向廢紙造紙的(de)廢水要效(xiao)益

“廢(fei)(fei)紙(zhi)(zhi)(zhi)(zhi)造(zao)紙(zhi)(zhi)(zhi)(zhi)廢(fei)(fei)水(shui)資(zi)(zi)源(yuan)化(hua)利(li)用關(guan)鍵(jian)技術研(yan)發與應(ying)用”提出了(le)廢(fei)(fei)紙(zhi)(zhi)(zhi)(zhi)造(zao)紙(zhi)(zhi)(zhi)(zhi)廢(fei)(fei)水(shui)資(zi)(zi)源(yuan)化(hua)利(li)用的新(xin)模(mo)式(shi)，通(tong)過研(yan)發具有自主知識產權的廢(fei)(fei)水(shui)處理(li)新(xin)裝備及工藝、合(he)成新(xin)型(xing)造(zao)紙(zhi)(zhi)(zhi)(zhi)助劑對沉渣進行(xing)處理(li)，解決了(le)廢(fei)(fei)紙(zhi)(zhi)(zhi)(zhi)造(zao)紙(zhi)(zhi)(zhi)(zhi)廢(fei)(fei)水(shui)及沉渣資(zi)(zi)源(yuan)化(hua)利(li)用的關(guan)鍵(jian)技術問題，實(shi)現了(le)廢(fei)(fei)紙(zhi)(zhi)(zhi)(zhi)造(zao)紙(zhi)(zhi)(zhi)(zhi)的節(jie)能減排(pai)和(he)(he)清潔生產，開(kai)創(chuang)了(le)我(wo)國廢(fei)(fei)紙(zhi)(zhi)(zhi)(zhi)造(zao)紙(zhi)(zhi)(zhi)(zhi)廢(fei)(fei)水(shui)處理(li)的新(xin)模(mo)式(shi)，已(yi)在全國56家造(zao)紙(zhi)(zhi)(zhi)(zhi)廠推廣應(ying)用，每天(tian)(tian)共處理(li)造(zao)紙(zhi)(zhi)(zhi)(zhi)廢(fei)(fei)水(shui)76萬噸，減少CODcr排(pai)放1140噸/天(tian)(tian)，節(jie)約(yue)纖維456噸/天(tian)(tian)，節(jie)約(yue)能耗(hao)7.2萬度(du)/天(tian)(tian)，年創(chuang)直接(jie)經濟效益2.02億元，取(qu)得了(le)良好的環(huan)境、經濟和(he)(he)社會效益。

■ 將新聞進行到底

“以前(qian)，一提到造紙(zhi)(zhi)，我們(men)馬上(shang)就會想到水污染。”華南理工大(da)學教授(shou)萬金泉說(shuo)，造紙(zhi)(zhi)工業的環境污染問題(ti)，一直以來(lai)都困擾我國造紙(zhi)(zhi)業持續發展的關鍵問題(ti)。

受(shou)環保“緊箍咒”的束縛，很多制漿造紙的生(sheng)產線紛(fen)紛(fen)落馬。“要(yao)破解(jie)造紙行業的這(zhe)一老大難(nan)問題，需要(yao)尋(xun)找新的途徑，研發新的技(ji)術。”

在年初的(de)(de)全國科(ke)(ke)技(ji)獎勵大(da)會上，萬(wan)金泉領銜的(de)(de)“廢紙(zhi)造紙(zhi)廢水(shui)資(zi)源化利(li)用關鍵(jian)技(ji)術研發與應用”，攻克了廢紙(zhi)造紙(zhi)廢水(shui)資(zi)源化利(li)用的(de)(de)技(ji)術瓶頸，獲得 2009年度國家(jia)(jia)科(ke)(ke)技(ji)獎勵大(da)會國家(jia)(jia)科(ke)(ke)技(ji)進步獎二等獎。

