天津造 圄皿■■一 造纸污 尼处理 ｊ 资漏化利ＩＩｌ枚 研脯展 ００ 韩卿李清林 （陕西科技大学造纸工程学院，陕西西安，７１０００２） ……………＿－＿…－＿＿＿＿＿－・・・・。…－摘要・一－－一………－－－一－一一－－…………… 制浆造纸过程中会产生大量的污泥且含水量很高，对其进行浓缩、脱水、干燥处理，将其减量化， 可以减少对后续处理过程的压力和对环境的威胁。处理后的污泥可以被填埋、土地化利用、回收制备 各种材料等。显示出很高的经济价值。如何进一步减少污泥的含水率是目前研究的重点。 关键词：污泥处理 浓缩脱水 干燥焚烧 资源化利用 每年．制浆造纸工业中会产生相当量的废水。 氧微生物利用废水中的有机物进行自身繁殖生长、 而这些废水主要来自制浆过程中黑液浓缩后的剩余 死亡或失去活性的菌胶团在二沉池形成的沉淀絮凝 液体、蒸发冷凝器的冷凝水和中段洗涤、筛选、漂白 体。称为活性污泥。当剩余污泥与纤维污泥混合后， 过程中产生的废水、造纸过程中成型网干燥处脱出 借助纤维污泥的助滤作用．混合污泥下一道脱水与 的水等 造纸企业配套的废水处理流程和工艺与市 浓缩工序的操作变得容易 在脱水过程中会加入特 政污水的处理方法基本相同．但各段工序处理过程 定的絮凝剂（有机物或者无机物）、有机和无机复合 中仍会产生大量污泥 对于一个年产上万吨纸的造 絮凝剂等来加大污泥的沉淀性能．使其含水率下降。 纸企业来说．也就相应地会产生至少６００万ｍ，的污 此过程中产生的污泥叫化学污泥。三种污泥产生的 泥（生产Ｉｔ纸约产生６．５ｍ３１０％浓度的稀污泥）．给 过程见图１ 后续污泥脱水和污泥的最终处置带来极大的问题 目前．污泥处理费用已经占整个废水处理工程的基 建投资的２Ｏ％～５Ｏ％ 可以毫不夸张地说污泥处理得 好坏直接影响到企业的环境效益和经济利益 故目 前污泥的处理也是一项世界公认的难题。国内外众 多专家学者及企业都在不遗余力地开展相关技术和 工艺的研究 １污泥的产生与种类 制浆和造纸过程中产生的废水．先除去较大的 图１ 制浆造纸废水产生的三种污泥来源 杂质与漂浮物．再进一步除去少量的有机物后产生 的沉淀物，称纤维污泥。污水进入二级活性污泥处 ２污泥的特性 理系统，经通氧（可以是纯氧也可以是空气）曝气，耗 污泥的主要成分是水分（９９％左右）和有机物，还 含有少量的氮化物、磷化物、多环芳烃、农药残留、病 ・收稿日期：２０１１－３—２ 原体和重金属等。一般污泥中的水分可大致分为四 ２４ ＿津造纸 ■墨■■皿 种。一为自由水，即颗粒间的空隙水，约占７０％．可 用浓缩的方法去除：二为毛细管水．约占２０％，可用 机械方法去除；三为颗粒表面吸附水：四为细胞内部 结合水。后两种水共占１０％左右．须用加热方法去 除。污泥难处理就是因为污泥持水性高，表面光滑． 性质不稳定且密度小 污泥的固形物中主要是有机 物．这些有机物可以被微生物利用降解从而减少废 水中的ＣＯＤ、ＢＯＤ 等污染物的浓度。此外污泥的表 水在实际生产中利用得较多 机械脱水的关键是要 提供足够大的压力来克服过滤介质的阻力．使固体 颗粒被截留在介质上 根据过滤介质两面压力差来 源的不同可将脱水设备分成四类：依靠污泥自身厚 度产生的静压力来脱水的设备：在过滤介质的一面 造成负压的真空吸滤脱水装置：对污泥直接加压把 水分挤出的压滤脱水装置：制造离心力来达到固液 分离的离心脱水装置 面带负电荷．颗粒彼此之间相互排斥．使整个体系产 生稳定分散状态．加剧了污泥脱水的浓度 ３污泥的处理 常见污泥处理工艺流程如图２。