廢紙?jiān)旒堊鳛檠h(huán)經(jīng)濟(jì)的重要組成部分，其生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的廢水具有有機(jī)物濃度高、成分復(fù)雜、可生化性較差等特點(diǎn)，給傳統(tǒng)廢水處理工藝帶來嚴(yán)峻挑戰(zhàn)。厭氧生物處理技術(shù)憑借其高效降解有機(jī)物和能源回收的雙重優(yōu)勢(shì)，已成為廢紙?jiān)旒垙U水處理的核心工藝。本文將系統(tǒng)闡述廢紙?jiān)旒垙U水的水質(zhì)特性、厭氧處理技術(shù)原理、工藝組合優(yōu)化以及資源化利用途徑，并結(jié)合工程實(shí)例分析其經(jīng)濟(jì)效益與環(huán)境效益，為廢紙?jiān)旒埿袠I(yè)的綠色可持續(xù)發(fā)展提供技術(shù)參考。

廢紙?jiān)旒垙U水特性與處理難點(diǎn)

廢紙?jiān)旒垙U水主要來源于碎漿、篩選、脫墨等工段，其水質(zhì)特征顯著區(qū)別于原生漿造紙廢水。這類廢水通常含有大量短纖維、膠黏物和油墨顆粒，化學(xué)需氧量（COD）濃度范圍一般為1500-4000mg/L，生化需氧量（BOD?）與COD比值約為0.3-0.5，表明其含有相當(dāng)比例難生物降解有機(jī)物。懸浮物（SS）濃度可高達(dá)2000mg/L以上，其中纖維性物質(zhì)占60%-70%，這些物質(zhì)若不經(jīng)有效處理直接排放，不僅造成水體污染，還會(huì)導(dǎo)致大量有機(jī)資源的浪費(fèi)。更值得注意的是，現(xiàn)代廢紙?jiān)旒堖^程中添加的各類脫墨化學(xué)品和濕強(qiáng)劑使廢水成分更趨復(fù)雜，部分物質(zhì)（如烷基酚聚氧乙烯醚類表面活性劑）對(duì)微生物具有潛在抑制作用，增加了生物處理的難度。

傳統(tǒng)的好氧活性污泥法處理這類廢水存在三個(gè)明顯缺陷：一是能耗高，處理每噸廢水需消耗0.6-1.2kWh電能用于曝氣；二是污泥產(chǎn)量大，約占處理水量的3%-5%（以含水率80%計(jì)）；三是對(duì)難降解有機(jī)物去除效率有限，出水COD往往難以穩(wěn)定低于100mg/L。相比之下，厭氧處理技術(shù)每去除1kgCOD僅需消耗0.1-0.3kWh能量，同時(shí)可產(chǎn)生0.35m3沼氣（甲烷含量60%-70%），實(shí)現(xiàn)了污染治理與能源回收的雙重目標(biāo)。尤其對(duì)于采用廢紙為原料的中小型造紙企業(yè)，厭氧技術(shù)因其運(yùn)行成本低和適應(yīng)性強(qiáng)的特點(diǎn)，成為最具經(jīng)濟(jì)效益的處理選擇。江西某紙業(yè)公司實(shí)踐表明，采用厭氧處理工藝后，廢水處理直接成本從2.5元/噸降至1.2元/噸，年運(yùn)行費(fèi)用節(jié)省超過200萬元。

水質(zhì)波動(dòng)大是廢紙?jiān)旒垙U水處理的另一難題。由于廢紙來源復(fù)雜（可能混合辦公廢紙、新聞紙、紙箱等），不同批次廢紙制漿產(chǎn)生的廢水污染物濃度差異顯著，COD波動(dòng)幅度可達(dá)±30%。這種水質(zhì)沖擊對(duì)生物系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行構(gòu)成威脅，要求處理工藝具備良好的抗沖擊負(fù)荷能力。此外，廢水中含有的鈣離子等無機(jī)物質(zhì)容易在厭氧反應(yīng)器中沉積結(jié)垢，影響傳質(zhì)效率；而微細(xì)膠黏物（俗稱"stickies"）則易粘附于填料或顆粒污泥表面，導(dǎo)致反應(yīng)器有效容積下降。這些特性決定了廢紙?jiān)旒垙U水厭氧處理必須結(jié)合適當(dāng)?shù)念A(yù)處理和工藝優(yōu)化措施。

