近年來，我國造紙工業(yè)發(fā)展迅速，制漿造紙行業(yè)發(fā)展與環(huán)境保護(hù)之間的矛盾日益突出。造紙工業(yè)淡水需求量大，所排造紙廢水為高耗氧、高污染、難降解的有機(jī)廢水。在制漿和造紙生產(chǎn)過程中，造紙廢水可分為黑（紅）液、中段廢水和紙機(jī)白水。目前，黑液、白水可以實(shí)現(xiàn)綜合回收利用，而制漿中段廢水因排放量大、污染物成分復(fù)雜、污染負(fù)荷高、毒性較大而成為處理的主要難題。微生物絮凝劑作為新一代絮凝劑，具有高效、價(jià)廉、無毒無害、無二次污染、除濁脫色、能自行降解、使用范圍廣等優(yōu)點(diǎn)。有研究表明，使用堅(jiān)強(qiáng)芽孢桿菌產(chǎn)生的絮凝劑處理印染廢水和酵母廢水，可取得良好的絮凝效果；從活性污泥中分離得到的微生物絮凝劑菌株（P. alcaligenes8724）所產(chǎn)生的絮凝劑對造紙黑液和氯霉素等有色廢水具有良好的絮凝脫色作用。筆者以傳統(tǒng)無機(jī)絮凝劑聚合氯化鋁（PAC）對造紙廢水的處理效果為參照，研究了微生物絮凝劑CBF（compoundbioflocculant）、LBF（liquid bioflocculant）對造紙廢水的絮凝效果，確定微生物絮凝劑CBF、LBF 處理造紙廢水的最佳條件，探究了實(shí)現(xiàn)微生物絮凝劑高效、低成本產(chǎn)業(yè)化的可行性。
1 實(shí)驗(yàn)部分
1.1 造紙廢水來源及水質(zhì)狀況
遼寧某造紙有限公司以蘆葦為原料，采用堿法制漿進(jìn)行生產(chǎn)。實(shí)驗(yàn)所用造紙廢水指該公司污水處理廠的進(jìn)水（造紙廠內(nèi)各車間廢水的混合），生化出水指造紙廢水經(jīng)過生化處理后二沉池的出水，其中造紙廢水SS 為194 mg/L，COD 為1 157 mg/L，色度為600 倍； 生化出水SS 為106 mg/L，COD 為224mg/L，色度為200 倍。
1.2 試劑和儀器
1.2.1 主要試劑
鹽酸、氫氧化鈉、氯化鈣，均為分析純試劑。PAC：傳統(tǒng)無機(jī)絮凝劑聚合氯化鋁，配制成質(zhì)量濃度為2 g/L 的溶液。
CBF：采用兩株芽孢桿菌屬高效菌株，利用微生物混合效應(yīng)進(jìn)行復(fù)配，從菌液中提取制備成CBF絮凝劑，質(zhì)量濃度為2 g/L。
LBF：投加藥劑制備剩余污泥水解懸浮液，離心處理后取上清液作為生物絮凝劑LBF。
1.2.2 主要儀器
MY3000-6M 彩屏混凝實(shí)驗(yàn)攪拌儀器，武漢市梅宇儀器有限公司；pHS-3C 雷磁精密pH 計(jì)，上海精密科學(xué)儀器有限公司；AvantiJ-30I 高速冷凍離心機(jī)，美國貝克曼公司；V-560 紫外/可見分光光度計(jì)，日本分光株式會社。
1.3 實(shí)驗(yàn)方法
以PAC 對造紙廢水的處理效果作為兩種生物絮凝劑處理造紙廢水的對照參考。通過單因素實(shí)驗(yàn)分別考察pH、絮凝劑用量、助凝劑投加量對CBF、LBF 處理造紙廢水效果的影響，測定上清液的SS、色度、COD，每個梯度做2 個平行樣，取平均值。
2 結(jié)果與討論
2.1 pH 對絮凝效果的影響
取水樣100 mL 于燒杯中，加入12 mL 質(zhì)量分?jǐn)?shù)為1%的助凝劑CaCl2溶液，12 mL 微生物絮凝劑，調(diào)節(jié)pH，快速攪拌40 s（200 r/min），慢速攪拌3 min（80 r/min）。靜置60 min 后取上清液測定COD、SS、色度，探討pH 對造紙廢水和生化出水中COD、SS、色度的去除率的影響，結(jié)果見表 1。
| 藥劑 | 去除率 | pH=6 | pH=8 | pH=10 | pH=12 | ||||
| 造紙廢水 | 生化廢水 | 造紙廢水 | 生化廢水 | 造紙廢水 | 生化廢水 | 造紙廢水 | 生化廢水 | ||
| CBF | COD/% | 31 | 49 | 37 | 56 | 53 | 59 | 60 | 62 |
| SS/% | 73 | 41 | 74 | 24 | 92 | 74 | 97 | 92 | |
| 色度/% | 49 | -18 | 50 | -7 | 81 | 45 | 87 | 81 | |
