制浆造纸工业空气污染问题与应对策略研究

吝军伟

(西南交通大学环境科学与工程学院 四川 成都 610031)

0 引言

现代化背景下,我国人口增长速度较快,城市化发展进程也十分快速,纸张生产以及需求也随之提升,制浆造纸工业和我国国民经济发展以及社会文明程度存在一定的关联,纸张生产水平和和消费水平也正在不断发展,促进了我国基础经济建设发展。根据相关调查研究发现显示,受到资源、环境、效益等方面的限制,制浆造纸工业技术进步较快,朝着高效率、高质量、高效益的现代化方向所转变,但是其中还存在着一定的污染问题,进一步提升环境保护意识,解决现阶段我国制浆造纸企业发展过程中存在的环境污染问题,是制浆造纸厂需要关注的重点内容。

1 制浆造纸工业空气污染现状

在制浆造纸厂中,污染空气的主要因素有高毒性的硫化物以及易挥发的有机物。根据美国环保局调查发现,平均每年造纸厂产生大约170吨的二甲腈硫醚,以及280吨的甲醇气体。2006年,美国制浆造纸工业生产的有害废弃物达到了100吨,其中就包括高毒性的硫化物以及易挥发的有机物。根据相关研究显示,加拿大造纸厂排放气体中还有0.92%的高毒性硫化物,2%的挥发性有机物,7.9%的悬浮离子,3.2%的氮氧化物以及4.2%的二氧化硫。我国2009年制浆造纸工业废气排放总量在6200亿立方米,2010年为7800亿立方米,相较增长了27%左右;2009年,二氧化硫总排放量达到了46吨,2010年增长了12%,排放二氧化硫数量大约为50万吨,燃料燃烧废气排放量高达50万吨,占总量的99%左右,烟尘排放量为20万吨,较上年增长了2%,粉尘排放量呈现下降趋势,2009年排放量为7500吨,2010年减少至5000吨[1]。根据相关调查研究分析显示,平均我每年我国废气治理设备的费用也在逐渐增多,这也表明了现阶段人们已经提升了对制浆造纸工业废气污染问题的重要认识,根据相关数据显示,制浆造纸工业废气排放形式较为严峻,相关单位和企业需要对此问题提起高度重视,严格控制造纸空气污染问题。

2 制浆造纸工业空气污染问题及危害

2.1 恶臭气体

对人们嗅觉感官造成刺激、使得人们产生不愉快心理或者对生活环境造成破坏的气体,被称为恶臭气体。恶臭污染对人们的感官刺激较强,很容易令人产生厌恶的感觉,臭气中含有部分有害物质,对人体的健康会造成严重污染,造纸工业中恶臭污染的产生与化学法制浆生产工艺存在紧密联系。比如,硫酸盐制浆过程中会应用氢氧化钠以及硫化钠气体,亚硫酸盐法添加亚硫酸以及亚硫酸氢根离子,都是恶臭气体的来源[2]。恶臭气体主要存在蒸煮放气、多效蒸发器不凝气以及碱回收炉排气过程之中,主要包括二氧化硫、硫化氢、甲硫醇以及二氧基硫化物等,二氧化硫具有较强的窒息性,硫化氢具有较强的腐蛋味,亚硫酸具有烂洋白菜臭味,二甲基二硫化物具有烂蔬菜的硫化物臭味,这些污染气体均无颜色。一般来说,硫化物气体中含量最高的是硫化氢,然而制浆造纸工艺中将反应过程中的含碱量,使得硫化氢反应过程中,硫化物经甲基化形成甲硫醇,甲硫醇具有弱酸性的特征,因此,更容易出现气化现象,虽然二甲基硫醇的气化现象较为严重,但仍需要进行进一步的甲基化,导致其生长速度较缓。基于此,制浆造纸工业中,甲硫醇是硫化物恶臭气体中的重要组成内容,制浆造纸厂排放出的恶臭气体对环境造成了严重的污染,与此同时,也影响着人们的身体健康。根据相关研究显示,患者与甲硫醇接触之后,会出现咽部不适,声嘶胸闷咳嗽以及气急等症状,与此同时,还存在眼痛流泪,短暂记忆丧失的情况,严重的会造成脏器损害,空气中二氧化硫含量的增加,导致女性患肺癌的几率上升,除此之外,部分制浆厂利用臭氧等气体作为漂白剂,漂白气体具有较强的刺激,刺激性并且很容易感染慢性疾病,增加了工人感染呼吸道症状的疾病风险,长期与臭氧接触会造成哮喘问题,增加支气管疾病发病率,持续性的对支气管造成损伤。

2.2 挥发性有机物

挥发性有机物被世界卫生组织定义为可以被固体吸附剂吸附的物质,低沸点在50～100度,高沸点在240～260度的有机化合物,制浆造纸行业中,化学制浆漂白和废水处理的过程是挥发性有机物产生的主要来源,主要包括醇类、酚类、丙酮、氯甲烷等,甲醇是制浆造纸厂的主要挥发性有机物来源,美国国家对大气以及河流改善过程中,分析了制浆造纸厂排放的挥发性有机物。根据具体结果显示,甲醇是其中主要的有害污染物,研究人员在造纸厂熔融物溶解剂清洗器通风口处气体检查的过程之中,发现甲醇平均浓度范围在10到1200mg/kg,除此之外,从造纸车间真空泵出水口造纸工厂办公区中都检验出了有机物,包括苯、甲苯、乙苯等工业废纸分拣处,还检测出高达四种的烷烃类有机污染物,挥发性有机物可以增加流层臭氧含量,导致平流层臭氧含量降低[3]。除此之外,挥发性有机物会造成人体机体免疫功能失衡,对人的中枢神经系统严重影响,不仅如此,人还会出现头晕头痛、昏睡、胸闷等症状,对其消化系统造成严重影响,导致人出现食欲减退,恶心呕吐的症状,严重的会造成人的肝以及造血功能受损,导致变态反应产生。基于此,对制浆造纸厂排放气体中挥发性有机物排放的情况进行控制,是制浆造纸厂需要关注的重点内容。

