有限水環境容量下造紙工業可持續發展路徑分析

摘要： 我國化學機械漿產能迅速擴張，填補了“限廢令”執行所造成的再生纖維缺口。水環境容量屬于可再生的自然資源，也是產業發展的關鍵約束性條件，造紙工業發展需要水環境容量作為支撐，以消納廢水排放的潛在環境影響。本文回顧了末端污染控制對削減行業污染物排放的支撐作用，探討了國內紙漿產能提升面臨的水環境容量限制，主張降低單位產品水耗是持續削減造紙工業環境影響的必經之路，提出了制定造紙工業水再生利用導則的必要性，總結了清潔化生產與中水再生利用的可行技術，以期為推動造紙工業可持續發展提供參考。

關鍵詞：制漿造紙；增產不增污；中水回用；廢水

中圖分類號：X793 文獻標識碼：A DOI：10. 11980/j. issn. 0254-508X. 2025. 02. 014

造紙工業作為重要的基礎原材料產業，在國民經濟中占據了舉足輕重的地位。造紙工業原料主要分為原生漿和再生漿。長期以來，我國依賴進口商品木漿和廢紙漿以滿足造紙纖維的原料需求。隨著“禁廢令”的實施，我國廢紙進口量已歸零（圖1），形成了每年約3 000 萬t 纖維原料的供給缺口[1]。盡管2021年我國廢紙回收量已突破6 000萬t，但依靠國內廢紙再循環滿足纖維需求的潛力有限[2]。此外，纖維重復利用形成的纖維角質化問題嚴重影響了再生漿質量，因此，需要補充新鮮纖維以改善纖維形態和紙張性能。在需求牽引下，發展國產原生漿已成為填補我國造紙原料需求的必然選擇。

我國造紙工業對纖維原料需求推動了以化學機械漿為代表的高效造紙纖維生產。化學機械漿對纖維原料的高效利用和廣泛適應性對于解決我國造紙纖維原料短缺問題具有深遠的意義[3]。化學機械漿以其高得率和優良的松厚度被廣泛應用，可由木片及麥稻草、竹材、棉桿等非木質纖維原料制備。闊葉木化學機械漿在強度和白度方面與同種原料制備的化學漿不相上下，闊葉木化學機械漿的應用顯著提高了紙制品的抗張和環壓強度，也優化了國產廢紙制備高強度瓦楞原紙的性能[4-5]。從消費市場潛力判斷，中國紙及紙板人均消費量仍低于歐美日等國家，甚至不及馬來西亞（2018 年為101 kg）， 未來紙產品增長預期明確[6]。2022年，全國紙及紙板生產量12 425萬t，較2021年增加2.64%，人均年消費量達87.84 kg （按14.12億人計） [1]。我國紙及紙板生產消費水平的增長預期等因素推動了我國木漿產能的持續快速增長，年均增長率達14.6%。產量從2017年的755萬t激增至2021年的1 809萬t。廣西、湖北、廣東等地新建了化學機械漿項目（表1），以滿足市場對原生漿的需求。

1 造紙工業發展面臨環境限制

1. 1 末端污染控制對造紙業污染物減排的支撐作用

水體、土壤與大氣的生態承載力對國民經濟發展兼具支撐與約束作用。工業發展依賴水資源，造紙工業產生的水污染物不斷消耗生態承載力。水環境容量反映了維持水正常用途的前提下，水體所能承載消納的污染物量或通過自身調節凈化保持生態平衡的潛力。我國通過實施GB 3544—2008《制漿造紙工業水污染物排放標準》，有效約束了造紙企業的水污染物排放濃度與廢水排放量。

圖2為2009—2022年紙和紙制品業廢水處理量及化學需氧量（COD） 排放情況。如圖2所示，紙和紙制品工業在節水減排方面的努力取得了顯著的污染物減排效果。以COD為例，紙和紙制品工業CODCr排放量從2009年的109.7萬t已降至2022年的5.2萬t，減排比例高達95.3%。同時，造紙工業廢水處理量也從38.2億t縮減至16.9億t，縮減比例達55.8%；造紙工業廢水處理量在全國工業廢水處理量的18.3%逐年穩步下降至5.6%。此外，造紙工業單位產品的CODCr排放量自2006年的23.9 kg/t銳減至2015年的3.1 kg/t，降幅高達87.1%。與此同時，每萬元產值CODCr排放量也實現了大幅下降，從53.8 kg/萬元降低至4.7 kg/萬元，其減排效果已經超越了歐盟造紙行業的平均水平。以上數據表明，通過降低單位產品廢水排放量和執行嚴格的污染物排放限值，是我國造紙行業削減環境污染排放的關鍵路徑。

