吴网君，王 进，庄晓伟

(1.浙江省林业科学研究院，浙江 杭州 313300； 2.浙江农林大学，浙江 杭州 311300)

随着科技的进步和社会的发展，相比上世纪八九十年代，我国竹材加工行业加工设备、生产技术水平有了巨大飞跃，竹制品产量、产值也得到了极大地提升。然而，随着竹产业规模的扩大，竹加工废水给自然环境带来的潜在压力也越来越大。竹材蒸煮和高温热处理等预处理为主的初加工型企业是竹材加工的基础和原料供应源头，但企业规模较小、生产地又较偏僻，无法如规模型竹加工企业会将产生的废水进行处理后纳管或达标排放，更无法进行合理化利用，这势必对自然水体和环境生态造成一定危害。竹材加工过程也涉及使用化工原料导致一些有毒且较难处理的氯化有机物流失并且排入自然水体，会急剧加重自然水体的污染[1]。

竹产业是浙江省重要产业，具有横跨一二三产、产业链条长、就业容量大、增收作用明显等优势，对加快山区跨越式发展、助推乡村振兴战略实施、助力共同富裕示范区建设具有重要作用。2020年、2021年，浙江省先后出台政策《关于加快推进竹产业高质量发展的意见》和《关于推进竹产业发展的若干政策措施》，通过发展竹产业探索践行“绿水青山就是金山银山” 理念。为积极推动竹产业高质量发展，在竹加工企业高效稳产的同时有效处理废水，是当前亟需面对解决的行业难题。该文通过查阅文献资料和行业调研分析，分析了竹材加工行业废水的来源与特点，阐述了国内处理竹材加工行业废水的处理现状和对策，并提出了竹材加工行业废水处理技术的发展前景。

1 竹材加工行业废水的来源与特点

笔者通过产业调研、查阅文献资料等途径，针对竹材加工领域中制浆与造纸、竹材人造板、竹地板、竹制日用品、竹饮品、竹纤维、竹炭等行业，总结废水产生的加工环节并分析废水特点，见表1。

竹材加工造纸已有1 700多年的悠久历史。竹材纤维平均长度在1.5-2.1 mm，平均宽度为15 μm左右，纤维细长，两端尖锐，壁厚腔小，比重大，较硬挺，透明度高，适宜造纸。造纸过程中的主要步骤是: 制浆(包括机械法、化学法或混合法) 、漂白、制纸。该过程均会产生废水，包括黑(红)液、中段废水和纸机白水3种主要的生产废水，分别对应为竹材蒸煮制浆环节产生的废水；纸浆的清洗、筛选和漂白环节产生的废水；制纸车间产生的废水。其中，黑(红)液对环境的污染程度是最高的，约占造纸行业的90%左右[2]。黑液因含有较多的木质素等有机物质；中段废水因组成复杂且含有较多较难生物降解的物质成分，诸如木质素和纤维素等；纸机白水中含有一定量的有机氯化物，其对环境的破坏程度也较大。

竹材人造板产品有数十种，主要产品有竹编胶合板、竹材胶合板、竹材层压板、竹席竹帘胶合板、竹材纤维板和竹材刨花板等[3-4]。其中，竹纤维板生产的废水量最大，主要来源为纤维分离和施胶环节；竹碎料板的生产废水包括施胶环节、清洗环节。生产竹材胶合板时产生的废水来源包括竹材的蒸煮热处理废水、带胶操作环节、冲洗环节[5]。竹材人造板行业生产中，普遍会使用到胶黏剂，废水中含有一定的化学药剂。竹纤维板生产废水中含有木质素等有机物质和CH2O等有毒物质；竹材碎料板和竹材胶合板生产过程中的水污染并不像竹材纤维板生产那样突出，根据选用原料类别、竹材预处理方法及胶黏剂种类及添加方式的区别，造成的水污染程度不同，废水中污染物含量不同，一般主要为木质素有机物及CH2O等有毒物质[5]。目前全国主要地板生产企业超过千家，国内生产的竹地板中有60%以上出口到国外，已经成为世界主要竹地板生产出口基地[6]。常规竹地板产品包括平压竹地板产品、侧压竹地板产品、竹木复合地板等。重组竹地板产品包括室内用重组竹地板、户外用重组竹地板及复合地板。竹地板生产过程中，产生的废水主要包括竹材蒸煮热处理产生废水、竹材碳化时产生的废水、油漆饰面和水膜除尘废水。竹材蒸煮废水中主要含有大量的糖类，木质素有机物；碳化废水中产生的焦油含量高，化学需氧量(COD)和生化需氧量(BOD)较高；水膜除尘废水经沉淀池处理后可循环使用。

