造纸污泥性质的研究

潘美玲 陕西科技大学 资源与环境学院 陕西 西安 （710021）

张安龙 陕西科技大学 造纸工程学院 陕西 西安 （710021）

造纸污泥性质的研究

潘美玲 陕西科技大学 资源与环境学院 陕西 西安 （710021）

张安龙 陕西科技大学 造纸工程学院 陕西 西安 （710021）

分析了造纸污泥的基础性质，包括含水率、有机物含量、pH值、干污泥中纤维含量、干污泥中灰分含量、干湿污泥中细菌、干污泥中CHSN含量。结果显示，污泥含水率高，有机物含量大，其中大多是纤维，pH值为中性。污泥中有大量细菌等微生物，蛋白质含量与市政污泥相当。此研究为造纸污泥的资源化利用提供理论基础。

造纸污泥；基础性质；资源化利用

随着造纸工业的迅速发展，造纸工业也成为中国污染环境的主要行业之一。根据统计局环境统计数据，2007年我国5818个规模以上造纸及纸制品类企业污水排放量为42.46亿立方米，占全国工业总排水量的17.22%,位居第一[1]。造纸工业水污染治理已成为全社会关注的热点。相对于GB3544-2001标准，2008年8月1日修订后的《制浆造纸工业水污染物排放标准》(GB3544-2008)中 CODcr、BOD5、SS 指标的排放限值降低了大约50%～70%。这使我国的制浆造纸工业废水的处理率和处理深度进一步提高,但随之而来的是污泥产量急剧增加。造纸废水处理的污泥产量大,一般是同等规模市政污水处理厂的5～10倍[2]。如此大量的造纸污泥如不进行妥善的处理,将会造成严重的二次污染。因此,造纸污泥的无害化处理与处置已成为亟待解决的环境问题。因此，如何经济合理地处理和利用这些污泥成了人们极为关心的问题。如果改变污泥的废弃物性质，将其作为资源来加以利用，问题便可以妥善解决。资源化是造纸污泥处置的研究方向之一。造纸污泥通常为混合污泥，包括一沉污泥、二级生化处理污泥，还有一些处理厂含有三级絮凝污泥。本文研究造纸污泥本身固有的基础性质，为开发这种污泥的资源化利用提供理论支持。

1 材料与方法

1.1 实验材料

研究使用的造纸污泥来自陕西西安奥辉纸业有限公司的污泥浓缩池。

1.2 实验仪器

烘箱：DHG-9053A型。分析天平：TG-328A型。马福炉：SRJX-4-9型。XST-2型光学显微镜。S-3400日立扫描电子显微镜。德国CNN-O-Rapid元素分析仪。

1.3 方法

造纸污泥含水率、有机物及灰分、pH值测定参照国家城镇建设行业标准CJ/T221-2005《城市污水处理厂污泥检测方法》。

由于本文研究的是未经脱水的造纸污泥，污泥基本上呈现液体状，含水量高，可以直接测定pH值；但对于已经脱水的造纸污泥，污泥呈固体或半固体，脱水性能比较差，难以通过离心或过滤得到上清液，所以用10:1的水土比先得到浸出液，再以pH计测定浸出液的pH值来得到污泥的pH值。分析步骤为：①在实验室将去离子水煮沸排除二氧化碳，冷却，制备无二氧化碳水；②取5g脱水污泥样于150mL带塞三角烧瓶中，加蒸馏水50mL，塞好塞子，振动0.5h；③混和液倒入离心管，离心10min，取上清液；④用校正过的pH计测定上清液的pH值。

