[科普中国]-造纸工业废水处理

造纸工业生产分为两个主要工艺阶段，即制浆和抄纸。制浆是把植物原料中的纤维分离 出来，制成浆料，再经漂白；抄纸则是把浆料稀释、成型、压榨、烘干、制成纸张。这两项工艺都耗用大量的水。在中国，生产1吨纸约需水100吨（木浆）至400吨（草浆），其中大部分作为废水 排出。

概述造纸工业生产分为两个主要工艺阶段，即制浆和抄纸。制浆是把植物原料中的纤维分离出来,制成浆料,再经漂白；抄纸则是把浆料稀释、成型、压榨、烘干、制成纸张。这两项工艺都耗用大量的水。在中国,生产1吨纸约需水100吨（木浆）至400吨（草浆），其中大部分作为废水排出。造纸废水中含 BOD（生化需氧量）和SS（悬浮物）浓度很高，并含有大量化学药品和杂质。
制浆产生的废水，污染最为严重。洗浆时排出废水呈黑褐色，称为黑液。每生产 1吨纸浆，排出10波美度(10°Be′)的黑液约10吨。黑液中的污染物浓度很高,BOD高达5000～40000毫克/升，纤维总量有时高达产品总量15%以上。还含有大量无机盐和色素。漂白工序排出的废水中也含有酸、碱等物质。在抄纸工艺中，抄纸机前端排出的废水，称为白水，其中含有大量纤维和在生产过程中添加的填料和胶料，大多是有用物质。黑液和白水是造纸工业的主要废水1。

黑液处理广泛采用的黑液处理方法是燃烧法，以回收氢氧化钠、硫化钠、硫酸钠以及同有机物结合的其他钠盐。首先用真空洗浆机或压力洗浆机把黑液从蒸煮后的浆料中提取出来，经过3效至5效蒸发器，将黑液蒸发浓缩至固体含量达45%以上，然后送入燃烧炉。在燃烧炉中，加入硫酸钠，在1100℃温度下燃烧。燃烧的作用在于继续蒸发黑液中水分，促使黑液中钠盐遇热分解。在燃烧炉中，有机物和空气混合燃烧，无机物成为熔融物。有机杂质分解如下：
NaOR+O2──→Na2O+CO2+H2O
Na2O+CO2──→Na2CO3式中R是有机基团，H和C是R燃烧产生的。硫酸盐与碳反应还原成硫化钠：
Na2SO4+2C──→Na2S+2CO2黑液燃烧后的熔融物可溶于水中，溶液称为绿液，主要成分为碳酸钠。在绿液中加入石灰进行苛化，得氢氧化钠：
Ca(OH)2+Na2CO3──→2NaOH+CaCO3↓这种方法适用于处理以木材为原料的碱法造纸废水，而不适用于处理以草类纤维为原料的造纸废水。草类原料的纤维细小，半纤维素含量高，又含有硅。因纤维细小，提取黑液时耗水量大；在蒸发时，硅酸盐会结垢，使传热系数下降，甚至堵塞管路。草浆黑液较为粘稠，蒸发后不易达到燃烧所需浓度，需增加辅助燃料。硅酸钠熔点(1088℃)比碳酸钠熔点(874℃)高，会促使碳酸钠大量挥发。另外在碳酸钠苛化时，由于所形成的硅酸钠的干扰，碳酸钙不易下沉，降低了苛化效率。因此，草浆黑液还不能广泛利用1。

方法制铵肥法黑液含碱量大，一般pH值在10以上。在黑液中加入废酸，把pH值调至1～2，然后加氨中和到中性，即为胡敏酸胺，其中含氨1%左右，呈液态,用作农肥，肥效高而持久，并能增进土壤疏松。这种处理方法投资少而收效大，简单易行。

制磷肥法将黑液蒸发浓缩至25波美度浓度，使其与磷石、钾石一起在1100℃温度下燃烧，利用黑液中部分热量和在高温燃烧时生成的碳酸钠，烧制成磷肥。这种磷肥的肥效较好。此法设备投资较大，黑液中的某些有用成分也不能回收。

电渗析法从60年代起，中国开始用电渗析法综合利用碱法制浆黑液的试验研究，碱的回收率可达70%以上;有机阴离子在阳极反应,逐渐氧化成为有机酸类；木质素沉淀下来可以回收利用。
经脱碱和分离木质素后的黑液，可调整pH值，并加氨水中和，成为胡敏酸胺。这种方法能回收利用黑液中大量有用物质，又不产生新的废物，但是电耗过大，回收1吨烧碱约耗电5000千瓦小时。

漂白废水处理纸浆一般要进行三段漂白工艺。在氯化段,产生酸性废水；在碱处理段,产生碱性废水；在漂白段，产生氧化物废水。这些废水可与抄纸机废水混合一起处理。主要处理方法有：

物理法通过过滤、沉淀、上浮等方法，主要去除废水中固体悬浮物如木节、树皮、浆碴、纤维、填料、胶料和涂料等。一般可去除悬浮物80%以上，去除 COD（化学需氧量）50%左右。

生物法用活性污泥法、生物膜法等。如有可能，也可用氧化塘法或在曝气池内去除有机物。

化学法采用中和、氧化脱臭等。中和处理常用在澄清前调节pH值，使漂白废水满足生物法处理所需条件。也可在废水排放前进行中和以达到排放要求。漂白废水常在生物处理前段或后段进行脱臭、脱色等处理。
此外还有吸附和凝聚法,用以脱色,去除悬浮物和胶体物质。如利用石灰、活性炭或混凝沉淀法脱色，并可去除大量有机物。某些国家也采用反渗透、超过滤、电渗析以及离子交换等处理法。

白水处理抄纸产生的废水是在抄纸机的案辊部分由稀释纸浆分离出的水（白水），含有大量纸浆纤维以及高岭土、滑石粉等填料和松香胶料。白水可以直接送回纸浆稀释槽重复利用，水和原料都有利用价值。吸水箱吸出的废水和压榨出的废水，所含各种成分和纤维都低于白水，可以送到打浆机回用，或用分离法回收其中的纤维、填料。分离的方法是先用筛网过滤，再用沉淀、气浮法处理。这种方法可使悬浮物降低到15～20ppm,纤维回收率达90%以上，处理水可回用。
酸法造纸的废水呈酸性，所含BOD高，色浓,含有戌糖、己糖、木质素等。木浆废水可经中和后发酵，利用其中糖类制造酒精，每吨废水可制酒精1公斤左右。也可把废水浓缩后直接制成粘合剂（如苇草制浆废水）、分散剂、鞣剂，或加工提取饲料酵母、硫代木质素、香兰素等副产品。这些方法的经济效果还不理想，技术上还有问题，未能推广。各国一般是采用燃烧法回收热量和化学药品如镁盐等。造纸工业废水的处理应主要着眼于提高循环用水率，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完善处理手段1。

本词条内容贡献者为:

黄头生 - 副教授 - 华北电力大学