制浆造纸废水生物技术处理及其研究进展

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池多格方式， 既不需要初沉池和二沉池， 又能在反 应器全充满并在恒定液位下连续进水运行， 通过生 产 应 用 证 明 Ｍ ＳＢ Ｒ 法 是 一 种 经 济 有 效 、 运 行 可 靠 、 易于实现计算机控制的污水处理工艺。广西钦州竹 国 有 限 公 司［７］采 用 氧 化 沟 结 合 水 解 工 艺 处 理 造 纸 废 水， 实践表明， 该工艺处理效果良好， Ｃ Ｏ Ｄ ｃｒ去除率 达 ９５％ 以上。 １．２ 生物膜法
拟天然湿地的结构与功能， 选择一定的地理位置与地 形， 根据人们的需要人为设计与建造的湿地［１９］。其处 理造纸废水机理为， 利用基质 － 微生物 － 植物这个复 合生态系统的物理、化学和生物的三重协调作用， 通 过 共 沉 、过 滤 、吸 附 、离 子 交 换 、植 物 吸 收 和 微 生 物 分 解来实现对造纸废水的高效净化， 同时通过营养物质 和水分的生物地球化学循环， 促进绿色植物生长并使 其增产， 实现废水资源化和无害化。
文章主要介绍了生物技术在制浆造纸废水处理 中的应用， 希望能够引起造纸行业及其他相关行业对 生物技术关注和重视， 使造纸工业能够在防治水污染 的同时， 走可持续发展道路。
１ 好氧生物处理法 好氧生物处理法是在氧参与的条件下， 利用好氧
微生物降解污染物质的方法。对于污染物浓度较低的 废水一般采用好氧生物处理。 １．１ 活性污泥法
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２００８ 年第 １ 期
制浆造纸废水生物技术处理及其研究进展
杨玲 李文俊 １ 高焱仁 ２ １ 四川理工学院 四川自贡 （ ６４３０００） ２ 四川永丰纸业股份有限公司 四川乐山 （ ６１４０００）
摘 要： 文章介绍了好氧法和厌氧法等生化处理制浆造纸废水的原理、特点以及国内外在废水处理方面 的研究进展。
ＦＢ 硫化床是从流动床和改进的活性污泥工艺演 变而来的， 是一种改良的活性污泥工艺， 有研究表明 采用 ＦＢ 硫化床对原有的污水处理厂进行改造后， 排 放负荷 Ｃ Ｏ Ｄ ｃｒ 降到 ４ｋｇ／ｔ成品浆［２］。
陕 西 科 技 大 学 杨 卿 等 人［３］研 究 了 Ｈ Ｃ Ｒ 处 理 碱 法 麦草浆中段废水， 结果表明， 在水里停留时间为 ５５ｍ ｉｎ 时， Ｃ Ｏ Ｄ ｃｒ 去除 率 达 到 ８５％ ， Ｂ Ｏ Ｄ ５ 去 除 率 达 到 ８０％ 。 在试验过程中当进水 Ｂ Ｏ Ｄ ５ 在 ３１０￣３６０ｍ ｇ／Ｌ 的范围内 波动时， 去除率稳定在 ７５％ ￣８５％ 。某纸厂废水采用 Ｈ Ｃ Ｒ 工 艺 处 理［４］， 其 中 Ｂ Ｏ Ｄ ５ 和 Ｃ Ｏ Ｄ ｃｒ 的 去 除 率 均 在 ８０％ 以上， 悬浮物去除率和脱色率均在 ９５％ 以上， 与 传统活性污泥法相比， Ｈ ＣＲ 工艺在充氧速率、容积负 荷 、污 泥 负 荷 、沉 淀 池 表 面 负 荷 、剩 余 污 泥 产 率 、水 力 停留时间等方面具有明显优势。
