木质纤维基重金属污染治理材料生产技术规程-编制说明

一、项目来源根据《广西标准化协会关于下达2021年第三十四批团体标准制修订项目计划的通知》（桂标协［202U92号）文件精神，由广西大学提出，广西大学、广西博世科环保科技股份有限公司共同起草的团体标准《木质纤维基重金属污染治理材料生产技术规程》

二、项目背景及目的意义由于我国经济发展方式粗放，产业结构和布局不合理，污染物排放总量居高不下，部分地区土壤、水体污染严重，随着我国国民经济的高速发展和城镇人口的急剧增加，各种有毒有害重金属元素通过多种途径进入农田土壤、江、河，造成各种有毒有害重金属元素富集，使得各地相继出现了严重的重金属污染事件，而且重金属污染问题日益凸显，对农产品质量安全和人体健康构成了严重威胁我国部分地区土壤污染较重，耕地土壤环境质量堪忧，工矿业废弃地土壤环境问题突出，根据《全国土壤污染状况调查公报》显示，全国土壤总的点位超标率为

16.1%,耕地土壤点位超标率分别为

19.4%据不完全调查，全国受污染的耕地约有L5亿亩，污水灌溉污染耕地3250万亩，固体废弃物堆存占地和毁田200万亩，合计约占耕地总面积的1/10以上，其中多数集中在经济较发达的地区严重的土壤污染造成巨大危害据估算，全国每年因重金属污染的粮食达1200万吨，造成的直接经济损失超过200亿元在我国有大量的废水不经处理便排放到水体中，使得水中的悬浮物、有机物炭的材料特性与原材料的类型密切相关，生物炭产量与原料中固定碳含量呈正相关由于谷壳、蔗渣、秸秆、木屑等木质纤维原料粒径大小不一，根据工艺设备参数要求，提高后续炭化工艺生物炭产率破碎至粒径

5.0mm

10.0mm,以方〜便后续木质纤维原料的炭化生物炭比表面积是衡量生物炭性能的重要参数之一，是其与目标物质反应的场所，因此其可以决定生物炭的吸附能力以及反应动力学处理后的木质纤维原料在高度缺氧或绝氧条件下通过高温裂解后生成富碳固体产物，其具有特殊的孔隙结构、强高度芳香化、较大的比表面积和较强的阳离子交换能力谷壳、蔗渣、秸秆、木屑等农林废弃物包含不同量的纤维素、半纤维素、木质素和无机灰分，纤维素、半纤维素和木质素的热分解温度分别为340（

2、2402和37CTC因此温度设定在300七-5002条件下高温热解木质纤维原料的热解过程可分为失水阶段、纤维素、半纤维素、木质素热解阶段和炭化阶段在20CTC前随着温度升高，原料处于吸热失水阶段在20（TC-40CTC区间是纤维素、半纤维素和木质素热分解阶段，是热失重的主要阶段在此阶段木质素可发生脱水反应，部分羟基，践基和醒键等官能团中化学键断裂，生成小分子化合物，或随着热解温度升高，发生如交联、环化和芳构化等热缩聚反应，进一步形成多环芳香化结构在热解温度〈50（TC下热解产生的生物炭，其溶解有机碳和含氧官能团的含量较高，孔隙率和C/N比较低，更适合于去除重金属（Pb,Cd2+.Ci/+等）生物炭主要是通过离子交换、表面络合、沉淀等相互作用去除无机污染物，有研究表明，生物炭去除重金属主要是通过离子交换和生物炭官能团（如-OH、-COOH.R-OH）与重金属离子之间的络合作用来实现的木质纤维基吸附材料制备工艺包括干化、破碎和改性木质纤维基吸附材料制备主要采用谷壳、秸秆等木质纤维原料作为原材料，将原材料在自然风干或采用设备烘干至含水率＜5%,并破碎至粒径

