造纸废水处理技术的研究进展

成 琳

（陕西众兴宏业建设工程有限公司，陕西 西安710515）

进入21世纪，中国的经济发展相当迅速，虽然各种电子化的事物层出不穷，但人们对纸张的需求有增无减，2010年人均用纸在60kg，2020年人均用纸达到150kg以上，纸和纸板的消费总量约2.0亿t，居世界第一位[1]，这给造纸工业带来了巨大的挑战。据统计，造纸过程需要消耗大量的木材，每生产1t成品纸，就需要消耗5m3的木材，而生产1t纸浆就会产生60~100t废水，产生的废水中通常含有大量的木质素、半纤维素、无机盐、油墨等[2]，造纸过程中产生的大量废水，如果不及时处理，不但对水资源造成了浪费，而且会污染环境，因此，如何处理造纸过程中产生的废水成为绿色造纸工业需要解决的问题之一[3]。

1 造纸废水的污染物和特点

1.1 造纸废水的污染物分析

从造纸工艺进行分析，不论是废纸造纸还是纸浆造纸，都是和水作用将其变成纸浆，在这一过程中，水带走了废纸或者纸浆中的一部分纤维素或者半纤维素而变成废水，除此之外，在脱去废纸中的油墨时，向水中加入了一些化学药剂，最后，水带走了化学药剂与油墨，因此，在纸浆的制备工艺中，造纸废水含有纤维素、半纤维素、化学药剂、油墨等污染物。第二步，得到的纸浆需要进行漂白，在此工艺过程中，通常加入一些具有漂白作用的含氯化合物，这些药剂伴随着漂白过程进入到水体中，对环境产生了危害。可以看出，在漂白工艺中，废水中的污染物主要是含氯化合物[4]。

1.2 造纸废水的特点

从造纸的工艺可以看出，造纸废水具有如下特点：（1）排放的废水水量大，负荷高：在净化、制浆、脱墨、漂白等工艺中，都需要大量的水，伴随着水的排放产生了大量的废水；（2）废水中污染物种类多：造纸过程中产生了纤维素、半纤维素、油墨（油墨中通常含有多种污染物）、脱墨的化学药剂、含氯化合物等，废水中的污染物种类繁多；（3）BOD、COD含量大，废水中含有大量的有机污染物，如纤维素、半纤维素、油墨等，使得BOD和COD含量非常大，给处理带来了一定的困难。

2 造纸废水的处理方法

对于造纸废水的处理方法，根据人们研究及实践，大致可分为3种[6]：（1）物理处理方法；（2）生物处理方法；（3）化学处理方法。

2.1 物理处理法

物理处理法是废水处理技术中最常用的方法，主要技术就是利用机械的技术、物理的方法，例如：格栅、过滤、沉淀等技术除去水中的污染物。微过滤是目前国内使用较多的一种技术，其以斜筛或过滤机作为微过滤的设备[6]。斜筛以能耗低、投资少，被大多数小型造纸厂经常使用。沉淀是一种常用的物理处理技术，具有技术运行稳定、设备简单、动力消耗低、构筑物维护费用低等特点，但其使用面积较大，经常与其他设备配合使用。目前，幅流式沉淀池作为一种主流沉淀池被广泛应用，此外还有平流式沉淀池和竖流式沉淀池等。吸附处理技术是在废水中加入一些活性炭、分子筛、膨润土、硅藻土等，这些物质具有一定的吸附作用，可以吸附废水中的污染物以达到去除的目的。

2.2 生物处理法

废水中的微生物在新陈代谢过程中，能够将废水中的有机污染物参与自身代谢，从而将其转化成一些无污染的代谢物，然后通过沉淀除去，进行废水净化，此方法称为废水的生物处理方法[7]。生物处理方法除了能够降低废水中BOD和COD的含量，还对固体悬浮物、色度及臭味都有去除能力。利用厌氧微生物进行废水处理方法称为厌氧生物处理技术，在好氧微生物作用下的废水处理方法称为好氧生物处理技术，还有厌氧与好氧组合的生物处理技术。

2.2.1 厌氧生物处理技术 厌氧生物处理技术是采用厌氧微生物分解有机物，不需要外界提供O2，在还原有机物的同时还能产生有价值的甲烷气体。杨文剑[8]等人研究了IC反应器对造纸废水厌氧处理情况，其采用的废水中COD达到了2000mg·L-1，经过IC厌氧反应器处理后，出水中COD为554mg·L-1，去除率为71.66%。此外，杨文剑等人还研究了IC厌氧反应器对BOD、木质素、硬度及有机物的降解情况，IC厌氧反应器对这些物质都有很好的去除率，而且在增加IC反应器后，对出水水质有明显的改善。

