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制浆造纸实验设备行业固体废物的产生及资源化利用

作者:admin 发布日期:2019/6/21 关注次数: 二维码分享


1.1碱回收白泥的应用

1.1.1锻烧再生石灰
不同原料的制浆造纸实验设备生产线产生的碱回收白泥成分有一定差别。对于以木浆为原料的碱回收白泥,国外和国内的一些现代化大型造纸厂均采用锻烧法进行白泥再生,得到的石灰在苛化工段循环利用,以保证白液质量和苛化系统的正常运行。但在白泥锻烧再生石灰过程中,一般需耗用大量重油等燃料,且锻烧工艺复杂,对于技术水平不高的工厂,在操作上会存在一些问题,使得该工艺的综合成本甚至比以石灰石为原料直接锻烧还要高,因此许多浆厂即使具有白泥锻烧设备,也采用外购石灰满足生产需求。对于以非木材纤维为原料的造纸厂,由于其白泥中硅含量较高,不适于采用锻烧法回收石灰。因此白泥利用一直是企业的一个难题。一些企业甚至直接填埋处理或排放进水体,不仅对环境造成了二次污染,还要为此支付巨额排污费。
1.1.2精制碳酸钙填料
研究表明,利用白泥生产碳酸钙填料在技术上和经济上都是可行的,目前我国己经有多家造纸厂采用了该技术。其中一种较为简易的工艺流程如图1所示。

