制漿造紙工業空氣污染問題與應對策略研究

吝軍偉

(西南交通大學環境科學與工程學院 四川 成都 610031)

0 引言

現代化背景下,我國人口增長速度較快,城市化發展進程也十分快速,紙張生產以及需求也隨之提升,制漿造紙工業和我國國民經濟發展以及社會文明程度存在一定的關聯,紙張生產水平和和消費水平也正在不斷發展,促進了我國基礎經濟建設發展。根據相關調查研究發現顯示,受到資源、環境、效益等方面的限制,制漿造紙工業技術進步較快,朝著高效率、高質量、高效益的現代化方向所轉變,但是其中還存在著一定的污染問題,進一步提升環境保護意識,解決現階段我國制漿造紙企業發展過程中存在的環境污染問題,是制漿造紙廠需要關注的重點內容。

1 制漿造紙工業空氣污染現狀

在制漿造紙廠中,污染空氣的主要因素有高毒性的硫化物以及易揮發的有機物。根據美國環保局調查發現,平均每年造紙廠產生大約170噸的二甲腈硫醚,以及280噸的甲醇氣體。2006年,美國制漿造紙工業生產的有害廢棄物達到了100噸,其中就包括高毒性的硫化物以及易揮發的有機物。根據相關研究顯示,加拿大造紙廠排放氣體中還有0.92%的高毒性硫化物,2%的揮發性有機物,7.9%的懸浮離子,3.2%的氮氧化物以及4.2%的二氧化硫。我國2009年制漿造紙工業廢氣排放總量在6200億立方米,2010年為7800億立方米,相較增長了27%左右;2009年,二氧化硫總排放量達到了46噸,2010年增長了12%,排放二氧化硫數量大約為50萬噸,燃料燃燒廢氣排放量高達50萬噸,占總量的99%左右,煙塵排放量為20萬噸,較上年增長了2%,粉塵排放量呈現下降趨勢,2009年排放量為7500噸,2010年減少至5000噸[1]。根據相關調查研究分析顯示,平均我每年我國廢氣治理設備的費用也在逐漸增多,這也表明了現階段人們已經提升了對制漿造紙工業廢氣污染問題的重要認識,根據相關數據顯示,制漿造紙工業廢氣排放形式較為嚴峻,相關單位和企業需要對此問題提起高度重視,嚴格控制造紙空氣污染問題。

2 制漿造紙工業空氣污染問題及危害

2.1 惡臭氣體

對人們嗅覺感官造成刺激、使得人們產生不愉快心理或者對生活環境造成破壞的氣體,被稱為惡臭氣體。惡臭污染對人們的感官刺激較強,很容易令人產生厭惡的感覺,臭氣中含有部分有害物質,對人體的健康會造成嚴重污染,造紙工業中惡臭污染的產生與化學法制漿生產工藝存在緊密聯系。比如,硫酸鹽制漿過程中會應用氫氧化鈉以及硫化鈉氣體,亞硫酸鹽法添加亞硫酸以及亞硫酸氫根離子,都是惡臭氣體的來源[2]。惡臭氣體主要存在蒸煮放氣、多效蒸發器不凝氣以及堿回收爐排氣過程之中,主要包括二氧化硫、硫化氫、甲硫醇以及二氧基硫化物等,二氧化硫具有較強的窒息性,硫化氫具有較強的腐蛋味,亞硫酸具有爛洋白菜臭味,二甲基二硫化物具有爛蔬菜的硫化物臭味,這些污染氣體均無顏色。一般來說,硫化物氣體中含量最高的是硫化氫,然而制漿造紙工藝中將反應過程中的含堿量,使得硫化氫反應過程中,硫化物經甲基化形成甲硫醇,甲硫醇具有弱酸性的特征,因此,更容易出現氣化現象,雖然二甲基硫醇的氣化現象較為嚴重,但仍需要進行進一步的甲基化,導致其生長速度較緩?；诖?制漿造紙工業中,甲硫醇是硫化物惡臭氣體中的重要組成內容,制漿造紙廠排放出的惡臭氣體對環境造成了嚴重的污染,與此同時,也影響著人們的身體健康。根據相關研究顯示,患者與甲硫醇接觸之后,會出現咽部不適,聲嘶胸悶咳嗽以及氣急等癥狀,與此同時,還存在眼痛流淚,短暫記憶喪失的情況,嚴重的會造成臟器損害,空氣中二氧化硫含量的增加,導致女性患肺癌的幾率上升,除此之外,部分制漿廠利用臭氧等氣體作為漂白劑,漂白氣體具有較強的刺激,刺激性并且很容易感染慢性疾病,增加了工人感染呼吸道癥狀的疾病風險,長期與臭氧接觸會造成哮喘問題,增加支氣管疾病發病率,持續性的對支氣管造成損傷。

