造纸污泥的性质及其资源化利用

田 野

（湖北轻工职业技术学院， 湖北 武汉 430070）

造纸污泥的性质及其资源化利用

田 野

（湖北轻工职业技术学院， 湖北 武汉 430070）

分析造纸污泥的性质，包括含水率、有机物含量、pH值、绝干污泥中纤维含量、绝干污泥中灰分含量、金属元素含量。除此之外，还检测了造纸污泥的热值。综述了国内外造纸污泥资源化利用的研究进展，指出造纸污泥是一种很有利用价值的潜在资源，其资源化利用是解决当前环境污染和资源短缺的途径之一。

造纸污泥 热值 资源化利用 电感耦合等离子体原子发射光谱

造纸工业作为轻工行业的重要组成部分，也是国家的支柱产业之一，在国家、社会和经济生活中发挥着重要的作用。随着科技进步发展，造纸工业近年来在节能减排、清洁生产及环境保护方面取得了较大的进步，但在固体废弃物资源化利用方面的问题却依然比较突出。据统计,造纸工业的固体废弃物每年产生3 800万t以上，其中造纸废水处理每年形成的固体废弃物约1 500万t,废纸脱墨每年形成的固体废弃物约1 500万t。如此大量的造纸污泥如不进行妥善的处理，将会造成二次污染。

《国民经济和社会发展十二五规划纲要》中明确要求 “轻纺行业要强化环保”、“推进大宗工业固体废物的资源化利用，在“十二五”期间使工业固体废物综合利用率达到72%”。因此开展造纸工业大宗固体废弃物的资源化技术的研究与示范，符合国家中长期战略发展的要求，对我国造纸工业可持续健康的发展具有重要意义。

研究造纸污泥固有的一些性质，并就其资源化利用研究状况进行了综述。

1 材料与方法

1.1 试验材料

研究使用的造纸污泥取自山东某造纸企业的终端泥饼。

1.2 试验仪器

烘箱：WMK-02型；分析天平：METTLER AE-200 型；马弗炉：SRJX-4-9 型；电感耦合等离子体原子发射光谱：美国PE公司Optima 2000 DV。

1.3 性质测定方法

造纸污泥含水率、有机物及灰分等测定参照国家城镇建设行业标准CJ/T 221—2005《城市污水处理厂污泥检测方法》进行[1]。

pH 的测定[2]：由于研究的污泥呈固体状态，用10∶1的水污泥比先得到浸出液，再以 pH 计测定浸出液的 pH 值来代表污泥的pH 值。试验步骤：①在实验室将去离子水煮沸排除二氧化碳，冷却，制备不含二氧化碳的水。②取 5 g 脱水污泥样于150 mL具塞三角烧瓶中，加无二氧化碳蒸馏水50 mL，塞好塞子，振动30 min。③混合液倒入离心管，离心 10 min，取上清液。④用校正过的 pH计测定上清液的pH值。

纤维素含量测定：试验步骤①取污泥称重；②将污泥置于孔径Φ150μm圆筛上，用清水清洗，直至洗后液体变清；③将筛上剩余物转移到提前准备好的定量滤纸上，放入105 ℃左右烘箱，烘2 min；④取出放入干燥器，干燥0.5 h，取出称重。

2 污泥的性质

2.1 基本性质

由以上方法测得污泥含水率为51.96%（质量百分比，下同）；干污泥有机物含量为45.60%，灰分含量为 44.40%； pH 值为 7.18；干污泥纤维含量为 13.91%。由此可知，污泥为中性，其含水率是比较大，污泥有机物含量较高，灰分含量较低。

2.2 金属元素含量

样品处理[3]：称取1.000 g经脱水的污泥样品于100 mL三角瓶中样品加少量去离子水湿润，加入20 mL 硝酸∶高氯酸4∶1 混酸盖上玻璃表面皿静置过夜，然后放于电炉加热消解，直至高氯酸白烟尽，样品消化近干，取下冷却，加入1＋1盐酸5 mL用去离子水定容至25 mL摇匀，待测。按同样方法同时做试剂空白。

金属元素含量测定采用我校分析检测中心ICP-AES测定[4]，各元素含量见表1。

表1 各元素含量

2.3 热值

取不同含水率的同一块泥饼，送至取泥企业的热电厂测定热值，数据见表2。

表2 不同含水量的热值

3 造纸污泥资源化利用的研究进展

污泥的处置以“无害化、减量化、资源化”为根本要求。因此，资源化利用污泥既符合政策要求，又将带来巨大的环境效益、经济效益、社会效益。

3.1 土壤改良

试验测得该造纸污泥的pH值为7.18，可以用来改良酸性土壤，使土壤酸度调节至适宜植物生长的 pH值范围。由金属含量可知，重金属含量均低于我国 1984年颁布的《农用污泥污染物控制标准》(GB 4284—1984)，同时含有大量的有机物和对植物生长有益的元素。有研究发现，污泥中含有大量碳酸盐和硅酸盐，尤其是碳酸盐，造纸污泥的加入甚至有助于土壤中重金属元素（尤其是镉和铅）的保留，可避免其迁移到植物中，不会威胁人类食物链，在土壤中施用造纸污泥也可以起到改良土壤的作用[5]。除此之外,研究发现用造纸污泥的地块土壤容重减小,土壤的酸碱度比较稳定,孔隙度增加,易耕作,抵抗腐蚀的能力增加,说明污泥是一种很好的土壤改良剂[6]。

