造紙廢水處理技術(shù)的研究進(jìn)展

成 琳

（陜西眾興宏業(yè)建設(shè)工程有限公司，陜西 西安710515）

進(jìn)入21世紀(jì)，中國(guó)的經(jīng)濟(jì)發(fā)展相當(dāng)迅速，雖然各種電子化的事物層出不窮，但人們對(duì)紙張的需求有增無(wú)減，2010年人均用紙?jiān)?0kg，2020年人均用紙達(dá)到150kg以上，紙和紙板的消費(fèi)總量約2.0億t，居世界第一位[1]，這給造紙工業(yè)帶來(lái)了巨大的挑戰(zhàn)。據(jù)統(tǒng)計(jì)，造紙過(guò)程需要消耗大量的木材，每生產(chǎn)1t成品紙，就需要消耗5m3的木材，而生產(chǎn)1t紙漿就會(huì)產(chǎn)生60~100t廢水，產(chǎn)生的廢水中通常含有大量的木質(zhì)素、半纖維素、無(wú)機(jī)鹽、油墨等[2]，造紙過(guò)程中產(chǎn)生的大量廢水，如果不及時(shí)處理，不但對(duì)水資源造成了浪費(fèi)，而且會(huì)污染環(huán)境，因此，如何處理造紙過(guò)程中產(chǎn)生的廢水成為綠色造紙工業(yè)需要解決的問(wèn)題之一[3]。

1 造紙廢水的污染物和特點(diǎn)

1.1 造紙廢水的污染物分析

從造紙工藝進(jìn)行分析，不論是廢紙?jiān)旒堖€是紙漿造紙，都是和水作用將其變成紙漿，在這一過(guò)程中，水帶走了廢紙或者紙漿中的一部分纖維素或者半纖維素而變成廢水，除此之外，在脫去廢紙中的油墨時(shí)，向水中加入了一些化學(xué)藥劑，最后，水帶走了化學(xué)藥劑與油墨，因此，在紙漿的制備工藝中，造紙廢水含有纖維素、半纖維素、化學(xué)藥劑、油墨等污染物。第二步，得到的紙漿需要進(jìn)行漂白，在此工藝過(guò)程中，通常加入一些具有漂白作用的含氯化合物，這些藥劑伴隨著漂白過(guò)程進(jìn)入到水體中，對(duì)環(huán)境產(chǎn)生了危害?？梢钥闯?，在漂白工藝中，廢水中的污染物主要是含氯化合物[4]。

1.2 造紙廢水的特點(diǎn)

從造紙的工藝可以看出，造紙廢水具有如下特點(diǎn)：（1）排放的廢水水量大，負(fù)荷高：在凈化、制漿、脫墨、漂白等工藝中，都需要大量的水，伴隨著水的排放產(chǎn)生了大量的廢水；（2）廢水中污染物種類多：造紙過(guò)程中產(chǎn)生了纖維素、半纖維素、油墨（油墨中通常含有多種污染物）、脫墨的化學(xué)藥劑、含氯化合物等，廢水中的污染物種類繁多；（3）BOD、COD含量大，廢水中含有大量的有機(jī)污染物，如纖維素、半纖維素、油墨等，使得BOD和COD含量非常大，給處理帶來(lái)了一定的困難。

2 造紙廢水的處理方法

對(duì)于造紙廢水的處理方法，根據(jù)人們研究及實(shí)踐，大致可分為3種[6]：（1）物理處理方法；（2）生物處理方法；（3）化學(xué)處理方法。

2.1 物理處理法

物理處理法是廢水處理技術(shù)中最常用的方法，主要技術(shù)就是利用機(jī)械的技術(shù)、物理的方法，例如：格柵、過(guò)濾、沉淀等技術(shù)除去水中的污染物。微過(guò)濾是目前國(guó)內(nèi)使用較多的一種技術(shù)，其以斜篩或過(guò)濾機(jī)作為微過(guò)濾的設(shè)備[6]。斜篩以能耗低、投資少，被大多數(shù)小型造紙廠經(jīng)常使用。沉淀是一種常用的物理處理技術(shù)，具有技術(shù)運(yùn)行穩(wěn)定、設(shè)備簡(jiǎn)單、動(dòng)力消耗低、構(gòu)筑物維護(hù)費(fèi)用低等特點(diǎn)，但其使用面積較大，經(jīng)常與其他設(shè)備配合使用。目前，幅流式沉淀池作為一種主流沉淀池被廣泛應(yīng)用，此外還有平流式沉淀池和豎流式沉淀池等。吸附處理技術(shù)是在廢水中加入一些活性炭、分子篩、膨潤(rùn)土、硅藻土等，這些物質(zhì)具有一定的吸附作用，可以吸附廢水中的污染物以達(dá)到去除的目的。

