造紙行業(yè)中環(huán)境監(jiān)測的研究及進(jìn)展

戴楠珍劉明華（1.福州大學(xué) 環(huán)境與資源學(xué)院， 福建　福州　350108；2.福建省生物質(zhì)資源化技術(shù)開發(fā)基地， 福建　福州　350108）

造紙行業(yè)中環(huán)境監(jiān)測的研究及進(jìn)展

戴楠珍1，2劉明華1，2
（1.福州大學(xué) 環(huán)境與資源學(xué)院， 福建福州350108；2.福建省生物質(zhì)資源化技術(shù)開發(fā)基地， 福建福州350108）

介紹了造紙廢水對環(huán)境和人類的危害。通過介紹各個監(jiān)測項(xiàng)目的方法和儀器，總結(jié)了造紙行業(yè)中環(huán)境監(jiān)測的進(jìn)展。

制漿造紙環(huán)境監(jiān)測測定項(xiàng)目

0　前言

制漿造紙行業(yè)在生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的廢氣、廢水和廢渣會危害環(huán)境，而廢氣和廢渣的污染相對廢水來說影響較小。我國的造紙行業(yè)的廢水排放量大，成分復(fù)雜、濃度高，有毒物質(zhì)含量高，而且我國治理工業(yè)廢水的水平較低[1]。制漿造紙行業(yè)排出的廢水中含有許多有害物質(zhì)會污染環(huán)境，它們是水體污染的主要原因之一，直接或間接的危害人類的健康。

對水溫、色度、pH、生物耗氧量、化學(xué)需氧量、總有機(jī)碳、總懸浮物、磷和氮含量、可吸附性有機(jī)鹵化物、毒性，這些表述廢水污染負(fù)荷特征的項(xiàng)目進(jìn)行測定。

通常造紙廠排出來的水溫都是較高的（特別在夏天的時候）。制漿造紙工業(yè)廢水，尤其是漂白硫酸鹽漿廠的廢水呈顯茶褐色（有色廢水常常令人不愉快，進(jìn)入環(huán)境后天然水會著色，水體的透光性減弱，生物的生長受到影響）[2]。在制漿氯漂的過程中，產(chǎn)生多種具有毒性的有機(jī)氯化物，而該有機(jī)氯化物難以降解，具有致癌、致畸和致突變性，是造紙行業(yè)廢水對環(huán)境和人類的主要危害[3]。因此可吸附性有機(jī)鹵化物，作為全面反映廢水中的各種有機(jī)氯化物含量的參數(shù)，可反映廢水中污染物的毒性。

對造紙廢水進(jìn)行環(huán)境監(jiān)測為的是準(zhǔn)確、及時、全面地反映環(huán)境質(zhì)量現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢，為污染源控制、環(huán)境管理、環(huán)境規(guī)劃等提供科學(xué)依據(jù)[4]。隨著科技的進(jìn)步，污染的加劇，以往的監(jiān)測技術(shù)和儀器已經(jīng)不能滿足人們的需要了，相關(guān)人員開始從各方面進(jìn)行研究，力圖改進(jìn)監(jiān)測的技術(shù)和儀器，從而降低造紙行業(yè)對于人類和環(huán)境的危害。

1　監(jiān)測項(xiàng)目

1.1懸浮物的測定

在污水監(jiān)測中懸浮物監(jiān)測是一個很重要的項(xiàng)目，目前采用的檢測方法是重量法。劉寶平等[5]在測定高濃度造紙廢水的懸浮物時，先對水樣進(jìn)行必要的稀釋，再將水樣懸浮物濃度稀釋至300~600 mg/L，然后用絮凝沉淀法處理水樣。這樣將大大縮短測定時間，提高效率，減小測定誤差。

1.2總有機(jī)氯化物（AOX）監(jiān)測

早期測定水中的總有機(jī)鹵化物（TOX）方法主要是三個步驟:濃縮、有機(jī)鹵化物轉(zhuǎn)化成無機(jī)鹵、鹵離子測定[6]。

王潔等[7]根據(jù)典型的制漿漂白廢水特點(diǎn)，在測定TOX方法的基礎(chǔ)上，建立了可以測定AOX方法:水樣經(jīng)過硝酸酸化，水樣中有機(jī)化合物經(jīng)活性炭吸附，再用NaNO3溶液洗滌分離出無機(jī)鹵化物，將吸附了有機(jī)物的活性碳置于氧氣流之中燃燒熱解，最后運(yùn)用微庫侖法來測定鹵化氫的質(zhì)量濃度，該過程只需30 min。