—— 背景閱讀(du) ——

廢紙造紙量逐年遞增

作(zuo)為世界(jie)上造(zao)(zao)紙(zhi)(zhi)(zhi)量最大的(de)國(guo)(guo)家(jia)，造(zao)(zao)紙(zhi)(zhi)(zhi)工(gong)(gong)業(ye)是我(wo)國(guo)(guo)可持續發展的(de)支(zhi)柱產(chan)業(ye)之(zhi)一。隨著(zhu)植(zhi)物資源的(de)短缺(que)和(he)對環(huan)境保護(hu)的(de)重(zhong)視，為保護(hu)森林資源，減(jian)少(shao)造(zao)(zao)紙(zhi)(zhi)(zhi)工(gong)(gong)業(ye)對環(huan)境的(de)污染，廢紙(zhi)(zhi)(zhi)造(zao)(zao)紙(zhi)(zhi)(zhi)成為造(zao)(zao)紙(zhi)(zhi)(zhi)工(gong)(gong)業(ye)的(de)重(zhong)要發展方向，全國(guo)(guo)造(zao)(zao)紙(zhi)(zhi)(zhi)原料中廢紙(zhi)(zhi)(zhi)已經占(zhan)50%以(yi)上，現今我(wo)國(guo)(guo)廢紙(zhi)(zhi)(zhi)造(zao)(zao)紙(zhi)(zhi)(zhi)年產(chan)量超過4000萬噸，且逐(zhu)年遞增(zeng)。

但(dan)令人擔憂(you)的(de)是，據萬教(jiao)授介(jie)紹，廢(fei)(fei)紙(zhi)造(zao)紙(zhi)產(chan)生的(de)廢(fei)(fei)水和(he)廢(fei)(fei)水處理(li)過(guo)程產(chan)生的(de)沉(chen)渣量(liang)大(da)，每(mei)生產(chan)1噸(dun)(dun)(dun)紙(zhi)耗水30—60噸(dun)(dun)(dun)，廢(fei)(fei)水化學耗氧量(liang)（CODcr）負荷達1500—2500mg/L，并產(chan)生0.34噸(dun)(dun)(dun)的(de)沉(chen)渣。目前，由于廢(fei)(fei)紙(zhi)造(zao)紙(zhi)廢(fei)(fei)水的(de)治理(li)工(gong)程投資大(da)、運(yun)行(xing)能耗高、無法(fa)解決廢(fei)(fei)水循(xun)環使用過(guo)程中污(wu)(wu)染物的(de)累積問題(ti)，難(nan)以實現水的(de)長期(qi)封閉循(xun)環使用；而沉(chen)渣利用困難(nan)，只(zhi)能填埋和(he)焚燒，對環境(jing)造(zao)成(cheng)污(wu)(wu)染。

廢紙造紙污(wu)染控制技術現狀

目(mu)前通用的(de)(de)廢紙造紙污染控制技術(shu)主要有(you)(you)物化(hua)處理技術(shu)和生化(hua)處理技術(shu)，但它們(men)都具有(you)(you)難以克服的(de)(de)缺陷。

首先，物化處理技(ji)術中的沉(chen)淀(dian)池法，污(wu)染物去除率低，絮凝沉(chen)淀(dian)時(shi)間長，沉(chen)渣(zha)(zha)會厭氧發酵；淺(qian)層氣浮技(ji)術污(wu)染物去除率低，運行成本高，沉(chen)渣(zha)(zha)含(han)大量微氣泡，濾水(shui)性差。

另(ling)外(wai)，生(sheng)化(hua)處(chu)理技(ji)術包括SBR法、Carrousel氧(yang)化(hua)溝、IC厭(yan)氧(yang)+好氧(yang)法等，它們(men)難以實(shi)現對廢水(shui)中難降解(jie)(jie)有機污染有效降解(jie)(jie)，廢水(shui)循(xun)環使用后會產生(sheng)污染物的累積。

萬教授表示，這(zhe)些技術(shu)導致大量的(de)(de)廢(fei)水(shui)和廢(fei)渣難以利用。廢(fei)水(shui)產(chan)(chan)生(sheng)量大，每(mei)生(sheng)產(chan)(chan)1噸紙耗水(shui)30—60 噸，CODcr負荷達1500—2500mg/L，“全國每(mei)年(nian)廢(fei)紙造(zao)(zao)紙產(chan)(chan)生(sheng)的(de)(de)廢(fei)水(shui)量約(yue)19.8億噸，這(zhe)相當(dang)(dang)于2700萬人(ren)一年(nian)的(de)(de)飲水(shui)量；每(mei)年(nian)由于沉渣無(wu)法回(hui)用，造(zao)(zao)成植物纖維(wei)浪費500萬噸，這(zhe)相當(dang)(dang)于損失了6000萬棵成年(nian)樹。”

