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.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(duì)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.人工濕地處理造紙廢水的應(yīng)用前景
2.1人工濕地應(yīng)用背景
人工濕地技術(shù)是國際上近30年發(fā)展起來的一種廢水處理新技術(shù)，自1974年第一個(gè)人工濕地污水處理的系統(tǒng)在西德建成以來，這方面的研究在世界范圍內(nèi)得到了迅速發(fā)展。制漿造紙廢水成分復(fù)雜，有機(jī)物含量高，處理非常困難，采用常規(guī)的化學(xué)+生化處理的方法，不僅難以使處理的廢水達(dá)到排放標(biāo)準(zhǔn)，而且處理成本高，一般的中小型企業(yè)，難以承擔(dān)高昂的處理費(fèi)用，導(dǎo)致一些企業(yè)偷排污水，造成嚴(yán)重的污染事故。人工濕地污水處理系統(tǒng)具有低投資、低運(yùn)行費(fèi)、低能耗、不需要復(fù)雜的維護(hù)、污染物質(zhì)去除率較高的特點(diǎn)。因此，在一些地域廣闊、灘涂較多的地方，可以因地制宜地建立人工濕地或利用現(xiàn)有的濕地，利用濕地系統(tǒng)的水草、蘆葦?shù)人参锏纳顒?dòng)代謝作用、地表系統(tǒng)自然凈化功能、土地吸收和吸附作用等因素，對(duì)經(jīng)隔柵、絮凝等初步處理或二級(jí)生物處理后的廢水作深度處理，使之達(dá)到國家規(guī)定的排放標(biāo)準(zhǔn)。在新西蘭人工濕地作為廢水深度處理技術(shù)已被廣泛采用，目前新西蘭大約有80個(gè)人工濕地系統(tǒng)在使用，有些小規(guī)模的人工濕地已使用了近30年。
2.2 人工濕地處理造紙廢水的原理
濕地是自然環(huán)境中自凈能力很強(qiáng)的區(qū)域之一，它利用處于水陸交接相的復(fù)雜生態(tài)體系，由水、永久性或間歇性處于水飽和狀態(tài)下的基質(zhì)以及水生生物組成，它具有較大的活性與較高的生產(chǎn)能力。人工濕地是由人工優(yōu)化模擬濕地系統(tǒng)而建造的具有自然生態(tài)系統(tǒng)綜合降解凈化功能，且可人為監(jiān)督控制的處理系統(tǒng)。人工濕地對(duì)造紙廢水具有獨(dú)特而復(fù)雜的凈化機(jī)理，它能利用基質(zhì)—微生物—植物這個(gè)復(fù)合生態(tài)系統(tǒng)的物理、化學(xué)和生物的三重協(xié)調(diào)作用，通過共沉、過濾、吸附、離子交換、植物吸收和微生物分解來實(shí)現(xiàn)對(duì)造紙廢水的高效凈化，同時(shí)通過營養(yǎng)物質(zhì)和水分的生物地球化學(xué)循環(huán)，促進(jìn)綠色植物生長并使其增產(chǎn)，實(shí)現(xiàn)廢水的資源化和無害化。人工濕地系統(tǒng)成熟后,濕地表面和植物根系中生長了大量的微生物，形成生物膜，經(jīng)過隔柵、絮凝初步處理或二級(jí)生物處理后的造紙廢水流經(jīng)人工濕地系統(tǒng)時(shí)，大量的懸浮固體被填料和植物根系截留并沉積在基質(zhì)中，其它污染物則通過生物降解和植物吸收等作用而被去除，通過定期更換和收割栽種在濕地床填料中的植物，最終使污染物從濕地系統(tǒng)中得到去除。
2.3人工濕地類型和特點(diǎn)
目前在國內(nèi)外主要研究的人工濕地有：自由表面流人工濕地、水平潛流人工濕地和垂直潛流人工濕地三種。選用人工濕地類型時(shí)，應(yīng)根據(jù)污水的水質(zhì)和各個(gè)地方的實(shí)際情況來定。下面分別介紹三種濕地的處理原理及各自的特點(diǎn)。
2.3.1自由表面流人工濕地
