環(huán)境污染一直是困擾我國造紙工業(yè)持續(xù)發(fā)展的關鍵問題。華南理工大學環(huán)境科學與工程學院“植物資源化工過程污染控制”團隊在團隊負責人萬金泉教授的帶領下，經過多年的潛心研究，研制開發(fā)了“廢紙造紙廢水資源化利用關鍵技術的研發(fā)與應用”項目，該項目成果克服了傳統(tǒng)造紙廢水的投資大、運行費用高、難以降解廢水中累積性DCS，無法實現處理后水的長期循環(huán)使用等問題，采用具有自主知識產權的造紙廢水處理裝備及基于碳源協(xié)同共代謝的特殊生物處理工藝，徹底改變了傳統(tǒng)的造紙工業(yè)廢水處理方法，多項自主開發(fā)的關鍵技術被鑒定專家們一致認為“處于國內領先水平”，并獲得多項國家發(fā)明專利及省部級獎項。2009年1月11日，在北京人民大會堂舉行的國家科學技術獎勵大會上，萬金泉教授代表團隊領取了代表科學技術領域國家級別獎項的國家科學技術進步二等獎。
專業(yè)化研究帶來創(chuàng)新成果
長期以來，造紙廠治理廢水污染大多采取通用的并非專門針對造紙廢水的處理技術，在實際應用中經常出現投資大、運行費用高、處理效果差等情況。而萬教授的團隊，專業(yè)從事制漿造紙技術研究多年，對造紙廢水有專門的大量的研究，所研發(fā)的此項技術也是專門針對造紙企業(yè)廢水，效果更好。據萬教授介紹，該項目區(qū)別于其他廢紙造紙廢水處理技術，有以下三個創(chuàng)新點：
（1）根據廢紙造紙廢水懸浮物的特點及廢紙造紙廢水混凝過程中反應特性、水力影響特征和顆�；钚蕴课綑C理，創(chuàng)造性地研制了高效物化處理設備及應用工藝，使廢水中的污染物得到高效架橋、絮凝、吸附過濾等作用，從而快速實現固液分離。與傳統(tǒng)的處理技術相比，SS、COD、BOD的去除率提高了30%以上，水力停留時間縮短了40%以上，處理后的出水可直接回用于生產，沉渣具有較好的濾水性能，與本項目研制開發(fā)的新型助劑配合可作為造紙原料回用于生產。
（2）針對物化處理出水中含有苯環(huán)形結構的物質及陰離子垃圾等難降解有機物的特點，創(chuàng)造性地研制開發(fā)出碳源協(xié)同生物共代謝厭氧—好氧廢水生物處理新技術，對廢水進行生化處理，添加誘導底物和代謝底物，大大促進了廢紙造紙廢水中苯環(huán)形結構的物質及陰離子垃圾等難降解有機物的降解，解決了廢水中可溶性COD和DCS的累積問題，實現了廢紙造紙廢水的“零排放”。
（3）通過反相微乳液法合成3-氯-2-羥丙基-三甲基銨鹽，采用合成的銨鹽對非離子型聚丙烯酰胺進行改性得到納米級兩性聚丙烯酰胺，對物化處理沉渣進行處理，解決了回收沉渣回用時細小纖維的氫鍵結合弱及留著率低的問題，使助留效果提高10%以上，助濾效果提高30%以上，紙頁的強度提高8%以上，從而實現了沉渣的高效回收利用，解決了造紙廢水中固體相對環(huán)境的污染。
該項目成功克服了傳統(tǒng)技術處理廢紙造紙廢水時所產生的可溶性COD和難降解有機物的累積及沉渣造成的二次污染等問題，研發(fā)了廢紙造紙廢水資源化利用的關鍵技術，實現了處理后出水和沉渣的循環(huán)利用，目前已申請國家專利18項，發(fā)表相關論文60多篇。
讓環(huán)保投入實現名利雙收