2.2 揮發性有機物

揮發性有機物被世界衛生組織定義為可以被固體吸附劑吸附的物質,低沸點在50～100度,高沸點在240～260度的有機化合物,制漿造紙行業中,化學制漿漂白和廢水處理的過程是揮發性有機物產生的主要來源,主要包括醇類、酚類、丙酮、氯甲烷等,甲醇是制漿造紙廠的主要揮發性有機物來源,美國國家對大氣以及河流改善過程中,分析了制漿造紙廠排放的揮發性有機物。根據具體結果顯示,甲醇是其中主要的有害污染物,研究人員在造紙廠熔融物溶解劑清洗器通風口處氣體檢查的過程之中,發現甲醇平均濃度范圍在10到1200mg/kg,除此之外,從造紙車間真空泵出水口造紙工廠辦公區中都檢驗出了有機物,包括苯、甲苯、乙苯等工業廢紙分揀處,還檢測出高達四種的烷烴類有機污染物,揮發性有機物可以增加流層臭氧含量,導致平流層臭氧含量降低[3]。除此之外,揮發性有機物會造成人體機體免疫功能失衡,對人的中樞神經系統嚴重影響,不僅如此,人還會出現頭暈頭痛、昏睡、胸悶等癥狀,對其消化系統造成嚴重影響,導致人出現食欲減退,惡心嘔吐的癥狀,嚴重的會造成人的肝以及造血功能受損,導致變態反應產生?；诖?對制漿造紙廠排放氣體中揮發性有機物排放的情況進行控制,是制漿造紙廠需要關注的重點內容。

2.3 懸浮顆粒物

一般來說,懸浮顆粒物是以固體或者微小顆粒兩種形式存在氣體介質中的分散膠體,固體顆粒物又被分為灰塵、煙、煤煙和煙霧,鍋爐燃煤煙霧影響空氣的質量,煤不完全燃燒會造成煙以及煤煙的產生。我國制漿造紙工業的主要能源就是煤,對大氣環境污染嚴重,制漿造紙廠懸浮粒子主要是備料時的粉塵以及堿回收爐和石灰窯造成的煙塵[4]。堿回收爐以及熔融物溶解排放出的懸浮粒子主要包括鈉鹽、石灰窯中的是鈣鹽,這些粒子在制漿造紙廠排放煙氣灰塵中,吸附在其他固體顆粒上,這些顆粒被人體吸入,造成局部支氣管通氣功能下降,細支氣管以及肺泡換氣功能受到損害,懸浮顆粒物中,粒徑在2.56m 的細顆粒被稱為pm2.5pm2.5會引發呼吸系統疾病,對心肺功能造成影響,增加肺癌患病幾率。

