戴紅旗：造紙用水可以無限循環(huán)

“將來生產(chǎn)一噸紙可能只需用水2立方米，只要膜分離技術(shù)運(yùn)行成本得到合理控制，通過反滲透技術(shù)將造紙生產(chǎn)過程中產(chǎn)生（帶入）的無機(jī)鹽電解質(zhì)脫除，造紙過程用水甚至可以實(shí)現(xiàn)無限循環(huán)！”近日，南京林業(yè)大學(xué)輕工與食品學(xué)院教授戴紅旗獲評(píng)首屆“水杉獎(jiǎng)教金科研之星”稱號(hào)，他的科學(xué)研究及其應(yīng)用也愈發(fā)受人關(guān)注。

專注造紙清潔生產(chǎn)技術(shù)

戴紅旗大學(xué)畢業(yè)后一直從事造紙濕部化學(xué)與清潔生產(chǎn)技術(shù)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(chǎn)的過程，觸發(fā)了他改變和提升傳統(tǒng)造紙理念的想法。2001年，戴紅旗前往山東晨鳴紙業(yè)股份有限公司從事博士后研究工作（國(guó)內(nèi)首家造紙專業(yè)博士后工作站）。他發(fā)現(xiàn)，膠東半島是一個(gè)水資源特別缺乏的地區(qū)，工業(yè)用水主要來自地下水。

由于生產(chǎn)上長(zhǎng)期使用硬度很高的地下水，造紙過程中，不僅紙料中細(xì)小纖維的留著率很低，而且造紙濕部系統(tǒng)膠黏物與沉積物干擾特別嚴(yán)重，就像家中浴缸的污垢。長(zhǎng)此以往，要保證紙張質(zhì)量，一噸紙消耗新鮮水量非常大。由此，開發(fā)高效的助留助濾系統(tǒng)及白水循環(huán)回用就成為了戴紅旗的博士后研究項(xiàng)目。

結(jié)合多年的專業(yè)所學(xué)與研究積累，他與工廠技術(shù)研發(fā)人員一起研發(fā)了一種“聚硅酸鹽納米硅溶膠微粒助留系統(tǒng)”。該助留系統(tǒng)的應(yīng)用不僅節(jié)約了造紙?jiān)�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(dāng)初的60立方米降到20立方米，同時(shí)也延長(zhǎng)了造紙濕部系統(tǒng)的使用年限，收獲了很好的經(jīng)濟(jì)效益。該項(xiàng)目成果在2005年獲得山東省輕工業(yè)科技進(jìn)步獎(jiǎng)一等獎(jiǎng)。隨著該項(xiàng)技術(shù)在當(dāng)?shù)卦旒垙S的逐步應(yīng)用，戴紅旗的科研目標(biāo)也變得愈發(fā)堅(jiān)定。

“造一噸紙節(jié)約幾塊錢原材料還不如節(jié)約幾噸水！”戴紅旗說。2007年，我國(guó)經(jīng)濟(jì)發(fā)展由粗放型步入節(jié)約型的清潔生產(chǎn)階段。對(duì)于造紙行業(yè)，在節(jié)約用水的同時(shí)，如何盡量減少造紙生產(chǎn)過程中污染物的產(chǎn)生及對(duì)環(huán)境的影響，成為了當(dāng)時(shí)亟待解決的問題。戴紅旗繼續(xù)埋頭實(shí)驗(yàn)室創(chuàng)新，開始了他漫長(zhǎng)的科研之路。

揭示造紙污染物形成機(jī)理

一方面，在國(guó)家自然科學(xué)基金委等項(xiàng)目連續(xù)資助下，戴紅旗首次發(fā)現(xiàn)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(tǒng)中溶解與膠體性物質(zhì)生成污染物的機(jī)理與歷程，掌握了濕部系統(tǒng)中膠黏物、沉積物的形成規(guī)律。

另一方面，就如何把污染物控制住，戴紅旗提出通過化學(xué)與膜裝備技術(shù)，對(duì)排出的廢水進(jìn)行處理，在不影響設(shè)備和工藝穩(wěn)定運(yùn)行的前提下，實(shí)現(xiàn)造紙用水的循環(huán)使用。

所謂的“污染物”，是指溶出進(jìn)入過程水中的物質(zhì)積累量超出了維持系統(tǒng)及產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定的極限，如果通過化學(xué)吸附轉(zhuǎn)移，結(jié)合物理分離技術(shù)，就像血液透析原理一樣，只要能滿足生產(chǎn)系統(tǒng)的最低要求，造紙生產(chǎn)過程水就可無限次循環(huán)回用。與此同時(shí)，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(xì)小纖維控制等技術(shù)，讓造紙過程中的“有益物質(zhì)”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(huán)用水，更有效提高了水資源的循環(huán)使用率。

科研成果貼近民生

2004年至今，戴紅旗帶領(lǐng)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(chǎn)一線企業(yè)，與當(dāng)?shù)厣�產(chǎn)實(shí)際相結(jié)合，協(xié)同創(chuàng)新，取得了明顯的社會(huì)、環(huán)境和經(jīng)濟(jì)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(chǎn)成本下降近40。

2014——2016年，全球最先進(jìn)的銅版紙生產(chǎn)企業(yè)金東紙業(yè)（江蘇）股份有限公司、全球最大工業(yè)包裝紙生產(chǎn)企業(yè)玖龍紙業(yè)（江蘇太倉(cāng)）有限公司、山東晨鳴紙業(yè)集團(tuán)股份有限公司等企業(yè)運(yùn)用該項(xiàng)技術(shù)在三年內(nèi)累積節(jié)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(xué)耗氧量）排放量7620噸，為企業(yè)節(jié)約水資源費(fèi)、污水處理費(fèi)和提高綜合經(jīng)濟(jì)利益共計(jì)11.35億。

“自2002年起，我們公司便開始運(yùn)用南林大戴紅旗教授的微粒助留劑及系統(tǒng)。實(shí)踐表明，噸紙生產(chǎn)成本大幅度下降，大大提高了高速文化紙機(jī)的細(xì)小纖維留著率，減少產(chǎn)生一噸紙新鮮水補(bǔ)充量近50%，為公司提高清潔水生產(chǎn)水平、節(jié)約水資源發(fā)揮了巨大作用。”山東晨鳴紙業(yè)集團(tuán)股份有限公司科技辦主任張革倉(cāng)說。

“十五年磨一劍。”戴紅旗告訴記者，科研成果不僅要在實(shí)驗(yàn)室里艱苦創(chuàng)新，而且要貼近民生，回到生產(chǎn)，在企業(yè)的實(shí)際運(yùn)用中得到評(píng)估和驗(yàn)證。

2017年11月，教育部科技發(fā)展中心正式公布了高等學(xué)校科學(xué)研究?jī)?yōu)秀成果獎(jiǎng)（科學(xué)技術(shù)）獲獎(jiǎng)成果名單。戴紅旗主持完成的“造紙節(jié)水與清潔生產(chǎn)關(guān)鍵技術(shù)及應(yīng)用”獲科技進(jìn)步獎(jiǎng)二等獎(jiǎng)。

責(zé)任編輯：葛鴻燕

校對(duì)：葛鴻燕