·造紙固體廢棄物·

造紙固體廢棄物的性質(zhì)與資源化利用

劉琳1張安龍1,2羅清1,2景立明1

(1.陜西科技大學(xué),陜西西安， 710021;

2.陜西省造紙技術(shù)及特種紙品開(kāi)發(fā)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,陜西西安,710021)

摘要：造紙工業(yè)產(chǎn)生大量的固體廢棄物。隨著產(chǎn)業(yè)規(guī)模的逐漸擴(kuò)大,這些固廢物所帶來(lái)的環(huán)境問(wèn)題日益突出,隨之而來(lái)的各種生態(tài)問(wèn)題和社會(huì)問(wèn)題也逐漸突顯出來(lái)。如何妥善、有效、科學(xué)地處理造紙固體廢棄物已經(jīng)成為一項(xiàng)迫在眉睫的環(huán)保課題。本文從造紙工業(yè)固體廢棄物的來(lái)源、危害和處理現(xiàn)狀入手,綜述了國(guó)內(nèi)外造紙固體廢棄物處理處置的新型資源化技術(shù)。

關(guān)鍵詞：造紙固體廢棄物；污泥；資源化

作者簡(jiǎn)介：劉琳女士,在讀碩士研究生；主要研究方向：造紙固體廢棄物的處理處置與資源化利用技術(shù)。

中圖分類號(hào)：TS793

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

文章編號(hào)：0254- 508X(2015)06- 0052- 07

收稿日期：2015- 01- 08(修改稿)

基金項(xiàng)目：十二五國(guó)家科技支撐計(jì)劃項(xiàng)目(2011BAC11B04)；陜西科技大學(xué)研究生創(chuàng)新基金資助項(xiàng)目。

Abstract：In addition to produce a large amount of waste water, a lot of solid waste are generated in papermaking process. With the gradual expansion of industrial scale, the impact of these solid waste on environment is increasingly prominent, the various ecological problems and attendant social problems has emerged gradually. Therefore, how to properly effectively and scientifically treat paper mills’ solid waste has become a urgent environmental issue. This article from the hazard and status quo of treatment of the solid wastes, summarized some new technologies for treating these solid waste as applicable resource at home and abroad.

Properties and Utilization of Solid Wastes of Paper Mills

LIU Lin1,*ZHANG An-long1,2LUO Qing1,2JING Li-ming1

(1.ShaanxiUniversityofScience&Technology,Xi′an,ShaanxiProvince, 710021;

2.ShaanxiProvinceKeyLabofPapermakingTechnologyandSpecialtyPaper,Xi′an,ShaanxiProvince, 710021)

(*E-mail: 838833751@qq.com)

Key words：papermaking solid waste; sludge; resource

造紙工業(yè)產(chǎn)生的固體廢物若處置不當(dāng)會(huì)造成環(huán)境污染,同時(shí)又浪費(fèi)可以利用的資源。而且隨著紙張產(chǎn)量的增加以及制漿造紙廢水處理率和處理深度的提高,固體廢棄物的產(chǎn)量也將會(huì)繼續(xù)增大,如不對(duì)造紙固體廢棄物進(jìn)行妥善處理,將會(huì)造成二次污染。因此,造紙固體廢棄物的減量化、穩(wěn)定化、資源化處理已迫在眉睫。

造紙工業(yè)固體廢棄物包括制漿生產(chǎn)中的原料備料廢渣、堿回收車間白泥、廢水處理污泥以及二次纖維利用過(guò)程中產(chǎn)生的脫墨污泥等。其中廢水處理污泥和廢紙制漿脫墨污泥的產(chǎn)量大,所占比例最高,每生產(chǎn)1 t再生紙,就會(huì)產(chǎn)生150 kg以上的污泥(絕干量),造紙污泥數(shù)量是同等規(guī)模市政污泥產(chǎn)量的5~10倍[1],處置費(fèi)用約占造紙廢水處理費(fèi)用的 50 % 以上[2]。且成分比較復(fù)雜、治理難度大,近年來(lái)一直是開(kāi)發(fā)利用的研究熱點(diǎn)和難點(diǎn)。從資源化著眼,展開(kāi)造紙固體廢棄物處理和處置工作的方式合理、有成效，盡可能多地進(jìn)行污泥無(wú)害化和資源化的嘗試十分有益。本文將重點(diǎn)介紹造紙固體廢棄物的治理進(jìn)展和前景展望。

1造紙固體廢棄物的分類與性質(zhì)

1.1固體廢棄物的來(lái)源與種類

制漿造紙廠存在大量的固體廢棄物,除了碎漿機(jī)的排渣,還有篩漿機(jī)和除渣器的排渣；污泥類的有浮選的泡沫渣、水凈化處理時(shí)排出的固體物和浮渣、廢水生物處理的污泥；其他類型的還有化學(xué)調(diào)理劑產(chǎn)生的廢渣,若生產(chǎn)機(jī)械漿還有鋸未和樹(shù)皮等,其具體來(lái)源和種類見(jiàn)表1。

