造纸污泥性质的研究

造纸污泥由各种微生物以及有机、无机颗粒组成
的絮状物，含碳量高，加入 ZnCl2 后在惰性(N2 和 Ar2
)环境下热解生成一种具有较大比表面积、良好的空
间结构、丰富的表面基团和很强的吸附能力的炭质
物,多孔性可使金属粒子很好地分散其中[5]。因此,污泥
可用作催化剂中活性组分的载体来制备金属物脱硝
催化剂。
1.55
1.02
补充说明：对干污泥做元素分析，测得其所含主要元素
为 C、H、N、S
２．２ 资源化利用
2.2.1 混合燃烧
由以上测试可知，造纸干污泥中有机物占
62.00％，可以采用利用热能的资源化方法。对造纸污
泥及其灰分的组成元素分析表明，造纸污泥焚烧不会
产生污染环境的废气和废渣。
2.2.2 制造金属物脱硝催化剂
造纸污泥含水率、有机物及灰分、pH 值测定参照 国家城镇建设行业标准 CJ/T221- 2005《城市污水处理 厂污泥检测方法》。
由于本文研究的是未经脱水的造纸污泥，污泥基 本上呈现液体状，含水量高，可以直接测定 pH 值；但 对于已经脱水的造纸污泥，污泥呈固体或半固体，脱 水性能比较差，难以通过离心或过滤得到上清液，所 以用 10:1 的水土比先得到浸出液，再以 pH 计测定浸 出液的 pH 值来得到污泥的 pH 值。分析步骤为：①在 实验室将去离子水煮沸排除二氧化碳，冷却，制备无 二氧化碳水；②取 5g 脱水污泥样于 150mL 带塞三角 烧瓶中，加蒸馏水 50mL，塞好塞子，振动 0.5h；③混和 液倒入离心管，离心 10min，取上清液；④用校正过的 pH 计测定上清液的 pH 值。
表 1 为造纸污泥中的各元素的含量。从表 1 可以
看出，污泥灰分的 C 元素和 H 元素比例较大，主要来
自污泥中纤维素的分解[3]。N 含量为 3.55％，而蛋白质
中的含氮量一般认为是 16％，因此，通过换算可以认
为干污泥中蛋白质含量约为 22.19％。因此造纸污泥
中的蛋白质含量与城市干污泥中大约 22％的蛋白质
参考文献 [1]陈玉,刘学文,邢霞,等.芦苇造纸黑液中木质素测定方法的优化[J].广 西轻工业,2010,(10):26- 27. [2]WangT, ZhongW G, WangY H. The technique of comprehensive uti-
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关键词：造纸污泥；基础性质；资源化利用
随着造纸工业的迅速发展，造纸工业也成为中国 污染环境的主要行业之一。根据统计局环境统计数 据，2007 年我国 5818 个规模以上造纸及纸制品类企 业污水排放量为 42.46 亿立方米，占全国工业总排水 量的 17.22%,位居第一[1]。造纸工业水污染治理已成为 全社会关注的热点。相对于 GB3544- 2001 标准，2008 年 8 月 1 日修订后的《制浆造纸工业水污染物排放标 准》(GB3544- 2008)中 CODcr、BOD5、SS 指标的排放限 值降低了大约 50%~70%。这使我国的制浆造纸工业 废水的处理率和处理深度进一步提高,但随之而来的 是污泥产量急剧增加。造纸废水处理的污泥产量大, 一般是同等规模市政污水处理厂的 5~10 倍[2]。如此大 量的造纸污泥如不进行妥善的处理,将会造成严重的 二次污染。因此,造纸污泥的无害化处理与处置已成 为亟待解决的环境问题。因此，如何经济合理地处理 和利用这些污泥成了人们极为关心的问题。如果改变 污泥的废弃物性质，将其作为资源来加以利用，问题 便可以妥善解决。资源化是造纸污泥处置的研究方向 之一。造纸污泥通常为混合污泥，包括一沉污泥、二级 生化处理污泥，还有一些处理厂含有三级絮凝污泥。 本文研究造纸污泥本身固有的基础性质，为开发这种 污泥的资源化利用提供理论支持。
