生物藥劑在造紙工業(yè)廢水處理系統(tǒng)中的應用進展

肖　鵬，張紅巖，江淦福（普羅生物技術（上海）有限公司，上海201201）

XIAO Peng，ZHANG Hong-yan，JIANG Gan-fu（Bio Huma Netics（shanghai），Inc.，Shanghai 201201，China）

專題綜述

生物藥劑在造紙工業(yè)廢水處理系統(tǒng)中的應用進展

肖鵬，張紅巖，江淦福
（普羅生物技術（上海）有限公司，上海201201）

概述了應用于制漿造紙工業(yè)廢水處理系統(tǒng)的生物藥劑的產品分類和應用現(xiàn)狀，分析了生物藥劑在造紙工業(yè)廢水處理中的應用優(yōu)勢，并提出了生物藥劑應用于造紙廢水處理的發(fā)展方向。

造紙工業(yè)廢水；生物藥劑；水處理化學品

XIAO Peng，ZHANG Hong-yan，JIANG Gan-fu
（Bio Huma Netics（shanghai），Inc.，Shanghai 201201，China）

制漿造紙工業(yè)是我國基礎產業(yè)之一，也是資源、能源和水資源高消耗行業(yè)，同時也是重污染行業(yè)。據統(tǒng)計，2006年我國制漿造紙工業(yè)廢水排放量為37.4億t，占全國工業(yè)廢水總排放量的18.0%，僅次于化工制造業(yè)，居第2位[1]。制漿造紙廢水主要包括蒸煮廢液、制漿中段廢水和抄紙廢水等三大類，綜合特點為水量大，BOD高，廢水中纖維懸浮物多，含色度及濁度等。目前，有效的處理制漿造紙廢水的方法為：物化法+生化法+深度處理。在制漿造紙廢水處理過程中，需要使用大量的化學品，隨著技術的發(fā)展，生物藥劑逐步替代化學品，大量使用到制漿造紙廢水處理系統(tǒng)中。

生物藥劑用于水處理最早可追溯到100多年前，人們注意到發(fā)酵后期的酵母菌具有絮凝能力，分離出來的酵母菌發(fā)酵液可以用于廢水處理中替代化學絮凝劑[2]。喬丹·施密特博士從藻類提取出特殊營養(yǎng)成分，可以用于活性污泥法中提高活性污泥的活性等[3]。隨著基因工程的發(fā)展，生物制劑發(fā)展迅速，且更全面。目前，用于制漿造紙工業(yè)廢水處理系統(tǒng)的生物藥劑主要為：絮凝類產品，營養(yǎng)類產品，促生類產品，菌種類產品。

1　絮凝類產品

造紙工業(yè)廢水處理預處理段通常使用物理化學原理去除廢水中的懸浮固體、膠體顆粒、色度和有毒化合物。目前，使用最為廣泛的化學絮凝劑為聚合氯化鋁（PAC）和聚丙烯酰胺（PAM）[4]，PAC和PAM應用于廢水處理系統(tǒng)氣浮池、初沉池和深度處理等。使用PAC和PAM，其缺點為用量大，過量的PAC中的鋁離子對后端的活性污泥有毒害作用，PAM價格昂貴等。隨著研究學者發(fā)現(xiàn)化學絮凝劑越來越多的弊端，微生物絮凝劑研制迅速發(fā)展。

微生物絮凝劑是一類由微生物產生的具有絮凝功能的高分子有機物[5]，主要含有糖蛋白、粘多糖、纖維素和核酸等，其來源為細菌分泌產生，通常把能分泌以上物質的細菌稱為絮凝劑產生菌。目前，具有分泌絮凝劑的微生物多達17種以上，有霉菌、細菌、放線菌和酵母等[6]。李文鵬等采用從造紙廠剩余污泥中篩選的菌種制成的微生物絮凝劑處理生化出水，其COD、SS和色度與采用PAC處理相比，均有更高的去除率，效果更好[7]。胡志軍等綜述了微生物絮凝劑在造紙工業(yè)廢水處理中的脫色方法，脫色率高達94.6%。微生物絮凝劑優(yōu)點明顯，但市場份額依舊很少，主要原因是微生物絮凝劑成分復雜，發(fā)酵工藝還需要優(yōu)化等[8]。