制浆造纸实验设备

制浆造纸实验设备固废物利用技术及存在的问题


近几年,有企业针对非木浆碱回收白泥开发出了绿液除硅精制碳酸钙工艺,硅去除率更高,对解决硅干扰问题是很大的技术进步。白泥精制碳酸钙填料不仅可以用于造纸行业,在塑料行业中也有了一些应用试验。在生产填料时,80%-90%的白泥可以转化为填料,从而尽可能地降低对环境的影响。
用于包装纸板和低档文化用纸的白泥精制碳酸钙填料的生产成本一般为150-180元/t,生产用于中高档文化用纸的填料的成本不高于400元//t,均低于相应等级商品填料的价格。目前国内的岳阳造纸厂、沅江造纸厂、山东中冶银河纸业、新乡新亚纸业等企业都先后建立了白泥联产精制碳酸钙填料的设施。据银河纸业报道,该公司日产草浆白泥100 t,每年利用白泥生产精制碳酸钙3.4万t,节约填料成本253.38万元,节约白泥外运填埋费88.4万元,降低碱回收用灰成本89.14万元,综合净增利润430万元,实现了良好的经济效益和环境效益。
1.1.3用作建筑材料
白泥在建筑材料方面的应用途径较多。例如,对水泥生产工艺和配方进行调整后,利用湿法回转窑技术生产硅酸盐水泥,工艺成熟,技术可行,产品质量也有保障。但该工艺生产能耗较干法工艺高,生产成本上缺乏竞争优势,且国家水泥行业的产业政策也对湿法工艺加以限制,所以这一白泥利用途径的生命力已经受到挑战。另外,还可以用白泥作为墙面涂料、腻子等的主要添加组分,可生产内外墙涂料和防水涂料。在这一用途中存在的主要问题是白泥的白度较低,难以满足对白度要求较高的内墙涂料的使用要求,需混以色料用作彩色涂料,这一缺陷限制了白泥在这方面的进一步应用。
1.1.4其他用途
对于白泥的综合利用,目前研究的领域很多,除前述几种用途外,一些研究者也探讨了其在石油、塑料以及用作锅炉烟气脱硫剂的可行性,取得了一些技术突破和应用经验,但也存在一些问题。如在用作烟气脱硫剂时,如果用湿白泥,由于其pH值较高,长期使用会腐蚀脱硫设备,如果使用干白泥则由于干燥成本较高而影响其经济效益。
1 .2废水处理污泥
造纸厂废水生物处理产生的污泥富含多种植物营养成分,同时也含有多种病原菌。极易腐败发臭。国内许多纸厂都未充分利用,或随意弃之,或直接填埋。造成新的环境污染,加大生态风险,故而无害化处理的需求非常迫切。目前较为常用的资源化利用方式包括生产肥料和焚烧处理。
1.2.1废水处理污泥生产肥料
废水处理污泥生产肥料是目前应用较为广泛的技术之一。污泥生产肥料的方式有几种,简单的是直接堆肥处理。研究表明,污泥通过调节水分和C/N比,在强制通风和定期翻堆情况下,经过2个月左右高温堆肥,可转化为高效有机肥料,重金属元素含量低于农用标准,完全可作为有机肥料应用。应用结果表明,该肥料可大幅提高作物对N、P的吸收,降低土壤容量,增加土壤有效磷含量,减少铵态氮向硝态氮转化,有利于土壤生态环境改善。该方法的缺点是处理周期过长,需求场地面积较大,对于大型造纸企业来说存在一定难度。针对这一问题,有企业开发出高温好氧堆肥技术,缩短生产周期,生产适合于农业生产使用的商品有机肥、有机无机复合肥。
山东寿光晨鸣纸业已经利用此技术进行尝试,收效显著。此外,新乡新亚集团兴建的以废水处理污泥为原料年产5万t有机复合肥项目也已经投产,生产的有机复合肥除用于林场植树造林外,一部分还可供应市场。海南金海浆纸公司也在此方面进行了探索,与专业复合肥生产企业合作,计划利用污水处理污泥为原料,长期生产有机无机颗粒复混肥。同时,还把部分污泥直接用于橡胶树的压青,替代以往的青草肥,目前已经取得显著效果。这些业内大企业积极探索的态度使制浆造纸实验设备污泥的资源化利用前景变得逐渐光明起来。
1.2.2焚烧处理
焚烧法处理是把脱水预处理的污泥由双燃料动力锅炉或专门污泥燃烧锅炉焚烧,回收焚烧产生的高温烟气热能,利用袋式除尘和干式或湿式反应塔脱硫净化达标排放。焚烧产生的底灰送水泥厂和混凝土厂作建材原料,制造水泥或添加到商品混凝土中。
