工业废水处理：造纸废水中段水的处理工艺

水业工程讯：制浆造纸废水是指化学法制浆产生的蒸煮废液（又称黑液、红液），洗浆漂白过程中产生的中段水及抄纸工序中产生的白水，它们都对环境有着严重的污染。一般每生产1 t硫酸盐浆就有1 t有机物和400 kg碱类、硫化物溶解于黑液中；生产1 t亚硫酸盐浆约有900 kg有机物和200 kg氧化物（钙、镁等）和硫化物溶于红液中。废液排入江河中不仅严重污染水源，也会造成大量的资源浪费。如何消除造纸废水污染并使废液中的宝贵资源得到利用是一项具有重大社会意义和经济价值的工作，应当受到重视。 　　 1  化学氧化法 　　 　　化学氧化法是指利用强氧化剂的氧化性，在一定条件下与中段水中的有机污染物发生反应，从而达到消除污染的目的。常见的强氧化剂有氯、二氧化氯、臭氧、双氧水、高氯酸和次氯酸盐等。 　　臭氧因具有很高的氧化电位（E0=2.07 V）而对中段水有很好的脱色效果。臭氧浓度为20 mg/L时，只要90 min就可以去除中段水色度的90%，而且其中85%是在15 min内完成的。有大量自由基参加的化学氧化处理工艺称为高级化学氧化法，此处理工艺可使废水中有机污染物彻底分解，是近年来备受重视的水污染治理新技术。如臭氧和紫外线（UV）、超声波、催化剂等联合使用，大大提高了氧化脱色性能。这些辅助手段所提供的能量不仅催化臭氧产生具有极强氧化性的氢氧自由基，而且能激发水中的物质，使其成为激发态，加速氧化反应的速率。 　　光催化氧化法是在特殊的光照射条件下发生的有机物参与的氧化分解反应，最终把有机物分解成无毒物质的处理方法。光催化氧化法由于产生的电子—空穴对具有较强的氧化和还原能力，能氧化有毒的无机物，降解大多数有机物，最终生成简单的无机物，使中段水对环境的影响降到最低。武书彬对TiO2光催化氧化技术在造纸废水处理中的应用进行了研究，发现：用TiO2作催化剂，在O2和紫外光作用下，室温处理时间不超过1 h，中段水中的总有机氯和色度可降低80%以上，再经生物氧化法处理，废水中COD、TOC和色度几乎完全被去除。 2  物化法 　　物化法包括吸附法、混凝法、膜分离法等。 　　吸附法是采用多孔的固体吸附剂，利用固—液相界面上的物质传递，使废水中的有机污染物转移到固体吸附剂上，从而使之从废水中分离除去的方法。目前用于水处理的吸附剂主要有：活性炭、硅藻土、氧化硅、活性氧化铝、沸石及离子交换树脂等。活性炭是最早应用的脱色吸附剂，虽能有效脱除废水中的颜色，但价格较高，再生困难且损失率高，因此一般只用于浓度较低的废水处理或深度处理。膨润土主要成分为硅铝酸盐，其层状结构间具有可交换的钙、镁、钠等离子，膨润土颗粒表面往往带有电荷，因而具有良好的吸附性。王春峰等用硫酸活化方法制作活化粉煤灰吸附材料，研究了活化粉煤灰吸附材料对造纸废水中COD的吸附性能，结果表明，在20℃，pH=7时，粉煤灰对有机物有明显的去除效果。该吸附材料的制作以及其用于处理工业废水的成本低，并且达到了废物综合利用的目的。 　　混凝法处理中段水的原理与其处理黑液的原理相同，通过混凝，可降低中段水的浊度、色度，去除高分子物质、呈悬浮状或胶体状的有机污染物和某些重金属物质。中段水处理中常用的混凝剂主要有：硫酸铝、硫酸镁、2价或3价的铁盐、氧化铝、氧化钙、硫酸、磷酸、聚酰胺类有机高聚物等。潘碌亭等采用氧化偶合絮凝法处理难降解的造纸中段水，考察了各种因素对处理效果的影响。结果表明，在改性铝盐与改性钙盐的质量比2︰1，总投加量150 mg/L，pH=7"8，反应时间为20 min条件下，COD去除率高达85%，在最佳条件下处理效果高于硫酸铝、三氯化铁和PAC，废水处理后可达标排放。 　　