十年磨一剑：废纸造纸废水资源化利用

环境污染一直是困扰我国造纸工业持续发展的关键问题。华南理工大学环境科学与工程学院“植物资源化工过程污染控制”团队在团队负责人万金泉教授的带领下，经过多年的潜心研究，研制开发了“废纸造纸废水资源化利用关键技术的研发与应用”项目，该项目成果克服了传统造纸废水的投资大、运行费用高、难以降解废水中累积性DCS，无法实现处理后水的*循环使用等问题，采用具有自主知识产权的造纸废水处理装备及基于碳源协同共代谢的特殊生物处理工艺，彻底改变了传统的造纸工业废水处理方法，多项自主开发的关键技术被鉴定专家们一致认为“处于国内水平”，并获得多项国家发明及省部级奖项。2009年1月11日，在北京*举行的国家科学技术奖励大会上，万金泉教授代表团队领取了代表科学技术领域别奖项的国家科学技术进步二等奖。

　　专业化研究带来创新成果

　　*以来，造纸厂治理废水污染大多采取通用的并非专门针对造纸废水的处理技术，在实际应用中经常出现投资大、运行费用高、处理效果差等情况。而万教授的团队，专业从事制浆造纸技术研究多年，对造纸废水有专门的大量的研究，所研发的此项技术也是专门针对造纸企业废水，效果更好。据万教授介绍，该项目区别于其他废纸造纸废水处理技术，有以下三个创新点：

　　（1）根据废纸造纸废水悬浮物的特点及废纸造纸废水混凝过程中反应特性、水力影响特征和颗粒活性炭吸附机理，创造性地研制了物化处理设备及应用工艺，使废水中的污染物得到架桥、絮凝、吸附过滤等作用，从而快速实现固液分离。与传统的处理技术相比，SS、COD、BOD的去除率提高了30%以上，水力停留时间缩短了40%以上，处理后的出水可直接回用于生产，沉渣具有较好的滤水性能，与本项目研制开发的新型助剂配合可作为造纸原料回用于生产。

　　（2）针对物化处理出水中含有苯环形结构的物质及阴离子垃圾等难降解有机物的特点，创造性地研制开发出碳源协同生物共代谢厌氧—好氧废水生物处理新技术，对废水进行生化处理，添加诱导底物和代谢底物，大大促进了废纸造纸废水中苯环形结构的物质及阴离子垃圾等难降解有机物的降解，解决了废水中可溶性COD和DCS的累积问题，实现了废纸造纸废水的“零排放”。

　　（3）通过反相微乳液法合成3-氯-2-羟丙基-*基铵盐，采用合成的铵盐对非离子型聚丙烯酰胺进行改性得到纳米级两性聚丙烯酰胺，对物化处理沉渣进行处理，解决了回收沉渣回用时细小纤维的氢键结合弱及留着率低的问题，使助留效果提高10%以上，助滤效果提高30%以上，纸页的强度提高8%以上，从而实现了沉渣的回收利用，解决了造纸废水中固体相对环境的污染。

　　该项目成功克服了传统技术处理废纸造纸废水时所产生的可溶性COD和难降解有机物的累积及沉渣造成的二次污染等问题，研发了废纸造纸废水资源化利用的关键技术，实现了处理后出水和沉渣的循环利用，目前已申请国家18项，发表相关论文60多篇。

　　让环保投入实现名利双收

　　过去，造纸企业提起环保，无不都是嘴笑心酸，因为环保为企业带来的仅仅是环境与社会效益，而不是经济效益，“赔本赚吆喝”成了环保投入的代名词。而该项目一个突出的亮点就是在实现环保要求的同时，又能为企业创造经济效益。

　　万教授告诉我们，在项目的研发过程中，团队始终坚持一个理念，就是不把环保作为只投入不产出的项目。谈到具体经济效益，他说：“首先，根据整个造纸流程中的用水情况，找出可以实现中水回用的环节，然后通过不断的实验，用我们的技术来达到这样的效果。这样整个生产流程的用水量就减少，用电量也减少，从而实现经济效益。”

　　“其次，造纸废水中的悬浮物（SS）,很多都是细小纤维，是可以回收利用的。用我们的工艺，由于SS处理的停留时间短，完全可以将细小纤维回收继续使用，回收率可达到100%。而传统的气浮法则很难达到这样的效果。节省了造纸纤维的用量，也等于实现了经济效益。”

　　“第三，由于实现了中水回用，二级废水深化处理的废水量也大大减少，间接节约了二级深化处理所需的耗能。目前根据我们的技术实现的排放指标已经成为了造纸行业废水排放的标准。”

　　据了解，相对于目前常用的处理工艺，本技术处理工程总投资减少30％以上，处理吨水运行成本减少40％，处理吨水可创经济效益197.74元。在全国，该技术成果每天共处理造纸废水76万吨，减少CODcr排放1140吨/天，节约纤维456吨/天，节约能耗7.2万度/天，为国家创造直接经济效益2.07亿元/年，取得了良好的环境、经济和社会效益。

　　十年磨一剑

　　回顾该项目的研发历程，万教授用一句话来形容：“天将降大任于我们。”他说，十几年前，他去全国考察造纸行业废水处理情况，当时造纸厂的黑液都是直接向河流中排放。这让他感到深深的不安并坚信国家一定会控制造纸行业的污染。

