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“廢紙造紙廢水資源化利用關(guān)鍵技術(shù)研發(fā)與應用”提出了廢紙造紙廢水資源化利用的新模式，通過研發(fā)具有自主知識產(chǎn)權(quán)的廢水處理新裝備及工藝、合成新型造紙助劑對沉渣進行處理，解決了廢紙造紙廢水及沉渣資源化利用的關(guān)鍵技術(shù)問題，實現(xiàn)了廢紙造紙的節(jié)能減排和清潔生產(chǎn)，開創(chuàng)了我國廢紙造紙廢水處理的新模式，已在全國56家造紙廠推廣應用，每天共處理造紙廢水76萬噸，減少CODcr排放1140噸/天，節(jié)約纖維456噸/天，節(jié)約能耗7.2萬度/天，年創(chuàng)直接經(jīng)濟效益2.02億元，取得了良好的環(huán)境、經(jīng)濟和社會效益。
將新聞進行到底
“以前，一提到造紙，我們馬上就會想到水污染。”華南理工大學教授萬金泉說，造紙工業(yè)的環(huán)境污染問題，一直以來都困擾我國造紙業(yè)持續(xù)發(fā)展的關(guān)鍵問題。
受環(huán)?！熬o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)的這一老大難問題，需要尋找新的途徑，研發(fā)新的技術(shù)?！?/FONT>
在年初的全國科技獎勵大會上，萬金泉領(lǐng)銜的“廢紙造紙廢水資源化利用關(guān)鍵技術(shù)研發(fā)與應用”，攻克了廢紙造紙廢水資源化利用的技術(shù)瓶頸，獲得2009年度國家科技獎勵大會國家科技進步獎二等獎。
—— 背景閱讀 ——
廢紙造紙量逐年遞增
作為世界上造紙量最大的國家，造紙工業(yè)是我國可持續(xù)發(fā)展的支柱產(chǎn)業(yè)之一。隨著植物資源的短缺和對環(huán)境保護的重視，為保護森林資源，減少造紙工業(yè)對環(huán)境的污染，廢紙造紙成為造紙工業(yè)的重要發(fā)展方向，全國造紙原料中廢紙已經(jīng)占50%以上，現(xiàn)今我國廢紙造紙年產(chǎn)量超過4000萬噸，且逐年遞增。
但令人擔憂的是，據(jù)萬教授介紹，廢紙造紙產(chǎn)生的廢水和廢水處理過程產(chǎn)生的沉渣量大，每生產(chǎn)1噸紙耗水30—60噸，廢水化學耗氧量（CODcr）負荷達1500—2500mg/L，并產(chǎn)生0.34噸的沉渣。目前，由于廢紙造紙廢水的治理工程投資大、運行能耗高、無法解決廢水循環(huán)使用過程中污染物的累積問題，難以實現(xiàn)水的長期封閉循環(huán)使用；而沉渣利用困難，只能填埋和焚燒，對環(huán)境造成污染。
廢紙造紙污染控制技術(shù)現(xiàn)狀
目前通用的廢紙造紙污染控制技術(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，絮凝沉淀時間長，沉渣會厭氧發(fā)酵；淺層氣浮技術(shù)污染物去除率低，運行成本高，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，它們難以實現(xiàn)對廢水中難降解有機污染有效降解，廢水循環(huán)使用后會產(chǎn)生污染物的累積。
萬教授表示，這些技術(shù)導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負荷達1500—2500mg/L，“全國每年廢紙造紙產(chǎn)生的廢水量約19.8億噸，這相當于2700萬人一年的飲水量；每年由于沉渣無法回用，造成植物纖維浪費500萬噸，這相當于損失了6000萬棵成年樹?！?/FONT>
—— 新方法 ——
高效的“一體化”技術(shù)
萬金泉說：“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、運行成本高。而我們的廢水處理是高效的‘一體化’技術(shù)?！?/FONT>
與其他技術(shù)相比，“廢紙造紙廢水資源化利用關(guān)鍵技術(shù)研發(fā)與應用”項目既可以保護環(huán)境，又可以創(chuàng)造效益。萬金泉教授說：“與國內(nèi)外技術(shù)相比，本技術(shù)投資減少20%左右，運行成本降低30%以上，難降解污染物的去除率提高20%以上，可實現(xiàn)廢紙造紙廢水的‘零排放’”。
該項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入共代謝生物反應器進行處理，處理后的水可長期循環(huán)使用，實現(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 ——
高效的一級物化處理裝備與技術(shù)
