造纸工业废水生物处理方法探讨

王丽丽

(山东济宁赛名环境科技有限公司 山东 济宁 272236)

引言

近几年，随着社会和经济的发展，纸浆制品的需求量越来越大，这也有利于推动纸浆工业的发展。污水是影响造纸工业的一个主要环节，大量的工业废水中含有大量的纤维和木素，这些物质对环境的影响非常大，常规的化学工艺很难达到很好的处理结果。在国内，由于科技水平的提高，在污水治理中，采用了微生物法对污水进行了有效的治理，从而保证了污水的治理。

1 细菌在造纸工业废水处理中的应用

目前，生物膜法、活性污泥法、厌氧消化法是目前造纸污水治理的主要方法。对于污水的治理，通常将其划分为厌氧微生物和好氧微生物，而对于污水的利用方式和使用价值也有很大的差别。

(1)好氧细菌。利用好氧细菌对纸浆污水进行了治理。在造纸废水的治理中，也可以使用好氧菌来进行废水的治理，其具体方法有两种：一是生物膜法，二是活性污泥，要根据废水的实际情况来确定。采用生物反应器对纸浆废水进行生物降解，能够将好氧微生物转化成好氧微生物。对提高废水的处理有很好的作用。微生物群是一种非常有效的微生物，它具有很大的表面和高度的粘稠度，可以有效地吸收水中的有机物和重金属。常用的生物膜法可以采用多种不同种类的好氧菌，它们之间的联系，使其组成一个完整的菌群，使有机物质完全降解。在利用生化膜技术对造纸废水进行处理时，也能有效地利用生物膜对废水进行有效的过滤。例如，利用贝氏硫菌和球衣菌，可以有效地过滤水中的大分子成分，从而达到去除和分解某些有机物的作用，从而提高造纸废水的治理效率。在采用好氧微生物来净化工业废水时，通常都是在有氧条件下进行的，采用了活性污泥与沼气法相结合的工艺，可以对含硫量的废水进行有效的治理，并且可以将 BOD的脱除率提高至90%，COD的脱除率可达4%。采用活性污泥工艺，可以有效地去除造纸过程中的有机物质，使COD和BOD的去除效率达到88%，从而达到了较好的处理效果[1]。

(2)厌氧细菌。厌氧法在造纸企业的污水治理中得到了快速的发展。国内外对纸机废水的治理采用了各种厌氧生物技术。其中，厌氧接触反应器、厌氧滤器(A F)、上流式厌氧生物反应器(UASB)和二相厌氧工艺、厌氧内循环反应器(IC)等。并且，很多技术目前都被用于实际的制造。荷兰Paques和Biothane是全球最好的两个公司。现主要采用UA-SB工艺的厌氧生物反应器，主要应用在各种制浆造纸工业污水中，如：TMP、CTMP、机械浆、二次纤维制浆、蒸发冷凝水、亚硫酸盐漂白、造纸车间和纸板厂的污水等。目前世界上大部分发达国家和很多发展中国家都采用了厌氧工艺来解决纸浆和纸浆的问题。例如：一家制浆厂对 MP、 CTMP污水进行了厌氧-好氧联合工艺，在该工艺条件下，该工艺负载为18 kg COD/(m3. d), CTMP污水为22 kgCOD/(m3. d)，COD和 BOD的脱除率为75%。

木质或其它含有纤维的物质在化学或机械作用下的造纸工艺，例如木质素和木质萃取物(碳水化合物，乙酸和其他有机酸，甲醇和其他低分子醇)。通过水解、发酵、乙酰化、脱氢化、沼气化四个阶段，使污水中的有机化合物转化为其它的小分子的沼气，从而实现生物的降解。基质成分对厌氧菌的降解和生物的生长有重要的作用，通常 COD: N: P=800∶5:1就可以了。实际上，当一个厌氧菌需要的时候，它需要的是纯的单细胞的11%，而磷只需要2%的净化率。最近的一些实验结果显示，当磷素极度匮乏时，该细胞的生长速度会减慢，但是沼气的作用却很好。因此，可以通过加入的磷肥来实现对剩余污泥的控制。在污水中，沼气池中的产沼菌最适宜 pH在7.0～7.5之间，在6.5-6.8以下可使沼气杆菌生长受阻，但在6.0以下或8.5～9.0以上时，沼气生物的产量将被阻止。因此，保持厌氧工艺的 pH是非常关键的， pH与污水本身的 pH值息息相关，以往已有文献报导， pH值在1000～1500 mg/L (CaCO3)时能够保持。但由于纸浆造纸的主要成份是有机酸、乙醇、乙醛、酮和糖类，因此，是否要补加碱性，则要视污水的构成和在厌氧池中要保持的挥发酸的含量而定。