2.2.2 活性污泥处理造纸废水技术 好氧活性污泥技术[9,10]是一种在含有活性污泥池的底部安装许多可以用于曝气的小孔，通过风机不断的将气体送入废水中，这样就增加了废水中的溶解氧，并且送入的气体能够使活性污泥悬浮且分散于废水中，这样有利于废水与微生物充分接触，废水中的有机物质在好氧微生物作用下得以降解、去除，好氧微生物在降解废水中污染物的同时产生了新的微生物，这样便维持了活性污泥中微生物的平衡，从而使反应能够进行下去。刘春[11]等人研究了序批式活性污泥法对制浆造纸废水的处理情况，其采用COD含量为1713mg·L-1的造纸废水，研究了曝气时间、进水流量、进水负荷、静置时间对造纸废水处理情况，结果表明：进水达到2.0h，曝气时间为12.0h，静置6.0h能够对造纸废水中COD有良好的去除率。

2.2.3 缺氧-好氧（A-O）工艺 采用传统的好氧活性污泥技术在造纸废水时，对于影响COD含量的难降解物质和氨氮类物质去除率很低，缺氧-好氧（AO）工艺就是为了解决影响COD的难降解物质而生的。其工艺路线：首先，进行缺氧过程，然后，进行好氧过程，让污泥从活性污泥池外面回流，反硝化反应在缺氧过程进行，硝化反应在好氧过程进行，在硝化池中进行延时曝气，从而产生缺氧环境，进行反硝化反应，在无氧的条件下，微生物利用有机物-碳源，将产生的硝酸盐和亚硝酸盐还原成N2排出，以达到脱氮的目的。在硝化阶段，将氨氮转化成硝酸盐和亚硝酸盐[10]。

2.3 化学处理技术

2.3.1 Fenton处理技术 所谓Fenton处理技术[12,13]，是一种化学氧化技术，在含有Fe2+试剂中加入H2O2，二者作用产生了羟基自由基（·OH），利用羟基自由基的氧化性对废水中各种有机物质进行氧化，以达到处理的目的。但传统的Fenton技术处理能力低而且反应时间长，加之对催化剂不能够反复利用，电Fenton技术是将传统的Fenton处理技术与电化学方法结合，目的是产生更多的羟基自由基，以达到更好的氧化目的。

陈雪花等人[14]对电Fenton技术深度处理造纸废水情况进行了研究，结果表明：在pH值为3的情况下，使用12V电压，溶液中Fe2+浓度控制在0.8mmol·L-1、而H2O2的浓度也控制在0.8mmol·L-1、正负极的极板间距为10cm、采用浓度为6g·L-1的Na2SO4为电解质，电Fenton技术对造纸废水中COD去除率可以达到68.4%。

2.3.2 化学混凝法处理造纸废水 化学混凝法是处理废水广泛使用的方法，利用混凝剂聚丙烯酰胺和废水中的污染物作用，通过吸附架桥形成沉淀物，然后通过沉淀进行分离的技术[15]。李亚峰[16]等人研究了混凝-氧化-混凝工艺处理造纸废水的技术，先加入Dy1混凝剂对废水进行混凝，用PAM絮凝后，加入ClO2进行氧化，最后再加入混凝剂处理，具体工艺见图1。研究结果表明：该工艺设备简单，占地面积小，而且运行费用低，各项指标均达到废水排放指标。

图1 混凝-氧化-混凝处理造纸废水工艺Fig.1 Treating papermaking wastewater with coagulation-oxidation-coagulation

2.4 膜生物反应技术

膜生物反应器（MBR）是在传统的生物处理技术上增加了膜分离技术，用微生物进行造纸废水处理,同时采用超滤分离膜不断分离出反应产物并截留微生物而进行连续反应的装置[17]。韩怀芬[18]等人研究了膜生物反应技术对造纸废水处理的情况。其采用含有900~1300mg·L-1COD的造纸废水，与传统的生物处理方法相比较，当控制M LSS在6000mg·L-1左右,出水中COD处于100mg·L-1以下，达到了造纸行业COD的一级排放标准。

3 结语

本文介绍了造纸废水的来源及特点，根据造纸废水BOD和COD高这一显著特点论述了当今造纸废水处理的技术。造纸废水的处理技术一般包括物理处理技术，例如沉淀、吸附、过滤等，生物处理技术有IC生物反应器，A/O生物处理工艺、曝气生物滤池等，此外还有化学处理技术，例如Fenton处理技术和电Fenton处理技术，化学混凝法等。目前，膜生物反应技术作为一种先进技术，应用于很多造纸企业。