圖1　廢水處理污泥的來(lái)源

表1　固體廢棄物的來(lái)源與種類

1.2固體廢棄物的產(chǎn)生和性質(zhì)

1.2.1堿回收白泥的產(chǎn)生和性質(zhì)

白泥是堿法化學(xué)制漿過(guò)程中,利用堿回收技術(shù)處理制漿黑液、回收燒堿得到的副產(chǎn)品,即制漿黑液經(jīng)堿回收鍋爐燃燒后,產(chǎn)生的熔融物溶入水中后成為綠液(其主要成分為碳酸鈉),然后將石灰加入綠液中進(jìn)行苛化反應(yīng),碳酸鈉反應(yīng)生成氫氧化鈉,同時(shí)石灰中的氧化鈣生成碳酸鈣,沉淀后即為白泥。白泥經(jīng)洗滌過(guò)濾回收氫氧化鈉后,最終得到含水率25%～50%的白泥[3]。

由于纖維原料組成、制漿工藝不同,制漿黑液燃燒產(chǎn)生的綠液成分不同,苛化投加石灰質(zhì)量不一,產(chǎn)生的白泥組成大不一樣。白泥主要成分為碳酸鈣,還含有一定量的酸不溶物、過(guò)量的石灰、少量殘堿及微量的碳,其回收利用難易程度差別很大。

1.2.2脫墨污泥的產(chǎn)生和性質(zhì)

脫墨污泥主要包括廢紙中的填料和涂料,另外還有一些細(xì)小纖維、粗渣和大部分油墨粒子。大型造紙廠經(jīng)機(jī)械脫水的新鮮脫墨污泥固形物含量30%～55%,揮發(fā)性易燃物含量45%～85%,灰分含量15%～45%[4]。

脫墨污泥是廢紙?jiān)诟∵x脫墨過(guò)程中形成的固體廢渣,其產(chǎn)生量因廢紙種類、等級(jí)、脫墨工藝、篩選凈化設(shè)備及所抄造的紙種等方面的不同而差異較大。典型的浮選脫墨車間每生產(chǎn)1 t絕干漿產(chǎn)生80～150 kg干污泥,或者160～500 kg濕污泥[5]。脫墨污泥本身不會(huì)污染環(huán)境,但污泥中重金屬積累對(duì)環(huán)境造成的長(zhǎng)遠(yuǎn)影響有待于進(jìn)一步考察。

1.2.3廢水處理污泥的產(chǎn)生和性質(zhì)

污泥來(lái)源于造紙廠的廢水處理廠,通常包括一級(jí)沉淀污泥、二級(jí)生化處理污泥,還有一些處理廠采用了三級(jí)處理,因此還包括三級(jí)絮凝沉淀污泥。由于各級(jí)廢水處理設(shè)施進(jìn)水水質(zhì)不同,污泥成分也各不相同,具體來(lái)源見(jiàn)圖1。

一級(jí)廢水處理污泥主要是廢水中的懸浮物,其中含有少量纖維、大量薄壁細(xì)胞以及雜細(xì)胞等,灰分含量約25%～30%,沉淀顆粒細(xì)小,持水性強(qiáng)。二級(jí)廢水處理污泥主要成分是廢水中有機(jī)物經(jīng)活性污泥處理生物降解后產(chǎn)生的剩余生物污泥,表面潤(rùn)滑,親水性強(qiáng),結(jié)合力較低,無(wú)機(jī)物含量約10%～15%左右,遠(yuǎn)低于一級(jí)污泥,過(guò)濾性能較差。三級(jí)廢水處理污泥是造紙廢水深度處理的副產(chǎn)物,主要是化學(xué)絮凝產(chǎn)生的顆粒更為細(xì)小的污泥,含有難生物降解的高分子質(zhì)量有機(jī)污染物,這種污泥過(guò)濾性能最差,最難處理。幾種污泥中,一級(jí)廢水處理污泥所占比例最大,含可利用的有效成分最多,潛在利用價(jià)值較高,用來(lái)生產(chǎn)高附加值產(chǎn)品的可能性更大；二級(jí)廢水處理污泥含細(xì)菌、真菌等微生物較多,脫水能力較差[6]。通常情況下,二級(jí)廢水處理污泥部分回流到曝氣池,剩余部分與一級(jí)廢水處理污泥混合,借助一級(jí)廢水處理污泥的助濾作用,進(jìn)行下一道濃縮與脫水的操作。

1.3造紙污泥主要成分與危害

1.3.1造紙污泥的成分

造紙污泥生物質(zhì)含量豐富,有機(jī)物含量 50 %～65 %,主要含有纖維素、半纖維素和木素等高分子有機(jī)物以及填料、凝聚劑等,不同國(guó)家、不同地區(qū)、不同生產(chǎn)工藝來(lái)源的污泥組成和含量不同,基本組成如圖2所示[7]。

