作者：隋 明１，曲 鹏２，祝玉松２，姚瑞玲１，刘根娣３ （１．四川工商职业技术学院，四川 都江堰 ６１１８３０；２．新疆油田公司，新疆 克拉玛依 ８３４０００； ３．西北民族大学 生命科学与工程学院，兰州 甘肃 ７３００１０）

［摘 要］ 主要介绍了以微生物方法处理造纸工业废水的相关技术。介绍了真菌中的白腐菌作为关键 技术的一环对处理工艺的影响和处理效果，以期对废水处理工艺进行改良，减少对环境的污染。

［关键词］ 造纸废水；微生物；絮凝；酶 

社会的生产生活对于造纸产品的需求较大，因 此造纸工业的发展已经成为了当前满足人们生产生 活需求的重点行业，２０２０年在“绿色低碳”环保理念 下，对于纸 张 的 需 求 仍 然 呈 现“弱 复 苏”的 状 态［１］。 在纸张生产过程中，废水成为了污染环境的主要因 素，大部分的造纸废水中，存在大量的难以降解的纤 维素以及木质素等，这些物质来源于植物纤维原料， 会对水体造成一定程度的污染［２］。因此为了进一步 解决水体污染的问题，传统的利用化学方法来实现 废水处理的方式，虽然能够去除一部分的含氯有机 物［３］，但是这种方式可能会造成水体的二次污染，因 此随着科研技术的不断发展，利用微生物来实现造 纸废水处理已经成为了当前的主要技术，当前，常见 的微生物废水处理技术通常有以下几个方面。

１ 利用真菌进行造纸废水处理 　　真菌是存在于生物界中的重要生物类型，其自 身有着较为独特的起源和发展历史，真菌种类具有 多样性，分布在生活各处，据相关学者的研究调查显 示，当前，全世界的真菌物种经过定名之后，已经超 过了１０万种，而未知的真菌类型依旧有近２０万种 以上［４］。真菌虽然并不是活性污泥以及生物膜技术 中的应用主体［５］，但是其自身的特点也可以应用在 造纸废水处理中［６］。大部分真菌通过降解作用来实 现对造纸废水中的有机氯化物以及其它纤维物质进 行降解清除，具有较高的效率［７］。

１．１ 可用于造纸废水处理的真菌类型 由于利用 微 生 物 进 行 造 纸 废 水 处 理 具 有 可 行 性，因此相关学者建立在活性污泥的基础上进行真 菌分离，初步分离出了近１６６种酵母菌以及类酵母 菌，这其中占主要优势的真菌类型以皮状丝孢酵母、 胶红酵母、近 平 滑 假 丝 酵 母、曲 霉 属、青 霉 属、根 霉 属、漆斑菌属、木霉属以及头孢霉属等近２０个类别。 也有学者表示，大部分生物滤池的生物膜中含有大 量的微生物，其 中 近３０％是 真 菌，具有较强优势的 真菌种群有镰刀霉属、瘤胞霉属、地霉属、竹丝霉属、 腐霉属以及青霉属。经过初步实验之后，发现大部 分真菌可以 充 当 絮 凝 剂 应 用 在 造 纸 废 水 处 理 作 业 中［８］，同时也可以直接作为污染物降解，实现对废水 中原有的纤维素以及有机物进行降解［９］。

１．２ 真菌应用在造纸废水处理中的案例分析 为验证真菌是否具有处理造纸废水的功能，相 关学者进行了研究：采用以白腐真菌为主的大型真 菌作为降解真菌，其中涉及到了变色云芝、粗毛革孔 菌、血红孔菌、毛栓菌、洋蘑菇等。而针对当前造纸 废水的微生物处理中，白腐真菌在污水对纸制品中 偶氮染料污染物的降解效果最好［１０］，而因培养方式 的原因以黄孢原毛平革菌作为主要的研究对象的研 究也很多［１１］。

