汪文忠

（浙江省造紙工業(yè)學(xué)校，杭州市，310004）

造紙工業(yè)作為我國僅次于電信和鋼鐵的第三大產(chǎn)業(yè)，與國民經(jīng)濟(jì)和社會發(fā)展息息相關(guān)。截止到2012年我國紙及紙板生產(chǎn)企業(yè)約3500家，紙及紙板生產(chǎn)量達(dá)10250萬t，較上年增長3.22%。而早在2008我國紙和紙板年產(chǎn)量已經(jīng)超過美國成為紙和紙板年產(chǎn)量世界第一大國[1-2]。然而在產(chǎn)量增長的同時，伴隨著大量污染物的產(chǎn)生。據(jù)統(tǒng)計，僅造紙工業(yè)污水排放量就占我國污水總排放總量的10%～12%[3]。造紙過程中產(chǎn)生的造紙污泥更因其產(chǎn)量大（每生產(chǎn)1 t紙，產(chǎn)生約1200 kg造紙污泥[4]。）、成分復(fù)雜、含水量高、難處理等因素，給資源環(huán)境造成了巨大壓力。如何處理造紙污泥使污泥減量化、無害化和資源化一直是造紙工業(yè)所面臨的重要問題。

1 造紙污泥的性質(zhì)和危害

造紙污泥是造紙廠污水經(jīng)過一段二段的水處理后的殘余物，按處理過程不同將造紙污泥分為四類，廢水經(jīng)過一級處理產(chǎn)生的污泥稱為一次污泥；經(jīng)過二級生化處理產(chǎn)生的活性污泥為二次污泥；脫墨污泥則是廢紙在浮選脫墨過程中形成的廢渣；廢紙和活性污泥混合在一起稱為混合污泥。污泥中混合污泥含量最高，約占全場污泥的60%。不同種類的污泥組成成分也各不相同，一次污泥中主要是廢水中的懸浮物。脫墨污泥則含有大量油墨、灰分和各種雜質(zhì)。二次污泥中含有豐富的營養(yǎng)物質(zhì)，以及大量的細(xì)菌真菌等有機(jī)體。因造紙污泥的特殊性，其理化性質(zhì)也與城市污泥和工業(yè)污泥不同，具體特征如下：

（1）含水率高，一般為90%以上，未經(jīng)脫水處理的造紙污泥基本成液體狀，不利于運(yùn)輸。污泥中所含水分分為間隙水、毛細(xì)水、吸附水和內(nèi)部結(jié)合水四類。（2）含鹽量較高，會明顯提高土壤導(dǎo)電率、破壞土壤結(jié)構(gòu)、抑制植物對水分的吸收[5]。（3）含有大量的纖維素、半纖維素、木質(zhì)素等有機(jī)高分子成分。一旦造紙污泥處置不當(dāng)，很容易腐化發(fā)臭，滋生蚊蠅，造成二次污染。（4）造紙污泥pH值為7.2，顯中性，可以用來改良酸性土壤[6]。

2 污泥處理技術(shù)

造紙污泥的處理技術(shù)主要分為衛(wèi)生填埋法、堆肥法、脫水法、直接排海法和焚燒法。

造紙污泥的衛(wèi)生填埋技術(shù)是造紙污泥處理采用的最廣泛的方式，具體是指采用防滲、覆蓋、滲濾液等一系列工程措施將處理過的污泥集中堆、填、埋的處理方式[7]。這種處理技術(shù)具有操作簡單，投資少，處理量大等優(yōu)點。但污泥衛(wèi)生填埋技術(shù)只是權(quán)宜之計，這種方法嚴(yán)重浪費土地及一旦防滲處理不當(dāng)，滲濾液會危害水土環(huán)境和造成土壤鹽堿化。隨著人們環(huán)保意識的加深，這種處理方式將逐步被淘汰。

