造纸污泥资源化利用技术进展|污泥处理|专业化的
污泥是造纸过程废水处理的终端产物,每生产一吨再生纸,就产生约含水量65%的污泥700kg,产量是同等规模市政污水处理厂的5~10倍,且成分复杂,含水量高,处理难度大,因此,污泥的处置问题已成为束缚造纸厂发展的重要问题。许多研究表明,造纸污泥生物质含量丰富,有机物含量40%~50%,主要含有纤维素、半纤维素和木质素等高分子有机物以及填料、凝聚剂等,且不含重金属,是一种生物质资源。
1、堆肥技术新发展
造纸污泥处理,企业应根据自身的地理环境和土地资源状况,制定不同的处理方式。在美国污泥农地利用量占污泥产出总量的33%,葡萄牙高达80%,德国25%,日本11%,英国51%。英国万历普厂引用了Dano公司的机械堆肥技术,年产粉状肥料4万余吨。蚯蚓的价格不菲,每千克可以卖到20~30元,波兰的一些化工厂利用蚯蚓处理污泥,得到了一种无气味的、像腐殖质的、含有高营养值且适于作植物生长培养基的蚯蚓肥料。国内堆肥技术近年也取得新的发展。施庆珊等对造纸污泥堆肥研究结果表明,在高温好氧性堆肥发酵过程中达到高温阶段(80℃以上)的时间由原来的3d缩短为1d,高温好气性发酵周期由20d缩短至10d,水分由55%降至40%以下,并分离到一株高温放线菌AO-Ⅲ,其形态和主要生理生化特征与高温放线菌属的典型种相似,该菌株能耐受80℃以上的高温,能够维持较长的高温期时间及缩短堆肥发酵周期。周少奇等研究了堆肥前后和种植作物前后土壤重金属的5种形态。结果表明,添加污泥堆肥前后的土壤中Cu、Ni、Cr、P b主要以残渣态形式存在,Zn主要以Fe-M n氧化态形式存在,这两种形态的重金属的生物有效性都很小,而C d主要以可交换态和碳酸结合态存在,生物有效性较大。添加堆肥后土壤的重金属生物有效性有所降低,当在添加堆肥的土壤上种植作物后,土壤中重金属的生物有效性将进一步降低。山东亚太森博公司利用蚯蚓处理污泥,消化后的蚯蚓粪肥效和农用肥相当,可以广泛用于农作物、园艺花卉、草坪及市政绿化等。
2、焚烧热能回收发电技术
造纸污泥含有较高的热值(10M J/k g),焚烧不仅能“减量化”,而且能消除臭味、杀死病原菌、寄生虫卵和回收热能。日本污泥的55%、美国污泥的25%和欧洲污泥的11%已用于焚烧发电。美国有公司采用污泥、废木料、煤等多种燃料混合燃烧技术,专门研究出异重多料CBF锅炉;日本某纸业公司也制成以焚烧污泥和树皮并用重油助燃的CFB锅炉(42t/h),其余热发电。汉堡科勃兰霍夫污水处理厂采用污泥先浓缩,然后消化、脱水、干化,最后焚烧的处理工艺,实现污泥循环处理模式。该模式在污泥焚烧发电的同时,利用污泥焚烧的热量干化污泥,实现了外加燃料需求量为零的预期效果,并且提供了污水厂所需用电量和用热量的60%和100%,极大地提高了污泥处置的经济性,降低了运行成本。2003年,Nippon纸板公司以造纸污泥为燃料,产生的热量来发电(容量1.4万kW h),并且能消除二恶英,而不需要任何油类燃料。
我国污泥焚烧发电技术起步较晚,但已取得突破性进展。有人采用流化床混烧污泥和煤时,钙硫比取3∶1的情况下,SO2、NOx等的排放都达到国家标准,并回收了热能。也有学者研究表明,污泥在床内的燃烧份额在48%~65%之间,焚烧烟气中SO2、NO和N2O等气相污染物排放浓度低,符合排放要求。也可以利用生物质气化技术处理造纸废渣污泥,产生的气体燃料除干燥原料本身所需外,还有约一半可加以利用,产生实际经济效益,并且脱墨污泥的热回收利用
价值优于生化污泥和废水污泥。
3、制建筑材料
有学者利用造纸废渣和污泥生产新型墙体材料,技术经济指标优于粘土砖体。2008年,江苏连云港恒昌环境资源开发公司成功研制利用造纸废浆污泥为填充剂制备PP-N塑料护栏,专家们认为这一成果符合国家倡导的环保和资源生利用的产业政策。同样用造纸污泥生产建筑轻质节能砖,可以利用其中的有机纤维在高温灼烧后留下的微小气孔,提高烧结砖的保温性能,降低建筑物的使用能耗,并可利用有机纤维燃烧所产生的热量降低生产能耗,具有环保节能的社会效益和经济效益。另外通过对生活污泥和粘土化学成分的比较,发现污泥燃烧后的产物与粘土的组成基本接近。近几年开发的脱墨污泥制高质量建筑板的方法,不需要用胶粘剂、水泥或任何有害助剂,车间没有固体废料,所有边角料、砂磨残余物料等均在生产中循环利用。
4、制工业原料
最新研究表明,污泥制取炭化污泥(活性炭)、陶粒、人造沸石等具有成本低以及环境效益和经济效益好的显著特点。2008年,日本以脱水污泥滤饼为原料,开发研究出了高性能活性炭,具有密度小、质量轻、孔隙多、比表面积大、脱色除臭性好等特点,其细孔的比表面积是市售品的118倍以上,吸附能力大大增强,对COD及某些重金属离子有很高的去除率,是一种优良的有机废水处理吸附絮凝剂。美国依利诺斯工艺技术研究所将造纸厂污泥干燥,捣碎后与氧化锌混合,在一定的温度下进行化学活化,成功开发出用造纸污泥生产活性炭和催化剂的炭载体材料,与传统的活性炭生产工艺相比其成本更低。另据报道,含有50%填料的污泥在煅烧后,碳酸钙和高岭土都会生成一种十分均匀的矿物—硅酸铝钙,这种矿物可用来生产高级填料并重新回用于造纸,是循环经济的重要体现。
5、回收利用造纸污泥为生产原料
英国ECC International公司采用控制温度煅烧回收法,在不同的分解温度下燃烧,利用脱墨污泥中的碳酸钙和高岭土生产造纸用填料和涂布颜料,制得的颜料白度在70%~85%ISO之间。英国Aylesford新闻纸工厂采用北美技术从废纸脱墨污泥中回收纤维和填料,填料主要含碳酸钙和白土,可回用于造纸,能提高纸张平滑度、光泽度和不透明度。此外,有学者从造纸污泥中用酸析法提取木质素,提取产物进行磺化改性,改性产品经测定表面活性有明显提高。
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