　　“面对严重的污染问题，我们意识到要解决造纸污染，必须要有一支高水平、高素质的人才队伍和科研投入，而华南理工大学有全国强的制浆造纸专业、师资队伍和实验室，如果我们不去解决，那还有谁能解决呢？就是这种责任感和使命感促使整个团队团结一心，开始了漫长的研究。”回想起当时的情景，万教授至今仍非常激动。

　　经过前期的探索，从1997年开始，该项目进入小试阶段。团队从山东、湖北、广东等省取来各种纸厂的废水，在实验室做各种各样的实验。针对不同的废水，研究不同的工艺和设备。1998年，项目初见成效，申请了。1999年，项目进入中试阶段。由华南理工大学投资建造设备，在一家年产10万吨的纸厂进行了试验，效果非常好。随后，企业投资，建造了新的设备。

　　也是从1999年，国家开始重视环保，实施了多项排放标准，该成果及相关产品开始逐渐走向市场。这几年，为了更好地使该技术成果转化为生产力，万教授带领着他的年轻的科研团队，本着“建立一套设备，保护一片碧水，造福一方百姓，树立一面旗帜”的理想，不为名不为利，默默辛勤的工作，走遍了全国各地，通过各种方式，使更多的厂家了解、接受这项技术成果。在项目推广初期，团队仅有万金泉教授和马邕文教授两人，但他们兢兢业业、走南闯北，为了节省费用，不管路途多远，一律坐火车, 而且能坐硬座不坐卧铺, 行程数万公里,常常吃5元钱一份的盒饭，住20元一天的旅社。在短短的时间内推广到全国各地数十家造纸厂，获得重大的经济和社会效益。功夫不负有心人，目前，该技术成果已在广东、广西、福建、湖北、山东、河北、黑龙江等省的56家大中型造纸企业的废水处理工程应用。而团队也由初的两人发展到现在的40多人。

　　“十年如一日，其实做研究真的是很辛苦。”团队主要成员王艳老师向记者这样说到。

　　废水处理要有科学的态度

　　近年来，“零排放”的标准在造纸行业中被广泛提出，也有多项工艺号称可以达到“零排放”。但在万教授看来，“零排放”的标准不能轻言。

　　万教授说：“‘零排放’是造纸企业今后要努力的方向，但目前，这样的提法尤其是制定到标准中还不现实。‘零排放’可以实现，但不能一刀切，需要分不同类型的纸厂来对待。比如以废纸为原料的企业，他们的废水污染负荷以及对回用水的要求较低，是可以实现零排放的，我们的技术就已经做到了这一点。但是对于使用麦草、桉木以及白杨等需要蒸煮制浆的企业，实现零排放就有难度，当前看还不现实。而对于全部使用商品浆的企业，零排放则是应该也必须达到的。”

　　针对“零排放”，马邕文教授补充到：“我们的工艺从技术角度可以实现零排放，但实际上，处理的标准越高，纸厂的成本也越高，所以企业终还是会排放一些污水。”

　　而针对现在越来越多的纸业基地不同纸厂废水统一处理的做法，万教授也提出了自己的看法，他认为不同纸厂的废水统一处理的做法是不甚科学的。首先，大面积铺设管道的投资会非常大。其次，每个厂的排放水质和排放量不一样，收费管理等问题很容易引起纠纷。第三也是关键的，由于企业排放废水的不稳定性，水质很容易发生变化，对废水处理设施的冲击将会很大，设备很难正常运转。

　　未来，希望做得更好

　　谈到未来，万教授充满信心，他说：“一方面我们要继续完善工艺技术，另一方面藉此获奖的契机，希望能让该项目得到更好的推广。”

　　针对实践中出现的问题，万教授的团队刚刚开发完成了一套智能控制系统——基于模糊-BP神经网络的嵌入式计算机控制系统，目前该项目的实验工作已经完成并得到了2010年广东省“节能减排”重大科技专项的资助，已有两家造纸企业做新技术的应用示范点。据万教授介绍，这套系统的目的是为了更准确地来预测造纸废水生化深化处理中的曝气量、氮磷添加量及活性污泥回流比等。曝气所需要的电耗占到整个废水处理中电耗的60%以上，该系统可以根据不同废水的特性，预测小的曝气量，实验证明，该系统可节省曝气量20%以上。

　　谈到项目推广，万教授说：“我们对现在的成绩还不满意，应该有更多的更大的企业来使用我们的技术。”据介绍，项目推广不利主要还存在两方面原因，一是团队中大部分成员都是高校教师，平时主要工作在学校的教学、科研中，技术推广的精力有限，也没有专业的销售能力。另一方面，大企业在项目投资时，观念更迷信买国外设备，甚至买中国台湾的也不买大陆的。

　　针对这一现状，万教授肯定地解释说：“国产纸机与国外相比确实有差距，但是水处理的技术与装备，起码是与国外平级的。下一步我们首先要充实团队的力量，争取拿出更多的时间和精力来推广项目。其次，将来计划寻找有实力的专业的大公司合作，以技术为基础，能实现公司化的运作，从而实现更好的发展。”