２０ 世 纪 ９０ 年 代 由 荷 兰 帕 克 公 司 开 发 的 专 利 技 术内循环厌氧反应器（ＩＣ 反应器）， 成为厌氧新技术的 佼佼者。ＩＣ 反应器的负荷相当于 Ｕ Ａ ＳＢ 的 ２￣３ 倍， 反 应器高度是 Ｕ Ａ ＳＢ 的 ３ 倍多， 因此具有占 地 少 、体 积 小、效率高的特点， 因而在废水处理中可取代 Ｕ Ａ ＳＢ 作为厌氧处理系统的关键设备。福建南纸股份有限公 司 ［１４］ 引进荷兰帕克公司先进的厌氧技术进行厌氧 － 好氧处理高浓制浆混合废水， 结果表明， 该生产线具 有 自 动 化 程 度 高 、人 员 少 、占 地 面 积 小 、电 耗 低 、处 理 效果好、处理成本低、工艺运行稳定等特点。 Ｙ ｏｕｎｇｓｅｏｂ Ｙ ｕ［１５］等人实验表明， 在高温制浆废水中， 加 入葡萄糖强化酸化水解木素的嗜温菌和嗜高温菌是 可行的， 可提高厌氧处理的效率。
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Ｎ ａｇａｒａｔｈｎａｍ ｍ ａ 等 人 ［１８］利 用 Ｃ ｅｒｉｐｏｒｉｏｐｓｉｓ ｓｕｂｖｅｒｍ ｉｓｐｏｒａ 全国性重点， 相应的环保法规将更细， 要求更严。为
Ｃ Ｚ－３ 对牛皮纸浆废水进行脱氯研究， 发现添加 １ｇ／Ｌ 的 此， 制浆造纸废水的处理技术正不断改进和完善。造
２ 厌氧生物处理法 厌氧生物处理法是在没有氧参与的条件下， 通过
厌氧生物对有机物进行酸性发酵和碱性发酵两个阶 段的厌氧分解， 完成代谢过程。随着各种高效新型厌
氧处理装置的发展， 厌氧生物处理法不仅可以用于高 浓和中浓有机废水的处理， 而且也适用于低浓有机废 水的处理。其与好氧生物法相比， 不需曝气， 只需少量 或不需补充营养物； 产生的污泥量少， 污泥稳定， 易于 脱水； 反应器负荷高， 体积小， 占地少； 规模灵活， 操作 方便。对于操作控制较为复杂且安全措施要求严格的 废水处理， 厌氧法常作为好氧处理前的处理， 以达到 更好的处理效果。
目前， 许多地方环保部门对造纸企业制定了更严 格的废水排放标准， 其 Ｃ Ｏ Ｄ ｃｒ 要求在 １００ｍ ｇ／Ｌ 以下， 实践证明仅通过物化处理的废水往往达不到排放标 准， 其主要原因是废水中存在可溶性的 ＣＯＤ ， 而生化 处理可有效去除可溶性的 Ｃ Ｏ Ｄ ｃｒ。华南理工大学万金 泉等人研制开发了一体化废水处理技术， 其技术主要 是采用混凝沉淀与吸附过滤相结合的方法， 在特效废 水处理器中对废水进行处理， 再经接触氧化二级处 理 ， 在 ６ｈ 的 曝 气 时 间 下 最 终 Ｃ Ｏ Ｄ ｃｒ。 可 以 达 到 ５０ｍ ｇ／Ｌ。用该一体化反应器处理硫酸盐浆含氯漂白废 水［１２］， 当 水 里 停 留 时 间 １５ｈ 时 ， Ｃ Ｏ Ｄ ｃｒ、Ｂ Ｏ Ｄ ５、Ａ Ｏ Ｘ 、有 毒物质去除率分别为 ８８．１％ 、８１．０％ 、９８．４％ 、９２．０％ 。
与活性污泥法不同， 生物膜法的微生物处于固着 生长状态， 是利用附着于填料表面上的生物粘膜氧化 分解废水中的有机污染物质， 从而使废水得到净化。 生 物 膜 法 具 有 泥 龄 长 、硝 化 效 果 好 、管 理 简 单 、无 污 泥 膨胀、剩余污泥量少、耐冲击负荷和耐毒性等优点， 因 此得到越来越广泛应用。
