摘要：从造纸污水处理现状出发，阐述了造纸污水对环境的严重污染，污水排入周围自然水体中，不仅污染环境还会浪费大量可回收利用资源，并对其处理的必要性和紧迫性进行了讨论，并且简述了造纸污水处理的工艺。
关键词：造纸污水 危害 生物处理 深度处理
中图分类号：F407.83 文献标识码：A 文章编号：
造纸污水污染现状与概述
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10000余家左右，年排放废水量高达40多亿立方米，占全国废水总排放量的近10%，造纸污水中的BOD5年排放量200多万吨，占全国废水总排放BOD5量的25%，COD排放量更是多达300多万吨，占全国 COD排放量的42%。随着我国经济发展，企业日益面临水资源短缺、原料匮乏的问题，而另一方面，水污染也越来越严重。近年经过不懈努力的治理，造纸工业水污染防治已经取得了初步成效，虽然纸及纸板产量逐年增加，但排放废水中的总COD量却逐年降低。但造纸污水处理任务还相当繁重。
如何应用造纸废水的治理技术，化害为利，回收、回用资源，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。
造纸污水成分、来源及特点
造纸污水的成分
1．悬浮物包括可沉降悬浮物和不可沉降悬浮物，主要是纤维和纤维细料（即破碎的纤维碎片），主要包括泥、砂、灰、渣，还有短纤维及其他有机残渣等。
2．易生物降解有机物包括低分子量的半纤维素、甲醇、乙酸、甲酸、多糖类等。
3．难生物降解有机物主要来源于纤维原料中所含的木质素和大分子碳水化合物。
4．毒性物质 黑液中含有的松香酸和不饱和脂肪酸等。
5．酸碱性物 碱法制浆污水PH值为9--10；酸法制浆污水PH值为1.2--2.0。
造纸污水的来源
1.制浆黑液 主要来自蒸煮制浆废水，对环境的污染最严重；
2.中段废水 主要来自纸浆洗剂、漂白和筛选等过程，尽管水中的有机污染物浓度不高，但难处理，对环境的危害大；
3.纸机白水 主要来自自制浆或外购浆经过纸机抄造后形成成品纸过程中产生的大量网下白水，白水较容易处理，经简单处理后可以全部或部分回用。
（三）造纸污水特点
1.水量大 吨产品水耗高，尤其是草类原料化学浆，水耗大都在200m³/t浆以上。
2．污染物浓度高 COD、BOD、SS、色度等浓度高，处理较难。
3.可生化性差 BOD和COD比值低：化学浆0.27-0.30、化机浆0.24-0.26、废纸浆0.45-0.50、脱墨废纸浆0.35-0.45。
4.毒性大 水中含有H2S、Cl- 等，尤其是用氯气漂白的情况下，AOX是剧物
质，对人体的危害最大。
5．气味重 化学浆的蒸煮、氯气漂白、回收木素、黑液蒸发等过程产生了各种刺激气味，废纸脱墨浆的油墨气味等，恶化劳动环境。
6.泡沫多 水中含有较多的发泡物质如碱性皂化物、表面活性剂等，在流速
大、落差大、曝气的情况下容易产生大量的泡沫。
7.水质波动大 由于制浆造纸生产过程原料、工艺、产品、产量的变化，排
放废水的水量和水质（PH、COD、SS等）不断地波动，而且
波动范围较大。
8.水温高 制浆和造纸过程需要在高温下进行生产，因此排放的废水水温较高。
三、造纸污水处理工艺流程
整个造纸污水处理工艺流程可分为预处理、厌氧处理、好氧处理和深度处理四个阶段。
（一）造纸污水预处理
由于造纸污水中含有大量残留中长纤维等SS杂物，若不去除将对后续工段产生严重影响如堵塞水泵、阀门等设备甚至堵塞管道，预处理主要为了改善污水水质，以便满足各工艺对进水水质的要求。造纸污水预处理工艺主要有：格栅、斜网、微滤机、调节水量及水质的调节池、沉淀池等组成。由于每个造纸厂的造纸工艺、原料、产品等不同，所采取的预处理工艺也不同，通常采用几种工艺相结合的工艺，下面简单介绍其中几种。
1.格栅、斜网、微滤机
由于造纸污水中常含有木屑、塑料、纸浆纤维等细小悬浮物，在造纸过程中抄纸等工序中会产生大量的网下白水，白水中含有较高的纤维浓度。这些物质会对水泵等设备造成损害，对主体处理工艺造成影响，特别是对生物处理中厌氧、水解酸化等工艺的布水系统造成严重堵塞，因此在进水泵及主体处理系统之前对其进行拦截，设置格栅拦截较大悬浮物，设置筛网拦截细小悬浮物。