在２００４年，我国的生物学家吴娟 认 为，白 腐 菌 在造纸废水处理中能够有效将木素以及 ＣＯＤ 的含 量降解有效率提升至７１％以及４８％［１２］。国外学者 通过对４６株菌种进行分离之后，得出其中有１３株 菌种可以有效将造纸废水中的木素进行降解，发现 其能够进一步降低造纸废水的酸碱值，使其具备工 业化应用的价值［１３］。 通常来讲，利用白腐菌作为造纸废水处理的原 理是依靠其转化为絮凝剂，促使造纸废水中的大部 分固体、悬浮颗粒以及胶体粒子能够凝集并且沉淀， 可以利用物理的方式将其分离出去，从而实现对部 分污染物的净化［１４］。另外，当白腐真菌对废水中的 有机物进行降解时，主要是通过关键酶的催化反应 来完成的［１５］，白腐菌在与木质素相遇之后会产生三 种降解酶，其中包含锰过氧化物酶、木质素过氧化物 酶以及漆酶，这三种催化酶都是胞外酶，这其中木质 素过氧化物 酶 简 称ｌｉｐ［１６］。当 温 度 高 于３５℃时，该 种催化酶的活性开始丧失，最适酸碱度 ４．５，当酸碱 度低于３．０后，会出现不稳定现象，额外加入藜芦醇 能够进一步提升该种催化酶的稳定性［１７］。 木质素过氧化物酶可以利用电子传递对木质素 进行攻击，在木质素的原子结构中夺取电子，并且生 成自由基，从而斩断木质素分子键，常见的木质素分 子键为愈创木基、紫丁香基以及对羟苯基结构，一般 情况下含有两个苯环，这两个苯环都可以对木质素 过氧化物酶进行氧化。与此同时，利用木质素过氧 化物酶进行氧化的过程中，需要利用 Ｈ２Ｏ２ 进行驱 动，确保白腐菌在进行降解时不会导致酶活性有显 著下降。 白腐菌中产 生 的 锰 过 氧 化 物 酶，简 称 为 ＭｎＰ， 这是一种含有较高铁血红素的糖 基 化 过 氧 化 物 酶［１８］。在降解的过程中可以分解出芳香环多聚体， 这是能够有效实现木质素降解的主要成分，大部分 锰过氧化物酶的晶体结构中涵盖了近１７％的 中 性 糖类以及大量的酸性氨基酸。大部分的锰过氧化物 酶能够氧化酚型的木质素，在氧化的过程中，锰过氧 化物酶需要在 Ｈ２Ｏ２ 的催动下将二价锰离子转化为 三价锰离子，与此同时三价锰离子会生成苯氧残基， 这种转化方式与上文所论述的ｌｉｐ转化有着明显的 差异性，但是在进行木质素降解的过程中，ＭｎＰ 可 以有效保护ｌｉｐ，使其免于受到 Ｈ２Ｏ２ 的损害。 另外，白腐菌中的漆酶是一种含铜多酚氧化酶， 其中的铜原子为４个，分子量维持在６４～３９０ｋＤ 之 间，有５００个氨基酸组成单一多肽。但部分漆酶是 借助氧气来实现电子受体的蛋白酶，在进行污水降 解处理过程中，主要表现为可以利用生成底物自由 基并且协同４个铜离子进行降解作用，底物氢醌会 将一个电子转移到漆酶中，产生半醌－氧自由基中间 体，接下来，两分子半醌会产生一分子的氢醌以及苯 醌。中间体能够转变为碳自由基中间体，他们可以 进行偶联和结合，因此在白腐菌的体内，漆酶主要会 与氧化木质素酶系进行协同降解。 总的来说，白腐菌会产生多种酶进行木质素氧 化，每一种酶都需要进行协同作用，来发挥自身的特 点和机理来降解木质素，大部分胞外酶会协同胞内 酶，例如 Ｈ２Ｏ２ 酶系来实现木质素大分子的降解，在 胞外将其转换成小分子，然后进入到胞内，将其代谢 成 Ｈ２Ｏ 和 ＣＯ２，从而能够完全将木质素进行清除。

２ 利用细菌进行造纸废水处理 　　当前利用生物法进行造纸废水处理的技术主要 以 生 物 膜 法［１９］、活 性 污 泥 法［２０］以 及 厌 氧 池 消 化 法［２１］为主。以上方法细菌占据了较大的地位，是具 有主要价值的作用菌，大部分细菌可以分为厌氧菌 以及好氧菌，以下分别从这两个方面来分析在造纸 废水处理中的应用方式。