过氧焚烧法处理尤其是流化床锅炉焚烧法处理在发达国家得到了更广泛的应用。和其他方法相比,该技术具有以下突出优点:①减少了污泥体积和质量,焚烧灰可利用,结果需要处理物少,后续处理费用低;②处理速度快,储存压力小;③可就地焚烧,节约长距离运输费用;④焚烧流化床锅炉设计简单、投资少、操作方便,可大限度回收热能,通过控制烟气可达标排放。但是,焚烧系统投资和运行费用相对较高,需要规模经济运行,净经济效益偏低,且投资回收期长,适用于大型企业,对中小型企业来说投资成本过高。
1.2.3蚯蚓处理污泥
利用蚯蚓处理造纸污泥起源于国外,引入我国造纸业仅有几年历史,是固废物无害化处理的新技术。国内应用实践表明,在保证适宜的温度和污泥水分条件下,蚯蚓在生物污泥中的产卵率和成活率都很高,能够实现快速生长繁殖,同时完成污泥脱水和污泥稳定过程,从而将有污染的污泥消化掉,排出的蚯蚓粪便无任何污染,同时也消除了污泥的臭味。研究表明,1条蚯蚓每天能够处理污泥0.4g,蚯蚓的大量快速繁殖能够保证处理能力。目前,江苏常熟理文纸业、华川集团造纸厂以及日照森博纸业等公司先后采用了该技术,在有效处理污泥的同时,间接实现了造肥,且产生的蚯蚓也可获得可观的经济效益。该处理方法投资少,处理1t污泥仅需成本17元左右,蚯蚓粪每吨价格约200元左右,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。而且,蚯蚓售价约20-30元/kg,规模化养殖也会带来可观的经济效益。故可预见,蚯蚓处理污泥具有较强的竞争力和良好的发展前景。
1.2.4其他应用技术
除前述主要用途外,还有一些值得一提的固废物应用技术。浙江某建材公司利用白纸板和牛皮卡纸生产企业废水处理中产生的污泥生产建筑轻质节能砖取得成功,该技术能够大量低成本地消耗造纸污泥,产品性能优异,可以满足建造节能建筑的要求,是解决造纸污泥二次污染的有效途径之一。
根据各处理段污泥的特性不同,目前国外也有一些分质利用的技术成果。如利用一级沉淀污泥纤维含量较高的特性,将其添加到具有良好抗压性能的废塑料中,可得到具有良好机械性能的高附加值复合材料,用作工业建筑材料、工业容器等。利用一段污泥碳水化合物含量较高、对生物处理敏感的特性,可进行生物转换生产乳酸。二级生化污泥可进行超临界水氧化处理,使有机物转化为清水和二氧化碳以及氮氧化物,同时把无机填料等不可溶物质分离出来。国内有机构对造纸污泥进行酸析,提取其中木素并进行磺化改性,产物可用作水泥减水剂,各项性能基本符合国家标准。此外,造纸污泥与纸浆结合生产人工植被基质也是一条有效利用途径。这些处理手段基本处于研究阶段,国内尚未见应用报道,其经济、环境等方面的可行性还有待进一步研究。
1.3废纸脱墨污泥
近几年,废纸浆用量逐年增长,在造纸工业原料结构中所占比例逐渐增加,对于废纸利用过程中产生的废渣的综合利用技术也受到了重视。传统上脱墨污泥的主要处理途径是焚烧和填埋。与其他造纸污泥一样,脱墨污泥的焚烧存在干燥能耗高、燃烧余热回收率低的问题;填埋处理也有占地面积大和二次污染的问题,且运输填埋费用也较高。近年来出现的一些应用技术主要是以下几方面。
1.3.1脱墨污泥配抄纸板
针对脱墨污泥中含有大量纤维和填料的特性,有研究者将脱墨污泥分别与OCC、CTMP等浆料进行混合配抄。结果表明,添加脱墨污泥会对纸板的强度性能有一定负面影响,但可满足一些包装使用;在脱墨污泥配抄比例相同的前提下,脱墨污泥与OCC配抄的效果很好,其次是办公废纸。目前,类似的配抄技术已经在一些生产企业得以应用,如浙江富阳、温州等地的一些纸板厂,在消除脱墨污泥环境影响、降低处理费用的同时取得了可观的经济效益。但这一应用也存在一个问题,即大量的配抄脱墨污泥势必会影响下一循环周期再回收利用时的废纸浆质量,增加了制浆造纸实验设备废纸浆的杂质量,从而可能影响回收设备运行效率。
1.3.2脱墨污泥焚烧回收能量
从过去为了降低污染物产生量而进行焚烧处理,到后来的焚烧回收能量和无机颜料,对脱墨污泥焚烧工艺的研究已经持续了很长时间。

