造紙廢水處理技術(shù)現(xiàn)狀及展望

鄒 麗，鄭洪領(lǐng)

(1.山東華城城建設(shè)計工程有限公司，山東 濟南 2501012.中國城市建設(shè)研究院有限公司山東分院，山東 濟南 250101)

造紙廢水處理技術(shù)現(xiàn)狀及展望

鄒 麗1，鄭洪領(lǐng)2

(1.山東華城城建設(shè)計工程有限公司，山東 濟南 2501012.中國城市建設(shè)研究院有限公司山東分院，山東 濟南 250101)

造紙廢水主要來源于造紙生產(chǎn)過程中的制漿和抄紙，洗漿廢水呈黑褐色，含有大量的纖維、無機鹽和色素，抄紙廢水中含有大量的纖維和造紙過程中的填料。對其不進行科學(xué)合理的處理，不僅污染環(huán)境，而且會造成水資源極大的浪費。本文分析了造紙廢水的來源及特點，并對常用的處理工藝進行評價和分析，最后對造紙廢水處理技術(shù)的發(fā)展進行了展望。

造紙廢水；處理技術(shù)；展望

造紙工業(yè)是我國經(jīng)濟的重要組成部分，是文化教育、新聞出版以及工農(nóng)業(yè)的重要物資基礎(chǔ)，是現(xiàn)代生活和社會發(fā)展的重要物質(zhì)象征。一般來說，每生產(chǎn)1噸的成品紙，就需要消耗4～5 m3木材，造紙工業(yè)消耗木材數(shù)量巨大，對生態(tài)環(huán)境的影響嚴重。在造紙過程中還會產(chǎn)生大量的造紙廢水，通常情況下，每生產(chǎn)1噸紙漿，就會產(chǎn)生60～100 m3的廢水，而廢水中含有大量的半纖維素、木質(zhì)素、無機酸鹽、無機填料、油墨等[1]?？梢姡旒垙U水的排放量大，而且污染嚴重，如不對其進行科學(xué)有效的處理，不僅會對生態(tài)環(huán)境造成嚴重的污染，還會浪費大量的水資源，極不符合我國可持續(xù)的發(fā)展戰(zhàn)略。隨著造紙行業(yè)的不斷發(fā)展，其廢水的排放和治理也受到更多的重視。因此，如何將造紙廢水化害為利，促進造紙工業(yè)和環(huán)境保護共同發(fā)展具有非常重要的意義。

1 造紙廢水的來源及特點

1.1 廢水的來源

在造紙過程中主要產(chǎn)生三類廢水，黑液、中段廢水、和紙機白水。黑水主要是在蒸煮制漿過程中除渣、洗漿以及漂洗產(chǎn)生的洗滌廢水，廢水量較大，占造紙廢水總量的90%。中段水是在紙漿洗滌、篩選和漂白過程中產(chǎn)生的廢水；紙機廢水是在抄紙車間生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的廢水[2]。

1.2 廢水的特點

造紙工業(yè)廢水是在其生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的廢水，其廢水特點與生產(chǎn)工藝、原料、產(chǎn)品種類等有著重要的關(guān)系。一般來講造紙廢水主要的污染物有四類：(1)還原性物質(zhì)，例如木素、無機鹽等；(2)可生物降解類物質(zhì)，有半纖維素、樹脂酸，還有一些低分子的糖、醇、有機酸等；(3)懸浮物，例如細小纖維素、無機填料等；(4)色素類物質(zhì)，有油墨、染料等。不同的產(chǎn)品種類和制漿工藝產(chǎn)生的廢水中CODCr、BOD5、TSS含量不同。例如非脫墨工藝產(chǎn)生的廢水CODCr濃度為800～1500 mg/L、BOD5濃度150～350 mg/L、TSS濃度為900～1200 mg/L，脫墨工藝廢水的CODCr濃度為200 mg/L左右、BOD5濃度為300～900 mg/L、TSS濃度為500～1500 mg/L。此外，在一些使用次氯酸鈉漂白制紙過程中還存在三氯甲烷等具有毒性的物質(zhì)。因此，造紙工業(yè)廢水水量大，成分復(fù)雜，還具有一定的毒性。

2 造紙廢水處理技術(shù)

