造纸废水集成技术处理的研究进展

Posted 2023-01-11 水质

篇首语：从来好事天生俭，自古瓜儿苦后甜。本文由小常识网(cha138.com)小编为大家整理，主要介绍了造纸废水集成技术处理的研究进展相关的知识，希望对你有一定的参考价值。

造纸废水是一种成分复杂、难降解的有机废水。废水中的COD、BOD5和悬浮物浓度很高，采用单一处理技术难以有效治理。主要介绍了 Fenton、粉煤灰、光催化、混凝和 SBR 集成技术处理造纸废水的研究现状，并对今后的研究方向提出了建议。
造纸业是中国环境污染的主要产业之一，其产生的污废水总量是全国总废水排放量的10%至12%，主要来自造纸工业生产中的抄纸和制浆两个生产过程。2012 年我国发布的《轻工业“十二五"发展规划》中指出，今后造纸废水的研究重点要放在：加快结构调整，加大节能减排力度，走绿色发展之路等重要任务。由于造纸废水的组成成分复杂，采用单一处理技术很难有效处理，国内外学者目前对造纸废水集成处理工艺研究较多。笔者介绍了Fenton、粉煤灰、光催化、混凝和 SBR 集成技术处理造纸废水的研究现状，同时对今后的发展方向提出了建议，以期为相关研究提供参考。
1.造纸废水集成技术处理的研究进展
1.1 Fenton 集成技术
造纸废水中残留的有机物难以处理，Fenton 法能产生强氧化能力的&#8226；OH，将有机物矿化为 CO2和H2O，联合其他工艺时，能降低药剂成本，同时更有效的减少污染物种类，降低色度，SS(水质中的悬浮物)和 COD 的含量。赵登等采用 Fenton-絮凝工艺深度处理陕西某造纸厂厌氧池的出水。硫酸亚铁投加量为 1.4 g&#8226；L-1，质量浓度 30%的H2O2用量为 0.7 mL.L-1，此时 pH=5，絮凝剂 PAM(聚丙烯酰胺)(0.1%)投加量 2 mg.L-1，反应时间为 30 min，废水的CODcr去除率近 80%，出水水质达到国家造纸废水排放标准。刘丽等采用水解酸化/曝气/气浮/Fenton 工艺来处理某制浆造纸厂废水。结果表明，此法处理效果明显，出水 BOD5≤20 mg/L、COD≤90 mg/L、SS≤30 mg/L，达到《制浆造纸工业水污染物排放标准》(GB3544—2008)。周丹等采用 Fenton-混凝法处理咸阳某造纸厂终端废水。结果表明，FeSO4与 H2O2用量以 1∶2 投加，造纸废水处理效果最佳，COD去除率达到 80%，出水水质较好。时孝磊等人采用水解酸化—好氧—Fenton 氧化工艺来处理某大型制浆造纸厂废水。进水 SS 浓度为 1 316～2 414 mg/L，COD 为 2 150～4 430 mg/L，经处理过后，出水 SS 和COD 的浓度平均值分别为 309 mg/L 和 53 mg/L，可达《制浆造纸工业水污染物排放标准》(GB3544-2008)排放要求。总的来说，Fenton 联合技术能够分解造纸废水中的难降解有机物，并能有效的减少污染物种类，降低色度，SS 和 COD 的含量，但在实验中，若 FeSO4、H2O2和 PAM 的用量，pH 及反应时间等条件控制不当，将会降低&#8226；OH 的分解速率，从而影响造纸废水中难降解有机物的去除率。
1.2 吸附集成技术
