全 文 ：第 １２卷第 ３期
２０１４年 ５月
生 物 加 工 过 程
Ｃｈｉｎｅｓｅ Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｂｉｏｐｒｏｃｅｓｓ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ
Ｖｏｌ １２ Ｎｏ ３
Ｍａｙ ２０１４
ｄｏｉ：１０ ３９６９ ／ ｊ ｉｓｓｎ １６７２－３６７８ ２０１４ ０３ ０１３
收稿日期：２０１２－０９－１３
基金项目：国家支撑计划重大项目（２０１２ＢＡＣ１７Ｂ００）
作者简介：覃佐东（１９８３—），男，湖南常德人，博士研究生，研究方向：秸秆生物质资源化利用；陈集双（联系人），教授，Ｅ⁃ｍａｉｌ：ｂｉｏｃｈｅｎｊｓ＠
ｎｊｔｅｃｈ ｅｄｕ ｃｎ
互花米草纤维与造纸污泥混合制作污泥纤维板
覃佐东１，金磊磊１，王建华２，陈集双１
（１ 南京工业大学 生物资源工程研究所，南京 ２１０００９；
２ 浙江永泰纸业集团股份有限公司，富阳 ３１１４２１）
摘 要：利用长纤维与造纸污泥混合制作纤维板，以互花米草秸秆、纺织长纤维和废纸浆与造纸污泥混合制浆，经
抄纸板机复合热压成型得到工业污泥纤维板材，并分析不同纤维板材的性能差异。 结果表明：基于“生物钢筋＋水
泥”模型，互花米草秸秆纤维与造纸污泥复合成的纤维板材在硬挺度、耐破度、密度和吸水性能上均具有明显优势。
此工艺为综合利用造纸污泥等工业废弃污泥提供了可借鉴的工艺技术，并为综合利用秸秆纤维提供了相关参考。
关键词：纤维；造纸污泥；污泥纤维板；互花米草
中图分类号：ＴＳ７２１ 文献标志码：Ａ 文章编号：１６７２－３６７８（２０１４）０３－００６５－０４
Ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ ｏｆ ｎｏｖｅｌ ｓｌｕｄｇｅ ｆｉｂｅｒｂｏａｒｄ ｃｏｍｂｉｎｅｄ ｗｉｔｈ ｆｉｂｅｒｓ ｏｆ
Ｓｐａｒｔｉｎａ ａｌｔｅｒｎｉｆｌｏｒａ ａｎｄ ｐａｐｅｒ ｓｌｕｄｇｅ
ＱＩＮ Ｚｕｏｄｏｎｇ１，ＪＩＮ Ｌｅｉｌｅｉ１，ＷＡＮＧ Ｊｉａｎｈｕａ２，ＣＨＥＮ Ｊｉｓｈｕａｎｇ１
（１ Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ ｏｆ Ｂｉｏｒｅｓｏｕｒｃｅｓ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，Ｎａｎｊｉｎｇ Ｔｅｃｈ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｎａｎｊｉｎｇ ２１０００９，Ｃｈｉｎａ；
２ Ｚｈｅｊｉａｎｇ Ｙｏｎｇｔａｉ Ｐａｐｅｒ（Ｇｒｏｕｐ） Ｉｎｄｕｓｔｒｙ Ｃｏ．，Ｌｔｄ．，Ｆｕｙａｎｇ ３１１４２１，Ｃｈｉｎａ）
Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｅ ｒｅｓｅａｒｃｈ ｍａｉｎｌｙ ｆｏｃｕｓｅｄ ｏｎ ｕｔｉｌｉｚｉｎｇ ｌｏｎｇ ｆｉｂｅｒ ａｎｄ ｐａｐｅｒ ｓｌｕｄｇｅ ｔｏ ｍａｋｅ ｆｉｂｅｒｂｏａｒｄ，ｒａｗ
ｆｉｂｅｒ ｐｒｅｐａｒｅｄ ｆｒｏｍ ｓｔｒａｗ ｏｆ Ｓｐａｒｔｉｎａ ａｌｔｅｒｎｉｆｌｏｒａ，ｔｅｘｔｉｌｅ ｆｉｂｅｒ ａｎｄ ｓｃｒａｐ ｐｕｌｐ ｗｅｒｅ ｒｅｓｐｅｃｔｉｖｅｌｙ ｕｓｅｄ ｔｏ
ｐｕｌｐｅ ｗｉｔｈ ｐａｐｅｒ ｓｌｕｄｇｅ，ａｎｄ ｔｈｅｎ ｍｏｌｄｅｄ ｂｙ ｐａｐｅｒ⁃ｐｒｏｄｕｃｉｎｇ ｍａｃｈｉｎｅ ｆｏｌｌｏｗｅｄ ｂｙ ｈｏｔ ｐｒｅｓｓ ｔｒｅａｔｍｅｎｔ ｔｏ
ｍａｋｅ ｉｎｄｕｓｔｒｉａｌ ｓｌｕｄｇｅ ｆｉｂｅｒｂｏａｒｄ Ａｎａｌｙｓｉｓ ｏｆ ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ ｆｉｂｅｒ⁃ｂｏａｒｄ ｐｒｏｄｕｃｔｓ ｓｈｏｗｓ ｔｈａｔ ｂａｓｅｄ ｏｎ ｔｈｅ ＂ ｂｉｏ⁃
ｒｅｉｎｆｏｒｃｅｄ ｂａｒ ｐｌｕｓ ｃｅｍｅｎｔ＂ ｔｈｅｏｒｙ，ｓｌｕｄｇｅ ｆｉｂｅｒｂｏａｒｄ ｃｏｍｐｏｕｎｄ ｂｙ Ｓｐａｒｔｉｎａ ａｌｔｅｒｎｉｆｌｏｒａ ｆｉｂｅｒ ａｎｄ ｐａｐｅｒ
ｓｌｕｄｇｅ ｈａｄ ｏｂｖｉｏｕｓ ａｄｖａｎｔａｇｅｓ ｉｎ ｓｔｉｆｆｎｅｓｓ，ｂｕｒｓｔｉｎｇ ｓｔｒｅｎｇｔｈ，ｄｅｎｓｉｔｙ，ａｎｄ ｗａｔｅｒ ａｂｓｏｒｐｔｉｏｎ ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ Ｔｈｅ
ｓｔｕｄｙ ｐｒｏｖｉｄｅｓ ｔｈｅ ｔｅｃｈｎｉｃａｌ ｆｏｕｎｄａｔｉｏｎ ｆｏｒ ｃｏｍｐｒｅｈｅｎｓｉｖｅ ｕｔｉｌｉｚａｔｉｏｎ ｏｆ ｉｎｄｕｓｔｒｉａｌ ｗａｓｔｅ ｓｌｕｄｇｅ， ａｎｄ ａ
ｓｃｉｅｎｔｉｆｉｃ ｂａｓｉｓ ｆｏｒ ｔｈｅ ｕｓｅ ｏｆ ｓｔｒａｗ ｂｉｏｍａｓｓ ｍａｔｅｒｉａｌｓ ｆｒｏｍ Ｓ ａｌｔｅｒｎｉｆｌｏｒａ
Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：ｆｉｂｅｒ；ｐａｐｅｒ ｓｌｕｄｇｅ；ｓｌｕｄｇｅ ｆｉｂｅｒｂｏａｒｄ；Ｓｐａｒｔｉｎａ ａｌｔｅｒｎｉｆｌｏｒａ
纤维污泥（１种富含纤维的工业污泥）是常见的
生物固体废弃物，主要在造纸、纺织、皮革等生产与
加工的过程中产生，纤维污泥任意排放将会带来严
重的环境污染问题。 造纸纤维污泥主要是制浆和
造纸中段的废水先除去较大的杂质与漂浮物后，再
进一步除去悬浮物，而产生的沉淀物［１］，其主要组
分为细小纤维、木质素及其衍生物和一些有机
物［２］。 为了解决污泥处置过程中的污染问题，国内
外研究人员在污泥资源化方面做了许多研究，如土
