìn)行了選育優(yōu)勢(shì)菌處理含氯漂白廢水的研究，實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明：優(yōu)勢(shì)菌在漂白中段水相對(duì)濃度為50%、pH為7.O、菌液量為2mL時(shí)，對(duì)廢水中有機(jī)氯化物和CO D的綜合處理效果較好。

1.4 光合細(xì)菌處理技術(shù)

自然界中光合細(xì)菌對(duì)污水的自然凈化起著重要作用，光合細(xì)菌中紅螺菌科的一些菌種，其細(xì)胞內(nèi)具有能進(jìn)行光合作用的載色體，可進(jìn)行光合磷酸化反應(yīng)和光氧化還原反應(yīng)。在好氧黑暗條件下，紅螺菌的這種載色體不起作用，此時(shí)它通過(guò)三磷酸循環(huán)來(lái)進(jìn)行有機(jī)酸代謝。在厭氧光照時(shí)又很快激活載色體，上述循環(huán)受阻，迅速轉(zhuǎn)換代謝途徑，并將有機(jī)酸異化與同化的氧化還原反應(yīng)和光氧化還原反應(yīng)緊密地銜接起來(lái)。這種隨著生長(zhǎng)條件的變化而靈活地改變代謝類(lèi)型的特性，促使PSB不像好氧活性污泥那樣受溶解氧的影響，可利用光能進(jìn)行高效的基質(zhì)代謝；又不像厭氧甲烷細(xì)菌那樣對(duì)氧的存在非常敏感，即使環(huán)境中的氧增加，其降解活性不受影響。PSB在厭氧、好氧條件下均可降解有機(jī)化合物，PSB處理草漿廢水已經(jīng)得到實(shí)質(zhì)性的應(yīng)用，取得了驚人的效果。

2 一些新技術(shù)的應(yīng)用

2.1 高速上流式厭氧污泥床反應(yīng)器聯(lián)合供氣式低壓射流曝氣氧化溝工藝

采用目前在國(guó)內(nèi)制漿造紙廠廣泛應(yīng)用的厭氧——好氧——深度處理工藝。例如河南新密某造紙廠經(jīng)過(guò)實(shí)際運(yùn)行結(jié)果表明，該工藝設(shè)計(jì)合理，運(yùn)行穩(wěn)定可靠?？偱欧趴诔鏊瓹OD≤90 mg/L、SS≤30 mg/L、BOD5≤20mg/L，出水水質(zhì)可達(dá)到《造紙工業(yè)水污染排放標(biāo)準(zhǔn)》（GB3544-2008)的要求。且該工藝基本達(dá)到封閉運(yùn)行，實(shí)現(xiàn)了系統(tǒng)的零排放。

2.2 液膜法

目前我國(guó)造紙工業(yè)普遍采用堿法制漿，制漿過(guò)程中產(chǎn)生的黑液含有大量的難降解的有機(jī)物。潘碌亭等人將液膜法用于黑液的處理，以LMA-1為表面活性劑，稀硫酸為內(nèi)相試劑，煤油為溶劑組成較穩(wěn)定的乳化液膜，取得了很好的分離效果，COD的去除率達(dá)98%。進(jìn)一步研究表明，加入載體如TOA會(huì)增加COD的去除率。朱亦仁等人進(jìn)一步研究了乳狀液膜法處理草漿廠黑液的傳質(zhì)過(guò)程及膜組成，對(duì)破乳提出了很好的思路，不僅消除了污染還回收了木質(zhì)素，為中小造紙企業(yè)的黑液處理提出了新的途徑。

2.3 高級(jí)氧化法

高級(jí)氧化法泛指氧化過(guò)程中有大量羥基自由基參與的化學(xué)氧化過(guò)程，包括光催化氧化法、濕式催化氧化法、超臨界水氧化法、電催化氧化法等。木質(zhì)素是制漿造紙廢水中重要的污染物之一，也是難降解的有機(jī)高分子，Tinucci等用光催化氧化法處理含木素磺酸鹽的酸法制漿廢水，濁度完全消失，COD的去除率高達(dá)99.6%。崔玉民等利用復(fù)相催化劑WO3/a-Fe2O3/W深度處理堿法草漿造紙廢水，廢水COD和色度去除率分別為68.3%和71.2%。

3 結(jié)束語(yǔ)

生物法處理造紙廢水具有效率高、成本低、不產(chǎn)生二次污染等優(yōu)點(diǎn)，今后隨著造紙工業(yè)和生物技術(shù)的迅猛發(fā)展以及對(duì)環(huán)境質(zhì)量要求的提高，生物法是解決我國(guó)造紙工業(yè)水污染的最終出路，生物處理技術(shù)必將在制漿造紙工業(yè)廢水處理中得到更廣泛的應(yīng)用。

[1]池玉杰，鮑甫成.木質(zhì)素生物降解與生物制漿的研究現(xiàn)狀分析[J].林業(yè)科學(xué)，2005，40（3)：170.

[2]李漢全，何江潯，陳勝軍.造紙工業(yè)中生物制漿和生物漂白技術(shù)研究[J].九江報(bào)，2003，125（6)：21～23.

[3]伍健東.制漿造紙廢水的生物處理技術(shù)[J].造紙科學(xué)與技術(shù)，2002，21（1)：34.

[4]劉洋，陳雙基，劉建國(guó).生物強(qiáng)化技術(shù)在廢水處理中的應(yīng)用.環(huán)境污染治理技術(shù)與設(shè)備，2002，3（5)：36～40.

[5]武桐，付軍，劉翔.ABR—SBR法處理草漿造紙中段廢水試驗(yàn)研究[J].環(huán)境污染治理技術(shù)與設(shè)備，2004，5（1)：72～76.

[6]海英，李小明.固定化微生物處理造紙漂白廢水[J].工業(yè)用水與廢水，2001，32（5)：19～22.