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(jì)工程有限公司，山東 濟(jì)南 2501012.中國(guó)城市建設(shè)研究院有限公司山東分院，山東 濟(jì)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(jì)工程有限公司，山東 濟(jì)南 2501012.中國(guó)城市建設(shè)研究院有限公司山東分院，山東 濟(jì)南 250101)

造紙廢水主要來(lái)源于造紙生產(chǎn)過(guò)程中的制漿和抄紙，洗漿廢水呈黑褐色，含有大量的纖維、無(wú)機(jī)鹽和色素，抄紙廢水中含有大量的纖維和造紙過(guò)程中的填料。對(duì)其不進(jìn)行科學(xué)合理的處理，不僅污染環(huán)境，而且會(huì)造成水資源極大的浪費(fèi)。本文分析了造紙廢水的來(lái)源及特點(diǎn)，并對(duì)常用的處理工藝進(jìn)行評(píng)價(jià)和分析，最后對(duì)造紙廢水處理技術(shù)的發(fā)展進(jìn)行了展望。

造紙廢水；處理技術(shù)；展望

造紙工業(yè)是我國(guó)經(jīng)濟(jì)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(huì)發(fā)展的重要物質(zhì)象征。一般來(lái)說(shuō)，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(duì)生態(tài)環(huán)境的影響嚴(yán)重。在造紙過(guò)程中還會(huì)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(huì)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(wú)機(jī)酸鹽、無(wú)機(jī)填料、油墨等[1]。可見(jiàn)，造紙廢水的排放量大，而且污染嚴(yán)重，如不對(duì)其進(jìn)行科學(xué)有效的處理，不僅會(huì)對(duì)生態(tài)環(huán)境造成嚴(yán)重的污染，還會(huì)浪費(fèi)大量的水資源，極不符合我國(guó)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(jìn)造紙工業(yè)和環(huán)境保護(hù)共同發(fā)展具有非常重要的意義。

1 造紙廢水的來(lái)源及特點(diǎn)

1.1 廢水的來(lái)源

在造紙過(guò)程中主要產(chǎn)生三類(lèi)廢水，黑液、中段廢水、和紙機(jī)白水。黑水主要是在蒸煮制漿過(guò)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(guò)程中產(chǎn)生的廢水；紙機(jī)廢水是在抄紙車(chē)間生產(chǎn)過(guò)程中產(chǎn)生的廢水[2]。

1.2 廢水的特點(diǎn)

造紙工業(yè)廢水是在其生產(chǎn)過(guò)程中產(chǎn)生的廢水，其廢水特點(diǎn)與生產(chǎn)工藝、原料、產(chǎn)品種類(lèi)等有著重要的關(guān)系。一般來(lái)講造紙廢水主要的污染物有四類(lèi)：(1)還原性物質(zhì)，例如木素、無(wú)機(jī)鹽等；(2)可生物降解類(lèi)物質(zhì)，有半纖維素、樹(shù)脂酸，還有一些低分子的糖、醇、有機(jī)酸等；(3)懸浮物，例如細(xì)小纖維素、無(wú)機(jī)填料等；(4)色素類(lèi)物質(zhì)，有油墨、染料等。不同的產(chǎn)品種類(lèi)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(guò)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(jiǎn)單且常用的技術(shù)方法，主要是指利用機(jī)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(jī)械過(guò)濾、沉淀、吸附等方法[3]。在造紙廢水處理中，含有大量的細(xì)小纖維物質(zhì)，采用過(guò)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(guò)濾的同時(shí)，要注意及時(shí)的清運(yùn)操作，因此，過(guò)濾技術(shù)主要是作為廢水預(yù)處理的方法。目前國(guó)內(nèi)應(yīng)用最多的是微過(guò)濾，主要設(shè)備有斜篩或過(guò)濾機(jī)。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(yùn)行穩(wěn)定、設(shè)施簡(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。目前，在實(shí)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(rùn)土、硅藻精土等。對(duì)于造紙廢水，吸附技術(shù)可對(duì)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(jià)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(jìn)而得到去除的技術(shù)方法。常見(jiàn)的化學(xué)方法有中和、氧化還原、催化氧化、微電解、高級(jí)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(lái)進(jìn)行廢水的處理，將化學(xué)處理劑加入到廢水中進(jìn)行預(yù)氧化，然后進(jìn)行混凝沉淀，還可以在混凝的同時(shí)進(jìn)行投加氧化劑，以利用混凝劑和氧化劑的協(xié)同作用來(lái)凈化廢水。化學(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(lèi)型的污水采用不同氧化劑處理得到的效果差異很大。針對(duì)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(guò)氧化氫為氧化劑、Fe2+為反應(yīng)的催化劑，兩者反應(yīng)時(shí)會(huì)產(chǎn)生具有強(qiáng)氧化性的羥基自由基，能夠?qū)﹄y降解的有機(jī)物等進(jìn)行分解。該試劑法不需要特定的反應(yīng)系統(tǒng)，在反應(yīng)過(guò)程中也不會(huì)產(chǎn)生具有危害的物質(zhì)。此外，F(xiàn)e2+的加入一部分會(huì)被反應(yīng)所消耗，還會(huì)有一部分被氧化成Fe3+而增加水環(huán)境中的絮凝效果，進(jìn)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(lái)去除水中的污染物，或者將有毒物質(zhì)轉(zhuǎn)化為無(wú)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(wú)需預(yù)處理，在低壓和低電流條件下即可運(yùn)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(dá)到60%和95%。