2.1 物理法

物理法是污水處理技術(shù)中較為簡單且常用的技術(shù)方法，主要是指利用機械的、物理的方法去除污水中的污染物，這些物質(zhì)包括不溶性的、粒徑較大的一些雜志。主要的技術(shù)有機械過濾、沉淀、吸附等方法[3]。在造紙廢水處理中，含有大量的細小纖維物質(zhì)，采用過濾法具有很好的處理效果。為了避免堵塞等現(xiàn)象的出現(xiàn)，在過濾的同時，要注意及時的清運操作，因此，過濾技術(shù)主要是作為廢水預(yù)處理的方法。目前國內(nèi)應(yīng)用最多的是微過濾，主要設(shè)備有斜篩或過濾機。斜篩是大多數(shù)小型造紙廠使用較多，其能耗低、投資少，采用的網(wǎng)目數(shù)一般在60～100目。沉淀也是在污水處理工藝中應(yīng)用較多的物理技術(shù)，其常用其他技術(shù)配合使用，沉淀技術(shù)運行穩(wěn)定、設(shè)施簡單、動力消耗低、構(gòu)筑物維護費用低等特點，但其使用面積較大。目前，在實際應(yīng)用中主要是以幅流式沉淀為主，此外還有平流式、豎流式等。吸附法是利用一些具有多孔性的材料，將廢水中的一種或者多種物質(zhì)被吸附到固體表面而將其去除的方法。常用的吸附劑有活性炭、活性焦、膨潤土、硅藻精土等。對于造紙廢水，吸附技術(shù)可對其廢水中的懸浮物、色度、CODCr等具有良好的處理效果。但其吸附飽和后還需要再生，而且價格昂貴，一般作為預(yù)處理工藝。

2.2 化學(xué)法

化學(xué)法是利用試劑或某種技術(shù)使得污水中污染物的形態(tài)發(fā)生了變化，進而得到去除的技術(shù)方法。常見的化學(xué)方法有中和、氧化還原、催化氧化、微電解、高級氧化等[4]。

常規(guī)的化學(xué)法需要和其他技術(shù)相結(jié)合來進行廢水的處理，將化學(xué)處理劑加入到廢水中進行預(yù)氧化，然后進行混凝沉淀，還可以在混凝的同時進行投加氧化劑，以利用混凝劑和氧化劑的協(xié)同作用來凈化廢水?；瘜W(xué)法采用的氧化劑主要有高錳酸鉀、次氯酸鈉、二氧化氯、Fenton試劑等。而不同類型的污水采用不同氧化劑處理得到的效果差異很大。針對造紙廢水的處理效果表明，高錳酸鉀是良好的預(yù)處理劑、次氯酸鈉更適合作為深度處理藥劑。

Fenton試劑化學(xué)法是以過氧化氫為氧化劑、Fe2+為反應(yīng)的催化劑，兩者反應(yīng)時會產(chǎn)生具有強氧化性的羥基自由基，能夠?qū)﹄y降解的有機物等進行分解。該試劑法不需要特定的反應(yīng)系統(tǒng)，在反應(yīng)過程中也不會產(chǎn)生具有危害的物質(zhì)。此外，F(xiàn)e2+的加入一部分會被反應(yīng)所消耗，還會有一部分被氧化成Fe3+而增加水環(huán)境中的絮凝效果，進而提高污水的處理效果。電化學(xué)法是一種新型的廢水處理技術(shù)，其工作原理是利用電解作用來去除水中的污染物，或者將有毒物質(zhì)轉(zhuǎn)化為無毒或者低毒性的物質(zhì)。研究表明，采用電絮凝法處理造紙廢水有著良好的處理效果，而且無需預(yù)處理，在低壓和低電流條件下即可運行，安全性較高。相比化學(xué)絮凝能耗更低，COD和濁度去除率可達到60%和95%。

還有利用光催化氧化技術(shù)來處理造紙廢水，光催化氧化技術(shù)是利用n型半導(dǎo)體(TiO2、ZnO等)作為催化劑的化學(xué)處理技術(shù)。但該技術(shù)在應(yīng)用過程中存在一些問題，例如造紙廢水的色度高、懸浮物含量高，進而影響了紫外線的透過性，使得處理效果并不理想，還需要在今后的研究中逐步的解決。臭氧氧化技術(shù)也是污水處理中常用的一種工藝，其工作原理是利用臭氧在催化劑的作用下能夠產(chǎn)生具有強氧化性的羥基自由基，研究表明臭氧氧化技術(shù)對于造紙廢水中的色度、CODcr都具有顯著的處理效果，其色度和CODcr去除率可達到88.8%～99%、54.9%～80%。

