造紙廢水處理新工藝研究

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摘要：我國造紙廢水量大，其中含有大量有機(jī)物和難降解物質(zhì)，如何應(yīng)用造紙廢水治理技術(shù)，化害為利，回收、回用資源，促進(jìn)生態(tài)環(huán)境保護(hù)與造紙工業(yè)可持續(xù)發(fā)展，具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。為了研究造紙廢水處理的優(yōu)良工藝，本文在查閱相關(guān)資料的基礎(chǔ)上，總結(jié)造紙廢水處理的常用新方法——粉煤灰、人工濕地技術(shù)、厭氧技術(shù)的應(yīng)用及其優(yōu)缺點(diǎn)，指出了今后的發(fā)展趨勢和研究方向，并提出了造紙廢水的污染防治應(yīng)從新技術(shù)的研究著手，因地制宜，探索合適的處理工藝。
關(guān)鍵詞：造紙廢水  粉煤灰  人工濕地  厭氧技術(shù)
目前，我國有大中小型造紙廠總數(shù)10000余家，年排放廢水量高達(dá)40多億m3，占全國廢水總排放量的十分之一，造紙廢水中的BOD5年排放量200多萬t，占全國廢水總排放中BOD5的25%。因此，如何應(yīng)用造紙廢水治理技術(shù)，化害為利，回收、回用資源，促進(jìn)生態(tài)環(huán)境保護(hù)與造紙工業(yè)可持續(xù)發(fā)展，具有重要的現(xiàn)實(shí)意義[1]。
1.造紙廢水的來源及特點(diǎn)
在制漿（化學(xué)法）和造紙生產(chǎn)過程中主要產(chǎn)生三類廢水：黑（紅）液、中段廢水和紙機(jī)白水。黑（紅）液主要是蒸煮制漿廢水，中段水包括紙漿洗滌、篩選、漂白廢水，紙機(jī)白水為抄紙車間廢水。其中蒸煮廢水的環(huán)境污染最嚴(yán)重，占整個(gè)造紙工業(yè)污染的90%。
黑液的主要成分是木質(zhì)素、纖維素、半纖維素、單糖、有機(jī)酸及氫氧化鈉等，可以綜合回收其中的有用物質(zhì)；中段廢水污染物復(fù)雜，含有較高濃度的木質(zhì)素、纖維素和樹脂酸鹽等較難生物降解的物質(zhì)成分，而且富含漂白階段產(chǎn)生的對環(huán)境危害大的有機(jī)氯化物，pH為9-11，懸浮物1000mg/l左右，COD600-2500mg/l，色度深；紙機(jī)白水采用沉淀或氣浮的方法實(shí)現(xiàn)白水回用，固體渣也可再制漿[2]。
2.在造紙廢水處理中的研究進(jìn)展
2.1粉煤灰的性質(zhì)和分類
粉煤灰(coal fly ashes,CFA)又稱為飛灰(fly ashes,FA)，是煤粉進(jìn)入1300oC~1500 oC的爐膛后，在懸浮燃燒條件下經(jīng)受熱面吸熱后冷卻形成粉煤灰，每個(gè)粉煤灰顆粒的粒徑均在25~300μm，平均幾何粒徑40μm。由于表面張力的作用，粉煤灰顆粒大部分呈球形，表面疏松多孔，因此比表面積大，具有活性基團(tuán)和吸附特性。它的真密度為2000~3000kg/m3，堆積密度為550~680kg/ m3，孔隙率一般為60%~70%。
粉煤灰的主要化學(xué)成分為硅、鋁、鐵氧化物，還含有含量相對較低的氧化鈣(CaO)、氧化鎂(MgO)、硫氧化物，還有一些微量元素如Cu、Cr、Pb等、未燃盡炭、稀有元素組成的海綿狀和空心球狀的細(xì)小顆粒，具有很大的比表面積： 2500~5000cm2/g。粉煤灰的主要化學(xué)成分見表1。
目前國際上按照粉煤灰的化學(xué)類型將粉煤灰分成兩大類：一類是F級(jí)粉煤灰(FA-F)，這種粉煤灰的硅、鋁、鐵氧化物含量在70%以上；另一類是C級(jí)粉煤灰(FA-C)，它的硅、鋁、鐵的氧化物含量在50%~70%之間。按照粉煤灰顆粒形貌可將粉煤灰顆粒分為：玻璃微珠、海綿狀玻璃體、炭粒。

表 1 粉煤灰的主要化學(xué)組成%[3]
成分 SO2 Al2O3 Fe2O3 CaO MgO
質(zhì)量分?jǐn)?shù)% 33.88-59.18 16.49-35.38 1.48-19.65 0.77-10.39 0.70-1.85

2.2粉煤灰的作用機(jī)理
2.2.1物理吸附
物理吸附效果取決于粉煤灰的比表面積，比表面積越大，吸附效果就越好。物理吸附特征主要是吸附時(shí)粉煤灰顆粒表面能降低，放熱，故在低溫下可自行進(jìn)行；其次，物理吸附無選擇性，因而對各種污染物都有一定吸附去除能力。
2.2.2化學(xué)吸附
化學(xué)吸附主要是粉煤灰顆粒表面有大量的Si-O-Si鍵和Al-O-Al鍵與具有一定極性的分子產(chǎn)生偶極—偶極鍵的吸附，或是陽離子與粉煤灰中次生的帶正電的硅酸鋁、硅酸鈣、硅酸鐵之間形成離子交換或離子對的吸附?；瘜W(xué)吸附的特點(diǎn)是選擇性強(qiáng)，通常是不可逆的。
在通常情況下，上述兩種吸附同時(shí)存在，但是在不同的條件下(pH、溫度等)，體現(xiàn)出的優(yōu)勢不同，導(dǎo)致粉煤灰的吸附性能變化。
2.2.3絮凝沉淀
粉煤灰還能與廢水中的有害物質(zhì)作用使其絮凝沉淀，與粉煤灰構(gòu)成吸附—絮凝沉淀協(xié)同作用，這主要是由于粉煤灰中含有氧化鈣（CaO）。Erol[4]等研究發(fā)現(xiàn)粉煤灰對Cu[2+]和Pb[2+]兩種離子的去除主要依賴于粉煤灰中CaO的含量，且隨CaO含量的增加，去除效果也相應(yīng)提高。Cetin[5]等用粉煤灰去除水中的Ni[2+]和Zn[2+]，也得到與Erol等相同的結(jié)論。
由此可見，用粉煤灰處理重金屬廢水主要與粉煤灰中CaO的含量有關(guān)。
2.2.4過濾截流
粉煤灰是多種顆粒的機(jī)械混合物，空隙率在60%~70%之間，廢水通過粉煤灰時(shí)，也能過濾截留廢水中一部分懸浮物。
2.3粉煤灰處理造紙廢水的工藝