自由表面流人工濕地，廢水在濕地表面漫流，系統(tǒng)中氧的來源主要靠水體表面擴(kuò)散、植物根系的傳輸和植物的光合作用，絕大部分有機(jī)物是由生長在植物水下莖、桿上的生物膜去除的。這種類型的人工濕地具有投資少、操作簡(jiǎn)單、運(yùn)行費(fèi)用低等優(yōu)點(diǎn)，但占地面積較大，水力負(fù)荷率較小，不能充分利用填料及豐富的植物根系，去污能力有限，且運(yùn)行受氣候影響較大，夏季易孳生蚊蠅。張榮社等利用自由表面流人工濕地處理農(nóng)業(yè)面源污水，研究結(jié)果表明水力停留時(shí)間(HRT) 2天以上，系統(tǒng)即可高效穩(wěn)定運(yùn)行，當(dāng)水力停留時(shí)間為2和3天時(shí)，系統(tǒng)總氮去除率達(dá)到84.9%和85.6%。
2.3.2水平潛流人工濕地
水平潛流人工濕地，由一個(gè)或多個(gè)填料床組成，床體填充基質(zhì)，床底設(shè)有防滲層，廢水從一端水平流過填料床。這種類型的人工濕地的水力負(fù)荷比自由表面流人工濕地大，對(duì)BOD、COD、SS等污染指標(biāo)的去除效果好，而且很少有惡臭和孳生蚊蠅現(xiàn)象，但容易發(fā)生堵塞現(xiàn)象，控制相對(duì)復(fù)雜。
2.3.3垂直潛流人工濕地
垂直潛流人工濕地，污水從濕地表面縱向流向填料床的底部，系統(tǒng)中氧的來源主要是通過大氣擴(kuò)散和植物傳輸。垂直流人工濕地系統(tǒng)的水流狀態(tài)是維持系統(tǒng)正常運(yùn)行、使系統(tǒng)充分發(fā)揮凈化效果的重要因素，水流狀態(tài)對(duì)凈化效率影響較大。這種類型的人工濕地的硝化能力高于水平潛流人工濕地，可用于處理氨氮含量較高的污水，但對(duì)有機(jī)物的處理能力不如水平潛流人工濕地系統(tǒng)，且落干/淹水時(shí)間較長，控制相對(duì)復(fù)雜，夏季易生蚊蠅。具體參見http://lj-lighting.cn更多相關(guān)技術(shù)文檔。
2.4人工濕地處理造紙廢水的優(yōu)勢(shì)和存在的問題
人工濕地污水處理系統(tǒng)具有出水水質(zhì)穩(wěn)定，對(duì)有機(jī)物、N和P去除能力強(qiáng)，基建運(yùn)行費(fèi)用低，易于維護(hù)，耐沖擊負(fù)荷強(qiáng)，適于處理間歇排放的污水，并具有美學(xué)價(jià)值等優(yōu)點(diǎn)，但也還存在一些有待進(jìn)一步解決的問題。
2.4.1人工濕地處理造紙廢水的優(yōu)勢(shì)
人工濕地系統(tǒng)相對(duì)于其它的處理方法而言，有如下優(yōu)點(diǎn):
(1)建造費(fèi)用便宜，易于管理、維護(hù)，技術(shù)含量低，可緩沖水力和污染負(fù)荷的沖擊;人工濕地工藝無需曝氣、投加藥劑和回流污泥，也沒有剩余污泥產(chǎn)生，因而可大大節(jié)省運(yùn)行費(fèi)用。
(2)制漿造紙企業(yè)是用水大戶，耗水費(fèi)用在成本中的比例不容忽視，現(xiàn)在廣泛提倡廢水回用、封閉循環(huán)和造紙廢水零排放。人工濕地處理后的出水水質(zhì)較好，可以根據(jù)出水水質(zhì)情況和用水要求進(jìn)行回用或灌溉，也可用于農(nóng)、林、牧、副、漁業(yè)，亦可用于娛樂業(yè)。因此，人工濕地不但解決了廢水的出路問題，而且變廢為寶，節(jié)約成本，產(chǎn)生一定的經(jīng)濟(jì)效益。
(3)現(xiàn)在造紙界廣泛提倡林-紙一體化，是國家行業(yè)發(fā)展的方向，制漿造紙企業(yè)可以在人工濕地系統(tǒng)中種植速生木材、蘆葦?shù)仍旒堅(jiān)稀＝?jīng)過初級(jí)處理后造紙廢水富含有機(jī)物和氮磷等營養(yǎng)物質(zhì)，可作為水生植物的養(yǎng)分，因此經(jīng)濕地處理后的水，是一種重要的新資源。劉鵬飛等[11]用制漿造紙廢水灌溉蘆葦?shù)脑囼?yàn)，結(jié)果表明經(jīng)過中和的廢水排入蘆葦塘水域內(nèi)，不僅廢水水質(zhì)得到很大改善，而且土壤中植物所需要的氮、磷、鉀、鈣、鎂、有機(jī)質(zhì)等有所增加，提高了土壤肥力，同時(shí)蘆葦生命活動(dòng)中釋放出二氧化碳，中和了廢水堿性，防止土壤鹽堿化。灌區(qū)蘆葦生長繁茂，明顯看到植株高而粗，較非灌區(qū)產(chǎn)量大大提高。其它的濕地植物也可回收利用，如用其生產(chǎn)沼氣、生產(chǎn)飼料等。因此采用人工濕地，在解決了廢水污染問題的同時(shí)，因地制宜，營造一些人工景觀，出水及水生植物可綜合利用，降低造紙業(yè)的運(yùn)行費(fèi)用。
