制漿造紙工業(yè)空氣污染問(wèn)題與應(yīng)對(duì)策略研究

吝軍偉

(西南交通大學(xué)環(huán)境科學(xué)與工程學(xué)院 四川 成都 610031)

0 引言

現(xiàn)代化背景下,我國(guó)人口增長(zhǎng)速度較快,城市化發(fā)展進(jìn)程也十分快速,紙張生產(chǎn)以及需求也隨之提升,制漿造紙工業(yè)和我國(guó)國(guó)民經(jīng)濟(jì)發(fā)展以及社會(huì)文明程度存在一定的關(guān)聯(lián),紙張生產(chǎn)水平和和消費(fèi)水平也正在不斷發(fā)展,促進(jìn)了我國(guó)基礎(chǔ)經(jīng)濟(jì)建設(shè)發(fā)展。根據(jù)相關(guān)調(diào)查研究發(fā)現(xiàn)顯示,受到資源、環(huán)境、效益等方面的限制,制漿造紙工業(yè)技術(shù)進(jìn)步較快,朝著高效率、高質(zhì)量、高效益的現(xiàn)代化方向所轉(zhuǎn)變,但是其中還存在著一定的污染問(wèn)題,進(jìn)一步提升環(huán)境保護(hù)意識(shí),解決現(xiàn)階段我國(guó)制漿造紙企業(yè)發(fā)展過(guò)程中存在的環(huán)境污染問(wèn)題,是制漿造紙廠需要關(guān)注的重點(diǎn)內(nèi)容。

1 制漿造紙工業(yè)空氣污染現(xiàn)狀

在制漿造紙廠中,污染空氣的主要因素有高毒性的硫化物以及易揮發(fā)的有機(jī)物。根據(jù)美國(guó)環(huán)保局調(diào)查發(fā)現(xiàn),平均每年造紙廠產(chǎn)生大約170噸的二甲腈硫醚,以及280噸的甲醇?xì)怏w。2006年,美國(guó)制漿造紙工業(yè)生產(chǎn)的有害廢棄物達(dá)到了100噸,其中就包括高毒性的硫化物以及易揮發(fā)的有機(jī)物。根據(jù)相關(guān)研究顯示,加拿大造紙廠排放氣體中還有0.92%的高毒性硫化物,2%的揮發(fā)性有機(jī)物,7.9%的懸浮離子,3.2%的氮氧化物以及4.2%的二氧化硫。我國(guó)2009年制漿造紙工業(yè)廢氣排放總量在6200億立方米,2010年為7800億立方米,相較增長(zhǎng)了27%左右;2009年,二氧化硫總排放量達(dá)到了46噸,2010年增長(zhǎng)了12%,排放二氧化硫數(shù)量大約為50萬(wàn)噸,燃料燃燒廢氣排放量高達(dá)50萬(wàn)噸,占總量的99%左右,煙塵排放量為20萬(wàn)噸,較上年增長(zhǎng)了2%,粉塵排放量呈現(xiàn)下降趨勢(shì),2009年排放量為7500噸,2010年減少至5000噸[1]。根據(jù)相關(guān)調(diào)查研究分析顯示,平均我每年我國(guó)廢氣治理設(shè)備的費(fèi)用也在逐漸增多,這也表明了現(xiàn)階段人們已經(jīng)提升了對(duì)制漿造紙工業(yè)廢氣污染問(wèn)題的重要認(rèn)識(shí),根據(jù)相關(guān)數(shù)據(jù)顯示,制漿造紙工業(yè)廢氣排放形式較為嚴(yán)峻,相關(guān)單位和企業(yè)需要對(duì)此問(wèn)題提起高度重視,嚴(yán)格控制造紙空氣污染問(wèn)題。