从污泥的组成 成分和处理流程看．污泥减量有两个途径：一是减少 有机物的量（消化、焚烧），二是降低污泥的含水率 （浓缩、脱水、干燥、焚烧）。但是从经济环保角度来 看，后者比前者简单易行且更有效。 图２常见污泥处理流程 ３．１污泥的浓缩 污泥浓缩是指利用机械或物化的方法使污泥增 稠，降低污泥的含水率和减少污泥的体积。。污泥浓 缩的途径多样，主要有重力浓缩法、气浮浓缩法、离 心浓缩法三大类 浓缩工艺的选择主要取决于产生 污泥的污水处理工艺、污泥的性质、污泥量等 此 外，还有转鼓式、带式机械浓缩方法等，在实际生产 中根据造纸废水的性质和工厂的经济效益来具体 选择。 ３．２污泥的脱水 如上所述．污泥中所含的自由水的去除较为容 易 但是污泥中菌胶团周围吸附了大量的微生物及 其代谢产物（糖类、脂类、有机酸和蛋白质等），这些 吸附物在菌胶团的外层形成疏水膜．包裹在有机质 疏水膜中的水分称为菌胶团包含水。这部分水很难 去除．且量较大 污泥通过浓缩后可以达到５％～１０％的固体物含 量．再通过脱水装置可达到２０％～５０％的固含量。脱 水工艺主要包括机械脱水和自然脱水．一般机械脱 近年来利用超声波对污泥进行脱水处理的研究 越来越多。超声波具有较高的能量，能在水中急剧 放电，产生高温和高压等极端条件．能破坏菌胶团结 构．提高污泥的脱水性能 超声波对污泥的作用受超 声波强度、作用时间和频率的影响。高强度、短时间 的处理效果较好．处理后污泥颗粒粒径约８０１ｘｍ左 右。污泥的脱水性能提高，沉淀性好；经高强度、长时 间处理，污泥颗粒粒径约５ｐ，ｍ左右 高频（＞１０００ｋＨｚ） 超声波的化学效应较强．低频（＜１００ｋＨｚ１超声波的物 理效应较强．所以低频的处理效果更好 ３－３污泥的干化和干燥 干化和干燥都是污泥处理中常用到的技术 干 化一般是利用自然能量（太阳能、风能等）将污泥减 量化的一种方式 而干燥是在外界作用力的干扰下 使污泥的含水量减少的方法 干化主要去除的是污 泥中的自由水。而干燥主要去除的是毛细管水、吸附 水和颗粒内部水 干化方法适用于气候比较干燥．土地有空闲．环 境卫生条件允许的厂矿 现在使用较多的是污泥干 化床，其作用机理主要是渗透、溢流和蒸发等。达到 最终的目标固含量需经过一段时间．受外界的干扰 较大 在世界范围内干化处理工艺越来越少。 干燥可以使污泥的含水率降低至１０％左右 现 在采用较多的是加热干燥技术．它可以有效地去除 细菌和病原体．大幅度减少污泥的体积与质量．且能 保持其营养物质．使其可以循环利用 按热介质是 否与污泥相接触．可将污泥热干燥技术分成两类：直 接加热技术和间接加热干燥技术 相比于直接加热 法中加热介质可能污染污泥．间接法省却了后续的 热介质与干污泥分离的过程 ３．４污泥的焚烧 我们知道。污泥中还有一定量的有机物．有机物 有可燃性且热值很高．其热值可达２０００～３５００ ｋｃａｌ／ｋｇ 干物质 近年来因为污泥焚烧处理可以迅速和最大 天津造蕊 目皿啊阻■＿ 限度地实现减量化．不必考虑病原菌的灭菌处理。既 解决了污泥的出路又充分利用了污泥中的能源等因 素。焚烧法已经发展成为污泥处理的主要方向之一。 到２Ｏ世纪末．１３本污泥焚烧方法占污泥处理总量的 质优价廉的有机肥料 污泥土地化利用的成功案例 已经很多 例如英国Ｂｒｉｄｅｗａｔｅｒ造纸公司早在２Ｏ世 纪９０年初已完成了脱墨污泥作为改良土壤组织结 构、提高土壤ｐＨ值的研究工作。移植蚯蚓后，蚯蚓 繁殖很快．