向廢紙?jiān)旒埖膹U水要效益

“廢紙?jiān)旒垙U水資源化利用關(guān)鍵技術(shù)研發(fā)與應(yīng)用”提出了廢紙?jiān)旒垙U水資源化利用的新模式，通過(guò)研發(fā)具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的廢水處理新裝備及工藝、合成新型造紙助劑對(duì)沉渣進(jìn)行處理，解決了廢紙?jiān)旒垙U水及沉渣資源化利用的關(guān)鍵技術(shù)問(wèn)題，實(shí)現(xiàn)了廢紙?jiān)旒埖墓?jié)能減排和清潔生產(chǎn)，開(kāi)創(chuàng)了我國(guó)廢紙?jiān)旒垙U水處理的新模式，已在全國(guó)56家造紙廠推廣應(yīng)用，每天共處理造紙廢水76萬(wàn)噸，減少CODcr排放1140噸/天，節(jié)約纖維456噸/天，節(jié)約能耗7.2萬(wàn)度/天，年創(chuàng)直接經(jīng)濟(jì)效益2.02億元，取得了良好的環(huán)境、經(jīng)濟(jì)和社會(huì)效益。

■ 將新聞進(jìn)行到底

“以前，一提到造紙，我們馬上就會(huì)想到水污染。”華南理工大學(xué)教授萬(wàn)金泉說(shuō)，造紙工業(yè)的環(huán)境污染問(wèn)題，一直以來(lái)都困擾我國(guó)造紙業(yè)持續(xù)發(fā)展的關(guān)鍵問(wèn)題。

受環(huán)保“緊箍咒”的束縛，很多制漿造紙的生產(chǎn)線紛紛落馬。“要破解造紙行業(yè)的這一老大難問(wèn)題，需要尋找新的途徑，研發(fā)新的技術(shù)。”

在年初的全國(guó)科技獎(jiǎng)勵(lì)大會(huì)上，萬(wàn)金泉領(lǐng)銜的“廢紙?jiān)旒垙U水資源化利用關(guān)鍵技術(shù)研發(fā)與應(yīng)用”，攻克了廢紙?jiān)旒垙U水資源化利用的技術(shù)瓶頸，獲得 2009年度國(guó)家科技獎(jiǎng)勵(lì)大會(huì)國(guó)家科技進(jìn)步獎(jiǎng)二等獎(jiǎng)。

—— 背景閱讀 ——

廢紙?jiān)旒埩恐鹉赀f增

作為世界上造紙量最大的國(guó)家，造紙工業(yè)是我國(guó)可持續(xù)發(fā)展的支柱產(chǎn)業(yè)之一。隨著植物資源的短缺和對(duì)環(huán)境保護(hù)的重視，為保護(hù)森林資源，減少造紙工業(yè)對(duì)環(huán)境的污染，廢紙?jiān)旒埑蔀樵旒埞I(yè)的重要發(fā)展方向，全國(guó)造紙?jiān)现袕U紙已經(jīng)占50%以上，現(xiàn)今我國(guó)廢紙?jiān)旒埬戤a(chǎn)量超過(guò)4000萬(wàn)噸，且逐年遞增。

但令人擔(dān)憂的是，據(jù)萬(wàn)教授介紹，廢紙?jiān)旒埉a(chǎn)生的廢水和廢水處理過(guò)程產(chǎn)生的沉渣量大，每生產(chǎn)1噸紙耗水30—60噸，廢水化學(xué)耗氧量（CODcr）負(fù)荷達(dá)1500—2500mg/L，并產(chǎn)生0.34噸的沉渣。目前，由于廢紙?jiān)旒垙U水的治理工程投資大、運(yùn)行能耗高、無(wú)法解決廢水循環(huán)使用過(guò)程中污染物的累積問(wèn)題，難以實(shí)現(xiàn)水的長(zhǎng)期封閉循環(huán)使用；而沉渣利用困難，只能填埋和焚燒，對(duì)環(huán)境造成污染。

廢紙?jiān)旒埼廴究刂萍夹g(shù)現(xiàn)狀

目前通用的廢紙?jiān)旒埼廴究刂萍夹g(shù)主要有物化處理技術(shù)和生化處理技術(shù)，但它們都具有難以克服的缺陷。

首先，物化處理技術(shù)中的沉淀池法，污染物去除率低，絮凝沉淀時(shí)間長(zhǎng)，沉渣會(huì)厭氧發(fā)酵；淺層氣浮技術(shù)污染物去除率低，運(yùn)行成本高，沉渣含大量微氣泡，濾水性差。

另外，生化處理技術(shù)包括SBR法、Carrousel氧化溝、IC厭氧+好氧法等，它們難以實(shí)現(xiàn)對(duì)廢水中難降解有機(jī)污染有效降解，廢水循環(huán)使用后會(huì)產(chǎn)生污染物的累積。

