化學原理在造紙廢水處理中的應用

楊洋 王浩 宗書霞

【摘 要】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。

【關鍵詞】化學原理；造紙；廢水處理；應用

1 絮凝法

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。

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。

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。

2 氧化還原法

2.1 超臨界水氧化技術

水在超臨界狀態下會具備特殊的物理化學性質，如能與氧以任意比混合；成為非極性有機物的良好溶劑。因此在超臨界水中有機物可以在富養條件下均相氧化。廢水中的有害有機物被氧化為CO2等小分子，實現水的凈化。目前，歐、美、日等國家已經對此展開了深入研究，成功實現了造紙廢水的處理。利用超臨界水反應系統，研究了造紙廢水在超臨界水中的氧化分解反應，分別選取不同壓力、溫度、氧化劑含量對一定體積的造紙廢水進行超臨界氧化實驗，結果表明：在440℃，32.3MPa，過氧化氫濃度為2.4%的條件下，廢水樣品的TOC去除率最高，達到了99.8%。超臨界水氧化（SCWO）技術具有反應速率快，處理效率高，無二次污染優點，但是其反應所需的條件苛刻，對設備性能要求較高，不適合大規模利用。因此目前還停留在實驗小試階段，需要進一步深入研究。

2.2 電化學法

目前電化學處理造紙廢水處理也成為了研究熱點之一，其中鐵碳微電解技術由于其獨特的優點在眾多的處理手段中脫穎而出，鐵碳微電解技術是將鐵和其他還原電勢更高的金屬或非金屬，或者是有這些金屬或非金屬雜質的鐵投入到廢水中，基于金屬銹蝕的電化學原理，廢水中會形成無數微觀原電池，加快鐵的腐蝕。在此過程中，廢水中會發生氧化還原，吸附絮凝等作用，從而有效轉化和去除水中的污染物。開展了關于鐵碳微電解技術在造紙廢水處理中的合理位置的探究，實驗表明，在凈水工藝厭氧單元之后增加鐵碳微電解單元可以提高凈水效果，減輕后續好氧單元的負荷，從而在總體上降低處理成本。

2.3 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。

2.4 好氧處理法

好氧處理法在有氧氣的環境中，利用好氧和兼氧微生物新陳代謝，降解有機物的過程。典型的處理工藝有A/O法、SBR法、氧化溝法和好氧接觸法。其中序批式間歇反應器（SBR）工藝通過程序化自動控制，實現進水、反應、沉淀、排水排泥和停置五個階段，實現對廢水的生化處理。SBR處理流程簡潔、控制靈活，可根據進水水質和出水水質控制指標處理水量，改變運行周期及工藝處理方法，適應性很強，可實現高容積負荷（6～10kgCODcr/m3.d）和高去除率（CODcr去除率80%～90%）。氧化溝工藝是傳統活性污泥工藝的一種變形，所以工作原理本質上與活性污泥法相同，但運行方式不同。傳統工藝的曝氣池有推流式和完全混合式兩種，推流式一般為矩形，完全混合式一般為圓形池。氧化溝則改成了封閉的環狀溝，因此氧化溝也稱為連續循環曝氣池。污水一經進入氧化溝池中，立即與池內混合液完全混合，循環，各點的污染物濃度基本一致。若某時刻進入高濃度廢水進入溝內后，其濃度會很快被稀釋，使其影響降低至最小。這是氧化溝工藝抗沖擊負荷能力強的主要因素。氧化溝還具有處理效果穩定、出水水質好，并可實現生物脫氮除磷。

3 造紙行業清潔生產工藝

《“十三五”生態環境保護規劃》中提出促進綠色制造和綠色產品生產供給。要求從設計、原料、生產、采購、物流、回收等全流程強化產品全生命周期綠色管理。支持企業推行綠色設計，開發綠色產品，完善綠色包裝標準體系，推動包裝減量化、無害化和材料回收利用。建設綠色工廠，發展綠色工業園區，打造綠色供應鏈，開展綠色評價和綠色制造工藝推廣行動，全面推進綠色制造體系建設。據《制漿造紙工業污染防治可行技術指南》（HJ2302-2018）顯示，目前造紙清潔生產工藝已經有了很大的突破，新的生產方法較舊的生產工藝在用水量、投藥量、能源消耗、資源回用、自動化程度等方面都有了長足的進步。如使用干法剝皮技術代替濕法剝皮技術；使用新型立式連續蒸煮技術來代替傳統立式蒸煮技術；使用無元素氯（ECF）漂白技術代替元素氯漂白技術，從而減少用水量、提高紙漿得率、降低漂白工段廢水中二噁英和AOX的產生。實現清潔生產是降低污染，提高資源利用率的法寶，是造紙工業的大勢所趨。

結論

造紙廢水深度處理存在著大量問題需要完善，需要考慮造紙廢水中的毒性物質對微生物的毒害作用，需要篩選、培養一些特殊菌種。物化處理法及膜分離處理技術成本較高。單一處理方法目前無法徹底去除造紙廢水中的污染物質，需要根據造紙廢水中污染物質種類進行適當的選擇與搭配。可持續性發展是環境行業的宗旨，造紙廢水行業發展逐漸側重于廢水二次處理后的回用，這樣既能滿足環保要求，又能節約水資源，降低造紙成本的同時還能獲得巨大的環境效益。

參考文獻：

[1]肖靚，孫大琦，石燕，等.廢紙造紙廢水處理技術的研究進展[J].水處理技術，2016（1）：20-25.

[2]李志萍，劉千鈞，林親鐵，等.造紙廢水深度處理技術的應用研究進展[J].中國造紙學報，2017（1）：102-107.

（作者單位：河南銀鴿實業投資股份有限公司）