竹制日用品包括竹凉席、竹筷、竹牙签、竹工艺品、竹制家居装饰品、竹制礼品、竹制食品包装品、竹制餐具、竹制厨房用具、竹制花园产品等[7]。竹凉席生产的浸泡蒸煮、消毒漂洗、漂白漂洗等环节会使用到NaOH和H2O2等化学药剂，其产生废水含有较多该几种化学药剂。竹筷和竹牙签产业生产模式趋同，其中蒸煮和碳化等环节产生的锅炉废水、碳化废水、水膜除尘废水和碱液喷淋废水较多。大部分竹制品行业产生废水的工艺环节大同小异，主要包括拉丝及蒸煮、硫酸铜染色和漂白漂洗、油漆废水等加工环节[8]。蒸煮环节产生的废水量较大，其中含有较多木质素等有机物；水膜除尘废水经沉淀池处理后可循环使用；锅炉废水会以蒸汽的形式损耗；染色环节产生的废水含有一定的糖类和酸性物质[9]；碱液喷淋水和碳化废水含有较多的木质素等有机物。

竹纤维具有吸湿性好、透气性强、柔软手感好等特点，除了应用于纺织领域外，竹纤维通过进一步加工组合形成的各类复合材料可以被应用于交通、建筑、家具等领域。竹纤维产品加工包含竹浆粕、纺纱、织造、染整及成品加工等多个环节。产生废水较多的环节为浸泡碾轧、胀裂汽蒸、印染废水、清洗脱水等工艺环节，其中浸泡环节产生碱液废水较多[10]。浸泡废水中会有用到的大量化学试剂，印染废水含有染料、淀粉、纤维素、木质素、洗涤剂等有机物以及碱、硫化物、各类盐类等无机物[11]。

竹制饮品有液体饮料与固体饮料两类。竹液体饮料包括天然新鲜竹汁开发成的纯天然饮品和竹叶提取植物黄酮制剂制作而成的竹叶黄酮饮料。固体饮料是用竹子加工制成需要冲泡后饮用的竹饮品。竹制饮品生产过程产生废水主要来源于机械设备清洗废水、原料贮槽的洗净水、过滤器反洗水、工作场所清洗废水。竹制饮品加工过程产生废水的特性是有机物含量高，高COD和高BOD。

我国竹炭产业自20世纪90年代开始，经过20多年的发展，已开发出竹炭竹醋液七大系列300多种产品。竹炭产业从无到有，应用领域不断拓展，从日用领域产品扩展到环境治理，生产设备从传统土窑发展到机械化连续化生产装备，竹炭生产企业由作坊式向规模化转型，促进竹炭产业的转型升级产品向功能化深度开发，如气相液相用竹质活性炭、竹炭装饰板、食用竹炭等。竹材炭化通常经历烟熏预干燥、干燥、预炭化、炭化、煅烧(精炼)、自然冷却等阶段。竹炭活化的方法分为物理活化法和化学活化法。竹炭加工行业废水一般来源为：洗气塔环节、漂洗环节和车间操作环节。洗气塔中产生的废水含有H3PO4；漂洗竹炭竹活性炭半成品产生废水中含有H3PO4和其他化学助剂；车间里冲刷地面和冷却物料等操作产生的废水中包含一定量的沉淀物。

