制漿造紙行業的節能減排與清潔生產

劉丹慧林春香劉明華

（1.福州大學環境與資源學院，福建 福州 350108；2. 福建省生物質資源化技術開發基地，福建 福州 350108）

制漿造紙行業的節能減排與清潔生產

劉丹慧1,2林春香1,2劉明華1,2

（1.福州大學環境與資源學院，福建 福州 350108；2. 福建省生物質資源化技術開發基地，福建 福州 350108）

分析了我國造紙行業節能減排和清潔生產的現狀，介紹了我國造紙業節能減排和清潔生產技術。針對“十二五”規劃對造紙行業的目標，為促進節能減排實現我國造紙行業經濟效益與環境效益的統一，提出了造紙行業清潔生產可推行的措施和技術，并介紹了制漿造紙行業廢物的資源化利用途徑。

造紙行業 節能減排 清潔生產 資源化利用

制漿造紙行業是與國民經濟關系密切的重要基礎原材料產業，但又是資源和能源消耗大的產業。從2010年開始，盡管我國造紙業經歷了結構調整、節能減排和淘汰落后產能的變革，同時還受到商品紙漿、廢紙及能源等原材料價格上漲的困擾，仍保持了平穩較快的發展。2012年1～3月，造紙及紙制品業銷售收入總額達到2 774 236億元，同比增長15.87%；利潤總額達到120 393億元，同比增長3.20%[1]。但是造紙業“消耗高、污染大、效率低”的問題還普遍存在[2]。國家“十二五”規劃規定主要污染物排放總量要減少8%～10%，單位GDP能耗需下降16%，以此推進節能減排的進程[3]。鑒于造紙行業對環境的污染問題，作為全球第一造紙大國，我國造紙業節能減排和清潔生產刻不容緩。清潔生產是一種新的創造性的思想，將整體預防的環境戰略持續應用于生產過程、產品和服務中，以增加生態效率和減少人類及環境的風險。清潔生產通過不斷改進設計，使用清潔的能源和原料，采用先進的工藝技術與設備、改善管理、綜合利用等方式來減少污染物的產生和排放，清潔生產對造紙業的節能減排能起到積極促進作用[4]。

1 造紙行業節能減排現狀和技術

1.1 造紙行業節能減排現狀

在工業生產中，輕工業是8個重點能耗行業之一，約占工業總能耗的6.75%，其中造紙行業能耗約占工業總能耗的2%。通常能源成本占制漿造紙直接生產成本的10%～35%(具體數據取決于生產的紙種)，是纖維成本之后的第二大成本[5]。

“十一五”期間，我國造紙工業實施了一系列措施進行綜合整治，推進節能減排，其中重點是對草漿生產企業等進行了治理。關停了制漿造紙企業2 000多家，淘汰落后產能1 000余萬t；噸紙漿平均綜合能耗（標準煤）由0.55 t降至0.45 t；噸紙及紙板平均綜合能耗（標準煤）由0.83 t降至0.68 t；噸紙及紙板平均消耗原生紙漿由427 kg降至340 kg。2011年造紙工業廢水排放量為38.23億t，占全國工業廢水總排放量212.90億t的18.0%，排放廢水中化學需氧量（COD）比上年減少21.0 萬t，占全國工業COD總排放322.0 萬t的23.0%。總的來說，“十一五”期間節能減排的任務取得了一定成效，但在“十二五”期間，任務更加艱巨[6]。

“十二五”期間，制漿造紙行業是國家減排的重點行業，根據《造紙工業發展“十二五”規劃》提出了造紙行業節約能源方面的約束性指標，見表1，關于減少排放方面也要求2015年與2010年相比較化學需氧量排放總量降低10%～12%，氨氮排放總量降低10%，淘汰落后產能1 000 萬t以上。

