造纸废水处理

造纸工业废水处理与处置赵翠蓉摘要：造纸工业废水排放量大，在整个工业废水中占较大比例且污染严重，一直是困扰世界各国造纸工业和环境界的热门话题和研究重点。本文分析了造纸生产中废水产生的环节、污染物以及主要污染来源，并且介绍了造纸行业废水的特点，以及造纸废水的吸附，生物处理法。并提出对造纸废水处理技术中的展望及看法。1.绪论造纸工业废水排放量大，组分复杂，色度高，化学需氧量高,可生化性差，特别是含有纤维素、半纤维素、单糖、木素及其衍生物等难降解有机物，易造成严重污染，是难处理的高浓度有机废水，美国将造纸废水列为六大公害之一[1]。据统计，我国制浆造纸废水排放量占工业废水的1/6，COD和SS均占1/4，其国内纸厂吨纸水耗高达100m3以上，几乎是世界平均水平的10倍，中国造纸业的废水排放量和COD排放量分别占到了全国工业污水排放总量和COD排放量的17％和35.2％[2-3]。造纸废水的严重污染性制约着造纸工业的发展，所以造纸厂要谋得更好的发展，选择一个经济适用的治理造纸废水的方法非常重要。目前,造纸废水的处理方法主要有三大类，物理处理法、化学氧化法和生物处理法。2、造纸废水的来源2.1蒸煮废水植物纤维原料经化学蒸煮后，一般可得到50％—80％的纸浆，而其余的20％—50％的物质则溶于蒸煮液中。蒸煮结束时，提取蒸煮液。在碱法制浆中，此液呈黑色，故称“黑液”；而在酸法制浆中，此液呈红色，故称“红液”。二者均称为制浆废液，其主要成分是木素、糖类及蒸煮所用的化学药剂。制浆方法和所用纤维原料不同，蒸煮废液的组分也存在很大的差异。2.2污冷凝水蒸发站污染负荷主要来源有二，即蒸发器设备洗涤污水和蒸发器冷凝水。污冷凝水有3个主要来源：连续蒸煮锅、间歇蒸煮可凝物的主要来源为蒸煮周期中的小放汽和浆料喷放仓的排出气体；蒸发器是污冷凝水的又一个来源，冷凝器的冷却水即成为污冷凝水的来源。泄漏、溢冒和冲洗水是硫酸盐浆厂污水的第三大来源，约占总BOD和TSS的1／3到1／2。这部分废水的产生原因主要包括设备事故、日常维修、计划停车和开车、电力供应故障以及变更产品等。2.3洗浆、筛选废水在洗浆过程中，设备的跑、冒、滴、漏和洗浆机及相关的贮槽清洗水是洗浆废水的主要来源。这种废水的水质和水量与管理水平关系很大，如果管理得好，则基本不排废水。浆料经洗涤提取蒸煮液后、再经筛选去除其中杂质。事实上，不管是采用化学法、机械法，还是采用化学与机械结合法，所得粗浆中都会含有生片、木节、粗纤维素及非纤维素细胞，甚至还有沙砾和金属屑等，因此要进行筛选和净化。这一工艺环节需用大量的水，而且筛选后还要浓缩排水，它们是筛选废水的丰要来源。此外，还会有一定量的悬浮纤维素。但对于机械浆，洗涤与筛选废水中的主要污染物是悬浮纤维以及纤维原料中的溶解性有机物。筛选后浓缩徘水及尾浆净化排水，一般称之为“中段废水”。筛选系统的排水量约为50m3／t浆。2.4漂白废水纸浆漂白分两类：一类是以氧化性漂白剂破坏木素及有色物质的结构，使其溶解，从而提高纸的纯度和白度；只一类是以漂白剂改变有色物质分子上发色基的结构使其脱色，但不涉及纤维组分损失。常用的氧化性漂白剂多是含氯化合物，因此漂白废水污染严重。过氧化物漂白剂多用于高得率浆或废纸回收纸浆的漂白，它们不同于含氯漂白剂，不破坏木素及色素结构，也不使其溶解，浆损失少，污染较轻。2.5造纸废水造纸过程的废水主要来自打浆、纸机前筛选和抄造等工序。3、造纸废水的水质特征造纸工业是世界6大工业污染源之一，占我国工业总废水量的10%左右。造纸废水主要为高浓度有机废水，并含木素、残碱、硫化物、氯化物等污染物。