基于超循環(huán)理論的草漿造紙水循環(huán)經(jīng)濟模式與技術(shù)體系研究.pdf

1、中國是一個制漿造紙和紙張消費的大國，以稻草、秸稈、蘆葦?shù)群滩蓊悶樵系牟轁{造紙雖然在造紙行業(yè)中的比重只占15％，但COD排放量卻占造紙行業(yè)總排放量的80％以上[1]。以遼寧為例，遼河流域共有草漿造紙廠200多家，其草漿造紙廢水COD排放量占工業(yè)廢水COD總排放量40％，已經(jīng)成為遼河流域的主要污染源，急待解決。本研究在國家重大科技專項“遼河流域重化工業(yè)節(jié)水減排清潔生產(chǎn)技術(shù)集成與示范工程—造紙行業(yè)節(jié)水減排及清潔生產(chǎn)關(guān)鍵技術(shù)與示范”(2009

2、ZX07208-002-003)研究課題資助下，運用自組織超循環(huán)理論，研究草漿造紙產(chǎn)業(yè)的水循環(huán)經(jīng)濟超循環(huán)模式和技術(shù)支撐體系，實現(xiàn)草漿造紙行業(yè)的節(jié)水減排和污染治理，為改善遼河流域水環(huán)境質(zhì)量，摘掉遼河重污染的帽子，提供決策依據(jù)。主要研究內(nèi)容和結(jié)果如下:
　　(1)論文運用超循環(huán)理論分析了草漿造紙水循環(huán)經(jīng)濟系統(tǒng)的超循環(huán)驅(qū)動力的“內(nèi)外催化劑”，提出了產(chǎn)業(yè)政策和法規(guī)標(biāo)準(zhǔn)為“外部催化劑”;清潔生產(chǎn)與可持續(xù)廢水處理技術(shù)為草漿造紙水循環(huán)經(jīng)濟超循環(huán)

3、模式驅(qū)動力的“內(nèi)部催化劑”。通過對遼寧省各個行業(yè)污染貢獻(xiàn)率分析，發(fā)現(xiàn)造紙行業(yè)是遼寧產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)性污染的主要因素。通過修訂遼寧省污水綜合排放標(biāo)準(zhǔn)，促使遼河流域淘汰落后產(chǎn)能、進(jìn)行產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整，提升造紙企業(yè)清潔生產(chǎn)與節(jié)水減排技術(shù)的開發(fā)與應(yīng)用，發(fā)揮結(jié)構(gòu)減排和管理減排的重要功能。
　　(2)應(yīng)用超循環(huán)理論構(gòu)建草漿造紙工業(yè)水循環(huán)經(jīng)濟的超循環(huán)模式。從反應(yīng)循環(huán)層面通過開展清潔生產(chǎn)，使造紙企業(yè)實現(xiàn)源頭減量化，在取水-用水-排水環(huán)節(jié)中提升用水效率，實現(xiàn)節(jié)

4、水減排;從催化循環(huán)的層面通過開展造紙廢水處理與回用技術(shù)、造紙用水網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化的方式大幅提升水的循環(huán)利用效率，節(jié)約新鮮水資源;從超循環(huán)的層面構(gòu)建蘆葦濕地-造紙一體化超循環(huán)復(fù)合生態(tài)系統(tǒng)，通過蘆葦濕地深度處理實現(xiàn)造紙廢水良性二元水循環(huán)。
　　(3)構(gòu)建了超循環(huán)模式的技術(shù)支撐體系。從清潔生產(chǎn)源頭減量化方面，開展了堿性過氧化氫低溫蒸煮清潔制漿法的研究，結(jié)果表明NaOH/H2O2清潔制漿的最佳工藝條件為NaOH用量為10～11％，H2O2用量為1

5、5～18％，二者投料間隔時間為1h，總蒸煮時間為2.5h;采用NaOH/H2O2清潔制漿工藝較傳統(tǒng)燒堿制漿工藝降低草漿造紙黑液的COD濃度和排放負(fù)荷，生產(chǎn)的紙漿性能和質(zhì)量也得以大副提升。對制漿黑液資源化方面，開展了黑液合成木質(zhì)素磺酸鈣粘合劑的研究，研究結(jié)果表明，黑液合成木質(zhì)素磺酸鈣粘合劑的適宜反應(yīng)條件為:原液濃縮后，在反應(yīng)釜中首先加入固形物含量5％的甲醛，加熱至60℃反應(yīng)1h，然后加入固形物含量10％的亞硫酸鈣，升溫至130℃反應(yīng)2h，

6、木質(zhì)素制備活性炭載體的最佳工藝條件為磷料比為3.5∶1，活化溫度500℃，活化時間60min，粘合劑性能符合產(chǎn)品質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)要求。
　　從水循環(huán)經(jīng)濟過程方面，開展了梯形平板膜SMBR技術(shù)優(yōu)化研究。通過對Vries建立的氣泡與豎直平板相互作用模型的分解、演算，重新建立新的數(shù)學(xué)模型描述氣泡與梯型平板膜的相互作用，從而對SMBR中梯型平板膜組件進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計，實現(xiàn)同等條件下提高曝氣沖刷利用率的目的，結(jié)果表明:對于半徑較小的小氣泡(0.5～1.

7、5mm)最佳的梯形膜傾斜角度為8.1°，對于半徑較大的氣泡(1.5～2.5mm)最佳的梯形膜傾斜角度為6.8°，用梯形膜組件的SMBR工藝處理造紙廢水，COD、SS的平均去除率分別為90.5％、95.1％，梯形膜組件比平板膜組件具備更好的抗污染性能;多級串聯(lián)濕地系統(tǒng)深度處理造紙廢水等草漿造紙水循環(huán)技術(shù)研究。寒冷地區(qū)多級串聯(lián)濕地系統(tǒng)對草漿造紙廢水表現(xiàn)出較好的造紙污染物去除效果，該系統(tǒng)中各污染物的脫除效果受進(jìn)水負(fù)荷影響顯著，受溫度影響較小，

8、采用“混凝—氧化溝—氣浮—氧化塘—葦田濕地”三級組合工藝處理造紙廢水，出水水質(zhì)較穩(wěn)定在COD20～50mg/L、SS10～20mg/L，達(dá)到了《遼寧省污水綜合排放標(biāo)準(zhǔn)》中排放限值要求;造紙廢水生化處理后經(jīng)氧化塘處理后進(jìn)入葦田深度灌溉蘆葦濕地對其土壤和地下水的環(huán)境質(zhì)量影響較小，有機質(zhì)含量有所提高，對蘆葦生長有一定的促進(jìn)作用。
　　(4)對蘆葦制漿企業(yè)用水網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行了優(yōu)化研究。采用物質(zhì)流分析的方法建立了草漿造紙企業(yè)的用水網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化模型與節(jié)