造紙廢水的人工濕地處理研究進展

范立維盧澤湘海熱提

(1.福建農林大學資源與環境學院,福建福州,350002;2.北京化工大學環境科學與工程技術中心,北京,100029)

綜 述

造紙廢水的人工濕地處理研究進展

范立維1盧澤湘1海熱提2

(1.福建農林大學資源與環境學院,福建福州,350002;2.北京化工大學環境科學與工程技術中心,北京,100029)

綜述了造紙廢水人工濕地處理的環境影響以及造紙廢水人工濕地處理中植物、微生物及工藝的研究和應用現狀,分析了人工濕地技術在造紙廢水處理上的優勢,提出了該技術有待深入研究的方向。

造紙廢水;人工濕地;研究進展

造紙工業環境污染中廢水的污染最為嚴重和復雜。這是由于造紙廢水排放量大(占全國工業廢水排放總量的10%左右)、成分復雜、有機物含量高,采用傳統的處理方法一般難以達到國家新的排放標準,而且處理成本較高[1-2]。造紙廢水環境污染問題已經嚴重制約了我國造紙工業的發展。經濟、高效的造紙廢水處理技術是造紙工業發展的需要,也是環境保護的必然趨勢。

人工濕地廢水處理技術具有投資少、能耗低、出水水質好的特點,是一種經濟、高效的廢水處理新技術[3-5]。造紙廢水的人工濕地處理不僅可以利用人工濕地處理技術成本低的特點降低治理費用,而且還可以利用人工濕地處理系統出水水質好的特點將造紙廢水處理后回灌濕地植物,實現造紙廢水的零排放;長成后的濕地植物還可以用作造紙原料進行回收再利用,從而實現造紙企業和人工濕地一體化,形成循環經濟發展體系,展現良好的環境和經濟效益。

目前,造紙廢水人工濕地處理技術以其獨特的優越性正受到廣泛關注。本文綜述了造紙廢水人工濕地處理的環境影響和造紙廢水人工濕地處理中植物、微生物以及工藝的研究和應用現狀,提出了造紙廢水人工濕地處理技術有待深入研究的方向。

1 造紙廢水人工濕地處理的環境影響研究

有關造紙廢水人工濕地處理的研究大多集中在其環境影響方面。王明璐等研究了草漿造紙廢水的人工濕地處理。結果顯示,草漿造紙廢水中主要含有以植物纖維為主的有機污染物;人工濕地運行一年后,土壤中地表的有機質含量明顯增加,并且由表層逐步向下滲透[6]。該研究表明,土壤可以吸附積累廢水中的有機物,造紙廢水可以成為土壤的有效改良劑。劉鵬飛等用制漿造紙廢水灌溉蘆葦進行試驗,結果也表明,經過中和的廢水排入蘆葦濕地,不僅廢水水質得到很大改善,而且土壤中植物所需要的氮、磷、鉀鈣、鎂、有機質等有所增加,提高了土壤肥力,同時蘆葦生命活動中釋放出二氧化碳,中和了廢水堿性,防止土壤鹽堿化[7]。鐘玉書等對金城造紙廠廢水的實驗以及于秀玲等對乳山市造紙廠廢水的實驗研究表明,造紙廢水的人工濕地處理對周圍地面水體、地下水中的淡水承壓水無影響,對土壤與蘆葦、大氣環境以及丹頂鶴等鳥類的棲息亦無明顯影響,初步認為這種處理方法具有較好的實用性[8-9]。對于造紙廢水人工濕地處理中有機負荷的控制問題,韓言柱等的研究表明,造紙廢水中CODCr達到5000 mg/L左右時,濕地蘆葦仍能旺盛生長,土壤質量和生態環境得到了很大改善[10]。丁成等通過桶栽和微區實驗研究認為,從濕地生態系統的安全和造紙廢水治理費用等因素綜合考慮,進入蘆葦人工濕地的造紙廢水濃度控制在1500 mg/L比較適宜[11]。