2 制漿造紙工業(yè)空氣污染問(wèn)題及危害

2.1 惡臭氣體

對(duì)人們嗅覺(jué)感官造成刺激、使得人們產(chǎn)生不愉快心理或者對(duì)生活環(huán)境造成破壞的氣體,被稱為惡臭氣體。惡臭污染對(duì)人們的感官刺激較強(qiáng),很容易令人產(chǎn)生厭惡的感覺(jué),臭氣中含有部分有害物質(zhì),對(duì)人體的健康會(huì)造成嚴(yán)重污染,造紙工業(yè)中惡臭污染的產(chǎn)生與化學(xué)法制漿生產(chǎn)工藝存在緊密聯(lián)系。比如,硫酸鹽制漿過(guò)程中會(huì)應(yīng)用氫氧化鈉以及硫化鈉氣體,亞硫酸鹽法添加亞硫酸以及亞硫酸氫根離子,都是惡臭氣體的來(lái)源[2]。惡臭氣體主要存在蒸煮放氣、多效蒸發(fā)器不凝氣以及堿回收爐排氣過(guò)程之中,主要包括二氧化硫、硫化氫、甲硫醇以及二氧基硫化物等,二氧化硫具有較強(qiáng)的窒息性,硫化氫具有較強(qiáng)的腐蛋味,亞硫酸具有爛洋白菜臭味,二甲基二硫化物具有爛蔬菜的硫化物臭味,這些污染氣體均無(wú)顏色。一般來(lái)說(shuō),硫化物氣體中含量最高的是硫化氫,然而制漿造紙工藝中將反應(yīng)過(guò)程中的含堿量,使得硫化氫反應(yīng)過(guò)程中,硫化物經(jīng)甲基化形成甲硫醇,甲硫醇具有弱酸性的特征,因此,更容易出現(xiàn)氣化現(xiàn)象,雖然二甲基硫醇的氣化現(xiàn)象較為嚴(yán)重,但仍需要進(jìn)行進(jìn)一步的甲基化,導(dǎo)致其生長(zhǎng)速度較緩?；诖?制漿造紙工業(yè)中,甲硫醇是硫化物惡臭氣體中的重要組成內(nèi)容,制漿造紙廠排放出的惡臭氣體對(duì)環(huán)境造成了嚴(yán)重的污染,與此同時(shí),也影響著人們的身體健康。根據(jù)相關(guān)研究顯示,患者與甲硫醇接觸之后,會(huì)出現(xiàn)咽部不適,聲嘶胸悶咳嗽以及氣急等癥狀,與此同時(shí),還存在眼痛流淚,短暫記憶喪失的情況,嚴(yán)重的會(huì)造成臟器損害,空氣中二氧化硫含量的增加,導(dǎo)致女性患肺癌的幾率上升,除此之外,部分制漿廠利用臭氧等氣體作為漂白劑,漂白氣體具有較強(qiáng)的刺激,刺激性并且很容易感染慢性疾病,增加了工人感染呼吸道癥狀的疾病風(fēng)險(xiǎn),長(zhǎng)期與臭氧接觸會(huì)造成哮喘問(wèn)題,增加支氣管疾病發(fā)病率,持續(xù)性的對(duì)支氣管造成損傷。

2.2 揮發(fā)性有機(jī)物

揮發(fā)性有機(jī)物被世界衛(wèi)生組織定義為可以被固體吸附劑吸附的物質(zhì),低沸點(diǎn)在50～100度,高沸點(diǎn)在240～260度的有機(jī)化合物,制漿造紙行業(yè)中,化學(xué)制漿漂白和廢水處理的過(guò)程是揮發(fā)性有機(jī)物產(chǎn)生的主要來(lái)源,主要包括醇類、酚類、丙酮、氯甲烷等,甲醇是制漿造紙廠的主要揮發(fā)性有機(jī)物來(lái)源,美國(guó)國(guó)家對(duì)大氣以及河流改善過(guò)程中,分析了制漿造紙廠排放的揮發(fā)性有機(jī)物。根據(jù)具體結(jié)果顯示,甲醇是其中主要的有害污染物,研究人員在造紙廠熔融物溶解劑清洗器通風(fēng)口處氣體檢查的過(guò)程之中,發(fā)現(xiàn)甲醇平均濃度范圍在10到1200mg/kg,除此之外,從造紙車間真空泵出水口造紙工廠辦公區(qū)中都檢驗(yàn)出了有機(jī)物,包括苯、甲苯、乙苯等工業(yè)廢紙分揀處,還檢測(cè)出高達(dá)四種的烷烴類有機(jī)污染物,揮發(fā)性有機(jī)物可以增加流層臭氧含量,導(dǎo)致平流層臭氧含量降低[3]。除此之外,揮發(fā)性有機(jī)物會(huì)造成人體機(jī)體免疫功能失衡,對(duì)人的中樞神經(jīng)系統(tǒng)嚴(yán)重影響,不僅如此,人還會(huì)出現(xiàn)頭暈頭痛、昏睡、胸悶等癥狀,對(duì)其消化系統(tǒng)造成嚴(yán)重影響,導(dǎo)致人出現(xiàn)食欲減退,惡心嘔吐的癥狀,嚴(yán)重的會(huì)造成人的肝以及造血功能受損,導(dǎo)致變態(tài)反應(yīng)產(chǎn)生?；诖?對(duì)制漿造紙廠排放氣體中揮發(fā)性有機(jī)物排放的情況進(jìn)行控制,是制漿造紙廠需要關(guān)注的重點(diǎn)內(nèi)容。

