作者：郭海凤1，2 ( 1. 河海大学，江苏 南京，210000; 2. 江苏省南京工程高等职业学校，江苏 南京，210000)

摘要: 为了提高造纸废水的净化处理效果，使造纸厂的出水水质满足工业要求，提出了人工 湿地系统在造纸废水净化处理中的应用。选择风车草、富贵竹和芦苇作为人工湿地植物，以无 烟煤为主要基质，模拟人工湿地系统净化处理造纸废水。结果表明，与风车草和芦苇相比，富 贵竹在人工湿地系统中对造纸废水中 COD、总磷、总氮和色度的去除能力都是最好的，将富贵 竹与无烟煤组合在一起，可以提高造纸废水中 COD、总磷、总氮的去除率，降低造纸废水的色 度，通过人工湿地系统中植物与基质的协同作用，能够增强造纸废水中污染物的去除效果，提 高造纸厂的出水质量，使其满足工业要求。

关键词: 人工湿地系统; 净化处理; 污染物; 造纸废水; 去除效果; 处理效率;

0 引言

造纸行业的废水处理问题一直备受企业和社会 的关注。无论从生态环境的保护角度出发，还是造 纸行业的可持续发展来讲，造纸废水净化处理问题 需要引起关注和重视，应该对其进行深入的研究［1］。 对于企业而言，造纸废水净化处理问题，不仅可以节 约企业的成本，还可以满足国家节能减排的要求，净 化处理后节约了水资源成本，对造纸企业经济效益 的提高具有促进作用，实现造纸企业的可持续发 展［2］。对于社会环境而言，对造纸废水进行净化处 理，使其满足国家的排放标准，将废水污染对生态环境的影响降到最低［3］。因此，利用人工湿地系统净 化处理造纸废水，不仅可以提高造纸废水的净化处 理效率，对于造纸企业和社会而言，也 具 有 重 要 意义。 罗清等人［4］ 提出了一种基于陶粒填料-Fenton 工艺的造纸废水处理方法，首先利用化学需氧量对 造纸废水的各个指标进行采集，通过正交实验得出 有利于废水处理的工艺，随后利用陶粒填料-Fenton 工艺对废水进行处理，并在相同的工艺条件下，进行 加药量处理，验证陶粒填料-Fenton 工艺对造纸废水 处理的效果。结果表明，添加陶粒填料-Fenton 工艺 的废水处理方法，可以有效节省 66. 7% 的硫酸亚铁， 可以有效地节约成本，经过实验证明了添加陶粒填 料-Fenton 工艺的造纸废水处理方法的可行性。王 森等人［5］采用铁碳微电解联合过硫酸盐的方式验证 造纸废水处理的效果，通过实验测试，在不同的反应 时间对废水进行处理，然后对造纸废水内的铁碳含 量进行对比，分析投放不同量的过硫酸盐对废水处 理效果的影响，根据得到的结果进行对比。结果显 示，通过对铁碳微电解联合过硫酸盐，处理造纸废水 时，当铁碳投入过量时，化学需氧量去除率可以达到 百分之七十以上，废水处理后可以达到工业造纸废 水的排放标准。 基于以上研究背景，本文利用人工湿地系统对 造纸废水进行净化处理，从而提高造纸废水的处理 效果，使造纸厂的出水水质满足工业要求。

1 实验设计

1. 1 实验基质 本文以风车草、富贵竹和芦苇作为人工湿地植物， 选择页岩、无烟煤、生物陶粒人工湿地系统的基质［6］，对 造纸废水进行净化处理，以无烟煤为主要基质，并将其 与三种植物组合，模拟人工湿地系统处理造纸废水。