造紙污泥作為優(yōu)質(zhì)的有機(jī)肥料，進(jìn)行好氧堆肥化后農(nóng)用，可以提高農(nóng)作物產(chǎn)量。同時污泥中的有機(jī)質(zhì)，腐殖質(zhì)可改善土壤結(jié)構(gòu)。污泥堆肥處理因其耗能低、投資少、運(yùn)行費用低而受到許多專家學(xué)者的青睞。相對而言，污泥堆肥處理也存在臭氣外排造成二次污染、占地面積大、運(yùn)輸費用高、下滲會影響周邊的地表水等瓶頸[8-10]。

常用的脫水處理方式分為自然干燥和機(jī)械脫水兩種。將造紙污泥自然晾曬，進(jìn)行蒸發(fā)脫水為自然干燥法。這種方式投資少，成本低。但是占地大，周期長，晾曬過程中有臭味。機(jī)械脫水則由于污泥粘度很大，很難分散，只能去除部分自由水，脫水后水含量依然很高。如經(jīng)國內(nèi)造紙廠普遍采用的鏈帶壓濾機(jī)脫水后，造紙污泥含水率還在65%～75%之間[11]。

將造紙污泥直接排入海洋的方法因其對海洋生態(tài)環(huán)境和漁業(yè)資源的巨大危害而逐漸被禁止。

造紙污泥焚燒處理是最徹底的污泥處置方法。焚燒法是指把脫水預(yù)處理的污泥焚燒，回收焚燒過程中產(chǎn)生的高溫?zé)煔鉄崮芡瑫r利用袋式除塵和干式或濕式反應(yīng)塔脫硫凈化達(dá)標(biāo)排放[12]。焚燒過程中可以使有機(jī)物碳化，最大限度的減小污泥體積（焚燒后灰渣體積僅相當(dāng)于機(jī)械脫水污泥的10%[13]）。高溫還可以破壞污泥里有毒的有機(jī)分子結(jié)構(gòu)。焚燒過程中產(chǎn)生的熱能，還可以用來發(fā)電或供熱。焚燒后產(chǎn)生的灰渣同樣可以進(jìn)行資源化利用：舒?zhèn)14]研究發(fā)現(xiàn)，用污泥焚燒灰可以制成具有良好透水性能的磚塊，磚塊的各項理化性能均達(dá)到國家相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)要求。經(jīng)球磨方式處理的造紙污泥焚燒灰具有較高的火山灰活性，使用平均粒徑低于100 μm的焚燒灰渣可以等量代替硅酸鹽水泥，卻不降低水泥的強(qiáng)度等級[15]。由此可以預(yù)見，隨著污泥產(chǎn)量的持續(xù)增長，對污泥的處理技術(shù)的研究將集中在焚燒法上。

3 焚燒法處理造紙污泥的試驗研究

李春雨[16]等分析了城市湖泊污泥、制革污泥，以及兩種造紙污泥的燃燒特性，發(fā)現(xiàn)四種污泥都具有高揮發(fā)分、高灰分、低熱值的特點，燃燒過程分為揮發(fā)分燃燒和固定碳燃燒兩個階段。將造紙污泥單獨焚燒，易于著火，但燃燒速率較低，燃燒時間長。使用采自廣東某造紙廠的脫水車間，自然干燥14 d后的造紙污泥與煤粉在不同比例情況下混合燃燒，進(jìn)行熱重分析，結(jié)果表明，混合燃燒過程中，造紙污泥和煤基本保持各自的揮發(fā)分析出特性，其燃燒曲線基本位于污泥和煤燃燒曲線之間[17]。對造紙污泥和稻草混合燃燒特性和混合物動力學(xué)特性進(jìn)行研究，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，混合物的燃燒過程中，平均活化能呈現(xiàn)先增大后減小，然后再增大的趨勢。同時污泥的燃燒過程中存在3個明顯的失重峰[18]。早在2010年3月中旬，在“造紙之鄉(xiāng)”富陽市，造紙污泥焚燒發(fā)電綜合利用一期工程調(diào)試成功，日均處理量達(dá)600噸，實現(xiàn)了將造紙污泥變廢為寶的資源化利用。