2　營養(yǎng)類產品

廢水處理系統(tǒng)的活性污泥中的微生物生長、繁殖和代謝都離不開營養(yǎng)，即微生物所氧化、分解、利用的那些物質。常需的營養(yǎng)物質包括碳源、氮源和無機鹽類[9]。

造紙工業(yè)廢水特點之一為缺氮少磷，傳統(tǒng)的氮源有尿素、氨水和磷酸銨等；傳統(tǒng)的磷源有磷酸、磷酸鹽等。為了維持活性污泥中微生物的營養(yǎng)充足，根據經驗公式m（BOD5）∶m（N）∶m（P）=100∶5∶1推算。在投加傳統(tǒng)氮、磷營養(yǎng)時，常受到營養(yǎng)物質品質、天氣和活性污泥活性等因素影響使得氮、磷營養(yǎng)吸收有限，造成大量的氮、磷營養(yǎng)物質浪費。生物活性磷，2000年開始進入我國市場，其主要成分為小分子有機酸、可溶性磷酸鹽、核酸和輔酶等，通過腐殖酸中發(fā)酵后的產物小分子有機酸作為載體，高效地轉運磷營養(yǎng)，使得活性污泥中的微生物更高效地利用磷營養(yǎng)。2004年，寧波某造紙廠使用生物活性磷替代磷酸二銨，1 kg生物活性磷替代8 kg磷酸二銨，使用后，活性污泥絮凝性增強，沉降性更好。2007年，海南某紙廠使用生物活性磷1 kg替代5 kg的75%磷酸，廢水處理系統(tǒng)比使用75%磷酸時，提高了5%的COD去除率，成本有很大的節(jié)約。使用尿素作為氮營養(yǎng)源時，其弊端在于用量大，需要溶解，需要配備人力，倉儲壓力大等。美國BHN公司研發(fā)出的營養(yǎng)增效劑X-Tend，由于含有特有的水溶性多聚物浸出液、腐殖酸、天然表面活性劑、酶和天然緩沖劑等，使得水體中氮元素能夠很好地被微生物吸收利用。張芳等報道，湖南某造紙廠使用營養(yǎng)增效劑X-Tend替代30%的尿素，生化段COD去除率從69%提升至73.9%。X-Tend僅部分替代尿素，還未實現(xiàn)全部替代尿素，在操作上，還是存在一定的問題[10]。經過多年的研發(fā)，一款生物活性氮的產品廣泛用于各大造紙工業(yè)廢水處理系統(tǒng)。生物活性氮依托微碳技術及促生技術，結合市場，研發(fā)出的一款液體，能夠替代1/3的尿素產品。本人曾把這款產品應用于湖南某造紙廠（該廠原每天需要投加2.1 t尿素，不論從人力、物力還是經濟，均有可節(jié)約的空間），只需要投加700 kg，實現(xiàn)了安全和高效替代尿素的目的[11]。

3　促生類產品

造紙工業(yè)廢水處理活性污泥的主要成分為微生物及其新陳代謝產物，為了提高微生物的活性、多樣性和抗沖擊能力，僅提供碳、氮、磷等營養(yǎng)是無法滿足其需求的。促生類產品主要包括生物促生劑和生物解毒劑。生物促生劑（Bio Energizer）是一種集有機酸、緩沖劑、酶、天然生物系統(tǒng)、營養(yǎng)物質和能量系統(tǒng)于一體的科學配方，它通過利用有益的復合有機化合物，促使污染環(huán)境中的微生物迅速生長繁殖，進而對其中的有機污染物進行徹底的降解。生物解毒劑（Micatrol）是以有機酸為基質的專業(yè)產品，它通過促進水體中有益微生物的平衡來對不健康的水體條件進行調整，對水體中的毒性物質進行解毒和屏蔽，從而提高水體中微生物的整體抵抗能力[12]。在造紙工業(yè)廢水處理系統(tǒng)中，經常遇到上游生產過程更換化學品或原料優(yōu)化、生產段大檢修等情況。一旦遇到以上情況，廢水處理系統(tǒng)往往會受到不同程度的沖擊，受沖擊后的系統(tǒng)會產生活性污泥顏色變黑、COD去除能力下降、溶解氧下降等問題。鄒學圣等人在江蘇某造紙廠成功使用了生物促生劑和生物解毒劑來修復受沖擊的廢水處理系統(tǒng)，并維持了廢水處理系統(tǒng)的抗沖擊能力[13]。