過去，造紙企業(yè)提起環(huán)保，無不都是嘴笑心酸，因為環(huán)保為企業(yè)帶來的僅僅是環(huán)境與社會效益，而不是經濟效益，“賠本賺吆喝”成了環(huán)保投入的代名詞。而該項目一個突出的亮點就是在高效實現環(huán)保要求的同時，又能為企業(yè)創(chuàng)造經濟效益。
萬教授告訴我們，在項目的研發(fā)過程中，團隊始終堅持一個理念，就是不把環(huán)保作為只投入不產出的項目。談到具體經濟效益，他說：“首先，根據整個造紙流程中的用水情況，找出可以實現中水回用的環(huán)節(jié)，然后通過不斷的實驗，用我們的技術來達到這樣的效果。這樣整個生產流程的用水量就減少，用電量也減少，從而實現經濟效益�！�
“其次，造紙廢水中的懸浮物（SS）,很多都是細小纖維，是可以回收利用的。用我們的工藝，由于SS處理的停留時間短，完全可以將細小纖維回收繼續(xù)使用，回收率可達到100%。而傳統(tǒng)的氣浮法則很難達到這樣的效果。節(jié)省了造紙纖維的用量，也等于實現了經濟效益�！�
“第三，由于實現了中水回用，二級廢水深化處理的廢水量也大大減少，間接節(jié)約了二級深化處理所需的耗能。目前根據我們的技術實現的排放指標已經成為了造紙行業(yè)廢水排放的標準�！�
據了解，相對于目前常用的處理工藝，本技術處理工程總投資減少30％以上，處理噸水運行成本減少40％，處理噸水可創(chuàng)經濟效益197.74元。在全國，該技術成果每天共處理造紙廢水76萬噸，減少CODcr排放1140噸/天，節(jié)約纖維456噸/天，節(jié)約能耗7.2萬度/天，為國家創(chuàng)造直接經濟效益2.07億元/年，取得了良好的環(huán)境、經濟和社會效益。
十年磨一劍
回顧該項目的研發(fā)歷程，萬教授用一句話來形容：“天將降大任于我們。”他說，十幾年前，他去全國考察造紙行業(yè)廢水處理情況，當時造紙廠的黑液都是直接向河流中排放。這讓他感到深深的不安并堅信國家一定會控制造紙行業(yè)的污染。
“面對嚴重的污染問題，我們意識到要解決造紙污染，必須要有一支高水平、高素質的人才隊伍和科研投入，而華南理工大學有全國最強的制漿造紙專業(yè)、師資隊伍和實驗室，如果我們不去解決，那還有誰能解決呢？就是這種責任感和使命感促使整個團隊團結一心，開始了漫長的研究。”回想起當時的情景，萬教授至今仍非常激動。
經過前期的探索，從1997年開始，該項目進入小試階段。團隊從山東、湖北、廣東等省取來各種紙廠的廢水，在實驗室做各種各樣的實驗。針對不同的廢水，研究不同的工藝和設備。1998年，項目初見成效，申請了專利。1999年，項目進入中試階段。由華南理工大學投資建造設備，在一家年產10萬噸的紙廠進行了試驗，效果非常好。隨后，企業(yè)投資，建造了新的設備。
也是從1999年，國家開始重視環(huán)保，實施了多項排放標準，該成果及相關產品開始逐漸走向市場。這幾年，為了更好地使該技術成果轉化為生產力，萬教授帶領著他的年輕的科研團隊，本著“建立一套設備，保護一片碧水，造福一方百姓，樹立一面旗幟”的理想，不為名不為利，默默辛勤的工作，走遍了全國各地，通過各種方式，使更多的廠家了解、接受這項技術成果。在項目推廣初期，團隊僅有萬金泉教授和馬邕文教授兩人，但他們兢兢業(yè)業(yè)、走南闖北，為了節(jié)省費用，不管路途多遠，一律坐火車, 而且能坐硬座不坐臥鋪, 行程數萬公里,常常吃5元錢一份的盒飯，住20元一天的旅社。在短短的時間內推廣到全國各地數十家造紙廠，獲得重大的經濟和社會效益。功夫不負有心人，目前，該技術成果已在廣東、廣西、福建、湖北、山東、河北、黑龍江等省的56家大中型造紙企業(yè)的廢水處理工程應用。而團隊也由最初的兩人發(fā)展到現在的40多人。
