化學(xué)原理在造紙廢水處理中的應(yīng)用

詹孟佳

摘 要：本文介紹了化學(xué)原理在造紙廢水處理的應(yīng)用，討論了基于絮凝、氧化還原等原理的造紙廢水的具體處理方法，絮凝法中探究了不同絮凝劑作用的化學(xué)原理以及應(yīng)用，氧化還原法中介紹了不同的工藝技術(shù)。

關(guān)鍵詞：造紙廢水；絮凝法；氧化還原法

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2019.07.034

造紙工業(yè)廢水大量排出，并且具有復(fù)雜的組分，特別是含有大量難以降解的有機(jī)物質(zhì)，例如木質(zhì)素、半纖維素和單糖。它容易造成嚴(yán)重的環(huán)境污染，是一種高濃度有機(jī)廢水，并且非常難處理。生物降解性差，毒性高，氣味重，泡沫多。[1]

處理廢水的方法根據(jù)原理大體上分為以下三種，它們是物化處理法、化學(xué)處理法和生物處理法。本文主要通過化學(xué)反應(yīng)探討化學(xué)原理在造紙廢水處理中的應(yīng)用，包括絮凝法，氧化還原法等。

1 絮凝法

化學(xué)絮凝法通過向廢水中添加絮凝劑使懸浮顆粒或膠體在水中附聚形成絮凝物，并將絮凝物與廢水分離以除去污染物并凈化廢水?；瘜W(xué)絮凝法具有較高的色度和濁度去除率，是一種經(jīng)濟(jì)、實(shí)用、簡(jiǎn)便、有效的污水處理技術(shù)，廣泛應(yīng)用于造紙工業(yè)廢水處理中。我們?cè)谔骄啃跄ㄓ脕?lái)處理造紙廢水中時(shí)，怎么樣選擇絮凝劑是很重要的。

1.1 無(wú)機(jī)絮凝劑

無(wú)機(jī)絮凝劑有傳統(tǒng)無(wú)機(jī)絮凝劑和無(wú)機(jī)高分子絮凝劑兩大類。傳統(tǒng)的無(wú)機(jī)絮凝劑主要是指硫酸鋁、氯化鐵這些分子量很低的化合物，其作用機(jī)理為在靜電力的作用下金屬陽(yáng)離子與帶負(fù)電荷的膠體結(jié)合從而使得膠體表面的一部分電荷被中和進(jìn)而使膠體表面的擴(kuò)散層被壓縮，由于范德華力沉降下來(lái)；無(wú)機(jī)高分子絮凝劑對(duì)傳統(tǒng)鐵鹽、鋁鹽絮凝劑進(jìn)一步研究得來(lái)，如聚合氯化鋁（PAC）、聚合磷酸鋁（PAP）等，增強(qiáng)了絮凝能力和絮凝效果且價(jià)格低。劉曉紅，嚴(yán)開奇等人制備了聚硅酸鋁鐵（PAFSC）絮凝劑，用于處理造紙廢水，絮凝效果好[2]。

1.2 有機(jī)絮凝劑

有機(jī)絮凝劑通過許多鏈節(jié)按照順序鏈節(jié)成線性分子，鏈節(jié)與鏈節(jié)之間通過共價(jià)鍵連接在一起。有機(jī)絮凝劑有兩種，一類為合成高分子，一類為天然改性高分子。合成有機(jī)高分子絮凝劑有聚丙烯酰胺（PAM）等，它利用吸附橋接原理，可以很好的去除色度和濁度；天然改性的有機(jī)聚合物絮凝劑包括淀粉衍生物，纖維素衍生物等，并且絮凝劑中含有大量活性集團(tuán)如OH-等，性能較高，價(jià)格低且易生物降解，避免了二次污染。劉軍海等人把玉米淀粉和丙烯酰胺做為原料，制成淀粉接枝丙烯酰胺聚合物（S-g-PAM）高分子絮凝劑，把制成的絮凝劑用來(lái)處理造紙廢水，具有良好的處理效果[3]。

微生物絮凝劑也是一種天然有機(jī)高分子絮凝劑，在處理造紙廢水時(shí)高效、可生物降解、安全。微生物絮凝劑的機(jī)理如下。一是吸附架橋機(jī)理，認(rèn)為它們是通過氫鍵和離子鍵與懸浮物結(jié)合，形成較為緊密的絮凝體從而沉淀分離。二是電性中和機(jī)理，認(rèn)為帶正電的的微生物絮凝劑靠近帶負(fù)電的膠體粒子時(shí)發(fā)生正負(fù)電荷抵消，膠體本身是不穩(wěn)定的，通過兩者之間的自由碰撞和分子間作用力，他們最終形成一個(gè)整體。最后沉淀分離。李文鵬等以微生物絮凝劑LBF處理造紙廢水，COD、SS、色度去除率分別為39%、87%、71%，有較好的處理效果[4]。

