生物技术在造纸废水处理中的应用

造纸废水排放量大，污染严重，成为水处理中的重中之重。造纸废水的综合治理一直是国内外造纸工业和环保界的研究热点，而生物法处理造纸废水具有效率高、成本低、不产生二次污染等优点，今后随着造纸工业和生物技术的迅猛发展以及对环境质量要求的提高，生物法是解决我国造纸工业水污染的最终出路。本文主要介绍生物处理技术在制浆造纸工业废水处理中的应用及发展。
目前，造纸行业是世界六大工业污染源之一，它产生的废水量约占国内工业总废水量的10%。造纸废水的综合治理一直是国内外造纸工业和环保界的研究热点。造纸废水处理应着重于提高循环用水率、减少用水量和废水排放量，同时也应积极探索各种可靠、经济和能够充分利用废水中有用资源的废水处理方法。目前造纸废水处理方法主要有物理法、化学法、物理化学法和生物法。物理法和化学法大部分是作为造纸工业废水的前处理工艺，能有效地去除悬浮颗粒物，方便生物法进一步处理造纸废水。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的COD、BOD等污染物，使污染物达标排放。
1.生物处理技术在造纸废水处理中的应用
废水的生物处理技术就是利用微生物的新陈代谢功能，使废水中的有机污染物被降解并转化为无害稳定的物质。而生物处理制浆工业废水还可分为好氧法、厌氧法、酶处理法和光合细菌法等。
1.1 好氧生物处理
好氧生物处理法是指在有氧参与的条件下，利用好氧微生物(主要是好氧菌)将废水中复杂的有机物加以分解的方法。好氧法主要有活性污泥法、好氧生物流化床法、缺氧———好氧两段活性污泥法、升流式曝气生物滤池、接触氧化法、循环式活性污泥系统等。
(1)活性污泥法
活性污泥法是应用最为广泛的废水生物处理技术。它是利用悬浮生长的微生物絮体吸附、吸收、氧化和降解废水中的有机污染物，使之转化为无害的物质，从而使废水得以净化的一种好氧生物处理法。活性污泥法主要降低废水的BOD 值，但传统活性污泥法会排放出大量剩余污泥，这些污泥中包含着各种污染物，所以处理和处置这些污泥也是一大难题，现在的活性污泥法发展趋势是污泥减量化和与厌氧法组合处理工艺。
(2)序批式活性污泥法(SBR)
序批式活性污泥法(SBR)是一种间歇运行的废水处理工艺，它是在一个反应器内按时间顺序先后完成普通连续流活性污泥法中多个处理单元所进行的工艺环节。SBR 技术的核心是SBR 反应池，该池集均化、初沉、生物降解、二沉等功能于一池，无污泥回流系统。利用SBR 工艺对造纸废水进行处理，COD 去除率可达82.5%，且运行比较稳定，处理效果良好，出水水质达到国家规定的造纸行业废水排放标准。
(3)高效生物反应器(HCR)
高效生物反应器(HCR)是活性污泥法的一种发展，其特点是高效、高浓、高负荷，占地小、污泥少、能耗低，很适合于COD 浓度较高的造纸工业废水的处理。HCR 的反应效率较常规活性污泥法高，接近到纯氧曝气的水平，其容积负荷可达50～70kgC0D/m3.d，是常规活性污泥法的10～30 倍；反应时间为1～2h，是常规活性污泥法的l/20～l/4； 污泥负荷可达5～10kg-COD/kg(ss).d，是常规活性污泥法的2～3 倍。
1.2 厌氧生物处理
厌氧生物处理法是指在没有氧气参与的条件下，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分解处理，从而完成整个代谢过程。主要有厌氧滤池、厌氧流化床等。
(1)厌氧滤池(AF)
厌氧生物滤池是一种内部装填有微生物载体的厌氧生物反应器，厌氧微生物部分附着生长在滤料上，形成厌氧生物膜，水中的有机物扩散到生物膜表面，使生物膜中的微生物降解。厌氧滤池分升流式和降流式2 种，目前降流式已取代了升流式，因为降流式避免了悬浮物的堵塞问题和短路问题，它特别适合于处理硫化合物含量高和低BOD/硫化值(小于10～15：1)的造纸黑液。BOD 的去除率达85%，COD去除率为70%，负荷率为12.7 kgC0D/m3.d。
