造紙行業中環境監測的研究及進展

戴楠珍劉明華（1.福州大學 環境與資源學院， 福建　福州　350108；2.福建省生物質資源化技術開發基地， 福建　福州　350108）

造紙行業中環境監測的研究及進展

戴楠珍1，2劉明華1，2
（1.福州大學 環境與資源學院， 福建福州350108；2.福建省生物質資源化技術開發基地， 福建福州350108）

介紹了造紙廢水對環境和人類的危害。通過介紹各個監測項目的方法和儀器，總結了造紙行業中環境監測的進展。

制漿造紙環境監測測定項目

0　前言

制漿造紙行業在生產過程中產生的廢氣、廢水和廢渣會危害環境，而廢氣和廢渣的污染相對廢水來說影響較小。我國的造紙行業的廢水排放量大，成分復雜、濃度高，有毒物質含量高，而且我國治理工業廢水的水平較低[1]。制漿造紙行業排出的廢水中含有許多有害物質會污染環境，它們是水體污染的主要原因之一，直接或間接的危害人類的健康。

對水溫、色度、pH、生物耗氧量、化學需氧量、總有機碳、總懸浮物、磷和氮含量、可吸附性有機鹵化物、毒性，這些表述廢水污染負荷特征的項目進行測定。

通常造紙廠排出來的水溫都是較高的（特別在夏天的時候）。制漿造紙工業廢水，尤其是漂白硫酸鹽漿廠的廢水呈顯茶褐色（有色廢水常常令人不愉快，進入環境后天然水會著色，水體的透光性減弱，生物的生長受到影響）[2]。在制漿氯漂的過程中，產生多種具有毒性的有機氯化物，而該有機氯化物難以降解，具有致癌、致畸和致突變性，是造紙行業廢水對環境和人類的主要危害[3]。因此可吸附性有機鹵化物，作為全面反映廢水中的各種有機氯化物含量的參數，可反映廢水中污染物的毒性。

對造紙廢水進行環境監測為的是準確、及時、全面地反映環境質量現狀及發展趨勢，為污染源控制、環境管理、環境規劃等提供科學依據[4]。隨著科技的進步，污染的加劇，以往的監測技術和儀器已經不能滿足人們的需要了，相關人員開始從各方面進行研究，力圖改進監測的技術和儀器，從而降低造紙行業對于人類和環境的危害。

1　監測項目

1.1懸浮物的測定

在污水監測中懸浮物監測是一個很重要的項目，目前采用的檢測方法是重量法。劉寶平等[5]在測定高濃度造紙廢水的懸浮物時，先對水樣進行必要的稀釋，再將水樣懸浮物濃度稀釋至300~600 mg/L，然后用絮凝沉淀法處理水樣。這樣將大大縮短測定時間，提高效率，減小測定誤差。

1.2總有機氯化物（AOX）監測

早期測定水中的總有機鹵化物（TOX）方法主要是三個步驟:濃縮、有機鹵化物轉化成無機鹵、鹵離子測定[6]。

王潔等[7]根據典型的制漿漂白廢水特點，在測定TOX方法的基礎上，建立了可以測定AOX方法:水樣經過硝酸酸化，水樣中有機化合物經活性炭吸附，再用NaNO3溶液洗滌分離出無機鹵化物，將吸附了有機物的活性碳置于氧氣流之中燃燒熱解，最后運用微庫侖法來測定鹵化氫的質量濃度，該過程只需30 min。

同時歐陸科儀公司生產出可以分析大多數樣品中的有機氯化物的有機氯化物檢測儀，儀器操作簡單，分析快速準確，數據自動分析[8]。

1.3硫化物的測定

多年來對造紙廢水中測定硫化物一直采用醋酸鋅-過濾-碘量法，不過其測定值嚴重偏高。后來用酸化吹氣前處理來替代沉淀-過濾的前處理，使測定誤差大大減小。過濾-酸化-吹氣或酸化-吹氣-過濾前處理是使造紙廢水在pH8~12時與醋酸鋅生成硫酸鋅沉淀，再通過過濾除去溶水性還原物質的干擾[9]。

