环境友好要求下造纸工业技术创新研究

2021-12-31

轻工标准与质量 2021年1期

(江西省工业与信息化经济技术发展中心，江西南昌 330013)

进入21 世纪以来，我国环境污染问题日益凸显，成为牵制区域经济良性发展和影响人们美好生活感受的重要问题。党和政府提出了生态文明战略，明确“绿水青山就是金山银山”，要求建设环境友好型社会，与绿水青山共同发展。造纸工业作为传统高污染、高能耗的制造业，大量的废水废气排放极易造成区域较严重的环境污染，影响区域经济可持续发展。如何在环境友好要求下实现造纸工业技术的创新，已经成为造纸行业及相关企业必须正视的问题。

1 环境友好要求下造纸工业直面的问题

1.1 治理生态污染的技术水平相对落后

近几年，国家先后出台了更为严格的废水指标和污染物降低要求，造纸行业的工业废水排放量及COD 等多种污染物的排放量逐年下降。但造纸行业整体治理生态污染的技术水平相对落后，未达到国际排污先进水平，企业经济与生态文明之间的平衡仍未实现。

1.2 资源紧张与绿色经济发展之间的矛盾明显

目前，造纸企业都面临着木材原料等资源短缺的情况。我国森林人均占有量极低，造纸行业的资源丰富程度也相对较低。对于造纸行业来说，如何调整造纸工业原料的结构及原料的可再生和可回收显得极为重要。

2 环境友好要求下造纸工业技术创新的思路

2.1 创新应用纳米纤维素技术

纳米纤维素是一种新型高科技资源材料，目前在诸多领域和行业都得到广泛运用。因其具有的可降解、生物相容性及可再生性等环境友好特点，将其应用于造纸工业的现实意义极大，是造纸工业未来发展的重要材料之一。纳米纤维素作为纸张增强剂能够提升纸张微观纤维结构强度，弥补因再生纸浆多次回收利用后的强度损失，实现资源的重复利用[1]。同时，可以作为食品及包装纸的涂料使用，只需极薄的一层就能起到防油、防水的作用。

制备纳米纤维素的方法主要有三种：生物制备法、物理制备法及化学制备法。其中化学机械制备法结合了化学法与物理法的优点，工艺相对简单，资源损耗相对较小、经济效益更好的优点运用最为广泛，是纳米纤维素制备的常用方法。而能耗最低、污染最小的制备方法是生物制备法，但由于其生产成本较高、制备时间长、制备效率低导致经济效益不高，未能推广使用。未来在减少污染的基础上要提高纳米纤维素制备的效率与效果，利用绿色的化学制备法来制备纳米纤维素应当成为主流方向。

2.2 创新制浆废水深度处理新技术

造纸工业产生的废水中含有大量难以被降解的污染物，在环境友好的要求下，必须进行深度处理才能达到相应的排放标准。目前可运用的废水深度处理新技术主要有如下几种：

2.2.1 膜分离法

膜分离法的实质是使用膜来确定废水中的不同成分后，再运用化学位差等方法来分离废物，具有处理效率高、消耗能源少、占地面积小等优点，推广应用范围较大。在运用膜分离法时，为了提高净化效果可以加入微电解技术，提高废水净化的效果。微电解废水处理技术中引进的MBR 工艺是膜分离技术与生物技术结合后创新的造纸废水深度处理技术，能够直接提高废水处理效果。处理时首先截留废水中的有机物质及活性泥污，再分别停留不同的时间，将难以降低的有机物留在反应池中再次处理。

2.2.2 新型光催化氧化技术

这一技术的运用是在光化学氧化技术的基础上，通过半导体氧化催化废水，并用紫外线照射到催化剂上，激发废水表面的电子形成具有强大强化能力的空穴，与半导体表面的废水形成的羟基自由基进行氧化反应，达到净化的效果。

未来造纸工业深度环保处理废水的创新思路应当从提高循环利用率上着手，尽量减少造纸制浆过程中的用水量及废水排放量，同时也应当更积极地创新废水资源回收利用的方法，比如浮选法能够回收95%的造纸废水中的纤维性固定物质，并保证净化后的水能够再次利用[2]。另外，也可以充分运用电渗极、反渗透等技术实现废水的深度环保处理。

2.3 创新使用智能控制技术

传统的PID 技术无法有效保护造纸工业的质量，多余的造纸废料还会造成一定的环境污染。而创新引进并使用智能控制技术，不但能够提高造纸生产的质量，还能够减少造纸废料的产生，减少环境污染。因此，运用智能控制技术将是未来造纸工业的必然选择。

（1）在洗涤过程中引进智能真空洗涤机后，不但能够有效清除纸浆中残留的化学物质或色素，还能同时将清除下来的化学物质进行及时回收，比如可以通过碱回收法过滤废水，实现废水的净化与再利用。

（2）在漂白过程中引进神经网络和模糊集成智能化技术，就能够检测出浆料的流量，并准确确定模糊控制的规则，以模糊神经网络控制器实现控制过程的自适应性，并获得最准确的阈值，从而实现智能化操控。

（3）在蒸煮过程中应用数字化智能控制系统，能够直接测量出卡伯值参数值、原材料的种类及相关的物理、化学属性，组成常规控制系统。同时，在蒸煮过程中及时测量并记录原料的变化情况，科学确定并控制蒸煮的滞后时间。

（4）在造纸过程中运用现代化数字技术制作打浆流量控制系统，并进行制浆造纸生产，能够实时完善造纸过程中的数据设置保证造纸的质量。在纸张烘干过程中容易出现断纸现象，会影响造纸的经济效益，人工智能系统的引进能够提高智能化检测系统，控制纸机的灰分含量、检测机械设备运转时的压力是否正常等，减少断纸情况的出现。

实际上，随着智能控制技术的引进、运用及创新，我国造纸行业的发展空间不断扩大，正向着智能化、环境友好的方向发展。

2.4 创新造纸污泥高值资源化利用技术

作为造纸工业中数量巨大、成份复杂的固体废弃物，造纸污泥合理处置及利用，对于造纸工业实现环境友好要求下的发展意义重大。造纸污泥的传统利用方法主要有卫生填埋、高温焚烧、海洋投弃、制备土壤改良剂或肥料。但这些方法存在一些较难克服的弊端与问题，对环境仍然存在污染的情况。因此，创新开发造纸污泥高值资源化利用技术对于造纸工业的清洁生产助力极大。

2.4.1 厌氧发酵产甲烷

造纸污泥中含有大量的有机质，能够用来制备甲烷，而且在制备时无需进行热化学处理，只需直接酶水解即可，具有极为明显的制备优势。同时，据相关试验结果显示，造纸污泥发酵的甲烷产率较高，具有大规模制备的可行性。当然，厌氧发酵也有存在发酵需时长、装置投资及维护成本较高等缺点，要在应用过程中不断地创新、改进相关技术。

2.4.2 直接气化

直接气化是指将造纸污泥放置于气化装置中，钐水蒸气、空气等气化介质直接分解污泥中的有机物，将之分解为可燃气体。污泥直接气化的高温能够在杀死污泥中的病菌、病毒后，分解污泥并减少其体积，产生的可燃气体又能作为能源利用。气化过程中的温度越高，气化效果越好、产气量越大。