萬(wàn)教授表示，這些技術(shù)導(dǎo)致大量的廢水和廢渣難以利用。廢水產(chǎn)生量大，每生產(chǎn)1噸紙耗水30—60 噸，CODcr負(fù)荷達(dá)1500—2500mg/L，“全國(guó)每年廢紙?jiān)旒埉a(chǎn)生的廢水量約19.8億噸，這相當(dāng)于2700萬(wàn)人一年的飲水量；每年由于沉渣無(wú)法回用，造成植物纖維浪費(fèi)500萬(wàn)噸，這相當(dāng)于損失了6000萬(wàn)棵成年樹(shù)。”

—— 新方法 ——

高效的“一體化”技術(shù)

萬(wàn)金泉說(shuō)：“傳統(tǒng)的造紙工業(yè)廢水處理方法通常是采用單一的物化或生化處理方法，不僅投資大，而且處理效果差、運(yùn)行成本高。而我們的廢水處理是高效的‘一體化’技術(shù)。”

與其他技術(shù)相比，“廢紙?jiān)旒垙U水資源化利用關(guān)鍵技術(shù)研發(fā)與應(yīng)用”項(xiàng)目既可以保護(hù)環(huán)境，又可以創(chuàng)造效益。萬(wàn)金泉教授說(shuō)：“與國(guó)內(nèi)外技術(shù)相比，本技術(shù)投資減少20%左右，運(yùn)行成本降低30%以上，難降解污染物的去除率提高20%以上，可實(shí)現(xiàn)廢紙?jiān)旒垙U水的‘零排放’”。

該項(xiàng)目的整體工藝可以描述為：造紙廢水經(jīng)格網(wǎng)除去較大雜物進(jìn)入調(diào)節(jié)池，廢水經(jīng)調(diào)節(jié)池水質(zhì)、水量均衡后，由提升泵送至高效一體化處理設(shè)備(投加化學(xué)藥劑)，經(jīng)一體化設(shè)備處理后的出水80%左右可以回用于車間，其余部分利用重力自流進(jìn)入共代謝生物反應(yīng)器進(jìn)行處理，處理后的水可長(zhǎng)期循環(huán)使用，實(shí)現(xiàn)造紙廢水的零排放，物化處理產(chǎn)生的沉渣經(jīng)NHEP-30處理后回用于生產(chǎn)。

—— 創(chuàng)新點(diǎn) ——

高效的一級(jí)物化處理裝備與技術(shù)

萬(wàn)金泉告訴記者，廢紙?jiān)旒垙U水中主要污染物為細(xì)小纖維、樹(shù)脂酸、油墨、染料等，這些污染物以不溶性細(xì)小纖維、膠體物質(zhì)、溶解性的有機(jī)物和鹽的形式存在。

通過(guò)研究廢水混凝過(guò)程，項(xiàng)目組提出了一種集廢水的混凝、沉淀、吸附過(guò)濾于一體的新型高效一體化物化處理設(shè)備。該工藝與國(guó)內(nèi)外同類沉淀或氣浮處理造紙廢水處理方法相比，SS、CODcr、BOD5的去除率提高20%—35%，水力停留時(shí)間縮短30%—40%，能耗降低30％以上。處理后的出水可更好地回用于生產(chǎn)，降低了后續(xù)生化處理的處理量和處理負(fù)荷及廢水處理的能耗和運(yùn)行成本。

經(jīng)物化處理的出水長(zhǎng)期循環(huán)使用后，造紙用輔料、樹(shù)脂酸等可溶性物質(zhì)會(huì)出現(xiàn)累積，對(duì)生產(chǎn)造成影響。若將物化處理出水全部經(jīng)生化處理后再使用，將會(huì)大大增加生化處理的負(fù)荷和成本。

由于本技術(shù)高效的物化處理效果，使得采用本技術(shù)處理后的廢水循環(huán)使用后累積量較少，但當(dāng)廢水的回用率超過(guò)80%，廢水中的DCS的累積量明顯增大，陰離子垃圾的富集會(huì)造成造紙機(jī)斷頭、粘網(wǎng)等，對(duì)造紙生產(chǎn)造成影響。通過(guò)20％廢水進(jìn)行生化處理，不僅可以解決水中累積的DCS的影響，也可以降低后續(xù)二級(jí)生化處理的投資規(guī)模和處理成本，解決了廢水處理的經(jīng)濟(jì)性和處理效果之間的矛盾。

碳源協(xié)同共代謝生物處理新技術(shù)

萬(wàn)金泉說(shuō)：“對(duì)經(jīng)物化處理后廢水進(jìn)行定性定量分析，共檢測(cè)出主要有機(jī)污染物90種，其典型污染物為鄰苯二甲酸二丁酯和二甲苯。采用傳統(tǒng)的生物方法無(wú)法實(shí)現(xiàn)該類污染物的有效降解，這是造成廢紙?jiān)旒垙U水無(wú)法實(shí)現(xiàn)零排放的主要原因之一。”