還有利用光催化氧化技術(shù)來(lái)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(guò)程中存在一些問(wèn)題，例如造紙廢水的色度高、懸浮物含量高，進(jìn)而影響了紫外線的透過(guò)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(qiáng)氧化性的羥基自由基，研究表明臭氧氧化技術(shù)對(duì)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(dá)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(jī)污染物和無(wú)機(jī)微生物營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)作用微生物生長(zhǎng)繁殖的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)，在利用這些污染物的同時(shí)，既保證了微生物的正常繁殖，又將其轉(zhuǎn)化為穩(wěn)定、無(wú)害的物質(zhì)。目前常見(jiàn)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(pán)、厭氧消化等[5]。

造紙廢水中COD含量高且相對(duì)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(dāng)廢水中的BOD5/CODCr>0.6時(shí)可生化性較好，當(dāng)BOD5/CODCr<0.2時(shí)不宜采用生物法。一般情況下，造紙廢水經(jīng)過(guò)一級(jí)的物理化學(xué)處理后，其BOD5/CODCr大約在0.4～0.7，可行進(jìn)生化處理。

生物處理技術(shù)主要里利用微生物在生長(zhǎng)代謝過(guò)程中的分解作用將有機(jī)物進(jìn)行分解、同時(shí)利用形成菌膠團(tuán)對(duì)污染物進(jìn)行吸附，繼而將有機(jī)物或者其他污染物去除。活性污泥法是廢水生物處理中應(yīng)用最為廣泛的技術(shù)之一，但其存在一重要缺點(diǎn)是會(huì)發(fā)生污泥膨脹現(xiàn)象，一旦發(fā)生整個(gè)系統(tǒng)的處理效果將會(huì)大大降低，大量的污泥將會(huì)流失，不能保證出水水質(zhì)。同時(shí)污泥處置也是造紙廢水處理遇到的一個(gè)難題。針對(duì)造紙廢水生物處理存在的這些問(wèn)題，研究者開(kāi)發(fā)了動(dòng)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(diǎn)，有機(jī)物氧化分解更為徹底，同時(shí)也減少了剩余污泥量，大大減輕了污水廠污泥處理負(fù)擔(dān)。此外，該技術(shù)投資相比傳統(tǒng)的活性污泥法降低了20%，運(yùn)行費(fèi)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(jìn)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(diǎn)，而且設(shè)備簡(jiǎn)單、運(yùn)行費(fèi)用低。因此在造紙廢水處理中也日漸增多，其SS去除率可達(dá)80%，CODCr去除率可保持在80%左右，BOD5的去除率更可高達(dá)95%以上。

