制浆造纸行业的节能减排与清洁生产

刘丹慧林春香刘明华

（1.福州大学环境与资源学院，福建 福州 350108；2. 福建省生物质资源化技术开发基地，福建 福州 350108）

制浆造纸行业的节能减排与清洁生产

刘丹慧1,2林春香1,2刘明华1,2

（1.福州大学环境与资源学院，福建 福州 350108；2. 福建省生物质资源化技术开发基地，福建 福州 350108）

分析了我国造纸行业节能减排和清洁生产的现状，介绍了我国造纸业节能减排和清洁生产技术。针对“十二五”规划对造纸行业的目标，为促进节能减排实现我国造纸行业经济效益与环境效益的统一，提出了造纸行业清洁生产可推行的措施和技术，并介绍了制浆造纸行业废物的资源化利用途径。

造纸行业 节能减排 清洁生产 资源化利用

制浆造纸行业是与国民经济关系密切的重要基础原材料产业，但又是资源和能源消耗大的产业。从2010年开始，尽管我国造纸业经历了结构调整、节能减排和淘汰落后产能的变革，同时还受到商品纸浆、废纸及能源等原材料价格上涨的困扰，仍保持了平稳较快的发展。2012年1～3月，造纸及纸制品业销售收入总额达到2 774 236亿元，同比增长15.87%；利润总额达到120 393亿元，同比增长3.20%[1]。但是造纸业“消耗高、污染大、效率低”的问题还普遍存在[2]。国家“十二五”规划规定主要污染物排放总量要减少8%～10%，单位GDP能耗需下降16%，以此推进节能减排的进程[3]。鉴于造纸行业对环境的污染问题，作为全球第一造纸大国，我国造纸业节能减排和清洁生产刻不容缓。清洁生产是一种新的创造性的思想，将整体预防的环境战略持续应用于生产过程、产品和服务中，以增加生态效率和减少人类及环境的风险。清洁生产通过不断改进设计，使用清洁的能源和原料，采用先进的工艺技术与设备、改善管理、综合利用等方式来减少污染物的产生和排放，清洁生产对造纸业的节能减排能起到积极促进作用[4]。

1 造纸行业节能减排现状和技术

1.1 造纸行业节能减排现状

在工业生产中，轻工业是8个重点能耗行业之一，约占工业总能耗的6.75%，其中造纸行业能耗约占工业总能耗的2%。通常能源成本占制浆造纸直接生产成本的10%～35%(具体数据取决于生产的纸种)，是纤维成本之后的第二大成本[5]。

“十一五”期间，我国造纸工业实施了一系列措施进行综合整治，推进节能减排，其中重点是对草浆生产企业等进行了治理。关停了制浆造纸企业2 000多家，淘汰落后产能1 000余万t；吨纸浆平均综合能耗（标准煤）由0.55 t降至0.45 t；吨纸及纸板平均综合能耗（标准煤）由0.83 t降至0.68 t；吨纸及纸板平均消耗原生纸浆由427 kg降至340 kg。2011年造纸工业废水排放量为38.23亿t，占全国工业废水总排放量212.90亿t的18.0%，排放废水中化学需氧量（COD）比上年减少21.0 万t，占全国工业COD总排放322.0 万t的23.0%。总的来说，“十一五”期间节能减排的任务取得了一定成效，但在“十二五”期间，任务更加艰巨[6]。

“十二五”期间，制浆造纸行业是国家减排的重点行业，根据《造纸工业发展“十二五”规划》提出了造纸行业节约能源方面的约束性指标，见表1，关于减少排放方面也要求2015年与2010年相比较化学需氧量排放总量降低10%～12%，氨氮排放总量降低10%，淘汰落后产能1 000 万t以上。