表1 竹材加工行业产生废水的来源与特点

2 竹材加工行业产生废水的处理现状

据调研，对于竹材加工行业产生的废水，竹加工企业目前常采用诸如沉淀池处理、生产环节再利用、污水处理单位清运回收、自建废水处理设施处理等措施。按照竹材加工行业、竹材加工企业规模、地区差异等存在一定区别。以下笔者针对不同竹材加工行业其产生废水特点、处理现状进行了梳理分析。

竹材纸浆造纸行业产生的废水中，黑液含有较多的木质素等有机物质，一般进行回收再利用的处理办法；中段废水组成复杂且含有较多较难生物降解的物质成分，诸如木质素和纤维素等，企业一般进行多种方法的组合处理，最大限度的回收利用其中物质；机纸白水中含有一定量的有机氯化物，其对环境的破坏程度也较大，企业常利用沉淀法对废水进行回收再利用。

竹材人造板及竹地板生产中，常规废水进行沉淀后进行集中处理，竹材碳化废水COD等浓度较高，一般交由专门的污水处理公司进行清运处理；水膜除尘废水经沉淀池处理后可循环使用，不外排。

竹制品如竹凉席、竹筷和其它竹工艺品等生产过程中，蒸煮环节产生的废水量较大，其中含有较多木质素等有机物，可进行二次回收利用；水膜除尘废水和竹地板行业处理方法相似，经沉淀池处理后可循环使用；锅炉废水会以蒸汽的形式损耗；染色环节产生的废水、碱液喷淋水和碳化废水回收处理较有难度或成本过大，一般交由有资质的污水处理单位清运处理。

竹纤维生产中浸泡竹片产生的碱液废水一般通过碱液回用池进行循环利用；竹桨蒸煮环节产生的废水亦含有木质素和纤维素等成分，也会进行二次利用；其余较难处理废水会收集并交由具备资质污水处理公司作清运处理。

竹炭竹活性炭生产中产生的洗气塔废水中含有磷酸等物质，可以进行回收二次利用，漂洗废水和车间废水一般经沉淀处理达标后，常规处理。

竹材加工行业的废水，由于各个具体行业不一样，其生产工艺技术差别大，产生废水的环节不同，废水的特点也不同，相应采用的处理技术也不同。一方面，我们应该重视从源头竹材加工生产各环节进行优化，尽量减少废水的产生。浙江省龙游县竹产业服务团、浙江省林业科学研究院洪游游、翁甫金等[12]对竹材饱和蒸汽炭化热处理工艺参数进行了优化研究并对竹材加工废水和竹材颜色的影响作出了分析，发现饱和蒸汽压和热处理时间与废水的产生量和COD值密切相关，且呈正比例关系；经过优化后的工艺单位质量废水量与总有机物排放量有着明显的减少，能较好的指导实际生产。另一方面，废水的收集与处理技术方面也需要不断优化。总体来看，竹材加工行业处理废水的方法和工业废水处理的方法大同小异。目前采用的处理技术，主要涵盖固液分离、物质氧化、有毒物质去除和杀菌等方面，据其性质可以概括为物理、化学、生物等处理技术。竹材加工行业产生废水常用处理技术详见表2。

表2 竹材加工行业产生废水的常用处理技术

物理处理技术常为通过物理作用从废水中分离不溶性物质，而不改变化学性质。物理处理技术通常包括物理吸附法、膜过滤法、气浮法等；化学处理技术通常通过化学反应处理或回收废水中的溶解和凝胶物质。采用物理法处理竹材加工废水，目前已经有相关学者进行了探索。浙江省农业生态与能源办公室费利华、王志荣等[13]利用膨胀颗粒污泥床与外置中空纤维滤膜组成的厌氧膜生物反应器装置，来解决竹材行业带来的高浓度废水，通过设计的装置连续运行多段时间后，发现进水COD约为180.0 mg·L-1时，可以获得最优去除率，保持90%左右。且此时pH值高于8.5，有机负荷率达到6 kg·m-3·d-1，挥发性脂肪酸仅为21.63 mg·L-1，装置的缓冲能力最佳，可处理竹材行业带来的高浓度废水。