粉煤灰具有多孔性、比表面积大、吸附能力强等特性，改性后的粉煤灰的结构可得到优化，故可将其与混凝剂、药剂等联合使用来处理废水，具有环境污染小，经济效益高等特点。张安龙等采用粉煤灰协同混凝剂处理某棉杆造纸厂终端废水。结果表明，在最优条件下，投加 100 g/L 粉煤灰与 400 mg/L PAC(聚合氯化铝)、2 mg/L PAM 混合，出水 COD由 271 mg/L 降至 140 mg/L，其水质达到造纸废水国家排放标准。赵晓波等采用药剂与粉煤灰联合处理某再生造纸厂抄纸前整个流程排放的混合废水。结果表明，经质量浓度分别为 3 mg/L 和 0.2 g/L 的絮凝剂 PAM 和 PAC 处理 9 min，再用粉煤灰过滤后，废水中 BOD 由 259.64 mg/L 降至 20.7 mg/L，COD 含量为 37.383 mg/L，可见，此法处理造纸废水效果甚佳。何文丽等人采用改性粉煤灰联合高铁酸钾对淮南某废纸造纸厂的终端混合废水进行物化处理。结果表明，在加入 35 g/100ml和 25 mg/L 的改性粉煤灰和高铁酸钾后，造纸废水处理效果较好，再向上清液中投加 10 mg/L 的高铁酸钾后，造纸废水的浊度、色度、COD 值都有所提高，均达 97%以上，该水质达到了造纸用水回用指标。总的来说粉煤灰联合技术能有效地降低造纸废水中的浊度，但当 pH范围为中性时，水中胶体与铝盐水解产物相互作用形成矾花而沉降，一些细小絮体就会在静沉时间内尚未下沉而悬浮于水中，导致出水的浊度较高，达不到污水排放标准。
1.3 光催化集成技术
近几十年来，多相光催化法因具有反应条件温和、降解有机物彻底、无二次污染等优点在造纸废水处理的研究中得到应用。李爱梅等人采用Fe2O3/UV/H2O2光催化法降解某造纸厂调节池的废水。结果表明，室温下，投加 0.5%(体积比)的H2O2和 110 g/L 的Fe2O3，用 300 W 高压汞灯照射 3 h 后，CODcr 的去除率达到 93.3%。朱亦仁等采用纳米Fe2O3/Fe3O4光催化法处理某草浆纸厂废水调节池的废水。结果表明，室温下采用 300 W 高压汞灯光照，当催化剂用量为 0.5 g/L，浓度为 30%的H2O2用量为5%(V/V)时，4 h 后 CODcr 的含量从 800 mg/L 降为 48 mg/L，浊度和 pH 值也有所降低。杜金逵等人采用絮凝-光催化降解联合技术对河南南阳某造纸厂的废水进行物化处理。结果表明，将 CODcr 为3 000 mg/L 的废水经絮凝剂和褐铁矿/掺 Fe3+TiO2光催化剂进行联合处理 4 h 后，CODcr 降为 183 mg/L，符合国家排放标准。总而言之，光催化联合技术能有效地降低 COD 的含量，但是光催化方法中的一些催化剂必须在紫外光照射下才能发生反应，导致使用集成技术处理废水时达不到预期效果，同时催化剂本身的高成本也使其应用受到一定限制。
1.4 混凝集成技术
在造纸废水中，除大量难降解的有机物外，还含有大量化学助剂和化学药剂，使造纸废水的可生化性差，处理困难。单独采用混凝沉淀工艺，不仅操作复杂，运行费用较高，而且 CODcr 去除率一般在 75%以下，很难达到国家一级排放标准，因此采用联合技术，能有效解决以上问题。丁春生等人采用混凝沉淀—A/O 工艺处理某县造纸工业区的废水。原水水质 pH 为 6～9，COD 为 1 000～1 200 mg/L，悬浮物浓度为 1 200 mg/L，混凝沉淀—A/O 工艺联合处理后，COD 和悬浮物的去除率平均值分别为93.4%和 96.9%，出水水质达到《造纸工业水污染物排放标准》(GB 3544-2001)。谭磊等人采用混凝沉淀+电氧化反应器联合技术来处理某造纸厂总排污口的废水。结果表明，先后投加絮凝剂 PAC 和 PAM的量分别为 120 mg/L 和 1.0 mg/L 时，废水中 CODcr的去除率可达到 75%，悬浮物的去除率达到 95.3%，色度的去除率达到 92.1%。此外，将混凝沉淀后的造纸废水经电氧化反应器处理后，废水 CODcr 的再次去除率可达 90%以上，同时提高了废水的可生化性。