圖2　污泥的的基本組成

圖3　塑料粒子的工藝流程

1.3.2造紙污泥的主要危害

(1)病原體污染,由于污泥中含有大量有機(jī)物,易分解腐爛,帶來(lái)強(qiáng)烈的惡臭味,伴隨帶來(lái)的是大量病原體(病原微生物和寄生蟲)。

(2)過(guò)量鹽分污染,污泥中由于存在著相當(dāng)份額的無(wú)機(jī)物,含鹽量較高,如不適當(dāng)?shù)赝斗诺酵寥乐?會(huì)提高土壤的電導(dǎo)率,破壞植物養(yǎng)分平衡,抑制植物養(yǎng)分的吸收,甚至?xí)?duì)植物根系直接帶來(lái)傷害,而且離子間的拮抗作用會(huì)加速有效養(yǎng)分的淋失。

(3)過(guò)量的氮磷污染,在降雨量較大地區(qū)的土質(zhì)疏松土地上大量施用富含氮、磷等的污泥之后,當(dāng)有機(jī)物分解速度大于植物對(duì)氮、磷的吸收速度時(shí),氮、磷等養(yǎng)分就有可能隨水流失而進(jìn)入地表水體造成水體的富營(yíng)養(yǎng)化；進(jìn)入地下引起地下水的污染。

(4)有機(jī)高聚物污染,廢水廠污泥中還含有不易降解、毒性殘留期長(zhǎng)、對(duì)人體危害大的有機(jī)高聚物(如：多環(huán)芳烴、鄰苯二甲酯、二惡英、呋喃、多氯聯(lián)苯、氯苯、氯酚等),這些有毒有害物質(zhì)如進(jìn)入水體與土壤中會(huì)嚴(yán)重污染環(huán)境。

(5)重金屬污染,在廢水處理過(guò)程中,70%～90%的重金屬元素通過(guò)吸附或沉淀而轉(zhuǎn)移到污泥中。

2造紙固體廢棄物的資源化利用

2.1廢紙中廢塑料的資源化利用

2.1.1塑料廢渣綜合利用為塑料粒子[8]

有些造紙企業(yè)近年來(lái)采用進(jìn)口廢紙作為原料,但廢紙中的廢塑料降解性差且含量高，很難被綜合利用。目前有人專門探究用廢液中的廢塑料生產(chǎn)塑料粒子的工藝,其工藝流程見(jiàn)圖3,該工藝已取得實(shí)驗(yàn)成功并進(jìn)入推廣應(yīng)用階段。此法既解決了廢塑料的污染問(wèn)題,又帶來(lái)了很好的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。

2.1.2利用廢塑料煉油

我國(guó)各地有許多利用廢塑料煉油的廠家,其技術(shù)也比較成熟,但造紙廢塑料雜質(zhì)多,會(huì)直接導(dǎo)致出油率低,品位差,對(duì)煉油廠家來(lái)說(shuō)往往得不償失。

2.2堿回收白泥的應(yīng)用

2.2.1精制碳酸鈣填料

有企業(yè)針對(duì)非木漿堿回收白泥開(kāi)發(fā)出了綠液除硅-精制碳酸鈣工藝,硅去除率更高,對(duì)解決硅干擾問(wèn)題是很大的技術(shù)進(jìn)步[9]。白泥精制碳酸鈣填料不僅可以用于造紙行業(yè),在塑料行業(yè)中也有了一些應(yīng)用試驗(yàn)。在生產(chǎn)填料時(shí), 80%～90%的白泥可以轉(zhuǎn)化為填料,從而盡可能地降低對(duì)環(huán)境的影響,具體流程見(jiàn)圖4。

圖4　白泥精制碳酸鈣簡(jiǎn)易工藝流程

目前，岳陽(yáng)造紙廠、沅江造紙廠、山東中冶銀河紙業(yè)、新鄉(xiāng)新亞紙業(yè)等企業(yè)都先后建立了白泥聯(lián)產(chǎn)精制碳酸鈣填料的設(shè)施。據(jù)銀河紙業(yè)報(bào)道,該公司日產(chǎn)草漿白泥100 t,每年利用白泥生產(chǎn)精制碳酸鈣314萬(wàn)t,節(jié)約填料成本253138萬(wàn)元,節(jié)約白泥外運(yùn)填埋費(fèi)8814萬(wàn)元,降低堿回收用石灰成本89114萬(wàn)元,綜合凈增利潤(rùn)430萬(wàn)元,實(shí)現(xiàn)了良好的經(jīng)濟(jì)效益和環(huán)境效益。

2.2.2用作建筑材料

白泥在建筑材料方面的應(yīng)用途徑較多。例如,對(duì)水泥生產(chǎn)工藝和配方進(jìn)行調(diào)整后,利用濕法回轉(zhuǎn)窯技術(shù)生產(chǎn)硅酸鹽水泥,工藝成熟,技術(shù)可行,產(chǎn)品質(zhì)量也有保障。但該工藝生產(chǎn)能耗較干法工藝高,生產(chǎn)成本上缺乏競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì),且國(guó)家水泥行業(yè)的產(chǎn)業(yè)政策也對(duì)濕法工藝加以限制,所以這一白泥的利用途徑已經(jīng)受到挑戰(zhàn)。另外,還可以用白泥作為墻面涂料等的主要添加組分,可生產(chǎn)內(nèi)外墻涂料和防水涂料。