1. 2 產能結構調整面臨水環境容量限制

我國造紙企業集中于山東、廣東、浙江等東部與中部發達省份，相關區域普遍工業發展充分但生態環境承載力弱，工業發展對水資源的利用與污染問題相對突出。水環境容量屬于水資源開發實踐中的可再生自然資源，合理分配與使用水環境容量既是環境管理的基本目標，也是產業規劃的主要約束性條件。

2020年，國務院正式印發了《生態文明體制改革總體方案》，其中確立了生態環境保護以“改善環境質量”為中心的思路。同年，生態環境部發布了《環辦環評〔2020〕36號》，加強重點行業建設項目，區域削減措施監督管理，要求針對制漿造紙等重點行業，需通過治理現役污染源以削減并替代新增的污染物排放量，旨在實現“增產不增污”的目標，確保項目投產后區域環境質量不出現惡化或有所改善。上述政策實施要求造紙行業在發展期間需多措并舉，以提升清潔生產與污染控制水平，充分利用項目所在地的水環境容量。

如何在產能結構調整后維持企業排污不超出原排污許可總量，是企業發展必須解決的問題。化學機械漿廢液的濃度遠低于化學制漿黑液的濃度，“蒸發-濃縮-堿回收”處理工藝的蒸發能耗較高，制約了該技術的規模化應用[7]。將化學機械漿廢液摻入化學制漿黑液，提高蒸發段初始濃度，有望降低化學機械漿廢液處理成本，提高該技術路線的經濟性[8]。目前，化學機械漿廢液主要排往廢水處理系統，需通過生化處理和深度處理后達標排放[9]。根據HJ 2011—2012對典型制漿造紙廢水水質范圍進行了總結（表2）。由表2可知，化學機械漿廢水聚集了制漿過程中溶出的有機物，因此其污染物濃度高，化學機械漿廢水中含有具有微生物抑制性的單寧、樹脂及長鏈脂肪酸等抽提物，對其進行生化處理難度較高[10-11]。擴大化學機械漿產能，將對廢水生化處理系統的運行穩定性與經濟性提出挑戰。

1. 3 “增產不增污”是造紙工業發展的必由之路

我國造紙工業現行污染物排放標準對CODCr 濃度、BOD5濃度和總氮濃度等指標的限值已居國際前列（表3），各地針對當發展情況與環境容量制定了更嚴格的地方標準。如根據DB 37 3416.1—2023《流域水污染物綜合排放標準》，山東省南四湖東平湖流域造紙企業的COD排放標準需參照保護區域限值執行，如一般保護地區和重點保護地區CODCr排放標準分別為50和40 mg/L。同時，還設置了全鹽量不得超過2 500 mg/L 的限制，以及650 mg/L 的硫酸鹽（以SO24 -計）限值。為達到排放標準，相關企業若采取增加化學品投加量的方式來維持污染物濃度超低排放，將導致電能與化學品消耗量激增[12]，不僅會增加企業成本，有悖于節能降碳的發展目標，還存在出水全鹽量和硫酸鹽含量的超標風險。綜上所述，依賴超低濃度排放落實污染物排放總量削減的潛力已接近瓶頸。在我國造紙工業產能持續增長、產能結構優化調整的發展階段，如何與產能提升同步實現污染物減排是我國造紙行業推動高質量綠色發展的重要課題。

2 造紙工業水污染物減排路徑

2. 1 降低單位產品排水量

水污染物的排放量與單位產品的取水量、廢水排放量及污染物排放濃度息息相關[13]。如何利用有限的排污指標支撐產能擴增與產業結構調整，是制約造紙工業長期發展的關鍵問題。

目前，我國造紙工業的單位產品排水量已處于國際領先水平（表4）。具體來看，我國大型造紙企業按紙漿種類細分的噸漿水耗水平為：化學漿耗水量16 m3/t a.d.，化學機械漿的耗水量10～16 m3/t a.d.，而廢紙漿的耗水量則為4～6 m3/t a.d.。采用先進制漿造紙裝備可進一步降低單位產品取水量和排水量。除此以外，廢水處理與再生回用仍是推動我國造紙工業節水減排的路徑。如紙機濕部、堿回收等關鍵系統對硬度、鐵錳離子、固形物、濁度等水質指標有著嚴格要求，因此，需要采用如超濾、反滲透等膜分離技術進行水質再生處理，以保障在水循環過程中的生產穩定性和產品可靠性[16]。

《工業水效提升行動計劃》（工信部聯節〔2022〕72號） 提出，2025年我國造紙行業單位取水量相較2020年減少10%。該政策旨在推動工業用水方式從粗放低效向集約節約利用轉變，以緩解我國水資源供需矛盾、保障水安全。當前，制漿造紙再生水回用標準主要依賴企業自行探索，尚未形成完整的標準規范體系來指導生產實踐，導致企業節水改造的預研周期長、決策成本高。因此，有必要構建造紙工業水再生利用導則及相關標準，明確制漿造紙過程關鍵水質指標，為企業升級改造提供參考。

