［关键词］慈竹；高得率制浆废水；污染特征；摄氧率
我国制浆造纸行业一直面临着纤维资源短缺的问题。随着国家禁止进口固废政策的实施，造纸行业纤维原料的缺口进一步扩大，单一来源的造纸原料难以满足行业的需求。竹材是优良的制浆造纸原料，具有较高的纤维素含量和良好的纤维形态，从化学成分和纤维形态角度评价，其制浆性能介于针叶木和阔叶木之间，优于一般草类纤维。在我国造纸工业纤维原料供应短缺和国家“双碳”战略目标背景下，发展竹材制浆造纸具有积极的意义。
我国竹浆生产工艺大部分采用化学法制浆，其生产过程中产生的废水量大、浓度高和色度高，竹浆废水中含有大量的糖类、有机酸、氨基酸、黄酮、丹宁酸等有机物，增加了废水处理的难度。制浆黑液是主要的污染物质来源。随着碱回收技术的逐步完善，化学法竹浆厂都采用蒸发浓缩、燃烧法处理黑液中的有机物并回收无机碱。由洗竹水、漂白水、污冷凝水和车间冲洗水组成的中段水成为废水的来源，虽然污染物质大幅减少，但仍存在黑液硅含量高、黑液蒸发效率低等问题，影响化学品和热能的回收。高得率制浆工艺具有流程简单、投资省、生产成本低、生产过程清洁等先天优势，正获得广泛应用。高得率制浆废水因原料中有机物溶出物少，通常采用以厌氧、好氧为主的二级生物处理，残余有机物采用混凝、高级氧化等方法予以去除，以期达到制浆造纸废水排放标准，其中污染负荷削减的关键环节在于生物处理效率的提高。探讨竹材高得率制浆废水的生物处理性能对于工程设计、实现废水的高效低成本处理尤其重要。
摄氧率（OUR）和比耗氧速率（SOUR）是 2 个评价污泥微生物代谢活性的重要指标，常被用于研究废水的氧化降解效果、反应器处理性能、微生物菌群状态等情况。摄氧率是指活性污泥在单位时间内所利用氧的量。有氧/厌氧呼吸仪可应用于城市生活、工业等废水处理效能测试[8]以及农业土壤和肥料摄氧量的分析，还可用于废水的降解性能测试、生化毒理测试等测量，是废水厌氧处理和好氧处理的重要手段，可分析厌氧生物活性、厌氧甲烷潜力（BMP）和厌氧毒性（ATA）以及活性污泥的氧摄取率等。本研究主要采用该仪器应用有氧模式对慈竹高得率制浆废水进行好氧降解性能研究。
1 材料与方法
1.1 实验材料
废水来源于竹材高得率制浆中试，制浆用材为四川慈竹（Neosinocalamus affinis）。制浆工艺为：称取相当于 37 kg 绝干的新鲜竹片水洗、脱水，汽蒸 15 min，TSPI（双螺杆挤压机）挤压，用分级筛过筛、去掉碎末（去除率 20%）后分成 4 份，加入化学品进行一段浸渍处理，经 TSPI 挤压，加入化学品进行二段浸渍，具体工艺条件见表 1。其中 4#工艺采用了漂白工艺路线，即为了提高纸浆白度，一段和二段浸渍时在添加氢氧化钠的同时，还添加过氧化氢漂白试剂及辅助漂白试剂。保温结束后将物料磨解至 4 个不同游离度，洗涤筛浆后进行手抄片抄造。
制浆过程中产生废水，各污染发生点如图 1 所示。废水主要来源于蒸挤、浸渍与洗浆段，分别收集各段的废水，立即检测废水的 pH，然后密封废水，置于 4 ℃冷库中贮存备用。
1.2 实验装置与分析方法
1.2.1 废水的生物处理性能测试
采用有氧/厌氧呼吸仪（美国 RSA 公司，型号 PF-8000）测定废水的生物处理性能。
（1）营养物/矿物质/缓冲液配方。①矿基Ⅰ：称取 0.25 g CoCl·6H2O、0.005 g NaMoO4·2H2O、0.025 g ZnCl2、5.0 g FeCl3·6H2O、0.025 g NiCl2·6H2O、0.025 g H3BO3、0.05g MnCl2·4H2O、0.007 g CuCl2·2H2O、0.025 g Na2SeO4加入 800 mL 去离子水中，稀释至 1.0 L。②矿基 II：将 27.7 g CaCl2、101 g MgCl2·7H2O 溶解在 800 ml 去离子水中，稀释至 1 L。③营养基：将 38.2 g NH4Cl、15 g Na2SO4 溶解在 800 mL 去离子水中，用质量分数 50%的 NaOH中和至 pH 7，稀释到 1 L。④缓冲基：将 204 g KH2PO4 溶解在 800 mL 去离子水中，用 NaOH调节 pH 至 7.0~7.2，稀释至 1 L。⑤硝化抑制剂，配制 10 g/L 丙烯基硫脲（ATU）溶液。所有试剂均为分析纯。
（2）有氧测试分析应用程序。①根据实际生产中的常用数据选择活性污泥质量浓度为3000 mg/L，根据食微比（F/M）加入废水，用去离子水预稀释，食微比 F/M=COD/活性污泥质量浓度。②每 1 000 mg COD 废水中分别添加 5 mL 矿基 I 和矿基 II。③添加足够的营养基，使 COD∶TN 比例为 60∶1。（如果样品中存在足够量的总氮，则不添加）。④每 50 mg COD加入 1 mL 缓冲基。⑤在 CO2 吸收瓶中加入 5 mL 质量分数 30% KOH 溶液。⑥加入活性污泥，使得反应器中活性污泥浓度满足要求，加去离子水到 400 mL。⑦盖紧瓶盖，5 min 内放入有氧/厌氧呼吸仪进行测试。
1.2.2 制浆废水污染物分析方法
pH 采用玻璃电极法（HJ 1147-2020），COD 采用重铬酸钾法（HJ828-2017），TS、SS均采用重量法（GB 11901-89），NH3-N 采用纳式试剂比色法（HJ 535-2009），TP 采用钼酸铵分光光度法（GB 11893-89）测试。TOC、TN 均采用 multi N/C2100 仪器（德国耶拿公司）测试，电导率采用 DDS-11A 电导率仪（上海雷磁）测试。
2 结果与讨论
2.1 废水的污染负荷
测试每个工段排放废水的污染指标，结果见表 2。
从表 2 中可以看出，四川慈竹制浆工艺的废水发生量为 6.20 m3/t~7.73 m3/t，属于较低的废水发生量，远低于《制浆造纸工业水污染物排放标准》（GB3544—2008）规定的单位产品基准排水量 40 m3/t（浆）。由于各种节水措施的应用，现有工艺吨浆排水量已经大幅降低。从 1#~3#工艺可以看出，随着制浆用碱量从 50 kg/t 增加到 70 kg/t，排放水 pH 逐渐增大，COD 污染负荷逐步增加。排放废水 COD 高值发生在浸渍段，为 4.64×104 mg/L，而 COD发生量集中在洗浆段，最大为 249.77 kg/t（浆），蒸挤段不加化学药品，COD 发生量最低，1#~4#工艺的 COD 发生量分别为 178.88、244.88、313.67 和 225.61 kg/t（浆）。
原标题：慈竹高得率制浆废水好氧降解性能研究
原作者：盘爱享，房桂干 ，田庆文 ，刘行健 ，尹航。杨强，韩善明
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