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环保与节能
2011 年第 1 期
在沸水中煮沸 25min，并定期搅拌；⑤离心，倒去清液， 加入蒸馏水离心洗涤沉淀，并洗 3 次；⑥加入 10mL0.083mol/L 的重铬酸钾溶液和 8mL 浓硫酸，搅 拌均匀，放入开水中 10min，并定期搅拌；⑦冷却，倒入 锥形瓶中，用少许的蒸馏水冲洗沉淀，滴定 3 滴试亚 铁铵试剂，用 0.1mol/L 的硫酸亚铁铵滴定，用去 bmL， 颜色由黄色变为红褐色；⑧用 0.1mol/L 硫酸亚铁铵单 独滴定加入 8mL 浓硫酸和 10mL0.083mol/L 重铬酸钾 溶液，用去 amL；⑨污泥中纤维素的含量计算公式：x% =0.675×K（a－b）/n（重铬酸钾与纤维素反应比为 1： 0.675）。
2.2.3 制造填料
造纸干污泥中灰分含量为 38.0％，其中主要是白
土和碳酸钙可作为填料使用，另外污泥焚烧后的灰也
可以用作造纸填料。通过预处理、烘干、粉碎和匀质工
序，使污泥形成细度均匀、无杂质、无异味、流动性能
好的粉末状态，其中既保留了有机和无机物的物理性
能，又使填充剂安全无毒[6]。
3 结论 1）本文分析了造纸污泥基础性质，包括含水率、有机 物含量、pH 值、干污泥中纤维素含量、干污泥中灰分 含量、湿污泥中 C、H、S、N 含量。污泥含水率较高，有 机物含量大，其中大多是纤维素，pH 值为中性。污泥 中有大量细菌等微生物，且蛋白质含量与城市污水处 理厂干污泥的含量相当。 2）造纸干污泥中有机物占 62.00％，可以采用利用热
Study on the properties and utilization of paper mill sludge Pan Meiling 1, Zhang Anlong 2
(1. College of R esource & Environment; 2. College of Papermaking Engineering, Shaanxi University of Science & Technology, Shaanxi Xi'an
含量[4]相比，差别不大。
由于本文研究选用的麦草浆污泥，其中所含的重Hale Waihona Puke Baidu
金属含量很少，所以没有对其含量进行测定。
表 1 造纸污泥各元素的含量
平行样 C 含量 /% H 含量 /% N 含量 /% S 含量 /%
1
34.54
4.93
1.53
0.99
2
35.62
4.99
1.57
1.05
平均
35.08
4.96
污泥细菌采用扫描电镜（SEM）观测研究。湿污泥 分析步骤为：①取少量新鲜污泥放入 4％戊二醛前固 定液 （用 pH 值为 7.2，0.2mol/L 磷酸缓冲液配制）中 24h，0.1mol/L 磷酸缓冲液清洗 3 次，每次间隔 0.5h；② 1％锇酸（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％乙醇各脱水 1 次，每次间隔 15min，再用 100％乙醇脱水 2 次，每次 间隔 0.5h；④置换：无水乙醇与醋酸异戊脂比例为 1: 1、1:2，纯醋酸异戊脂各置换 0.5h；⑤CPD 临界点干 燥，粘台，喷金。干污泥直接粘台，喷金。
1 材料与方法 １ ．１ 实验材料
研究使用的造纸污泥来自陕西西安奥辉纸业有 限公司的污泥浓缩池。 １ ．２ 实验仪器
烘箱：DHG- 9053A 型。分析天平：TG- 328A 型。马 福炉：SRJX- 4- 9 型。XST- 2 型光学显微镜。S- 3400 日