Ｂ Ｋ Ｍ ／Ｆ－１７６７ 固 定 在 滴 滤 器 的 多 孔 泡 沫 载 体 上
（ Ｍ Ｙ －Ｃ Ｏ ＰＯ Ｒ 工艺） ， 停留时间 ６￣１２ｈ， 其 Ａ Ｏ Ｘ 去除率、 Ｃ Ｏ Ｄ 去除率及脱色率分别达到 ８０％ 、４０％ 及Biblioteka Baidu８７％ 。
４ 人工湿地处理技术 所 谓 人 工 湿 地（ ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｅｄ ｗ ｅｔｌａｎｄ） 是 指 通 过 模
图 １ 传统活性污泥法基本流程 随着现代造纸工业的迅速发展， 废水中难降解有 机物的种类和数量不断增加， 传统活性污泥法的缺陷 日益暴露出来， 如存在耐水量和水质变化的冲击力
小， 运行不够稳定； 曝气池中生物浓度低， 曝气时间 长， 氧气利用率不高； 构筑物占地面积大， 基建费用 高； 易产生污泥膨胀， 且污泥产量大等问题。为适应废 水处理发展的要求， 许多研究工作者对传统活性污泥 法进行了大量的改进和强化， 高效内循环生物反应器 就是其中的一种， 在造纸废水处理方面效果明显。此 反应器将活性污泥法和硫化床结合起来， 运用了高速 射流曝气、物相强化传递、紊流剪切等技术。因此其空 气氧的转化率高， 反应器的容积负荷大， 水力停留时 间短。
近 年 来 ， 序 批 式 生 物 膜 反 应 器（ ＳＢ Ｂ Ｒ） 在 污 水 和 工业废水处理中的应用［８］， 引起了国内外广大学者、专 家的研究兴趣， 并取得了不少成果。汕头职业技术学 院 的 陈 壁 波 等 人［９］采 用 ＳＢ Ｂ Ｒ 处 理 制 浆 中 段 废 水 ， 研 究结果表明， 中段废水经 ＳＢ Ｂ Ｒ 生化处理后， Ｃ Ｏ Ｄ ｃｒ、 Ｂ Ｏ Ｄ ５ 去 除 率 均 达 到 ７５％ 以 上 ， Ａ Ｏ Ｘ 去 除 率 也 达 到 ５５％ 以上。制浆中段废水经生化 － 混凝处理后［１０］， Ｃ Ｏ Ｄ ｃｒ、Ｂ Ｏ Ｄ ５、色度、ＴＳＳ 和 Ａ Ｏ Ｘ 去除率均达到 ９０％ 左右， 可达标排放。四川理工学院的李文俊等人［１１］采用混凝 －Ｍ ＢＢＲ 法对某厂造纸中段废水进行了处理， 结果表 明， 在水里停留时间 ８ｈ， 曝气气水比为 ４：１， Ｃ Ｏ Ｄ ｃｒ 容 积负荷为 ２．７ｋｇ／（ｍ ３·ｄ）时， 经强化混凝 －Ｍ Ｂ Ｂ Ｒ 法处理 的 废 水 Ｃ Ｏ Ｄ ｃｒ 和 ＳＳ 的 去 除 率 分 别 可 达 ９２．１％ 和 ９３．３％ 。
以 Ｕ Ａ ＳＢ（ 上流式厌氧污泥床） 为代表的新一代高 负荷厌氧处理技术已广泛应用于各国制浆造纸废水 处理工艺中。荷兰 Ｐａｐｉｅｒｆａｂｒｉｅｄ Ｒ ｏｅｒｍ ｏｎｄ 造纸厂， 是 以废纸为原料生产挂面纸板和瓦楞原纸的工厂， 该厂 对废水采用厌氧 － 好氧处理， 在进水 Ｃ Ｏ Ｄ ｃｒ 为 ３ｇ／Ｌ 时， 通过 Ｕ Ａ ＳＢ 处理后， Ｃ Ｏ Ｄ ｃｒ 去除率为 ７５％ ， 为后续 好氧处理的效果和稳定性奠定了基础。