吳明智[10]改進了樣品的預處理過程，利用用HS-4硫化物的預處理儀和酸化-吹氣方法進行測定，靈敏度很高，有很好的重現性和穩定性。

1.4二惡英的測定

造紙行業是主要產生二惡英的六大行業之一，但目前我國對于制漿造紙行業中二惡英的各種情況還不甚了解。

二惡英的常規測定方法是高分辨氣相色譜-高分辨質譜（HRGC-HRMS）法。該法的前處理復雜，費時、費力且需要高水平專業實驗室，也要求操作人員是專業人士。美國已研究出的EPA 4405、4425、4435方法和日本的10 種二惡英生物檢測方法可快速對二惡英進行檢測。周志廣等[11]研究開發了一種專門為生物檢測法設計的前處理儀器（SPD-600），建立了一種新型酶聯免疫系統(DXS-600)測定二惡英的方法，聯合SPD-600和DXS-600可作為二惡英的快速篩查方法。這些都為造紙行業中的二惡英監測提供了依據。

1.5COD的測定

化學需氧量（COD）是度量廢水中還原性物質的重要指標。重鉻酸鉀法是它的標準測定方法，但該法測定CODCr的回流時間是2 h。對于單個水樣來說，從取樣分析到報出數據，至少需要3 h，就會滯后公司的內部監測管理；且在測定過程中需要消耗較多清水。

南紙公司的環保機構和專職人員將低濃度廢水和高濃度廢水經過適當的稀釋后，測定其CODCr值采用的是0.5 h的回流時間，其相對標準方法的2 h回流時間的相對誤差在0%～3.6%之間。這不僅可以提高監管效率還可節省大量的清水和電能[12]。

除此之外寧夏的環保部門在16家造紙企業還安裝了COD自動在線監測裝置[13]。

1.6腐蝕性氣體的監測

現代的自動化控制系統，例如:SIEMENS、HONEYWELL、METSO生產的DOS、MCC及傳動控制系統等，已經在制漿造紙行業廣泛應用。不過在防火、防潮、防振、防塵及防漏電等性能上，盡管系統制造商已經進行過精心設計并采取有效防護措施，然而所有制漿造紙生產企業的電氣設備仍然受到腐蝕性氣體的腐蝕威脅。

空氣污染程度的實時監測可以經由即時監測儀獲得，且監測到的腐蝕性氣體濃度范圍在十億分之一內。Purafl公司（美國）生產的Onguard 3000型腐蝕氣體監測儀是此類中最為先進的儀表，在監測腐蝕狀況的同時還可檢測環境的相對濕度、溫度。

國際上被動監測技術大多采用的是銅質測試片檢測腐蝕狀況。不過由于銅對一些主要的腐蝕氣體如:SO2、Cl2、NOX等敏感性較差，因此Purafil公司率先將銀質測試片與銅質測試片聯合使用，這樣腐蝕氣體狀況就可以得到全面監測[14]。

1.7生物監測

我國工業廢水排放的管理和監督如今主要是以理化監測為主，但是理化分析不能反映出水污染源對于水中受害生物的綜合毒害強度的實際情況。

王霞等[15]通過研究發現在制漿造紙廢水中最為靈敏的檢測方法是發光細菌毒性試驗法，且發光細菌可以作為制漿造紙廢水的最適試驗生物；采用生物毒性監測再配合理化監測方法來監測水污染源排放的廢水，對污染物對于水生態環境的實際影響能有更加深刻了解。

1.8其他監測

張玉華等[16]自主研發了一套Zeta 電位實時在線測定系統。該系統是利用流動電位法測定廢水中Zeta電位的裝置，運用WInCCD和PLC搭建的基于Zeta電位的裝置，能夠實時采集和顯示廢水處理中的Zeta電位值和各指標。該系統運用于造紙廢水中，實現了污水處理過程中的Zeta 電位實時在線檢測，絮凝工段絮凝劑的投放量得到優化，運行成本也降低了，造紙中段廢水的處理效果得以提高，后續工段處理壓力亦減輕了。該系統能夠自動取樣、實時在線監測絮凝工段的Zeta 電位值、反應靈敏。

