实施制浆废液改性工程
解决造纸污染"沙进人退"荒漠化二大环保难题
北京绿天力国际生物能源技术研究院 杨天鸣
1 造纸业造成严重污染
造纸业是国民经济发展的支柱产业之一，我国现有禾草类造纸企业2000余家，由于规模小，技术落后，原材料和能源消耗大，污染治理困难，大部分企业的造纸废液未能得到很好的治理和利用，对生态环境造成了严重的污染，是一大世界难题。
发达国家大多采用木材制浆的方法造纸，世界上只有5%左右的草类制浆纸都集中在发展中国家。有关资料显示，20世纪90年代中期，造纸工业废水的排放量占全国总排放量的1/8；COD排放量占全国总排放量的38.2%，居各行业之首。其中，麦草浆化学制浆产生的黑液污染又占造纸行业的85%，即草浆造纸黑液的污染量为我国水污染量的32.2%，大量的中小型造纸企业将未经处理的蒸煮废液直接排放，曾造成我国淮河、海河等水系的严重污染，各大河流域的农业生产和人民健康均受到了严重危害。
近年来，为了消除造纸所产生的污染源，各级政府下令强制关闭了一大批5000t以下的造纸废水对水域污染的问题得到了一定的缓解。目前，采用碱回收处理造纸黑液技术可行，但由于资金投入较大，企业必须具有一定的经济规模，才能维持经济正常运行。而对于中小型造纸企业来说，寻求一种投入低、效率高的黑液治理方式迫在眉睫。
2 木质素治沙、除污两相宜
针对造纸污染问题，本单位开发出禾草纤维低污染制浆技术，将制浆废液中含有较高活性基因的工业木质素进行适当化学改性，制备出可降解植被用固沙材料，又称固沙剂。这种新型固沙剂的有效成分主要是工业木质素，有机质含量超过80%，并含有可促进植物生长的植物生长调节剂及一定比例的氮、磷和其它微量元素。从2001年起在西北地区进行了一定规模的木质素固沙实验，将"新固沙剂"和"植被固沙"相结合，积累了宝贵的经验，收到了良好效果。木质素固沙剂施用的最佳地区是各种风成流动或半流动沙丘，特别是那些由于"沙进人退"而新形成的毗邻农田、居民点、交通干线的沙漠边缘地带。
在实验中发现，喷洒过木质素固沙剂后的地方，很快就可形成0.5cm～1cm厚的沙结皮，当有自然降水时，这些沙结皮逐渐下渗增厚，并可长时间维持，厚度最大可达3cm～5cm。沙结皮可以有效地防止风蚀，同时起到吸湿和减少土壤水分蒸发的作用。在有降水发生时，固沙剂形成的沙结皮"软化"，自然降水可迅速渗透到沙层中，供植物种子吸收利用；天晴以后经太阳照射，"软化"的固沙剂又重新形成"沙结皮"。如此反复多次，有效地使"沙结皮"维持较好的表面强度。在此期间，沙生植物种子籽有充分的水分和时间发芽、生根、成长。一旦植被形成，流动沙丘就可进入"自我恢复"的良性循环阶段，植物凋落物增加，沙丘表面小环境改变，各种地衣、真菌、孢子类植物得以繁殖、生长，也吸引了小动物前来"安家落户"，从而形成"生物沙结皮"，最后达到固定、绿化沙丘，改善生态环境的目的。
新型固沙剂有以下六大优点：可迅速有效地在流动沙丘表面形成"沙结皮"，并具有良好的抗风蚀和抗雨蚀性能；对支动植物和环境无毒无害，可被自然界微生物降解，不会造成二次污染；固沙剂中的木质素为腐殖质的原生体，喷施后可提高沙土中有机质的含量，改良土壤；具有较好的吸湿、保水功能，可减少地表水分的蒸发；固沙剂中含有木质素酸钠植物生长调节剂和氮、钾及其它利于植物生长的微量元素，可有效促进植物的生长；废弃资源转化利用，固沙成本低。据测算，木质素固沙材料平均成本每亩165元（相当于0.25元/m2),大大低于国家863招标课题要求的固沙材料成本0.8元/m2的标准。
在前期的研究中还发现制浆废液中含有可促进植物生长、提高农林作物产量的有机成分，并从中提取高效广谱植物生长调节剂（木质素酸钠），40余万亩大面积农田应用实验的结果表明，木质素酸钠对农林作物的增产效果极为明显。如用于农业，水稻增产13.1%，小麦增产13.73%，棉花增产12.24%，大豆增产17.67%；用于林业，具有促进种子发芽，促进插条生根，加速苗木生长并促进结实，提高林木幼苗的插抗逆性等作用。
3 良好的经济效益和生态效益
我国是世界上受荒漠化危害最严重的国家之一，国家林业局第二次沙化土地监测结果显示出，全国沙化土地面积达174.3万km2，占国土面积的18%，涉及全国30个省（区、市）84个县（旗）。我国沙漠化扩展速度快，发展态势严峻。据动态观测，20世纪80年代为2100km2；20世纪90年代达2460km2，而现在每年沙化进展达3436km2以上，相当于每年损失一个上中等县的土地面积。我国每年因荒漠化危害千万元的直接经济损失，相当于西北五省（区）三年的财政收入。
目前世界通用的治沙技术措施有三种：一是植树种草，称作生物治沙；二是设置障碍，称工程治沙；三是喷洒凝固剂，称化学治沙。一般认为，要达到标本兼治的治沙效果，有效地改善沙化地区的生态环境，最终必需结合效果最好的植被（生物）治沙。国际上对化学固沙做了大量的研究开发工作，已开发了60余种用于荒漠化防治的化学产品，通常采用的有乳化沥青或乳化原油、合成树脂或有机胶乳、无机胶乳、高分子聚合物等，并在伊朗、沙特阿拉伯等国大面积使用。化学治沙方法在国内也经多次试验，固沙效果普遍良好，但存在成本高、原料短缺、难生物降解，特别是难以与生物固沙措施相结合等问题，未能大面积推广。我国科学工作者长年与沙漠化作斗争，已积累了丰富的沙漠化治理经验，比较成熟的是"草方格"治沙。这种方法多结合"工程治沙"实施。如宁夏沙坡头的工程，新疆的沙漠公路沿线的治沙工程等。这种方法工程投资巨大，实验周期长，一般要4～5年才能形成有效"沙结皮"。
目前，我国制浆废液改性产品的蒸发浓缩、喷雾干燥等生产加工技术已十分成熟，对现有工艺技术及设备条件进行适当改造，即可生产固沙木质素产品。以年产3.4万t的禾草浆造纸厂实施制浆废液改性工程、生产固沙木质素为例，实施制浆废液改性工程生产木质素固沙剂需投入1500万元，相当于其它废液治理方法投资的1/3。投产后可年产固沙木质素3万t～4万t，如此每年可新增产值约1亿元，实现利润约2000万元～3000万元。我国西北地区此类草浆纸厂至少有上百家，大部分没有完全实现制浆废液治理，如分期分批治理，可有效地帮助此类企业解困，增加就业机会，提高企业经济效益，解决污染问题。木质素固沙剂生产成本约1500元/t，出厂价以3000元/t计，固沙喷施用量平均以每亩55kg计，喷施固沙剂的材料成本在165元/亩。我国目前沙漠化面积以每年3436km2的速度扩大，如仅遏制土地沙化面积扩大，每年就需28万余吨固沙木质素，可解决28个年制浆产量1万t造纸厂的污染问题。
