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陈克复院士:十年摘掉造纸污染大户帽子,获国家科技进步奖一等奖

发布时间:2020-01-21

1月10日,北京人民大会堂,中共中央、国务院举行国家科学技术奖励大会,华南理工大学陈克复院士团队项目成果——制浆造纸清洁生产与水污染全过程控制关键技术及产业化获国家科学技术进步奖一等奖。据华工方面介绍,这是广东省内高等学校牵头获得国家科学技术奖励一等奖零的突破。

10日,团队负责人、中国工程院院士陈克复向南都记者讲述如何摘掉造纸“污染大户”帽子背后的技术创新。

纸张随处可见。“少用一张纸、少砍一棵树”的宣传语也常见。不过这并不准确。据专家介绍,国内每年接近1亿吨的造纸原料并非砍树得来,其中65%来自废纸回收再造纸。

长期以来,公众对造纸的第一印象就是污染。如何大幅减小造纸行业废水污染?摘掉造纸“污染大户”的帽子?华南理工大学陈克复院士团队深耕行业、钻研十载,团队研发覆盖化机浆、化学浆、废纸浆和造纸等所有工艺过程的清洁生产技术,突破10项关键技术及11项支撑技术,取得了10多项成果,形成5套先进可靠的技术体系。如今,造纸行业废水与COD排放总量分别比2011年下降38.2%和55%,实现了制浆造纸清洁生产与水污染全过程控制,完成了国家提出整治造纸行业水污染的重要任务。

中国工程院院士陈克复。

项目

摘掉“污染大户”帽子,实现制浆造纸清洁生产与水污染全过程控制

纸与人民生活密切相关,是生活必需品。随着国民经济的发展和人民生活水平的提高,我国纸和纸板产量不断提升,2011年后超过1亿吨,占全球总产量的四分之一,居世界第一。造纸工业是我国国民经济重要的基础原材料产业,拉动了农业、林业、化工、机械、印刷包装、物流等行业的发展。

但是,随着造纸工业的发展,水环境污染问题日益突出。“废水量和COD排放量位于各行业之首。”陈克复介绍,2011年行业废水排放总量达38.3亿吨,约占工业废水排放总量的五分之一,COD排放总量达74.2万吨,约占工业COD排放总量的四分之一,被社会称为“污染大户”。

解决造纸行业水污染是迫在眉睫的重大科技难题。“国家连续4次发文,明确提出专项整治造纸这一重点排污行业,严控废水和COD排放量,这个力度是难以想象的。”陈克复说,项目组由此组建产学研创新团队,“我们的目标就是把造纸行业水污染的问题解决。”

1966年,陈克复毕业于复旦大学力学系力学专业。1968年,陈克复进入天津轻工业学院任教并开始进修制浆造纸专业,开启从“力学”到“制浆造纸”的转行。“我的导师以前说,中国的造纸污染严重、设备落后,他这辈子解决不了的问题,希望我这辈子解决。”陈克复回忆。

2003年,陈克复当选为中国工程院院士,现为华南理工大学学术委员会副主任、制浆造纸工程国家重点实验室学术委员会主任。经过近10年奋斗,陈克复团队项目研发成功覆盖制浆造纸所有工艺过程的清洁生产与水污染控制10项关键技术及11项支撑技术,形成5套集成技术。其清洁生产技术水平达到国际领先,单位产量废水和COD排放指标远优于欧盟标准。

在团队和行业共同努力下,如今,造纸行业废水与COD排放总量分别比2011年下降38.2%和55%,在其他行业同样进步的情况下,废水和COD排放量已低于多个重点排污行业,摘掉了“污染大户”的帽子,实现了制浆造纸清洁生产与水污染全过程控制,完成了国家提出整治造纸行业水污染的重要任务。“我这辈子总算做了些工作,想办法把污染问题给解决了。”陈克复说。

该项目的研究成果改变了造纸行业水污染的治理模式,实现了清洁生产与末端治理相结合的水污染全过程控制,为实现造纸行业绿色发展提供可行技术路线,全方位、多角度为这个具有二千年历史的我国造纸行业正名,改变社会上对造纸行业不好的印象,并树立了我国造纸的新形象。

创新点1:

化机浆废水全资源化利用

造纸工艺中,如何将废水再利用,是个难题。

陈克复介绍,化学机械法制浆比化学法制浆所排废水少,但前者的污染程度,尤其是废水COD含量远远大于后者。“前者废水COD最高可达每升1.5万毫克,后者最高达6000毫克”。

不过,常规废水处理方法难以使废水中COD含量达到国家标准。于是,团队提出化机浆废水全资源化利用的方法,将其他行业设备改进后用在造纸行业将废水浓缩。

团队创新性的将机械蒸汽再压缩蒸发技术应用于化学机械法制浆废水的预蒸发,再结合多效蒸发器进一步浓缩后送碱回收系统燃烧处理,实现了水污染物的资源化利用。解决了COD浓度高(10000mg/L以上)、污染负荷重、常规处理方法难以达标的特殊废水处理难题。这一技术在大产能生产线上的应用,在国际上尚属首次。

此外,团队创新制浆造纸末端废水三级深度处理技术,实现污泥减量和资源化利用,在减少废水处理成本的同时实现COD的超低排放,排放指标远优于欧盟标准,达到国际领先水平。

