環(huán)境友好要求下造紙工業(yè)技術(shù)創(chuàng)新研究

(江西省工業(yè)與信息化經(jīng)濟技術(shù)發(fā)展中心，江西南昌 330013)

進入21 世紀以來，我國環(huán)境污染問題日益凸顯，成為牽制區(qū)域經(jīng)濟良性發(fā)展和影響人們美好生活感受的重要問題。黨和政府提出了生態(tài)文明戰(zhàn)略，明確“綠水青山就是金山銀山”，要求建設(shè)環(huán)境友好型社會，與綠水青山共同發(fā)展。造紙工業(yè)作為傳統(tǒng)高污染、高能耗的制造業(yè)，大量的廢水廢氣排放極易造成區(qū)域較嚴重的環(huán)境污染，影響區(qū)域經(jīng)濟可持續(xù)發(fā)展。如何在環(huán)境友好要求下實現(xiàn)造紙工業(yè)技術(shù)的創(chuàng)新，已經(jīng)成為造紙行業(yè)及相關(guān)企業(yè)必須正視的問題。

1 環(huán)境友好要求下造紙工業(yè)直面的問題

1.1 治理生態(tài)污染的技術(shù)水平相對落后

近幾年，國家先后出臺了更為嚴格的廢水指標和污染物降低要求，造紙行業(yè)的工業(yè)廢水排放量及COD 等多種污染物的排放量逐年下降。但造紙行業(yè)整體治理生態(tài)污染的技術(shù)水平相對落后，未達到國際排污先進水平，企業(yè)經(jīng)濟與生態(tài)文明之間的平衡仍未實現(xiàn)。

1.2 資源緊張與綠色經(jīng)濟發(fā)展之間的矛盾明顯

目前，造紙企業(yè)都面臨著木材原料等資源短缺的情況。我國森林人均占有量極低，造紙行業(yè)的資源豐富程度也相對較低。對于造紙行業(yè)來說，如何調(diào)整造紙工業(yè)原料的結(jié)構(gòu)及原料的可再生和可回收顯得極為重要。

2 環(huán)境友好要求下造紙工業(yè)技術(shù)創(chuàng)新的思路

2.1 創(chuàng)新應(yīng)用納米纖維素技術(shù)

納米纖維素是一種新型高科技資源材料，目前在諸多領(lǐng)域和行業(yè)都得到廣泛運用。因其具有的可降解、生物相容性及可再生性等環(huán)境友好特點，將其應(yīng)用于造紙工業(yè)的現(xiàn)實意義極大，是造紙工業(yè)未來發(fā)展的重要材料之一。納米纖維素作為紙張增強劑能夠提升紙張微觀纖維結(jié)構(gòu)強度，彌補因再生紙漿多次回收利用后的強度損失，實現(xiàn)資源的重復(fù)利用[1]。同時，可以作為食品及包裝紙的涂料使用，只需極薄的一層就能起到防油、防水的作用。

制備納米纖維素的方法主要有三種：生物制備法、物理制備法及化學(xué)制備法。其中化學(xué)機械制備法結(jié)合了化學(xué)法與物理法的優(yōu)點，工藝相對簡單，資源損耗相對較小、經(jīng)濟效益更好的優(yōu)點運用最為廣泛，是納米纖維素制備的常用方法。而能耗最低、污染最小的制備方法是生物制備法，但由于其生產(chǎn)成本較高、制備時間長、制備效率低導(dǎo)致經(jīng)濟效益不高，未能推廣使用。未來在減少污染的基礎(chǔ)上要提高納米纖維素制備的效率與效果，利用綠色的化學(xué)制備法來制備納米纖維素應(yīng)當成為主流方向。

2.2 創(chuàng)新制漿廢水深度處理新技術(shù)

造紙工業(yè)產(chǎn)生的廢水中含有大量難以被降解的污染物，在環(huán)境友好的要求下，必須進行深度處理才能達到相應(yīng)的排放標準。目前可運用的廢水深度處理新技術(shù)主要有如下幾種：

2.2.1 膜分離法

膜分離法的實質(zhì)是使用膜來確定廢水中的不同成分后，再運用化學(xué)位差等方法來分離廢物，具有處理效率高、消耗能源少、占地面積小等優(yōu)點，推廣應(yīng)用范圍較大。在運用膜分離法時，為了提高凈化效果可以加入微電解技術(shù)，提高廢水凈化的效果。微電解廢水處理技術(shù)中引進的MBR 工藝是膜分離技術(shù)與生物技術(shù)結(jié)合后創(chuàng)新的造紙廢水深度處理技術(shù)，能夠直接提高廢水處理效果。處理時首先截留廢水中的有機物質(zhì)及活性泥污，再分別停留不同的時間，將難以降低的有機物留在反應(yīng)池中再次處理。

2.2.2 新型光催化氧化技術(shù)

這一技術(shù)的運用是在光化學(xué)氧化技術(shù)的基礎(chǔ)上，通過半導(dǎo)體氧化催化廢水，并用紫外線照射到催化劑上，激發(fā)廢水表面的電子形成具有強大強化能力的空穴，與半導(dǎo)體表面的廢水形成的羥基自由基進行氧化反應(yīng)，達到凈化的效果。