其特点是废水量大，COD质量浓度高，废水中的纤维悬浮物多，而且含二价硫元素，色度高，有硫醇类恶臭气味。4、造纸工艺废水的处理技术4.1吸附法吸附法是利用吸附剂巨大的比表面积,具有一定的吸附性能,对造纸废水中有机物进行分离，常用的吸附法有：黏土吸附法、粉煤灰吸附法、活性炭吸附法和水解吸附法。活性炭广泛用于废水处理中作为吸附剂以去除引起气味的有机物。活性炭作为吸附剂的最大优点是能够再生(达30次或更多次),吸附容量却不会有明显的损失。4.2生物处理法[4]废水中溶解或者呈胶体状态的有机污染物质，在微生物的作用下逐步降解，最终转化成为无害的低分子物质，废水得到净化。根据微生物在新陈代谢时需要或者不需要氧气，生化处理分为好养法和厌氧法两大类。4.2.1好氧生物处理法好氧生物处理法即在有氧条件下，借助好氧微生物(主要是好氧菌)的作用来降解污染物的方法。该方法根据好氧微生物在处理系统中所呈的状态不同可分为活性污泥法和生物膜法两类。造纸废水含大量有机物，可生化性好，用好氧生物处理造纸废水一般可得到很好的效果。当前，在工业废水的处理方法中，活性污泥法的应用最为广泛。这种方法具有BOD去除效率高的特点，能够有效地降解低分子量的有机化合物。但是对于废水中的COD和色度处理效果比较差。因此，活性污泥法常常和凝聚沉淀法结合使用，以提高COD的除去率和降低废水的色度。4.2.2厌氧生物处理法厌氧生物处理法是利用兼性厌氧菌和专性厌氧菌在无氧的条件下降解有机污染物的处理技术。在厌氧生物处理过程中，复杂的有机化合物被降解和转化为简单、稳定的化合物，同时释放能量，其中大部分能量以甲烷的形式出现。厌氧法适用于石灰草浆蒸煮废液、碱法制浆废水等。通常使用的厌氧处理装置有厌氧流化床(AFB)、折流式厌氧反应器(ABR)、上流式厌氧污泥床(UASB)以及毛发载体生物膜装置。4.3氧化沟及其组合工艺张克峰等[5]采用生物絮凝沉淀－氧化沟（图2）工艺处理了某造纸厂造纸中段废水，运行结果表明：在不加药或少加药的情况下，该工艺出水水质良好。闫新萍和滕红文[6]介绍了卡鲁塞尔氧化沟系统处理四川某纸厂造纸中段废水设计与运行情况，以及存在的问题与建议。陈学春等[7]通过蔗渣制浆造纸废水生化处理的项目实例，阐述了卡鲁塞尔氧化沟工艺在设计和运行上的特点，特别是对蔗渣制浆造纸废水好氧生化处理中如何防止污泥膨胀提出了一种新的解决方案。为了将难降解有机污染物转化为易生物降解物质，并防止污泥膨胀，可以采用水解酸化与氧化沟组合工艺。在水解酸化过程中将难降解的大分子物质转化为易生物降解的小分子物质，提高污水的可生化性，也可以去除部分的COD和BOD、色度等，并降低污水PH值。该工艺在四川[8]、河南[9]、宁夏[10]、广西[11]等省的造纸厂都有应用，出水水质均达到设计要求。张安龙和王娟娟[12]根据宁夏昊盛纸业有限公司废水中污染成分和造纸生产废水回用水质要求，采用水解酸化－供气式低压射流曝气改良氧化沟－混凝砂滤工艺处理了中段生产废水，运行结果表明，该工艺处理效果良好，能够去除废水中大部分的COD、BOD5、SS和色度，出水水质完全满足废水达标排放和回用的要求。除了水解酸化作为前处理之外，还可以运用厌氧技术作为氧化沟的前处理装置。内循环厌氧处理技术（简称IC厌氧技术）是荷兰PAQUES公司于20世纪80年代中期在UASB反应器的基础上开发成功的第3代超高效厌氧反应器。目前已成功应用于土豆加工、啤酒、食品、柠檬酸和制浆造纸等废水处理中[13]。实践证明，IC反应器与以UASB为代表的第2代厌氧反应器相比，在容积负荷、电耗、工程造价、占地面积等诸多方面，具有绝对的优势。