表1 造紙行業節能的約束指標

1.2 造紙工業節能減排技術

（1）制漿及堿回收工段節能技術。

① 間歇式置換蒸煮技術。蒸煮過程中有大量的能量損失，一般大型竹木漿廠的蒸煮利用低固形物立式連續蒸煮技術，草類漿廠的蒸煮利用橫管式連續蒸煮技術，能保證漿質量均勻、耗氣量小、用氣負荷穩定。生產能力在20萬t以下的制漿廠可以優先采用新一代DDS間歇式置換蒸煮技術，有良好的節能效果[7]，適合共存的實際情況。節能效果主要體現在以下幾個方面：均一液相循環蒸煮氣耗低；有利于后序工藝的節能，蒸煮綜合效率高；冷噴放、置換回收黑液熱量節能。

② 連蒸技術。連蒸技術憑借其優越性，工藝技術取得了很大的發展，出現了改良連續蒸煮（MCC）、等溫連續蒸煮（ITC）、低固形物連續蒸煮（Lo-soilds Cooking）等[8]。其中改良連續蒸煮技術的創新主要表現在：使用不同的蒸煮系統，包括單體汽/液相蒸煮系統、單體液相蒸煮系統、雙體汽/液相蒸煮系統、雙體液相蒸煮系統；改進蒸煮工藝技術設備，這些技術設備循序漸進，如等溫蒸煮是在改良連續蒸煮的基礎上進行進一步優化[9]。

③ 蒸煮工序乏汽回收。間斷蒸煮噴放倉里放出的乏汽可以用來加熱水，還可以將其送入下一個蒸球。在使用連續蒸煮時乏汽是連續排放的，回收比較容易，也可以用上述的方法進行回收。

④ 變頻技術應用于磨漿。變頻調速技術是很好的交流調速技術，可以節省30%以上的電能，還可以提高功率因數和電機工作效率，降低工作環境噪音。電機軟啟動，減少啟動沖擊，延長機械設備使用壽命，性能穩定。另外變頻技術操作簡單，自動化程度聲。因此，變頻技術可以很好地應用于造紙行業。用變頻技術把粗磨和精磨分開，利用其他生產線耗電較小的精磨設備，優化組合生產流程，在保證漿料質量的同時，為主體設備騰出提高產量的空間，從而實現增產降耗。

⑤ 中濃打漿。自吸式供料的中濃液壓盤磨機是高效節能中濃打漿技術的關鍵設備，盤磨機在6%～15%的質量濃度下操作，改變了低濃打漿的落后面貌。由于盤磨機經過了特殊設計，可以使纖維平均長度變長，纖維含量降低。這種“纖維間的內摩擦效應”，可以使打漿電耗節省30%～40%。中濃打漿的技術已在造紙業中得到應用。

⑥ 堿回收節能技術。除了蒸煮過程的節能，堿回收節能技術也創新很多新方法。主要有：采用大型的超高壓、超高溫的鍋爐作為堿回收爐，將高濃度黑液直接燃燒，提高堿回收爐的熱效率和蒸汽產量；利用板式結晶蒸發技術提高黑液出蒸發站的濃度；采用連續苛化器，使用CD壓力過濾機過濾白液，提高白液質量；白泥脫水采用盤式真空過濾機或預掛式真空過濾機[10-12]。

（2）造紙過程節能技術[13]

① 熱泵供熱技術。熱泵供熱技術采用創新設計的熱泵供熱系統。它由熱泵、高效汽水分離罐、專用排水器等優化組合。這項技術可以解決國內烘缸積存蒸汽冷凝水等問題，噸紙汽耗降低20%左右，還可以提高車速和產品質量。

② 自由半浮球式蒸汽疏水技術。自由半浮球式蒸汽疏水閥系列的工作范圍大，可解決多種疏水問題，如工作壓力、排水量等。該疏水閥漏汽率特別低、排水快、工作穩定、使用壽命長。另外，該疏水閥高背壓率性能，可實施凝結水無泵背壓閉路回收，進一步節能。