胡丽娜等采用混凝沉淀法-微电解法-生化法处理原造纸废水。结果表明，混凝沉淀法-微电解法-生化法处理造纸废水的效果最佳，最终出水COD 值为 75～85 mg/L，混凝沉淀法出水 pH 值约为3～3.5，符合废水排放标准，而生化法--微电解法-混凝沉淀法对造纸废水的处理效果最差。苏晓锋等人采用混凝沉淀/水解酸化/氧化沟工艺处理某纸业有限公司排放的废水。废水中的COD、SS、BOD5分别为 2 500、1 600、750 mg/L，pH 值为 6～9，经此工艺处理后，出水水质 COD、SS、BOD5 的含量分别为 224、77 和 83 mg/L，去除率分别为 85%、80%和 85%。总的来水，混凝沉淀技术能降低水中的COD、BOD5和 SS 的含量，但是混凝剂对温度的要求很高，当水温低于 5 ℃时，混凝剂的水解速度会变慢，会使水的粘度和胶粒运动阻力都变大，形成的矾花细小、松散，从而导致颗粒不易下沉，混凝效果差。
1.5 SBR 集成技术
SBR(序列间歇式活性污泥法)，其本身具有运行效果稳定、时间短、出水水质好、工艺流程简单和造价低等优点，结合其他废水处理技术，能有效地降低废水中污染物的含量，时间更短，经济效益更大。谭水成等采用超效浅层气浮+水解酸化+SBR 工艺处理某纸业有限公司排放的废水。废水中 CODcr 为 1 200 mg/L、BOD5 为 700 mg/L、SS 为1 200 mg/L、pH 值 6～9，经此联合工艺处理后，出水水质中的CODcr、BOD5和 SS 含量分别<90 mg/L、<60 mg/L 和<100 mg/L，满足《造纸工业水污染物排放标准》(GB3544—2001)。刘琼玉等人采用混凝-SBR 法联合处理武汉某造纸厂的废水。废水水质中的COD 平均值为 16 468 mg/L，如果单独采用混凝法或 SBR 法处理造纸废水，则出水水质中 COD的去除率分别为 49.6%和 43.8%，基本上达不到预期效果。而采用混凝-SBR 法联合处理造纸废水得到的COD 由 15 984 mg/L 降低至 741 mg/L，去除率达到 95.4 %，COD 的含量大幅度减少，达到《制浆造纸工业水污染物排放标准》(GB3544-2008)。胡丁勇等人采用混凝/水解酸化/SBR 工艺处理以某纸业有限公司污水处理站的废水。进水水质为 COD为 1 300 mg/L，SS 为 900 mg/L，BOD5为 400 mg/L，经工艺处理后，出水水质稳定，COD 为 70 mg/L，SS 为 27 mg/L，BOD5为 518 mg/L，达到了设计的排放要求。闫志谦等采用氧化沟-SBR 处理以某造纸工厂的废水。废水水质中 pH 为 8.82，COD 为 500 mg/L，BOD5为1 300 mg/L，悬浮物浓度为1 800 mg/L，经工艺处理后，最终出水水质 pH 值为 6.96，COD为 280.5 mg/L，BOD5为 52.1 mg/L，悬浮物浓度为28.5 mg/L，能够达到排放标准。利用 SBR 联合技术，能有效地提高水中 COD，BOD5和 SS 的去除率，但是SBR 的自动化控制要求高，而且它的后处理设备要求大，增加了成本，由于不设置初沉池，易产生浮渣，今后解决浮渣问题将是研究之一。
2.结论
造纸废水的处理是造纸工业的重要课题。本文对近年来国内外造纸废水的处理技术及现状进行了综述，笔者建议今后围绕以下几个方面开展工作：光催化技术中高效催化剂的研究与开发；造纸废水处理后的废液再回用技术的研究；SBR 技术的后处理设备的设计；为提高处理效率，进行造纸废水处理控制系统的设计等。总之，国内对造纸废水处理研究大多还处在实验室阶段，造纸废水的处理技术还需要完善与提高。