2 造紙廢水人工濕地處理中的植物研究

濕地植物不僅可以直接吸收和富集廢水中的某些污染物質,而且還起到為微生物輸氧和提供良好生存環境的作用,因此植物在人工濕地污水處理系統中具有舉足輕重的作用。目前,有諸多針對去污能力的人工濕地植物篩選的研究,例如,Adcock等的研究表明,與蘆葦相比,水麥冬具有明顯發達的根系和較高的地下生物量,對氮、磷的去除效果是蘆葦的5倍[12]。黃時達等研究了蘆葦、燈心草和菖蒲等3種植物的污染物凈化能力,結果發現,燈心草的凈化能力最強,CODCr的去除率達到42%～46%[13]。彭江燕等研究了蘆葦、水蔥、黃菖蒲、美人蕉和風車草等5種植物的凈化效果,結果表明,氮和磷的吸收比例順序均為:風車草>美人蕉>蘆葦>黃菖蒲>水蔥[14]。

近年來,從區域性和植物之間的配置關系等方面進行的濕地植物的篩選研究也見諸報道。例如,陳志澄等從區域性出發,研究了廣東園林綠化中常用的27種植物對生活廢水的去污能力,結果表明,野芋頭、花葉萬年青、象草、姜花、綠公主、富貴竹、再力花、大花葉萬年青、蘆葦、花蘆葦、美人蕉、文殊蘭、水芋頭、風車草、紅草、蜘蛛蘭、千手觀音、水蔥和花蝴蝶等18種植物,可以作為人工濕地生態系統選種植物(擴大了可選植物品種范圍);這些植物配置適當,可達到美化環境和凈化污水的雙重功能[15]。時應征等報道了以北方地區常見的具有一定耐寒性的石龍芮和酸模2種水生植物作為濕地植物凈化生活污水的研究結果:在停留時間為2天的條件下,2種植物對氮和磷的去除率均能達到80%以上;在停留時間為6天時,石龍芮系統可去除約45%的CODCr,而酸模系統的CODCr去除率可達到50%以上;石龍芮-酸模復合系統在去除磷和有機物方面比單一系統更優越[16]。

在造紙廢水的人工濕地處理中,濕地植物除了具有以上的污水凈化功能以外,還具有一定的經濟價值。濕地植物用作造紙原料進行回收再利用,可以實現造紙企業和人工濕地一體化,形成循環經濟發展體系。這也是造紙廢水人工濕地處理技術的顯著優勢之一。

目前,在造紙廢水的人工濕地處理應用實例中多是根據經驗選擇蘆葦或岌岌草作為濕地植物。專門針對造紙原料的濕地植物篩選研究未見報道。因此,從造紙原料和處理效率兩方面綜合考慮,進行針對造紙原料的濕地植物篩選研究是造紙廢水人工濕地處理技術研究有待深入的方向之一。

3 造紙廢水人工濕地處理中的微生物研究

濕地中的微生物主要包括細菌、放線菌和真菌等,它們對廢水中污染物的降解起著核心作用。沈耀良等對人工濕地中的微生物進行了分析,結果發現人工蘆葦濕地中的優勢微生物組成與天然蘆葦濕地中的基本相同,其優勢菌屬主要有假單胞桿菌屬、產堿桿菌屬和黃桿菌屬3種[17]。

造紙廢水中的主要污染物是木質素-纖維素分解后留下的木質素。木質素結構十分復雜,難以被一般的微生物分解。對天然木質素有很大分解能力的首推是白腐真菌,褐腐菌、微型真菌、細菌、放線菌等在木質素的降解過程中也發揮一定的作用,但分解能力遠不及白腐真菌。工業產生的木質素可以被放線菌中鏈霉屬的某些種以及半知菌中的鐮孢屬、頭孢屬、絲孢酵母屬和假絲酵母屬等分解。對于相對分子質量有所降低的木質素類物質,一些細菌如假單胞菌屬和土壤桿菌屬等都能迅速降解。

現有研究已經表明,白腐真菌是對造紙工業廢水處理十分有效的一類微生物,它能夠有效地降解造紙廢水中的木質素。白腐真菌降解造紙廢水的研究較為充分[18]。白腐菌固定化后處理造紙廢水的研究也有報道[18-19]。白腐菌可以處理造紙廢水,但是其在人工濕地系統中的有關研究卻未見報道。李海華等將YSH微生態制劑(將自然界存在的多種有益微生物菌群,經人工提純、精密技術馴化、采用適當的比例和獨特的發酵工藝,把篩選的好氧微生物和兼氧性微生物加以混合,培養出的高效微生物制劑)應用于人工濕地污水處理系統中對造紙廢水進行治理,實現了造紙廢水的零排放[20]。如何將白腐菌或其他木質素降解優勢菌作為特種菌屬應用于人工濕地處理系統中以增強人工濕地系統的造紙廢水處理能力還有待深入研究。

