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造纸废水：污染现状与处理迫在眉睫

造纸工业废水大量排出，并且具有复杂的组分，特别是含量难以降解的有机物，它容易造成严重的环境污染，是一种高浓度有机废水，并且非常难处理。生物降解性差，毒性高，气味重，泡沫多。处理废水的方法根据原理大体上分为以下三种，它们是物化处理法、化学处理法和生物处理法。本文主要通过化学反应探讨化学原理在造纸废水处理中的应用，包括絮凝法，氧化还原法等。

絮凝法：微小粒子的聚集魔法

（一）絮凝法基本原理

絮凝法是一种常用的造纸废水处理方法，其基本原理是通过添加絮凝剂，使废水中的悬浮颗粒或胶体相互聚集，形成较大的絮凝物，从而便于分离和去除污染物，达到净化废水的目的。在造纸废水中，存在着大量的微小颗粒和胶体，它们由于表面电荷的作用而相互排斥，处于稳定的分散状态，难以自然沉降。絮凝剂的加入则打破了这种稳定状态，通过一系列物理化学作用，使颗粒或胶体发生附聚。

（二）无机絮凝剂

传统无机絮凝剂：传统无机絮凝剂主要包括硫酸铝、氯化铁等，氢氧化铝胶体带正电荷，能够与造纸废水中带负电荷的胶体颗粒相互吸引，发生电中和作用，从而使胶体颗粒失去稳定性，相互凝聚沉降。氯化铁在水中水解生成氢氧化铁胶体，也具有类似的作用原理。传统无机絮凝剂的优点是价格相对较低，来源广泛；缺点是用量较大，产生的污泥量多，且对废水的 pH 值要求较为严格，适用范围有限。

无机高分子絮凝剂：无机高分子絮凝剂是在传统无机絮凝剂的基础上发展起来的，如聚合氯化铝（PAC）等。以聚合氯化铝为例，其水解产生的多核羟基络合物具有更强的电中和能力和吸附架桥作用，能够更有效地使废水中的颗粒凝聚沉降。无机高分子絮凝剂的优点是絮凝能力强，絮凝效果好，用量少，产生的污泥量相对较少，对废水的 pH 值适应范围较广；缺点是制备工艺相对复杂，成本较高。

（三）有机絮凝剂

合成高分子絮凝剂：合成高分子絮凝剂如聚丙烯酰胺（PAM），是造纸废水处理中常用的有机絮凝剂。聚丙烯酰胺分子链上含有大量的酰胺基和离子基团，能够通过吸附桥接作用，将废水中的悬浮颗粒连接起来，形成较大的絮体。

天然改性高分子絮凝剂：天然改性高分子絮凝剂是利用天然高分子物质如淀粉、纤维素、壳聚糖等进行化学改性制备而成的，这些天然高分子物质本身具有一定的絮凝性能，经过改性后，其絮凝效果得到显著提高。

微生物絮凝剂：微生物絮凝剂是由微生物产生的一类具有絮凝活性的代谢产物，其主要成分包括多糖、蛋白质、核酸等。微生物絮凝剂的絮凝机理主要包括吸附架桥和电性中和。

氧化还原法：污染物的转化之旅

（一）氧化还原法基本原理

氧化还原法是造纸废水处理中的重要化学方法，其基本原理是基于氧化还原反应，使污染物在处理过程中被氧化或还原，将废水中的有机物分解为无害的物质，从而实现污水的净化。在氧化还原反应中，氧化剂得到电子，自身被还原，使其他物质发生氧化反应；还原剂失去电子，自身被氧化，使其他物质发生还原反应。通过这种电子的转移，废水中的污染物被转化为更容易处理或无害的物质。

（二）超临界水氧化法

超临界水氧化法是一种新型的高效废水处理技术。当水处于超临界状态时，其基本性能会发生显著改变，表现出类似非极性有机化合物的性质。在这种状态下，水可以与有机物、氧气等物质互溶，使得有机物能够在氧气充足的均相体系中发生快速的氧化反应。在超临界水氧化过程中，有机物最终被氧化为 N₂、H₂O、CO₂以及其他无害物质。

超临界水氧化法技术在分解有机物等方面具有高效、快速的显著优势，从经济角度来看，虽然设备投资相对较高，但由于处理效率高，能够减少后续处理成本，整体上经济合理 。在环境方面，该技术不会产生二次污染，对环境友好。

（三）湿式空气氧化法

湿式空气氧化法（WAO）是在液相水存在的条件下，通过高温（120 - 320℃）和高压（0.5 - 20MPa），利用空气或氧气作为氧化剂，将液体中悬浮或溶解的有机物质氧化成水蒸气和二氧化碳，从而达到去除有机物的目的。其反应过程较为复杂，一般认为首先是空气中的氧从气相向液相进行传质，然后溶解氧与基质之间发生化学反应。湿式空气氧化去除有机物所发生的氧化反应主要属于自由基反应，反应分为链的引发、链的发展或传递、链的终止三个阶段。

（四）电化学法

电化学法是利用电化学原理处理造纸废水的方法。以可溶性金属（如铁、铝等）做电极，通电之后，可溶性金属电极在水中产生金属离子的水解、聚合反应，生成一系列起凝聚作用的水解产物 。这些水解产物能够像絮凝剂一样，使废水中的悬浮颗粒或胶体发生凝聚，从而达到去除污染物的目的 。同时，在电极表面会发生氧化还原反应，阳极上发生氧化反应，使有机物被氧化分解，破坏其结构，降低其分子量；阴极上发生还原反应，一些发色基团被还原破坏，从而实现脱色 。通过这种氧化还原作用，不仅可以去除废水中的有机物，还能去除其生物毒性，提高废水的可生化性 。

技术融合：未来发展的新方向

随着环保要求的日益严格和可持续发展理念的深入人心，化学原理在造纸废水处理中的应用将不断拓展和深化，与其他技术的融合也将成为未来发展的重要趋势 。

在絮凝法方面，未来的研究将致力于开发更加高效、环保的复合型絮凝剂，深入探究不同絮凝剂之间的协同作用机制，以实现对造纸废水中各种污染物的更有效去除。同时，结合人工智能和大数据技术，对絮凝过程进行精准控制和优化，提高絮凝效果的稳定性和可靠性。

氧化还原法也将朝着更加绿色、节能的方向发展。例如，进一步优化超临界水氧化法和湿式空气氧化法的工艺条件，降低设备成本和运行能耗，提高其在实际工程中的应用可行性；研发新型的电化学处理技术和电极材料，降低电化学法的处理成本，提高处理效率 。

化学原理与生物处理技术的结合也将为造纸废水处理带来新的突破。通过利用微生物的代谢作用与化学氧化还原反应的协同效应，能够更有效地降解废水中的难降解有机物，提高废水的可生化性和处理效果 。例如，将化学预处理与生物处理相结合，先通过化学方法去除废水中的部分污染物，降低其毒性，再利用微生物进行进一步的降解和转化，实现废水的深度净化 。

此外，膜分离技术与化学处理技术的融合也具有广阔的应用前景。膜分离技术能够高效地分离废水中的污染物和水分，实现水资源的循环利用，而化学处理技术则可以对膜分离前的废水进行预处理，降低膜污染的风险，提高膜的使用寿命和分离效率 。通过将两者有机结合，可以实现造纸废水的高效处理和资源化利用。

总之，化学原理在造纸废水处理中的应用前景广阔，但仍面临着诸多挑战。未来，需要进一步加强相关技术的研究和创新，不断探索新的处理方法和工艺，实现造纸废水的高效、绿色处理，为造纸行业的可持续发展提供有力支撑。