萬金泉告訴記者，廢紙造紙廢水中主要污染物為細小纖維、樹脂酸、油墨、染料等，這些污染物以不溶性細小纖維、膠體物質(zhì)、溶解性的有機物和鹽的形式存在。
通過研究廢水混凝過程，項目組提出了一種集廢水的混凝、沉淀、吸附過濾于一體的新型高效一體化物化處理設(shè)備。該工藝與國內(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荷及廢水處理的能耗和運行成本。
經(jīng)物化處理的出水長期循環(huán)使用后，造紙用輔料、樹脂酸等可溶性物質(zhì)會出現(xiàn)累積，對生產(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，將會大大增加生化處理的負荷和成本。
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，但當廢水的回用率超過80%，廢水中的DCS的累積量明顯增大，陰離子垃圾的富集會造成造紙機斷頭、粘網(wǎng)等，對造紙生產(chǎn)造成影響。通過20％廢水進行生化處理，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)
萬金泉說：“對經(jīng)物化處理后廢水進行定性定量分析，共檢測出主要有機污染物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)的生物方法無法實現(xiàn)該類污染物的有效降解，這是造成廢紙造紙廢水無法實現(xiàn)零排放的主要原因之一?！?/FONT>
在這種情況下，只有通過外加碳源進行人工強化誘導微生物產(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。
針對碳源共代謝技術(shù)的特點，該項目開發(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器。廢水經(jīng)溢流堰進入輻射狀布水管，使廢水中有機物、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時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間，提高了處理效率。
一級物化處理沉渣回用新技術(shù)
項目研究表明，造紙沉渣組分中纖維約占72%，無機填料約占20%，其他組分占8%。沉渣中纖維與廢紙漿中的纖維相比細小纖維比例大、表面電荷含量高、負電性強，沉渣纖維仍具有一定的漿張強度，具有回用價值，但如果直接回用于生產(chǎn)，則留著率低、成紙強度差，從而會造成紙機斷頭、堵網(wǎng)等問題，嚴重影響生產(chǎn)的正常進行。
“因此必須通過添加造紙助劑以實現(xiàn)細小纖維的留著和補強才能實現(xiàn)殘渣的回用?！比f金泉說。
而沉渣中細小纖維及無機填料含量較高會導致造紙助劑分散困難、可及度降低。因此能夠?qū)崿F(xiàn)造紙殘渣回用的助劑應具有高電荷、粒度小、比表面積大等特點，而現(xiàn)有的造紙助劑不能夠滿足上述應用需求。
于是，項目組合成了納米級高電荷兩性聚丙烯酰胺（NHEP-30），經(jīng)過NHEP-30處理后沉渣中的細小纖維留著率及紙頁強度均可提高30%以上。可作為造紙原料回用于生產(chǎn)，實現(xiàn)資源化利用，解決了造紙廢水中固體相對環(huán)境造成的二次污染。
—— 項目效果 ——
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，造紙廠實現(xiàn)了節(jié)電、節(jié)水、節(jié)約造紙纖維，實現(xiàn)了向造紙廢水要效益。” 萬金泉說。
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，運行費用降低40％以上，能耗降低30%以上，實現(xiàn)了廢紙造紙廢水的封閉循環(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家造紙廠應用，每天共處理造紙廢水76萬噸，每天減少CODcr排放1140噸，每天回收纖維456噸，通過節(jié)電、節(jié)水、節(jié)約造紙纖維等直接年創(chuàng)造經(jīng)濟效益2.02億元，近三年來累積創(chuàng)經(jīng)濟效益約5.6億元，取得了良好的經(jīng)濟和社會效益。
據(jù)估算，目前我國廢紙造紙年產(chǎn)量超過4000萬噸，現(xiàn)有以廢紙為原料的造紙廠超過1000家，這些廠家基本上沒有實現(xiàn)廢水的高效資源化利用，可見本技術(shù)具有廣闊的市場前景。
以預期400家造紙企業(yè)使用本技術(shù)、日處理廢水約400萬噸計，通過節(jié)支一項可年創(chuàng)直接經(jīng)濟效益達12億元，而由此帶來的環(huán)境和社會效益更大。