4 造紙廢水人工濕地處理工藝及應用實例

從最初的山東沾化齊明、江蘇射陽雙燈、漳州天寶、寶雞東南到后來的河南新密、新鑫和長勝、遼寧金城、新疆石河子、甘肅武威等,人工濕地技術在我國造紙廢水處理中的應用越來越廣泛[21-24]。造紙廢水人工濕地處理所涉及的組合工藝包括生物塘-人工濕地、接觸氧化-人工濕地和地表漫流-人工濕地等[25-29]。造紙廢水經過一定的預處理后(隔柵、篩網、沉淀、調節等)再進入這些組合工藝,出水一般都可以達到排放標準,甚至達到中水回用的要求生物塘-人工濕地組合工藝是最常采用的組合工藝之一,生物塘一般包括厭氧塘、兼性塘和好氧塘等,人工濕地植物一般采用可回用作造紙原料的蘆葦。圖1、圖2和圖3所示分別為山東沾化齊明紙業、江蘇射陽雙燈紙業和寶雞東南紙業造紙廢水生物塘-人工濕地組合工藝流程。

造紙廢水人工濕地組合工藝的比較和優化研究明顯不足,專門針對造紙廢水的人工濕地處理工藝本身的改進研究也很有限。王麗等研究了仿生強化人工濕地系統對中段造紙廢水的處理[30]。該系統中,人工濕地設有由人工纖維材料制成的仿生水草,并在水草的根部布設微孔曝氣裝置,形成強制曝氣的仿生強化人工濕地。廠內造紙廢水經過隔柵、曝氣沉砂池等預處理后進入仿生強化人工濕地,取得了良好的處理效果。

造紙廢水人工濕地處理工藝的研究可以從人工濕地與其他工藝的優化組合和人工濕地本身工藝的改進入手,以提高系統的去污效率。造紙廢水中的木質素降解是人工濕地處理系統需要解決的主要問題,因此從組合工藝出發提高造紙廢水的可生化性或者從木質素的有效降解菌出發改進人工濕地處理工藝本身都是造紙廢水人工濕地處理技術需要深入研究的方向。

5 結 語

人工濕地在造紙廢水處理中顯示了長足的優勢,它充分發揮了資源的潛力,防止環境的再污染,獲得污水處理與資源化的最佳效益。造紙廢水的人工濕地處理技術以其經濟、高效性正受到廣泛關注。目前,造紙廢水的人工濕地處理研究有待深入和廣泛。現有研究十分有限,且多集中在造紙廢水人工濕地處理的環境影響方面,造紙廢水人工濕地處理中,植物、微生物和工藝等多方面的研究遠遠不足。在植物方面,針對造紙原料的濕地植物篩選研究;在微生物方面,將白腐菌或其他木質素降解優勢菌作為特種菌屬應用于濕地處理系統中以增強其造紙廢水處理能力;在處理工藝方面,針對造紙廢水中的木質素降解,從組合工藝出發提高造紙廢水的可生化性或者從木質素的有效降解菌出發改進人工濕地處理工藝本身都是造紙廢水人工濕地處理技術有待深入研究的方向。只有進行深入的研究,才能完善造紙廢水人工濕地處理系統,使其更好地服務于造紙工業。

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Abstract:The effectof the constructedwetland treatment technology for the paper makingwastewateron the environment and the research an application statusof the plants,themicroorganis ms and the techniques in this treatment system were summarized.The advantagesof the con structed wetland treatment technology for the papermakingwastewater and its further development direction were analyzed.

Keywords:paper makingwastewater;constructed wetland;research progr

(責任編輯:趙旸宇)

Research Progress of ConstructedW etland Treatment Technology for Papermak ingWastewater

FAN Li-wei1,＊LU Ze-xiang1HA IRe-ti2

(1.College of Resource and Environment,Fujian Agriculture and Forestry University,Fuzhou,Fujian Province,350002;
2.Center of Environmental Science and Technology,Beijing University of Chem ical Technology,Beijing,100029)
(＊E-mail:fan lw@163.com)

X793

A

1000-6842(2010)02-0079-04

2010-03-08(修改稿)

本課題為福建省自然科學基金資助項目(項目名稱為造紙廢水人工濕地處理技術研究;項目編號2009J05018)。

范立維,女;在讀博士研究生;主要從事水污染控制方面的研究工作。

E-mail:fanlw@163.com