格栅一般用于大水量污水处理中，由于污水水量大，且悬浮物颗粒种类较多、纤维较长，故栅渣量较大。设置机械格栅能够有效拦截较大的悬浮物，提高处理能力，不易堵塞，节省劳动力，针对造纸废水的特点在工程实践中一般设置细格栅，即格栅栅缝间隙为3mm。格栅机主要采用回转式机械格栅。
斜网通常用在水量相对较小、废水中含有大量的细小悬浮物如纸浆等的废水，对悬浮物及大颗粒物质的去除率可达到90%以上。斜网收浆系统通常由斜网和平网组成，工程实践表明，斜网目数一般为60--80目，平网目数一般为100目，安装形式采用固定式安装，安装角度为45--65°，安装角度不易过大，过大则造成过水力负荷降低，使处理能力降低同时也增加了部分投资，过小则易造成筛网堵塞，加大了清渣难度，影响处理效果。
微滤机收浆的原理和效果与斜网收浆系统基本相同，只是自动化程度更高，能节省人工。
2.冷却塔
不管是厌氧生化还是好氧生化，生化系统反应温度一般控制在30～40度，以使厌氧微生物或好氧微生物能够正常生存并能有效降解污水中的有机污染物，一般最高不得超过45度，否则将引起微生物大量死亡。但制浆和造纸过程需在高温下进行，因此排放废水水温较高，如化机浆、化学浆、废纸浆等废水，都需用冷却塔进行冷却，降低来水温度，保证后续生化工段正常运行。冷却塔填料须采用防腐材料。
3．调节池
因造纸工段在生产过程排放废水多样性，使排出废水的水质及水量在各时段内均不同，因此要对废水进行进行调节，均衡水质水量，使其能够均匀进入后续处理单元，减少水质、水量冲击对后续工艺处理单元的影响。废水调节主要分为：水量调节和水质调节。
根据造纸工艺不同，产生废水水量、水质不同，调节池的设计停留时间也各不相同，当处理水量比较小时，停留时间可选大些，以便保证系统运行稳定性；当处理水量比较大时，停留时间可根据具体情况选小些，一般为4-6个小时。
4.沉淀池
用于预处理的沉淀池通常称为初沉池或一次沉淀池，水中无机沉淀物及其它易沉悬浮物依靠重力作用被沉淀去除，以减轻后续设备的负荷及其运行费用。
沉淀池形式：沉淀池一般按照水流方向分为平流式、竖流式、辐流式和斜管沉淀池4类。每种沉淀池均有4个基本功能区：进水区、沉淀区、污泥区、出水区。在沉淀区和出水区之间往往还有一个缓冲区。
如废水中细小悬浮物较多或造纸过程中添加的造纸助剂导致初沉池沉淀效果不理想，通常可在初沉池前段增加一混合反应池，通过加入一定量的混凝剂、絮凝剂来提高初沉池的沉淀效果。
(二)造纸污水厌氧处理
厌氧处理系统主要包括预酸化池、循环罐、厌氧反应器、沼气处理系统等。
1.预酸化池
水力停留时间HRT＝4～6小时，在此进行有机物的水解酸化反应，大量的高分子有机物被分解为甲酸、乙酸、丙酸等小分子挥发性脂肪酸，以达到工艺要求的预酸化度。预酸化度太低，则厌氧反应器酸化速度会大于产甲烷速度，容易引起厌氧反应器酸罐；预酸化度太大，会使厌氧反应器中产酸菌的数量太少，也不利于颗粒污泥保持。一般预酸化度控制在30％左右较为合适，预酸化池同时也可作为调节池，对废水的营养盐含量及PH进行调节。如果初沉池出水预酸化度偏低，可选择在预酸化池投加营养盐以刺激产酸菌繁殖，有助预酸化的顺利进行；如酸化过度，则可通过加碱调节PH。
2.循环罐
对于不同水质和不同厌氧工艺，循环罐的设置也不同。其主要作用是保持和控制厌氧反应器的水力上升流速，并对废水PH进行缓冲调节，减少调节PH所需碱量。循环罐也可作为营养盐N、P的投加点，当废水经过初沉和预酸化后，其预酸化度已在合适范围内，选择循环罐投加营养盐可防止在预酸化池投加导致产酸菌过度生长。
3.厌氧反应器
常用的厌氧反应器有IC，EGSB，UASB等。对于厌氧工艺，控制好废水的PH、温度、挥发性脂肪酸VFA、碱度ALK以及营养盐投加很重要。其中PH应控制在6.5―7.5之间，VFA应控制在5-10mmol/L之间，VFA/ALK比值控制在0.3以下。如果VFA过高，可以提高循环废水流量或在预酸化池加碱提高PH值。
4、沼气处理系统
包括沼气收集、沼气稳压柜、冷凝水箱、脱硫装置以及火炬等。沼气也可以用来发电或送入锅炉房利用，沼气理论产量一般按0.5m3/kgCOD计。
（三）造纸污水生化处理