在這種情況下，只有通過(guò)外加碳源進(jìn)行人工強(qiáng)化誘導(dǎo)微生物產(chǎn)生關(guān)鍵酶，在關(guān)鍵酶的作用下微生物才能利用該類物質(zhì)，從而得到降解或轉(zhuǎn)化，最終去除。 

針對(duì)碳源共代謝技術(shù)的特點(diǎn)，該項(xiàng)目開(kāi)發(fā)了基于共代謝的厭氧、兼氧、好氧生物工藝及共代謝生物反應(yīng)器。廢水經(jīng)溢流堰進(jìn)入輻射狀布水管，使廢水中有機(jī)物、共代謝碳源混合。

由于布水管呈輻射狀均勻排列，克服了水在單一水管中流動(dòng)時(shí)由于沿程阻力引起的布水不均勻性，增加了污染物和共代謝微生物的接觸時(shí)間，提高了處理效率。

一級(jí)物化處理沉渣回用新技術(shù)

項(xiàng)目研究表明，造紙沉渣組分中纖維約占72%，無(wú)機(jī)填料約占20%，其他組分占8%。沉渣中纖維與廢紙漿中的纖維相比細(xì)小纖維比例大、表面電荷含量高、負(fù)電性強(qiáng)，沉渣纖維仍具有一定的漿張強(qiáng)度，具有回用價(jià)值，但如果直接回用于生產(chǎn)，則留著率低、成紙強(qiáng)度差，從而會(huì)造成紙機(jī)斷頭、堵網(wǎng)等問(wèn)題，嚴(yán)重影響生產(chǎn)的正常進(jìn)行。

“因此必須通過(guò)添加造紙助劑以實(shí)現(xiàn)細(xì)小纖維的留著和補(bǔ)強(qiáng)才能實(shí)現(xiàn)殘?jiān)幕赜谩?rdquo;萬(wàn)金泉說(shuō)。

而沉渣中細(xì)小纖維及無(wú)機(jī)填料含量較高會(huì)導(dǎo)致造紙助劑分散困難、可及度降低。因此能夠?qū)崿F(xiàn)造紙殘?jiān)赜玫闹鷦⿷?yīng)具有高電荷、粒度小、比表面積大等特點(diǎn)，而現(xiàn)有的造紙助劑不能夠滿足上述應(yīng)用需求。

于是，項(xiàng)目組合成了納米級(jí)高電荷兩性聚丙烯酰胺（NHEP-30），經(jīng)過(guò)NHEP-30處理后沉渣中的細(xì)小纖維留著率及紙頁(yè)強(qiáng)度均可提高30% 以上�？勺鳛樵旒�?jiān)匣赜糜谏a(chǎn)，實(shí)現(xiàn)資源化利用，解決了造紙廢水中固體相對(duì)環(huán)境造成的二次污染。

—— 項(xiàng)目效果 ——

廢水處理的新模式

“該技術(shù)徹底改變了傳統(tǒng)的造紙工業(yè)廢水處理方法，造紙廠實(shí)現(xiàn)了節(jié)電、節(jié)水、節(jié)約造紙纖維，實(shí)現(xiàn)了向造紙廢水要效益。” 萬(wàn)金泉說(shuō)。

與目前同類技術(shù)相比廢水處理工程的投資節(jié)省30％以上，運(yùn)行費(fèi)用降低40％以上，能耗降低30%以上，實(shí)現(xiàn)了廢紙?jiān)旒垙U水的封閉循環(huán)和造紙廠的清潔生產(chǎn)。

目前已在廣東、湖南、湖北、山東、黑龍江、江蘇、山西、浙江、廣西、河北、四川等省的56家造紙廠應(yīng)用，每天共處理造紙廢水76萬(wàn)噸，每天減少 CODcr排放1140噸，每天回收纖維456噸，通過(guò)節(jié)電、節(jié)水、節(jié)約造紙纖維等直接年創(chuàng)造經(jīng)濟(jì)效益2.02億元，近三年來(lái)累積創(chuàng)經(jīng)濟(jì)效益約5.6億元，取得了良好的經(jīng)濟(jì)和社會(huì)效益。

據(jù)估算，目前我國(guó)廢紙?jiān)旒埬戤a(chǎn)量超過(guò)4000萬(wàn)噸，現(xiàn)有以廢紙為原料的造紙廠超過(guò)1000家，這些廠家基本上沒(méi)有實(shí)現(xiàn)廢水的高效資源化利用，可見(jiàn)本技術(shù)具有廣闊的市場(chǎng)前景。

以預(yù)期400家造紙企業(yè)使用本技術(shù)、日處理廢水約400萬(wàn)噸計(jì)，通過(guò)節(jié)支一項(xiàng)可年創(chuàng)直接經(jīng)濟(jì)效益達(dá)12億元，而由此帶來(lái)的環(huán)境和社會(huì)效益更大。

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