圖5　造紙污泥制肥工藝流程

存在的主要問(wèn)題是白泥的白度較低,難以滿足對(duì)白度要求較高的內(nèi)墻涂料的使用要求,需混以色料用作彩色涂料,限制了白泥在這方面的進(jìn)一步應(yīng)用。

2.3脫墨污泥的利用

2.3.1生產(chǎn)造紙?zhí)盍虾屯苛显?/p>

脫墨污泥主要成分是高嶺土和碳酸鈣、纖維、油墨,如果能夠完全燃燒其中的有機(jī)物,回收其中的無(wú)機(jī)物用于生產(chǎn)造紙?zhí)盍虾屯苛显?則是一種很理想的脫墨污泥利用途徑。該技術(shù)要求焚燒溫度控制在750℃以下,因?yàn)檫@時(shí)有機(jī)物可以徹底燃燒,最后變成CO2和其他氣體逸出,而不殘留炭粒(炭黑)。

從脫墨污泥中回收無(wú)機(jī)顏料的技術(shù)關(guān)鍵是控溫煅燒,其特點(diǎn)是無(wú)副產(chǎn)品,可有效地消除脫墨污泥的污染問(wèn)題。回收顏料的特點(diǎn)是具有優(yōu)良的光散射性能,對(duì)含磨木漿紙是有效的不透明度提高劑。在涂布時(shí)可代替部分原顏料,能改進(jìn)紙張光學(xué)性能和印刷適性。

2.3.2生產(chǎn)高質(zhì)量建筑材料

脫墨污泥制建筑板材的方法在國(guó)內(nèi)和國(guó)外都有相關(guān)研究成果,丹麥某公司與他人合作開(kāi)發(fā)了脫墨污泥制建筑板,其生產(chǎn)流程[10]為：原料進(jìn)入原料分析→原料調(diào)節(jié)→混合配料→脫水→第一次壓榨→切斷→干燥→第二次壓榨→干燥→加熱→冷卻→修邊→砂磨→切成塊→質(zhì)檢→包裝→入庫(kù)。

該利用途徑的優(yōu)點(diǎn)是過(guò)程中不需要用膠黏劑、水泥或任何有害的助劑。原料利用充分,所有邊角料、砂磨殘余物料等均可在生產(chǎn)中循環(huán)利用,水耗和廢水污染程度降至最低。從污泥帶來(lái)的水(污泥含水約70%)可循環(huán)利用。建筑板材應(yīng)用后還可以回收,循環(huán)利用。

2.3.3生產(chǎn)熱聚合材料填充劑

脫墨污泥經(jīng)過(guò)表面改性、烘干、粉碎和勻質(zhì)等工序后,成為一種灰色粉末狀的復(fù)合填充劑,這種填充劑可以取代成本較高的木粉,再添加偶聯(lián)劑、改性劑等添加劑,使用簡(jiǎn)單的熔融共混技術(shù),生產(chǎn)各種熱聚合材料產(chǎn)品。廢渣污泥制成的填充劑可應(yīng)用在塑料護(hù)欄、道路用瀝青改性纖維、防水材料、建筑模板、農(nóng)用大棚支架等產(chǎn)品中。

2.4造紙污泥的資源化利用

2.4.1農(nóng)業(yè)中的應(yīng)用

(1) 利用污泥堆肥

污泥堆肥工藝原理：將機(jī)械脫水后的污泥中加入一定量的膨松劑與調(diào)理劑( 如秸稈、稻草、木屑或生活垃圾等),采用以好氧發(fā)酵為主的方法, 利用微生物群落在潮濕環(huán)境下對(duì)有機(jī)物進(jìn)行氧化分解,并轉(zhuǎn)化為富含植物營(yíng)養(yǎng)物的腐殖質(zhì)。反應(yīng)的最終代謝物是CO2、H2O和熱量,產(chǎn)生的大量熱量使物料維持持續(xù)高溫,以降低物料的含水率,并有效地去除了污泥中的病原體、寄生蟲卵和雜草種子,使對(duì)污泥的處置達(dá)到減量化、穩(wěn)定化、無(wú)害化。研究表明,經(jīng)過(guò)堆肥的污泥質(zhì)地疏松,陽(yáng)離子交換量(CEC) 顯著增加,體積質(zhì)量減小,可被植物利用的營(yíng)養(yǎng)成分增加,最終實(shí)現(xiàn)資源化利用的目的[11]。