膜分离法是一种新兴的分离、净化和浓缩技术。膜分离过程是以选择性通透膜为分离介质，在两侧加以某种推动力，使待分离物质选择性地透过膜，从而达到分离或提纯的目的。膜分离可分为超滤、电渗析、纳滤等技术。超滤是以压差为推动力，按粒径选择分离溶液中所含的微粒和大分子的膜分离操作；电渗析是以电位差为推动力，利用离子交换膜的选择透过性，从溶液中脱除或富集电解质的膜分离操作；纳滤是以压差为动力，介于反渗透和超滤之间，从溶液中分离物质的膜分离过程。美国、芬兰、挪威和瑞典等国家在造纸工业采用膜分离技术处理漂白废水，生产工艺已比较成熟；我国在20世纪70年代也开始研究膜分离技术处理造纸废水，取得了一定进展。 3  生物法 　　生物法是利用微生物降解代谢有机物为无机物来处理废水。通过人为的创造适于微生物生存和繁殖的环境，使之大量繁殖，以提高其氧化分解有机物的效率。根据使用微生物的种类，可分为好氧法、厌氧法和生物酶法等。 　　好氧法是利用好氧微生物在有氧条件下降解代谢处理废水的方法，常用的好氧处理方法有活性污泥法、生物膜法、生物接触氧化、生物流化床等方法。厌氧法是在无氧的条件下，通过厌氧微生物降解代谢来处理废水的方法。厌氧法的操作条件要比好氧法苛刻，但具有更好的经济效益，因此也具有重要的地位。目前开发出的有厌氧塘法、厌氧滤床法、厌氧流动床法、厌氧膨胀床法、厌氧旋转圆盘法、厌氧池法、升流式厌氧污泥床(UASB)法等。通常为了取得更好的处理效果，将好氧法和厌氧法联合使用。武桐等针对草浆造纸中段废水，进行了厌氧折流板反应器(Anaerobic Baffled Reactor，ABR)、序批式反应器(Sequencing Batch Reactor，SBR)及ABR—SBR组合处理工艺的研究，结果表明：ABR的水力停留时间（HRT）为6 h时，废水可生化性由0.2"0.25增加到0.4"0.5；SBR最佳HRT为8 h，单独运行，COD去除率65%左右；ABR—SBR组合工艺中SBR处理效果明显提高，COD去除率达80%左右，且组合工艺处理效果好，COD 和BOD5去除率达90%左右，抗冲击负荷能力强。该组合工艺流程如图4所示。 　　生物酶处理有机物的机理是先通过酶反应形成游离基，然后游离基发生化学聚合反应生成高分子化合物沉淀。与其他微生物处理相比，酶处理法具有催化效能高、反应条件温和、对废水质量及设备情况要求较低，反应速度快，对温度、浓度和有毒物质适应范围广，可以重复使用等优点。李海英等进行了固定化微生物处理造纸漂白废水的研究，结果表明：固定化细胞的酶活性及AOX去除率均高于自由菌液，对温度和pH的适应范围较宽。在对造纸漂白废水为期1个月的连续处理试验表明，在停留时间为2.4 h时，其去除率可稳定在65%"81%。乔庆霞等进行了选育优势菌处理含氯漂白废水的研究，实验结果表明，优势菌在漂白中段水相对浓度为50%、pH为7.0、菌液量为2 mL时，对废水中有机氯化物和COD的综合处理效果较好。 4  电子束法 　　电子束法依赖高能电子束对水的辐射作用，产生活性自由基，通过这些活性自由基与水中有机物的作用，达到去除水中有机物的目的。高能电子束对细菌和病毒有较好的杀灭作用，而且电子束不生成副产物，没有二次污染物，本身工艺清洁，是较先进的污染处理技术。吴利华对碱法草浆中段废水进行电子束辐照的试验。研究结果表明，电子束辐照可降解废水中未被生物降解的有害化学物质，达到较好的效果。