③ 熱壓榨。改進造紙機濕部壓榨以降低干燥費用、改善紙張組織是造紙業的重點課題，熱壓技術是其中有較好成效的工作。應用熱壓榨裝置，可以明顯提高壓榨部的紙業干度。對于120 g/ m2的卡紙，出壓榨部的紙業干度可從40%提高到46%，可以使烘干部蒸發水量負荷減少22%，可節省烘干用汽17%。

④ 新型量調節多噴嘴熱泵。現在我國造紙企業在引進國外先進紙機的基礎上，應用蒸汽噴射式熱泵，用于紙機烘干部，利用鍋爐新蒸汽引射烘缸回水的閃蒸汽，升壓后再利用。這使得烘缸凝結水背壓降低，回水通暢，減少烘缸積水，提高烘缸產量。另一方面，回水的凝結水的閃蒸汽，減少了鍋爐的新蒸汽用量。

2 造紙行業清潔生產與資源化利用

2.1 造紙行業清潔生產現狀

現在清潔生產在世界范圍內得到廣泛認可和推行，其內涵也在不斷更新和豐富。清潔生產是推進節能減排的重要手段之一[14]。目前，清潔生產由于它的綜合性、預防性等特點已經成為我國工業污染防治的最佳選擇[15]。另外，隨著清潔生產的推進，推行清潔生產的對象已不再只有工業企業，我們可以看到服務業、農業、畜禽業以及消費領域和工業系統等很多領域都在推行清潔生產，而且其廣度和深度仍在迅速發展[16-19]。清潔生產促進法的修訂使清潔生產上升為國家戰略，讓清潔生產的前行有了法律保障。

但是，我國的清潔生產水平仍然存在許多問題。據國家環保部統計，2010年造紙工業用新鮮水量占全國工業總耗新鮮水量的8.48%，廢水排放量占18.58%，排放廢水中的CODCr占26.04%。以上數據可以看出，目前造紙行業節能減排、清潔生產現狀不容樂觀，形勢仍然嚴峻[20]。

2.2 造紙行業清潔生產措施

（1）努力創新節能技術，并推廣資源化利用工程，研制開發處理廢氣廢水的新型技術裝備，減少對大氣和水體的污染，走清潔生產發展的路子。

節能技術方面采用低能耗蒸煮、封閉篩選、氧脫木素、無元素氯漂白、高濃打漿、高效堿回收技術[6]。對于廢水的深度處理技術上，現有的技術包括厭氧、臭氧氧化、膜分離、氣浮、催化、吸附、離子交換、磁化+兩級反應沉淀以及人工濕地。其中膜分離技術十分適用于既有固體懸浮物又有小分子化合物的造紙廢水。現在膜分離技術已經用于工程，表明其具有良好的去除懸浮物、COD的效果[21]。

（2）多種類型原料的合理利用。

① 我們應該學習發達國家加快林業一體化的運行模式，集造林、營林、采伐、紙漿造紙與銷售結合起來，形成一個良性的循環產業鏈。同時我們應該加大力度提高木漿比重。國家“十二五”規劃對造紙行業原料中木漿比重也有目標性規劃，木漿原料比重由22.0%提高到24.3%，其中國產木漿比重由8.4%提高至10.3%。

② 必須創新對草類纖維原料清潔制漿的技術。我國有豐富的草類纖維原料如竹子、蘆葦、蔗渣、棉稈、龍須草、芨芨草等。近年來，國內許多科研單位和科技工作者本著自主創新的科學精神，都在突破造紙傳統的老框框和陳舊理念，改變傳統的草漿化學法制漿工藝路線，進行草類纖維原料清潔生產制漿新技術、新工藝、新設備的開發試驗研究工作。在試驗研究工作中，人們改用不同新型化學藥劑創新出的新工藝、新技術各有特色，在技術上和經濟上已都比較成熟。

