[01379050]造纸节水与清洁生产关键技术及应用

2015年国务院印发《水污染防治行动计划》要求积极开展节水、减排、清洁生产,大力推进生态文明建设,到本世纪中叶,生态环境质量全面改善,生态系统实现良性循环的工作目标。在《水污染防治行动计划》中造纸被列为十大水污染重点行业的第一位。 造纸工业是水资源消费大户,同时也是废水及COD、BOD排放主要行业之一,尽管造纸行业吨纸用水量由以前的200多吨降到目前平均20吨以下,但离社会与环境对行业的要求仍然差距很大。进一步减少吨纸用水量,意味着回用水中污染物积累越来越多、造纸湿部系统越来越脏。造纸减少清水消耗的关键在于实现白水封闭循环回用,而白水循环回用的关键是要有防控及消除离子类垃圾、胶黏物的可靠技术及方法,使白水得到净化与清洁,由此提高白水循环回用效率。 自2002年以来,项目组一直致力于以节约资源（水资源、纤维原料）为目标,从过去的“治病模式”转移到“保健与防病模式”的造纸清洁生产理论与技术研究,在生产过程中阻止污染物产生、对存在的干扰物及时进行清理与控制,防止干扰物在造纸湿部系统中积累并发展成为危害性污染物,针对性创制了多个防止、阻止与控制生成污染物的新技术,并集成推广和应用于生产实践,实现了节水和减排的清洁生产目标。主要创新点： （1）创建了造纸白水中离子垃圾、DCS分离提纯和分析方法。针对DCS的亲疏水性,将膜分离、大孔径离子交换树脂、生物酶专一性等方法联合使用,成功从复杂成分污染物中分离与提纯出的DCS,分析发现DCS主要为羧酸钙盐有机物,钙离子主要来自CaCO3分解或电离,DCS主要来自分散剂及内施胶剂。 （2）发现并揭示了不同类型DCS转化形成污染物的发展历程和机制。首次证实阴离子型的DCS为游离的羧酸钠有机物分子结构;掌握了水溶性DCS、胶体性DCS与多价金属离子结合生成沉淀物和胶黏物的发展历程,进而逐步沉积或碰撞粘附发展成为污染物的机制。 （3）掌握了污染物来源与特性、产生污染及危害机制,发明了多个消除与阻止污染物形成的清洁生产技术。CaCO3颗粒表面包覆阳离子淀粉膜技术,有效阻隔了CaCO3与酸性介质的直接接触,防止分解或电离产生Ca2+阳离子,淀粉包覆也显著提高了填料留着率和弥补加填对纸强度的影响。Ca2+阳离子捕捉与纤维表面固着技术,兼具捕捉白水中游离的Ca2+等阳离子并吸附固着于纸浆纤维表面功能,起到消除或清理Ca2+等阳离子干扰物离开造纸系统作用,对钙镁离子等转移带出率高达75%以上,在生产过程中软化白水。纸机循环白水中溶解胶体物控制技术,在阳离子干扰物得到有效控制下,该技术对DCS能进行有效捕集与控制,净化与清洁白水,白水循环回用率达到了95%以上。废弃淀粉离子化改性与资源化利用技术,对OCC废纸浆纤维表面溶解出来的表面施胶淀粉（目前无法回收利用而成为污染物）进行离子化改性成为阳离子淀粉增强剂,纸张结合强度提高15%、SS流失减少60%、白水回用率提高到98%以上。 相关技术经集成创新先后在金东纸业、太仓玖龙、山东晨鸣、浙江永泰、河北永新等企业推广应用,近三年累计节约新鲜水1.52亿m3、减排SS至少1524吨和COD至少7620吨;节约水资源费、污水处理费及原材料成本达11.35亿元。 项目获授权发明专利19件,国内外发表论文125 篇,培养硕士生23 名、博士生6 名,国内外学术会议26篇（大会交流演讲16次、特邀报告4次）、举办企业技术骨干《造纸湿部化学》培训学习班3期。 该成果整体提升了造纸工业清洁生产技术水平,促进了行业的科学技术进步,具有重大的经济、社会和环境效益。