立扫描电子显微镜。德国 CNN- O- Rapid 元素分析仪。 １ ．３ 方法
湖南造纸
环保与节能
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造纸污泥性质的研究
潘美玲 陕西科技大学 资源与环境学院 陕西 西安 （710021） 张安龙 陕西科技大学 造纸工程学院 陕西 西安 （710021）
摘 要：分析了造纸污泥的基础性质，包括含水率、有机物含量、pH 值、干污泥中纤维含量、干污 泥中灰分含量、干湿污泥中细菌、干污泥中 CHSN 含量。结果显示，污泥含水率高，有机 物含量大，其中大多是纤维，pH 值为中性。污泥中有大量细菌等微生物，蛋白质含量与 市政污泥相当。此研究为造纸污泥的资源化利用提供理论基础。
湖南造纸
环保与节能
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能的资源化方法。对造纸污泥及其灰分的组成元素分 析表明，造纸污泥焚烧不会产生污染环境的废气和废 渣。 3）造纸污泥 pH 值为 7.2，可以用来改良酸性土壤，使 土壤酸度调节至适宜植物生长的 pH 值范围。 4）造纸污泥中除 P 偏低外，有机质与总氮含量明显高 于一般的农家肥。因此，农业利用是造纸污泥利用的 主要方向之一。本研究中造纸污泥 C/N 比高，达到 20 以上，需要加入调节 N 元素的物质，如尿素等。 5）造纸污泥中纤维素的含量较多，表面比较粗糙，并 且其比表面积较大，价格便宜，改性后用作吸附剂也 是其资源化利用的方向之一。
C、H、S、N 元素采用元素分析仪测定。样品为干 污泥，由陕西科技大学分析中心测试。
2 结果与分析 ２．１ 污泥基础性质
由以上方法测得污泥含水率为 97.69％；干污泥 有机物含量为 62.00％，灰分含量为 38.00％；pH 值为 7.2；干污泥纤维含量为 38.12％，所有百分含量均为 质量百分比。由此可知,污泥为中性，其含水率是相当 大的，污泥灰分含量较小，有机物中主要是纤维素。 2.1.1 扫描电镜观测污泥中细菌
710021) Abstract:Basic properties of 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. Key words: paper mill sludge;basic properties;utilization
纤维素含量测定，其原理是污泥粉末在加热的情 况下用醋酸和硝酸的混合液处理，在这种情况下，细 胞间的物质被溶解，纤维也分解成单个的纤维素，木 质素、半纤维素和其它的物质也被除去，淀粉等其他 物质受到了水解。用水洗涤除去杂质后，纤维素在硫 酸存在下被重铬酸钾氧化成 CO2 和水，过剩的重铬酸 钾用硫酸亚铁铵滴定，再用硫酸亚铁铵滴定同量的但 是未与纤维素反应的重铬酸钾。根据差值可以得出纤 维素含量。分析步骤为：①测定滴定度：用 0.1mol/L 硫 酸亚铁铵滴定 25mL 0.017mol/L 的重铬酸钾溶液，用 去 mmol，K=25×0.017/m （单位体积的 0.1mol/L 硫酸 亚 铁 铵 所 能 滴 定 的 重 铬 酸 钾 的 量）； ② 称 取 干 污 泥 0.05~0.06g，数值为 n；③装入离心管内，加入 HNO3 和 醋酸的混合液 5mL(HNO3:醋酸 =1:10);④塞住离心管，
本研究仅就湿和烘干污泥中细菌形态进行扫描 电镜观测。图 1 和图 2 分别是湿污泥中杆状菌、球状 菌及菌丝分布情况。图 3 为 105℃干燥结束后残留的 细菌尸体。可以看出，干燥可使细菌蛋白质变性死亡， 但并不能使细菌完全分解。
图 1 污泥中的杆状菌
2.1.2 元素分析
图 2 污泥中的球状菌
图 3 污泥中的细菌尸体