4　菌種類產品

造紙工業(yè)廢水的特點之一是其成分復雜，并含有大量的纖維素、木質素等不易降解的物質。為了處理這類廢水，研究學者從大自然中尋找特種微生物來解決此類問題。至今為止，能有效提高造紙工業(yè)廢水處理系統(tǒng)運行效率的特種微生物包括菌種發(fā)酵產物酶制劑和特種微生物菌種。

4.1酶制劑

菌種發(fā)酵產物酶制劑的代表產品為漆酶。漆酶是一種含銅的多酚氧化酶。在造紙工業(yè)廢水處理系統(tǒng)中，漆酶能夠用于生化處理和深度處理，其機理為漆酶能夠選擇性催化木質素降解，且不會產生有毒物質[14]。周慧華、趙登等報道稱，采用固定化漆酶深度處理制漿造紙廢水，控制工藝條件，色度去除率可達85%左右[15-16]。劉娜娜在河南某造紙廠把漆酶應用于SBR工藝中，COD去除率提高了6.78%[17]。隨著國家對環(huán)境保護重視程度不斷提高，控制廢水處理出水指標越來越嚴格，漆酶的市場也會越來越大。

4.2特種微生物菌種

我國是一個環(huán)保起步較晚的國家，但發(fā)展迅速，針對較難處理的廢水，也引進了先進的國外技術，針對廢水處理系統(tǒng)的生物增效技術就是其中之一。生物增效（Bioaugmentation）是一種污水處理過程中通過加入具有特定降解能力的生物菌群，增強污水處理系統(tǒng)自身處理能力的技術。在造紙工業(yè)廢水處理中，因廢水特定成分的限制，生物增效技術得以廣泛應用。李倩等人在實驗室通過高效菌種處理造紙廢水，結果表明高效菌種處理COD效果明顯，COD去除率高達89.2%[18]。張頻頻在福建某紙廠使用生物增效技術，提高了現(xiàn)有生化處理系統(tǒng)的運行效率，產生經濟效益[19]。廣西某造紙廠使用普羅生物技術（上海）有限公司的造紙專用COD菌，大幅度提高了廢水處理系統(tǒng)的處理效率，緩解了出水受沖擊超標的壓力。

5　結論

生物藥劑在造紙工業(yè)廢水處理中的廣泛應用顯示了它的優(yōu)勢之處，它充分發(fā)揮了先進技術的優(yōu)勢，以及替代化學品的潛能。生物藥劑與化學藥劑相比較，其環(huán)保性、經濟性及高效性受到各大造紙企業(yè)關注。目前，生物藥劑已經占有一定的市場份額，但因廢水處理化學品的使用思維根深蒂固于造紙行業(yè)，生物藥劑的使用還需要進一步推廣和更多的應用案例。生物藥劑產品方面，依舊需要各大研究機構及生產廠商研發(fā)更高效的產品及更完善的生產工藝，并給予更多的市場指導，生物藥劑才能更好地服務于造紙工業(yè)的廢水處理。

［1］曹春昱.我國主要纖維原料制漿廢水污染負荷研究分析［J］.中國造紙，2009，18（2）：161-165.

［2］辛寶平，莊源益，李彤，等.生物絮凝劑的研究和應用［J］.環(huán)境科學進展，1998，16（5）：57-62.