2.3 懸浮顆粒物

一般來(lái)說(shuō),懸浮顆粒物是以固體或者微小顆粒兩種形式存在氣體介質(zhì)中的分散膠體,固體顆粒物又被分為灰塵、煙、煤煙和煙霧,鍋爐燃煤煙霧影響空氣的質(zhì)量,煤不完全燃燒會(huì)造成煙以及煤煙的產(chǎn)生。我國(guó)制漿造紙工業(yè)的主要能源就是煤,對(duì)大氣環(huán)境污染嚴(yán)重,制漿造紙廠懸浮粒子主要是備料時(shí)的粉塵以及堿回收爐和石灰窯造成的煙塵[4]。堿回收爐以及熔融物溶解排放出的懸浮粒子主要包括鈉鹽、石灰窯中的是鈣鹽,這些粒子在制漿造紙廠排放煙氣灰塵中,吸附在其他固體顆粒上,這些顆粒被人體吸入,造成局部支氣管通氣功能下降,細(xì)支氣管以及肺泡換氣功能受到損害,懸浮顆粒物中,粒徑在2.56m 的細(xì)顆粒被稱為pm2.5pm2.5會(huì)引發(fā)呼吸系統(tǒng)疾病,對(duì)心肺功能造成影響,增加肺癌患病幾率。

2.4 溫室氣體

二氧化碳、甲烷、一氧化二氮都是溫室氣體的主要來(lái)源,制漿造紙工業(yè)中,溫室氣體排放的主要因素是固定燃燒設(shè)備以及常見(jiàn)內(nèi)移動(dòng)運(yùn)輸?shù)壬a(chǎn)輔助設(shè)備,這些設(shè)備化石燃料燃燒造成溫室氣體的產(chǎn)生。除此之外,配漿化學(xué)試劑添加中的過(guò)程中,也會(huì)直接排放溫室氣體,電力熱力也會(huì)造成溫室氣體的排放。2010年,我國(guó)已經(jīng)成為溫室氣體排放的重要大國(guó),制漿造紙工業(yè)中二氧化碳排放量占我國(guó)工業(yè)總排放量的2.3%,是輕工業(yè)中溫室氣體排放的主要來(lái)源,與此同時(shí),全國(guó)紙和紙板的需求和生產(chǎn)正在逐年增加,這也就說(shuō)明了制漿造紙工業(yè)溫室氣體排放量也會(huì)隨之上升,導(dǎo)致環(huán)境負(fù)擔(dān)加重[5]?；诖?造紙廠排放控制對(duì)全球碳排放量減少有重要的意義。