表1 造纸行业节能的约束指标

1.2 造纸工业节能减排技术

（1）制浆及碱回收工段节能技术。

① 间歇式置换蒸煮技术。蒸煮过程中有大量的能量损失，一般大型竹木浆厂的蒸煮利用低固形物立式连续蒸煮技术，草类浆厂的蒸煮利用横管式连续蒸煮技术，能保证浆质量均匀、耗气量小、用气负荷稳定。生产能力在20万t以下的制浆厂可以优先采用新一代DDS间歇式置换蒸煮技术，有良好的节能效果[7]，适合共存的实际情况。节能效果主要体现在以下几个方面：均一液相循环蒸煮气耗低；有利于后序工艺的节能，蒸煮综合效率高；冷喷放、置换回收黑液热量节能。

② 连蒸技术。连蒸技术凭借其优越性，工艺技术取得了很大的发展，出现了改良连续蒸煮（MCC）、等温连续蒸煮（ITC）、低固形物连续蒸煮（Lo-soilds Cooking）等[8]。其中改良连续蒸煮技术的创新主要表现在：使用不同的蒸煮系统，包括单体汽/液相蒸煮系统、单体液相蒸煮系统、双体汽/液相蒸煮系统、双体液相蒸煮系统；改进蒸煮工艺技术设备，这些技术设备循序渐进，如等温蒸煮是在改良连续蒸煮的基础上进行进一步优化[9]。

③ 蒸煮工序乏汽回收。间断蒸煮喷放仓里放出的乏汽可以用来加热水，还可以将其送入下一个蒸球。在使用连续蒸煮时乏汽是连续排放的，回收比较容易，也可以用上述的方法进行回收。

④ 变频技术应用于磨浆。变频调速技术是很好的交流调速技术，可以节省30%以上的电能，还可以提高功率因数和电机工作效率，降低工作环境噪音。电机软启动，减少启动冲击，延长机械设备使用寿命，性能稳定。另外变频技术操作简单，自动化程度声。因此，变频技术可以很好地应用于造纸行业。用变频技术把粗磨和精磨分开，利用其他生产线耗电较小的精磨设备，优化组合生产流程，在保证浆料质量的同时，为主体设备腾出提高产量的空间，从而实现增产降耗。

⑤ 中浓打浆。自吸式供料的中浓液压盘磨机是高效节能中浓打浆技术的关键设备，盘磨机在6%～15%的质量浓度下操作，改变了低浓打浆的落后面貌。由于盘磨机经过了特殊设计，可以使纤维平均长度变长，纤维含量降低。这种“纤维间的内摩擦效应”，可以使打浆电耗节省30%～40%。中浓打浆的技术已在造纸业中得到应用。

⑥ 碱回收节能技术。除了蒸煮过程的节能，碱回收节能技术也创新很多新方法。主要有：采用大型的超高压、超高温的锅炉作为碱回收炉，将高浓度黑液直接燃烧，提高碱回收炉的热效率和蒸汽产量；利用板式结晶蒸发技术提高黑液出蒸发站的浓度；采用连续苛化器，使用CD压力过滤机过滤白液，提高白液质量；白泥脱水采用盘式真空过滤机或预挂式真空过滤机[10-12]。

（2）造纸过程节能技术[13]

① 热泵供热技术。热泵供热技术采用创新设计的热泵供热系统。它由热泵、高效汽水分离罐、专用排水器等优化组合。这项技术可以解决国内烘缸积存蒸汽冷凝水等问题，吨纸汽耗降低20%左右，还可以提高车速和产品质量。

② 自由半浮球式蒸汽疏水技术。自由半浮球式蒸汽疏水阀系列的工作范围大，可解决多种疏水问题，如工作压力、排水量等。该疏水阀漏汽率特别低、排水快、工作稳定、使用寿命长。另外，该疏水阀高背压率性能，可实施凝结水无泵背压闭路回收，进一步节能。

③ 热压榨。改进造纸机湿部压榨以降低干燥费用、改善纸张组织是造纸业的重点课题，热压技术是其中有较好成效的工作。应用热压榨装置，可以明显提高压榨部的纸业干度。对于120 g/ m2的卡纸，出压榨部的纸业干度可从40%提高到46%，可以使烘干部蒸发水量负荷减少22%，可节省烘干用汽17%。