除了對廢水、廢氣進行監測，造紙行業的生產環節也需進行監測，只有各個環節都保證符合標準，才能實現安全生產，提高經濟效益、社會效益，從各方面減輕對環境的危害。

儲存的造紙纖維原材料，因為堆垛內部熱量積聚會使溫度升高，一旦達到纖維燃點時便會自燃引發火災，損失極大。通過半導體熱敏電阻的測溫裝置，對大多數的物質實現進行現場測溫或一定范圍的遙測，以避免火災的發生[17]。

不僅如此，從造紙廠紙機熱輥表面溫度、壓縮空氣和蒸汽動力系統的管路溫度、紙張烘干溫濕度及通風控制、紙張存儲溫濕度再到制漿廢水生化處理，對環境和設備的溫濕度實時監控等是非常重要。陳宇等[18]研制了一種穩定性高、精度高、成本低且實用的分布式溫濕度監控系統。該系統利用數字溫濕度傳感器DS l8820/HS l101實現對溫濕度信號的采集，再通過單片機對現場恒溫、通風設備等的開關驗證，證實該系統的準確性和檢測精度高。系統的硬件結構簡單，有較高的測量精度，方便擴展，方便實現多檢測點、遠距離檢測和數據傳輸。

水分測定不僅可減少總生產費用，還可進一步提高制漿過程到紙機作業的各個生產階段質量控制。利用輕便水分計就可以有效對紙張縱橫向濕度問題的進行測量。快速掃描水分計較新型，運用了一個多傳感器系列和電子掃描技術［19］。

于曉明[20]利用過程軟測量算法，綜合考慮造紙過程中影響水分的各種因素，設計出造紙過程紙張水分軟測量的虛擬儀器。該儀器的測量精度高；實現對六種參數的在線測量，能夠一機多用，操作簡單。

Gavlebukten紙廠（瑞典），利用艾默生Emerson）過程管理智能無線電導率和溫度送變器，收集了關鍵的泄漏檢測數據，以檢驗公司的排放是否符合環境監測法的要求。因為小的內部泄露就有導致危險化學品排放到當地環境中的風險。該連續監測系統建立在曝氣池和氧化塘的排放處，同時該系統還可確定在主生產過程中兩個木片蒸煮器插入式過濾器的溫度[21]。

潘豐等[22]建立了PROFIBUS現場總線技術，能夠監測造紙過程中的水汽電復合。利用該系統控制全廠的供水、供電、供汽系統，使運行和管理進入了全自動化和定量化的階段，同時做到了負荷能耗的獨立核算，進行故障分析時有據可查，避免了以往人工抄表造成的不準確和誤時，消除了高溫高空環境作業潛藏的危險，全方位實現信息共享。

2 結束語

從上述對各個污染物和生產環節的監測可以看出:

（1）造紙行業中的環境監測自動化程度提高，可以實現遠程監控和虛擬監控。

（2）能夠實現一機多用，并將儀器與計算機聯合使用。

（3）操作趨于快速輕便，效率提高，數據傳輸方便。

（4）實現實時連續監測，且精確度較高。

（5）監測項目增加，從前主要只是對COD、懸浮物等傳統監測項目進行檢測，如今也進行二惡英、腐蝕性氣體和生物毒性的監測。

隨著計算機的發展，科學的進步，人們對環境的逐步關注，在保證監測的代表性、完整性、可比性、精密性、準確性的要求下，監測儀器定會越來越方便人們使用，測定結果準確度越來越高，監測過程省時、省力，監測成本降低，實現綠色監測。

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聯系郵箱：625570502@qq.com

劉明華，mhliu2000@fzu.edu.cn

戴楠珍（1990-）女在讀研究生研究方向為環境監測。