英国 Bridewater 造纸公司早在20世纪90年初已完成了脱墨污泥作为改良土壤组织结构,提高土壤pH值的研究工作,移植蚯蚓后,蚯蚓繁殖很快,这就证明脱墨污泥对蚯蚓无毒害。

Jan H Schut[7]将造纸污泥干燥成颗粒，吸收肥料养分后，分散到土壤中，利用污泥降解缓慢释放养分。造纸污泥也具有很强的水分保持能力，其性能类似于黏土，可以作为土壤覆盖土[8]。

3.2 堆肥利用

造纸污泥除了含有大量的纤维素类有机质外，还含有丰富的氮、磷、钾、钙等多种植物生长所需的无机营养成分，是一种质优价廉的有机肥料。堆肥是利用污泥中的微生物进行发酵的过程[9]。在污泥中加入一定量的膨松剂与调理剂(如秸秆、稻草、木屑或生活垃圾等)利用微生物群落在潮湿环境下的对有机物进行氧化分解并转化为类腐殖质[10]。

林云琴[11]经盆栽试验证明施加堆肥可以增加作物的的生物量，提高土壤肥力。通过重金属测定表明，添加造纸污泥堆肥的土壤，其重金属含量符合标准规定，且作物中的重金属含量远远低于我国蔬菜质量标准规定值。在一定时期内农田施用造纸污泥堆肥不会造成重金属污染。除此之外,林云琴[12]还发现，酸性土壤中添加一定量的造纸污泥堆肥，能起到很好的肥效作用。添加一定量造纸污泥堆肥能有效减缓土壤酸化、增加土壤有机质和有效磷含量，提高土壤质量。

王德汉[13]利用造纸污泥堆肥研制出颗粒状土壤改良剂, 并进行了菜心、玉米盆栽试验及大田玉米试验, 结果表明,土壤改良剂不仅能促进菜心、玉米生长, 提高N、P养分吸收, 而且能降低土壤容重、增加土壤有效磷含量, 有一定的保氮作用,造纸污泥土壤改良剂农业应用不会造成土壤与农产品污染。

3.3 焚烧发电

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[14]。

造纸污泥含有较高的热值,焚烧不仅能“减量化”,而且能消除臭味、杀死病原菌和寄生虫卵、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[15]。

美国Pyro Power公司的Chelian Elaneh zhion[16]采用污泥、废木料、煤等多种燃料燃烧技术,专门设制和使用CBF锅炉(181 t/h);日本Oji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(42 t/h),其余热发电；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kWh),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,但已取一定的进展。浙江板桥集团[17]每天可以焚烧处理1 500 t含水率80%的造纸污泥；孙昕等[18]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。赵长遂等[19]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。

3.4 其他利用方法

其他利用方法包括：利用造纸污泥养蚯蚓[20]；从造纸污泥中提取木质素[21]；使用造纸污泥生产造纸用填料和涂布颜料[22]、生产活性炭和催化剂的炭载体材料[23]、生产高质量建筑材料[24]、生产新型墙体材料[25]、生产非黏土油脂吸附剂或猫宠物盒的填料[26]；利用造纸污泥制砖[27]、制水泥、制备人造沸石[28]、制备沥青复合改性剂[29]、制动物饲料、改性制吸附剂、作填充剂生产防水卷材[30]、作磨浆助剂[31]、气化回收能量[32]、炭化于土壤修复或雪溶化剂、炭化用于甲烷蒸汽反应的催化剂载体[33]；将脱墨污泥中的纤维转化为酒精、葡萄糖和乳酸[34-35]等。

4 结束语

介绍分析了造纸污泥的性质, 包括含水率、有机物含量、pH值、绝干污泥中纤维含量、绝干污泥中灰分含量、金属元素含量。除此之外，还检测了造纸污泥的热值。结果表明，污泥含水率较高，有机物含量大， pH值为中性。根据造纸污泥特性，造纸污泥是一种很有利用价值的潜在资源，其资源化利用是解决当前环境污染和资源短缺的途径之一，其资源化研究的主要方向有土壤改良、堆肥利用、焚烧发电等。

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作者介绍：

田野（1985-） 男 湖北省十堰市人 硕士研究生 助教

Email：tianye861080@126．com

电话: 13212715226

通讯地址:湖北省武汉市洪山区石牌岭东二路5号,湖北轻工职业技术学院

邮编250353

Advances of Paper Sludge Properties and Its Resource Exploitation and Utilization

TIAN Ye

(Hu BeiIndustry Technical College Wu Han 430070)

Some properties of paper sludge were analyzed, including water content, organic material content, pH value, fiber content, ash content and metal content in dried sludge.Besides, net calorific value was detected. In this paper, domestic and abroad research advance of utilization of paper sludge was reviewed and pointed out that paper sludge is the potential resource. Utilization of paper sludge as resource is one of the ways to solve the current shortage of resources and environmental pollution.

paper sludge;calorific value;resource utilization;ICP-AES