这就证明脱墨污泥对蚯蚓无毒害。美国 Ｊｅｆｆｅｒｓｏｎ Ｓｍｕ￣ｔ Ｃ０ｒｐ０ｒａｔｉ０ｎ公司将造纸污泥送至公 司的松树种植场，作为土壤营养增加剂。研究表明， ６０％以上．欧盟达到２０％以上，我国在此领域才刚刚 起步。 总地来说，焚烧法的优点主要有以下四点：①大 大减少了污泥的体积和重量．因而最终需要处理的 物质很少．焚烧灰可制成有用的产品：②污泥处理速 度快，不需长期储存；③污泥可就地焚烧，不需长距 离运输；④可以回收能量，用于发电或供热。但也有 缺点：①污泥中的重金属会随着烟尘的扩散而污染 空气．残留灰烬也富含污染物．再进行填埋也容易造 成环境污染：②污泥必须保证比较低的含水率才能 当成燃料．这就要求脱水程度一定要达到某一范围 内：③污泥中的灰分含量也会影响污泥燃烧质量的 好坏。 但是并非所有的污泥都可以进行焚烧。污泥中 灰分、水分等因素对焚烧的影响都很大。如果污泥 中的含水率较高．污泥的发热值会下降。而灰分是 由造纸厂的生产原料、抄造工艺等客观因素决定的， 基本无法减少其含量。经验值表明：如果造纸厂的 污泥灰分如果高于５０％．焚烧起来就有一定的困 难．并且还可能引起蒸发器结构以及某些化学物质 在系统内积累．给操作与设备维护带来困难。 ４污泥的资源化处置 ４．１污泥填埋 在相当长的一段时期内．大部分国家均采用填 埋的方式处理各种类型的污泥。虽然污泥进行卫生 填埋具有投资少、容量大、见效快，实用性强的优点， 但由于污泥填埋对污泥的土力学性质要求较高．需 要大面积的场地和大量的运输费用．地基需作防渗 处理以免污染地下水等 填埋并不能最终避免环境 污染．而只是延缓了污染的时间和程度。近几年美 国大部分的污泥填埋场已被关闭．欧盟也规定填埋 必须和焚烧相结合．只有焚烧灰才能被填埋。我国 政府也将在十二五规划中限制并进一步取缔造纸污 泥的填埋处理 ４．２污泥的土地化利用 造纸污泥含有大量的纤维素类有机质和氮、磷、 钾、钙等多种植物生长所需的无机营养成分．是一种 ２６ 如每年为每亩种植园提供２７ ｔ湿污泥，可以大大提 高树叶中的营养成分含量 我国的李慧菊等也进行 了“造纸废泥”田间试验分析．结果表明造纸“废泥” 中含有较高的有机质和植物需要的营养元素，对植 物生长无毒．也不会对生态环境造污染．是一种理想 的有机肥源 ４．３污泥焚烧后的资源化利用 造纸污泥焚烧后产生的残留物可以用来制备各 种材料．见图４ 炭化污泥 制铁用保温剂 旋转炉 信用与耐寒型瓦或沥青屋面纸 用作活性炭或低级橡胶填料 焚烧污泥 屏蔽材料及不燃建筑板材料 焚烧灰 特殊水泥材料及陶瓷原料 流化床炉 土壤改良剂 造纸Ｊ＿｝ｊ填料机轻质骨料 图４造纸污泥焚烧后资源化利用 日本某公司研制成功了用造纸污泥灰合成沸 石。合成人工沸石的最佳条件为：采用１．７５ｍｏｌ／Ｌ的 Ｎａ ＳＯ 溶液。在温度１２０℃保持２ｈ的高压，将造纸 污泥灰分合成为ＮＡＰ—ｌ型沸石 上海挪亚环境资源 开发有限公司利用造纸脱墨污泥．制备出了复合填 充剂 该技术以造纸废水污泥为原料．经过氯酸钠 杀菌和表面改性处理后，采用分级干燥、粉碎、再分 级、调质处理等工艺，将造纸污泥加工改性成一种新 型而具有独特功能和多种用途的复合填充剂 美国 威斯康星州Ｍｉｎｅｒｇｙ集团研制出利用造纸污泥生产 优良的玻璃材料。此材料可用作喷砂砂粒、屋顶木 瓦材料以及沥青铺路等 除此之外．造纸污泥还可回收用作生产原料．如 将干度为５０％的污泥送进水泥厂的转窑中来生产 优质水泥：脱墨污泥制高质量建筑板材等，产品可直 接用于建筑和装修行业。