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戴红旗:造纸用水可以无限循环
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http://www.yimeilaxin.com  2019-05-10 《中国科学报》 (2019-05-07 第7版 生态环境)

  “将来生产一吨纸可能只需用水2立方米,只要膜分离技术运行成本得到合理控制,通过反渗透技术将造纸生产过程中产生(带入)的无机盐电解质脱除,造纸过程用水甚至可以实现无限循环!”近日,南京林业大学轻工与食品学院教授戴红旗获评首届“水杉奖教金科研之星”称号,他的科学研究及其应用也愈发受人关注。

  专注造纸清洁生产技术

  戴红旗大学毕业后一直从事造纸湿部化学与清洁生产技术方面的研究,迄今已超过30年。在他的回忆里,一次近距离接触造纸生产的过程,触发了他改变和提升传统造纸理念的想法。2001年,戴红旗前往山东晨鸣纸业股份有限公司从事博士后研究工作(国内首家造纸专业博士后工作站)。他发现,胶东半岛是一个水资源特别缺乏的地区,工业用水主要来自地下水。

  由于生产上长期使用硬度很高的地下水,造纸过程中,不仅纸料中细小纤维的留着率很低,而且造纸湿部系统胶黏物与沉积物干扰特别严重,就像家中浴缸的污垢。长此以往,要保证纸张质量,一吨纸消耗新鲜水量非常大。由此,开发高效的助留助滤系统及白水循环回用就成为了戴红旗的博士后研究项目。

  结合多年的专业所学与研究积累,他与工厂技术研发人员一起研发了一种“聚硅酸盐纳米硅溶胶微粒助留系统”。该助留系统的应用不仅节约了造纸原材料的使用,也大大减少了造纸新鲜水用水量,吨纸耗水量由当初的60立方米降到20立方米,同时也延长了造纸湿部系统的使用年限,收获了很好的经济效益。该项目成果在2005年获得山东省轻工业科技进步奖一等奖。随着该项技术在当地造纸厂的逐步应用,戴红旗的科研目标也变得愈发坚定。

  “造一吨纸节约几块钱原材料还不如节约几吨水!”戴红旗说。2007年,我国经济发展由粗放型步入节约型的清洁生产阶段。对于造纸行业,在节约用水的同时,如何尽量减少造纸生产过程中污染物的产生及对环境的影响,成为了当时亟待解决的问题。戴红旗继续埋头实验室创新,开始了他漫长的科研之路。

  揭示造纸污染物形成机理

  一方面,在国家自然科学基金委等项目连续资助下,戴红旗首次发现造纸用水中钙镁离子(水硬度)的危害,揭示了钙镁离子与湿部系统中溶解与胶体性物质生成污染物的机理与历程,掌握了湿部系统中胶黏物、沉积物的形成规律。

  另一方面,就如何把污染物控制住,戴红旗提出通过化学与膜装备技术,对排出的废水进行处理,在不影响设备和工艺稳定运行的前提下,实现造纸用水的循环使用。

  所谓的“污染物”,是指溶出进入过程水中的物质积累量超出了维持系统及产品质量稳定的极限,如果通过化学吸附转移,结合物理分离技术,就像血液透析原理一样,只要能满足生产系统的最低要求,造纸生产过程水就可无限次循环回用。与此同时,还可以将过程水中所谓的“污染物”资源化再利用。

  戴红旗通过填料包覆、钙镁等阴阳离子控制、细小纤维控制等技术,让造纸过程中的“有益物质”得到保留,“污染物”得到提取再利用,不仅清洁和净化了造纸循环用水,更有效提高了水资源的循环使用率。

  科研成果贴近民生

  2004年至今,戴红旗带领30多名硕士、博士研究生赶赴江苏、山东、河北、浙江等地的造纸生产一线企业,与当地生产实际相结合,协同创新,取得了明显的社会、环境和经济效益,大幅度降低了造纸废水中固形物含量,造纸用水量减少了50%以上,吨纸综合生产成本下降近40元。

  2014~2016年,全球最先进的铜版纸生产企业金东纸业(江苏)股份有限公司、全球最大工业包装纸生产企业玖龙纸业(江苏太仓)有限公司、山东晨鸣纸业集团股份有限公司等企业运用该项技术在三年内累积节约新鲜水15240万立方米,减少造纸废水中SS(悬浮物)排放1524吨,减少造纸废水中COD(化学耗氧量)排放量7620吨,为企业节约水资源费、污水处理费和提高综合经济利益共计11.35亿元。

  “自2002年起,我们公司便开始运用南林大戴红旗教授的微粒助留剂及系统。实践表明,吨纸生产成本大幅度下降,大大提高了高速文化纸机的细小纤维留着率,减少产生一吨纸新鲜水补充量近50%,为公司提高清洁水生产水平、节约水资源发挥了巨大作用?!鄙蕉棵揭导殴煞萦邢薰究萍及熘魅握鸥锊炙?。

  “十五年磨一剑?!贝骱炱旄嫠呒钦?,科研成果不仅要在实验室里艰苦创新,而且要贴近民生,回到生产,在企业的实际运用中得到评估和验证。

  2017年11月,教育部科技发展中心正式公布了高等学??蒲а芯坑判愠晒保蒲Ъ际酰┗窠背晒?。戴红旗主持完成的“造纸节水与清洁生产关键技术及应用”获科技进步奖二等奖。


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