造纸工业是我国国民经济的重要产业之一,在面临巨大发展机遇的同时,也给环境带来了巨大的压力。其废水排放量巨大,已检测到的有机物污染物种类多于300种,其中很多是难降解、有毒的有机物。传统的造纸废水处理方法中,絮凝沉降法的COD与BOD的去除率有限,很难达到国家一级排放标准;碱回收工艺不适合中小造纸企业;生物化学法处理过程复杂,运行费用较高。为了解决上述问题,本文在用GC-MS方法分析广州某二次纤维造纸厂各工段污水成分的基础上,分别对TiO₂光催化法处理混合造纸污水和SBR生化处理后的污水进行了研究,并设计了间歇式光催化反应系统。首先分析各工段污水的成分,主要是脂肪酸、树脂酸及芳香族化合物。树脂酸类主要存在于制浆废水中,脂肪酸类、芳香酸及相关衍生物主要在澄清白水和混合废水中。通过对比:混合造纸污水中有机物质种类最多,真空泵密封水中有机物种类、含量均最少。根据各工段污水中的有机污染物含量的差异,指出了相关有机物在工艺过程中的踪迹,分析了它们的可降解性及可能对环境造成的危害。利用自制纳米TiO₂分别光催化处理混合污水及SBR生化后污水,结果表明最佳工艺皆为pH值3,TiO₂用量0.5g/L,6小时内反应速率最高。经过处理,混合造纸污水COD值降至103.0 mg/L,COD降解率为88.7%,SBR生化污水COD值降至75.2mg/L,COD降解率为73.7%。同时,利用金卤灯模拟太阳光,进行了太阳光光催化处理造纸污水的研究。提出光催化降解能力的概念Capphoto,混合造纸污水光催化系统的Capphoto为4.45×10-6J-1,SBR生化污水光催化系统的Capphoto为1.58×10-6J-1,高于其他科研者的数据。分析处理1吨造纸废水经济成本约为83元,使光催化处理污水的经济成本大大降低,但仍难以实际应用,利用太阳光作辅助光源及TiO₂胶体在中性条件下自然沉降的特性可进一步降低光催化处理成本。在造纸污水光催化处理工艺研究基础上,利用组态王6.53和西门子S7-200 PLC开发了间歇式污水光催化反应控制系统,实现了开关、泵、反应过程启停及pH值、液位等参数的在线监控、自动控制、数据库记录查询等功能,能随时对反应过程中的pH值、液位及反应时间进行控制。其中,采用三区段非线性PID控制算法对pH值的控制效果良好,响应速度快,控制精度高,避免了pH值的振荡现象,节约了酸、碱药品用量。