地化利用、焚烧产物利用、回收制备各种材料等，总
体显示出较好的经济价值［１］。 用造纸污泥作为建
筑原料，可以用来制造如砖、水泥、陶粒和纤维板
材等［２－４］。
活性污泥中蛋白质经变性作用而形成活性污
泥树脂（又称蛋白胶），利用这一特性，污泥经过脱
水、加热、干燥，再通过与漂白和脱脂处理过的废纤
维等复合、添加胶黏剂和增塑剂等处理，压制成纤
维板材。 刘贤淼［５］、王传贵［６］等利用脱墨污泥为原
料，发现以脲醛树脂或酚醛树脂为胶黏剂制造造纸
脱墨污泥纤维板，纤维板的性能与污泥原料的颗粒
大小、纤维板密度、时间、温度和施胶量（脲醛树脂、
酚醛树脂）等工艺参数有关。 进一步利用木纤维作
为增强材料，发现当木纤维在分层中含量达到 ５０％
时，脱墨污泥酚醛树脂纤维板的各项力学性能指标
都能符合国家标准的要求［７］。 菲律宾科研人员开
发出利用制浆和造纸废水中沉淀下来的含纤维污
泥生产木质水泥板的技术，降低了生产成本［２］。 丹
麦 ＦｕｌｌＣｉｒｄｅｐ Ｒｏｄｕｃｔｓ 公司开发了脱墨污泥制高质
量建筑板材的方法，直接用于建筑和装修工业，在
这个过程中不需要用胶黏剂［８］。
秸秆生物质资源包括农作物秸秆和农业加工
剩余物、互花米草属类外来入侵植物及林业加工剩
余物等，具有可再生性、低污染性及广泛分布性等
特点。 我国作为农业大国，稻谷、小麦和玉米等农
作物秸秆资源极其丰富。 ２０１０ 年全国秸秆理论资
源量为 ８ ４ 亿 ｔ，可收集资源量约为 ７ ０ 亿 ｔ，秸秆综
合利用率达到 ７０ ６％，其中作为人造板、造纸等工
业原料量约 ０ １８ 亿 ｔ，占秸秆综合利用中的 ２ ６％，
尚有较大综合利用空间［９］。
互花米草（ Ｓｐａｒｔｉｎａ ａｌｔｅｒｎｉｆｌｏｒａ）广泛分布在我
国沿海滩涂，是我国最早公布的 １６ 种入侵植物之
一。 虽然它在沿海促淤造陆方面的作用功不可没，
但由于其“疯狂生长”，已经严重影响了沿海生态环
境。 笔者利用互花米草长纤维、纺织纤维与造纸污
泥复合生产工业用板材，并进行板材的性能检测，
比较分析植物秸秆纤维、纺织纤维等长纤维对造纸
污泥纤维板性能影响，以期探求含纤维污泥、植物
秸秆纤维资源的综合低碳工业化加工利用方法。
１ 材料与方法
１ １ 材料
造纸污泥取自浙江永泰纸业集团股份有限公
司（ｐＨ ６ ５，污泥质量浓度 １５０ ｇ ／ Ｌ），纺织纤维和互
花米草纤维由笔者所在实验室保存。
１ ２ 设备
碎浆机（山东省诸城市旭日东机械有限公司，
６０ ｋＷ），造纸机（浙江省富阳市广铭造纸机械有限
公司，１２０＃），整形烘干机（浙江省富阳市广铭造纸
机械有限公司，３５０＃），切边机（浙江省富阳市广铭
造纸机械有限公司，１００＃），ＹＴ Ｎ １３５ 型耐破度
测定仪（杭州研特科技有限公司），ＰＲＴ 型硬挺度测
定仪（杭州轻通博科自动化技术有限公司） 和
ＢＳＡ２２４Ｓ电子天平（Ｓａｒｔｏｒｉｕｓ公司）。
１ ３ 纤维板加工工艺流程