(2)厌氧流化床(AFB)
厌氧流化床是使附着微生物的填充材料的有效表面积最大，体系内附着的活性微生物浓度最大的反应器。实验室和中试研究都表明用AFB 处理制浆造纸废水能达到比其他高效厌氧反应器高得多的负荷率，同时保持相似的处理效果，其BOD 和COD 的去除率分别可达53.3%和72.2%，负荷率可达35kgC0D/m3.d。
1.3 生物酶处理技术
生物酶处理有机物是先通过酶反应形成游离基，然后游离基发生化学聚合反应生成高分子化合物沉淀。与其他微生物相比，酶处理技术具有催化效能高、反应条件温和、对水质及设备情况要求较低、反应速度快、对温度、浓度和有毒物质实用范围广、可以重复使用等优点。乔庆霞等进行了选育优势菌处理含氯漂白废水的研究，实验结果表明：优势菌在漂白中段水相对浓度为50%、pH 为7.O、菌液量为2ml时，对废水中有机氯化物和COD 的综合处理效果较好。
1.4 光合细菌处理技术
自然界中光合细菌对污水的自然净化起着重要作用，光合细菌中红螺菌科的一些菌种，其细胞内具有能进行光合作用的载色体，可进行光合磷酸化反应和光氧化还原反应。在好氧黑暗条件下，红螺菌的这种载色体不起作用，此时它通过三磷酸循环来进行有机酸代谢。在厌氧光照时又很快激活载色体，上述循环受阻，迅速转换代谢途径，并将有机酸异化与同化的氧化还原反应和光氧化还原反应紧密地衔接起来。这种随着生长条件的变化而灵活地改变代谢类型的特性，促使PSB 不像好氧活性污泥那样受溶解氧的影响，可利用光能进行高效的基质代谢； 又不像厌氧甲烷细菌那样对氧的存在非常敏感，即使环境中的氧增加，其降解活性不受影响。PSB 在厌氧、好氧条件下均可降解有机化合物，PSB 处理草浆废水已经得到实质性的应用，取得了惊人的效果。
2 .一些新技术的应用
2.1 高速上流式厌氧污泥床反应器联合供气式低压射流曝气氧化沟工艺
采用目前在国内制浆造纸厂广泛应用的厌氧———好氧———深度处理工艺。例如河南新密某造纸厂经过实际运行结果表明，该工艺设计合理，运行稳定可靠。总排放口出水COD≤90 mg/L、SS≤30mg/L、BOD5≤20mg/L，出水水质可达到《造纸工业水污染排放标准》(GB3544-2008)的要求。且该工艺基本达到封闭运行，实现了系统的零排放。
2.2 液膜法
目前我国造纸工业普遍采用碱法制浆，制浆过程中产生的黑液含有大量的难降解的有机物。潘碌亭等人将液膜法用于黑液的处理，以LMA-1 为表面活性剂，稀硫酸为内相试剂，煤油为溶剂组成较稳定的乳化液膜，取得了很好的分离效果，COD 的去除率达98% 。进一步研究表明，加入载体如TOA 会增加COD的去除率。朱亦仁等人进一步研究了乳状液膜法处理草浆厂黑液的传质过程及膜组成，对破乳提出了很好的思路，不仅消除了污染还回收了木质素，为中小造纸企业的黑液处理提出了新的途径。
2.3 高级氧化法
高级氧化法泛指氧化过程中有大量羟基自由基参与的化学氧化过程，包括光催化氧化法、湿式催化氧化法、超临界水氧化法、电催化氧化法等。木质素是制浆造纸废水中重要的污染物之一，也是难降解的有机高分子，Tinucci 等用光催化氧化法处理含木素磺酸盐的酸法制浆废水，浊度完全消失，COD 的去除率高达99.6% 。崔玉民等利用复相催化剂WO3/ a- Fe2O3/ W 深度处理碱法草浆造纸废水，废水COD 和色度去除率分别为68.3%和71.2%。
3.结束语
生物法处理造纸废水具有效率高、成本低、不产生二次污染等优点，今后随着造纸工业和生物技术的迅猛发展以及对环境质量要求的提高，生物法是解决我国造纸工业水污染的最终出路，生物处理技术必将在制浆造纸工业废水处理中得到更广泛的应用。