因此，IC反应器是一种值得推广的高效厌氧处理技术。王春涛等[14]采用预处理－IC－氧化沟－气浮工艺处理了河南省漯河银鸽集团再生纸生产企业再生纸废水，运行结果表明：该系统处理效果好、性能稳定、维护管理方便，出水PH值为7.39～7.52，COD为57.6～58.7mg/L，BOD5为12.5～15.8mg/L，SS为18～19mg/L，出水水质达GB3544－2008《制浆造纸工业水污染物排放标准》。通过制浆回收和废水再生循环利用，降低了运行成本，对同类型造纸废水的治理有一定的借鉴意义。5造纸废水治理法的新趋势5.1低温等离子体技术[15]国内外的众多研究表明，低温等离子体水处理技术是近年来引起人们极大关注的一项处理废水的新技术，它对污染物兼具物理作用和化学作用，具有操作简单、降解速率快、无需其他化学试剂、净化彻底、处理范围广、效果好、无二次污染、可在常温常压下进行等优点，特别是在处理难降解有毒废水方面有明显的优越性，适用于用生物法难以治理的有机污染物的净化处理，具有广阔的应用前景，被认为是21世纪废水处理的最有发展前途的新技术之一。5、结论造纸废水由多种废水组成，如蒸煮工艺产生黑液、中段水产生干洗浆、漂白工艺等。在废水处理过程中，根据各工段废水水质，遵循清污分流、分别处理的原则在选择处理工艺时，要充分考虑各种处理方法的优缺点，同时根据实际技术水平和生产状况，确定最佳处理方案，必要时可采用几种工艺联合处理，优势互补，以达到经济性和实用性的统一。参考文献[1]肖建红,施国庆,毛春梅等,中国造纸工业废水排放强度降低的因素分析,中国造纸[J],2006,25(10):59-61.[2]王树涛,马军,田海,等,臭氧预氧化/曝气生物滤池污水深度处理特性研究,现代化工[J],2006,26(11):32-36．[3]胡涛,陆梅芳.造纸废水的治理研究,工业安全与保[J],2005,31(10):14-16.[4]张克峰,张勇,李红兰,等.生物絮凝沉淀—氧化沟工艺处理造纸中段废水,给水排水[J],2006,32(5):53-54[5]刘秉高,刘秋娟,等.造纸工业染控制与环境保护[M],北京：中国工业出版社.[6]闫新萍,滕红文,Carrousel氧化沟工艺处理造纸中段废水.环境工程[J],2006,24(5):7-9[7]陈学春,吕斌,曹红涛,等.卡鲁塞尔氧化沟工艺在蔗渣制浆造纸废水处理中的应用,中国造纸[J],2011,30(8):47-51.[8]袁敏忠,水解－微曝氧化沟工艺在造纸中段废水处理中的应用,工业水处理[J],2006,26(1):70-75[9]刘勋武,水解/氧化沟工艺处理麦草制浆造纸中段废水,工业水处理[J],2004,24(10),56-58.[10]刘莉莉,水解酸化/氧化沟处理造纸废水运行效果分析,科技创新导报[J],2011，（12）20-40.[11]崔炜,张安龙,贺延龄.水解酸化-氧化沟工艺处理造纸废水,中国给水排水[J],2004,20(5),78-79.[12]张安龙,王娟娟.水解酸化/氧化沟/混凝砂滤工艺处理造纸中段废水,中国给水排水[J],2012,28(4):39-42.[13]刘顺明,陈嘉川,臧立华,等.IC反应器在造纸废水中的应用前景,江苏造纸[J],2009,(1):45-48.[14]王春涛,张鹏娟,代吉华,等.预处理－IC－氧化沟－气浮工艺处理再生纸废水,环境工程[J],2012,30(2):44-50.[15]周志,李杰,吴彦.低温等离子体水处理科技的应用及其反应器的研究[J]．环境科学与技术，2004,27.