国外工厂有关技术比较完善,在建厂时就进行综合规划,投巨资建立专门的废渣焚烧设备和热回收装置,直接生产蒸汽供应生产,其中采用流化床燃烧的方法较多,技术比较成熟,运行简单可靠。国内对此也有一定研究,杭州某公司发明了一种焚烧湿脱墨污泥的方法,将湿污泥改性为容易燃烧的燃料,然后采用普通层燃锅炉焚烧。该工艺将湿污泥脱水使干度达到42%-75%,加入至少具有使污泥中的低燃物质点燃、助燃,以及消烟、翻松、清灰功能之一的助燃剂,将脱墨污泥挤压成能够满足燃烧要求的成形污泥,然后在普通层燃锅炉连续焚烧。脱墨污泥焚烧产生的飞灰主要含有锻烧高岭土、Ca0、TiO2,炉底灰烬成分较简单。对脱墨污泥及其灰分的组成元素分析表明,脱墨污泥焚烧不会产生污染环境的废气及废渣,焚烧后的灰可以用作造纸填料。但由于需要建设余热锅炉等热利用设备,且脱墨污泥含水率较高,灰分高,热值偏低,焚烧时需加入油气等辅助燃料,因而投资大,运行费用高,比较适合大型造纸厂,中小纸厂难以接受。
1.3.3脱墨污泥生产造纸填料和涂料
脱墨污泥主要成分是高岭土和碳酸钙、纤维、油墨,如果能够完全燃烧其中的有机物,回收其中的无机物用于造纸填料和涂料,则是一种很理想的脱墨污泥利用途径。
英国ECC International公司开发了精确控制温度焚烧脱墨污泥的技术。该技术要求焚烧温度控制在750℃以下,因为这时有机物可以彻底燃烧,结果变成CO2和其他气体氧化物逸出,而不残留炭粒(炭黑)。根据脱墨污泥的来源不同,焚烧获得的颜料的白度为70%-85%。从旧报纸和旧杂志纸脱墨污泥回收来的颜料可重新用于新闻纸和SC纸的加添,其白度可与碳酸钙相当,比锻烧高岭土低些,但回收颜料具有较高的不透明度。另外,焚烧回收的颜料也可用于胶印和凹印LWC纸的涂布。对凹印LWC纸涂布研究结果表明,使用15%回收颜料后,纸张不透明度提高,白度没降低,光泽度降幅较大,表面粗糙度稍有增加。印刷性能方面,使用15%回收颜料后,改进了纸的印刷网点,印刷光泽度和印刷密度稍有下降。在胶印LWC纸原纸的涂布实验中,配用25%回收颜料时,涂布后的白度有所下降,但不透明度增加,粗糙度略有增加,光泽度增加较多。印刷后光泽度有较大下降,印刷密度不变。
从脱墨污泥中回收无机颜料的技术关键是控温锻烧,其特点是无副产品,可有效地消除脱墨污泥的污染问题。回收颜料的特点是具有优良的光散射性能,对含磨木浆纸是有效的不透明度提高剂。在涂布时可代替部分原颜料,能改进纸张光学性能和印刷适性。
1.3.4利用脱墨污泥生产高质量建筑材料
脱墨污泥制建筑板材的方法在国内和国外都有相关研究成果,其中一种利用较为彻底的工艺是由丹麦工学院、丹麦工业大学、科技学院、建筑材料生产者和其他一些单位共同研制开发的。其生产流程为:原料进入-原料分析-原料调节-混合配料-脱水-第一次压榨-切断-干燥-第二次压榨-干燥-加热-冷却-修边-砂磨-切成块-质检-包装-入库。
该利用途径的优点是过程中不需要用胶粘剂、水泥或任何有害的助剂。原料利用充分,所有边角料、砂磨残余物料等均可在生产中循环利用,水耗和废水污染程度降至很低。从污泥带来的水(污泥含水约70%)可循环利用。建筑板应用后还可以回收、循环利用。该技术的缺点之一是投资、运行费用较高,年产量超过2.5万t才有利可图,且要求污泥质量均匀,来源稳定。污泥中的纤维含量一般要在25%-40%,如果超过50%,则制成的板材容易挠曲,对某些用途是有利的,但需要另加防火剂。
1.3.5脱墨污泥生产热聚合材料填充剂
脱墨污泥经过表面改性、烘干、粉碎和匀质等工序后,成为一种灰色粉末状的复合填充剂,这种填充剂可以取代成本较高的木粉,再添加偶联剂、改性剂等添加剂,使用简单的熔融共混技术,生产各种热聚合材料产品。废渣污泥制成的填充剂可应用在塑料护栏、道路用沥青改性纤维、防水卷材、建筑模板、农用大棚支架等产品中。上海某公司已经就该技术投资建厂,据称每吨脱墨污泥可实现利润5000元,同时实现了脱墨污泥的无害化、高值化利用。目前上海泛亚潜力等几家纸厂产生的脱墨污泥均通过此途径进行处理,受到业内多家纸企的重视。
1.3.6其他利用技术
英国某造纸公司早在20世纪90年代初就已完成了利用旧报纸脱墨污泥改良土壤组织结构和保水能力并提高土壤pH值的研究工作。经移植蚯蚓后,蚯蚓繁殖很快,证明脱墨污泥对蚯蚓无毒害。
我国东北某企业把脱墨污泥脱水后,添加少量粘合剂直接热压生产纸盒板,所得产品一次成型,具有普通纸板难以比拟的挺度,是制作高档礼品包装盒的优质材料。该技术原料处理简单,对设备要求较低,投资成本和运行成本都较小,具有可观的经济效益。但由于脱墨污泥中含有油墨等有机成分,热压后会产生异味,限制了其大范围推广应用,因此,如果能够解决脱墨污泥热压异味问题,将为脱墨污泥的资源化利用提供一个新途径。此外,用含有木素的脱墨污泥(如新闻纸脱墨污泥)生产沥青改性剂,能够有效延缓道路沥青的老化,强化沥青和石子的结合强度,并可节省沥青用量。
美国某公司开发了一种分离技术,该技术利用一系列控制程度很高的化学和热力学过程,把油墨和有机物蒸发出来,同时分离矿物质,该技术已经在2003年投入使用。中科院广州能源所也利用热解气化能量回收技术对几种污泥的热解气化性能进行了研究,即利用生物质热解气化技术,把低品位的废渣污泥转化为高品位的可燃气体,供工厂原有锅炉使用,达到节省燃料、减少污染的目的。结果表明,相同温度下,几种污泥气体产物的热值高低和气体产率的大小均表现为:脱墨污泥>造纸厂生化污泥>城市废水污泥,用下吸式固定床气化炉效果较好,即脱墨污泥的热回收利用价值优于后两种污泥。目前该技术仅处于研究阶段,为脱墨污泥的高效利用提供了一个新思路,但国内外尚无成功的工业应用案例。
另外,用脱墨制浆造纸实验设备污泥中的纤维生产酒精、用脱墨污泥控制酸性矿山废水等技术也都处于开发阶段,有待进一步深入研究。

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