環(huán)境污染一直是困擾我國(guó)造紙工業(yè)持續(xù)發(fā)展的關(guān)鍵問(wèn)題。華南理工大學(xué)環(huán)境科學(xué)與工程學(xué)院“植物資源化工過(guò)程污染控制”團(tuán)隊(duì)在團(tuán)隊(duì)負(fù)責(zé)人萬(wàn)金泉教授的帶領(lǐng)下，經(jīng)過(guò)多年的潛心研究，研制開(kāi)發(fā)了“廢紙?jiān)旒垙U水資源化利用關(guān)鍵技術(shù)的研發(fā)與應(yīng)用”項(xiàng)目，該項(xiàng)目成果克服了傳統(tǒng)造紙廢水的投資大、運(yùn)行費(fèi)用高、難以降解廢水中累積性DCS，無(wú)法實(shí)現(xiàn)處理后水的長(zhǎng)期循環(huán)使用等問(wèn)題，采用具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的造紙廢水處理裝備及基于碳源協(xié)同共代謝的特殊生物處理工藝，徹底改變了傳統(tǒng)的造紙工業(yè)廢水處理方法，多項(xiàng)自主開(kāi)發(fā)的關(guān)鍵技術(shù)被鑒定專家們一致認(rèn)為“處于國(guó)內(nèi)領(lǐng)先水平”，并獲得多項(xiàng)國(guó)家發(fā)明專利及省部級(jí)獎(jiǎng)項(xiàng)。2009年1月11日，在北京人民大會(huì)堂舉行的國(guó)家科學(xué)技術(shù)獎(jiǎng)勵(lì)大會(huì)上，萬(wàn)金泉教授代表團(tuán)隊(duì)領(lǐng)取了代表科學(xué)技術(shù)領(lǐng)域國(guó)家級(jí)別獎(jiǎng)項(xiàng)的國(guó)家科學(xué)技術(shù)進(jìn)步二等獎(jiǎng)。
專業(yè)化研究帶來(lái)創(chuàng)新成果
長(zhǎng)期以來(lái)，造紙廠治理廢水污染大多采取通用的并非專門針對(duì)造紙廢水的處理技術(shù)，在實(shí)際應(yīng)用中經(jīng)常出現(xiàn)投資大、運(yùn)行費(fèi)用高、處理效果差等情況。而萬(wàn)教授的團(tuán)隊(duì)，專業(yè)從事制漿造紙技術(shù)研究多年，對(duì)造紙廢水有專門的大量的研究，所研發(fā)的此項(xiàng)技術(shù)也是專門針對(duì)造紙企業(yè)廢水，效果更好。據(jù)萬(wàn)教授介紹，該項(xiàng)目區(qū)別于其他廢紙?jiān)旒垙U水處理技術(shù)，有以下三個(gè)創(chuàng)新點(diǎn)：
（1）根據(jù)廢紙?jiān)旒垙U水懸浮物的特點(diǎn)及廢紙?jiān)旒垙U水混凝過(guò)程中反應(yīng)特性、水力影響特征和顆粒活性炭吸附機(jī)理，創(chuàng)造性地研制了高效物化處理設(shè)備及應(yīng)用工藝，使廢水中的污染物得到高效架橋、絮凝、吸附過(guò)濾等作用，從而快速實(shí)現(xiàn)固液分離。與傳統(tǒng)的處理技術(shù)相比，SS、COD、BOD的去除率提高了30%以上，水力停留時(shí)間縮短了40%以上，處理后的出水可直接回用于生產(chǎn)，沉渣具有較好的濾水性能，與本項(xiàng)目研制開(kāi)發(fā)的新型助劑配合可作為造紙?jiān)匣赜糜谏a(chǎn)。
（2）針對(duì)物化處理出水中含有苯環(huán)形結(jié)構(gòu)的物質(zhì)及陰離子垃圾等難降解有機(jī)物的特點(diǎn)，創(chuàng)造性地研制開(kāi)發(fā)出碳源協(xié)同生物共代謝厭氧—好氧廢水生物處理新技術(shù)，對(duì)廢水進(jìn)行生化處理，添加誘導(dǎo)底物和代謝底物，大大促進(jìn)了廢紙?jiān)旒垙U水中苯環(huán)形結(jié)構(gòu)的物質(zhì)及陰離子垃圾等難降解有機(jī)物的降解，解決了廢水中可溶性COD和DCS的累積問(wèn)題，實(shí)現(xiàn)了廢紙?jiān)旒垙U水的“零排放”。
