再生廢紙纖維資源化利用及效益研究

章佩麗 陶敏龍 王浩 崔慧貞

（臺州市環(huán)科監(jiān)理有限公司 浙江臺州 318000）

造紙工業(yè)是國民經(jīng)濟(jì)重要基礎(chǔ)原材料產(chǎn)業(yè)之一，紙及紙板的消費水平已成為衡量國家現(xiàn)代化水平和文明程度的一個重要標(biāo)志。據(jù)中國造紙協(xié)會調(diào)查資料，2005～2014年，紙及紙板生產(chǎn)量年均增長7.20%，消費量年均增長6.06%。截至2014年末，我國紙及紙板產(chǎn)量達(dá)10470×104t，消費量達(dá)10071×104t，生產(chǎn)量和消費量均居世界首位。廢紙（也稱再生纖維）是一種數(shù)量巨大的可回用資源，對其充分利用，不僅可以節(jié)約大量植物纖維原料，降低生產(chǎn)成本，還可以減少固體廢棄物的排放，減少環(huán)境污染。廢紙的回收利用已成為我國新興的研究課題。

1 我國廢紙回收利用現(xiàn)狀

隨著我國造紙工業(yè)的發(fā)展，資源可持續(xù)利用和環(huán)境保護(hù)的意識加強(qiáng)，造紙行業(yè)的原料結(jié)構(gòu)已發(fā)生變化，廢紙漿比例由2001年的44%增加到2014年的62.7%，在造紙行業(yè)中地位越來越重要。雖然廢紙漿在造紙過程中利用率高，但大部分依賴進(jìn)口，我國廢紙回收率2010年只達(dá)到43.8%，遠(yuǎn)低于世界平均水平（世界平均56.6%，發(fā)達(dá)國家普遍70%）。廢紙浪費現(xiàn)象普遍，廢紙回收資源化利用潛力巨大。

2 我國廢紙資源化利用

2.1 制造包裝材料

與傳統(tǒng)的發(fā)泡聚苯乙烯比較，具有可生物降解、環(huán)境友好的特點。韓國科研人員用廢舊瓦楞箱紙板和舊報紙生產(chǎn)包裝用緩沖材料，與傳統(tǒng)材料相比具有優(yōu)良的防沖壓吸收性能、彈性模量較低、表觀密度較高的優(yōu)點。

2.2 紙漿模塑

利用廢紙生產(chǎn)高強(qiáng)度包裝紙袋，該包裝紙可廣泛用于水泥、糧食、飼料以及日用購物袋等，是很好的綠色環(huán)保替代產(chǎn)品。日本花王公司開發(fā)出用廢紙生產(chǎn)紙瓶的模塑技術(shù)，可以用螺旋、蓋或金屬薄片封口，紙瓶的強(qiáng)度與塑料瓶相似。目前，我國紙漿模塑制品在工業(yè)產(chǎn)品包裝領(lǐng)域所占比重為5%，以包裝彩色電視機(jī)和顯像管產(chǎn)品為例，年耗聚苯乙烯泡沫塑料2×104t，折合體積約為100多萬立方米，紙漿模塑制品市場前景十分廣闊。

2.3 制造建筑材料

日本使用報紙、辦公室廢紙等生產(chǎn)出低密度板材，它們可以作為裝飾墻和天花板材料，也可用作門的夾心板，其物理、機(jī)械和尺寸的穩(wěn)定性均良好；利用廢紙制造的房屋建筑的隔熱、隔音材料，其年用量達(dá) 8000t～9000t[1]。

2.4 作固體燃料

英國廢物處理局將包裝廢紙用烘干壓縮機(jī)壓制成固體燃料，燃燒產(chǎn)生2.5Mpa以上的蒸汽，推動汽輪發(fā)電機(jī)發(fā)電。該燃料燃燒放出的CO2比燃煤少20%，有益于環(huán)境保護(hù)。瑞典倫道大學(xué)的專家，將廢紙打成漿，再向漿液中添加能分解有機(jī)物的厭氧微生物的水溶液；然后移入反應(yīng)爐，爐中廢紙漿液里的纖維素、甲醇和碳水化合物等轉(zhuǎn)變?yōu)榧淄?；再用酶將木材抽出物除掉，即可得到燃料甲烷?/p>