(3)制浆造纸废水厌氧处理中抑制剂的去除。在制浆造纸污水中，主要表现为：硫酸盐、亚硫酸盐、硫化物、氧化物、有机酸、重金属、木材萃取物、有机添加剂等。根据不同的有机硫化物的不同，其毒力等级依次为：硫酸盐<硫代硫酸盐>>硫化物>5 g/L，当溶态硫化氢浓度为50 mg/L时，可使厌氧菌产生一定的抑菌效果。当废水中的挥发酸含量超过2000 mg/L时，若不保持合适的 pH，则会使其变成有毒物质。但如果能将其中和，则可以得到更好的处理。重金属也具有毒性，因为它能阻止酶的作用，从而阻碍了新陈代谢。但对于纸浆造纸工业，由于其含硫物质会与重金属发生沉淀，因此必须添加 Ni和 Fe以适应其生长需求。高密度的木质提取液和综合剂，例如DT PA部分，在处理机器浆液中H2O2时，会对生物降解产生一定的影响。在一定的条件下，可以将树脂酸分解到一定的水平，而在淤泥中则可以沉淀出大量的脱氢松香酸，从而达到一定的清除作用。其数量约为单细胞净产率的11%，而磷素则为2%。最近的一些实验结果显示，当磷素极度匮乏时，该细胞的生长速度会减慢，但是沼气的作用却很好。因此，可以通过添加磷肥来实现对剩余污泥的控制。在污水中，沼气池中的产沼菌最适宜 pH在7.0～7.5之间，在6.5-6.8以下可使沼气杆菌生长受阻，但在6.0以下或8.5～9.0以上时，沼气生物的产量将被阻止。因此，保持厌氧工艺的 pH是非常关键的， pH与污水的 pH值息息相关，以往已有文献报导， pH值在1000-1500 mg/L (CaCO3)时能够保持。但由于纸浆造纸的主要成份是有机酸，有机酸，乙醇，乙醛，酮和糖类，因此，是否要补加碱性，则要视污水的构成和在厌氧池中要保持的挥发酸的含量而定[2]。

2 真菌在造纸工业废水处理中的应用

菌类的多样性和广泛性是其特点。虽然目前还没有将微生物作为主要的研究对象，但对于污水的治理，它还是有着很好的效果。利用真菌进行污水的生物降解，使其与各类纤维成分发生降解，有利于提高污水的质量。采用菌种进行造纸污水的治理，可以使污水的治理效率得到更大的提高，是一种很好的推广使用方法。目前，利用生物反应器对微生物进行微生物的分离，目前已能将100多种微生物与微生物进行分离，并对废水进行了较好的处理。有关的研究结果显示，生物过滤系统的生物膜含有大量微生物和真菌，约占30%。利用镰刀霉属、瘤胞霉属等菌类对纸浆废水进行治理，其利用效果较佳。利用真菌来进行活性污泥的生物处理，也可以起到很好的絮凝剂的作用，一些细菌甚至可以将一些废水中的纤维和有机物分解，从而提高废水的处理效率。利用霉菌对造纸污水进行生物降解，一般使用白腐细菌作絮凝剂，将大部分固体颗粒、悬浮颗粒和凝胶颗粒集中沉降，再利用物理处理技术将其分解，达到对污水的净化和处置要求。利用白腐菌进行废水生物降解，在废水中加入一些主要的酶类，对废水的生物降解具有一定的催化作用，从而使废水中的有机物得到更好的分解。比如，通过抑制木素中的电子，切断木素中的分子链，提高其降解效率，从而达到废水的治理要求。利用木素进行废水的治理，既能保证废水的处理，又能保持其生物酶的活力。利用白腐真菌进行废水生物降解，同时也会生成高含量的Mn过氧化酶。此类菌种在生物降解中会生成一种具有较好的活性的芳环多聚物。另外，用于废水处理的过氧化物锰也可以通过过氧化氢的催化作用而直接产生苯氧残基。转化期间，木素发生了分解，三价锰可以在转化的同时，起到了很好的防护作用。

为进一步阐明微生物在造纸工业中的作用，有关专家将主要的白腐菌类真菌列为主要的生物降解菌，包括变色云芝，血红孔菌，毛栓菌和野生菌。根据纸浆污水中的微生物种类，通常采用白腐真菌进行生物降解处理。在进行菌种的培育时，可以选用黄芽原毛平革菌。经有关专家的调查，白腐霉菌的使用，使其对木质素和 COD的去除能力大大增强，其处理的有效率超过71%。通过对46个不同的微生物进行了初步研究，发现13个具有良好的降解能力，可以在一定程度上抑制造纸废水的 pH，从而达到了对造纸废水的处理要求。在白腐真菌中，漆酶为一种含有4个铜的多酚氧化酶，通常分子量为64-399。大多数的漆酶都是利用氧来完成对电子容器中的蛋白酶进行的，在废水的降解中，它可以与氧化制得的木素进行化学共分解，从而达到了理想的生物降解效果。白腐菌在废水的净化中起着举足轻重的作用，它可以制造出大量的酶来催化木素的氧化，而这些酵母体又必须在一定程度上协同作用，才能使其降解机制得以完全的实现。利用白腐真菌可以使木素大分子的降解，并将其转化为小量的物质，并在一定的新陈代谢过程中，转化成亚水和CO2。得到了很好的去除木素的作用[3]。

3 其他生物在造纸工业废水处理中的应用

目前，在对纸浆废水的治理中，除采用细菌、霉菌等微生物以外，还对某些原生生物和海藻具有较好的处理作用。国外已在利用人造湿地进行污水治理方面进行了大量的研究，这些技术可以使污水得到较好的净化，达到 COD和 BOD去除的目的。另外，将造纸废水用来浇灌芦苇，还可以有效地抑制土壤的盐碱度，芦还可以用作再生造纸原料，从而达到对资源的再利用。在其自身的成长中，还可以将废液中的养分和重金属元素全部吸附下来，从而不会对地下水和周边的水体产生任何的污染[4]。

4 结语

近几年，随着科技的飞速发展，在造纸行业的环境治理中出现了许多新的工艺。利用生物技术可有效地去除污水中的各类细菌，达到环保污水的治理目的。目前国内所有的造纸厂都应加强对微生物、真菌等微生物的研究。通过建立可再生的废水治理体系，提高了造纸行业的经济效益和生态效益，符合绿色发展的要求。