隨著生物處理技術(shù)的不斷進(jìn)步，在處理工藝上厭氧處理技術(shù)對(duì)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(diǎn)是耐受能力強(qiáng)，污泥量少，而且終產(chǎn)物可用利用。也存在一些缺點(diǎn)，例如投資較大、使用的設(shè)備較多，運(yùn)行管理復(fù)雜。隨著生物處理技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展，厭氧和好氧工藝的組合形式越來(lái)越多，其處理效果也更好。法國(guó)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(dá)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(xiàng)指標(biāo)均符合GB8978 -1996 中的二級(jí)排放標(biāo)準(zhǔn)。

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(guó)民經(jīng)濟(jì)中的地位越來(lái)越重要，但其產(chǎn)生的造紙廢水影響也越來(lái)越大。但全球可持發(fā)展戰(zhàn)略影響不斷增強(qiáng)，清潔生產(chǎn)越來(lái)越受到關(guān)注，水資源的有效處理和回用率要求越來(lái)越高，即給造紙行業(yè)的發(fā)展帶來(lái)了嚴(yán)峻的考驗(yàn)，同時(shí)也帶來(lái)了轉(zhuǎn)型升級(jí)的機(jī)遇。造紙廢水一味地末端治理已經(jīng)不能滿足當(dāng)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(lái)造紙廢水處理主要想以下幾個(gè)方面突破：

(1)要深入學(xué)習(xí)和貫徹循環(huán)經(jīng)濟(jì)發(fā)展理念，重視清潔生產(chǎn)技術(shù)的開(kāi)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(shí)現(xiàn)廢水在廠區(qū)循環(huán)流動(dòng)，實(shí)現(xiàn)廢水的零排放。

(2)綜合考慮國(guó)內(nèi)外先進(jìn)的廢水治理技術(shù)，重視開(kāi)發(fā)和引進(jìn)先進(jìn)的處理技術(shù)，尤其是造紙過(guò)程中產(chǎn)生污染較為嚴(yán)重的污水，要注重各個(gè)污染指標(biāo)的去除情況，不能以單獨(dú)某個(gè)或某幾個(gè)指標(biāo)的好壞來(lái)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(duì)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(diǎn)。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(jìn)。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(guò)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(duì)保護(hù)水資源有著重要的意義。污水資源化戰(zhàn)略是一個(gè)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(jìn)行互相支持和配合。有研究者和企業(yè)已經(jīng)開(kāi)始實(shí)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(lái)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(yǔ)

造紙工業(yè)對(duì)我們的生活影響越來(lái)越大，其經(jīng)濟(jì)地位也越來(lái)越顯著。而其產(chǎn)生的廢水對(duì)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(qiáng)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(lèi)多，而且水量較大，單純的某一種工藝對(duì)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(duì)其進(jìn)行處理。因此，處理成本會(huì)有所提高，工藝復(fù)雜度增加，使得在處理過(guò)程中不便于操作，也更容易出現(xiàn)問(wèn)題。研發(fā)新型有效的處理工藝，對(duì)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(shí)科學(xué)發(fā)展觀推進(jìn)造紙工業(yè)節(jié)能減排戰(zhàn)略[J].中華紙業(yè),2008(18):6-10.

[2] 苗慶顯,秦夢(mèng)華,徐清華.廢紙?jiān)旒垙U水處理技術(shù)的現(xiàn)狀與發(fā)展[J].中國(guó)造紙,2005,24(12):55-58.

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[4] 叢高鵬,施英喬,丁來(lái)保,等.制漿造紙廢水高級(jí)氧化技術(shù)研究現(xiàn)狀及展望[J].環(huán)保與綜合利用,2011,30(6):46-51.

[5] 翟 陽(yáng).我國(guó)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(shì)[J].中國(guó)造紙,2011,30(10):56-62.

(本文文獻(xiàn)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(jì)。

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1008-021X(2017)11-0179-02