造紙污泥的性質(zhì)及其資源化利用

田 野

（湖北輕工職業(yè)技術(shù)學(xué)院， 湖北 武漢 430070）

造紙污泥的性質(zhì)及其資源化利用

田 野

（湖北輕工職業(yè)技術(shù)學(xué)院， 湖北 武漢 430070）

分析造紙污泥的性質(zhì)，包括含水率、有機(jī)物含量、pH值、絕干污泥中纖維含量、絕干污泥中灰分含量、金屬元素含量。除此之外，還檢測了造紙污泥的熱值。綜述了國內(nèi)外造紙污泥資源化利用的研究進(jìn)展，指出造紙污泥是一種很有利用價(jià)值的潛在資源，其資源化利用是解決當(dāng)前環(huán)境污染和資源短缺的途徑之一。

造紙污泥 熱值 資源化利用 電感耦合等離子體原子發(fā)射光譜

造紙工業(yè)作為輕工行業(yè)的重要組成部分，也是國家的支柱產(chǎn)業(yè)之一，在國家、社會(huì)和經(jīng)濟(jì)生活中發(fā)揮著重要的作用。隨著科技進(jìn)步發(fā)展，造紙工業(yè)近年來在節(jié)能減排、清潔生產(chǎn)及環(huán)境保護(hù)方面取得了較大的進(jìn)步，但在固體廢棄物資源化利用方面的問題卻依然比較突出。據(jù)統(tǒng)計(jì),造紙工業(yè)的固體廢棄物每年產(chǎn)生3 800萬t以上，其中造紙廢水處理每年形成的固體廢棄物約1 500萬t,廢紙脫墨每年形成的固體廢棄物約1 500萬t。如此大量的造紙污泥如不進(jìn)行妥善的處理，將會(huì)造成二次污染。

《國民經(jīng)濟(jì)和社會(huì)發(fā)展十二五規(guī)劃綱要》中明確要求 “輕紡行業(yè)要強(qiáng)化環(huán)?！?、“推進(jìn)大宗工業(yè)固體廢物的資源化利用，在“十二五”期間使工業(yè)固體廢物綜合利用率達(dá)到72%”。因此開展造紙工業(yè)大宗固體廢棄物的資源化技術(shù)的研究與示范，符合國家中長期戰(zhàn)略發(fā)展的要求，對我國造紙工業(yè)可持續(xù)健康的發(fā)展具有重要意義。

研究造紙污泥固有的一些性質(zhì)，并就其資源化利用研究狀況進(jìn)行了綜述。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料

研究使用的造紙污泥取自山東某造紙企業(yè)的終端泥餅。

1.2 試驗(yàn)儀器

烘箱：WMK-02型；分析天平：METTLER AE-200 型；馬弗爐：SRJX-4-9 型；電感耦合等離子體原子發(fā)射光譜：美國PE公司Optima 2000 DV。

1.3 性質(zhì)測定方法

造紙污泥含水率、有機(jī)物及灰分等測定參照國家城鎮(zhèn)建設(shè)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)CJ/T 221—2005《城市污水處理廠污泥檢測方法》進(jìn)行[1]。

pH 的測定[2]：由于研究的污泥呈固體狀態(tài)，用10∶1的水污泥比先得到浸出液，再以 pH 計(jì)測定浸出液的 pH 值來代表污泥的pH 值。試驗(yàn)步驟：①在實(shí)驗(yàn)室將去離子水煮沸排除二氧化碳，冷卻，制備不含二氧化碳的水。②取 5 g 脫水污泥樣于150 mL具塞三角燒瓶中，加無二氧化碳蒸餾水50 mL，塞好塞子，振動(dòng)30 min。③混合液倒入離心管，離心 10 min，取上清液。④用校正過的 pH計(jì)測定上清液的pH值。

纖維素含量測定：試驗(yàn)步驟①取污泥稱重；②將污泥置于孔徑Φ150μm圓篩上，用清水清洗，直至洗后液體變清；③將篩上剩余物轉(zhuǎn)移到提前準(zhǔn)備好的定量濾紙上，放入105 ℃左右烘箱，烘2 min；④取出放入干燥器，干燥0.5 h，取出稱重。

2 污泥的性質(zhì)

2.1 基本性質(zhì)

由以上方法測得污泥含水率為51.96%（質(zhì)量百分比，下同）；干污泥有機(jī)物含量為45.60%，灰分含量為 44.40%； pH 值為 7.18；干污泥纖維含量為 13.91%。由此可知，污泥為中性，其含水率是比較大，污泥有機(jī)物含量較高，灰分含量較低。