4 循環(huán)流化床焚燒造紙污泥

循環(huán)流化床作為近年來快速發(fā)展的一種高效率、低污染的清潔燃燒技術(shù)，整個裝置由循環(huán)流化床焚燒爐本體、啟動燃燒室、送風(fēng)系統(tǒng)、引風(fēng)系統(tǒng)、污泥/廢渣加料系統(tǒng)、給煤系統(tǒng)、高溫旋風(fēng)分離器、返料裝置、尾部煙道、尾氣凈化系統(tǒng)、測量系統(tǒng)和操作系統(tǒng)等幾部分組成[19]。其基本原理為物料在硫化狀態(tài)下燃燒。物料進(jìn)入爐膛，細(xì)粒子被一次風(fēng)帶入燃燒室上部燃燒，一般粗粒子在燃燒室下部燃燒。伴隨煙氣飛出爐膛的細(xì)粒子由固體物料分離器分離后，經(jīng)返料器返回爐膛燃燒。燃燒過程中產(chǎn)生的煙氣經(jīng)尾部凈化裝置處理后排放。蒲文灝[20]進(jìn)行了不添加輔助燃料，100%采用造紙污泥在循環(huán)流化床中燃燒試驗，發(fā)現(xiàn)造紙污泥水分含量越高，在流化床內(nèi)吸熱越多，燃燒反應(yīng)速度越慢；采用增大二次風(fēng)率的方法，可以增加燃燒的穩(wěn)定性，提高燃燒效率。曾庭華、孫昕、陳曉平[21-23]等通過試驗研究，證實了造紙污泥進(jìn)入循環(huán)流化床后，會形成污泥結(jié)團(tuán)，有利于造紙污泥的高效燃燒。當(dāng)造紙污泥中含水量降至40%時，造紙污泥能在流化床內(nèi)燃燒穩(wěn)定，含水量高于60%的情況下需要加入輔助燃料。使用煤作為助劑和造紙污泥在流化床中混合燃燒，燃燒效率高于92%。燃燒過程中產(chǎn)生的煙氣和灰渣中的重金屬經(jīng)過凈化處理裝置處理后排放均滿足環(huán)保要求。2004年，常州市排水管理處同東南大學(xué)、常州熱電公司改造了常州第一熱電廠1臺20 t/h循環(huán)流化床鍋爐，用來焚燒污泥，運(yùn)行情況良好[24]。

5 不足和展望

同國外相比，我國對造紙污泥的處理研究相對較晚，主要的處理方式還集中在衛(wèi)生填埋、和污泥農(nóng)用等傳統(tǒng)方法上。隨著對造紙污泥認(rèn)識的加深，符合環(huán)境可持續(xù)發(fā)展需要的焚燒法必將受到越來越多的重視。然而焚燒法處理造紙污泥也存在許多問題需要解決：焚燒處理設(shè)施投資大，處理費用高；造紙污泥充分燃燒過程中需要添加煤等輔助燃料，隨著能源價格的不斷上漲，污泥焚燒處置成本也隨之增加；應(yīng)增加造紙污泥和煤等助劑在循環(huán)流化床中燃燒特性，影響因素，最佳配合比等方面的研究；研究是否可以使用其他引燃助劑代替煤炭等不可再生資源，但是不影響造紙污泥的燃燒特性；深入對煤和造紙污泥混合燃燒過程中硫化、污染物生成機(jī)理等方面的研究，為焚燒法提供更詳細(xì)的實驗數(shù)據(jù)。

[1]中國造紙工業(yè)2012年度報告 [J].中華紙業(yè)，2013，11：10-20+5.

[2]2008年我國成為紙及紙板年產(chǎn)量世界第一大國[J].江蘇造紙，2009，03：29.

[3]胡興軍.環(huán)保政策力促造紙業(yè)邁向有序健康發(fā)展軌道[J].中國包裝，2007，06：79-82.