造紙污泥好氧堆肥處理技術(shù)表明，造紙污泥通過(guò)調(diào)節(jié)水分與C/N 比, 在強(qiáng)制通風(fēng)與定期翻堆情況下,經(jīng)過(guò)2個(gè)月左右高溫堆肥,可以轉(zhuǎn)化為高效的有機(jī)肥料, 其有害重金屬元素含量遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于農(nóng)用標(biāo)準(zhǔn),造紙污泥堆肥產(chǎn)品完全可以作為有機(jī)肥料在農(nóng)田上應(yīng)用；添加富含纖維素降解菌的發(fā)酵料,可以加速造紙污泥的無(wú)害化與腐熟,提高其肥效；同時(shí)造紙污泥中無(wú)殘留植物毒性,其主要流程見(jiàn)圖5。

一個(gè)成功的案例是山東某公司用污泥制造堆肥項(xiàng)目,該項(xiàng)目應(yīng)用自動(dòng)控制工業(yè)化快速堆肥技術(shù),對(duì)造紙污泥進(jìn)行了無(wú)害化處理,實(shí)現(xiàn)了堆肥過(guò)程的溫度、氧氣等實(shí)時(shí)在線監(jiān)測(cè)及計(jì)算機(jī)自動(dòng)控制。所生產(chǎn)的堆肥產(chǎn)品已在30多種作物上進(jìn)行了種子發(fā)芽率、作物毒性試驗(yàn)和一系列大田應(yīng)用試驗(yàn),對(duì)堆肥的肥效和環(huán)境影響進(jìn)行了評(píng)價(jià),解決了產(chǎn)品用于糧食、蔬菜、園林、花卉等的配套技術(shù)。產(chǎn)品還通過(guò)了國(guó)家化肥質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)中心和山東省產(chǎn)品質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)部門的檢驗(yàn),重金屬和有害病菌含量遠(yuǎn)低于國(guó)家控制標(biāo)準(zhǔn),產(chǎn)品質(zhì)量全部符合國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)。

(2) 利用污泥進(jìn)行土壤改良

由于污泥中含有大量的有機(jī)物和N、P、K以及微量元素,可作為一種遲效性的有機(jī)追肥,能增加土壤肥力,提高作物的產(chǎn)量和品質(zhì)。研究發(fā)現(xiàn),使用污泥的地塊土壤容重減小,土壤的酸堿度比較穩(wěn)定,孔隙度增加,易耕作,抵抗腐蝕的能力增加[12]。

造紙污泥土壤改良劑不僅能大幅度提高作物對(duì) N、P 養(yǎng)分的吸收,而且能降低土壤容重,減少銨態(tài)N向硝態(tài)N轉(zhuǎn)化,具有一定的保肥抗淋失作用,污泥改良劑的應(yīng)用有利于土壤生態(tài)環(huán)境改善[13]。

Zhang Shu-zhen等人[14]利用造紙污泥作為土壤改良劑，將其加入黑龍江、江西、北京的土壤進(jìn)行研究，結(jié)果表明，施加造紙污泥后,除北京土壤陽(yáng)離子交換能力未提高外,其余土壤的pH值、有機(jī)物含量、陽(yáng)離子交換能力都得到了提高。除江西土壤的P元素含量未提高外,其余土壤的P元素含量和K元素含量都得到了提高。

2.4.2工業(yè)上的應(yīng)用

(1)污泥制備活性炭

活性炭是一種具有豐富的內(nèi)部孔隙結(jié)構(gòu)和較高比表面積的優(yōu)良吸附材料,但其原材料主要是煤和木材等含碳材料,因而其生產(chǎn)成本較高。而污泥含有大量有機(jī)物和腐殖質(zhì)等可利用資源,通過(guò)熱解處理,能將污泥轉(zhuǎn)化為具有質(zhì)輕、多孔、吸附能力強(qiáng)的含碳吸附劑,同時(shí)污泥中90%以上的重金屬如Cd、Co、Cr、Cu、Fe、Ni、Pb及Zn等被轉(zhuǎn)移到固體半焦中。污泥活性炭不僅成本低廉,節(jié)約了煤和木材等珍貴資源,同時(shí)還解決了污泥的處理處置,變廢為寶，實(shí)現(xiàn)了污泥的資源化利用,此外通過(guò)污泥熱解活化制備的吸附材料,是目前較流行的應(yīng)用方式，如圖6所示。

(2)污泥熱解制油

圖6　活性炭的生產(chǎn)流程

熱解技術(shù)應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)已有很長(zhǎng)的歷史,最早是用于煤和木材等的干餾,后來(lái)逐漸被用到石油裂解工藝。近十幾年來(lái),熱解法又逐漸被應(yīng)用于固體廢棄物的綜合利用中,并被認(rèn)為是最有前途的固體廢棄物處理技術(shù)。

干污泥中的有機(jī)物占62%,可以進(jìn)行熱能資源化利用。對(duì)造紙污泥的元素分析表明,造紙污泥熱解廢氣及殘?jiān)鼘?duì)環(huán)境沒(méi)有危害性污染。污泥熱解主要產(chǎn)品為衍生油,作為能源的利用價(jià)值高。目前國(guó)內(nèi)外達(dá)到工業(yè)示范規(guī)模的生物質(zhì)熱解液化反應(yīng)器主要有流化床、循環(huán)流化床、燒蝕、旋轉(zhuǎn)錐、引流床和真空移動(dòng)床反應(yīng)器等。