使用造纸废泥ｆ白泥或脱墨 ． 津￣ ｖ纸－ ■Ⅲ■■阻 污泥１作为填充剂代替碳酸钙。可以制造氯化聚乙烯 ［２】张淑玲，柳桐，王磊．造纸污泥资源化利用Ｕ］．天津 防水卷材：造纸污泥在电力部门被用来发电 而且 造纸，２００９，３：１４－１６ 造纸污泥具有比较好的吸附性和调节ｐＨ值的功 【３】沈清江，秦梦华，徐清华等．造纸污泥的回收利用 能．可以用来改造盐碱地 造纸科学与技术，２００６，２５（２）：５４—５６ ４．４污泥的其他资源化利用 【４］张陶芸．制浆废水污泥的特性与处理Ｕ］．纸与造纸， 此外．利用脱墨污泥制备沥青复合改性剂．减少 ２００３，４：６３－６５ 沥青从石料上剥落．节省沥青的用量：利用生物技术 ［５］曾庭华，严建华，蒋旭光等．造纸污泥的流化床焚 将脱墨污泥中的纤维转化为酒精：将污泥热转化为 烧技术研究Ｕ］．浙江大学学报（自然科学版）， 有价值的胶合物等 目前．也有研究者报道水解剩 １９９９，３３（３）：２５４—２５６ 余污泥提取蛋白质的技术．但是研究领域仅局限于 『６］王楠，李悦．青岛市剩余污泥处理现状分析及资源 生活污泥的水解．如果能水解造纸污泥提取蛋白质． 化利用ＵＪ．环境科学与管理，２０１０，３５（２）：８４ 既可以实现废弃物的利用．同时也为蛋白质寻找到 『７１张扬。刘秉钺，赵长明．造纸污泥脱水与污泥焚烧 一个新的来源 这些新技术都有待于进一步深入研 处理技术Ｕ】．黑龙江造纸，２００９，２：５３—５５ 究 『８］邓文义，严建华，李晓东．造纸污泥干化及焚烧系 ５ 结语 统污染物排放特性Ｕ】．燃烧科学与技术，２００８，１４ （６）：５４６ 造纸污泥脱水性能的研究是一个热点也是一个 【９］王松林．污泥沉降和浓缩实验研究【『】．环境科学与 难点 污泥的固含量每增加一个百分比就会给制浆 技术，２００８，３１（２）：９８—９９ 造纸厂带来很大的经济效益．也将大大缓解对环境 ｆ１０】刘贤淼，费本化，江泽慧．竹浆造纸污泥的特性及 的压力 但是就目前脱水性能的研究而言，还仅仅 资源化利用【『】．中国造纸学报，２００９，２４（４）：６８—６９ 限于用机械法强制脱水．动力消耗大．往往效果并不 ［１ １］Ｐａｕｌ ｓ．Ｗｉｅｇａｎｄ，Ｊａｙ Ｐ．Ｕｎｗｉｎ．Ａｌｔｅｒｎａｔｉｖｅ ｍａｎａｇｅ— 明显 以后一段时间．科研人员的工作重点将是尽 ｍｅｎｔ ｏｆ ｐｕｌｐ ａｎｄ ｐａｐｅｒ ｉｎｄｕｓｔｒｙ ｓｏｌｉｄ ｗａｓｔｅｓ［Ｊ］．Ｔａｐ— 量在脱水之前进行更有效的预处理方法的研究．以 ｐｉ Ｊｏｕｒｎａ１．１９９４，７７（４）：９１—９２ 减少机械脱水时的难度 同时．污泥的资源化利用 ［１２］Ａｃｋｅｒ Ｓｍｉｔｈ，Ｗｉｌｌｉａｍ Ｈ．Ｍａｌｌｏｙ．Ｃｏｌｏｒ ｒｅｄｕｃｆｏｎ 中传统方法所占的比例越来越少．以造纸污泥为原 ｓｔｕｄｉｅｓ ａｔ ａ ｂｌｅａｃｈｅｄ ｋｒａｆｔ ｐｕｌｐ ｍｉｌｌ【Ｍ】．Ｔａｐｐｉ 材料制备新型材料将越来越被人们重视 Ｊｏｕｒｎａ１．１９９９：８７—８９ 参考文献 ［１３］Ｓ．Ｇ．Ｋｒｉｇｔｉｎ，Ｍ．Ｓａｉｎ．Ｄｅｔｅｍｉｎａｔｉｏｎ ｏｆ ｔｈｅ ｍｉｎｅｒｌａ 『１１李永，朱海，许翠英等．造纸污泥处理及资源化应 ｃｏｎｓｔｉｔｕｅｎｔｓ ｏｆ ｒｅｃｙｃｌｅｄ ｐａｐｅｒ ｍｉｌｌ ｓｌｕｄｇｅ【『］．Ｔａｐｐｉ 用技术ｒｎ．中国造纸，２００８，２７（１１）：５９－６２ Ｊｏｕｒｎａ１．２００８，４：９—１２ ２７