２．１ 利用好氧细菌进行造纸废水处理 好氧细菌在污水处理中的主要技术涉及到了生 物膜法以及活性污泥法，这其中活性污泥法中所使 用的好氧细菌为专性好氧菌，其中包含了大肠杆菌、 变形杆菌以及产气气杆菌，菌胶团细菌为主要成分， 其表面积大且具有较强的黏性，能够在极短的时间 内快速吸附 污 水 中 悬 浮 的 有 机 物 质 以 及 重 金 属 离子，能够将依附有效率提升至３０％～９０％。 在较为常见的生物膜处理技术中，主要应用的 好氧细菌以芽孢杆菌属、假单胞菌属、黄杆菌属、微 球菌属以及产碱杆菌属等近１０个菌属为主，这些菌 属会连接在一起形成菌胶团，能够对有机物进行全 面分解，大部分生物膜中还存在丝种细菌，主要以贝 氏硫菌以及球衣细菌为主，能够实现过滤，这其中球 衣细菌对大部分有机物质具有极强的降解和清除能 力。 大部分好氧细菌在进行污水清除时，都需要在 有氧环境下作业。芬兰的某纸浆厂曾经利用活性污 泥结合污泥曝气再生处理技术对硫酸盐制浆废水进 行处理，能够 有 效 将 其 中 的 ＢＯＤ 成分的去除率提 升至９０％，ＣＯＤ 的 去 除 率 可 以 高 达８４％。相 关 学 者针对混凝处理之后的废纸脱墨废水，利用活性污 泥法进行实验之后表明，经过活性污泥处理之后，废 水中的 有 机 物 得 到 进 一 步 清 除，可 以 将 ＣＯＤ 以 及 ＢＯＤ５ 的清除率提升至８８．６％以及９３．４％。

２．２ 利用厌氧细菌进行造纸污水处理 当前广泛应用在造纸污水处理中的厌氧细菌， 以甲烷细菌以及产酸细菌为主，这其中，产酸细菌由 专性厌氧菌以及兼性厌氧菌这两者组成，常见的专 性厌氧菌分为双歧杆菌属、梭状芽孢菌属以及拟杆 菌属，能够对废水中的有机物进行降解，而兼性厌氧 菌分为芽孢杆菌属、假单胞菌属、黄杆菌属以及产气 杆菌属等。该种类型的厌氧菌具有较为严格的厌氧 生长条件。 通常来讲，利用厌氧细菌进行生物降解，可以分 为４个步骤，首先是水解，会在污水中加入水解菌， 将不溶于水的大部分有机物质转化为可溶性物质， 其次是酸化过程，在这个阶段内，经过水解菌溶解之 后的有机物会形成挥发酸。在这一阶段会受到处理 环境以及细菌活性的影响，而葡萄糖会将预酸化池 中的大部分丙酸氢、乙酸以及丁酸进行降解。 接下来是产氢产酸阶段，大量的硝化菌会将污 水中的生化产物，降解为二氧化碳、氢气和乙酸。然 后需要利用产甲烷菌进行甲烷转化，通常来讲产甲 烷菌的电位较低，其中一部分可以将醋酸盐进行甲 烷转化，另一部分会将氢气转化成甲烷。 大部分的厌氧细菌废水处理过程中，产氢产酸 以及产甲烷是在同一时间发生的，厌氧细菌可以将 废水中的醋酸盐以及大部分酸性物质转化成甲烷的 有效率提升 至７０％～７５％。国内的相关研究学者 曾经利用厌氧－酸化来实现对小型的碱法草浆纸 厂 废液进行处理，能够将 ＣＯＤ的去除率提升至７７％， ＢＯＤ５ 的去 除 率 提 升 至８０％，脱 色 率 高 达９０％，甲 烷的产气率可以控制在０．３４２～０．５３９Ｌ／Ｌ·ｄ。

３ 利用其他生物进行造纸废水处理 　　当前应用于造纸废水处理的生物技术中，除大 量的细菌以及真菌类物质之外，还发现一系列的原 生动物以及藻类植物。与此同时，国内外也有相关 文献阐述了利用人工湿地来实现废水处理的相关研 究，例如，利用人工湿地塘来进行废水过滤，研究表 明可以有效清除造纸废水中的 ＣＯＤ、ＢＯＤ，同时，将 处理过的废水灌溉芦苇还能够进一步降低土壤的盐 渍化程度。而芦苇也可以作为造纸的原材料进行二 次利用，这种方式在小范围内实现了对污水生产以 及废料处理的循环。芦苇在生长过程中，不仅可以 吸收大部分废水中的残留营养物质，也能够对废水 中的部分重金属物质进行吸收，其根茎所需要的养 分也可以支撑根区的微生物生长，为其提供降解和 繁殖的好氧条件。

４ 展望 　　综上所述，随着科学技术的不断发展，造纸工业 的环保处理也需要进行创新和优化，当前利用微生 物技术来实现绿色废水处理已经成为了主要的研发 任务，大量的真菌、细菌以及原生动物，可以有效实 现对造纸废水中的有机物和大部分重金属元素的过 滤降解。同时利用微生物来实现可循环的污水处理 系统，不仅可以提升经济效益，也能够进一步节省资 源，降低对环境的影响。这种方式可以促使造纸废水处理向生态化和多样化方向转型，从而满足社会 发展和环保的双重要求。