—— 新方(fang)法(fa) ——

高效的“一體化(hua)”技(ji)術

萬(wan)金泉說(shuo)：“傳統(tong)的(de)造紙工業廢(fei)水(shui)處(chu)理(li)方法通常(chang)是(shi)采用單一的(de)物化或生化處(chu)理(li)方法，不僅投(tou)資(zi)大，而且處(chu)理(li)效果差、運行成本高(gao)。而我們的(de)廢(fei)水(shui)處(chu)理(li)是(shi)高(gao)效的(de)‘一體化’技術。”

與其(qi)他技術(shu)相比，“廢(fei)紙(zhi)造紙(zhi)廢(fei)水(shui)資源化利用關鍵技術(shu)研發與應(ying)用”項目既可以保護環(huan)境，又可以創造效(xiao)益。萬金泉(quan)教授說：“與國內外技術(shu)相比，本技術(shu)投資減少(shao)20%左右，運(yun)行成本降低30%以上，難降解污染物(wu)的(de)去(qu)除率提(ti)高20%以上，可實現廢(fei)紙(zhi)造紙(zhi)廢(fei)水(shui)的(de)‘零(ling)排(pai)放(fang)’”。

該項目的(de)(de)整體(ti)(ti)工(gong)藝(yi)可以描(miao)述為：造(zao)紙(zhi)(zhi)廢(fei)(fei)(fei)水經(jing)格網除去較大雜物(wu)進(jin)入調節池(chi)，廢(fei)(fei)(fei)水經(jing)調節池(chi)水質、水量(liang)均衡后(hou)，由提升泵送至高效(xiao)一體(ti)(ti)化處(chu)理設備(bei)(投加化學藥(yao)劑)，經(jing)一體(ti)(ti)化設備(bei)處(chu)理后(hou)的(de)(de)出(chu)水80%左右可以回用于車間，其余部(bu)分利用重力自流進(jin)入共代謝生(sheng)物(wu)反應器進(jin)行處(chu)理，處(chu)理后(hou)的(de)(de)水可長期循環使用，實現造(zao)紙(zhi)(zhi)廢(fei)(fei)(fei)水的(de)(de)零(ling)排放，物(wu)化處(chu)理產生(sheng)的(de)(de)沉渣經(jing)NHEP-30處(chu)理后(hou)回用于生(sheng)產。

—— 創新點(dian) ——

高效的一(yi)級物化處(chu)理裝備與技術

萬金泉告訴記(ji)者，廢紙(zhi)造紙(zhi)廢水中主要污染物(wu)為細(xi)小纖(xian)維、樹(shu)脂酸、油墨、染料等，這(zhe)些(xie)污染物(wu)以不溶性細(xi)小纖(xian)維、膠體物(wu)質、溶解(jie)性的(de)有機物(wu)和鹽的(de)形式存在。

通過(guo)研究(jiu)廢(fei)水(shui)(shui)(shui)(shui)(shui)混(hun)凝過(guo)程，項(xiang)目組(zu)提出(chu)了一(yi)種集廢(fei)水(shui)(shui)(shui)(shui)(shui)的(de)混(hun)凝、沉淀、吸附過(guo)濾于一(yi)體的(de)新型高效(xiao)一(yi)體化物化處(chu)(chu)理(li)設備。該工藝與國內外同類(lei)沉淀或(huo)氣浮處(chu)(chu)理(li)造紙廢(fei)水(shui)(shui)(shui)(shui)(shui)處(chu)(chu)理(li)方法(fa)相比(bi)，SS、CODcr、BOD5的(de)去除率提高20%—35%，水(shui)(shui)(shui)(shui)(shui)力停(ting)留時間縮短30%—40%，能耗(hao)降低30％以(yi)上。處(chu)(chu)理(li)后的(de)出(chu)水(shui)(shui)(shui)(shui)(shui)可(ke)更(geng)好地回用(yong)于生產，降低了后續生化處(chu)(chu)理(li)的(de)處(chu)(chu)理(li)量(liang)和處(chu)(chu)理(li)負(fu)荷及廢(fei)水(shui)(shui)(shui)(shui)(shui)處(chu)(chu)理(li)的(de)能耗(hao)和運行成本。

經物(wu)化(hua)處(chu)理(li)的出(chu)水(shui)長期循環使用后(hou)，造(zao)紙(zhi)用輔料(liao)、樹脂酸等(deng)可(ke)溶性(xing)物(wu)質會出(chu)現累積，對生產造(zao)成(cheng)影響(xiang)。若將(jiang)(jiang)物(wu)化(hua)處(chu)理(li)出(chu)水(shui)全部(bu)經生化(hua)處(chu)理(li)后(hou)再使用，將(jiang)(jiang)會大(da)大(da)增加生化(hua)處(chu)理(li)的負荷和(he)成(cheng)本。