姬愛(ài)民等人[15]對(duì)未經(jīng)消化的污泥進(jìn)行熱解,分析熱解液的類汽油組分時(shí)發(fā)現(xiàn),以烯烴、烷烴、芳烴為主,含有N、O的有機(jī)物含量較高,碳數(shù)在6～13之間,與汽油性質(zhì)接近；并采用流化床污泥熱解制油,在300～600℃進(jìn)行污泥快速熱解,研究污泥在不同熱解溫度下的熱解特性,其處理流程如圖7所示。

圖7　污泥熱解制油的生產(chǎn)流程

2.4.3造紙污泥處置新途徑：低品質(zhì)回用纖維的高值化利用

(1) 二次纖維轉(zhuǎn)化為酒精

目前生產(chǎn)燃料乙醇所需的主要原料仍然是玉米、甘蔗等糧食作物,對(duì)農(nóng)產(chǎn)品價(jià)格、農(nóng)產(chǎn)品國(guó)際貿(mào)易、糧食安全、農(nóng)民收入與貧困等方面的影響逐步顯現(xiàn),在一定程度上制約了燃料乙醇的生產(chǎn)。甜高粱、秸稈等纖維素質(zhì)非糧食作物作為原料生產(chǎn)燃料乙醇的研究也方興未艾。但因纖維素的結(jié)晶結(jié)構(gòu),必需先進(jìn)行預(yù)處理才可以酶解糖化成單糖被微生物利用。而預(yù)處理的費(fèi)用將占生物乙醇生產(chǎn)總成本的 30%[16]。選用造紙污泥作為乙醇發(fā)酵的原料,不僅解決了處理造紙污泥的問(wèn)題,為造紙工業(yè)的可持續(xù)發(fā)展提供了新的技術(shù)支持,也解決了燃料乙醇發(fā)酵的原料問(wèn)題,變廢為寶,而且還無(wú)需對(duì)原料進(jìn)行預(yù)處理,節(jié)省能源,降低了乙醇生產(chǎn)過(guò)程中的能量投入與產(chǎn)出比例。

(2) 污泥的高溫厭氧消化處理——產(chǎn)甲烷

污泥厭氧消化是在無(wú)氧環(huán)境下,利用厭氧菌菌群的生物作用,使有機(jī)物經(jīng)液化、氣化而分解成穩(wěn)定物質(zhì),經(jīng)過(guò)厭氧消化處理,污泥中的病菌、寄生蟲卵被殺死,實(shí)現(xiàn)了污泥的減量化和無(wú)害化。目前,污泥厭氧消化處理的主要工藝有高負(fù)荷消化池、厭氧接觸消化法、兩級(jí)消化法和二相消化法等。

厭氧消化是目前國(guó)際上常用的污泥生物處理方法,即污泥中的有機(jī)物在厭氧的條件下被厭氧菌群最終分解的過(guò)程。污泥經(jīng)厭氧消化后,達(dá)到減量化的目的,同時(shí)還回收一部分能源,減輕后續(xù)處理負(fù)擔(dān)。

(3) 污泥產(chǎn)氫發(fā)電

生物制氫技術(shù)反應(yīng)條件溫和、能耗低,能緩解能源與環(huán)境的矛盾,已成為國(guó)內(nèi)外探索和研究的課題。生物制氫技術(shù)的基質(zhì)來(lái)源廣泛,主要包括：①單純的糖類,如葡萄糖；②有機(jī)廢水,如淀粉生產(chǎn)廢水；③有機(jī)固體廢棄物,如城市固體有機(jī)垃圾廠、污水廠的剩余活性污泥、造紙污泥等。造紙污泥有機(jī)質(zhì)含量高,水解產(chǎn)物主要是糖類,是生物制氫的重要原料。2008年,任峰等人[17]已在污泥厭氧生物制氫的技術(shù)難題上取得新突破,產(chǎn)氫量大于30 mL /g(VS)。產(chǎn)生的氫也可用于發(fā)電,形成電能。與傳統(tǒng)燃油發(fā)電相比,只增加了氣體分離與增壓裝置,與沼氣等發(fā)電的最大區(qū)別是燃燒后產(chǎn)物是水,無(wú)污染,溫室氣體的排放量為“零”。同時(shí)氫的熱值是CH4熱值的3.3倍,具有潛在的優(yōu)勢(shì)。