③ 廢紙的回收利用也是制漿用重要原料之一。在2010年時我國造紙行業廢紙漿用量的比例已達到紙漿總量的63%。按照“十二五”規劃，國內廢紙回收率將由43.8%提高至46.7%。為此，我國廢紙回收的力度可進一步加大，加快建立、健全廢紙回收系統，制定一系列完善的法規、標準和管理辦法，探索出國內廢紙回收發展模式，提高廢紙回收的質量和數量，從而以廢紙分類回收來推動造紙行業的清潔生產進程。

（3）清潔生產發展模式和管理制度創新。一些發達國家對造紙行業的清潔生產有比較完善的技術和管理經驗，我們應虛心借鑒國外先進的發展模式。如用清潔生產的技術改造帶來更好的經濟效益，提高企業的清潔生產積極性。政府干預、立法并制定一系列向技術改造傾斜的工業政策以及用經濟手段刺激企業進行清潔生產[22]。

我們應該充分學習優秀的發展模式，探索出符合中國造紙行業的發展模式。加強管理模式，真正提高企業清潔生產的積極性，清潔生產不單純是為了應對企業污染更是企業發展的良好機遇。于此同時，政府的大力扶持，如一些偏向性政策。在一些清潔生產審核過程中，有一些高費方案有良好的經濟效益和環境效益，但缺乏投資，若有政府部門的支持，如清潔生產專項基金等策略，清潔生產的推行將更加順利。

2.3 制漿造紙行業廢物資源化利用

（1）制漿造紙行業黑液的資源化。制漿造紙產生的廢水有：黑液、中段水、白水。造紙黑液占總量的10%，但它所包含的污染物比例很高，是主要污染物。造紙黑液中含有大量有用物質如木質素、鈉鹽、還原糖類、色素和生物堿等，具有非常高的回收價值。黑液的資源化技術一直是制漿造紙行業清潔生產的熱點[23]。

造紙黑液資源化常通過堿回收，將黑液蒸發濃縮后燃燒，得到碳酸鈉、硫化物等。黑液中的大量有機物物質，可以通過酸析木素、堿回收、噴漿造粒制造有機肥，可很好地應用于農業生產。另外利用從造紙黑液中分離出來的木素可以用來生產農藥緩釋劑，利用黑液中的氨化硫酸鹽木素做土壤改良劑改良緊密、含鹽和被腐蝕土壤，可以明顯改善土壤結構和穩定性[24]。黑液在工業上也有利用，鄭雪琴[25-26]將造紙黑液改性制備煤粘結劑，還用多羥基磺化劑對堿木素進行改性，制備木素磺酸鈉水泥減水劑。陳珍喜[27]以馬尾松硫酸鹽制漿黑液為原料，經化學改性制備復合型改性木質素基鉆井液用降黏劑。

（2）制漿造紙行業固體廢物的資源化[28]。固體廢物是放錯了地方的資源，制漿造紙行業的固體廢物主要來源有：原生漿生產中的原料備料廢渣、堿回收車間白泥、廢水處理污泥以及脫墨污泥。白泥可以通過煅燒再生石灰，但耗費燃料，經濟性不好。白泥還可以生產碳酸鈣填料，目前我國已經有多家造紙廠采用這種處理技術。特別是近幾年綠液除硅-精制碳酸鈣工藝，有更高的硅去除率。白泥還可以應用于建筑材料。對于廢水的處理污泥、焚燒污泥可以回收煙氣熱能，焚燒底灰可以用于制造水泥或添加到混凝土中。污泥還可以生產廢料用于農業生產。脫墨污泥可以回收其中的無機物生產造紙填料和涂料。這是一種較為理想的資源化利用方式。脫墨污泥還可以生產高質量建筑材料。脫墨污泥經過改性后還可以生產熱聚合材料填充劑。

3 結束語

造紙業的節能減排、清潔生產不僅僅是響應國家“十二五”規劃的號召，更是造福老百姓，愛護我們的環境。我國是一個造紙大國，只有始終堅持清潔生產推動節能減排，將清潔生產的思想貫徹到造紙的整個過程，才能成為造紙強國。

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