同時歐陸科儀公司生產(chǎn)出可以分析大多數(shù)樣品中的有機(jī)氯化物的有機(jī)氯化物檢測儀，儀器操作簡單，分析快速準(zhǔn)確，數(shù)據(jù)自動分析[8]。

1.3硫化物的測定

多年來對造紙廢水中測定硫化物一直采用醋酸鋅-過濾-碘量法，不過其測定值嚴(yán)重偏高。后來用酸化吹氣前處理來替代沉淀-過濾的前處理，使測定誤差大大減小。過濾-酸化-吹氣或酸化-吹氣-過濾前處理是使造紙廢水在pH8~12時與醋酸鋅生成硫酸鋅沉淀，再通過過濾除去溶水性還原物質(zhì)的干擾[9]。

吳明智[10]改進(jìn)了樣品的預(yù)處理過程，利用用HS-4硫化物的預(yù)處理儀和酸化-吹氣方法進(jìn)行測定，靈敏度很高，有很好的重現(xiàn)性和穩(wěn)定性。

1.4二惡英的測定

造紙行業(yè)是主要產(chǎn)生二惡英的六大行業(yè)之一，但目前我國對于制漿造紙行業(yè)中二惡英的各種情況還不甚了解。

二惡英的常規(guī)測定方法是高分辨氣相色譜-高分辨質(zhì)譜（HRGC-HRMS）法。該法的前處理復(fù)雜，費(fèi)時、費(fèi)力且需要高水平專業(yè)實(shí)驗(yàn)室，也要求操作人員是專業(yè)人士。美國已研究出的EPA 4405、4425、4435方法和日本的10 種二惡英生物檢測方法可快速對二惡英進(jìn)行檢測。周志廣等[11]研究開發(fā)了一種專門為生物檢測法設(shè)計的前處理儀器（SPD-600），建立了一種新型酶聯(lián)免疫系統(tǒng)(DXS-600)測定二惡英的方法，聯(lián)合SPD-600和DXS-600可作為二惡英的快速篩查方法。這些都為造紙行業(yè)中的二惡英監(jiān)測提供了依據(jù)。

1.5COD的測定

化學(xué)需氧量（COD）是度量廢水中還原性物質(zhì)的重要指標(biāo)。重鉻酸鉀法是它的標(biāo)準(zhǔn)測定方法，但該法測定CODCr的回流時間是2 h。對于單個水樣來說，從取樣分析到報出數(shù)據(jù)，至少需要3 h，就會滯后公司的內(nèi)部監(jiān)測管理；且在測定過程中需要消耗較多清水。

南紙公司的環(huán)保機(jī)構(gòu)和專職人員將低濃度廢水和高濃度廢水經(jīng)過適當(dāng)?shù)南♂尯?，測定其CODCr值采用的是0.5 h的回流時間，其相對標(biāo)準(zhǔn)方法的2 h回流時間的相對誤差在0%～3.6%之間。這不僅可以提高監(jiān)管效率還可節(jié)省大量的清水和電能[12]。

除此之外寧夏的環(huán)保部門在16家造紙企業(yè)還安裝了COD自動在線監(jiān)測裝置[13]。

1.6腐蝕性氣體的監(jiān)測

現(xiàn)代的自動化控制系統(tǒng)，例如:SIEMENS、HONEYWELL、METSO生產(chǎn)的DOS、MCC及傳動控制系統(tǒng)等，已經(jīng)在制漿造紙行業(yè)廣泛應(yīng)用。不過在防火、防潮、防振、防塵及防漏電等性能上，盡管系統(tǒng)制造商已經(jīng)進(jìn)行過精心設(shè)計并采取有效防護(hù)措施，然而所有制漿造紙生產(chǎn)企業(yè)的電氣設(shè)備仍然受到腐蝕性氣體的腐蝕威脅。