2.2 生物處理法

廢水中的微生物在新陳代謝過(guò)程中，能夠?qū)U水中的有機(jī)污染物參與自身代謝，從而將其轉(zhuǎn)化成一些無(wú)污染的代謝物，然后通過(guò)沉淀除去，進(jìn)行廢水凈化，此方法稱為廢水的生物處理方法[7]。生物處理方法除了能夠降低廢水中BOD和COD的含量，還對(duì)固體懸浮物、色度及臭味都有去除能力。利用厭氧微生物進(jìn)行廢水處理方法稱為厭氧生物處理技術(shù)，在好氧微生物作用下的廢水處理方法稱為好氧生物處理技術(shù)，還有厭氧與好氧組合的生物處理技術(shù)。

2.2.1 厭氧生物處理技術(shù) 厭氧生物處理技術(shù)是采用厭氧微生物分解有機(jī)物，不需要外界提供O2，在還原有機(jī)物的同時(shí)還能產(chǎn)生有價(jià)值的甲烷氣體。楊文劍[8]等人研究了IC反應(yīng)器對(duì)造紙廢水厭氧處理情況，其采用的廢水中COD達(dá)到了2000mg·L-1，經(jīng)過(guò)IC厭氧反應(yīng)器處理后，出水中COD為554mg·L-1，去除率為71.66%。此外，楊文劍等人還研究了IC厭氧反應(yīng)器對(duì)BOD、木質(zhì)素、硬度及有機(jī)物的降解情況，IC厭氧反應(yīng)器對(duì)這些物質(zhì)都有很好的去除率，而且在增加IC反應(yīng)器后，對(duì)出水水質(zhì)有明顯的改善。

2.2.2 活性污泥處理造紙廢水技術(shù) 好氧活性污泥技術(shù)[9,10]是一種在含有活性污泥池的底部安裝許多可以用于曝氣的小孔，通過(guò)風(fēng)機(jī)不斷的將氣體送入廢水中，這樣就增加了廢水中的溶解氧，并且送入的氣體能夠使活性污泥懸浮且分散于廢水中，這樣有利于廢水與微生物充分接觸，廢水中的有機(jī)物質(zhì)在好氧微生物作用下得以降解、去除，好氧微生物在降解廢水中污染物的同時(shí)產(chǎn)生了新的微生物，這樣便維持了活性污泥中微生物的平衡，從而使反應(yīng)能夠進(jìn)行下去。劉春[11]等人研究了序批式活性污泥法對(duì)制漿造紙廢水的處理情況，其采用COD含量為1713mg·L-1的造紙廢水，研究了曝氣時(shí)間、進(jìn)水流量、進(jìn)水負(fù)荷、靜置時(shí)間對(duì)造紙廢水處理情況，結(jié)果表明：進(jìn)水達(dá)到2.0h，曝氣時(shí)間為12.0h，靜置6.0h能夠?qū)υ旒垙U水中COD有良好的去除率。

2.2.3 缺氧-好氧（A-O）工藝 采用傳統(tǒng)的好氧活性污泥技術(shù)在造紙廢水時(shí)，對(duì)于影響COD含量的難降解物質(zhì)和氨氮類物質(zhì)去除率很低，缺氧-好氧（AO）工藝就是為了解決影響COD的難降解物質(zhì)而生的。其工藝路線：首先，進(jìn)行缺氧過(guò)程，然后，進(jìn)行好氧過(guò)程，讓污泥從活性污泥池外面回流，反硝化反應(yīng)在缺氧過(guò)程進(jìn)行，硝化反應(yīng)在好氧過(guò)程進(jìn)行，在硝化池中進(jìn)行延時(shí)曝氣，從而產(chǎn)生缺氧環(huán)境，進(jìn)行反硝化反應(yīng)，在無(wú)氧的條件下，微生物利用有機(jī)物-碳源，將產(chǎn)生的硝酸鹽和亞硝酸鹽還原成N2排出，以達(dá)到脫氮的目的。在硝化階段，將氨氮轉(zhuǎn)化成硝酸鹽和亞硝酸鹽[10]。