由于本技術高效的(de)(de)物化處(chu)(chu)理(li)效果(guo)，使得采用本技術處(chu)(chu)理(li)后(hou)的(de)(de)廢水(shui)循環(huan)使用后(hou)累積(ji)量(liang)較(jiao)少，但當廢水(shui)的(de)(de)回用率超過80%，廢水(shui)中(zhong)的(de)(de)DCS的(de)(de)累積(ji)量(liang)明顯增大，陰離子垃圾的(de)(de)富集(ji)會造(zao)(zao)成造(zao)(zao)紙機斷(duan)頭、粘(zhan)網等(deng)，對造(zao)(zao)紙生(sheng)產造(zao)(zao)成影(ying)(ying)響。通過20％廢水(shui)進行生(sheng)化處(chu)(chu)理(li)，不(bu)僅可以(yi)解決(jue)水(shui)中(zhong)累積(ji)的(de)(de)DCS的(de)(de)影(ying)(ying)響，也可以(yi)降低后(hou)續二級(ji)生(sheng)化處(chu)(chu)理(li)的(de)(de)投資(zi)規模(mo)和處(chu)(chu)理(li)成本，解決(jue)了廢水(shui)處(chu)(chu)理(li)的(de)(de)經濟性和處(chu)(chu)理(li)效果(guo)之(zhi)間的(de)(de)矛盾。

碳源協(xie)同共代謝生物(wu)處理新技術(shu)

萬金(jin)泉說：“對(dui)經物(wu)(wu)化處理后廢水進行(xing)定性定量分析，共檢測出主(zhu)要有機污(wu)染物(wu)(wu)90種，其典(dian)型污(wu)染物(wu)(wu)為鄰苯(ben)(ben)二(er)(er)甲(jia)酸二(er)(er)丁(ding)酯和二(er)(er)甲(jia)苯(ben)(ben)。采用傳(chuan)統的生物(wu)(wu)方法(fa)無(wu)法(fa)實現(xian)該(gai)類(lei)污(wu)染物(wu)(wu)的有效(xiao)降解，這(zhe)是(shi)造(zao)成廢紙(zhi)造(zao)紙(zhi)廢水無(wu)法(fa)實現(xian)零(ling)排放的主(zhu)要原(yuan)因之一。”

在這種情況(kuang)下，只有(you)通過外(wai)加(jia)碳源進(jin)行人工強(qiang)化誘導微(wei)生(sheng)(sheng)物產生(sheng)(sheng)關(guan)鍵酶(mei)(mei)，在關(guan)鍵酶(mei)(mei)的作用(yong)下微(wei)生(sheng)(sheng)物才能(neng)利用(yong)該類物質，從而得到降(jiang)解(jie)或轉化，最(zui)終去除。 

針對碳源(yuan)共(gong)代(dai)(dai)謝技術的特點，該項目(mu)開發了基于共(gong)代(dai)(dai)謝的厭氧、兼氧、好氧生物(wu)工藝及(ji)共(gong)代(dai)(dai)謝生物(wu)反應器。廢(fei)(fei)水(shui)經溢流堰進入輻射(she)狀布水(shui)管(guan)，使廢(fei)(fei)水(shui)中有(you)機物(wu)、共(gong)代(dai)(dai)謝碳源(yuan)混合。

由于(yu)布水(shui)管呈輻(fu)射狀均勻排列，克(ke)服了水(shui)在(zai)單(dan)一水(shui)管中流動時(shi)由于(yu)沿程(cheng)阻力引起(qi)的布水(shui)不均勻性(xing)，增(zeng)加了污(wu)染(ran)物(wu)和共代謝微生物(wu)的接(jie)觸時(shi)間，提(ti)高(gao)了處理(li)效率。