2.3 悬浮颗粒物

一般来说,悬浮颗粒物是以固体或者微小颗粒两种形式存在气体介质中的分散胶体,固体颗粒物又被分为灰尘、烟、煤烟和烟雾,锅炉燃煤烟雾影响空气的质量,煤不完全燃烧会造成烟以及煤烟的产生。我国制浆造纸工业的主要能源就是煤,对大气环境污染严重,制浆造纸厂悬浮粒子主要是备料时的粉尘以及碱回收炉和石灰窑造成的烟尘[4]。碱回收炉以及熔融物溶解排放出的悬浮粒子主要包括钠盐、石灰窑中的是钙盐,这些粒子在制浆造纸厂排放烟气灰尘中,吸附在其他固体颗粒上,这些颗粒被人体吸入,造成局部支气管通气功能下降,细支气管以及肺泡换气功能受到损害,悬浮颗粒物中,粒径在2.56m 的细颗粒被称为pm2.5pm2.5会引发呼吸系统疾病,对心肺功能造成影响,增加肺癌患病几率。

2.4 温室气体

二氧化碳、甲烷、一氧化二氮都是温室气体的主要来源,制浆造纸工业中,温室气体排放的主要因素是固定燃烧设备以及常见内移动运输等生产辅助设备,这些设备化石燃料燃烧造成温室气体的产生。除此之外,配浆化学试剂添加中的过程中,也会直接排放温室气体,电力热力也会造成温室气体的排放。2010年,我国已经成为温室气体排放的重要大国,制浆造纸工业中二氧化碳排放量占我国工业总排放量的2.3%,是轻工业中温室气体排放的主要来源,与此同时,全国纸和纸板的需求和生产正在逐年增加,这也就说明了制浆造纸工业温室气体排放量也会随之上升,导致环境负担加重[5]。基于此,造纸厂排放控制对全球碳排放量减少有重要的意义。

3 制浆造纸工业空气污染问题应对策略

3.1 污染物治理

污染物治理可以利用吸附法、机械法、光催化降解法以及生物法等四种形式。首先,吸附法主要是借助多孔性固体吸附剂,对气体混合物进行处理,将其中一种或者几种组分吸附在固体表面,具有效率高、操作简单的特点,一般用于制浆造纸工业。空气中挥发性有机物的处理过程之中,常用的吸附剂主要有活性炭、活性氧化铝、沸石分子筛以及硅胶。其次机械法,制浆造纸工业中备料时会造成粉尘的问题发生,此时主要利用机械法对其进行去除,旋风除尘器的除尘效率较高、碱回收炉石灰窑的烟尘主要利用电除尘器进行去除,效率十分高。第三,光催化降解法,半导体光催化技术的发展速度较快,电光催化降解法对制浆造纸工业空气污染进行治理,有巨大的潜能,锐钛矿型纳米TIO2就是较为良好的光催化剂,对有机化合物能够引有效进行降解,针对其处理后形成的无毒产物,不需要再进行处理[6]。低温情况下,也可以利用光催化剂进行太阳能辐射,可以增加其反应,减少能源损耗,可以同时完成吸附剂再生以及吸附有机物降解,减少热法再生增加的吸附剂损耗。最后,生物法,生物过滤法主要是利用生物膜的形式,在多孔滤料上的微生物进行固定,对空气中污染物进行代谢滤料装填,在生物滤塔中形成氯气,气流在滤床经过时,污染物可以从气体中转移到生物膜层上,然后被微生物代谢。近年来,生物过滤法是将造纸工业中应用较为广泛的方式,对废气排放进行了有效控制。

3.2 生产技术防治

生物技术控制可以应用生物质能源、造纸工艺改进以及其他方式。首先,生物质能源是利用植物的光合作用,转化过程将二氧化碳以及水生成能源,物质能源使用过程中排放出二氧化碳和水,形成二氧化碳的循环排放,减少二氧化碳的净排放量,减少温室效应发生的可能性,制浆造纸工艺平均每年需要损耗大量的木材,与此同时,就有许多生物废物的产生。基于此,想要促进生物质转化能源,就需要减少对使用能源的使用,降低化石燃料中二氧化碳,排放进一步保障环境发展。其次,造纸工艺改进需要使用纳米材料,减少温室气体排放,使用漂白亚硫酸浆和损纸浆的混合浆以及漂白化学机械浆进行研究,在其抄造纸张上涂抹纳米复合涂层,相较于传统过程,相比二氧化碳排放量获得了有效减少[7]。最后,除了上述的生物质能源可以使用天然气代替燃料油,减少二氧化碳,二氧化硫的排放总量,减少温室效应以及土壤酸化问题的产生,减少土地富营养化。

4 结束语

总而言之,现代化背景下,空气污染问题已经成为国内外和相关研究学者关注的重点问题,空气污染严重影响人类生存的环境质量,造纸工业环境污染问题也引起相关企业单位的高度重视,然而,制浆造纸厂空气污染情况却未能得到相应重视。基于此,需要积极展开对制浆造纸工业空气污染问题的研究和科学治理,本文对国内外制浆造纸工业中空气污染现状以及其危害进行重点介绍,并提出了相关的解决措施,希望可以减少制浆造纸厂气体污染物的排放,科学治理空气中污染物的问题。