(4) 污泥合成燃料

有研究表明,由50%壩煤、35%消化污泥、15%添加劑(含固硫劑)配制的合成燃料,其熱效率比壩煤熱效率高出14.71%。環(huán)保測(cè)試結(jié)果表明,合成燃料的二氧化硫排放量、爐渣含碳量、林格曼黑度等級(jí)均比壩煤低。另外,污泥具有黏結(jié)性能,可以作為黏結(jié)劑用于無(wú)煙粉煤加工成型煤,而污泥在高溫氣化爐內(nèi)被處理,同時(shí)改善了高溫下型煤的內(nèi)部孔結(jié)構(gòu),提高型煤的氣化反應(yīng)性,降低灰渣中的殘?zhí)縖18]。唐黎華[19]的研究表明,在污泥添加量為2%(干基)、白泥添加量為0.3%(干基)時(shí),所制污泥型煤的抗壓強(qiáng)度、跌落強(qiáng)度、熱穩(wěn)定性與白泥型煤相當(dāng),且污泥型煤無(wú)二次污染,其氣化成分符合大氣的排放要求。利用污泥制備合成燃料為污泥處理提供了一條新的途徑。

3我國(guó)造紙固體廢棄物資源化利用存在的問(wèn)題

我國(guó)已經(jīng)在固廢物利用方面取得了一些進(jìn)展,但無(wú)論是技術(shù)水平、應(yīng)用領(lǐng)域還是處理規(guī)模,和國(guó)外比較,都處于落后水平,具有巨大的提升空間。目前,我國(guó)的造紙固廢物利用主要存在以下問(wèn)題：

(1)從宏觀層面,造紙固廢物處理和資源化利用總體比例不高,技術(shù)水平較低,企業(yè)的環(huán)境意識(shí)還需進(jìn)一步加強(qiáng)。

(2)從政策方面,隨著行業(yè)生產(chǎn)規(guī)模的不斷擴(kuò)大,固體廢棄物將越來(lái)越受到關(guān)注,但國(guó)內(nèi)目前針對(duì)造紙固廢物產(chǎn)生、處理以及排放、監(jiān)管相關(guān)的明確政策、標(biāo)準(zhǔn)處于缺失狀態(tài),亟待完善。另外國(guó)家還應(yīng)制定扶持政策,支持固廢物處理的研究和推廣。

(3)在技術(shù)層面,各種污泥(包括白泥)的脫水、干燥是造紙固體廢棄物難以高效利用的主要障礙,直接影響到處理能耗以及成本等問(wèn)題,相關(guān)技術(shù)以及設(shè)備還有待提高。

(4)科研方面,固體廢棄物資源化利用技術(shù)的開(kāi)發(fā),需要造紙、環(huán)境等幾個(gè)行業(yè)的跨行業(yè)通力合作來(lái)實(shí)現(xiàn),單個(gè)行業(yè)閉門研究存在開(kāi)發(fā)領(lǐng)域窄和缺乏技術(shù)深度的問(wèn)題,所得技術(shù)成果經(jīng)不起生產(chǎn)考驗(yàn),難以推廣,造成了科研人力、財(cái)力的浪費(fèi)。同時(shí)造紙固廢物減量化、無(wú)害化和資源化處理是造紙企業(yè)必須面對(duì)的問(wèn)題,但現(xiàn)狀總體來(lái)說(shuō)是對(duì)固體廢棄物處理的科研有欠缺、有效利用的不多、處理的技術(shù)水平不高,這些都制約資源化處理造紙固體廢棄物工作的開(kāi)展,需待努力。

(5)技術(shù)細(xì)節(jié)方面,草漿白泥的硅干擾問(wèn)題一直制約著其利用,有待于開(kāi)發(fā)低成本、易實(shí)現(xiàn)的除硅技術(shù)；脫墨污泥的重金屬元素、廢水處理污泥中有機(jī)鹵化物和二惡英等嚴(yán)重污染物在土壤中積累可能導(dǎo)致的生態(tài)危害還有待評(píng)估。

參考文獻(xiàn)

[1]TANG Zhi-chao. The present situation and the trend of solid waste treatment in China[J]. China Pulp & Paper Industry, 2010, 31(18): 6.

唐志超. 我國(guó)造紙固體廢棄物處理現(xiàn)狀及趨勢(shì)[ J].中華紙業(yè), 2010, 31(18)： 6.

[2]MAHMOOD T, ELLIOTT A.A review of secondary sludge reduction technologies for the pulp and paper industry[J]. Water Research, 2006, 40.

[3]TANG Yan-jun, LIN Bing-yue. The comprehensive utilization of domestic papermaking white clay[J]. World Pulp and Paper, 2003, 22(6): 53.

唐艷軍, 劉秉鉞. 國(guó)內(nèi)造紙白泥的綜合利用[J]. 國(guó)際造紙, 2003, 22(6)： 53.

[4]HE Jin-tao, WU Shu-bing, WANG Shao-guang. The new technology of using deinking sludge resources[J]. China Pulp & Paper, 2006, 25(6): 51.

賀進(jìn)濤, 武書彬, 王少光. 脫墨污泥資源化利用新技術(shù)[J]. 中國(guó)造紙, 2006, 25(6)： 51.

[5]WANG Jin-quan, MA Yi-wen. Wastepaper recycling and pollution control [M]. Bei Jing: China light Industry Press, 2004.

萬(wàn)金泉,馬邕文.廢紙?jiān)旒埣捌湮廴究刂芠M]. 北京： 中國(guó)輕工業(yè)出版社, 2004.