1. 2 实验药品 造纸废水净化处理实验所用到的实验药品如表 1 所示。 1. 3 实验仪器 造纸废水净化处理实验所用到的实验仪器如表 2 所示。 1. 4 实验水质 本文的实验以某一造纸厂的造纸废水为研究对 象［7］，造纸废水水质和人工湿地系统的进水水质如 表 3 和表 4 所示。 1. 5 实验原水 实验测试过程中所使用的原水水质如表5 所示
1. 6 实验方法 为了测试风车草、富贵竹和芦苇对造纸废水的 净化处理效果，先将三种植物放在造纸废水中培养 一个月，经过稳定生长之后移栽到人工湿地系统 中［8，9］，对人工湿地系统的 COD、总磷、总氮和色度等 水质指标进行测试，分析三种植物对造纸废水中污 染物的去除效果。 实验的具体过程为: 注入造纸废水，使其从实验 装置底部流进人工湿地系统［10，11］，为了直观对比出 三种植物人工湿地系统对造纸废水净化处理效果，在 相同的条件下分别运行三种植物的人工湿地系统［12］， 一个月之后，监测造纸废水中的水质指标，等到出水 指标处于稳定状态之后，记录此时的水质指标［13］。 采用去除率指标衡量造纸废水的处理效果，计 算公式为: φ = c m × 100% ( 1) 其中，c 表示各指标的去除量，m 为表 5 中原水 的浓度。

2 结果分析 试验时间设置为，2020 年 9 月 20 日至 2021 年 4 月 17 日，实验周期为 31 周，标号 1-31 ［14，15］。每周记 录一次利用人工湿地系统进行造纸废水净化处理后 的各项指标，并记录当天的温度变化情况，图 1 显示 了 2020 年 9 月 20 日至 2021 年 4 月 17 日期间的温 度变化情况，因为试验所需要的周期比较长，所以气 温变化比较明显。 

2. 1 三种不同植物对造纸废水中污染物的去除 效果

2. 1. 1 三种不同植物的生长情况 为了验证三种 不同植物对造纸废水中污染物的去除效果，分别对 三种植物的总质量进行记录，并通过比较三种植物 在处理完造纸废水后的生产情况，得到三种植物在 试验前后的总质量变化情况，如表 6 所示。 从表 6 中可以看出，三种植物在对造纸废水中 污染物去除试验的前后，质量的增重率是不一样的， 其中风车草的增重比例较大，约为17. 17%，芦苇和富 贵竹的增重比例较小，分别为 16. 29%和 11. 06%。

2. 1. 2 三种不同植物系统对造纸废水 COD 的去除 效果 三种不同植物对造纸废水 COD 指标的去除 效果如图 2 所示。

在客观条件相同的情况下，富贵竹对于造纸废 水 COD 指标的处理效果最好，经过公式( 1) 的计算， 对于造纸废水内的 COD 的去除率高达 37. 2% ; 其次 是芦苇湿地系统，对于造纸废水内的 COD 去除率可 达到 19. 1% ，再次是风车草湿地系统，对于造纸废水 内的 COD 去除率能达到 18. 2% 。三种植物对于造纸废水 COD 的处理效果受气温的影响，当温度降低 时，对于造纸废水的 COD 处理效果明显降低，当温 度升高时，处理效果明显变高。

