造紙污泥性質(zhì)的研究

潘美玲 陜西科技大學(xué) 資源與環(huán)境學(xué)院 陜西 西安 （710021）

張安龍 陜西科技大學(xué) 造紙工程學(xué)院 陜西 西安 （710021）

造紙污泥性質(zhì)的研究

潘美玲 陜西科技大學(xué) 資源與環(huán)境學(xué)院 陜西 西安 （710021）

張安龍 陜西科技大學(xué) 造紙工程學(xué)院 陜西 西安 （710021）

分析了造紙污泥的基礎(chǔ)性質(zhì)，包括含水率、有機(jī)物含量、pH值、干污泥中纖維含量、干污泥中灰分含量、干濕污泥中細(xì)菌、干污泥中CHSN含量。結(jié)果顯示，污泥含水率高，有機(jī)物含量大，其中大多是纖維，pH值為中性。污泥中有大量細(xì)菌等微生物，蛋白質(zhì)含量與市政污泥相當(dāng)。此研究為造紙污泥的資源化利用提供理論基礎(chǔ)。

造紙污泥；基礎(chǔ)性質(zhì)；資源化利用

隨著造紙工業(yè)的迅速發(fā)展，造紙工業(yè)也成為中國(guó)污染環(huán)境的主要行業(yè)之一。根據(jù)統(tǒng)計(jì)局環(huán)境統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，2007年我國(guó)5818個(gè)規(guī)模以上造紙及紙制品類企業(yè)污水排放量為42.46億立方米，占全國(guó)工業(yè)總排水量的17.22%,位居第一[1]。造紙工業(yè)水污染治理已成為全社會(huì)關(guān)注的熱點(diǎn)。相對(duì)于GB3544-2001標(biāo)準(zhǔn)，2008年8月1日修訂后的《制漿造紙工業(yè)水污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》(GB3544-2008)中 CODcr、BOD5、SS 指標(biāo)的排放限值降低了大約50%～70%。這使我國(guó)的制漿造紙工業(yè)廢水的處理率和處理深度進(jìn)一步提高,但隨之而來(lái)的是污泥產(chǎn)量急劇增加。造紙廢水處理的污泥產(chǎn)量大,一般是同等規(guī)模市政污水處理廠的5～10倍[2]。如此大量的造紙污泥如不進(jìn)行妥善的處理,將會(huì)造成嚴(yán)重的二次污染。因此,造紙污泥的無(wú)害化處理與處置已成為亟待解決的環(huán)境問(wèn)題。因此，如何經(jīng)濟(jì)合理地處理和利用這些污泥成了人們極為關(guān)心的問(wèn)題。如果改變污泥的廢棄物性質(zhì)，將其作為資源來(lái)加以利用，問(wèn)題便可以妥善解決。資源化是造紙污泥處置的研究方向之一。造紙污泥通常為混合污泥，包括一沉污泥、二級(jí)生化處理污泥，還有一些處理廠含有三級(jí)絮凝污泥。本文研究造紙污泥本身固有的基礎(chǔ)性質(zhì)，為開(kāi)發(fā)這種污泥的資源化利用提供理論支持。

1 材料與方法

1.1 實(shí)驗(yàn)材料

研究使用的造紙污泥來(lái)自陜西西安奧輝紙業(yè)有限公司的污泥濃縮池。

1.2 實(shí)驗(yàn)儀器

烘箱：DHG-9053A型。分析天平：TG-328A型。馬福爐：SRJX-4-9型。XST-2型光學(xué)顯微鏡。S-3400日立掃描電子顯微鏡。德國(guó)CNN-O-Rapid元素分析儀。

1.3 方法

造紙污泥含水率、有機(jī)物及灰分、pH值測(cè)定參照國(guó)家城鎮(zhèn)建設(shè)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)CJ/T221-2005《城市污水處理廠污泥檢測(cè)方法》。

由于本文研究的是未經(jīng)脫水的造紙污泥，污泥基本上呈現(xiàn)液體狀，含水量高，可以直接測(cè)定pH值；但對(duì)于已經(jīng)脫水的造紙污泥，污泥呈固體或半固體，脫水性能比較差，難以通過(guò)離心或過(guò)濾得到上清液，所以用10:1的水土比先得到浸出液，再以pH計(jì)測(cè)定浸出液的pH值來(lái)得到污泥的pH值。分析步驟為：①在實(shí)驗(yàn)室將去離子水煮沸排除二氧化碳，冷卻，制備無(wú)二氧化碳水；②取5g脫水污泥樣于150mL帶塞三角燒瓶中，加蒸餾水50mL，塞好塞子，振動(dòng)0.5h；③混和液倒入離心管，離心10min，取上清液；④用校正過(guò)的pH計(jì)測(cè)定上清液的pH值。