0.1mm

1.0mm,以方便〜后续木质纤维原料与改性溶液充分反应破碎后的木质纤维原料通过与二硫化碳CS

2、乙二胺四乙酸EDTA等溶液混合搅拌，充分利用木质纤维基材料的空腔结构，在木质纤维材料上接枝、负载新的官能团-S.-C00H,增加木质纤维基材料的吸附位点，提高材料吸附性能改性后的木质纤维基材料经160200目滤网过滤，将木质纤维基吸附材料从改性溶液中分离出来〜复混加工工艺可将生物炭、木质纤维基吸附材料与重金属捕捉剂按质量比为65%75%20%30%5%的混合比例充分搅拌混合重金属捕捉剂是〜〜以多胺为原料，通过与二硫化碳反应引入二硫代氨基较酸结构，原料易得、合成工艺条件简单、可操作性强、反应时间短、反应条件温和、节约能源、节约成本，该产品对重金属离子废水的实际处理效果良好，具有很强的重金属离子捕捉能力，沉降速度快，而且处理过程中所形成的重金属离子整合物化学性质稳定，不会造成二次污染由于土壤中的重金属多为过渡元素，它们的化合价易随农田土壤pH、Eh等环境条件的变化而变化重金属形态不同，其稳定性和生物有效性也存在较大的差异，因此针对不同的重金属所采用的钝化材料有一定的差异性通过生物炭、木质纤维基吸附材料与重金属捕捉剂调配混合制成的木质纤维基重金属污染治理材料，通过调节土壤pH,改变土壤性质，提高土壤对重金属的吸附容量，或者与土壤中的重金属发生吸附、络合、氧化还原等反应，使土壤中重金属转变成不易被植物吸收利用的重金属形态，从而达到修复目的生物炭、木质纤维基吸附材料与重金属捕捉剂搅拌混合后的复合物料粒径变大，为保证木质纤维基重金属治理材料生产线的稳定运行，需要对复合物料进行破碎，减小其粒径至

0.5~

4.0mm之间木质纤维基混合材料通过振动筛装置后，粒径W

4.0mm材料经振动筛后端底部的出料口排出；粒径＞

4.0mm的材料经滚筒尾部的排料口排出，进入立式链破机再次破碎粒径〈

4.0mm材料在温度250-300℃条件下烘20-30min,使含水率降低至

10.0%

12.0%,〜烘干后的物料送至冷却机进行冷却至3CTC以下，通过自动打包机打包装袋

六、国内同类标准制修订情况及与法律法规、强制性标准关系经查阅，无与重金属污染治理材料生产、加工相关的为国家标准、行业标准以及地方标准

七、重大分歧意见的处理经过和依据本标准研制过程中无重大分歧意见

八、自我声明改为本标准内容与各项指标不低于国家强制性标准、推荐性国家标准、行业标准和地方标准要求团体标准《木质纤维基重金属污染治理材料生产技术规程》木质纤维基重金标准编制工作组属污染治理材料生产技术规程-编制说明木质纤维基重金属污染治理材料生产技术规程-编制说明木质纤维基重金属污染治理材料生产技术规程-编制说明物和重金属超标调查数据显示我国江河湖库底质的污染率高达

80.1%黄河、淮河、松花江等十大流域重金属超标断面的污染成都均超V类我国的七大水系中，长江水系镉污染情况仅次于COD、BOD以及汞污染；黄河水系总镉含量超标的断面达到

16.7%由于一般重金属微量即可产生显著毒性效应，不能被微生物降解，且被生物体摄取后能在较高级的生物体内成千百倍地富集起来，并与生物高分子（如蛋白质、酶等）发生强烈相互作用而使它们失去活性，也可积累在某些器官中造成累积性中毒，是一类对人类危害极大的污染物由于重金属不能被微生物降解，对环境介质的污染具有隐蔽性、长期性和累积性等特点，至今尚未找到普适有效的治理方法目前，采用的修复和治理的方法有