值得注意的是，电子束辐照可降解生化处理难以降解的污染物。因此，如果辐照技术与生化技术相结合，找出最佳的条件，利用生化技术的经济易行和辐照技术的快速，可大大降解各类不同性质的污染物，各尽所能，可得到理想的处理效果。 5  电化学法 　　电化学法是通过电极反应来产生活性很强的新生态自由基，废水中的发色有机物在这些自由基的作用下发生氧化还原反应，降解为无色的小分子物质或者形成絮凝体沉淀下来，处理后水的色度和COD都得到了降低。人们对电化学法进行了改进，在电化学反应器中使用金属铝或铁作为阳极，电解时产生的Al3+（Fe2+）水解生成铝（铁）的氢氧化物等具有混凝剂作用的物质。与混凝法投入的铝（铁）无机盐相比，它具有更高的活性，更强的絮凝作用，使中段废水中的有机悬浮物及胶体粒子凝聚，形成絮体。阴极上生成的氢气以微细气泡的形式排出，与絮体黏附一起，上浮到水面而被分离，这种方法被称为电絮凝法。孙金勇等采用电絮凝法处理废纸脱墨废水，探讨了电极材料、电流密度、极板间距、体系的pH、电解时间等对废水处理的影响。结果表明，用铝为电极材料，在电流密度1.7 A/dm3。极板间距10 mm、体系pH 5"6.5和电解时间20 min的条件下，可获得良好的处理效果，废水的浊度去除率和COD去除率分别可达95%和60%。景峰等将电化学法和凝聚沉淀法联合应用处理造纸废水，使造纸废水COD去除率达到55%"70%，色度去除率达90%"95%。 6  物理法 　　物理法即采用各种筛网、滤网、斜形筛、格栅等预处理中段水，主要阻截滤出水中较大的废纸浆纤维，回用于生产普通板纸或油毡原纸。废纸浆纤维掺加量一般在10%"15%，回收利用可得到一定的经济效益。除此之外，微滤与振动筛技术作为一种简单的机械过滤方法，也逐渐被应用到中段污水的预处理中去。它适用于把废水中存在的微小悬浮物质、有机物残渣及其他悬浮固体等最大限度地分离出来，大大降低了后处理负荷，且处理水量大，管理方便，回收废纸浆品质好，成为造纸中段水预处理中是一项很有发展前途的技术。 7  综合法 　　以上介绍了造纸中段水处理的一些方法，实际上，这些方法大都是综合应用的。每种方法都有自身的优点和不足，单一使用某种方法进行废水处理，不仅成本高，处理后的废水也难达到排放标准。因此，常将它们结合起来使用，寻找适合不同水质的最佳搭配方式，使流程简化。韩彪利用水解—好氧工艺处理广西某制浆造纸厂产生的中段废水，经现场采样监测，处理后出水水质良好，COD去除率达98%以上。其出水多次监测的平均值如表2。 　　简景华等采用SBR—物化法处理造纸中段水，投资少，运行费用低，纸厂外排水质稳定达标，治理费用在厂家可接受的范围内。其处理工艺见图5，废水处理效果见表3。     简景华等采用SBR—物化法处理造纸中段水，投资少，运行费用低，纸厂外排水质稳定达标，治理费用在厂家可接受的范围内。     根据物质守恒原理，产品中物质总量与废物中物质总量之和是一定的，等于原料中物质总量。可以说，污染物也是原料存在的一种形式，只不过这种存在形式使可利用资源量减少，损害了人们的经济利益，也影响了人们的身体健康。由于物质是可以转化的，只要措施得当，存在于污染物中的物质就可能变为可以被利用的形式。因此，人们一直在寻找有效、合理处理制浆造纸废水的方法，并尽可能多的对处理后的废水和废水中所含的有用物质进行资源化利用。来源：中国水业工程网www.zgsygc.cn

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