3 制漿造紙工業(yè)空氣污染問(wèn)題應(yīng)對(duì)策略

3.1 污染物治理

污染物治理可以利用吸附法、機(jī)械法、光催化降解法以及生物法等四種形式。首先,吸附法主要是借助多孔性固體吸附劑,對(duì)氣體混合物進(jìn)行處理,將其中一種或者幾種組分吸附在固體表面,具有效率高、操作簡(jiǎn)單的特點(diǎn),一般用于制漿造紙工業(yè)?？諝庵袚]發(fā)性有機(jī)物的處理過(guò)程之中,常用的吸附劑主要有活性炭、活性氧化鋁、沸石分子篩以及硅膠。其次機(jī)械法,制漿造紙工業(yè)中備料時(shí)會(huì)造成粉塵的問(wèn)題發(fā)生,此時(shí)主要利用機(jī)械法對(duì)其進(jìn)行去除,旋風(fēng)除塵器的除塵效率較高、堿回收爐石灰窯的煙塵主要利用電除塵器進(jìn)行去除,效率十分高。第三,光催化降解法,半導(dǎo)體光催化技術(shù)的發(fā)展速度較快,電光催化降解法對(duì)制漿造紙工業(yè)空氣污染進(jìn)行治理,有巨大的潛能,銳鈦礦型納米TIO2就是較為良好的光催化劑,對(duì)有機(jī)化合物能夠引有效進(jìn)行降解,針對(duì)其處理后形成的無(wú)毒產(chǎn)物,不需要再進(jìn)行處理[6]。低溫情況下,也可以利用光催化劑進(jìn)行太陽(yáng)能輻射,可以增加其反應(yīng),減少能源損耗,可以同時(shí)完成吸附劑再生以及吸附有機(jī)物降解,減少熱法再生增加的吸附劑損耗。最后,生物法,生物過(guò)濾法主要是利用生物膜的形式,在多孔濾料上的微生物進(jìn)行固定,對(duì)空氣中污染物進(jìn)行代謝濾料裝填,在生物濾塔中形成氯氣,氣流在濾床經(jīng)過(guò)時(shí),污染物可以從氣體中轉(zhuǎn)移到生物膜層上,然后被微生物代謝。近年來(lái),生物過(guò)濾法是將造紙工業(yè)中應(yīng)用較為廣泛的方式,對(duì)廢氣排放進(jìn)行了有效控制。

3.2 生產(chǎn)技術(shù)防治

生物技術(shù)控制可以應(yīng)用生物質(zhì)能源、造紙工藝改進(jìn)以及其他方式。首先,生物質(zhì)能源是利用植物的光合作用,轉(zhuǎn)化過(guò)程將二氧化碳以及水生成能源,物質(zhì)能源使用過(guò)程中排放出二氧化碳和水,形成二氧化碳的循環(huán)排放,減少二氧化碳的凈排放量,減少溫室效應(yīng)發(fā)生的可能性,制漿造紙工藝平均每年需要損耗大量的木材,與此同時(shí),就有許多生物廢物的產(chǎn)生?；诖?想要促進(jìn)生物質(zhì)轉(zhuǎn)化能源,就需要減少對(duì)使用能源的使用,降低化石燃料中二氧化碳,排放進(jìn)一步保障環(huán)境發(fā)展。其次,造紙工藝改進(jìn)需要使用納米材料,減少溫室氣體排放,使用漂白亞硫酸漿和損紙漿的混合漿以及漂白化學(xué)機(jī)械漿進(jìn)行研究,在其抄造紙張上涂抹納米復(fù)合涂層,相較于傳統(tǒng)過(guò)程,相比二氧化碳排放量獲得了有效減少[7]。最后,除了上述的生物質(zhì)能源可以使用天然氣代替燃料油,減少二氧化碳,二氧化硫的排放總量,減少溫室效應(yīng)以及土壤酸化問(wèn)題的產(chǎn)生,減少土地富營(yíng)養(yǎng)化。

4 結(jié)束語(yǔ)

總而言之,現(xiàn)代化背景下,空氣污染問(wèn)題已經(jīng)成為國(guó)內(nèi)外和相關(guān)研究學(xué)者關(guān)注的重點(diǎn)問(wèn)題,空氣污染嚴(yán)重影響人類生存的環(huán)境質(zhì)量,造紙工業(yè)環(huán)境污染問(wèn)題也引起相關(guān)企業(yè)單位的高度重視,然而,制漿造紙廠空氣污染情況卻未能得到相應(yīng)重視?；诖?需要積極展開(kāi)對(duì)制漿造紙工業(yè)空氣污染問(wèn)題的研究和科學(xué)治理,本文對(duì)國(guó)內(nèi)外制漿造紙工業(yè)中空氣污染現(xiàn)狀以及其危害進(jìn)行重點(diǎn)介紹,并提出了相關(guān)的解決措施,希望可以減少制漿造紙廠氣體污染物的排放,科學(xué)治理空氣中污染物的問(wèn)題。