空氣污染程度的實(shí)時監(jiān)測可以經(jīng)由即時監(jiān)測儀獲得，且監(jiān)測到的腐蝕性氣體濃度范圍在十億分之一內(nèi)。Purafl公司（美國）生產(chǎn)的Onguard 3000型腐蝕氣體監(jiān)測儀是此類中最為先進(jìn)的儀表，在監(jiān)測腐蝕狀況的同時還可檢測環(huán)境的相對濕度、溫度。

國際上被動監(jiān)測技術(shù)大多采用的是銅質(zhì)測試片檢測腐蝕狀況。不過由于銅對一些主要的腐蝕氣體如:SO2、Cl2、NOX等敏感性較差，因此Purafil公司率先將銀質(zhì)測試片與銅質(zhì)測試片聯(lián)合使用，這樣腐蝕氣體狀況就可以得到全面監(jiān)測[14]。

1.7生物監(jiān)測

我國工業(yè)廢水排放的管理和監(jiān)督如今主要是以理化監(jiān)測為主，但是理化分析不能反映出水污染源對于水中受害生物的綜合毒害強(qiáng)度的實(shí)際情況。

王霞等[15]通過研究發(fā)現(xiàn)在制漿造紙廢水中最為靈敏的檢測方法是發(fā)光細(xì)菌毒性試驗(yàn)法，且發(fā)光細(xì)菌可以作為制漿造紙廢水的最適試驗(yàn)生物；采用生物毒性監(jiān)測再配合理化監(jiān)測方法來監(jiān)測水污染源排放的廢水，對污染物對于水生態(tài)環(huán)境的實(shí)際影響能有更加深刻了解。

1.8其他監(jiān)測

張玉華等[16]自主研發(fā)了一套Zeta 電位實(shí)時在線測定系統(tǒng)。該系統(tǒng)是利用流動電位法測定廢水中Zeta電位的裝置，運(yùn)用WInCCD和PLC搭建的基于Zeta電位的裝置，能夠?qū)崟r采集和顯示廢水處理中的Zeta電位值和各指標(biāo)。該系統(tǒng)運(yùn)用于造紙廢水中，實(shí)現(xiàn)了污水處理過程中的Zeta 電位實(shí)時在線檢測，絮凝工段絮凝劑的投放量得到優(yōu)化，運(yùn)行成本也降低了，造紙中段廢水的處理效果得以提高，后續(xù)工段處理壓力亦減輕了。該系統(tǒng)能夠自動取樣、實(shí)時在線監(jiān)測絮凝工段的Zeta 電位值、反應(yīng)靈敏。

除了對廢水、廢氣進(jìn)行監(jiān)測，造紙行業(yè)的生產(chǎn)環(huán)節(jié)也需進(jìn)行監(jiān)測，只有各個環(huán)節(jié)都保證符合標(biāo)準(zhǔn)，才能實(shí)現(xiàn)安全生產(chǎn)，提高經(jīng)濟(jì)效益、社會效益，從各方面減輕對環(huán)境的危害。

儲存的造紙纖維原材料，因?yàn)槎讯鈨?nèi)部熱量積聚會使溫度升高，一旦達(dá)到纖維燃點(diǎn)時便會自燃引發(fā)火災(zāi)，損失極大。通過半導(dǎo)體熱敏電阻的測溫裝置，對大多數(shù)的物質(zhì)實(shí)現(xiàn)進(jìn)行現(xiàn)場測溫或一定范圍的遙測，以避免火災(zāi)的發(fā)生[17]。

不僅如此，從造紙廠紙機(jī)熱輥表面溫度、壓縮空氣和蒸汽動力系統(tǒng)的管路溫度、紙張烘干溫濕度及通風(fēng)控制、紙張存儲溫濕度再到制漿廢水生化處理，對環(huán)境和設(shè)備的溫濕度實(shí)時監(jiān)控等是非常重要。陳宇等[18]研制了一種穩(wěn)定性高、精度高、成本低且實(shí)用的分布式溫濕度監(jiān)控系統(tǒng)。該系統(tǒng)利用數(shù)字溫濕度傳感器DS l8820/HS l101實(shí)現(xiàn)對溫濕度信號的采集，再通過單片機(jī)對現(xiàn)場恒溫、通風(fēng)設(shè)備等的開關(guān)驗(yàn)證，證實(shí)該系統(tǒng)的準(zhǔn)確性和檢測精度高。系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)簡單，有較高的測量精度，方便擴(kuò)展，方便實(shí)現(xiàn)多檢測點(diǎn)、遠(yuǎn)距離檢測和數(shù)據(jù)傳輸。