1、物理法，包括膜分离法（R0反渗透）、吸附法、溶剂萃取法、离子交换法、蒸发浓缩法等；

2、化学法，包括化学沉淀法、电化学法；

3、生物法，包括生物修复法、生物絮凝法、生物吸附法其中吸附法是公认的操作简单，成本低的方法其具有高比表面积、强吸附性、高活性，又具有结构稳定、抗团聚的废水吸附、土壤修复材料，是治理污染的关键用于重金属处理的吸附材料按来源可分为天然吸附材料、合成吸附材料和生物吸附材料等几种类型按化学成分，天然吸附材料可分为天然无机吸附材料和天然有机吸附剂两种类型此外，还有为克服天然吸附材料本身的缺陷，提高吸附性能，对天然吸附材料进行改性的改性天然吸附材料天然无机吸附材料主要为天然矿物及经过简单加工处理的产物应用于重金属吸附的主要有坡缕石、海泡石、蛭石、黏土矿物、沸石、高岭土、膨润土、凹凸棒石和硅藻土等天然有机吸附材料主要是农林业副产物及其加工过程产生的废弃物，主要有木纤维、玉米杆、稻壳、木屑、树皮和壳聚糖等虽然来源广泛、易得、价廉且无毒，但由于本身结构上的局限和缺陷，一般对重金属离子的吸附容量较小，吸附效率低，选择性差，再生困难，易产生大量含重金属的废弃物而造成二次污染因此通过对天然吸附材料的改性，克服了缺陷，提高了吸附性能，得到了较好的发展木质纤维是地球上丰富的可再生资源，我国每年60%以上的木质纤维基材成为农林废弃物，随意堆放或焚烧，不仅造成资源浪费，而且带来了严重的环境污染木质纤维基通过改性不仅可用于重金属废水治理，还可用于制作有机钝化剂用于重金属污染土壤治理由于土壤中的重金属多为过渡元素，它们的化合价易随农田土壤pH、Eh等环境条件的变化而变化重金属形态不同，其稳定性和生物有效性也存在较大的差异，因此针对不同的重金属所采用的钝化材料有一定的差异性目前应用于固化/稳定化的改良剂研究较多，据研究结果统计显示，可以有效地固化/稳定化土壤重金属、减少植物对重金属积累作用的材料有石灰、磷灰石、沸石、铁镒氧化物、硅酸盐、海泡石、赤泥、骨炭、堆肥、钢渣、蒙脱石、凹凸棒石和蛭石等另外，多种金属氧化物、黏土矿物、有机质、高分子聚合物、生物材料也被广泛作为改良剂材料使用广西地区因其地质结构特点，在纤维基钝化材料用于修复重金属污染土壤的研究具备资源优势，如针对镉污染土壤钝化材料，广西地区具有的优势原材料有蚕沙、膨润土、高岭土、赤泥、蔗渣、钾长石、沸石；针对辂污染土壤钝化，广西地区的优势原材料有钾长石、沸石、蔗渣生物质炭、膨润土、泥炭等五种原材料，研究表明，以上材料作改性处理后对辂的钝化修复效率越高、作用越稳定广西的木质纤维资源丰富，是世界10大产糖区之一，根据2019年度统计年鉴，广西自治区年产农业秸秆总量约