| LBF | COD/% | 22 | -107 | 18 | -72 | 19 | -51 | 25 | -50 |
| SS/% | 91 | 82 | 64 | 86 | 78 | 79 | 87 | 67 | |
| 色度/% | 76 | 19 | 46 | 20 | 49 | 21 | 57 | 24 |
由表 1 可見，以微生物絮凝劑LBF 處理造紙廢水和生化出水，pH 對COD、SS、色度去除率的影響不如CBF 明顯。對CBF 而言，在pH 超過10 以后即可取得較好的去除COD、SS、色度的效果。綜上所述，pH=12 時CBF、LBF 處理造紙廢水的絮凝效果最佳。
2.2 絮凝劑用量對絮凝效果的影響
取水樣100 mL 于燒杯中，加入12 mL 質(zhì)量分?jǐn)?shù)為1%的助凝劑CaCl2溶液，加入不同量的微生物絮凝劑溶液，調(diào)節(jié)pH，其中，調(diào)節(jié)CBF 處理的各水樣pH 為8，調(diào)節(jié)以LBF 處理的各水樣pH 為12，快速攪拌40 s（200 r/min），慢速攪拌3 min（80 r/min）。靜置60 min 后取上清液測定SS、色度、COD，實(shí)驗(yàn)結(jié)果見表 2、表 3。
| 藥劑 | 去除率 | 投加量/（mL·L -1 ） | |||||||||
| 60 | 80 | 100 | 120 | 140 | |||||||
| 造紙廢水 | 生化廢水 | 造紙廢水 | 生化廢水 | 造紙廢水 | 生化廢水 | 造紙廢水 | 生化廢水 | 造紙廢水 | 生化廢水 | ||
| CBF | COD/% | 4 | 6 | 37 | 8 | 40 | 10 | 37 | 48 | 40 | 51 |
| SS/% | -3 | -11 | 31 | 17 | 30 | 15 | 34 | 24 | 27 | 10 | |
| 色度/% | 53 | -30 | 47 | 0 | 43 | -14 | 50 | -7 | 45 | -20 |
| 藥劑 | 去除率 | 投加量/（mL·L -1 ） | |||||||||
| 0.5 | 1.0 | 2.5 | 5.0 | 7.5 | |||||||
| 造紙廢水 | 生化廢水 | 造紙廢水 | 生化廢水 | 造紙廢水 | 生化廢水 | 造紙廢水 | 生化廢水 | 造紙廢水 | 生化廢水 | ||
| LBF | COD/% | 10 | 8 | 35 | 60 | 34 | 65 | 39 | 60 | 34 | 50 |
| SS/% | 20 | 15 | 85 | 87 | 88 | 90 | 81 | 94 | 79 | 93 | |
| 色度/% | 22 | 19 | 71 | 82 | 70 | 83 | 71 | 84 | 69 | 80 |
從表 2、表 3 可以看出，CBF 對COD 較高的水樣（造紙廢水）的處理效果好于COD 較低的水樣（生化廢水）；LBF 處理造紙廢水和生化出水，COD 去除率隨其用量的增加而先增大后減小，是由LBF 本身COD 含量較高所致，LBF 的投加量越高，引入待處理水樣的COD 貢獻(xiàn)值越大，因此導(dǎo)致COD 去除率的降低。CBF、LBF 投加量在80~140 mL/L 范圍內(nèi)，處理后水樣SS、色度去除率均隨絮凝劑用量增加而降低，這可能是因?yàn)樾跄齽┯昧窟^大，膠粒間會產(chǎn)生斥力，Zeta 電位增加，發(fā)生再穩(wěn)現(xiàn)象，致使絮凝效果反而變差〔12〕。綜上分析，CBF、LBF 絮凝處理造紙廢水的最佳用量分別為80、5.0 mL/L，但當(dāng)LBF 投加量減小至1.0 mL/L 時，SS、色度、COD 的去除率只是略有波動，故從經(jīng)濟(jì)成本考慮，可設(shè)定LBF 理想投加量為1.0 mL/L。
2.3 助凝劑用量對絮凝效果的影響
取水樣100 mL 于燒杯中，加入不同量質(zhì)量分?jǐn)?shù)為1%的助凝劑CaCl2溶液，12 mL 生物絮凝劑，其中，調(diào)節(jié)CBF 處理的各水樣pH 為8，調(diào)節(jié)LBF 處理的各水樣pH 為12，快速攪拌40 s（200 r/min），慢速攪拌3 min（80 r/min）。靜置60 min 后取上清液測定SS、色度、COD，其結(jié)果見表 4。