[6]FANG Jing-yang, LIN Qiao-yuan. Creation and utilization of pulp and paper industry solid waste[ J] China Pulp & Paper, 2009, 28(4): 61.

范景陽(yáng), 林喬元. 制漿造紙行業(yè)固廢物的產(chǎn)生及資源化利用[ J]. 中國(guó)造紙, 2009, 28(4)： 61.

[7]XIAO Han-ming. Investigation on characteristics of Sludge Drying and Thermal[D].Guangzhou: South China University of Technology, 2010.

肖漢敏. 污泥干燥與焚燒特性的研究[D]. 廣州： 華南理工大學(xué), 2010.

[8]MA Jian-feng, HU Yue-fen. A study on the comprehensive utilization of waste paper-making in cleaner production[J]. China High-tech Enterprises, 2012 (2)： 127.

麻建鋒, 胡躍芬. 廢紙?jiān)旒埱鍧嵣a(chǎn)與固廢綜合利用研究[J]. 中國(guó)高新技術(shù)企業(yè), 2012 (2)： 127.

[9]LI Zhong-ming, WANG Zhen-xin, WANG Yan-ming. Using alkali recovery white clay preparation of PCC[ J]. China Pulp & Paper, 2007,26(1): 60.

李仲明,王振新,王巖民.利用堿回收白泥制備輕質(zhì)碳酸鈣[J].中國(guó)造紙,2007,26(1): 60.

[10]ZHOU Zhao-Qiu, ZHAO Zeng-li. Research on basic characteristics of waste sludgeof papermaking[J]. Paper Science & Technology, 2001, 20(6): 14.

周肇秋, 趙增立. 造紙廢渣污泥基礎(chǔ)特性研究,造紙廢渣污泥氣化處理能量利用技術(shù)研究之一[J]. 造紙科學(xué)與技術(shù), 2001, 20(6)： 14.

[11]WANG De-han, PENG Ju-njie, DAI Miao. Study on treatment technology of papermaking sludge aerobic composting[J].Transactions of China Pulp & Paper, 2003, 18(1): 135.

王德漢, 彭俊杰, 戴苗. 造紙污泥好氧堆肥處理技術(shù)研究[J].中國(guó)造紙學(xué)報(bào), 2003, 18(1)： 135.

[12]WANG De-han, PENG Ju-njie, DAI Miao. Papermaking sludge compost applied research as a soil conditioner[J].Transactions of China Pulp & Paper, 2003,18(1): 141.

王德漢, 彭俊杰, 戴苗. 造紙污泥堆肥作為土壤改良劑的肥效研究[J]. 中國(guó)造紙學(xué)報(bào), 2003, 18(1)： 141.

[13]Cong Gao-peng, Shi Ying-qiao, Ding Lai-bao, et al. The biomass resource utilization of paper sludge[J]. Biomass Chemical Engineering, 2011, 45(5): 37.

叢高鵬, 施英喬, 丁來(lái)保, 等. 造紙污泥生物質(zhì)資源化利用[J].生物質(zhì)化學(xué)工程, 2011, 45(5)： 37.

[14]Zhang Shu-zhen, Wang Song-xue, Shan Xiao-quan, et a.l Influences of lignin from paper mill sludge on soil properties and metal accumu-lation in wheat[J]. Bio. Ferti.l Soils, 2004, 40(4): 237.

[15]JI Ai-min, ZHANG Shu-ting,XU Hu, etc. The sludge pyrolysis oil in the class of gasoline and fuel Characterristics analysis[J]. Journal of fuel chemistry, 2011(3): 194.

姬愛(ài)民, 張書廷, 徐暉, 等. 污泥熱解油中類汽油組分組成和燃料特性分析[J]. 燃料化學(xué)學(xué)報(bào), 2011(3)： 194.

[16]Galbe M, Zacchi G. A review of the production of ethanol from soft wood[J]. Applied Microbiology and Biotechnology, 2002, 59： 618.

[17]WU Feng, Zhou Shao-qi. Study on Application of ultrasonic technology in sludge in bio hydrogen production[J]. Environmental Science and technology, 2008, 31(5): 95.

伍峰, 周少奇. 超聲技術(shù)在污泥生物產(chǎn)氫中的應(yīng)用研究[J]. 環(huán)境科學(xué)與技術(shù), 2008, 31(5)： 95.

[18]TANG Li-hua, Zhu Zi-bin, Zhao Qingxiang. Relationship between dispersion and briquette quality activated sludge as a vaporization with briquette binder in a sludge in fly ash[J]. Journal of east China university of science and technology, 1998, 24(5): 506.

唐黎華, 朱子彬, 趙慶祥. 活性污泥作為汽化用型煤黏結(jié)劑一污泥在粉煤灰中的分散性與型煤質(zhì)量的關(guān)系[J]. 華東理工大學(xué)學(xué)報(bào), 1998, 24(5)： 506.

[19]TANG Li-hua. Study on activated sludge as gasification briquette binder[J]. Journal of Environmental Sciences, 1999, 19(1): 87.

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