4598.6万吨，主要来源于甘蔗、水稻、玉米、蔬菜、水果、薯类及木薯等农作物，其中以甘蔗、水稻秸秆量占比率较高甘蔗种植面积900万亩左右，以甘蔗为材料发展的制糖产业是广西经济发展的重要支柱，蔗渣产量高达1700多吨，蔗渣可进行改性，配合铁类和铝镒氧化物等钝化剂等联合使用，不仅能高效钝化修复碑污染的土壤，还能减少每年因燃烧大量秸秆带来的大气问题木质纤维孔隙率高、活性位点多，具有制备高性能重金属吸附材料的加工属性和改性潜力但是传统的木质纤维基吸附材料主要存在以下问题:1难实现低浓度多重金属离子的同步高效去除；2木质纤维的常规非均相改性方法存在反应物转化率低；3功能基团总密度低；4各吸附位点不均衡；5生产过程步骤多、改性成本高等弊端，极大限制了木质纤维材料在重金属污染治理领域的产业化应用因此，通过制订团体标准《木质纤维基重金属污染治理材料生产技术规程》，以标准化为抓手，采用优势木质纤维为原料，研究新型木质纤维改性方法、生产绿色高效重金属污染治理材料，配套技术装备，将绿色修复理念应用于重金属污染防治工程实践已迫在眉睫

三、项目编制过程-成立标准编制工作组团体标准《木质纤维基重金属污染治理材料生产技术规程》项目任务下达后，广西大学成立了标准编制工作组，起草单位制定了起草编写方案与进度安排，明确任务职责，确定工作技术路线，开展标准研制工作具体标准编制工作由广西大学、广西博世科环保科技股份有限公司等起草单位组成标准编制工作组编制工作组下设三个组，分别是资料收集组、草案编写组、标准实施组资料收集组负责国内外有关木质纤维基重金属污染治理材料生产技术的文献资料的查询、收集和整理工作，查阅前人对木质纤维基重金属污染治理材料生产的研究情况和目前科学界对木质纤维基重金属污染治理材料生产技术的研究进展草案编写组负责起草标准草案、征求意见稿和标准编制说明、送审稿及编制说明的编写工作，包括后期召开征求意见会、网上征求意见，以及标准的不断修改和完善标准实施组负责《木质纤维基重金属污染治理材料生产技术规程》标准发布后，组织相关企业开展标准宣贯培训会，对标准进行详细解读，让相关人员了解标准，并根据标准对木质纤维基重金属污染治理材料生产等进行规范化操作，为切实保障我区环境安全，提高土壤环境质量，并对标准实施情况进行总结分析，不断对标准提出修正意见二收集整理文献资料标准编制工作组收集了国内有关重金属污染治理材料相关文献资料主要有《DB45/T2144-2020工业企业重金属污染地块修复技术规范》《重金属吸附材料的研究进展》三研讨确定标准主体内容标准编制工作组在对收集的资料进行整理研究之后，标准编制工作组召开了标准编制会议，对标准的整体框架结构进行了研究，并对标准的关键性内容进行了初步探讨经过研究，标准的主体内容木质纤维基重金属污染治理材料生产技术的术语和定义、生产工艺四调研、形成征求意见稿广西大学牵头组织实施“木质纤维功能改性应用于重金属污染绿色修复”项目，研究解决了多吸附位点型木质纤维基多重金属离子吸附材料制备过程中反应物转化率低，以及功能基团总密度低、各吸附位点不均衡的问题，开发了高效吸附效果的木质纤维基多重金属离子吸附材料，攻克了低浓度多重金属离子难以同步绿色修复的难题项目成果在河北、湖南、广西、福建、云南等省份的60多个重金属污染矿区、流域修复等工程项目中应用，累计经济效益超15亿元，近3年效益超9亿元在此基础上还在国内外核心期刊发表了《Cellulose-based amphotericadsorbent forthe completeremoval oflow-level heavymetal ionsvia aspecialization andcooperationmechanism》、《Multiple activesites cellulose-basedadsorbent forthe removalof low-level CuII,PbII andCr VIviamultiple cooperativemechanisms》、iStructural designof acellulose-based hyperbranchedadsorbent forthe rapidand completeremovalof Cr（VI）from water》等100余篇并申请发明专利《改性造纸污泥土壤重金属钝化剂的制备方法》《一种海绵状膨润土基复合吸附材料及其制备方法》等60件参与制定广西地方标准《工业企业重金属污染地块修复技术规范》《农田土壤重金属污染修复技术规范》为标准的制定提供了技术支持2021年10月，在前期工作的基础之上，通过理清逻辑脉络，整合已有的参考资料中有关木质纤维基重金属污染治理材料生产的技术要求，并结合实际要求的基础上，按照简化、统一等原则编制完成团体标准《木质纤维基重金属污染治理材料生产技术规程》（草案）2021年n月，标准起草工作组再次深入有代表性企业针对木质纤维基重金属污染治理材料生产情况进行分组实地调研学习通过实地调研，掌握各地方关于木质纤维基重金属污染治理材料生产的具体要求并实际征求意见，通过收集反馈了大量意见，标准编制工作组多次召开会议，对标准草案进行了反复修改和研究讨论最终形成了团体标准《木质纤维基重金属污染治理材料生产技术规程》（征求意见稿）和（征求意见稿）编制说明