厭氧處理技術(shù)原理與工藝優(yōu)化

廢紙?jiān)旒垙U水厭氧處理的核心在于微生物群落對(duì)有機(jī)物的逐級(jí)降解。這一生物過程可分為四個(gè)階段：水解階段（大分子有機(jī)物分解為小分子溶解性物質(zhì)）、酸化階段（小分子有機(jī)物轉(zhuǎn)化為揮發(fā)性脂肪酸）、乙酸化階段（揮發(fā)性脂肪酸轉(zhuǎn)化為乙酸和氫氣）以及甲烷化階段（乙酸和氫氣轉(zhuǎn)化為甲烷和二氧化碳）。在廢紙?jiān)旒垙U水處理中，水解往往是限速步驟，因?yàn)閺U水中含有大量纖維素、半纖維素等復(fù)雜有機(jī)物，需要通過微生物分泌的胞外酶先行分解。為提高水解效率，工程上常采用高溫厭氧（55℃左右）或中溫厭氧（35-38℃）運(yùn)行策略，相較常溫條件可提高COD去除率15%-25%。

內(nèi)循環(huán)厭氧反應(yīng)器（IC）是目前處理廢紙?jiān)旒垙U水的主流技術(shù)，其處理效能顯著優(yōu)于傳統(tǒng)的上流式厭氧污泥床（UASB）。IC反應(yīng)器通過內(nèi)循環(huán)系統(tǒng)強(qiáng)化傳質(zhì)，上升流速可達(dá)10-20m/h，使廢水與厭氧顆粒污泥充分接觸。典型IC反應(yīng)器由底部混合區(qū)、第一反應(yīng)區(qū)、內(nèi)循環(huán)系統(tǒng)、第二反應(yīng)區(qū)和氣液分離區(qū)組成，高度可達(dá)16-20m，容積負(fù)荷通常設(shè)計(jì)為15-25kgCOD/(m3·d)。江西某紙業(yè)公司5000m3/d廢水處理項(xiàng)目顯示，IC反應(yīng)器在進(jìn)水COD為2800mg/L時(shí)，出水COD降至750mg/L，去除率達(dá)到73%，沼氣產(chǎn)率為0.38m3/kgCOD（去除量）。IC反應(yīng)器的另一優(yōu)勢(shì)是抗沖擊負(fù)荷能力強(qiáng)，當(dāng)進(jìn)水COD波動(dòng)±30%時(shí)，出水水質(zhì)變化幅度可控制在±10%以內(nèi)，這主要得益于其獨(dú)特的內(nèi)循環(huán)調(diào)節(jié)機(jī)制。

為提升厭氧系統(tǒng)處理效能，工藝優(yōu)化需重點(diǎn)關(guān)注三個(gè)環(huán)節(jié)：預(yù)處理、反應(yīng)器設(shè)計(jì)和運(yùn)行參數(shù)控制。預(yù)處理階段通常采用"格柵-調(diào)節(jié)-氣浮"組合工藝，其中超效淺層氣浮可去除80%以上的SS和25%-30%的COD，有效減輕后續(xù)生物處理負(fù)荷。某工程案例表明，增設(shè)氣浮單元后，IC反應(yīng)器的運(yùn)行穩(wěn)定性顯著提高，清洗周期從6個(gè)月延長(zhǎng)至12個(gè)月。反應(yīng)器設(shè)計(jì)方面，采用兩級(jí)分離（液體分離和沼氣分離）結(jié)構(gòu)和專利性布水系統(tǒng)可避免短流和死角，使容積利用率提高至85%以上。運(yùn)行參數(shù)控制中，維持pH在6.8-7.5范圍至關(guān)重要，當(dāng)pH低于6.5時(shí)，可通過投加NaHCO?調(diào)節(jié)堿度；而氧化還原電位（ORP）應(yīng)保持在-350mV以下，以確保嚴(yán)格的厭氧環(huán)境。

針對(duì)廢紙?jiān)旒垙U水的特性，顆粒污泥培養(yǎng)是工藝成功的關(guān)鍵。優(yōu)質(zhì)顆粒污泥（直徑0.5-3mm）具有沉降速度快（30-50m/h）、活性高（甲烷產(chǎn)率0.15-0.25gCOD/gVSS·d）和穩(wěn)定性好等優(yōu)點(diǎn)。啟動(dòng)階段可采用階梯式負(fù)荷增加法：初始負(fù)荷控制在3-5kgCOD/(m3·d)，每10天增加2-3kgCOD/(m3·d)，直至達(dá)到設(shè)計(jì)負(fù)荷。運(yùn)行中需監(jiān)控污泥性狀，當(dāng)污泥粒徑減小或沉降性能下降時(shí)，應(yīng)及時(shí)排出一部分細(xì)小污泥，保留活性高的顆粒污泥。溫度控制同樣重要，中溫條件（35-38℃）下甲烷菌活性最高，溫度波動(dòng)應(yīng)控制在±2℃以內(nèi)。