纤维素含量测定，其原理是污泥粉末在加热的情况下用醋酸和硝酸的混合液处理，在这种情况下，细胞间的物质被溶解，纤维也分解成单个的纤维素，木质素、半纤维素和其它的物质也被除去，淀粉等其他物质受到了水解。用水洗涤除去杂质后，纤维素在硫酸存在下被重铬酸钾氧化成CO2和水，过剩的重铬酸钾用硫酸亚铁铵滴定，再用硫酸亚铁铵滴定同量的但是未与纤维素反应的重铬酸钾。根据差值可以得出纤维素含量。分析步骤为：①测定滴定度：用0.1mol/L硫酸亚铁铵滴定25mL 0.017mol/L的重铬酸钾溶液，用去mmol，K=25×0.017/m（单位体积的0.1mol/L硫酸亚铁铵所能滴定的重铬酸钾的量）；②称取干污泥0.05～0.06g，数值为 n；③装入离心管内，加入 HNO3和醋酸的混合液5mL(HNO3:醋酸=1:10);④塞住离心管，在沸水中煮沸25min，并定期搅拌；⑤离心，倒去清液，加入蒸馏水离心洗涤沉淀，并洗3次；⑥加入10mL0.083mol/L的重铬酸钾溶液和8mL浓硫酸，搅拌均匀，放入开水中10min，并定期搅拌；⑦冷却，倒入锥形瓶中，用少许的蒸馏水冲洗沉淀，滴定3滴试亚铁铵试剂，用0.1mol/L的硫酸亚铁铵滴定，用去bmL，颜色由黄色变为红褐色；⑧用0.1mol/L硫酸亚铁铵单独滴定加入8mL浓硫酸和10mL0.083mol/L重铬酸钾溶液，用去amL；⑨污泥中纤维素的含量计算公式：x%=0.675×K（a－b）/n（重铬酸钾与纤维素反应比为 1：0.675）。

污泥细菌采用扫描电镜（SEM）观测研究。湿污泥分析步骤为：①取少量新鲜污泥放入4%戊二醛前固定液（用pH值为7.2，0.2mol/L磷酸缓冲液配制）中24h，0.1mol/L磷酸缓冲液清洗3次，每次间隔0.5h；②1%锇酸（OSO4）后固定，放入 0.1mol/L甘氨酸（PBS）溶液4h；③依次使用30%、50%、70%、90%乙醇各脱水1次，每次间隔15min，再用100%乙醇脱水2次，每次间隔0.5h；④置换：无水乙醇与醋酸异戊脂比例为1:1、1:2，纯醋酸异戊脂各置换0.5h；⑤CPD临界点干燥，粘台，喷金。干污泥直接粘台，喷金。

C、H、S、N元素采用元素分析仪测定。样品为干污泥，由陕西科技大学分析中心测试。

2 结果与分析

2.1 污泥基础性质

由以上方法测得污泥含水率为97.69%；干污泥有机物含量为62.00%，灰分含量为38.00%；pH值为7.2；干污泥纤维含量为38.12%，所有百分含量均为质量百分比。由此可知,污泥为中性，其含水率是相当大的，污泥灰分含量较小，有机物中主要是纤维素。

2.1.1 扫描电镜观测污泥中细菌

本研究仅就湿和烘干污泥中细菌形态进行扫描电镜观测。图1和图2分别是湿污泥中杆状菌、球状菌及菌丝分布情况。图3为105℃干燥结束后残留的细菌尸体。可以看出，干燥可使细菌蛋白质变性死亡，但并不能使细菌完全分解。

2.1.2 元素分析

表1为造纸污泥中的各元素的含量。从表1可以看出，污泥灰分的C元素和H元素比例较大，主要来自污泥中纤维素的分解[3]。N含量为3.55%，而蛋白质中的含氮量一般认为是16%，因此，通过换算可以认为干污泥中蛋白质含量约为22.19%。因此造纸污泥中的蛋白质含量与城市干污泥中大约22%的蛋白质含量[4]相比，差别不大。

