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六大技术实现造纸废水化害为利
2018年12期 发行日期:2018-06-18
作者:■ 杭州市化工研究院有限公司 毕可臻 陆伟

    造纸业是我国传统的用水大户,也是造成水污染的重要行业之一。据统计,我国有大中小型造纸厂1万余家,年排放废水量高达40多亿立方米,占全国废水排放总量近10%。造纸废水中的BOD5年排放量200多万吨,占全国废水BOD5排放总量的25%;COD排放量多达300多万吨,占全国COD排放量的42%。造纸废水的排放量大,成分复杂,如不对其进行科学有效的处理,不仅会对生态环境造成严重污染,还会浪费大量水资源,极不符合可持续发展战略。因此,应用造纸废水的治理技术回收、回用资源,化害为利,促进生态环境保护与造纸工业可持续发展,具有重要的现实意义。

造纸废水处理技术
   
    造纸废水的处理方法主要有物理法、化学法、物理化学法、生物法和生态法等。其中物理法和化学法能有效地去除悬浮颗粒物,方便其他处理方法进一步处理造纸废水,因此可作为造纸废水的前处理工艺。而生物法广泛应用于造纸废水二级处理中,且能有效地处理废水中的COD、BOD等污染物,使污染物达标排放或接近达标排放。
    1.物理法
       物理法是造纸废水处理技术中较为简单且常用的技术方法,主要是利用机械或物理作用处理、分离和回收废水中的污染物,主要用来去除废水中不溶解的、粒径较大的杂质。常用物理法有气浮、吸附、沉淀和砂滤等。单独使用物理法处理造纸废水,工艺简单,成本较低,但是处理效果较差,因此常与其他处理方法协同使用。
    2.化学法
      化学法是指利用化学反应的作用,将废水中的某些溶解性污染物转化为容易从水中分离的形态而加以去除的技术。常见的化学法有中和法、化学沉淀法、氧化还原法、微电解法和高级氧化法等。目前,我国造纸企业应用最广泛的深度处理方法是Fenton氧化法,该方法约占废水深度处理规模的70%~80%。该方法具有占地面积小、稳定性高、反应速度快、处理效率高、对污染物破坏彻底、无二次污染、适用范围广和易操作等优点。Fenton氧化法的主要缺点是出水含大量的铁离子以及在运行过程中容易出现泡沫或浮泥现象,因此需要与其他技术联合使用,并加强铁离子的回收或固定化技术研究。
    3.物理化学法
      物理化学法是通过物理或者化学反应的作用来达到去除废水中污染物的目的。例如膜分离技术,它是利用特殊薄膜的选择透过性能来实现水中物质的分离、浓缩或提纯的一类方法的统称,按照膜孔径的大小可分为微滤(MF)、超滤(UF)、纳滤(NF)、反渗透(RO)、电渗析(ED)等。与传统的分离操作方法相比,膜分离技术具有设备占地面积小、工艺简单、维护方便、处理效率高、无二次污染等优点,近年来在水处理工业中的应用越来越多。膜分离法的主要缺点是膜易污染和劣化,造成膜能量严重衰减,同时膜工艺造价较高,限制了其在造纸废水处理中的推广应用。
    4.生物法
      生物法是目前废水处理方法中较为成熟和应用较多的技术。该方法主要是利用微生物降解代谢有机物为无机物来处理废水,包括好氧法、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,主要有活性污泥法、生物膜法、接触氧化法等。好氧法处理效果好,但存在着产生污泥量大和动力消耗大的缺点。
    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。与好氧法相比,厌氧法具有不需曝气、产生的污泥量少易于脱水、反应器体积小占地少、操作方便等优点。但是厌氧法也存在着厌氧微生物增殖缓慢、使用设备较多、运行管理复杂和处理效果不如好氧法等缺点。因此,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。厌氧生物处理技术主要包括上流式厌氧污泥床(UASB)、复合型厌氧反应器(UBF)、膨胀颗粒污泥床反应器(EGSB)和内循环反应器(IC)等。
    生物酶法是利用酶的催化作用来加速降解有机物的反应。与其他微生物相比,酶处理的技术具有反应条件温和,效率高,对水质及设备情况要求较低,对温度、浓度和有毒物质实用范围广,可以重复使用等优点。但是酶处理成本高,而且处理条件非常苛刻,耐冲击能力较差,易失活。
    5.生态法
      生态处理法是模拟自然环境,选择一定的地理位置与地形,通过环境生物的代谢过程净化废水的一种方法。目前已成为研究与应用的热点,其中氧化塘和人工湿地研究与应用最多。它们的共同特点是投资少、能耗低、管理简便、出水水质好,可实现多种生态系统的组合,有利于废水的综合利用。目前,利用生态法处理造纸废水技术还不完善,存在许多问题,如出水水质指标不稳定,处理效果受季节影响大等,需要对其加强研究。
    6.联合法
       由于造纸废水处理方法较多,为了在提高处理效果的同时降低处理成本,一般采用联合法,通过联合技术,实现优势互补,达到经济性和实用性的最佳统一。近年来,最常用的就是生物处理与物化处理技术联用,利用物化法降低废水的污染负荷,改变污染物的分子结构,提高废水的可生化性,再通过生物处理提高处理效果,同时降低运行和处理成本。

发展前景及建议
   
    随着造纸行业的不断发展,其在国民经济中的地位越来越重要,产生的造纸废水影响也越来越大。造纸废水由于有其自身的特性特点,在选择废水处理工艺时,需要根据不同水质选择合适的处理方法。同时在处理技术的应用范围、能源消耗、技术可操作性、投资运行费用等方面还存在着一定的局限性。因此,对造纸废水处理技术的研究不能停滞,建议在以下方面加大研发力度:
    1.针对不同来源的造纸废水,从物理、化学、物化和生物等方面,优化现有的技术,并不断开发新技术。同时通过不同工艺的联合处理,优势互补。
    2.加大对废水处理设备、使用药剂的研发力度,提升整体处理效果,如天然高分子絮凝剂、复合絮凝剂的研发和应用研究。
    3.高级氧化方法的实用研究。大量科研工作者对Fenton氧化法、光催化氧化法、电化学氧化法、臭氧氧化法等高级氧化技术进行了深入研究,取得丰硕成果,但目前大多数方法未进行工厂实用阶段。随着研究的不断深入,希望会有更多先进的、经济的高级氧化法投入到生产实际中。
      4.生物强化技术的研究运用。通过直接加入特效降解微生物、生物强化制剂和固定生物强化技术等方法,可以对难降解的有机物质进行处理,去除废水中的营养物质,加快处理效率。
    5.重视污水资源化战略的发展,将经过处理的废水和污泥作为另一种资源加以利用。如厌氧处理废水、污泥过程中有机污染物通过微生物代谢活动而被降解,伴有CH4和CO2产生。产酸阶段将CO2还原成CH4,整个过程生成的混合气体称为生物沼气。同时,开发从生物沼气中分离纯化CH4和CO2技术,将纯化后的CO2应用于医药、食品、化工等领域。造纸污泥中有机质含量高,可用于焚烧发电、农家肥、土壤改良剂等。

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