2.3 生物法

生物處理技術(shù)是廢水處理方法中較為成熟和應(yīng)用較多的技術(shù)。是以微生物的代謝作用為基礎(chǔ)，利用污水中的有機污染物和無機微生物營養(yǎng)物質(zhì)作用微生物生長繁殖的營養(yǎng)物質(zhì)，在利用這些污染物的同時，既保證了微生物的正常繁殖，又將其轉(zhuǎn)化為穩(wěn)定、無害的物質(zhì)。目前常見的生物處理技術(shù)有活性污泥法、生物膜法、生物接觸氧化、氧化溝、生物濾池、生物轉(zhuǎn)盤、厭氧消化等[5]。

造紙廢水中COD含量高且相對分子質(zhì)量較大，因此其可生化性較差，直接利用生物處理技術(shù)得不到較好的效果。研究表明當廢水中的BOD5/CODCr>0.6時可生化性較好，當BOD5/CODCr<0.2時不宜采用生物法。一般情況下，造紙廢水經(jīng)過一級的物理化學(xué)處理后，其BOD5/CODCr大約在0.4～0.7，可行進生化處理。

生物處理技術(shù)主要里利用微生物在生長代謝過程中的分解作用將有機物進行分解、同時利用形成菌膠團對污染物進行吸附，繼而將有機物或者其他污染物去除?；钚晕勰喾ㄊ菑U水生物處理中應(yīng)用最為廣泛的技術(shù)之一，但其存在一重要缺點是會發(fā)生污泥膨脹現(xiàn)象，一旦發(fā)生整個系統(tǒng)的處理效果將會大大降低，大量的污泥將會流失，不能保證出水水質(zhì)。同時污泥處置也是造紙廢水處理遇到的一個難題。針對造紙廢水生物處理存在的這些問題，研究者開發(fā)了動態(tài)曝氣活性污泥技術(shù)，研究表明污泥膨脹現(xiàn)象得以解決，該工藝充分發(fā)揮了厭氧菌、兼氧菌和好氧菌的功能，隨著曝氣的不同輪流發(fā)揮各自的特點，有機物氧化分解更為徹底，同時也減少了剩余污泥量，大大減輕了污水廠污泥處理負擔。此外，該技術(shù)投資相比傳統(tǒng)的活性污泥法降低了20%，運行費用節(jié)省了10%，更有利于小型造紙企業(yè)的應(yīng)用。

生物接觸氧化法也是廢水處理中常用的工藝，杜宇脫墨造紙廢水有著良好的處理效果，但其需要注意構(gòu)筑池內(nèi)填料的選擇，填料直接關(guān)系到微生物活性的高低，進而直接影響出水水質(zhì)。氧化溝也是目前廢水處理中應(yīng)用較多的技術(shù)，其具有污泥產(chǎn)量少、出水水質(zhì)穩(wěn)定、污染物去除率高等優(yōu)點，而且設(shè)備簡單、運行費用低。因此在造紙廢水處理中也日漸增多，其SS去除率可達80%，CODCr去除率可保持在80%左右，BOD5的去除率更可高達95%以上。

隨著生物處理技術(shù)的不斷進步，在處理工藝上厭氧處理技術(shù)對造紙廢水也具有良好的處理效果。目前主要的厭氧生物處理工藝有上流式污泥床(UASB)、厭氧濾池、厭氧流化床等。厭氧處理技術(shù)的優(yōu)點是耐受能力強，污泥量少，而且終產(chǎn)物可用利用。也存在一些缺點，例如投資較大、使用的設(shè)備較多，運行管理復(fù)雜。隨著生物處理技術(shù)的進一步發(fā)展，厭氧和好氧工藝的組合形式越來越多，其處理效果也更好。法國Minguet & Thomas造紙廠采用厭氧-好氧處理技術(shù)，廢水中CODCr的去除率可保持在95%，BOD5的去除率可高達98%～99.7%。廣西某造紙企業(yè)采用氧化結(jié)合厭氧水解工藝處理造紙廢水，處理效果良好，其中CODCr的去除率在95%以上，其余各項指標均符合GB8978 -1996 中的二級排放標準。