(4)人工濕地經(jīng)過系統(tǒng)規(guī)劃建成后，不但給周圍環(huán)境增加了綠色，改善生態(tài)環(huán)境，為野生動(dòng)物增加了棲息場(chǎng)所，提高區(qū)域景觀價(jià)值，給人們帶來了美的享受;而且人工濕地還可作為環(huán)境教育與宣傳的基地，助于改變?nèi)藗兊纳鷳B(tài)觀念，提倡節(jié)約水資源、重復(fù)利用可再生資源的理念，使人們建立起尊重自然的嶄新生活觀。
3.4.2人工濕地處理造紙廢水存在的問題
(1)人工濕地系統(tǒng)土地需求量大，環(huán)境潮濕，容易孳生蚊蟲，而且目前對(duì)人工濕地缺乏精確的設(shè)計(jì)運(yùn)行參數(shù)、長期運(yùn)行系統(tǒng)的詳細(xì)資料、人工濕地設(shè)計(jì)管理知識(shí)和經(jīng)驗(yàn)，缺乏對(duì)熱帶濕地生態(tài)及本地濕地物種的了解，在生物和水力復(fù)雜性、重要工藝動(dòng)力學(xué)等方面的理解也很有限。另外，人工濕地系統(tǒng)達(dá)到穩(wěn)定成熟的時(shí)間長，據(jù)已有數(shù)據(jù)，在系統(tǒng)建成幾年后才達(dá)到完全穩(wěn)定運(yùn)行的狀態(tài)，要使?jié)竦叵到y(tǒng)達(dá)到其最優(yōu)效率，則需2-3個(gè)生長周期。
②應(yīng)用人工濕地系統(tǒng)遇到的另一個(gè)主要問題是:人工濕地的堵塞。堵塞使得廢水的有效停留時(shí)間減少，原來的流動(dòng)路徑短路，廢水在濕地表面徑流，影響濕地長期運(yùn)行的穩(wěn)定性，甚至使?jié)竦叵到y(tǒng)失去其應(yīng)有的功能。造成人工濕地堵塞的因素是多方面的，一般通過廢水的前處理，減少進(jìn)水中難降解的懸浮物的濃度，防止發(fā)生堵塞; Ryszard Blaze-jewski等認(rèn)為厭氧條件加速了系統(tǒng)的堵塞，因而間歇的投水方式和適當(dāng)?shù)臐竦馗苫趯?duì)于系統(tǒng)避免堵塞也是必要的。
有機(jī)物的堵塞過程可分為下面三個(gè)階段:第一個(gè)階段是滲透速率接近系統(tǒng)開始運(yùn)行時(shí)的滲透速率，但呈現(xiàn)逐漸下降趨勢(shì);接著是一個(gè)實(shí)質(zhì)性的平穩(wěn)下降階段;最后是間歇的系統(tǒng)堵塞階段直至持續(xù)堵塞發(fā)生。通過選擇含難降解化合物水平較低的植物品種、定期收割植物的地上部分以及定期去除系統(tǒng)表面積累的有機(jī)物粘膜，來減少由植物造成有機(jī)物堵塞。
4.總結(jié)
4.1粉煤灰處理造紙廢水的發(fā)展方向
粉煤灰原料來源廣泛、價(jià)格低廉，可以用來去除水中的污染物。根據(jù)粉煤灰的物理化學(xué)特性進(jìn)行改性，工藝簡(jiǎn)單，利用改性后的粉煤灰處理造紙廢水，不僅處理效果好，而且還為粉煤灰的綜合利用開啟了新的方向，具有以廢制廢，節(jié)約資源等優(yōu)點(diǎn)。國內(nèi)外研究表明，粉煤灰中含有較多的活性氧化鋁和氧化硅等，具有較強(qiáng)的吸附能力，可廣泛應(yīng)用于廢水的處理。
4.2人工濕地處理造紙廢水的應(yīng)用前景
對(duì)小區(qū)域來說，廢水經(jīng)過化學(xué)池、氧化塘處理后，人工濕地處理作為一種深度處理方法非常實(shí)用有效。人工濕地系統(tǒng)是一個(gè)完整的生態(tài)系統(tǒng)，形成了內(nèi)部的良好循環(huán)并具有較好的經(jīng)濟(jì)效益、生態(tài)效益和環(huán)境效益，是正在不斷得到研究應(yīng)用和發(fā)展的污水處理實(shí)用新技術(shù)。這項(xiàng)技術(shù)適合我國國情，尤其適合廣大城鎮(zhèn)和農(nóng)村地區(qū)的中小型造紙企業(yè)的污水處理，具有極其廣闊的應(yīng)用前景。（谷騰水網(wǎng)）
