造纸废水处理

　　造纸废水主要来源于造纸生产过程中的制浆和抄纸，洗浆废水呈黑褐色，含有大量的纤维、无机盐和色素，抄纸废水中含有大量的纤维和造纸过程中的填料。对其不进行科学合理的处理，不仅污染环境，而且会造成水资源极大的浪费。本文分析了造纸废水的来源及特点，并对常用的处理工艺进行评价和分析，最后对造纸废水处理技术的发展进行了展望。

　　造纸工业是我国经济的重要组成部分，是文化教育、新闻出版以及工农业的重要物资基础，是现代生活和社会发展的重要物质象征。一般来说，每生产1吨的成品纸，就需要消耗4～5m3木材，造纸工业消耗木材数量巨大，对生态环境的影响严重。

　　在造纸过程中还会产生大量的造纸废水，通常情况下，每生产1吨纸浆，就会产生60～100m3的废水，而废水中含有大量的半纤维素、木质素、无机酸盐、无机填料、油墨等［1］。可见，造纸废水的排放量大，而且污染严重，如不对其进行科学有效的处理，不仅会对生态环境造成严重的污染，还会浪费大量的水资源，极不符合我国可持续的发展战略。

　　随着造纸行业的不断发展，其废水的排放和治理也受到更多的重视。因此，如何将造纸废水化害为利，促进造纸工业和环境保护共同发展具有非常重要的意义。

　　1造纸废水的来源及特点

　　1．1废水的来源

　　在造纸过程中主要产生三类废水，黑液、中段废水、和纸机白水。黑水主要是在蒸煮制浆过程中除渣、洗浆以及漂洗产生的洗涤废水，废水量较大，占造纸废水总量的90%。中段水是在纸浆洗涤、筛选和漂白过程中产生的废水;纸机废水是在抄纸车间生产过程中产生的废水［2］。

　　1．2废水的特点

　　造纸工业废水是在其生产过程中产生的废水，其废水特点与生产工艺、原料、产品种类等有着重要的关系。一般来讲造纸废水主要的污染物有四类:(1)还原性物质，例如木素、无机盐等;(2)可生物降解类物质，有半纤维素、树脂酸，还有一些低分子的糖、醇、有机酸等;(3)悬浮物，例如细小纤维素、无机填料等;(4)色素类物质，有油墨、染料等。

　　不同的产品种类和制浆工艺产生的废水中CODCr、BOD5、TSS含量不同。例如非脱墨工艺产生的废水CODCr浓度为800～1500mg/L、BOD5浓度150～350mg/L、TSS浓度为900～1200mg/L，脱墨工艺废水的CODCr浓度为200mg/L左右、BOD5浓度为300～900mg/L、TSS浓度为500～1500mg/L。此外，在一些使用次氯酸钠漂白制纸过程中还存在三氯甲烷等具有毒性的物质。因此，造纸工业废水水量大，成分复杂，还具有一定的毒性。

　　2造纸废水处理技术

　　2．1物理法

　　物理法是污水处理技术中较为简单且常用的技术方法，主要是指利用机械的、物理的方法去除污水中的污染物，这些物质包括不溶性的、粒径较大的一些杂志。主要的技术有机械过滤、沉淀、吸附等方法［3］。在造纸废水处理中，含有大量的细小纤维物质，采用过滤法具有很好的处理效果。

　　为了避免堵塞等现象的出现，在过滤的同时，要注意及时的清运操作，因此，过滤技术主要是作为废水预处理的方法。目前国内应用最多的是微过滤，主要设备有斜筛或过滤机。斜筛是大多数小型造纸厂使用较多，其能耗低、投资少，采用的网目数一般在60～100目。

　　沉淀也是在污水处理工艺中应用较多的物理技术，其常用其他技术配合使用，沉淀技术运行稳定、设施简单、动力消耗低、构筑物维护费用低等特点，但其使用面积较大。目前，在实际应用中主要是以幅流式沉淀为主，此外还有平流式、竖流式等。

　　吸附法是利用一些具有多孔性的材料，将废水中的一种或者多种物质被吸附到固体表面而将其去除的方法。常用的吸附剂有活性炭、活性焦、膨润土、硅藻精土等。对于造纸废水，吸附技术可对其废水中的悬浮物、色度、CODCr等具有良好的处理效果。但其吸附饱和后还需要再生，而且价格昂贵，一般作为预处理工艺。