由于造紙?jiān)喜煌?，造紙廢水中的成分也很復(fù)雜，所以在選擇絮凝劑的時(shí)候要根據(jù)水質(zhì)的具體情況進(jìn)行分析。實(shí)際處理中，單一的絮凝劑具有一定的局限性，復(fù)合型絮凝劑可以進(jìn)一步提高凈水能力，在造紙廢水處理中應(yīng)用十分廣泛。

2 氧化還原法

造紙廢水的主要化學(xué)原理是氧化還原。使污染物在處理過程中被氧化或者被還原，有機(jī)物分解為無(wú)害的物質(zhì)，使污水得到處理。造紙廢水處理中常用的方法包括超臨界水氧化，濕式空氣氧化和電化學(xué)等。

2.1 超臨界水氧化法

當(dāng)水處于超臨界狀態(tài)時(shí)其基本性能會(huì)發(fā)生很多改變，進(jìn)而表現(xiàn)出類似非極性有機(jī)化合物的性質(zhì)，在這個(gè)時(shí)候水可以和有機(jī)物、氧氣等物質(zhì)互溶，有機(jī)物就能在氧氣充足的均相反應(yīng)。最后，有機(jī)物被氧化為N2、H2O、CO2 以及其他等無(wú)害物質(zhì)。因此，超臨界水氧化法技術(shù)在分解有機(jī)物等方面具有高效，快速的優(yōu)勢(shì)，經(jīng)濟(jì)上合理，對(duì)環(huán)境有利。該技術(shù)在歐洲、美國(guó)、日本等發(fā)達(dá)國(guó)家已經(jīng)取得了很好的研究成果并應(yīng)用于造紙廢水處理中，我國(guó)仍然處于中試階段。

戴航等在一定條件下通過超臨界水反應(yīng)系統(tǒng)TOC去除率達(dá)到將近百分之百，證明超臨界水氧化在處理造紙廢水中有很好的效果[5]。

2.2 濕式空氣氧化法

濕式空氣氧化法（WAO）是一種廢水處理方法，在液相水存在通過高溫和高壓氧化處理液體中懸浮或溶解的有機(jī)物質(zhì)。在高溫和高壓下，使用空氣或氧氣作為氧化劑將有機(jī)物質(zhì)氧化成液相中的水蒸氣和二氧化碳以去除有機(jī)物。WAO是1944年由F.J.ZimmermannLlu提出的。但是，由于投資和運(yùn)營(yíng)成本過高，反應(yīng)條件苛刻等問題，大規(guī)模推廣時(shí)仍存在一些的局限性。

2.3 電化學(xué)法

電化學(xué)法即利用電化學(xué)原理，利用可溶性金屬做電極，通電之后可溶性金屬電極在水中產(chǎn)生金屬離子的水解，聚合，生成一系列起凝聚作用的水解產(chǎn)物，并且通過氧化還原反應(yīng)，破壞有機(jī)物的結(jié)構(gòu)，去除其生物毒性。廢水的電化學(xué)處理具有多種功能，具有體積小，占地面積小，操作靈活等優(yōu)點(diǎn)，但需要大量電能和高成本。

時(shí)峰等人利用電化學(xué)的相關(guān)組合工藝的實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，COD，色度，氨氮達(dá)到廢水排放標(biāo)準(zhǔn)[6]。

3 總結(jié)

化學(xué)方法在造紙廢水處理中起著重要的作用，但造紙廢水的成分比較復(fù)雜，處理的難度比較大，僅僅使用一種方法很難達(dá)到預(yù)期的處理效果。這需要在實(shí)際造紙廢水處理過程中將化學(xué)方法與物理方法，生物方法等相結(jié)合，充分考慮各種處理方法的優(yōu)缺點(diǎn)。根據(jù)具體的生產(chǎn)狀況，選擇最佳的處理方案，實(shí)現(xiàn)實(shí)用性和經(jīng)濟(jì)性的統(tǒng)一。

參考文獻(xiàn)：

[1]陳得重.制漿造紙廢水處理的發(fā)展現(xiàn)狀及趨勢(shì)[J].云南化工，2018

（03）.

[2]劉曉紅，荀開昺，楊方麒等.含鋁廢渣制備聚硅酸鋁鐵絮凝劑處理造紙廢水[J].無(wú)機(jī)鹽工業(yè)，2016，V48（03）：63-65.

[3]劉軍海，李志洲，王俊宏等.改性淀粉絮凝劑處理造紙廢水效果研究[J].水處理技術(shù)，2016（10）：80-83.

[4]李文鵬，任曉莉，項(xiàng)學(xué)敏等.微生物絮凝劑對(duì)造紙廢水的處理效果研究[J].工業(yè)水處理，2013，33（11）：13-16.

[5]戴航，黃衛(wèi)紅，錢曉良等.超臨界水氧化法處理造紙廢水的初步研究[J].工業(yè)水處理，2000，20（08）：23-25.

[6]時(shí)鋒，施英喬，丁來(lái)保等.電化學(xué)-固定床深度處理造紙廢水[J].江蘇造紙，2012（04）：43-47.