2. 2 “增產不增污”的可行技術

實現“增產不增污”的方向是借助水循環利用從而削減廢水排放量，具體包括清潔化生產與廢水再生利用2個技術領域。清潔生產的核心是從源頭削減污染物的生成及向生產廢水中的遷移，關鍵在于工藝與裝備的固液分離效率及制漿廢液處理工藝路線的選擇。廢水處理和再生回用是推動水耗持續下降的根本保障，其重點在于解決廢水中難降解污染物和鹽分對生產用水水質的負面影響。

2. 2. 1 紙漿清潔化洗篩技術

蒸煮廢液中的可溶性有機物和無機鹽均是環境污染的來源。制漿過程中形成的降解產物若能形成高濃度制漿廢液（即黑液），則有利于采用堿回收技術降低廢水處理負荷與難度。紙漿洗滌旨在通過擠壓、擴散及置換等手段，有效凈化紙漿纖維，同時獲得高濃度、高溫黑液。紙漿洗滌效率對堿回收、漂白及廢水處理的效率與經濟性具有至關重要的影響。

圓網脫水機等開放式篩選設備因蒸發散熱，會降低黑液回收率，且黑液飛濺流失進入廢水將增加廢水處理難度與成本。洗篩工段排放的水污染物總量占典型化學機械法制漿的等標污染負荷比為50.12%～51.17%[17]。傳統真空洗漿機洗滌損失約為5～10 kgCODCr/t a.d.，出漿濃度10%～15%，噸漿帶走的液體量5.7～9.0 t，而由壓榨洗漿機組成的洗漿系統，洗滌損失約5 kg CODCr/t a.d.，出漿漿濃25%～35%，噸漿帶走的液體量為1.9～3.0 t。

采用封閉式洗篩設備取代敞開式篩選設備，可有效減輕廢水處理及蒸發濃縮的工作負荷，在提升了篩選質量的同時降低了清水、漂白劑、堿等原材料的消耗[18]。在相同稀釋因子條件下，采用壓榨洗漿機相較于真空洗漿機耗水量可減少3～5 t/t a.d.。封閉式洗滌相較于開式洗滌，每噸紙漿至少能夠節約用水50 m3/t，且廢水排放量至少減少54 m3/t[19]。置換壓榨雙輥擠漿機集成了過濾脫水、置換洗滌和壓榨脫水等多重功能，其噸漿洗滌水耗和廢水排放量分別降至13 和10 m3/t a.d.。在稀釋因子低于2.5的情況下，該設備還能使后續紙漿漂白的有效氯用量降低6 kg/t a.d.[20]。此外，通過在傳統的真空洗漿機等設備前增加擠漿工序，利用機械擠壓作用，以較小的稀釋因子實現廢液中固形物和纖維的高效分離。

2. 2. 2 化學機械漿廢液堿回收技術

蒸煮廢液回收利用的核心目的是降低污染物負荷與回收再生化學品。化學機械漿廢液污染物負荷遠低于化學漿廢液。堿回收需要通過多效蒸發將廢液固含量從1.5%～2.0%濃縮至65%。化學機械漿廢液濃度遠低于化學漿廢液，因此濃縮廢液需要蒸發大量水分，制約了廢液經堿回收的資源化路徑。“厭氧-好氧-深度”三級處理工藝仍是化學機械法制漿企業普遍采用的廢水處理工藝，但制漿過程溶出的樹脂、木質素衍生物和有機氯化物對廢水生化系統穩定性和處理負荷帶來了挑戰。

采用多效蒸發技術與機械蒸汽再增壓技術聯用，可將噸水蒸發能耗降低40%以上，但蒸發噸水成本仍高于15.5 元[21]。水環境容量限制下，采用蒸發濃縮-燃燒處理是解決化機漿廢水的可行方式[22]。化學機械漿配套機械式蒸汽再壓縮（MVR） 蒸發器，采用堿回收爐燃燒方式處理，回收堿和熱能、蒸發水回用生產線，可以實現水回用并且降低廢水處理站負荷。典型化學機械法漿廢液堿回收流程為：廢液經多效蒸發或MVR預蒸發，使其質量分數達15%左右，再經多效蒸發濃縮至質量分數65%以上送入堿回收爐燃燒[23]。該技術應用于化學機械漿生產企業可減少新鮮水使用量5 t/t a.d.。