一級(ji)物化(hua)處理沉渣(zha)回用新技術

項目研究表明，造(zao)紙沉渣(zha)(zha)組分中纖(xian)(xian)維(wei)約(yue)占(zhan)72%，無機填料約(yue)占(zhan)20%，其他組分占(zhan)8%。沉渣(zha)(zha)中纖(xian)(xian)維(wei)與廢紙漿中的纖(xian)(xian)維(wei)相比細小纖(xian)(xian)維(wei)比例大、表面電荷含量高、負(fu)電性強(qiang)，沉渣(zha)(zha)纖(xian)(xian)維(wei)仍具有一定的漿張強(qiang)度(du)，具有回(hui)用價(jia)值(zhi)，但(dan)如(ru)果直接回(hui)用于生產，則留著率低、成紙強(qiang)度(du)差，從而會(hui)造(zao)成紙機斷頭、堵網等問題，嚴重影響生產的正常進行(xing)。

“因此必須(xu)通過添加造紙(zhi)助劑(ji)以實現細小(xiao)纖維的留著和補強才能(neng)實現殘渣(zha)的回(hui)用。”萬金泉說(shuo)。

而沉渣(zha)中(zhong)細小(xiao)(xiao)纖維及無機填料含量較高(gao)會導(dao)致造(zao)紙助(zhu)劑分散(san)困難、可及度降(jiang)低。因此能夠(gou)實現造(zao)紙殘渣(zha)回用(yong)的助(zhu)劑應(ying)具有高(gao)電荷、粒(li)度小(xiao)(xiao)、比(bi)表面積大等(deng)特點，而現有的造(zao)紙助(zhu)劑不能夠(gou)滿足上述應(ying)用(yong)需求。

于(yu)是(shi)，項(xiang)目組(zu)合成了納米級高電(dian)荷兩性聚丙烯酰胺（NHEP-30），經過NHEP-30處理后沉(chen)渣中的(de)細(xi)小纖維留(liu)著率及紙頁強(qiang)度均(jun)可(ke)提高30% 以(yi)上。可(ke)作為(wei)造紙原料回(hui)用(yong)于(yu)生(sheng)產，實現資源化利用(yong)，解決了造紙廢水(shui)中固體(ti)相對環境(jing)造成的(de)二次污染。

—— 項目效(xiao)果 ——

廢水處理的新模式

“該技術徹底改變(bian)了(le)傳(chuan)統的造(zao)(zao)紙(zhi)工(gong)業廢水處(chu)理方法(fa)，造(zao)(zao)紙(zhi)廠實現了(le)節(jie)電、節(jie)水、節(jie)約(yue)造(zao)(zao)紙(zhi)纖(xian)維(wei)，實現了(le)向造(zao)(zao)紙(zhi)廢水要效益。” 萬金(jin)泉說(shuo)。

與目前同類(lei)技術相比廢(fei)水(shui)處理工程的投資(zi)節省30％以上，運行(xing)費用降低(di)40％以上，能耗降低(di)30%以上，實現了廢(fei)紙造(zao)紙廢(fei)水(shui)的封閉循環和造(zao)紙廠的清(qing)潔生產。

目前已在廣東(dong)(dong)、湖(hu)南、湖(hu)北、山東(dong)(dong)、黑(hei)龍江、江蘇、山西、浙江、廣西、河北、四川等(deng)(deng)省的56家造(zao)(zao)紙(zhi)廠(chang)應(ying)用，每(mei)天(tian)(tian)共(gong)處理造(zao)(zao)紙(zhi)廢水76萬噸，每(mei)天(tian)(tian)減少 CODcr排放1140噸，每(mei)天(tian)(tian)回收纖維456噸，通過節電(dian)、節水、節約造(zao)(zao)紙(zhi)纖維等(deng)(deng)直接(jie)年(nian)創造(zao)(zao)經(jing)濟效(xiao)益(yi)2.02億元，近三年(nian)來(lai)累(lei)積創經(jing)濟效(xiao)益(yi)約5.6億元，取得了良好的經(jing)濟和社(she)會效(xiao)益(yi)。

據(ju)估算(suan)，目前(qian)我國廢(fei)(fei)紙造紙年產量超過4000萬噸，現有以廢(fei)(fei)紙為原料的(de)造紙廠超過1000家，這些廠家基本上沒有實現廢(fei)(fei)水的(de)高效資(zi)源化(hua)利用，可見本技術具(ju)有廣闊(kuo)的(de)市(shi)場(chang)前(qian)景。

以預期400家造紙(zhi)企業(ye)使用本技術、日(ri)處理廢(fei)水(shui)約400萬噸(dun)計(ji)，通過節支(zhi)一項可年(nian)創直(zhi)接經(jing)濟效益達(da)12億元，而由此帶來的環境和社(she)會效益更大。

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