　　2．2化学法

　　化学法是利用试剂或某种技术使得污水中污染物的形态发生了变化，进而得到去除的技术方法。常见的化学方法有中和、氧化还原、催化氧化、微电解、高级氧化等［4］。常规的化学法需要和其他技术相结合来进行废水的处理，将化学处理剂加入到废水中进行预氧化，然后进行混凝沉淀，还可以在混凝的同时进行投加氧化剂，以利用混凝剂和氧化剂的协同作用来净化废水。

　　化学法采用的氧化剂主要有高锰酸钾、次氯酸钠、二氧化氯、Fenton试剂等。而不同类型的污水采用不同氧化剂处理得到的效果差异很大。针对造纸废水的处理效果表明，高锰酸钾是良好的预处理剂、次氯酸钠更适合作为深度处理药剂。Fenton试剂化学法是以过氧化氢为氧化剂、Fe2+为反应的催化剂，两者反应时会产生具有强氧化性的羟基自由基，能够对难降解的有机物等进行分解。

　　该试剂法不需要特定的反应系统，在反应过程中也不会产生具有危害的物质。此外，Fe2+的加入一部分会被反应所消耗，还会有一部分被氧化成Fe3+而增加水环境中的絮凝效果，进而提高污水的处理效果。电化学法是一种新型的废水处理技术，其工作原理是利用电解作用来去除水中的污染物，或者将有毒物质转化为无毒或者低毒性的物质。

　　研究表明，采用电絮凝法处理造纸废水有着良好的处理效果，而且无需预处理，在低压和低电流条件下即可运行，安全性较高。相比化学絮凝能耗更低，COD和浊度去除率可达到60%和95%。还有利用光催化氧化技术来处理造纸废水，光催化氧化技术是利用n型半导体(TiO2、ZnO等)作为催化剂的化学处理技术。

　　但该技术在应用过程中存在一些问题，例如造纸废水的色度高、悬浮物含量高，进而影响了紫外线的透过性，使得处理效果并不理想，还需要在今后的研究中逐步的解决。臭氧氧化技术也是污水处理中常用的一种工艺，其工作原理是利用臭氧在催化剂的作用下能够产生具有强氧化性的羟基自由基，研究表明臭氧氧化技术对于造纸废水中的色度、CODcr都具有显著的处理效果，其色度和CODcr去除率可达到88．8%～99%、54．9%～80%。

　　2．3生物法

　　生物处理技术是废水处理方法中较为成熟和应用较多的技术。是以微生物的代谢作用为基础，利用污水中的有机污染物和无机微生物营养物质作用微生物生长繁殖的营养物质，在利用这些污染物的同时，既保证了微生物的正常繁殖，又将其转化为稳定、无害的物质。

　　目前常见的生物处理技术有活性污泥法、生物膜法、生物接触氧化、氧化沟、生物滤池、生物转盘、厌氧消化等［5］。造纸废水中COD含量高且相对分子质量较大，因此其可生化性较差，直接利用生物处理技术得不到较好的效果。研究表明当废水中的BOD5/CODCr＞0．6时可生化性较好，当BOD5/CODCr＜0．2时不宜采用生物法。

　　一般情况下，造纸废水经过一级的物理化学处理后，其BOD5/CODCr大约在0．4～0．7，可行进生化处理。生物处理技术主要里利用微生物在生长代谢过程中的分解作用将有机物进行分解、同时利用形成菌胶团对污染物进行吸附，继而将有机物或者其他污染物去除。

　　活性污泥法是废水生物处理中应用最为广泛的技术之一，但其存在一重要缺点是会发生污泥膨胀现象，一旦发生整个系统的处理效果将会大大降低，大量的污泥将会流失，不能保证出水水质。同时污泥处置也是造纸废水处理遇到的一个难题。

　　针对造纸废水生物处理存在的这些问题，研究者开发了动态曝气活性污泥技术，研究表明污泥膨胀现象得以解决，该工艺充分发挥了厌氧菌、兼氧菌和好氧菌的功能，随着曝气的不同轮流发挥各自的特点，有机物氧化分解更为彻底，同时也减少了剩余污泥量，大大减轻了污水厂污泥处理负担。