3 造紙廢水處理技術(shù)展望

隨著造紙行業(yè)的不斷發(fā)展，其在國民經(jīng)濟中的地位越來越重要，但其產(chǎn)生的造紙廢水影響也越來越大。但全球可持發(fā)展戰(zhàn)略影響不斷增強，清潔生產(chǎn)越來越受到關(guān)注，水資源的有效處理和回用率要求越來越高，即給造紙行業(yè)的發(fā)展帶來了嚴峻的考驗，同時也帶來了轉(zhuǎn)型升級的機遇。造紙廢水一味地末端治理已經(jīng)不能滿足當前造紙行業(yè)的發(fā)展，新型的污水處理技術(shù)和廢水回用技術(shù)的應(yīng)用迫在眉睫。未來造紙廢水處理主要想以下幾個方面突破：

(1)要深入學(xué)習(xí)和貫徹循環(huán)經(jīng)濟發(fā)展理念，重視清潔生產(chǎn)技術(shù)的開發(fā)和應(yīng)用，逐步提高物質(zhì)的轉(zhuǎn)化率和回收率，從源頭上減少污染物的產(chǎn)生。在造紙技術(shù)提高的基礎(chǔ)上，應(yīng)用科學(xué)有效的污水處理技術(shù)和回用方法，增加廢水的利用率和回用率，實現(xiàn)廢水在廠區(qū)循環(huán)流動，實現(xiàn)廢水的零排放。

(2)綜合考慮國內(nèi)外先進的廢水治理技術(shù)，重視開發(fā)和引進先進的處理技術(shù)，尤其是造紙過程中產(chǎn)生污染較為嚴重的污水，要注重各個污染指標的去除情況，不能以單獨某個或某幾個指標的好壞來判斷治理效果。

(3)生物處理技術(shù)是廢水處理中最為常用和相對成熟的方法，應(yīng)充分考慮其處理成本低、效益高、工藝形式多樣的優(yōu)點。目前，分子生物學(xué)和微生物學(xué)的發(fā)展速度較快，生物技術(shù)的突破性有著良好的發(fā)展前進。因此，應(yīng)用生物技術(shù)處理造紙廢水前景比較廣闊。

(4)重視污水資源化戰(zhàn)略的發(fā)展，將經(jīng)過處理的廢水作為另一種資源加以利用，是污水處理的延伸。污水資源化的利用能夠在一定程度上大大減少新鮮水的利用，對保護水資源有著重要的意義。污水資源化戰(zhàn)略是一個系統(tǒng)工程，需要多方面的共同努力，需要技術(shù)、政策、企業(yè)等等各方面進行互相支持和配合。有研究者和企業(yè)已經(jīng)開始實施這樣的發(fā)展戰(zhàn)略，例如東京大學(xué)教授采用苛性鉀和氨代替氫氧化鈉和稻草紙漿一同煮沸，使得造紙廢水可作為農(nóng)田肥料來利用；以資源化利用為目的也是解決廢水處理的重要方向。

4 結(jié)語

造紙工業(yè)對我們的生活影響越來越大，其經(jīng)濟地位也越來越顯著。而其產(chǎn)生的廢水對生態(tài)環(huán)境的影響也日漸突出。尤其在水資源短缺的今天，提高造紙廢水處理技術(shù)，增強造紙廢水回用率顯得更為重要。造紙廢水含有的污染物種類多，而且水量較大，單純的某一種工藝對其處理的效果并不明顯，往往需要多種方法組合形成的工藝系統(tǒng)對其進行處理。因此，處理成本會有所提高，工藝復(fù)雜度增加，使得在處理過程中不便于操作，也更容易出現(xiàn)問題。研發(fā)新型有效的處理工藝，對造紙工業(yè)廢水處理有著重要的意義。

[1] 房桂干,施英喬.落實科學(xué)發(fā)展觀推進造紙工業(yè)節(jié)能減排戰(zhàn)略[J].中華紙業(yè),2008(18):6-10.

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[5] 翟 陽.我國造紙工業(yè)廢水深度處理的技術(shù)現(xiàn)狀及其發(fā)展趨勢[J].中國造紙,2011,30(10):56-62.

(本文文獻格式：鄒 麗，鄭洪領(lǐng).造紙廢水處理技術(shù)現(xiàn)狀及展望[J].山東化工,2017,46(11):179-180,184.)

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2017-04-05

鄒 麗(1984—)，女，本科學(xué)歷，工程師，主要從事水處理工程的研究和設(shè)計。

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