2.2 金屬元素含量

樣品處理[3]：稱取1.000 g經(jīng)脫水的污泥樣品于100 mL三角瓶中樣品加少量去離子水濕潤，加入20 mL 硝酸∶高氯酸4∶1 混酸蓋上玻璃表面皿靜置過夜，然后放于電爐加熱消解，直至高氯酸白煙盡，樣品消化近干，取下冷卻，加入1＋1鹽酸5 mL用去離子水定容至25 mL搖勻，待測。按同樣方法同時(shí)做試劑空白。

金屬元素含量測定采用我校分析檢測中心ICP-AES測定[4]，各元素含量見表1。

表1 各元素含量

2.3 熱值

取不同含水率的同一塊泥餅，送至取泥企業(yè)的熱電廠測定熱值，數(shù)據(jù)見表2。

表2 不同含水量的熱值

3 造紙污泥資源化利用的研究進(jìn)展

污泥的處置以“無害化、減量化、資源化”為根本要求。因此，資源化利用污泥既符合政策要求，又將帶來巨大的環(huán)境效益、經(jīng)濟(jì)效益、社會(huì)效益。

3.1 土壤改良

試驗(yàn)測得該造紙污泥的pH值為7.18，可以用來改良酸性土壤，使土壤酸度調(diào)節(jié)至適宜植物生長的 pH值范圍。由金屬含量可知，重金屬含量均低于我國 1984年頒布的《農(nóng)用污泥污染物控制標(biāo)準(zhǔn)》(GB 4284—1984)，同時(shí)含有大量的有機(jī)物和對植物生長有益的元素。有研究發(fā)現(xiàn)，污泥中含有大量碳酸鹽和硅酸鹽，尤其是碳酸鹽，造紙污泥的加入甚至有助于土壤中重金屬元素（尤其是鎘和鉛）的保留，可避免其遷移到植物中，不會(huì)威脅人類食物鏈，在土壤中施用造紙污泥也可以起到改良土壤的作用[5]。除此之外,研究發(fā)現(xiàn)用造紙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,說明污泥是一種很好的土壤改良劑[6]。

英國 Bridewater 造紙公司早在20世紀(jì)90年初已完成了脫墨污泥作為改良土壤組織結(jié)構(gòu),提高土壤pH值的研究工作,移植蚯蚓后,蚯蚓繁殖很快,這就證明脫墨污泥對蚯蚓無毒害。

Jan H Schut[7]將造紙污泥干燥成顆粒，吸收肥料養(yǎng)分后，分散到土壤中，利用污泥降解緩慢釋放養(yǎng)分。造紙污泥也具有很強(qiáng)的水分保持能力，其性能類似于黏土，可以作為土壤覆蓋土[8]。

3.2 堆肥利用

造紙污泥除了含有大量的纖維素類有機(jī)質(zhì)外，還含有豐富的氮、磷、鉀、鈣等多種植物生長所需的無機(jī)營養(yǎng)成分，是一種質(zhì)優(yōu)價(jià)廉的有機(jī)肥料。堆肥是利用污泥中的微生物進(jìn)行發(fā)酵的過程[9]。在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)利用微生物群落在潮濕環(huán)境下的對有機(jī)物進(jìn)行氧化分解并轉(zhuǎn)化為類腐殖質(zhì)[10]。

林云琴[11]經(jīng)盆栽試驗(yàn)證明施加堆肥可以增加作物的的生物量，提高土壤肥力。通過重金屬測定表明，添加造紙污泥堆肥的土壤，其重金屬含量符合標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，且作物中的重金屬含量遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于我國蔬菜質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定值。在一定時(shí)期內(nèi)農(nóng)田施用造紙污泥堆肥不會(huì)造成重金屬污染。除此之外,林云琴[12]還發(fā)現(xiàn)，酸性土壤中添加一定量的造紙污泥堆肥，能起到很好的肥效作用。添加一定量造紙污泥堆肥能有效減緩?fù)寥浪峄⒃黾油寥烙袡C(jī)質(zhì)和有效磷含量，提高土壤質(zhì)量。

王德漢[13]利用造紙污泥堆肥研制出顆粒狀土壤改良劑, 并進(jìn)行了菜心、玉米盆栽試驗(yàn)及大田玉米試驗(yàn), 結(jié)果表明,土壤改良劑不僅能促進(jìn)菜心、玉米生長, 提高N、P養(yǎng)分吸收, 而且能降低土壤容重、增加土壤有效磷含量, 有一定的保氮作用,造紙污泥土壤改良劑農(nóng)業(yè)應(yīng)用不會(huì)造成土壤與農(nóng)產(chǎn)品污染。