2. 2. 3 氧脫木質素技術

氧脫木質素利用氧氣在堿性介質中與紙漿中的木質素發生反應，以提高紙漿白度，是全無氯（TCF）漂白和無元素氯（ECF） 漂白的重要組成部分。氧脫木質素作為蒸煮脫木質素的延伸，可進一步脫除未漂漿中殘余木質素。氧脫木質素廢液中不含氯代物，可用于粗漿洗滌并進入堿回收系統，從而不產生外排廢水。如中濃氧脫木質素工藝可去除40%～60%殘余木質素，氧脫木質素廢液可逆流到粗漿洗滌段，最后送至堿回收工段處理。氧脫木質素技術的應用可顯著減少漂白廢液中的污染負荷，包括廢水排放量、COD和可吸收有機鹵化物（AOX），從而降低整體廢水處理的難度和成本。氧脫木質素技術在降低漂白段AOX產生量、減少中段廢水對生化處理系統的抑制作用具有重要意義。

2. 2. 4 中水再生回用技術

降低造紙工業單位產品的廢水排放量，關鍵在于加強廢水處理后的再生與循環利用。這需要在水與有機物、鹽分有效分離的基礎上建立水循環體系，以避免累積性組分對生產穩定性和產品品質的負面影響。現存在“厭氧-好氧-深度”三級處理無法解決的水循環過程中鹽分累積問題，制約了制漿造紙用水封閉循環體系的實現。

雙膜法分鹽濃縮技術以納濾和反滲透技術（NF/RO） 為基礎，能夠有效地脫除溶解鹽分，實現水質的凈化與再利用，已廣泛應用于工業廢水處理與循環利用領域。在化學漿廢水循環利用方面，雙膜法分鹽濃縮技術已經提供了可借鑒的工程應用案例。江蘇南通王子制紙建造了造紙園區廢水零排放工程，制漿造紙廢水首先經“預處理-純氧曝氣-混凝沉淀-高級氧化”處理至排放標準，再進入園區配套中水廠進行膜分離，以回收高品質中水，超濾-反滲透處理后中水回收率達98%，離子去除率高達92% 以上。膜濃縮液機械再增壓-多效蒸發技術轉化為工業鹽，實現了鹽分和水的全量回收，實現了造紙產業園區的廢水循環利用和“增產不增污”。此外，黃岡晨鳴漿紙有限公司“林紙一體化”項目配套了中水處理系統，包含廢水處理、中水回用和膜濃縮液處理等3 個子系統。中水回用系統采用“砂濾-超濾-反滲透”方案，膜濃縮液采用“曝氣生物濾池-臭氧氧化-活性炭曝氣生物濾池-Fenton反應-活性炭吸附-二氧化氯消毒”的處理工藝，廢水排放標準滿足GB 18918—2002《城鎮污水處理廠污染物排放標準》的一級A標準。

利用膜分離技術實現造紙廢水零排放仍面臨三重挑戰。首先，有機垢（如纖維、微生物、木質素降解物等） 與無機垢（如碳酸鈣） 的復合結垢對膜組件的通量及使用壽命產生了負面影響，需要開發阻垢劑、清洗劑和膜清洗工藝，以維持膜分離系統長期穩定、經濟高效運行。其次，膜濃縮液中的溶解鹽會干擾Fenton 氧化過程，影響污染物降解效率與化學品消耗。電催化技術有可能為解決造紙企業膜濃縮液處理的可行技術，但相關應用基礎研究尚待完善。針對部分地區總鹽分排放限制，需配套膜濃縮液蒸發結晶系統實現鹽分分離與資源化利用，徹底實現造紙廢水閉環回用與全組分處理。

3 結語與展望

我國造紙產業處于產能轉型期，以化學機械漿為代表的原生漿產能持續擴大。企業原料及產品結構的現狀對廢水處理及污染物減排提出了新挑戰，探索“增產不增污”的可行技術路線對我國造紙產業的可持續發展具有重要意義。

我國現行造紙廢水排放標準已處于國際先進水平。我國造紙行業普遍采用“厭氧-好氧-深度”的三級處理工藝，通過末端廢水處理實現了水污染物超低濃度排放。現階段，僅依靠降低水污染物排放濃度限值邊際效益遞減、增加廢水處理成本，不符合雙碳戰略的發展方向。

探索從工藝源頭減少污染物產生與排放以節約降低廢水處理成本，解決水循環利用過程中有機物、鹽分累積對工藝水使用性能的負面影響，最終降低單位產品排水量，是造紙行業實現“增產不增污”的可行路徑，是突破行業可持續發展限制的攻關方向。

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（責任編輯：呂子露）

基金項目：國家重點研發計劃（2022YFC2105505）；中國工程院院地合作項目（2024-DFZD-58）；國家自然科學基金（22208066）；廣西南寧市創新創業領軍人才項目（2021001）。