葡糖糖 ， 在 温 度 ３０℃￣３５℃及 ｐＨ 值 ４．０￣４．５， ４８ｈ， 降 低 纸厂应本着清洁生产和零排放的目的， 立足于本厂的
４５％ 的 Ｃ Ｏ Ｄ ， 降解木素 ６２％ ， 分 解 ３２％ 的 Ａ Ｏ Ｘ 及 ３６％ 具体废水特征及其实际条件， 选择经济可行且效果好
的 Ｅ Ｏ Ｘ 。 Ｍ ｅｓｓｎｅｒ 将 白 腐 菌 Ｐ．ｃｈｒｙｓｏｓｐｏｒｉｕｍ 的处理工艺。
３ 利用特种微生物处理法 利用特种微生物对制浆造纸废液进行净化处理
是一个颇具前途的研究方向。已有研究表明［１６］， 白腐 菌是现阶段对木素及其衍生物降解最具潜力的菌株。 王宏勋等人［１７］报道了产酸白腐菌的产酸性能与降解作 用同时存在， 去除黑液 ＣＯＤ 的能力与其自身的产酸效 能紧密相连， 因此产酸白腐菌在碱性黑液中可以发挥 产酸与降解双重功能， 可用于造纸黑液的生物处理。Ｒ ．
活性污泥法自 ２０ 世纪初开始应用以来， 已成为 世界各国应用最为广泛的一种二级生物处理工艺。活 性污泥法净化废水主要是依靠好氧的能形成絮凝物 的菌胶团属为主， 在有氧条件下有效地把有机化合物 氧化， 生成 Ｃ Ｏ ２、Ｈ ２Ｏ 和细胞物质， 这些细胞 物 质 再 用 沉淀的方法从悬浮液中分离出来， 一部分回用， 剩余 部分则加以处理。最早使用的活性污泥法称作普通曝 气池法， 亦称传统法。见图 １。
清 华 大 学 徐 华 等 人［１３］通 过 对 草 浆 中 段 废 水 混 凝 沉淀 － 厌氧 － 好氧生物处理组合工艺的试验研究得 出 ， 当 ＦｅＳＯ ４ 和 ＰＡ Ｍ 投 加 量 分 别 为 ３００ｍ ｇ／Ｌ 和 １０ｍ ｇ／Ｌ 时， Ｃ Ｏ Ｄ 和 ＳＳ 去 除 率 分 别 为 ４０％ 和 ９５％ ； 垂 直折流板式厌氧污泥床在负荷为 ３．１￣４．３ｋｇＣ Ｏ Ｄ ／ （ｍ ３· ｄ） 时 ， Ｃ Ｏ Ｄ 去 除 率 约 为 ５５％ ； 接 触 氧 化 池 负 荷 为 １．５￣２．０ｋｇＣ Ｏ Ｄ ／（ｍ ３·ｄ）时 ， Ｃ Ｏ Ｄ 去 除 率 为 ５０％ ， 可 以 使 出水达到国家排放标准。
加 拿 大［５］的 几 个 工 厂 成 功 运 用 ＳＢ Ｒ 工 艺 处 理 制 浆造纸废水， 运行数据表明， 所有系统 ＢＯ Ｄ ５ 去除率都 能达 ９０％ 以上， 所有系统都能满足 ＴＳＳ 的排放要求。 有 研 究 者［６］采 用 混 凝 －ＳＢ Ｒ － 吸 附 法 处 理 制 浆 造 纸 废 水， 结果表明， 采用 ＳＢ Ｒ 工艺处理混凝后的制浆造纸 废水， 在生物处理时间为 １０ｈ 的 情 况 下 ， 可 使 Ｃ Ｏ Ｄ ｃｒ 总去除率达到 ９４％ 以上。Ｃ ．Ｑ ．Ｙ ａｎｇ 等人根据 ＳＢ Ｒ 技 术特点， 结合传统活性污泥法技术， 研究开发了一种 更为理想的污水处理技术 －－Ｍ ＳＢ Ｒ 法。Ｍ ＳＢ Ｒ 采用单
关键词： 生物技术；制浆造纸废水；废水处理；研究进展
制浆造纸产生的废水若不经处理直接排放， 将会 造成严重的水体污染事件［１］。实践表明， 仅仅依靠单段 或单级处理不能达标排放， 如单级混凝工艺只能去除 ４５％ ￣５５％ 的 Ｃ Ｏ Ｄ ｃｒ， 在此基础上， 利用生物技术处理 废水的特点， 在混凝处理后再增加生物处理的工艺也 就应运而生。