2.5 廢紙生物制氫利用

我國的廢紙再利用技術(shù)頗為單一，大部分作為造紙原料加以再利用。由于廢紙纖維經(jīng)歷制漿造紙的整個過程，不同的抄造工藝和使用環(huán)境使廢紙纖維不可避免地發(fā)生了許多與原纖維相比不同的變化，相應(yīng)地使紙張各個性能也發(fā)生了變化，尤其是干燥過程引起的纖維細(xì)胞壁的不可逆變化[2]。多次回用后，纖維潤脹減少，纖維長度降低，細(xì)小纖維含量增加，且在造紙過程中添加了大量化學(xué)物質(zhì)，回收來的低檔紙作為造紙原料已失去利用價值[3]。但廢紙中木質(zhì)素、半纖維素含量低，大量以纖維素態(tài)存在，若將其水解可產(chǎn)生葡萄糖，相對于原生纖維素，更利于水解利用。如果能將這些廢紙纖維轉(zhuǎn)化為清潔氫能，不僅可以減少廢棄物對環(huán)境的污染，也有助于改善我國能源結(jié)構(gòu)。

3 廢紙生物制氫及效益分析

氫氣燃燒值高（能量比34.15kcal/g），燃燒產(chǎn)物為水，對環(huán)境無污染?；诃h(huán)境污染和能源短缺的雙重危機(jī)，發(fā)展清潔能源必將成為我國能源科學(xué)發(fā)展方向。厭氧發(fā)酵生物制氫利用廢棄有機(jī)物，在產(chǎn)氫菌作用下，反應(yīng)條件溫和，能耗小，成本低廉，較易實現(xiàn)工業(yè)化生產(chǎn)[4-5]。日本研究人員以各種生活垃圾經(jīng)處理后作產(chǎn)氫原料，以梭菌為菌源，于37℃發(fā)酵產(chǎn)氫，1kg垃圾經(jīng)分解后可獲得49mL氫氣。Hong Liu等利用一株嗜熱菌在55℃，pH6.5時，產(chǎn)氫量達(dá)到3.78mmol/g纖維，最大產(chǎn)氫速率達(dá)到287ml/d[6]。ShiWu等以土豆地土壤為菌種來源，以蔗糖為底物，最高產(chǎn)氫速率為74.7mL/L*h[7]。國內(nèi)研究學(xué)者等利用纖維素類物質(zhì)（農(nóng)作物秸稈）采用厭氧發(fā)酵的方式進(jìn)行生物制氫，最大產(chǎn)氫量可達(dá)到131.8mL/g[8-11]。

2015年，我國消費箱紙板預(yù)計11470×104t，以廢紙回收率45%計算，將回用3次以上的廢紙作為厭氧發(fā)酵生物制氫的原料，可得原料500×104t。廢紙產(chǎn)氫以40mLH2/g計，得200×104m3氫氣，燃燒后的熱量進(jìn)行發(fā)電，可發(fā)電700×104kW·h，直接經(jīng)濟(jì)效益可達(dá)420萬元（0.6元/度），且沒有CO2、SO2等有害氣體排放。若火力發(fā)電產(chǎn)生相同電量，對比不同燃料的碳排量，無煙煤為750g，石油為500g，天然氣為370g，則無煙煤排放CO2量為5.3×109g，石油為3.55×109g，天然氣為2.74×109g，對大氣環(huán)境污染嚴(yán)重。

發(fā)展循環(huán)經(jīng)濟(jì)，提高資源的再生利用是一種可持續(xù)發(fā)展模式，研究和探索廢紙厭氧發(fā)酵制氫技術(shù)，提出再生廢紙纖維的利用新途徑，將廢紙資源向能源化發(fā)展，對解決廢紙纖維的有效利用具有重要意義和應(yīng)用前景。

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