将互花米草长纤维、纺织纤维、废纸浆分别与
污泥浆混合制浆，混合比例按照 ２ ∶３（干质量比）进
行添加，其中纺织长纤维与互花米草长纤维的长度
选择 ０ ５ ｍｍ～３ ５ ｃｍ。 水力碎浆机碎浆，浆料经流
浆箱过圆网，在高效 １２０污泥纸机上进行压滤抄板，
经液压烘干，切纸打包即可制成 ３种纤维板：互花米
草纤维板、纺织纤维板和废纸浆纤维板。 污泥纤维
板生产的具体流程见图 １。
图 １ 污泥纤维板生产流程示意
Ｆｉｇ １ Ｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎ ｐｒｏｃｅｓｓ ｏｆ ｓｌｕｄｇｅ ｆｉｂｅｒｂｏａｒｄ
６６ 生 物 加 工 过 程 第 １２卷
１ ４ 不同纤维板的性能测定
对相同工艺参数下，对制得的 ３ 种污泥纤维板
进行硬挺度、耐破度、密度、含水率和吸水性能
测定。
１ ５ 不同纤维板的扫描电镜（ＳＥＭ）表征
对相同工艺参数下，制得的 ３ 种污泥纤维板表
面和内部纤维构成进行扫描电镜表征。
２ 结果与讨论
２ １ 利用长纤维与污泥复合制作纤维板
成浆池中测得 ｐＨ 为 ６ ５，浆浓度 ２ ５％，打浆度
为 ２６ °ＳＲ。 抄板湿坯按照 １３０ ｃｍ×１００ ｃｍ×２ ８ ｃｍ
的规 格 进 行 生 产， 制 成 湿 坯 产 品 单 质 量 为
４ ５８ ｋｇ ／只，经烘干整形后获得产品干质量为
２ １０ ｋｇ，产品厚度为 １ ５ ｍｍ，计算得到湿坯含水率
为４５％±５％。
互花米草纤维板、纺织纤维板和废纸浆纤维
板，如图 ２所示。
图 ２ ３种污泥纤维板产品示意
Ｆｉｇ ２ Ｓｃｈｅｍａｔｉｃ ｄｉａｇｒａｍ ｏｆ ｔｈｒｅｅ ｓｌｕｄｇｅ ｆｉｂｅｒｂｏａｒｄｓ
２ ２ 污泥纤维板的检测与分析
对互花米草纤维板、纺织纤维板和废纸浆纤维
板的密度、硬挺度、耐破度、吸水性、含水率理化性
能检测结果如表 １所示。
表 １ ３种污泥纤维板的性能指标
Ｔａｂｌｅ １ Ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ ｉｎｄｉｃａｔｏｒｓ ｏｆ ｔｈｒｅｅ ｓｌｕｄｇｅ ｆｉｂｅｒｂｏａｒｄｓ
样 品 密度 ／（ｋｇ·ｍ－３）
硬挺度 ／
（ｍＮ·ｍ）
耐破度 ／
ＭＰａ
吸水性 ／
（ｇ·ｍ－２·ｍｉｎ－１） 含水率 ／ ％
废纸浆纤维板 ７９０ ７７ ８０ ７０ ０ ７０～０ ７５ ３５ ４ ６７
纺织纤维板 ８９１ ５０ １２６ ９０ ０ ７６～０ ８０ ４１ ４ ４３
互花米草纤维板 ９７６ ４０ １３４ ５０ ０ ７９～０ ８２ ３１ ４ ５５
由表 １ 可知：互花米草纤维板的密度为 ９７６ ４
ｋｇ ／ ｍ３，硬挺度为 １３４ ５ ｍＮ·ｍ，耐破度为 ０ ７９ ～
０ ８２ ＭＰａ，３ 项指标与其他 ２ 类比较数值最高。 同
时，互花米草纤维板的吸水性为 ３１ ｇ ／ （ｍ２·ｍｉｎ），能