[4]叢高鵬，施英喬，丁來保等.造紙廢水處理污泥特性及利用[J].江蘇造紙，2013，01：41-48.

[5]武德智.市政污泥與造紙污泥干化特性的實驗研究[D].華南理工大學(xué)，2010.

[6]潘美玲，張安龍.造紙污泥性質(zhì)的研究[J].湖南造紙，2011，01：31-33.

[7]余化龍.淺析污泥衛(wèi)生混合填埋工藝流程及實例應(yīng)用[J].西南給排水，2011，05：5-8.

[8]田寧寧，王凱軍，楊麗萍，等.污水處理廠污水處置及利用途徑研究[J].工程與技術(shù)，2000.02：18-20.

[9]謝佳，徐惠風(fēng).污泥堆肥化技術(shù)研究進(jìn)展[A].中國農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)經(jīng)濟(jì)發(fā)展協(xié)會.2011新型肥料研發(fā)與新工藝、新設(shè)備研究應(yīng)用研討會論文集[C].中國農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)經(jīng)濟(jì)發(fā)展協(xié)會，2011：6.

[10]趙書勤，吳星五.城市污水污泥堆肥化技術(shù)的研究進(jìn)展[J].四川環(huán)境，2003，06：9-12.

[11]楊青永，董志剛.造紙工業(yè)垃圾的燃燒與控制[J].中華紙業(yè)，2007，S1：7-9.

[12]賀蘭海，單連文，姜欽明.焚燒法處理制漿造紙污泥技術(shù)[J].中華紙業(yè)，2006，S1：61-63.

[13]侯海盟.城市下水污泥循環(huán)流化床焚燒及排放特性試驗研究[D].中國科學(xué)院研究生院（工程熱物理研究所），2013.

[14]舒?zhèn)ィ睇悎@，程曉波等.污泥焚燒灰制磚可行性及其效益分析[J].凈水技術(shù)，2011，02：84-87.

[15]張苡銘，俞樂華.造紙污泥焚燒灰用作混凝土礦物摻合料的試驗研究 [J].混凝土與水泥制品，2014，02：80-82.

[16]李春雨，蔣旭光，費振偉，等.制革、造紙和湖泊污泥燃燒特性的研究 [J].燃料化學(xué)學(xué)報，2009，06：757-762.

[17]寧尋安，張凝，劉敬勇，等.造紙污泥混煤燃燒特性及動力學(xué)研究[J].環(huán)境科學(xué)學(xué)報，2011，07：1486-1492.

[18]李玉忠，馬曉茜，謝澤瓊，蔡梓琳.造紙污泥與稻草混燒動力學(xué)的熱重分析法研究[J].華南理工大學(xué)學(xué)報（自然科學(xué)版），2013，12：12-17.

[19]趙長遂，孫昕，陳曉平，等.造紙廢棄物與煤循環(huán)流化床混燒特性研究[J].東南大學(xué)學(xué)報（自然科學(xué)版），2005，01：95-99.

[20]蒲文灝，王逸仁.用流化床焚燒造紙污泥的熱態(tài)試驗[J].工業(yè)鍋爐，1999，03：25-28.

[21]曾庭華，嚴(yán)建華，蔣旭光，等.造紙污泥的流化床焚燒技術(shù)研究[J].浙江大學(xué)學(xué)報（自然科學(xué)版），1999，03：38-42.

[22]陳曉平，趙長遂，蘭計香，等.造紙污泥流化床焚燒試驗研究[J].環(huán)境保護(hù)，1998，07：22-24.

[23]孫昕，趙長遂，陳曉平，等.造紙污泥與煤循環(huán)流化床混燒試驗研究[J].南京工程學(xué)院學(xué)報（自然科學(xué)版），2004，02：43-51.

[24]萬偉泳.城市污水處理廠脫水污泥的焚燒處置[J].中國給水排水，2006，18：68-71.