纖維素含量測(cè)定，其原理是污泥粉末在加熱的情況下用醋酸和硝酸的混合液處理，在這種情況下，細(xì)胞間的物質(zhì)被溶解，纖維也分解成單個(gè)的纖維素，木質(zhì)素、半纖維素和其它的物質(zhì)也被除去，淀粉等其他物質(zhì)受到了水解。用水洗滌除去雜質(zhì)后，纖維素在硫酸存在下被重鉻酸鉀氧化成CO2和水，過(guò)剩的重鉻酸鉀用硫酸亞鐵銨滴定，再用硫酸亞鐵銨滴定同量的但是未與纖維素反應(yīng)的重鉻酸鉀。根據(jù)差值可以得出纖維素含量。分析步驟為：①測(cè)定滴定度：用0.1mol/L硫酸亞鐵銨滴定25mL 0.017mol/L的重鉻酸鉀溶液，用去mmol，K=25×0.017/m（單位體積的0.1mol/L硫酸亞鐵銨所能滴定的重鉻酸鉀的量）；②稱取干污泥0.05～0.06g，數(shù)值為 n；③裝入離心管內(nèi)，加入 HNO3和醋酸的混合液5mL(HNO3:醋酸=1:10);④塞住離心管，在沸水中煮沸25min，并定期攪拌；⑤離心，倒去清液，加入蒸餾水離心洗滌沉淀，并洗3次；⑥加入10mL0.083mol/L的重鉻酸鉀溶液和8mL濃硫酸，攪拌均勻，放入開(kāi)水中10min，并定期攪拌；⑦冷卻，倒入錐形瓶中，用少許的蒸餾水沖洗沉淀，滴定3滴試亞鐵銨試劑，用0.1mol/L的硫酸亞鐵銨滴定，用去bmL，顏色由黃色變?yōu)榧t褐色；⑧用0.1mol/L硫酸亞鐵銨單獨(dú)滴定加入8mL濃硫酸和10mL0.083mol/L重鉻酸鉀溶液，用去amL；⑨污泥中纖維素的含量計(jì)算公式：x%=0.675×K（a－b）/n（重鉻酸鉀與纖維素反應(yīng)比為 1：0.675）。

污泥細(xì)菌采用掃描電鏡（SEM）觀測(cè)研究。濕污泥分析步驟為：①取少量新鮮污泥放入4%戊二醛前固定液（用pH值為7.2，0.2mol/L磷酸緩沖液配制）中24h，0.1mol/L磷酸緩沖液清洗3次，每次間隔0.5h；②1%鋨酸（OSO4）后固定，放入 0.1mol/L甘氨酸（PBS）溶液4h；③依次使用30%、50%、70%、90%乙醇各脫水1次，每次間隔15min，再用100%乙醇脫水2次，每次間隔0.5h；④置換：無(wú)水乙醇與醋酸異戊脂比例為1:1、1:2，純醋酸異戊脂各置換0.5h；⑤CPD臨界點(diǎn)干燥，粘臺(tái)，噴金。干污泥直接粘臺(tái)，噴金。

C、H、S、N元素采用元素分析儀測(cè)定。樣品為干污泥，由陜西科技大學(xué)分析中心測(cè)試。

2 結(jié)果與分析

2.1 污泥基礎(chǔ)性質(zhì)

由以上方法測(cè)得污泥含水率為97.69%；干污泥有機(jī)物含量為62.00%，灰分含量為38.00%；pH值為7.2；干污泥纖維含量為38.12%，所有百分含量均為質(zhì)量百分比。由此可知,污泥為中性，其含水率是相當(dāng)大的，污泥灰分含量較小，有機(jī)物中主要是纖維素。

2.1.1 掃描電鏡觀測(cè)污泥中細(xì)菌

本研究?jī)H就濕和烘干污泥中細(xì)菌形態(tài)進(jìn)行掃描電鏡觀測(cè)。圖1和圖2分別是濕污泥中桿狀菌、球狀菌及菌絲分布情況。圖3為105℃干燥結(jié)束后殘留的細(xì)菌尸體。可以看出，干燥可使細(xì)菌蛋白質(zhì)變性死亡，但并不能使細(xì)菌完全分解。

2.1.2 元素分析

表1為造紙污泥中的各元素的含量。從表1可以看出，污泥灰分的C元素和H元素比例較大，主要來(lái)自污泥中纖維素的分解[3]。N含量為3.55%，而蛋白質(zhì)中的含氮量一般認(rèn)為是16%，因此，通過(guò)換算可以認(rèn)為干污泥中蛋白質(zhì)含量約為22.19%。因此造紙污泥中的蛋白質(zhì)含量與城市干污泥中大約22%的蛋白質(zhì)含量[4]相比，差別不大。

