半导体多相光催化氧化技术与制浆废液的资源化概述

第l3卷第4期2005年I2月纤维素科学与技术JournalofCelluloseScienceandTechnology、，oI．13NO．4Dec．2005文章编号：1004-8405(2005)04-0049-06半导体多相光催化氧化技术与制浆废液的资源化概述刘飞跃，徐银崧(中国科学院广州化学研究所纤维素化学重点实验室，广东广州510650)摘要：制浆造纸废水是重要的环境污染物之一，其中尤以制浆废液污染最为严重。木质素是制浆废液的主要成分，也是木材的主要成分之一，是一种重要的植物资源。半导体多相光催化氧化技术是当前世界水处理研究中最为活跃的领域之一，具有反应条件温和、速度快、效率高、工艺简单洁净、无二次污染等优点。文章简要地叙述了制浆废液的治理现状、半导体多相光催化氧化技术在制浆废液治理中的应用、制浆废液资源化的可行性以及木质素降解产物的应用等。关键词：半导体；光催化；制浆废液；木质素中图分类号：X793文献标识码：A造纸工业是一个与国民经济发展和社会文明建设息息相关的重要产业。在经济发达国家纸及纸板消费量增长速度与其国内生产总值增长速度同步。在现代经济中所发挥的作用已越来越引起世人瞩目，被国际上公认为“永不衰竭”的工业。在美国、加拿大、日本、芬兰、瑞典等经济发达国家，造纸工业已成为其国民经济十大支柱制造业之一。造纸产业关联度大，涉及林业、农业、机械制造、化工、热电、交通运输、环保等产业，对上下游产业的经济有一定拉动作用。当今世界各国己将纸及纸板的生产和消费水平作为衡量一个国家现代化水平和文明程度的重要标志之一。但是，这一工业在给我们带来巨大利益的同时也给我们提出了严峻的环境问题。造纸行业废水量大、分布广，是我国污染最为严重的行业之一。生产1吨纸浆需要100吨(木浆)至400吨(草浆)的水，这些污水大部分要排出。我国造纸行业排放的需氧有机物占全国排放总量的30％以上。造纸产生的废水中，含有大量的碳水化合物、蛋白质、油脂和木质素等。这些物质在微生物的作用下易于分解，分解过程中消耗大量的氧，使水中氧含量减少，影响鱼类和其他水生生物的生长。水中溶解氧耗尽后，水处于厌氧状态，有机物在厌氧菌的作用下，产生硫化氢、氨和硫醇等难闻有毒气体，使水质更加恶化。虽然，近年来在造纸行业和各界科研人员的共同努力下，对造纸废水的治理已经取得了巨大的成功，但我国现有造纸工业的污染问题仍不容忽视，治理任务相当繁重。根据1999年环境统计公报，县及县以上造纸及纸制品工业废水排放30亿吨，占全国工业总排放量15．6％；其中达标排放量11．2亿吨，仅占总排放量的37．3％。排放废水中化学耗氧量(COD)收稿日期：2005．05．10基金项目：广州市科技计划项目资助课题(项目编号：2003Z3．D2051)作者简介：刘飞跃(1970～)，男，硕士，目前主要从事制浆废液的光催化降解及其资源化利用方面的研究。维普资讯http://www.cqvip.com50纤维素科学与技术第13卷295．9万吨，约占全国工业总排放量43．5％。1制浆废液的治理现状概述在制浆造纸废水中，制浆废液占80％左右，是造纸厂的主要污染源，最为严重也最难治理，因此制浆废液的治理标志着造纸污水治理水平的高低。然而这种废水使用传统的物理和化学氧化方法处理很难奏效，就是采用生物氧化降解方法进行治理，也难以达到理想的效果。白腐菌是目前已知的可使制浆漂白废水脱色的最有效的菌株【l】，已有研究表明，尽管用白腐菌处理制浆和漂白废水，色度去除率可达90％，但白腐菌在工厂废水处理车间的大规模培养及其活性的保持等技术问题尚未解决，且白腐菌处理废水需添加大量的营养物，处理时间长，白腐菌降解高分子有机物，会产生小分子的有机中间产物，对废水AOX、COD等指标的去除率也有限【2J。此外，制浆废液中存在有大量可以利用的物质，如果不加区别地一并降解矿化，无疑是一种极大的浪费。制浆废液中的固形物含量大约有65％--~70％为有机物，30％~35％为无机物。也就是说，每生产1t纸浆，所产生的制浆废液中的有机物约产生碱木质素200~300kg，产生糖类250--~300kg。就木质素而言，全世界每年约产生3×10t的工业木质素，它既可直接作化工原料使用，又可加工后广泛用于化工、轻工、农业、采油、矿山和建材等领域。目前，仅有6％左右的工业木质素被利用，主要是亚硫酸盐法的蒸煮废液制取木质素磺酸盐作为副产品进入市场。而从硫酸盐法蒸煮废液中提取的木质素还不到总量的0．3％。如何充分利用黑液这一资源并最大限度地降低污染，是摆在各类造纸厂面前的一项刻不容缓的任务，也是摆在我们科研工作者面前的一项重要课题【3，4J。‘为此，我们需要寻找一种方法，既能快速有效地对制浆废液进行治理，同时可以对制浆废液中的木质素等成分进行充分利用。近年来在环