資源化利用途徑與綜合效益

厭氧處理產(chǎn)生的沼氣是廢紙?jiān)旒垙U水資源化利用的主要載體。沼氣中甲烷含量一般為60%-75%，二氧化碳占25%-40%，另含有少量硫化氫和水蒸氣。每去除1kgCOD可產(chǎn)生0.35m3沼氣（標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下），其熱值約為21-23MJ/m3，相當(dāng)于0.7-0.8kg標(biāo)準(zhǔn)煤。某造紙企業(yè)實(shí)踐數(shù)據(jù)顯示，當(dāng)進(jìn)水COD為1664mg/L、處理規(guī)模為383萬m3/年時(shí)，厭氧系統(tǒng)年產(chǎn)生沼氣122.9萬m3，可替代標(biāo)煤1224噸，減排二氧化碳3200噸。這些沼氣經(jīng)脫水（使水含量<5%）、脫硫（使H?S<200ppm）和穩(wěn)壓處理后，可通過三種途徑實(shí)現(xiàn)高效利用：沼氣鍋爐供熱、沼氣發(fā)電和工業(yè)燃料替代。

熱電聯(lián)產(chǎn)（CHP）是沼氣高端利用的典范。1m3沼氣可發(fā)電1.7-2.0kWh，同時(shí)回收2.5-3.0MJ余熱，系統(tǒng)總效率可達(dá)75%-85%。山東某紙業(yè)集團(tuán)建設(shè)1.2MW沼氣發(fā)電機(jī)組，年運(yùn)行8000小時(shí)，發(fā)電960萬kWh，滿足廠區(qū)15%的電力需求，余熱用于加熱厭氧反應(yīng)器進(jìn)水，年節(jié)約能源成本500萬元以上。對(duì)于中小型造紙企業(yè)，直接燃燒供熱更為經(jīng)濟(jì)實(shí)用。沼氣鍋爐熱效率通常為85%-90%，6t/h鍋爐年可提供蒸汽47520噸，完全可滿足紙機(jī)干燥部的用熱需求。值得注意的是，沼氣利用系統(tǒng)應(yīng)配置10%-20%的應(yīng)急燃燒火炬，當(dāng)用氣設(shè)備檢修或故障時(shí)，確保沼氣能夠安全處理，避免甲烷（溫室效應(yīng)是CO?的25倍）直接排入大氣。

除能源回收外，廢紙?jiān)旒垙U水厭氧處理還實(shí)現(xiàn)了水回用和固廢減量。厭氧出水經(jīng)好氧處理（如改良型氧化溝）和深度處理（如混凝沉淀）后，COD可穩(wěn)定在60mg/L以下，滿足《制漿造紙工業(yè)水污染物排標(biāo)準(zhǔn)》（GB3544-2008）要求，部分水質(zhì)指標(biāo)達(dá)標(biāo)的出水可用于碎漿、洗漿等對(duì)水質(zhì)要求不高的工段，回用率可達(dá)30%-50%。污泥處理方面，厭氧工藝的污泥產(chǎn)率僅為好氧工藝的1/5-1/10（0.08-0.15kgVSS/kgCOD去除），且污泥經(jīng)厭氧消化后更易脫水（含水率可從99%降至75%-80%）。山鷹華中紙業(yè)將脫水污泥與生產(chǎn)過程中的廢塑料、漿渣一并輸送至固廢電廠摻燒發(fā)電，實(shí)現(xiàn)"渣不落地"的循環(huán)經(jīng)濟(jì)模式。

從全生命周期角度評(píng)估，廢紙?jiān)旒垙U水厭氧處理及資源化利用具有顯著的環(huán)境經(jīng)濟(jì)效益。以處理規(guī)模5000m3/d的工程為例，比較傳統(tǒng)好氧工藝與"IC厭氧+改良氧化溝"組合工藝：投資成本方面，厭氧組合工藝雖初始投資高15%-20%（主要增加IC反應(yīng)器和沼氣利用系統(tǒng)），但運(yùn)行成本低40%-50%；環(huán)境效益方面，厭氧工藝年減排CO?當(dāng)量4500噸，減少污泥外運(yùn)量3000噸；資源收益方面，沼氣能源回收價(jià)值約150萬元/年，水回用節(jié)約成本60萬元/年。這種"處理-回收-利用"三位一體的模式，既解決了污染問題，又創(chuàng)造了經(jīng)濟(jì)價(jià)值，投資回收期通常為3-5年，符合造紙行業(yè)綠色轉(zhuǎn)型的發(fā)展方向。

技術(shù)挑戰(zhàn)與發(fā)展趨勢(shì)