［3］Bio Humanetics.Huma Gro Product Manual［產品手冊］.2002.

［4］張雪，張安龍，魏江浪，等.PAC和PAM在造紙廢水處理中的應用［J］.湖北造紙，2013（2）：24-26.

［5］胡勇有，高健.微生物絮凝劑的研究與應用進展［J］.環(huán)境科學進展，1998，16（4）：24-28.

［6］程樹培，崔益斌.高絮凝性微生物育種生物技術研究與應用進展［J］.環(huán)境科學進展，1995，13（1）：65-69.

［7］李文鵬，任曉莉，項學敏，等.微生物絮凝劑對造紙廢水的處理效果研究［J］.工業(yè)水處理，2013，33（11）：13-17.

［8］胡志軍，李友明.制漿造紙工業(yè)廢水的脫色方法［J］.黑龍江造紙，2006，34（2）：35-37.

［9］謝冰，徐亞同.廢水生物處理原理和方法［M］.北京，中國輕工業(yè)出版社，2007：53-54.

［10］張芳，彭輝，朱友良.營養(yǎng)增效劑在造紙廢水生物處理中的應用［J］.工業(yè)用水與廢水，2014，45（4）：27-29.

［11］肖鵬，孫胤軼，朱友良，等.生物活性氮在造紙工業(yè)廢水處理中的應用［J］.中國造紙，2014，33（12）：25-28.

［12］徐亞同，袁磊.上澳塘水體生物修復試驗［J］.上海環(huán)境科學，2000，19（10）：480-484.

［13］鄒學圣，肖鵬，江淦福，等.生物促生劑、解毒劑在造紙廢水處理中的應用［J］.中華紙業(yè)，2014，35（16）：15-17.

［14］李洪臣，于秀俊，楊秀艷.漆酶及其應用［J］.滄州師范?？茖W校學報，2005（4）：91-92.

［15］周慧華，張安龍，趙登，等.固定化漆酶深度處理制漿造紙廢水［J］.水處理技術，2013，33（9）：87-90.

［16］趙登，張安龍，羅清，等.固定化漆酶深度處理制漿造紙廢水［J］.湖北造紙，2013（1）：46-49.

［17］劉娜娜.固定化漆酶在SBR處理造紙廢水中的應用［J］.紙和造紙，2015，34（6）：7-10.

［18］李倩，張明，馬士龍，等.造紙廢水生物處理高效菌種的篩選及鑒定［J］.安徽農學通報，2012（19）：30-32.

［19］張頻頻.生物增效技術在造紙污水處理中的應用［J］.中華紙業(yè)，2012，33（6）：64-67.

本文文獻格式：肖鵬，張紅巖，江淦福．生物藥劑在造紙工業(yè)廢水處理系統(tǒng)中的應用進展[J]．造紙化學品，2016，28（2）∶1-3．

2015年全國紙及紙板產量前10名

2015年全國機制紙及紙板產量為11 773.89萬t。其中，廣東機制紙及紙板產量為2 078.29萬t，占全國機制紙及紙板產量約18%，成為全國機制紙及紙板產量最高的地區(qū)。

另外，2015年機制紙及紙板產量排名前10的省市分別是廣東、山東、浙江、江蘇、河南、福建、湖南、河北、安徽和重慶。它們的產量依次是2078.29、2 001.47、1 739.59、1 374.72、689.39、665.37、429.77、345.68、306.26和298.87萬t。

（文心）

The Application Progress of Biological Agents in the Paper Industry Wastewater Treatment System

An overview of the product classification and application of biological agents and paper processing system analyzes the advantages of biological agents in the paper industry wastewater applications，and proposed Wastewater biological agents in the development of the industry.

paper industry wastewater；biological agents；water treatment chemicals

X793

A

1007-2225（2016）02-0001-03

2015-12-21（修回）

肖鵬先生（1985-），工程師；研究方向：造紙污水處理系統(tǒng)生物營養(yǎng)及增效技術研究及應用；E-mail：xp933742@126.com。