相比最低，仅含水率比纺织纤维板略高；废纸浆纤
维板的各项性能指标最差。 综合可知：在本制板工
艺流程下，互花米草纤维板的性能指标优势明显，
废纸浆纤维板的性能最差。
造纸污泥所含的纤维较为细小，而互花米草纤
维、纺织纤维的纤维较长，纤维比表面积相对较高，
将其与造纸污泥混浆复配达到了“钢筋＋水泥”的效
果，起到骨架的作用，从而较好地将造纸污泥浆平
面化成型。 植物纤维相较纺织纤维的长度长，且硬
挺度高，因而可使得互花米草纤维板的性能较之纺
织纤维更好。 废纸浆经过制浆后纤维大部分已经
破碎变短，比表面积变小，与造纸污泥复配后，复配
效果没有其他两者好，制成的纤维板性能最低。
２ ３ 纤维污泥板的扫描电镜观察结果
对互花米草纤维板、纺织纤维板和废纸浆纤维
板进行 ＴＭ １０００ 型扫描电镜（日立公司）分析，结
果如图 ３所示。
由图 ３ 可知：废纸纤维板表面可见压扁的杆状
物，在 １００倍下可见许多不规则颗粒物和杆状物组
成，结构酥松，有空隙，其内部可见许多长条杆状物
和不规则颗粒物，结构较表面酥松。 纺织纤维板表
面可见明显压扁的杆状物，结构酥松，有空隙，其板
内部多为杆状物，较表面无大差异。 互花米草纤维
板表面可见明显压扁的杆状物，在 １００倍下观察，较
纺织纤维板表面致密，其板内部多为杆状物，表面
较酥松。
７６ 第 ３期 覃佐东等：互花米草纤维与造纸污泥混合制作污泥纤维板
图 ３ ３种纤维污泥板的 ＳＥＭ照片
Ｆｉｇ ３ ＳＥＭ ｉｍａｇｅｓ ｏｆ ｔｈｒｅｅ ｆｉｂｅｒｓ ｓｌｕｄｇｅ ｐｌａｔｅｓ
３ 结 论
本研究创造性地利用互花米草纤维（“钢筋”）、
纺织长纤维（“钢筋”）对造纸污泥（“水泥”）进行复
配改性，利用纤维成型过程中羟基与羧基脱水缩合，
再经过抄板 ／压滤 ／烘干整型工艺制成环保污泥纤维
板，生产过程无需添加任何胶粘剂等助剂，是对含纤
维污泥制造纤维板的可行性应用，具有一定的实践指
导性。 检测分析，利用互花米草纤维与造纸污泥复配
加工的纤维板，与纺织纤维和废纸浆复配造纸污泥的
纤维板在硬挺度、耐破度、密度和吸水性能指标上具
有明显的优势。 同时利用扫描电镜观察了 ３ 种板材
的表面与内部结构，发现互花米草纤维板在 １００ 倍
下，较纺织纤维板、废纸浆纤维板表面更致密，进一步
证实互花米草纤维板的机械性能更优。
秸秆生物质在本研究中得到了综合利用，解决
了当前秸秆生物质单一成分使用、效率不高、易造
成环境污染的国际难题，为农业秸秆的工业化利用
提供了示范作用。
参考文献：
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［ＥＢ ／ ＯＬ］． ［ ２０１２⁃０９⁃１２］ ． ｈｔｔｐ：∥ｗｗｗ． ｇｏｖ． ｃｎ ／ ｚｗｇｋ ／ ２０１１⁃１２ ／
２０ ／ ｃｏｎｔｅｎｔ＿２０２４２７％ｈｔｍ．
（责任编辑 荀志金）
８６ 生 物 加 工 过 程 第 １２卷