盡管厭氧技術(shù)在廢紙?jiān)旒垙U水處理中取得顯著成效，但仍面臨若干技術(shù)瓶頸需要突破。厭氧微生物對(duì)部分難降解有機(jī)物（如部分脫墨劑、濕強(qiáng)劑）的分解效率有限，導(dǎo)致出水COD中仍有20%-30%難以進(jìn)一步生物降解。針對(duì)這一問題，研究者開發(fā)了"微電解-厭氧"耦合工藝，利用鐵碳微電解產(chǎn)生的[H]和Fe2?強(qiáng)化有機(jī)物開環(huán)斷鏈，可將難降解COD比例降至10%-15%。另一挑戰(zhàn)是鈣離子結(jié)垢問題，當(dāng)Ca2?濃度>800mg/L時(shí)，容易在反應(yīng)器內(nèi)形成CaCO?沉積，影響傳質(zhì)效果并減少有效容積。工程上可采用定期酸洗（pH2-3的稀鹽酸）結(jié)合水力清通的方式維護(hù)，但最佳解決方案應(yīng)是從源頭控制，如在預(yù)處理階段投加Na?CO?使Ca2?提前沉淀去除。

低溫適應(yīng)性是厭氧技術(shù)推廣的制約因素。當(dāng)水溫低于20℃時(shí)，常規(guī)厭氧系統(tǒng)的處理效率下降30%-50%，而我國(guó)北方地區(qū)冬季廢水溫度往往在10-15℃。兩種解決方案具有應(yīng)用前景：一是開發(fā)耐冷厭氧菌劑，如從北極凍土中篩選的Methanogenium frigidum在10℃仍保持50%的甲烷產(chǎn)率；二是采用熱電聯(lián)供模式，利用沼氣發(fā)電余熱維持反應(yīng)器溫度，實(shí)現(xiàn)能源自給。此外，啟動(dòng)周期長(zhǎng)（通常需2-4個(gè)月）也限制了厭氧系統(tǒng)的快速應(yīng)用。接種特種顆粒污泥（如處理過類似廢水的厭氧污泥）可縮短啟動(dòng)時(shí)間至1-1.5個(gè)月，但優(yōu)質(zhì)接種污泥來源有限且運(yùn)輸成本高。

未來發(fā)展趨勢(shì)將聚焦于三個(gè)方向：工藝強(qiáng)化、智能控制和產(chǎn)物高值化。工藝強(qiáng)化方面，厭氧氨氧化（Anammox）與甲烷化耦合技術(shù)備受關(guān)注，該技術(shù)可同步去除廢水中的COD和氮素，適用于碳氮比（C/N）較低的廢紙?jiān)旒垙U水，有望使處理能耗再降20%-30%。智能控制領(lǐng)域，基于物聯(lián)網(wǎng)的數(shù)字孿生系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)厭氧工藝的精準(zhǔn)調(diào)控，通過在線監(jiān)測(cè)COD、VFA、堿度等關(guān)鍵參數(shù)，結(jié)合機(jī)器學(xué)習(xí)算法預(yù)測(cè)最佳運(yùn)行條件，使系統(tǒng)始終處于高效穩(wěn)定狀態(tài)。產(chǎn)物高值化則是提升經(jīng)濟(jì)性的重要途徑，除傳統(tǒng)能源利用外，沼氣經(jīng)提純（CH?>95%）后可生產(chǎn)壓縮天然氣（CNG）或作為化工原料（如制甲醇）；而厭氧過程中產(chǎn)生的揮發(fā)性脂肪酸（VFA）可作為生物可降解塑料（PHA）的生產(chǎn)底物，實(shí)現(xiàn)更高附加值利用。

廢紙?jiān)旒垙U水厭氧處理及資源化利用技術(shù)正逐步從"以去除污染物為目標(biāo)"向"以資源循環(huán)為核心"轉(zhuǎn)變。隨著"雙碳"目標(biāo)的推進(jìn)，該技術(shù)將獲得更廣泛應(yīng)用。建議行業(yè)從三方面著手：加強(qiáng)產(chǎn)學(xué)研合作，加快厭氧技術(shù)創(chuàng)新與成果轉(zhuǎn)化；制定激勵(lì)政策，鼓勵(lì)企業(yè)采用資源回收型處理工藝；建立行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，規(guī)范沼氣利用與副產(chǎn)物管理。通過技術(shù)升級(jí)與模式創(chuàng)新，推動(dòng)廢紙?jiān)旒埿袠I(yè)實(shí)現(xiàn)"治污-減排-增效"的協(xié)同發(fā)展，為造紙工業(yè)的綠色轉(zhuǎn)型提供有力支撐。