2. 1. 3 三种不同植物系统对造纸废水中总磷的去 除效果 在相同的实验条件下，三种不同植物系统 对造纸废水中总磷的去除效果如图 3 所示。

从图 3 中可以看出，利用公式( 1) 得到富贵竹对 于造纸废水中总磷的处理率可以达到 90% 以上，风 车草和芦苇对于造纸废水中总磷的处理效果稍微差 一点，分别为 86% 和 84% ，风车草和芦苇对于造纸 废水中的总磷处理效果相差不大。三种不同植物系 统对造纸废水中总磷的去除效果受温度影响较大， 当温度降低时对废水总磷的去除效果最差，当温度 上升时，三种不同植物系统对造纸废水中总磷的去 除效果逐渐增强。 2. 1. 4 三种不同植物系统对造纸废水总氮的去除 效果 三种不同植物系统对造纸废水总氮的去除效 果也不一样，结果如图 4 所示。 从图 4 可以看出，在相同的条件下，三种不同 植物系统对造纸废水总氮的去除效果也不一样，去 除效果的排序为富贵竹 ＞ 芦苇 ＞ 风车草，经过公式 ( 1) 的计算，三种不同植物系统对造纸废水总氮的 去除率在 35% 左右，富贵竹、芦苇和风车草对造纸 废水总氮的去除效果分别为 28. 3% 、32. 1% 、 33. 2% 。三种植物对造纸废水中总磷的去除效果 也会受到温度的影响，都能够温度升高时，去除率 也会随之增大。

2. 1. 5 三种不同植物系统对造纸废水色度的去除 效果 采用三种不同植物系统处理造纸废水时，色 度的去除效果也存在差异，与风车草和芦苇相比，富 贵竹的处理效果更好，随着温度的升高，去除效果会 更明显。当温度降低时，富贵竹同样表现出更好的 色度去除效果，结果如图 5 所示。 综上所述，在不同环境下，三种不同植物系统对 造纸废水去除效果不尽相同，富贵竹对于废水处理 具有更好的去除效果。接下来将富贵竹应用到造纸 废水净化处理中，并对其进行分析。

2. 2 富贵竹在不同 COD 浓度造纸废水中的生长 情况 从前期的试验结果可以看出，富贵竹对于造纸 废水中的 COD、总氮、水色度都有较好的处理效果，因此对富贵竹在造纸废水净化处理的应用进行进一 步研究。首先，选取 15 棵富贵竹，每 5 棵为一组，分 别赋予相应的编号，共分为三组。再分别利用不同 浓度的造纸废水培养这三组富贵竹，并记录在试验 过程中富贵竹发生的变化，具体如表 7 所示。

从表 7 中可以看出，由于新芽的数量不同，受造 纸废水 COD 浓度的影响，生长情况大不相同。无论 在什么浓度的造纸废水中生长，富贵竹都会在造纸 废水中具有一定的去除污染物的效果。

2. 3 富贵竹和无烟煤组合对造纸废水中污染物的 去除效果 为了验证富贵竹和无烟煤组合在一起对于造纸 废水中污染物的处理效果，分别对富贵竹 + 无烟煤、 富贵竹、无烟煤进行三组对比试验，分析不同组合情 况下对于造纸废水中污染物的去除效果，试验时间 为 2021 年 4 月 ～ 2021 年 10 月。不同组合对于造纸 废水中的污染物去除效果如图 6 所示。 从图 6 中可以看出，采用富贵竹 + 无烟煤的组 合，处理造纸废水时，污染物去除效果并不理想，造 纸废水中 COD 的去除率仅为 40. 6% ，对于造纸废水 中总磷的去除率为 95. 8% ，对于总氮的去除率为 52. 2% ，可以将造纸废水的水色度降到 265 倍; 而无 烟煤和富贵竹单独处理造纸废水时效果较差，单独 使用 无 烟 煤 时，对 于 COD 的去除率可以达到 39. 1% ，对于总磷的去除率 60. 4% ，对于总氮的去除 率为 46. 8% ，可以将造纸废水的色度降到 207 倍; 单 独使用 富 贵 竹 时，对 于 COD 的去除率可以达到 33. 4% ，对于总磷的去除率 92. 5% ，对于总氮的去除 率为 45. 8% ，可以将造纸废水的色度降到 167 倍。

3 结束语 本文提出了人工湿地系统在造纸废水净化处理 中的应用研究，结果发现，利用富贵竹在人工湿地系 统中净化处理造纸废水的效果更好，原因是富贵竹 属于耐寒型植物，具有更强的输氧能力。但是本文 的研究还存在很多不足，在今后的研究中，希望可以 更加深入地了解造纸废水中有机物的降解规律，提 高造纸废水的处理效率。