2.3 化學(xué)處理技術(shù)

2.3.1 Fenton處理技術(shù) 所謂Fenton處理技術(shù)[12,13]，是一種化學(xué)氧化技術(shù)，在含有Fe2+試劑中加入H2O2，二者作用產(chǎn)生了羥基自由基（·OH），利用羥基自由基的氧化性對(duì)廢水中各種有機(jī)物質(zhì)進(jìn)行氧化，以達(dá)到處理的目的。但傳統(tǒng)的Fenton技術(shù)處理能力低而且反應(yīng)時(shí)間長(zhǎng)，加之對(duì)催化劑不能夠反復(fù)利用，電Fenton技術(shù)是將傳統(tǒng)的Fenton處理技術(shù)與電化學(xué)方法結(jié)合，目的是產(chǎn)生更多的羥基自由基，以達(dá)到更好的氧化目的。

陳雪花等人[14]對(duì)電Fenton技術(shù)深度處理造紙廢水情況進(jìn)行了研究，結(jié)果表明：在pH值為3的情況下，使用12V電壓，溶液中Fe2+濃度控制在0.8mmol·L-1、而H2O2的濃度也控制在0.8mmol·L-1、正負(fù)極的極板間距為10cm、采用濃度為6g·L-1的Na2SO4為電解質(zhì)，電Fenton技術(shù)對(duì)造紙廢水中COD去除率可以達(dá)到68.4%。

2.3.2 化學(xué)混凝法處理造紙廢水 化學(xué)混凝法是處理廢水廣泛使用的方法，利用混凝劑聚丙烯酰胺和廢水中的污染物作用，通過(guò)吸附架橋形成沉淀物，然后通過(guò)沉淀進(jìn)行分離的技術(shù)[15]。李亞峰[16]等人研究了混凝-氧化-混凝工藝處理造紙廢水的技術(shù)，先加入Dy1混凝劑對(duì)廢水進(jìn)行混凝，用PAM絮凝后，加入ClO2進(jìn)行氧化，最后再加入混凝劑處理，具體工藝見(jiàn)圖1。研究結(jié)果表明：該工藝設(shè)備簡(jiǎn)單，占地面積小，而且運(yùn)行費(fèi)用低，各項(xiàng)指標(biāo)均達(dá)到廢水排放指標(biāo)。

圖1 混凝-氧化-混凝處理造紙廢水工藝Fig.1 Treating papermaking wastewater with coagulation-oxidation-coagulation

2.4 膜生物反應(yīng)技術(shù)

膜生物反應(yīng)器（MBR）是在傳統(tǒng)的生物處理技術(shù)上增加了膜分離技術(shù)，用微生物進(jìn)行造紙廢水處理,同時(shí)采用超濾分離膜不斷分離出反應(yīng)產(chǎn)物并截留微生物而進(jìn)行連續(xù)反應(yīng)的裝置[17]。韓懷芬[18]等人研究了膜生物反應(yīng)技術(shù)對(duì)造紙廢水處理的情況。其采用含有900~1300mg·L-1COD的造紙廢水，與傳統(tǒng)的生物處理方法相比較，當(dāng)控制M LSS在6000mg·L-1左右,出水中COD處于100mg·L-1以下，達(dá)到了造紙行業(yè)COD的一級(jí)排放標(biāo)準(zhǔn)。

3 結(jié)語(yǔ)

本文介紹了造紙廢水的來(lái)源及特點(diǎn)，根據(jù)造紙廢水BOD和COD高這一顯著特點(diǎn)論述了當(dāng)今造紙廢水處理的技術(shù)。造紙廢水的處理技術(shù)一般包括物理處理技術(shù)，例如沉淀、吸附、過(guò)濾等，生物處理技術(shù)有IC生物反應(yīng)器，A/O生物處理工藝、曝氣生物濾池等，此外還有化學(xué)處理技術(shù)，例如Fenton處理技術(shù)和電Fenton處理技術(shù)，化學(xué)混凝法等。目前，膜生物反應(yīng)技術(shù)作為一種先進(jìn)技術(shù)，應(yīng)用于很多造紙企業(yè)。