化学处理技术通常有中和法、絮凝法、氧化还原法和化学沉淀法；效果较好的絮凝法、氧化还原法和芬顿法一般为首选方法。中国林科院林化所施英乔、房桂干等[14]研究了竹材制浆废水的处理工艺，优化了竹材制浆废水的处理工艺，通过高效混凝剂替换聚合氯化铝(PAC)，使用量为1.5 kg·m-3，助凝剂阴离子聚丙烯酰胺(PAM)使用量为5 mg·L-1，来降低二沉池中废水COD值，处理后的废水COD值和色度均有明显降低，且完全符合《制浆造纸工业水污染物排放标准》(GB3544-2008)要求。

生物处理技术通过采用为微生物的生存和繁殖创造合适的环境，利用微生物将废水中的有机物代谢分解为无机物，提高废水处理效率，一般分为2种方法:好氧处理和厌氧处理；应用较多的是好氧处理中的生物膜法。广东工业大学颜尚华、陈敏等[15]通过研究循序间歇式活性污泥法(SBR)处理技术，发现内电解与SBR联合对黑液的处理更具效果，可以使经酸析木质素后所得黑液中的COD和BOD值显著降低，且模拟数据与试验数据吻合良好，均符合《污水综合排放标准》(GB8978-1996)。浙江大学李振东[16]通过研究厌氧法处理竹制品高浓度有机废水，并进行详细调查，设计了合理处理技术路线，采用厌氧反应器处理含有双氧水的竹材蒸煮废水，并得出去除COD效果最佳的水力停留时间，总结了其中各项特点，为相关竹产品企业提供了相应的设计参数。

电解处理技术也是废水常用处理技术，笔者团队针对竹材加工废水处理采用过电解法和微电解法[17-19]。以湖底天然污泥为基底，筛选和驯化了厌氧、好氧和兼氧处理生物菌群，研发了微电解-芬顿处理—UASB-A/O—复极性三维电解技术耦合技术，复极性三维电极反应器的最优工艺为电解时间为40 min、电流密度为20 mA·cm-2、NaCl投加量1.5 g·L-1和曝气量2 L·min-1，污水的COD去除率为84.58%、总氮去除率为93.27%；应用该技术，完成了小型示范线的建设工作，示范线处理后出水符合《污水综合排放标准》(GB8978-1996)中一级标准排放要求。

考虑到成本和处理效果等多方因素，一些竹材加工企业会采用组合方法来处理企业产生的废水，而不是仅仅使用其中单一方法来处理废水。一般处理步骤为：首先竹制品废水会通过管道进入调节池，目的是为了调节废水水质和控制废水数量，再由管道进入强化气浮池，在强化气浮池中由曝气盘和三相分离器的配合，收集废水中大量的浮渣和沉淀物。处理过后的废水经过管道输送至臭氧氧化沉淀池，在沉淀池中经过臭氧氧化，废水中的诸多大分子物质会转化为小分子物质，便于沉淀吸附，再由三相分离器实现固液分离，收集废渣。经过第二轮处理的废水经由管道进入折流式缺氧厌氧反应池，在反应池中经多段反应室污泥床和不同反应室微生物的共同作用，将废水中大分子有机物转化为小分子有机物，非溶性有机物转化为溶解性有机物，并由污泥床截留大部分废渣。折返处理多次，处理后的废水由管道进入砂滤池，过滤达标后排放。如，福建农林大学王传耀等[20]研究了重组装饰材企业工业废水处理工艺研究，通过对木材染色和印染废水的各项指标和工艺的对比，指出了相关企业可应采用三级生化处理或三级电化学处理为核心的组合处理优化方案。中国林科院林化所丁来保等[21-22]通过优化生物处理系统和更换新型混凝剂的方法，对竹材制浆废水处理工程进行了技术优化，研究发现好氧池加入一定量磷酸盐，可以提升好氧微生物的生长繁殖能力，进而增进废水处理效果；使用合理剂量的自制高效混凝剂替换聚合氯化铝，可使气浮COD去除率达到55%以上，其主要指标均满足《制浆造纸工业水污染物排放标准》(GB3544-2008)。