| 藥劑 | 去除率 | CaCl 2 投加量/（mL·L -1 ） | |||||||
| 80 | 100 | 120 | 140 | ||||||
| 造紙廢水 | 生化廢水 | 造紙廢水 | 生化廢水 | 造紙廢水 | 生化廢水 | 造紙廢水 | 生化廢水 | ||
| CBF | COD/% | 23 | 11 | 32 | 16 | 37 | 48 | 41 | 53 |
| SS/% | 92 | 34 | 93 | 32 | 93 | 24 | 96 | 32 | |
| 色度/% | 41 | -16 | 48 | -6 | 50 | -7 | 77 | 5 | |
| LBF | COD/% | 17 | -36 | 17 | -36 | 25 | -20 | 31 | -5 |
| SS/% | 95 | 45 | 97 | 69 | 97 | 67 | 99 | 90 | |
| 色度/% | 45 | 13 | 53 | 37 | 57 | 44 | 67 | 55 |
由表 4 可知，CBF 和LBF 對造紙廢水的絮凝效果基本是隨著CaCl2投加量的增加而增強(qiáng)。對比各指標(biāo)檢測結(jié)果，CaCl2最佳投加量為120 mL/L。以CBF 處理生化廢水，隨CaCl2投加量的增加，SS 去除率反而有所降低，可能是因?yàn)镃a2+在絮凝的過程中形成了大而密實(shí)的絮體，具有較強(qiáng)抗水力沖擊能力，一定濃度的Ca2+能降低顆粒的表面電荷，促進(jìn)絮凝劑分子與顆粒之間的鍵合進(jìn)而促進(jìn)絮凝，但投加過量的CaCl2溶液，使加入的Ca2+濃度過高，大量的離子會占據(jù)絮凝劑分子的活性位置，使絮凝劑分子與懸浮顆粒隔開而抑制絮凝，導(dǎo)致CBF 的絮凝效果反而下降。
2.4 3 種絮凝劑處理造紙廢水效果對比
以傳統(tǒng)無機(jī)絮凝劑聚合氯化鋁（PAC）對造紙廢水的處理效果為參照，對比3 種絮凝劑處理造紙廢水的絮凝效果。在快速攪拌40 s（200 r/min），慢速攪拌3 min（80 r/min）的水力條件下，3 種絮凝劑的最佳使用條件及在最優(yōu)條件下處理造紙廢水效果分別見表 5、表 6。
| 絮凝劑種類 | pH | 絮凝劑用量/（mL·L -1 ） | 助凝劑用量/（mL·L -1 ） |
| PAC（2 g/L） | 8 | 50 | 0 |
| CBF（2 g/L） | 12 | 80 | 120 |
| LBF | 12 | 5 | 120 |
| 絮凝劑種類SS | 去除率/% | 色度去除率/% | COD 去除率/% |
| PAC（2 g/L） | 64 | 12 | 30 |
| CBF（2 g/L） | 75 | 44 | 47 |
| LBF | 87 | 71 | 39 |
相比于PAC，以絮凝劑LBF 處理造紙廢水取得了更好的效果，COD 、SS、色度去除率都高于使用PAC 處理的水樣。
3 結(jié)論
（1）與目前廣泛使用的無機(jī)絮凝劑PAC 相比，微生物絮凝劑CBF、LBF 對造紙廢水有較好的處理效果。造紙廢水呈堿性，而微生物絮凝劑在堿性條件下的處理效果比較理想，因而更適宜使用CBF、LBF處理造紙廢水。具體參見http://wlmqsb.com更多相關(guān)技術(shù)文檔。
（2）以微生物絮凝劑處理造紙廢水和生化二級處理出水，CBF 最佳處理?xiàng)l件為：pH=12，CBF（2 g/L）用量80 mL/L，質(zhì)量分?jǐn)?shù)為1%的助凝劑CaCl2溶液投加量120 mL/L；LBF 最佳處理?xiàng)l件為：pH=12，LBF用量5.0 mL/L，質(zhì)量分?jǐn)?shù)為1%的助凝劑CaCl2溶液投加量120 mL/L，兩者水力條件均為快速攪拌（200r/min）40 s，慢速攪拌（80 r/min）3 min。以LBF 處理后造紙廢水，SS、色度、COD 的去除率分別為87%、71%、39%，處理效果好于PAC。
（3）LBF 是從造紙廠污水處理車間的脫水污泥中制取的絮凝劑，將其用于造紙廢水的處理，實(shí)現(xiàn)了廢物的資源化利用，有效降低造紙廢水的處理成本。