（3）通過(guò)反相微乳液法合成3-氯-2-羥丙基-三甲基銨鹽，采用合成的銨鹽對(duì)非離子型聚丙烯酰胺進(jìn)行改性得到納米級(jí)兩性聚丙烯酰胺，對(duì)物化處理沉渣進(jìn)行處理，解決了回收沉渣回用時(shí)細(xì)小纖維的氫鍵結(jié)合弱及留著率低的問(wèn)題，使助留效果提高10%以上，助濾效果提高30%以上，紙頁(yè)的強(qiáng)度提高8%以上，從而實(shí)現(xiàn)了沉渣的高效回收利用，解決了造紙廢水中固體相對(duì)環(huán)境的污染。
該項(xiàng)目成功克服了傳統(tǒng)技術(shù)處理廢紙?jiān)旒垙U水時(shí)所產(chǎn)生的可溶性COD和難降解有機(jī)物的累積及沉渣造成的二次污染等問(wèn)題，研發(fā)了廢紙?jiān)旒垙U水資源化利用的關(guān)鍵技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了處理后出水和沉渣的循環(huán)利用，目前已申請(qǐng)國(guó)家專利18項(xiàng)，發(fā)表相關(guān)論文60多篇。
讓環(huán)保投入實(shí)現(xiàn)名利雙收
過(guò)去，造紙企業(yè)提起環(huán)保，無(wú)不都是嘴笑心酸，因?yàn)榄h(huán)保為企業(yè)帶來(lái)的僅僅是環(huán)境與社會(huì)效益，而不是經(jīng)濟(jì)效益，“賠本賺吆喝”成了環(huán)保投入的代名詞。而該項(xiàng)目一個(gè)突出的亮點(diǎn)就是在高效實(shí)現(xiàn)環(huán)保要求的同時(shí)，又能為企業(yè)創(chuàng)造經(jīng)濟(jì)效益。
萬(wàn)教授告訴我們，在項(xiàng)目的研發(fā)過(guò)程中，團(tuán)隊(duì)始終堅(jiān)持一個(gè)理念，就是不把環(huán)保作為只投入不產(chǎn)出的項(xiàng)目。談到具體經(jīng)濟(jì)效益，他說(shuō)：“首先，根據(jù)整個(gè)造紙流程中的用水情況，找出可以實(shí)現(xiàn)中水回用的環(huán)節(jié)，然后通過(guò)不斷的實(shí)驗(yàn)，用我們的技術(shù)來(lái)達(dá)到這樣的效果。這樣整個(gè)生產(chǎn)流程的用水量就減少，用電量也減少，從而實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)效益。”
“其次，造紙廢水中的懸浮物（SS）,很多都是細(xì)小纖維，是可以回收利用的。用我們的工藝，由于SS處理的停留時(shí)間短，完全可以將細(xì)小纖維回收繼續(xù)使用，回收率可達(dá)到100%。而傳統(tǒng)的氣浮法則很難達(dá)到這樣的效果。節(jié)省了造紙纖維的用量，也等于實(shí)現(xiàn)了經(jīng)濟(jì)效益。”
“第三，由于實(shí)現(xiàn)了中水回用，二級(jí)廢水深化處理的廢水量也大大減少，間接節(jié)約了二級(jí)深化處理所需的耗能。目前根據(jù)我們的技術(shù)實(shí)現(xiàn)的排放指標(biāo)已經(jīng)成為了造紙行業(yè)廢水排放的標(biāo)準(zhǔn)。”
據(jù)了解，相對(duì)于目前常用的處理工藝，本技術(shù)處理工程總投資減少30％以上，處理噸水運(yùn)行成本減少40％，處理噸水可創(chuàng)經(jīng)濟(jì)效益197.74元。在全國(guó)，該技術(shù)成果每天共處理造紙廢水76萬(wàn)噸，減少CODcr排放1140噸/天，節(jié)約纖維456噸/天，節(jié)約能耗7.2萬(wàn)度/天，為國(guó)家創(chuàng)造直接經(jīng)濟(jì)效益2.07億元/年，取得了良好的環(huán)境、經(jīng)濟(jì)和社會(huì)效益。
十年磨一劍