2.4 溫室氣體

二氧化碳、甲烷、一氧化二氮都是溫室氣體的主要來源,制漿造紙工業中,溫室氣體排放的主要因素是固定燃燒設備以及常見內移動運輸等生產輔助設備,這些設備化石燃料燃燒造成溫室氣體的產生。除此之外,配漿化學試劑添加中的過程中,也會直接排放溫室氣體,電力熱力也會造成溫室氣體的排放。2010年,我國已經成為溫室氣體排放的重要大國,制漿造紙工業中二氧化碳排放量占我國工業總排放量的2.3%,是輕工業中溫室氣體排放的主要來源,與此同時,全國紙和紙板的需求和生產正在逐年增加,這也就說明了制漿造紙工業溫室氣體排放量也會隨之上升,導致環境負擔加重[5]。基于此,造紙廠排放控制對全球碳排放量減少有重要的意義。

3 制漿造紙工業空氣污染問題應對策略

3.1 污染物治理

污染物治理可以利用吸附法、機械法、光催化降解法以及生物法等四種形式。首先,吸附法主要是借助多孔性固體吸附劑,對氣體混合物進行處理,將其中一種或者幾種組分吸附在固體表面,具有效率高、操作簡單的特點,一般用于制漿造紙工業?？諝庵袚]發性有機物的處理過程之中,常用的吸附劑主要有活性炭、活性氧化鋁、沸石分子篩以及硅膠。其次機械法,制漿造紙工業中備料時會造成粉塵的問題發生,此時主要利用機械法對其進行去除,旋風除塵器的除塵效率較高、堿回收爐石灰窯的煙塵主要利用電除塵器進行去除,效率十分高。第三,光催化降解法,半導體光催化技術的發展速度較快,電光催化降解法對制漿造紙工業空氣污染進行治理,有巨大的潛能,銳鈦礦型納米TIO2就是較為良好的光催化劑,對有機化合物能夠引有效進行降解,針對其處理后形成的無毒產物,不需要再進行處理[6]。低溫情況下,也可以利用光催化劑進行太陽能輻射,可以增加其反應,減少能源損耗,可以同時完成吸附劑再生以及吸附有機物降解,減少熱法再生增加的吸附劑損耗。最后,生物法,生物過濾法主要是利用生物膜的形式,在多孔濾料上的微生物進行固定,對空氣中污染物進行代謝濾料裝填,在生物濾塔中形成氯氣,氣流在濾床經過時,污染物可以從氣體中轉移到生物膜層上,然后被微生物代謝。近年來,生物過濾法是將造紙工業中應用較為廣泛的方式,對廢氣排放進行了有效控制。

3.2 生產技術防治

生物技術控制可以應用生物質能源、造紙工藝改進以及其他方式。首先,生物質能源是利用植物的光合作用,轉化過程將二氧化碳以及水生成能源,物質能源使用過程中排放出二氧化碳和水,形成二氧化碳的循環排放,減少二氧化碳的凈排放量,減少溫室效應發生的可能性,制漿造紙工藝平均每年需要損耗大量的木材,與此同時,就有許多生物廢物的產生?；诖?想要促進生物質轉化能源,就需要減少對使用能源的使用,降低化石燃料中二氧化碳,排放進一步保障環境發展。其次,造紙工藝改進需要使用納米材料,減少溫室氣體排放,使用漂白亞硫酸漿和損紙漿的混合漿以及漂白化學機械漿進行研究,在其抄造紙張上涂抹納米復合涂層,相較于傳統過程,相比二氧化碳排放量獲得了有效減少[7]。最后,除了上述的生物質能源可以使用天然氣代替燃料油,減少二氧化碳,二氧化硫的排放總量,減少溫室效應以及土壤酸化問題的產生,減少土地富營養化。

4 結束語

總而言之,現代化背景下,空氣污染問題已經成為國內外和相關研究學者關注的重點問題,空氣污染嚴重影響人類生存的環境質量,造紙工業環境污染問題也引起相關企業單位的高度重視,然而,制漿造紙廠空氣污染情況卻未能得到相應重視。基于此,需要積極展開對制漿造紙工業空氣污染問題的研究和科學治理,本文對國內外制漿造紙工業中空氣污染現狀以及其危害進行重點介紹,并提出了相關的解決措施,希望可以減少制漿造紙廠氣體污染物的排放,科學治理空氣中污染物的問題。