由于本文研究选用的麦草浆污泥，其中所含的重金属含量很少，所以没有对其含量进行测定。

表1 造纸污泥各元素的含量

2.2 资源化利用

2.2.1 混合燃烧

由以上测试可知，造纸干污泥中有机物占62.00%，可以采用利用热能的资源化方法。对造纸污泥及其灰分的组成元素分析表明，造纸污泥焚烧不会产生污染环境的废气和废渣。

2.2.2 制造金属物脱硝催化剂

造纸污泥由各种微生物以及有机、无机颗粒组成的絮状物，含碳量高，加入ZnCl2后在惰性(N2和Ar2)环境下热解生成一种具有较大比表面积、良好的空间结构、丰富的表面基团和很强的吸附能力的炭质物,多孔性可使金属粒子很好地分散其中[5]。因此,污泥可用作催化剂中活性组分的载体来制备金属物脱硝催化剂。

2.2.3 制造填料

造纸干污泥中灰分含量为38.0%，其中主要是白土和碳酸钙可作为填料使用，另外污泥焚烧后的灰也可以用作造纸填料。通过预处理、烘干、粉碎和匀质工序，使污泥形成细度均匀、无杂质、无异味、流动性能好的粉末状态，其中既保留了有机和无机物的物理性能，又使填充剂安全无毒[6]。

3 结论

1）本文分析了造纸污泥基础性质，包括含水率、有机物含量、pH值、干污泥中纤维素含量、干污泥中灰分含量、湿污泥中C、H、S、N含量。污泥含水率较高，有机物含量大，其中大多是纤维素，pH值为中性。污泥中有大量细菌等微生物，且蛋白质含量与城市污水处理厂干污泥的含量相当。

2）造纸干污泥中有机物占62.00%，可以采用利用热能的资源化方法。对造纸污泥及其灰分的组成元素分析表明，造纸污泥焚烧不会产生污染环境的废气和废渣。

3）造纸污泥pH值为7.2，可以用来改良酸性土壤，使土壤酸度调节至适宜植物生长的pH值范围。

4）造纸污泥中除P偏低外，有机质与总氮含量明显高于一般的农家肥。因此，农业利用是造纸污泥利用的主要方向之一。本研究中造纸污泥C/N比高，达到20以上，需要加入调节N元素的物质，如尿素等。

5）造纸污泥中纤维素的含量较多，表面比较粗糙，并且其比表面积较大，价格便宜，改性后用作吸附剂也是其资源化利用的方向之一。

[1]陈玉,刘学文,邢霞,等.芦苇造纸黑液中木质素测定方法的优化[J].广西轻工业,2010,(10):26-27.

[2]WangT,ZhongW G,WangY H.The technique of comprehensive utilizing of pulping waste water.China Water and Waste water,2004,20(2):34-36.

[3]武书彬,孔晓英,谢国辉,等.脱墨污泥的化学组成与热解特性分析[J].中国造纸,2002,21(1):12-14.

[4]王志玉,金宜英,王兴润,等.城市污水污泥中有机质的资源化技术综述[J].中国给水排水,2007,33(增刊):41-44.

[5]Khalili N.R.,Marta Campbell.Production of micro-and mesoporous activated carbon form paper mill sludge I.Effect of zinc chloride activation.Carbon,2000,38(14):1905～1915.

[6]易浩勇,郭宏伟,虞维平.城市污泥处理与资源化利用[J].能源研究与利用,2005(6):49-52.

Study on the properties and utilization of paper mill sludge

Pan Meiling1,Zhang Anlong2
(1.College of Resource&Environment;2.College of Papermaking Engineering,Shaanxi University of Science&Technology,Shaanxi Xi'an 710021)

Basic propertiesof paper mill sludge were analyzed,including water content,organic material content,pH value,fiber content,ash content in dried sludge,bacteria content in wet and dried sludge,CHSN content in dried sludge.The results show that water content is high,organic material content mostly in the form of fiber is high,pH value is in a neutral level,lots of bacteria in wet and dried sludge,and the protein content is the equivalent of sewage sludge′s.This paper may provide a good basic for study on the utilization of paper mill sludge.

paper mill sludge;basic properties;utilization

2010-11-04