制浆造纸废水处理技术研究进展

一、引言

制浆造纸行业年排放废水超 40 亿吨，占工业废水总排放量的 10%-15% ，其中制浆阶段废水 COD 浓度达 5000-30000mg/L ，含有大量难降解有机物（如木质素衍生物）和有毒物质（如硫化物），直接排放将导致水体黑臭、生态破坏。高效的废水处理技术可使吨纸废水排放量从 200 吨降至 50 吨以下，COD 排放浓度控制在 50mg/L 以内（达到地表水 Ⅲ 类标准），同时通过木质素回收、沼气发电等实现资源再利用，附加价值提升 30% 。在 “双碳” 与 “碧水保卫战” 战略下，废水处理技术的创新不仅是达标排放的要求，更是推动行业低碳循环发展的关键，对实现 “减污降碳” 协同增效具有重要意义。

二、制浆造纸废水处理技术的现状与挑战

2.1 现状特征

技术多元化应用： 90% 的企业采用 “预处理 + 生化处理” 组合工艺（如格栅+UASB+ 好氧池）， COD 去除率达 85%-90% ； 40% 的大型企业配套深度处理技术（膜过滤、高级氧化），出水回用率提升至 60% ，较十年前提高 40 个百分点。

资源回收起步： 30% 的制浆企业从黑液中提取木质素（纯度 ⩾90% ），用于生产胶黏剂、染料等； 20% 的污水处理厂配套沼气发电系统，能源自给率达15%-20% ，实现 “变废为宝”。

标准倒逼升级：行业排放标准收紧（COD 限值从 100mg/L 降至 50mg/L ），重点区域执行特别排放限值（ COD⩽30mg/L ），推动企业技术改造率提升至70% ，处理设施投资占总投资比重达 20% 。

2.2 主要挑战

难降解物质处理难：废水中木质素、长链有机物等生物降解率仅 30% -40% ，需高级氧化等深度处理（成本增加 20%-30% ），中小型企业难以承受。

处理成本高：吨水处理成本达 8-15 元（是普通工业废水的 2-3 倍），其中药剂消耗占 40% 、能耗占 30% ，部分企业因成本压力偷排漏排风险增加。

资源回收效率低：黑液提取率仅 70%-80% （剩余部分进入废水），木质素提纯能耗高（每吨耗电超 1000 度），经济性不足制约规模化应用。

波动适应性弱：原料（木材、秸秆）与工艺变化导致废水水质波动超 30% 传统处理系统抗冲击能力差（处理效率下降 20%-30% ），出水达标率不稳定。

三、制浆造纸废水处理的核心原则

3.1 分级处理原则

分段针对性处理：制浆黑液优先采用碱回收（回收率 ⩾95% ），中段废水侧重生化降解（COD 去除负荷 1-2kg/m³Σ^-d ），抄纸白水以循环回用为主（回用率⩾90% ），避免 “一刀切” 处理。

梯度净化：按 “预处理（去除悬浮物）→生化处理（降解有机物） $$ 深度处理（去除微量污染物）” 阶梯推进，每阶段去除率分别达 60% 、 85% 、 90% ，最终出水达标率≥ 98% 。

3.2 资源循环原则

物质回收：黑液中碱回收率 ⩾90% ，木质素提取率 ⩾70% ，废纸脱墨废水纤维回收率 ⩾80% ，减少资源浪费与污染物排放。

能源利用：厌氧处理产生的沼气（甲烷含量 ⩾60% ）收集利用率 ⩾90% ，用于发电或供热，替代 20% 化石能源，降低碳足迹。

四、制浆造纸废水主流处理技术

4.1 预处理技术

物理预处理：格栅（去除 ⩾10mm 悬浮物） + 沉砂池（去除砂粒效率⩾90% ） + 气浮（SS 去除率 ⩾80% ），降低后续处理负荷，运行成本占总处理成本 10%-15% 。

化学预处理：采用混凝沉淀（PAC 投加量 50-100mg/L ），COD 去除率达30%-40% ，SS 去除率 ⩾90% ，适合高悬浮物废水（如抄纸白水）。

4.2 生化处理技术

厌氧处理：UASB 反应器（容积负荷 5-15kgCOD/m³⋅d ）处理高浓度废水（C 0D3000-10000mg/L ），COD 去除率 60%-80% ，产气率 0.3-0.5m³/kgCOD ，兼顾减排与产能。

好氧处理：活性污泥法（MLSS 3-5g/L ）或生物膜法（COD 负荷 0.5-1.5kg/ m³ ·d），COD 去除率 80%-90% ，氨氮去除率 ⩾95% ，适合中低浓度废水（COD<3000mg/L ）。

五、制浆造纸废水处理技术的发展趋势

5.1 高效生化技术创新

功能菌剂开发：筛选木质素降解菌（降解效率提升 40% ）、耐盐菌（适应盐度 ⩽3% ），提高生化系统对复杂废水的处理能力，降低药剂消耗 20% 。

工艺耦合：厌氧氨氧化与反硝化耦合（脱氮效率提升 30% ），好氧颗粒污泥（沉降速度提升 5 倍），减少占地面积 50% ，运行成本降低 15% 。

5.2 资源高值化利用

木质素转化：通过催化加氢将木质素转化为芳香族化合物（转化率⩾60% ），附加值提升 10-20 倍，替代部分石油基原料。

水热炭化：高浓度有机废水转化为生物炭（固定碳含量 ⩾60% ），用于土壤改良或吸附材料，实现碳封存与资源循环。

六、结论

制浆造纸废水处理技术已从 “末端治理” 向 “全过程控制 + 资源循环” 转型，通过预处理 - 生化 - 深度处理协同，可实现 COD 去除率 95% 、水回用率80% 的目标。当前存在的成本高、资源回收效率低等问题，可通过功能菌剂开发（处理效率提升 40% ）与智能化调控（能耗降低 15% ）解决。未来，随着高值化资源回收（木质素转化附加值提升 20 倍）与低碳工艺（碳排放减少 30% ）的成熟，废水处理将成为 “污染物减排 + 资源生产” 的双重载体，推动制浆造纸行业向 “零排放、全循环” 方向发展，为工业废水治理提供示范模式。

参考文献

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