由于本文研究選用的麥草漿污泥，其中所含的重金屬含量很少，所以沒(méi)有對(duì)其含量進(jìn)行測(cè)定。

表1 造紙污泥各元素的含量

2.2 資源化利用

2.2.1 混合燃燒

由以上測(cè)試可知，造紙干污泥中有機(jī)物占62.00%，可以采用利用熱能的資源化方法。對(duì)造紙污泥及其灰分的組成元素分析表明，造紙污泥焚燒不會(huì)產(chǎn)生污染環(huán)境的廢氣和廢渣。

2.2.2 制造金屬物脫硝催化劑

造紙污泥由各種微生物以及有機(jī)、無(wú)機(jī)顆粒組成的絮狀物，含碳量高，加入ZnCl2后在惰性(N2和Ar2)環(huán)境下熱解生成一種具有較大比表面積、良好的空間結(jié)構(gòu)、豐富的表面基團(tuán)和很強(qiáng)的吸附能力的炭質(zhì)物,多孔性可使金屬粒子很好地分散其中[5]。因此,污泥可用作催化劑中活性組分的載體來(lái)制備金屬物脫硝催化劑。

2.2.3 制造填料

造紙干污泥中灰分含量為38.0%，其中主要是白土和碳酸鈣可作為填料使用，另外污泥焚燒后的灰也可以用作造紙?zhí)盍?。通過(guò)預(yù)處理、烘干、粉碎和勻質(zhì)工序，使污泥形成細(xì)度均勻、無(wú)雜質(zhì)、無(wú)異味、流動(dòng)性能好的粉末狀態(tài)，其中既保留了有機(jī)和無(wú)機(jī)物的物理性能，又使填充劑安全無(wú)毒[6]。

3 結(jié)論

1）本文分析了造紙污泥基礎(chǔ)性質(zhì)，包括含水率、有機(jī)物含量、pH值、干污泥中纖維素含量、干污泥中灰分含量、濕污泥中C、H、S、N含量。污泥含水率較高，有機(jī)物含量大，其中大多是纖維素，pH值為中性。污泥中有大量細(xì)菌等微生物，且蛋白質(zhì)含量與城市污水處理廠干污泥的含量相當(dāng)。

2）造紙干污泥中有機(jī)物占62.00%，可以采用利用熱能的資源化方法。對(duì)造紙污泥及其灰分的組成元素分析表明，造紙污泥焚燒不會(huì)產(chǎn)生污染環(huán)境的廢氣和廢渣。

3）造紙污泥pH值為7.2，可以用來(lái)改良酸性土壤，使土壤酸度調(diào)節(jié)至適宜植物生長(zhǎng)的pH值范圍。

4）造紙污泥中除P偏低外，有機(jī)質(zhì)與總氮含量明顯高于一般的農(nóng)家肥。因此，農(nóng)業(yè)利用是造紙污泥利用的主要方向之一。本研究中造紙污泥C/N比高，達(dá)到20以上，需要加入調(diào)節(jié)N元素的物質(zhì)，如尿素等。

5）造紙污泥中纖維素的含量較多，表面比較粗糙，并且其比表面積較大，價(jià)格便宜，改性后用作吸附劑也是其資源化利用的方向之一。

[1]陳玉,劉學(xué)文,邢霞,等.蘆葦造紙黑液中木質(zhì)素測(cè)定方法的優(yōu)化[J].廣西輕工業(yè),2010,(10):26-27.

[2]WangT,ZhongW G,WangY H.The technique of comprehensive utilizing of pulping waste water.China Water and Waste water,2004,20(2):34-36.

[3]武書(shū)彬,孔曉英,謝國(guó)輝,等.脫墨污泥的化學(xué)組成與熱解特性分析[J].中國(guó)造紙,2002,21(1):12-14.

[4]王志玉,金宜英,王興潤(rùn),等.城市污水污泥中有機(jī)質(zhì)的資源化技術(shù)綜述[J].中國(guó)給水排水,2007,33(增刊):41-44.

[5]Khalili N.R.,Marta Campbell.Production of micro-and mesoporous activated carbon form paper mill sludge I.Effect of zinc chloride activation.Carbon,2000,38(14):1905～1915.

[6]易浩勇,郭宏偉,虞維平.城市污泥處理與資源化利用[J].能源研究與利用,2005(6):49-52.

Study on the properties and utilization of paper mill sludge

Pan Meiling1,Zhang Anlong2
(1.College of Resource&Environment;2.College of Papermaking Engineering,Shaanxi University of Science&Technology,Shaanxi Xi'an 710021)

Basic propertiesof paper mill sludge were analyzed,including water content,organic material content,pH value,fiber content,ash content in dried sludge,bacteria content in wet and dried sludge,CHSN content in dried sludge.The results show that water content is high,organic material content mostly in the form of fiber is high,pH value is in a neutral level,lots of bacteria in wet and dried sludge,and the protein content is the equivalent of sewage sludge′s.This paper may provide a good basic for study on the utilization of paper mill sludge.

paper mill sludge;basic properties;utilization

2010-11-04