“十年如一日，其實做研究真的是很辛苦。”團隊主要成員王艷老師向記者這樣說到。
廢水處理要有科學的態(tài)度
近年來，“零排放”的標準在造紙行業(yè)中被廣泛提出，也有多項工藝號稱可以達到“零排放”。但在萬教授看來，“零排放”的標準不能輕言。
萬教授說：“‘零排放’是造紙企業(yè)今后要努力的方向，但目前，這樣的提法尤其是制定到標準中還不現實�！闩欧拧梢詫崿F，但不能一刀切，需要分不同類型的紙廠來對待。比如以廢紙為原料的企業(yè)，他們的廢水污染負荷以及對回用水的要求較低，是可以實現零排放的，我們的技術就已經做到了這一點。但是對于使用麥草、桉木以及白楊等需要蒸煮制漿的企業(yè)，實現零排放就有難度，當前看還不現實。而對于全部使用商品漿的企業(yè)，零排放則是應該也必須達到的�！�
針對“零排放”，馬邕文教授補充到：“我們的工藝從技術角度可以實現零排放，但實際上，處理的標準越高，紙廠的成本也越高，所以企業(yè)最終還是會排放一些污水。”
而針對現在越來越多的紙業(yè)基地不同紙廠廢水統(tǒng)一處理的做法，萬教授也提出了自己的看法，他認為不同紙廠的廢水統(tǒng)一處理的做法是不甚科學的。首先，大面積鋪設管道的投資會非常大。其次，每個廠的排放水質和排放量不一樣，收費管理等問題很容易引起糾紛。第三也是最關鍵的，由于企業(yè)排放廢水的不穩(wěn)定性，水質很容易發(fā)生變化，對廢水處理設施的沖擊將會很大，設備很難正常運轉。
未來，希望做得更好
談到未來，萬教授充滿信心，他說：“一方面我們要繼續(xù)完善工藝技術，另一方面藉此獲獎的契機，希望能讓該項目得到更好的推廣。”
針對實踐中出現的問題，萬教授的團隊剛剛開發(fā)完成了一套智能控制系統(tǒng)——基于模糊-BP神經網絡的嵌入式計算機控制系統(tǒng)，目前該項目的實驗工作已經完成并得到了2010年廣東省“節(jié)能減排”重大科技專項的資助，已有兩家造紙企業(yè)做新技術的應用示范點。據萬教授介紹，這套系統(tǒng)的目的是為了更準確地來預測造紙廢水生化深化處理中的曝氣量、氮磷添加量及活性污泥回流比等。曝氣所需要的電耗占到整個廢水處理中電耗的60%以上，該系統(tǒng)可以根據不同廢水的特性，預測最小的曝氣量，實驗證明，該系統(tǒng)可節(jié)省曝氣量20%以上。
談到項目推廣，萬教授說：“我們對現在的成績還不滿意，應該有更多的更大的企業(yè)來使用我們的技術。”據介紹，項目推廣不利主要還存在兩方面原因，一是團隊中大部分成員都是高校教師，平時主要工作在學校的教學、科研中，技術推廣的精力有限，也沒有專業(yè)的銷售能力。另一方面，大企業(yè)在項目投資時，觀念更迷信買國外設備，甚至買中國臺灣的也不買大陸的。
針對這一現狀，萬教授肯定地解釋說：“國產紙機與國外相比確實有差距，但是水處理的技術與裝備，起碼是與國外平級的。下一步我們首先要充實團隊的力量，爭取拿出更多的時間和精力來推廣項目。其次，將來計劃尋找有實力的專業(yè)的大公司合作，以技術為基礎，能實現公司化的運作，從而實現更好的發(fā)展。”