造纸污水生化处理也称好氧处理、生物处理或二级处理，好氧生物处理法即在有氧条件下，借助好氧微生物的作用来降解水中污染物的方法。该方法根据好氧微生物在处理系统所呈状态不同可分为活性污泥法和生物膜法两大类。造纸废水含大量有机物，可生化性好，用好氧生物处理造纸废水一般可得到很好的处理效果。
好氧系统包括曝气池和二沉池等。造纸污水处理中二沉池表面负荷为0.5～0.8m3/（m2・h），污泥回流比,50～100％。
曝气池是通过向污水中通入空气，在曝气池中悬浮生长大量的好氧微生物，微生物利用水中的氧气，进行新陈代谢，吸附水中污染物，以废水中有机污染物为基质进行生命活动，通过微生物的生命活动降解水中有机污染物。
二沉池的主要功能是对曝气池出水进行固液分离，沉淀污泥回流至生物选择池或曝气池前端，补充生物选择池的活性污泥量及利用污泥的吸附性去除初沉池内部分SS，剩余生化污泥排至污泥浓缩池。
（四）造纸污水深度处理
造纸污水深度处理，也称造纸污水三级处理，造纸污水经过预处理、厌氧处理、好氧处理后的出水水质已经不能满足新的造纸行业污水排放标准，须进行深度处理。深度处理工艺主要包括芬顿反应、高效混凝澄清池、活性砂、高效浅层气浮等，根据造纸工艺及二级处理出水水质的不同，深度处理工艺一般选择上述一种或几种组合工艺。以上造纸污水深度处理工艺是较常用的，还有其它工艺如膜过滤法、生物塘法、人工湿地等。
1．高效浅层气浮
高效浅层气浮是一个先进的快速气浮处理系统，改传统气浮的静态进水、动态出水为动态进水、静态出水，即把附有微气泡悬浮颗粒的混合污水进入气浮池的时候，使出流装置移动，气浮池内污水的水平流速相对出流装置为零，从而抑制了池内的紊流，因而能进行平稳的气浮分离(即利用所谓的“零速度原理”)，浮选体上升速度达到或接近理论升速，极大地提高了处理效率，使污水在浅层气浮池中停留时间由传统的30～60 min减至3～5min，并且集凝聚、撇渣、排水、排泥为一体，是一种高效废水处理装置。污水从整流区的布水管被放入浮选区的气浮槽时，整流区自身以原水的出流速度并与其相反方向周转，就创造了水流速为零的零流速状态。
2.活性砂过滤器
活性砂过滤器主要作用是去除水中悬浮物SS、固体颗粒，进一步去除已经形成絮凝物的有机污染物，保证出水达到新的排放标准。其主要配套设备为空压机、储气罐等。
3.芬顿反应器
芬顿反应器主要功能是通过催化剂、氧化剂的催化氧化作用使水中大分子有机物通过氧化还原、加成取代等一系列化学反应达到断链、降解，变成小分子有机物，甚至将小分子有机物直接氧化为H2O和CO2，有些有机物能被直接矿化。
Fenton试剂由亚铁盐和过氧化氢组成,它能有效氧化去除传统污水处理技术无法去除的难降解有机物,其实质是H2O2在Fe2+的催化作用下分解产生具有高反应活性的羟基自由基(・OH)，其氧化电位达到2.8eV，是除元素氟外最强的无机氧化剂，它通过电子转移等途径将大多数有机物氧化分解成小分子。同时，Fe2+被氧化成Fe3+产生混凝沉淀，去除大量有机物。可见，Fenton试剂在水处理中具有氧化和混凝两种作用。
Fenton反应器除了须配套相应的加药系统外，后续工艺还需有氧化反应池、调节池与絮凝剂加药池和高效混凝澄清池等。
4.高效混凝澄清池
高效混凝机械澄清池属于泥渣循环分离型澄清器，它利用安装在不同驱动轴上的提升叶轮和机械刮泥装置，使进入第一反应室导流区的液流发生化学混凝反应；同时，在提升叶轮的提升作用下沉淀区的混凝絮体被提升（在此过程中被提升的水量约为澄清池进水量的3～5倍），此时，水中污染物和泥渣相互凝聚吸附，泥渣保持在悬浮状态，这种接触絮凝作用循环进行。然后混凝液流入第二反应室，继续进行絮凝，生成更大的絮体。
四．结语
造纸污水成分复杂，在实际处理中，很难断言采用那一种工艺最好，因此在选择污水处理工艺时，应充分考虑各种工艺优缺点，同时根据造纸工艺和排放废水水量和水中污染物种类及浓度，在不同工艺组合条件下对其技术可行性和经济合理性进行比较，从而确定最佳处理方案。同时，随着科学技术的发展，不断研发出各种新的污水处理技术，尤其是深度处理技术。各种新技术的出现为造纸污水的处理开辟了新途径新方法，但目前不少新技术还处在研发理论阶段或实验室小试阶段，缺乏有说服力的工程案例实践或运行费用较高，从而使新技术的工程化实际应用还存在一些问题。