水分測定不僅可減少總生產(chǎn)費(fèi)用，還可進(jìn)一步提高制漿過程到紙機(jī)作業(yè)的各個生產(chǎn)階段質(zhì)量控制。利用輕便水分計就可以有效對紙張縱橫向濕度問題的進(jìn)行測量。快速掃描水分計較新型，運(yùn)用了一個多傳感器系列和電子掃描技術(shù)［19］。

于曉明[20]利用過程軟測量算法，綜合考慮造紙過程中影響水分的各種因素，設(shè)計出造紙過程紙張水分軟測量的虛擬儀器。該儀器的測量精度高；實(shí)現(xiàn)對六種參數(shù)的在線測量，能夠一機(jī)多用，操作簡單。

Gavlebukten紙廠（瑞典），利用艾默生Emerson）過程管理智能無線電導(dǎo)率和溫度送變器，收集了關(guān)鍵的泄漏檢測數(shù)據(jù)，以檢驗(yàn)公司的排放是否符合環(huán)境監(jiān)測法的要求。因?yàn)樾〉膬?nèi)部泄露就有導(dǎo)致危險化學(xué)品排放到當(dāng)?shù)丨h(huán)境中的風(fēng)險。該連續(xù)監(jiān)測系統(tǒng)建立在曝氣池和氧化塘的排放處，同時該系統(tǒng)還可確定在主生產(chǎn)過程中兩個木片蒸煮器插入式過濾器的溫度[21]。

潘豐等[22]建立了PROFIBUS現(xiàn)場總線技術(shù)，能夠監(jiān)測造紙過程中的水汽電復(fù)合。利用該系統(tǒng)控制全廠的供水、供電、供汽系統(tǒng)，使運(yùn)行和管理進(jìn)入了全自動化和定量化的階段，同時做到了負(fù)荷能耗的獨(dú)立核算，進(jìn)行故障分析時有據(jù)可查，避免了以往人工抄表造成的不準(zhǔn)確和誤時，消除了高溫高空環(huán)境作業(yè)潛藏的危險，全方位實(shí)現(xiàn)信息共享。

2 結(jié)束語

從上述對各個污染物和生產(chǎn)環(huán)節(jié)的監(jiān)測可以看出:

（1）造紙行業(yè)中的環(huán)境監(jiān)測自動化程度提高，可以實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)控和虛擬監(jiān)控。

（2）能夠?qū)崿F(xiàn)一機(jī)多用，并將儀器與計算機(jī)聯(lián)合使用。

（3）操作趨于快速輕便，效率提高，數(shù)據(jù)傳輸方便。

（4）實(shí)現(xiàn)實(shí)時連續(xù)監(jiān)測，且精確度較高。

（5）監(jiān)測項(xiàng)目增加，從前主要只是對COD、懸浮物等傳統(tǒng)監(jiān)測項(xiàng)目進(jìn)行檢測，如今也進(jìn)行二惡英、腐蝕性氣體和生物毒性的監(jiān)測。

隨著計算機(jī)的發(fā)展，科學(xué)的進(jìn)步，人們對環(huán)境的逐步關(guān)注，在保證監(jiān)測的代表性、完整性、可比性、精密性、準(zhǔn)確性的要求下，監(jiān)測儀器定會越來越方便人們使用，測定結(jié)果準(zhǔn)確度越來越高，監(jiān)測過程省時、省力，監(jiān)測成本降低，實(shí)現(xiàn)綠色監(jiān)測。

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劉明華，mhliu2000@fzu.edu.cn

戴楠珍（1990-）女在讀研究生研究方向?yàn)榄h(huán)境監(jiān)測。