创新点2:

化学法制浆清洁生产,实现水污染全过程控制

在造纸行业,化学法制浆原料利用率低、污染大,如何实现原料组分高效分离全利用、减少污染是造纸专业领域最受关注的技术难题。“此前没有工厂可以实现连续分离。”陈克复说。

团队创新研发连续水解蒸煮技术及协调深度脱木素技术,创新性地解决了该难题。同时,团队研发化学法制浆压力强化碱抽提技术和双流程兼容的清洁漂白技术,实现水污染全过程控制,废水量和COD等污染物大幅度减少。

技术的产业化之路并非坦途。陈克复回忆,在一个项目带料调试中,浆料卡在洗浆机中无法进入后续工序,如不能及时解决该问题,整个生产就要被迫停止。团队通过检查发现这台洗浆机是供应商消化吸收的新产品,洗浆机散料棍的结构和以往的洗浆机不同,新机尚未经过生产试验,经过现场近三个昼夜的分析和不断调试,团队提出正确的安装方案后,洗浆机得以正常运行,卡脖子环节被打通。

创新点3:

消除废纸脱墨废水污染,废纸制浆水重复利用率大于95%

团队调查发现,废纸制浆过程中排放的废水里COD含量达到2000-3000毫克/每升。“废纸制浆中产生污染最多的过程在脱墨。”陈克复说,针对废纸制浆碱性脱墨污染负荷重的难题,团队创新研发了废纸制浆近中性脱墨技术和造纸废水梯级循环回用技术,实现废纸制浆水重复利用率大于95%,造纸水重复利用率大于90%,节约了新鲜水的用量,大幅减少废水排放。

由于废纸制浆造纸生产线产量非常大,且不间断运行,研发的中性脱墨技术首先要在生产线上做生产实验,研发团队和生产团队因此协同合作,在每次计划停机前进行中试实验,减少对产品质量产量的影响,同时在计划停机时对碱性脱墨系统设备进行评估。

此外,团队研发了造纸深度处理污泥电渗透污泥脱水处理技术,实现污泥由原来的30%干度提高到45%以上,为后续的资源化利用提供有力的技术支撑。

成果产业化

已在现代化大型生产线实施产业化及推广应用

“造纸行业的工艺过程多、原料复杂,少了哪一个都不行。”陈克复说,原来造纸企业看重污水末端治理,需要建造每日承载几万吨废水、废纸的处理装置,它的占地面积远远超过生产线的占地面积。团队提出清洁生产与末端治理相结合的水污染全过程控制,改变了造纸行业水污染的治理模式。

如今,项目成果在现代化大型生产线实施产业化及推广应用,构建了清洁生产与末端治理相结合的水污染全过程控制新模式,所推广应用的企业,其清洁生产技术水平达到国际领先,单位产量废水和COD排放指标远优于欧盟标准,为造纸行业新旧动能转换和绿色制造提供了示范。

具体看,项目所研发的制浆造纸清洁生产与水污染全过程控制技术,已在山东太阳纸业股份有限公司、山东华泰纸业股份有限公司等10家大中型造纸企业的制浆造纸生产线上及末端废水处理中应用,10家企业近三年总利润达168亿元。

“以前处理1吨废水需要7、8元,如今山东华泰纸业处理每吨废水仅需3、4元,每个技术都是节省成本、产生效益的。”陈克复说,目前团队将相关技术推广应用到广东、广西、河南、河北等地的制浆造纸企业,提高了产能覆盖率。

据公布的数据,在团队项目的推动下,在全行业的共同努力下,造纸行业废水与COD排放总量比2011年下降38.2%和55%,在其他行业同样进步的情况下,废水和COD排放量已低于多个重点排污行业,摘掉了“污染大户”的帽子,完成了国家提出整治造纸行业水污染的这一重要任务。

未来

团队正研究用其他原料替代废纸原料

“很多人认为我国造纸就要砍树,事实上完全不是,我们没有砍树。”陈克复说,国家明确规定不能砍天然林,每年接近1亿吨的造纸纤维原料不由砍树得来,而是源于废纸回收再造纸(占65%)、木浆(占25%)、非木材(占10%)。陈克复打趣道:“国内造纸基本不砍树,有时我们看到‘少用一张纸、少砍一棵树’的宣传语是有误导性的。”目前,我国废纸大量缺乏,缺口约2000万吨,在明年起停止进口废纸的背景下,陈克复认为将外地废纸转化为纸浆后运送至造纸厂加工是一个可行的再造纸途径。

当前,团队正在参与用其他原料替代废纸原料的课题研究。木浆作为造纸原料之一,由木材做成。“我国的部分木材靠进口,在澳大利亚、巴西、东南亚等地,将当地木材削片再运送至国内。”陈克复说,另外10%的造纸原料是非木材,由甘蔗渣、竹子、麦草、芦苇、玉米杆等物质组成。

陈克复表示,国内造纸行业的污染问题虽得到了改善,但造纸设备和国外造纸公司的先进设备仍存在一定差距,“我在之前设定的目标上已达到一定高度,现在我也像我的老师一样将寄希望于我的学生,把我没有做完的事继续做下去。”

采写:南都记者 贺蓓 周宇

摄影:南都记者 周宇

编辑:任国庆



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