未來造紙工業(yè)深度環(huán)保處理廢水的創(chuàng)新思路應(yīng)當從提高循環(huán)利用率上著手，盡量減少造紙制漿過程中的用水量及廢水排放量，同時也應(yīng)當更積極地創(chuàng)新廢水資源回收利用的方法，比如浮選法能夠回收95%的造紙廢水中的纖維性固定物質(zhì)，并保證凈化后的水能夠再次利用[2]。另外，也可以充分運用電滲極、反滲透等技術(shù)實現(xiàn)廢水的深度環(huán)保處理。

2.3 創(chuàng)新使用智能控制技術(shù)

傳統(tǒng)的PID 技術(shù)無法有效保護造紙工業(yè)的質(zhì)量，多余的造紙廢料還會造成一定的環(huán)境污染。而創(chuàng)新引進并使用智能控制技術(shù)，不但能夠提高造紙生產(chǎn)的質(zhì)量，還能夠減少造紙廢料的產(chǎn)生，減少環(huán)境污染。因此，運用智能控制技術(shù)將是未來造紙工業(yè)的必然選擇。

（1）在洗滌過程中引進智能真空洗滌機后，不但能夠有效清除紙漿中殘留的化學(xué)物質(zhì)或色素，還能同時將清除下來的化學(xué)物質(zhì)進行及時回收，比如可以通過堿回收法過濾廢水，實現(xiàn)廢水的凈化與再利用。

（2）在漂白過程中引進神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)和模糊集成智能化技術(shù)，就能夠檢測出漿料的流量，并準確確定模糊控制的規(guī)則，以模糊神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制器實現(xiàn)控制過程的自適應(yīng)性，并獲得最準確的閾值，從而實現(xiàn)智能化操控。

（3）在蒸煮過程中應(yīng)用數(shù)字化智能控制系統(tǒng)，能夠直接測量出卡伯值參數(shù)值、原材料的種類及相關(guān)的物理、化學(xué)屬性，組成常規(guī)控制系統(tǒng)。同時，在蒸煮過程中及時測量并記錄原料的變化情況，科學(xué)確定并控制蒸煮的滯后時間。

（4）在造紙過程中運用現(xiàn)代化數(shù)字技術(shù)制作打漿流量控制系統(tǒng)，并進行制漿造紙生產(chǎn)，能夠?qū)崟r完善造紙過程中的數(shù)據(jù)設(shè)置保證造紙的質(zhì)量。在紙張烘干過程中容易出現(xiàn)斷紙現(xiàn)象，會影響造紙的經(jīng)濟效益，人工智能系統(tǒng)的引進能夠提高智能化檢測系統(tǒng)，控制紙機的灰分含量、檢測機械設(shè)備運轉(zhuǎn)時的壓力是否正常等，減少斷紙情況的出現(xiàn)。

實際上，隨著智能控制技術(shù)的引進、運用及創(chuàng)新，我國造紙行業(yè)的發(fā)展空間不斷擴大，正向著智能化、環(huán)境友好的方向發(fā)展。

2.4 創(chuàng)新造紙污泥高值資源化利用技術(shù)

作為造紙工業(yè)中數(shù)量巨大、成份復(fù)雜的固體廢棄物，造紙污泥合理處置及利用，對于造紙工業(yè)實現(xiàn)環(huán)境友好要求下的發(fā)展意義重大。造紙污泥的傳統(tǒng)利用方法主要有衛(wèi)生填埋、高溫焚燒、海洋投棄、制備土壤改良劑或肥料。但這些方法存在一些較難克服的弊端與問題，對環(huán)境仍然存在污染的情況。因此，創(chuàng)新開發(fā)造紙污泥高值資源化利用技術(shù)對于造紙工業(yè)的清潔生產(chǎn)助力極大。

2.4.1 厭氧發(fā)酵產(chǎn)甲烷

造紙污泥中含有大量的有機質(zhì)，能夠用來制備甲烷，而且在制備時無需進行熱化學(xué)處理，只需直接酶水解即可，具有極為明顯的制備優(yōu)勢。同時，據(jù)相關(guān)試驗結(jié)果顯示，造紙污泥發(fā)酵的甲烷產(chǎn)率較高，具有大規(guī)模制備的可行性。當然，厭氧發(fā)酵也有存在發(fā)酵需時長、裝置投資及維護成本較高等缺點，要在應(yīng)用過程中不斷地創(chuàng)新、改進相關(guān)技術(shù)。

2.4.2 直接氣化

直接氣化是指將造紙污泥放置于氣化裝置中，釤水蒸氣、空氣等氣化介質(zhì)直接分解污泥中的有機物，將之分解為可燃氣體。污泥直接氣化的高溫能夠在殺死污泥中的病菌、病毒后，分解污泥并減少其體積，產(chǎn)生的可燃氣體又能作為能源利用。氣化過程中的溫度越高，氣化效果越好、產(chǎn)氣量越大。

3 結(jié)論

在環(huán)境友好的要求下，作為我國國民經(jīng)濟體系重要支柱型產(chǎn)業(yè)的造紙工業(yè)必須直面高污染、高能耗的現(xiàn)狀，通過創(chuàng)新應(yīng)用納米纖維素技術(shù)、制漿廢水深度處理技術(shù)、智能控制技術(shù)及造紙污泥高值資源化利用技術(shù)等先進技術(shù)，能夠?qū)崿F(xiàn)造紙工業(yè)健康可持續(xù)的發(fā)展。