回顧該項(xiàng)目的研發(fā)歷程，萬(wàn)教授用一句話來(lái)形容：“天將降大任于我們。”他說(shuō)，十幾年前，他去全國(guó)考察造紙行業(yè)廢水處理情況，當(dāng)時(shí)造紙廠的黑液都是直接向河流中排放。這讓他感到深深的不安并堅(jiān)信國(guó)家一定會(huì)控制造紙行業(yè)的污染。
“面對(duì)嚴(yán)重的污染問(wèn)題，我們意識(shí)到要解決造紙污染，必須要有一支高水平、高素質(zhì)的人才隊(duì)伍和科研投入，而華南理工大學(xué)有全國(guó)最強(qiáng)的制漿造紙專業(yè)、師資隊(duì)伍和實(shí)驗(yàn)室，如果我們不去解決，那還有誰(shuí)能解決呢？就是這種責(zé)任感和使命感促使整個(gè)團(tuán)隊(duì)團(tuán)結(jié)一心，開(kāi)始了漫長(zhǎng)的研究。”回想起當(dāng)時(shí)的情景，萬(wàn)教授至今仍非常激動(dòng)。
經(jīng)過(guò)前期的探索，從1997年開(kāi)始，該項(xiàng)目進(jìn)入小試階段。團(tuán)隊(duì)從山東、湖北、廣東等省取來(lái)各種紙廠的廢水，在實(shí)驗(yàn)室做各種各樣的實(shí)驗(yàn)。針對(duì)不同的廢水，研究不同的工藝和設(shè)備。1998年，項(xiàng)目初見(jiàn)成效，申請(qǐng)了專利。1999年，項(xiàng)目進(jìn)入中試階段。由華南理工大學(xué)投資建造設(shè)備，在一家年產(chǎn)10萬(wàn)噸的紙廠進(jìn)行了試驗(yàn)，效果非常好。隨后，企業(yè)投資，建造了新的設(shè)備。
也是從1999年，國(guó)家開(kāi)始重視環(huán)保，實(shí)施了多項(xiàng)排放標(biāo)準(zhǔn)，該成果及相關(guān)產(chǎn)品開(kāi)始逐漸走向市場(chǎng)。這幾年，為了更好地使該技術(shù)成果轉(zhuǎn)化為生產(chǎn)力，萬(wàn)教授帶領(lǐng)著他的年輕的科研團(tuán)隊(duì)，本著“建立一套設(shè)備，保護(hù)一片碧水，造福一方百姓，樹(shù)立一面旗幟”的理想，不為名不為利，默默辛勤的工作，走遍了全國(guó)各地，通過(guò)各種方式，使更多的廠家了解、接受這項(xiàng)技術(shù)成果。在項(xiàng)目推廣初期，團(tuán)隊(duì)僅有萬(wàn)金泉教授和馬邕文教授兩人，但他們兢兢業(yè)業(yè)、走南闖北，為了節(jié)省費(fèi)用，不管路途多遠(yuǎn)，一律坐火車, 而且能坐硬座不坐臥鋪, 行程數(shù)萬(wàn)公里,常常吃5元錢一份的盒飯，住20元一天的旅社。在短短的時(shí)間內(nèi)推廣到全國(guó)各地?cái)?shù)十家造紙廠，獲得重大的經(jīng)濟(jì)和社會(huì)效益。功夫不負(fù)有心人，目前，該技術(shù)成果已在廣東、廣西、福建、湖北、山東、河北、黑龍江等省的56家大中型造紙企業(yè)的廢水處理工程應(yīng)用。而團(tuán)隊(duì)也由最初的兩人發(fā)展到現(xiàn)在的40多人。
“十年如一日，其實(shí)做研究真的是很辛苦。”團(tuán)隊(duì)主要成員王艷老師向記者這樣說(shuō)到。
廢水處理要有科學(xué)的態(tài)度
近年來(lái)，“零排放”的標(biāo)準(zhǔn)在造紙行業(yè)中被廣泛提出，也有多項(xiàng)工藝號(hào)稱可以達(dá)到“零排放”。但在萬(wàn)教授看來(lái)，“零排放”的標(biāo)準(zhǔn)不能輕言。
萬(wàn)教授說(shuō)：“‘零排放’是造紙企業(yè)今后要努力的方向，但目前，這樣的提法尤其是制定到標(biāo)準(zhǔn)中還不現(xiàn)實(shí)。‘零排放’可以實(shí)現(xiàn)，但不能一刀切，需要分不同類型的紙廠來(lái)對(duì)待。比如以廢紙為原料的企業(yè)，他們的廢水污染負(fù)荷以及對(duì)回用水的要求較低，是可以實(shí)現(xiàn)零排放的，我們的技術(shù)就已經(jīng)做到了這一點(diǎn)。但是對(duì)于使用麥草、桉木以及白楊等需要蒸煮制漿的企業(yè)，實(shí)現(xiàn)零排放就有難度，當(dāng)前看還不現(xiàn)實(shí)。而對(duì)于全部使用商品漿的企業(yè)，零排放則是應(yīng)該也必須達(dá)到的。”