3 竹材加工行业废水处理技术研究展望

当前，随着国家对竹产业的加大扶持，竹材加工产业不断发展，规模随之扩大，所产生的废水量呈现上升趋势，其废水处理问题越来越受重视。与木材相比，竹材含有更多的糖类、脂肪和蛋白质；竹青部分的纤维素为42.94%、总木质素为25.23%；竹黄部分纤维素为42.16%、总木质素为24.72%；竹材木质素除有愈创木基(G)和紫丁香基(S)两类单体外，还含有相当数量的对羟苯基型(H)结构，属于G-S-H型；竹材化学成分和木质素结构的差异给废水处理带来了更大困难，直接套用木材蒸煮污水处理工艺处理竹加工业废水效果并不理想。竹加工生产中的废水化学耗氧量浓度、色度高，废水中含有大量的半纤维素、木质素以及灰分等物质，大部分难以降解，用传统的废水处理工艺，运行成本高，加上工艺技术不成熟，其应用性受到限制[23-25]。竹材加工企业不少规模小且较为分散，其蒸煮/热处理废水“户集、镇运、集中处理”的治理方案受限于成本和掺入量。为此，迫切需要研究和开发低耗能、低成本、处理效果佳的生产废水处理方法。

未来竹材加工行业废水处理主要从以下几个方面开展：

(1) 研发竹材加工清洁生产技术，不断降低废水排放量。坚决贯彻落实碳达峰、碳中和的重大战略决策，加快形成节约资源和保护环境的产业结构、生产方式、生活方式、空间格局，坚定不移走竹产业高质量发展道路[26]。在竹材加工各个环节不断优化，避免和减少废水的产生以及尽可能的将加工污水回用，增加废水的利用率和回用率，实现废水在厂区循环流动，争取实现废水的零排放。

(2) 研发电解法、化学法等新型废水处理技术。重视引进与自主开发废水处理新技术，双管齐下，如微电解-芬顿处理—UASB-A/O—复极性三维电解技术耦合技术，将高新技术应用到竹材加工过程中产生废水的处理。判断处理效果不能单纯的以单个或者少数指标的好坏来判断治理效果，需要通盘考虑。

(3) 研发园区废水集中处理与分散处理技术。竹材多分布于山区，竹产业是惠农产业，其发展对助力乡村振兴战略有重要意义，既要重视产业区集中处理，也要重视分散小型化竹加工厂废水处理。有条件产业集聚的建成竹木产业园区，减少运输成本，探索园区废水集中高效处理技术；对较为分散、产业规模小的加工企业，开发因地制宜，低成本、小型化的污水处理技术。

(4) 研发竹材加工废水资源化利用技术。竹材加工废水存在木质素、纤维素、糖类等组分，多由于竹材中淀粉、糖类等成分分解产生，其高浓度产物存在潜在利用前景。竹材废水经处理后，可成为一种资源加以利用变成新的产品。依据各竹材加工废水的特点，对各类竹材加工废水开发资源化利用新技术很有必要，如高浓度木质素、高浓度糖类竹加工废水的利用技术。

(5) 多种废水处理方法综合利用技术。由于竹材生产废水的组成较为复杂，针对废水产生工序、产生量、废水性质等采取相应处理措施，如研究三级生化处理或三级电化学处理为核心的组合处理优化方案更能发挥综合优势，增加废水的处理效率。企业依据实际采取适用的组合工艺，合理利用组合单元的相互关系，提升废水处理能力，不失为很好的发展方向。