麦草浆全无氯（TCF）漂白技术研究开发

河南省轻工业科学研究所有限公司 焦国栋

大连理工大学化工机械学院 万昊天

麦草浆全无氯（TCF）漂白技术研究开发

河南省轻工业科学研究所有限公司 焦国栋

大连理工大学化工机械学院 万昊天

在我国，随着麦草浆采用连续蒸煮、先进的黑液提取和浆料全封闭筛选、碱回收等技术和设备的日趋成熟，麦草制浆过程产生的废水和污染物已得到大幅度削减，但由于麦草本身的特性和结构所致，与木浆比较，其制浆过程中废水产生量及其污染物浓度仍高出许多。随着环境压力的增大，严重制约了我国以麦草为原料的制浆造纸企业的持续发展，来源广泛的麦草资源不能得到有效利用。随着各种纸张需求量不断增加，木材和废纸资源日趋紧缺，价格持续上涨。因此，需要合理利用麦草资源，降低麦草浆生产过程污染物产生量，缓解目前纸张产品消费增加与原材料供应短缺之间的矛盾。在技术方面，除了对麦草浆生产过程的备料、蒸煮、黑液提取等工艺技术不断完善、提高以外，麦草浆漂白工艺技术的创新也是其中非常重要的因素之一。

一、国内外漂白技术现状

1.国外漂白技术现状。最近几年来，在减轻环境污染的强大压力下，国外的漂白技术有了很大的发展和进步，各国竞相研究开发无毒、无害、无污染漂白技术和漂剂，特别是对无元素氯（ECF）和全无氯漂白技术（TCF）的开发与应用。目前，全世界漂白浆产量有一半以上是采用无元素氯（ECF）漂白技术，欧洲大多数国家漂白浆已使用全无氯漂白技术（TCF）。随着人们对环境和人体自身健康要求的不断提高，目前世界各主要纸浆产地正快速向使用全无氯漂白技术（TCF）转变，从而使造纸工业的可持续发展和技术进步也随之迈上新的台阶。

2.国内漂白技术现状。目前，国内已有规模化漂白木浆和漂白竹浆TCF漂白生产线，但麦草浆漂白技术仍主要采用传统的含氯漂剂进行漂白，采用传统的漂白技术—CEHP三段漂（C—氯化、E—碱抽提、HP—次氯酸盐和H2O2）。漂白过程中产生的废水污染非常严重，除了高负荷的生化需氧量（BOD）和化学需氧量（COD）外，有10%的元素Cl2通过反应生成氯化度较高的二恶英化合物（TCDD）。二恶英是迄今已知的最毒化合物，具有生物蓄积性和很强的致癌性，对环境和人体有极大危害性。含有机氯化物废水难于处理，在生化处理中还有很大一部分有机氯化物不能降解。传统的麦草浆漂白工艺技术产生的废水和污染物不能在生产过程被削减或消除，因而这种漂白不符合环境保护要求，造纸厂很难达到最大量的封闭循环用水。由于漂白时使用的化学药品为整个化学制浆的15%～25%，这些化学药品便随废水排放而造成水资源的很大浪费。此外，由于废水不能回用，整个制浆用水量就非常大。这种严重污染环境、资源浪费巨大的传统漂白技术已不适合造纸工业可持续发展和环境保护的要求，必须进行技术创新。所以，我国研发应用麦草浆TCF漂白技术尤其显得迫切和必要。

二、麦草浆TCF漂白技术原理

麦草浆TCF漂白技术原理是：使用氧化能力很强的无毒、无害漂剂，如O2、H2O2、O3等，把木素氧化降解为小分子有机酸、二氧化碳和水等无毒、无害产物，使半纤维素在漂白中有的降解为单糖或多糖以及氧化为草酸、丁二酸、乳酸和糖酸等，消除有毒有害物质排放。因麦草浆与竹浆有许多相似之处，参照漂白竹浆TCF漂白生产线技术，结合麦草浆自身特点，确定麦草浆TCF漂白技术的制浆工艺流程，见图1。

三、麦草浆TCF漂白工艺技术说明

1.麦草浆TCF漂白技术工艺为O/Q/PO，其中，O段为氧脱木素阶段，Q段为螯合阶段，PO为氧漂阶段。从图1可知，整个制浆过程，除螯合阶段废水不能回收利用以外，其他各段废水都能回用到前段工序，使后段产生的废水和污染物通过逆流循环向前段集中，最后进入黑液提取工段与黑液汇合，送至碱回收系统处理。由此可以看出，与传统麦草浆CEH漂白工艺相比，TCF漂白工艺外排废水和污染物数量大为减少，同时，由于使用O2、H2O2、O3等作为漂剂，消除了废水中的有毒、有害物质——二恶英化合物。

2.技术设备方面。设备选型直接关系到TCF工艺技术的可靠性，以及降低单位产品物耗和能耗和有效降低污染物产生量等。另外，对于改、扩建企业，应做到减少投资，尽量利用原有设备和设施及场地，提高项目的可实施性。麦草浆TCF漂白可采用低压中浓漂白技术，漂白过程浆料浓度控制在10%～15%范围内。麦草浆整个制浆过程可使用原有设备或进行适当改造，漂白工序除新增加中浓混合器、中浓浆泵等设备外，可对原有的真空洗浆机系统进行改造，如增设挤浆机等。最后，大部分漂洗过程产生的废水与黑液汇合，进入碱回收系统进行回收循环利用。

四、麦草浆TCF漂白工艺技术参数

麦草浆TCF漂白工艺技术参数见表1。

五、麦草浆TCF漂白与传统漂白对比及对环境保护的意义

麦草浆采用TCF漂白技术后废水与污染物和有毒物质产生情况方面，与传统麦草浆CEH漂白工艺相比，TCF漂白工艺由于O/Q/PO漂白工序中，O段和PO段产生的废水回用到前段工序并最终进入碱回收处理，只有Q段（螯合）产生的废水排放，产生的废水量约为10m3/t浆，仅为CEH漂白工艺产生废水量的1/3～1/4。污染物负荷方面，同样由于O段和PO段产生的污染物中有90%左右最终进入到黑液，只有Q段的污染物外排，通过测算，Q段的产生的主要污染物COD负荷为50kg/t浆左右，仅为CEH漂白工艺产生污染物COD负荷210kg/t浆左右的1/4，中段废水处理前主要污染物COD浓度约为2 260mg/L。同样，废水中其他污染物BOD、SS等也相应减少。由于TCF漂白技术使用的纸浆漂白剂为O2、H2O2、O3等无毒、无害物质，Q段产生的废水中不含氯和氯元素，彻底消除了废水中所含氯化度较高的二恶英化合物（TCDD）。详细对比见表2。

表 1 麦草浆TCF漂白工艺技术参数

表 2 TCF漂白与传统漂白对比

综上所述，麦草浆采用TCF漂白替代传统的CEH漂白工艺，不但提高了产品质量，降低了物耗和能耗及清水用量，而且大幅度削减了废水产生量和污染物负荷，彻底消除了废水中有毒、有害物质。使企业在增加经济效益的同时，也减少了废物排放和彻底消除了有毒、有害物质的产生，保护了环境和人身健康，具有显著的社会和环境效益。因此，麦草浆TCF漂白工艺技术的开发应用，对于环境保护具有重要的意义。