針對(duì)“零排放”，馬邕文教授補(bǔ)充到：“我們的工藝從技術(shù)角度可以實(shí)現(xiàn)零排放，但實(shí)際上，處理的標(biāo)準(zhǔn)越高，紙廠的成本也越高，所以企業(yè)最終還是會(huì)排放一些污水。”
而針對(duì)現(xiàn)在越來(lái)越多的紙業(yè)基地不同紙廠廢水統(tǒng)一處理的做法，萬(wàn)教授也提出了自己的看法，他認(rèn)為不同紙廠的廢水統(tǒng)一處理的做法是不甚科學(xué)的。首先，大面積鋪設(shè)管道的投資會(huì)非常大。其次，每個(gè)廠的排放水質(zhì)和排放量不一樣，收費(fèi)管理等問(wèn)題很容易引起糾紛。第三也是最關(guān)鍵的，由于企業(yè)排放廢水的不穩(wěn)定性，水質(zhì)很容易發(fā)生變化，對(duì)廢水處理設(shè)施的沖擊將會(huì)很大，設(shè)備很難正常運(yùn)轉(zhuǎn)。
未來(lái)，希望做得更好
談到未來(lái)，萬(wàn)教授充滿信心，他說(shuō)：“一方面我們要繼續(xù)完善工藝技術(shù)，另一方面藉此獲獎(jiǎng)的契機(jī)，希望能讓該項(xiàng)目得到更好的推廣。”
針對(duì)實(shí)踐中出現(xiàn)的問(wèn)題，萬(wàn)教授的團(tuán)隊(duì)剛剛開(kāi)發(fā)完成了一套智能控制系統(tǒng)——基于模糊-BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的嵌入式計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)，目前該項(xiàng)目的實(shí)驗(yàn)工作已經(jīng)完成并得到了2010年廣東省“節(jié)能減排”重大科技專項(xiàng)的資助，已有兩家造紙企業(yè)做新技術(shù)的應(yīng)用示范點(diǎn)。據(jù)萬(wàn)教授介紹，這套系統(tǒng)的目的是為了更準(zhǔn)確地來(lái)預(yù)測(cè)造紙廢水生化深化處理中的曝氣量、氮磷添加量及活性污泥回流比等。曝氣所需要的電耗占到整個(gè)廢水處理中電耗的60%以上，該系統(tǒng)可以根據(jù)不同廢水的特性，預(yù)測(cè)最小的曝氣量，實(shí)驗(yàn)證明，該系統(tǒng)可節(jié)省曝氣量20%以上。
談到項(xiàng)目推廣，萬(wàn)教授說(shuō)：“我們對(duì)現(xiàn)在的成績(jī)還不滿意，應(yīng)該有更多的更大的企業(yè)來(lái)使用我們的技術(shù)。”據(jù)介紹，項(xiàng)目推廣不利主要還存在兩方面原因，一是團(tuán)隊(duì)中大部分成員都是高校教師，平時(shí)主要工作在學(xué)校的教學(xué)、科研中，技術(shù)推廣的精力有限，也沒(méi)有專業(yè)的銷售能力。另一方面，大企業(yè)在項(xiàng)目投資時(shí)，觀念更迷信買國(guó)外設(shè)備，甚至買中國(guó)臺(tái)灣的也不買大陸的。
針對(duì)這一現(xiàn)狀，萬(wàn)教授肯定地解釋說(shuō)：“國(guó)產(chǎn)紙機(jī)與國(guó)外相比確實(shí)有差距，但是水處理的技術(shù)與裝備，起碼是與國(guó)外平級(jí)的。下一步我們首先要充實(shí)團(tuán)隊(duì)的力量，爭(zhēng)取拿出更多的時(shí)間和精力來(lái)推廣項(xiàng)目。其次，將來(lái)計(jì)劃尋找有實(shí)力的專業(yè)的大公司合作，以技術(shù)為基礎(chǔ)，能實(shí)現(xiàn)公司化的運(yùn)作，從而實(shí)現(xiàn)更好的發(fā)展。”