　　此外，该技术投资相比传统的活性污泥法降低了20%，运行费用节省了10%，更有利于小型造纸企业的应用。生物接触氧化法也是废水处理中常用的工艺，杜宇脱墨造纸废水有着良好的处理效果，但其需要注意构筑池内填料的选择，填料直接关系到微生物活性的高低，进而直接影响出水水质。氧化沟也是目前废水处理中应用较多的技术，其具有污泥产量少、出水水质稳定、污染物去除率高等优点，而且设备简单、运行费用低。

　　因此在造纸废水处理中也日渐增多，其SS去除率可达80%，CODCr去除率可保持在80%左右，BOD5的去除率更可高达95%以上。随着生物处理技术的不断进步，在处理工艺上厌氧处理技术对造纸废水也具有良好的处理效果。目前主要的厌氧生物处理工艺有上流式污泥床(UASB)、厌氧滤池、厌氧流化床等。

　　厌氧处理技术的优点是耐受能力强，污泥量少，而且终产物可用利用。也存在一些缺点，例如投资较大、使用的设备较多，运行管理复杂。随着生物处理技术的进一步发展，厌氧和好氧工艺的组合形式越来越多，其处理效果也更好。

　　法国Minguet＆Thomas造纸厂采用厌氧－好氧处理技术，废水中CODCr的去除率可保持在95%，BOD5的去除率可高达98%～99．7%。广西某造纸企业采用氧化结合厌氧水解工艺处理造纸废水，处理效果良好，其中CODCr的去除率在95%以上，其余各项指标均符合GB8978－1996中的二级排放标准。

　　3造纸废水处理技术展望

　　随着造纸行业的不断发展，其在国民经济中的地位越来越重要，但其产生的造纸废水影响也越来越大。但全球可持发展战略影响不断增强，清洁生产越来越受到关注，水资源的有效处理和回用率要求越来越高，即给造纸行业的发展带来了严峻的考验，同时也带来了转型升级的机遇。造纸废水一味地末端治理已经不能满足当前造纸行业的发展，新型的污水处理技术和废水回用技术的应用迫在眉睫。

　　未来造纸废水处理主要想以下几个方面突破:

　　(1)要深入学习和贯彻循环经济发展理念，重视清洁生产技术的开发和应用，逐步提高物质的转化率和回收率，从源头上减少污染物的产生。在造纸技术提高的基础上，应用科学有效的污水处理技术和回用方法，增加废水的利用率和回用率，实现废水在厂区循环流动，实现废水的零排放。

　　(2)综合考虑国内外先进的废水治理技术，重视开发和引进先进的处理技术，尤其是造纸过程中产生污染较为严重的污水，要注重各个污染指标的去除情况，不能以单独某个或某几个指标的好坏来判断治理效果。

　　(3)生物处理技术是废水处理中最为常用和相对成熟的方法，应充分考虑其处理成本低、效益高、工艺形式多样的优点。目前，分子生物学和微生物学的发展速度较快，生物技术的突破性有着良好的发展前进。因此，应用生物技术处理造纸废水前景比较广阔。

　　(4)重视污水资源化战略的发展，将经过处理的废水作为另一种资源加以利用，是污水处理的延伸。污水资源化的利用能够在一定程度上大大减少新鲜水的利用，对保护水资源有着重要的意义。污水资源化战略是一个系统工程，需要多方面的共同努力，需要技术、政策、企业等等各方面进行互相支持和配合。

　　有研究者和企业已经开始实施这样的发展战略，例如东京大学教授采用苛性钾和氨代替氢氧化钠和稻草纸浆一同煮沸，使得造纸废水可作为农田肥料来利用;以资源化利用为目的也是解决废水处理的重要方向。

　　4结语

　　造纸工业对我们的生活影响越来越大，其经济地位也越来越显著。而其产生的废水对生态环境的影响也日渐突出。尤其在水资源短缺的今天，提高造纸废水处理技术，增强造纸废水回用率显得更为重要。造纸废水含有的污染物种类多，而且水量较大，单纯的某一种工艺对其处理的效果并不明显，往往需要多种方法组合形成的工艺系统对其进行处理。

　　因此，处理成本会有所提高，工艺复杂度增加，使得在处理过程中不便于操作，也更容易出现问题。研发新型有效的处理工艺，对造纸工业废水处理有着重要的意义。

[时间：2017-10-30  作者：邹丽  来源：邹丽]