四、标准制定原则

1、实用性原则本标准是在充分收集相关资料和文献，分析木质纤维基重金属污染治理材料生产技术当前现状，在现有国家、行业标准相关技术要求的基础上，结合广西大学等科研院所和相关生产企业多年的木质纤维基重金属污染治理材料生产的经验、试验而总结起草的符合当前木质纤维基重金属污染治理材料生产技术发展的方向与市场需求，有利于行业的长远发展，有利于切实保障我区环境安全，提高土壤环境质量，对推动环保产业健康发展，具有较强的实用性和可操作性

2、协调性原则本标准编写过程中注意了与木质纤维基重金属污染治理材料生产技术规程相关法律法规的协调问题，在内容上与现行法律法规、标准协调一致

3、规范性原则本标准严格按照GB/T

1.1—2020《标准化工作导则第1部分标准化文件的结构和起草规则》的要求和规定编写本标准的内容，保证标准的编写质量

4、前瞻性原则本标准在兼顾当前木质纤维基重金属污染治理材料生产技术现实情况的同时，还考虑到了环保产业快速发展的趋势和需要，在标准中体现了个别特色性、前瞻性和先进性条款，作为对木质纤维基重金属污染治理材料发展的指导

五、标准主要内容及依据来源团体标准《木质纤维基重金属污染治理材料生产技术规程》主要章节内容包括术语和定义、生产工艺其中术语和定义，规定了木质纤维原料是以含有丰富木质素、纤维素的农林废弃物原料，如谷壳、蔗渣、秸秆、木屑等木质纤维基材料是自然界中最为丰富的高分子资源，具有来源丰富、价格低廉、环境友好等多个优点，通过接枝共聚方法，制备出木质纤维基吸附材料重金属捕捉剂是一种能在常温和较宽的pH值范围内，与废水中的各种重金属离子进行强力螯合化学反应，并在短时间内迅速生成不溶性、低含水量、容易过滤去除的絮状沉淀，从而去除污水中重金属离子的化学试剂这里特指的是多胺类重金属离子捕捉剂（专利号ZL

201210568784.9）o生产工艺包括工艺流程、生产设备、工艺要求工艺流程主要依据生产木质纤维基重金属污染治理材料各过程操作进行确定如图1所示图1工艺流程示意图设备主要依据生产实际以及实地调研确定，明确了应具有烘干机、粉碎机、间热式炭化炉、搅拌罐、混合皮带输送机、螺旋绞刀秤、盘式搅拌机、卧式双链破碎机、振动筛、立式链破机、转筒烘干机、包装系统、热风炉、除尘系统等木质纤维基重金属污染治理材料生产包括4个工艺生物炭制备工艺、木质纤维基吸附材料制备工艺、重金属捕捉剂制备工艺和复混加工工艺生物炭制备工艺包括木质纤维原料干化、破碎和炭化木质纤维原料在采购、转运、贮存过程中会吸附空气中的水分，导致各类型材料含水量不同，为保证粉碎、炭化过程中因含水量不均影响了粉碎和炭化效果生。