3.3 焚燒發(fā)電

焚燒法處理是把脫水預(yù)處理的污泥由雙燃料動(dòng)力鍋爐或?qū)ｉT污泥燃燒鍋爐焚燒, 回收焚燒產(chǎn)生的高溫?zé)煔鉄崮?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，焚燒產(chǎn)生的底灰送水泥廠和混凝土廠作建材原料,制造水泥或添加到商品混凝土中[14]。

造紙污泥含有較高的熱值,焚燒不僅能“減量化”,而且能消除臭味、殺死病原菌和寄生蟲卵、回收熱能。日本污泥的55%、美國污泥的25%和歐洲污泥的11%已用于焚燒發(fā)電[15]。

美國Pyro Power公司的Chelian Elaneh zhion[16]采用污泥、廢木料、煤等多種燃料燃燒技術(shù),專門設(shè)制和使用CBF鍋爐(181 t/h);日本Oji紙業(yè)公司也制成以焚燒污泥和樹皮并用重油助燃的CFB鍋爐(42 t/h),其余熱發(fā)電；2003年,Nippon紙板公司以造紙污泥為燃料,產(chǎn)生的熱量來發(fā)電(容量1.4萬kWh),并且能消除二惡英,而不需要任何油類燃料。

我國污泥焚燒發(fā)電技術(shù)起步較晚,但已取一定的進(jìn)展。浙江板橋集團(tuán)[17]每天可以焚燒處理1 500 t含水率80%的造紙污泥；孫昕等[18]采用流化床混燒污泥和煤時(shí)，鈣硫比取3∶1的情況下,SO2、NOx等的排放都達(dá)到國家標(biāo)準(zhǔn),并回收了熱能。趙長遂等[19]研究表明,污泥在床內(nèi)的燃燒份額在48%～65%之間,焚燒煙氣中SO2、NO和N2O等氣相污染物排放濃度低，符合排放要求。

3.4 其他利用方法

其他利用方法包括：利用造紙污泥養(yǎng)蚯蚓[20]；從造紙污泥中提取木質(zhì)素[21]；使用造紙污泥生產(chǎn)造紙用填料和涂布顏料[22]、生產(chǎn)活性炭和催化劑的炭載體材料[23]、生產(chǎn)高質(zhì)量建筑材料[24]、生產(chǎn)新型墻體材料[25]、生產(chǎn)非黏土油脂吸附劑或貓寵物盒的填料[26]；利用造紙污泥制磚[27]、制水泥、制備人造沸石[28]、制備瀝青復(fù)合改性劑[29]、制動(dòng)物飼料、改性制吸附劑、作填充劑生產(chǎn)防水卷材[30]、作磨漿助劑[31]、氣化回收能量[32]、炭化于土壤修復(fù)或雪溶化劑、炭化用于甲烷蒸汽反應(yīng)的催化劑載體[33]；將脫墨污泥中的纖維轉(zhuǎn)化為酒精、葡萄糖和乳酸[34-35]等。

4 結(jié)束語

介紹分析了造紙污泥的性質(zhì), 包括含水率、有機(jī)物含量、pH值、絕干污泥中纖維含量、絕干污泥中灰分含量、金屬元素含量。除此之外，還檢測了造紙污泥的熱值。結(jié)果表明，污泥含水率較高，有機(jī)物含量大， pH值為中性。根據(jù)造紙污泥特性，造紙污泥是一種很有利用價(jià)值的潛在資源，其資源化利用是解決當(dāng)前環(huán)境污染和資源短缺的途徑之一，其資源化研究的主要方向有土壤改良、堆肥利用、焚燒發(fā)電等。

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作者介紹：

田野（1985-） 男 湖北省十堰市人 碩士研究生 助教

Email：tianye861080@126．com

電話: 13212715226

通訊地址:湖北省武漢市洪山區(qū)石牌嶺東二路5號(hào),湖北輕工職業(yè)技術(shù)學(xué)院

郵編250353

Advances of Paper Sludge Properties and Its Resource Exploitation and Utilization

TIAN Ye

(Hu BeiIndustry Technical College Wu Han 430070)

Some properties of paper sludge were analyzed, including water content, organic material content, pH value, fiber content, ash content and metal content in dried sludge.Besides, net calorific value was detected. In this paper, domestic and abroad research advance of utilization of paper sludge was reviewed and pointed out that paper sludge is the potential resource. Utilization of paper sludge as resource is one of the ways to solve the current shortage of resources and environmental pollution.

paper sludge;calorific value;resource utilization;ICP-AES