“將來生產一噸紙可能只需用水2立方米，只要膜分離技術運行成本得到合理控制，通過反滲透技術將造紙生產過程中產生（帶入）的無機鹽電解質脫除，造紙過程用水甚至可以實現無限循環！”近日，南京林業大學輕工與食品學院教授戴紅旗獲評首屆“水杉獎教金科研之星”稱號，他的科學研究及其應用也愈發受人關注。 專注造紙清潔生產技術 戴紅旗大學畢業后一直從事造紙濕部化學與清潔生產技術方面的研究，迄今已超過30年。在他的回憶里，一次近距離接觸造紙生產的過程，觸發了他改變和提升傳統造紙理念的想法。2001年，戴紅旗前往山東晨鳴紙業股份有限公司從事博士后研究工作（國內首家造紙專業博士后工作站）。他發現，膠東半島是一個水資源特別缺乏的地區，工業用水主要來自地下水。 由于生產上長期使用硬度很高的地下水，造紙過程中，不僅紙料中細小纖維的留著率很低，而且造紙濕部系統膠黏物與沉積物干擾特別嚴重，就像家中浴缸的污垢。長此以往，要保證紙張質量，一噸紙消耗新鮮水量非常大。由此，開發高效的助留助濾系統及白水循環回用就成為了戴紅旗的博士后研究項目。 結合多年的專業所學與研究積累，他與工廠技術研發人員一起研發了一種“聚硅酸鹽納米硅溶膠微粒助留系統”。該助留系統的應用不僅節約了造紙原材料的使用，也大大減少了造紙新鮮水用水量，噸紙耗水量由當初的60立方米降到20立方米，同時也延長了造紙濕部系統的使用年限，收獲了很好的經濟效益。該項目成果在2005年獲得山東省輕工業科技進步獎一等獎。隨著該項技術在當地造紙廠的逐步應用，戴紅旗的科研目標也變得愈發堅定。 “造一噸紙節約幾塊錢原材料還不如節約幾噸水！”戴紅旗說。2007年，我國經濟發展由粗放型步入節約型的清潔生產階段。對于造紙行業，在節約用水的同時，如何盡量減少造紙生產過程中污染物的產生及對環境的影響，成為了當時亟待解決的問題。戴紅旗繼續埋頭實驗室創新，開始了他漫長的科研之路。 揭示造紙污染物形成機理 一方面，在國家自然科學基金委等項目連續資助下，戴紅旗首次發現造紙用水中鈣鎂離子（水硬度）的危害，揭示了鈣鎂離子與濕部系統中溶解與膠體性物質生成污染物的機理與歷程，掌握了濕部系統中膠黏物、沉積物的形成規律。 另一方面，就如何把污染物控制住，戴紅旗提出通過化學與膜裝備技術，對排出的廢水進行處理，在不影響設備和工藝穩定運行的前提下，實現造紙用水的循環使用。 所謂的“污染物”，是指溶出進入過程水中的物質積累量超出了維持系統及產品質量穩定的極限，如果通過化學吸附轉移，結合物理分離技術，就像血液透析原理一樣，只要能滿足生產系統的最低要求，造紙生產過程水就可無限次循環回用。與此同時，還可以將過程水中所謂的“污染物”資源化再利用。 戴紅旗通過填料包覆、鈣鎂等陰陽離子控制、細小纖維控制等技術，讓造紙過程中的“有益物質”得到保留，“污染物”得到提取再利用，不僅清潔和凈化了造紙循環用水，更有效提高了水資源的循環使用率。 科研成果貼近民生 2004年至今，戴紅旗帶領30多名碩士、博士研究生趕赴江蘇、山東、河北、浙江等地的造紙生產一線企業，與當地生產實際相結合，協同創新，取得了明顯的社會、環境和經濟效益，大幅度降低了造紙廢水中固形物含量，造紙用水量減少了50%以上，噸紙綜合生產成本下降近40元。 2014~2016年，全球最先進的銅版紙生產企業金東紙業（江蘇）股份有限公司、全球最大工業包裝紙生產企業玖龍紙業（江蘇太倉）有限公司、山東晨鳴紙業集團股份有限公司等企業運用該項技術在三年內累積節約新鮮水15240萬立方米，減少造紙廢水中SS（懸浮物）排放1524噸，減少造紙廢水中COD（化學耗氧量）排放量7620噸，為企業節約水資源費、污水處理費和提高綜合經濟利益共計11.35億元。 “自2002年起，我們公司便開始運用南林大戴紅旗教授的微粒助留劑及系統。實踐表明，噸紙生產成本大幅度下降，大大提高了高速文化紙機的細小纖維留著率，減少產生一噸紙新鮮水補充量近50%，為公司提高清潔水生產水平、節約水資源發揮了巨大作用。”山東晨鳴紙業集團股份有限公司科技辦主任張革倉說。 “十五年磨一劍。”戴紅旗告訴記者，科研成果不僅要在實驗室里艱苦創新，而且要貼近民生，回到生產，在企業的實際運用中得到評估和驗證。 2017年11月，教育部科技發展中心正式公布了高等學校科學研究優秀成果獎（科學技術）獲獎成果名單。戴紅旗主持完成的“造紙節水與清潔生產關鍵技術及應用”獲科技進步獎二等獎。 來源：《中國科學報》 (2019-05-07 第7版 生態環境) |
