化學原理在造紙廢水處理中的應用

詹孟佳

摘 要：本文介紹了化學原理在造紙廢水處理的應用，討論了基于絮凝、氧化還原等原理的造紙廢水的具體處理方法，絮凝法中探究了不同絮凝劑作用的化學原理以及應用，氧化還原法中介紹了不同的工藝技術。

關鍵詞：造紙廢水；絮凝法；氧化還原法

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2019.07.034

造紙工業廢水大量排出，并且具有復雜的組分，特別是含有大量難以降解的有機物質，例如木質素、半纖維素和單糖。它容易造成嚴重的環境污染，是一種高濃度有機廢水，并且非常難處理。生物降解性差，毒性高，氣味重，泡沫多。[1]

處理廢水的方法根據原理大體上分為以下三種，它們是物化處理法、化學處理法和生物處理法。本文主要通過化學反應探討化學原理在造紙廢水處理中的應用，包括絮凝法，氧化還原法等。

1 絮凝法

化學絮凝法通過向廢水中添加絮凝劑使懸浮顆粒或膠體在水中附聚形成絮凝物，并將絮凝物與廢水分離以除去污染物并凈化廢水。化學絮凝法具有較高的色度和濁度去除率，是一種經濟、實用、簡便、有效的污水處理技術，廣泛應用于造紙工業廢水處理中。我們在探究絮凝法用來處理造紙廢水中時，怎么樣選擇絮凝劑是很重要的。

1.1 無機絮凝劑

無機絮凝劑有傳統無機絮凝劑和無機高分子絮凝劑兩大類。傳統的無機絮凝劑主要是指硫酸鋁、氯化鐵這些分子量很低的化合物，其作用機理為在靜電力的作用下金屬陽離子與帶負電荷的膠體結合從而使得膠體表面的一部分電荷被中和進而使膠體表面的擴散層被壓縮，由于范德華力沉降下來；無機高分子絮凝劑對傳統鐵鹽、鋁鹽絮凝劑進一步研究得來，如聚合氯化鋁（PAC）、聚合磷酸鋁（PAP）等，增強了絮凝能力和絮凝效果且價格低。劉曉紅，嚴開奇等人制備了聚硅酸鋁鐵（PAFSC）絮凝劑，用于處理造紙廢水，絮凝效果好[2]。

1.2 有機絮凝劑

有機絮凝劑通過許多鏈節按照順序鏈節成線性分子，鏈節與鏈節之間通過共價鍵連接在一起。有機絮凝劑有兩種，一類為合成高分子，一類為天然改性高分子。合成有機高分子絮凝劑有聚丙烯酰胺（PAM）等，它利用吸附橋接原理，可以很好的去除色度和濁度；天然改性的有機聚合物絮凝劑包括淀粉衍生物，纖維素衍生物等，并且絮凝劑中含有大量活性集團如OH-等，性能較高，價格低且易生物降解，避免了二次污染。劉軍海等人把玉米淀粉和丙烯酰胺做為原料，制成淀粉接枝丙烯酰胺聚合物（S-g-PAM）高分子絮凝劑，把制成的絮凝劑用來處理造紙廢水，具有良好的處理效果[3]。

微生物絮凝劑也是一種天然有機高分子絮凝劑，在處理造紙廢水時高效、可生物降解、安全。微生物絮凝劑的機理如下。一是吸附架橋機理，認為它們是通過氫鍵和離子鍵與懸浮物結合，形成較為緊密的絮凝體從而沉淀分離。二是電性中和機理，認為帶正電的的微生物絮凝劑靠近帶負電的膠體粒子時發生正負電荷抵消，膠體本身是不穩定的，通過兩者之間的自由碰撞和分子間作用力，他們最終形成一個整體。最后沉淀分離。李文鵬等以微生物絮凝劑LBF處理造紙廢水，COD、SS、色度去除率分別為39%、87%、71%，有較好的處理效果[4]。

由于造紙原料不同，造紙廢水中的成分也很復雜，所以在選擇絮凝劑的時候要根據水質的具體情況進行分析。實際處理中，單一的絮凝劑具有一定的局限性，復合型絮凝劑可以進一步提高凈水能力，在造紙廢水處理中應用十分廣泛。

2 氧化還原法

造紙廢水的主要化學原理是氧化還原。使污染物在處理過程中被氧化或者被還原，有機物分解為無害的物質，使污水得到處理。造紙廢水處理中常用的方法包括超臨界水氧化，濕式空氣氧化和電化學等。

2.1 超臨界水氧化法

當水處于超臨界狀態時其基本性能會發生很多改變，進而表現出類似非極性有機化合物的性質，在這個時候水可以和有機物、氧氣等物質互溶，有機物就能在氧氣充足的均相反應。最后，有機物被氧化為N2、H2O、CO2 以及其他等無害物質。因此，超臨界水氧化法技術在分解有機物等方面具有高效，快速的優勢，經濟上合理，對環境有利。該技術在歐洲、美國、日本等發達國家已經取得了很好的研究成果并應用于造紙廢水處理中，我國仍然處于中試階段。

戴航等在一定條件下通過超臨界水反應系統TOC去除率達到將近百分之百，證明超臨界水氧化在處理造紙廢水中有很好的效果[5]。

2.2 濕式空氣氧化法

濕式空氣氧化法（WAO）是一種廢水處理方法，在液相水存在通過高溫和高壓氧化處理液體中懸浮或溶解的有機物質。在高溫和高壓下，使用空氣或氧氣作為氧化劑將有機物質氧化成液相中的水蒸氣和二氧化碳以去除有機物。WAO是1944年由F.J.ZimmermannLlu提出的。但是，由于投資和運營成本過高，反應條件苛刻等問題，大規模推廣時仍存在一些的局限性。

2.3 電化學法

電化學法即利用電化學原理，利用可溶性金屬做電極，通電之后可溶性金屬電極在水中產生金屬離子的水解，聚合，生成一系列起凝聚作用的水解產物，并且通過氧化還原反應，破壞有機物的結構，去除其生物毒性。廢水的電化學處理具有多種功能，具有體積小，占地面積小，操作靈活等優點，但需要大量電能和高成本。

時峰等人利用電化學的相關組合工藝的實驗結果表明，COD，色度，氨氮達到廢水排放標準[6]。

3 總結

化學方法在造紙廢水處理中起著重要的作用，但造紙廢水的成分比較復雜，處理的難度比較大，僅僅使用一種方法很難達到預期的處理效果。這需要在實際造紙廢水處理過程中將化學方法與物理方法，生物方法等相結合，充分考慮各種處理方法的優缺點。根據具體的生產狀況，選擇最佳的處理方案，實現實用性和經濟性的統一。

參考文獻：

[1]陳得重.制漿造紙廢水處理的發展現狀及趨勢[J].云南化工，2018

（03）.

[2]劉曉紅，荀開昺，楊方麒等.含鋁廢渣制備聚硅酸鋁鐵絮凝劑處理造紙廢水[J].無機鹽工業，2016，V48（03）：63-65.

[3]劉軍海，李志洲，王俊宏等.改性淀粉絮凝劑處理造紙廢水效果研究[J].水處理技術，2016（10）：80-83.

[4]李文鵬，任曉莉，項學敏等.微生物絮凝劑對造紙廢水的處理效果研究[J].工業水處理，2013，33（11）：13-16.

[5]戴航，黃衛紅，錢曉良等.超臨界水氧化法處理造紙廢水的初步研究[J].工業水處理，2000，20（08）：23-25.

[6]時鋒，施英喬，丁來保等.電化學-固定床深度處理造紙廢水[J].江蘇造紙，2012（04）：43-47.