④ 新型量调节多喷嘴热泵。现在我国造纸企业在引进国外先进纸机的基础上，应用蒸汽喷射式热泵，用于纸机烘干部，利用锅炉新蒸汽引射烘缸回水的闪蒸汽，升压后再利用。这使得烘缸凝结水背压降低，回水通畅，减少烘缸积水，提高烘缸产量。另一方面，回水的凝结水的闪蒸汽，减少了锅炉的新蒸汽用量。

2 造纸行业清洁生产与资源化利用

2.1 造纸行业清洁生产现状

现在清洁生产在世界范围内得到广泛认可和推行，其内涵也在不断更新和丰富。清洁生产是推进节能减排的重要手段之一[14]。目前，清洁生产由于它的综合性、预防性等特点已经成为我国工业污染防治的最佳选择[15]。另外，随着清洁生产的推进，推行清洁生产的对象已不再只有工业企业，我们可以看到服务业、农业、畜禽业以及消费领域和工业系统等很多领域都在推行清洁生产，而且其广度和深度仍在迅速发展[16-19]。清洁生产促进法的修订使清洁生产上升为国家战略，让清洁生产的前行有了法律保障。

但是，我国的清洁生产水平仍然存在许多问题。据国家环保部统计，2010年造纸工业用新鲜水量占全国工业总耗新鲜水量的8.48%，废水排放量占18.58%，排放废水中的CODCr占26.04%。以上数据可以看出，目前造纸行业节能减排、清洁生产现状不容乐观，形势仍然严峻[20]。

2.2 造纸行业清洁生产措施

（1）努力创新节能技术，并推广资源化利用工程，研制开发处理废气废水的新型技术装备，减少对大气和水体的污染，走清洁生产发展的路子。

节能技术方面采用低能耗蒸煮、封闭筛选、氧脱木素、无元素氯漂白、高浓打浆、高效碱回收技术[6]。对于废水的深度处理技术上，现有的技术包括厌氧、臭氧氧化、膜分离、气浮、催化、吸附、离子交换、磁化+两级反应沉淀以及人工湿地。其中膜分离技术十分适用于既有固体悬浮物又有小分子化合物的造纸废水。现在膜分离技术已经用于工程，表明其具有良好的去除悬浮物、COD的效果[21]。

（2）多种类型原料的合理利用。

① 我们应该学习发达国家加快林业一体化的运行模式，集造林、营林、采伐、纸浆造纸与销售结合起来，形成一个良性的循环产业链。同时我们应该加大力度提高木浆比重。国家“十二五”规划对造纸行业原料中木浆比重也有目标性规划，木浆原料比重由22.0%提高到24.3%，其中国产木浆比重由8.4%提高至10.3%。

② 必须创新对草类纤维原料清洁制浆的技术。我国有丰富的草类纤维原料如竹子、芦苇、蔗渣、棉秆、龙须草、芨芨草等。近年来，国内许多科研单位和科技工作者本着自主创新的科学精神，都在突破造纸传统的老框框和陈旧理念，改变传统的草浆化学法制浆工艺路线，进行草类纤维原料清洁生产制浆新技术、新工艺、新设备的开发试验研究工作。在试验研究工作中，人们改用不同新型化学药剂创新出的新工艺、新技术各有特色，在技术上和经济上已都比较成熟。

③ 废纸的回收利用也是制浆用重要原料之一。在2010年时我国造纸行业废纸浆用量的比例已达到纸浆总量的63%。按照“十二五”规划，国内废纸回收率将由43.8%提高至46.7%。为此，我国废纸回收的力度可进一步加大，加快建立、健全废纸回收系统，制定一系列完善的法规、标准和管理办法，探索出国内废纸回收发展模式，提高废纸回收的质量和数量，从而以废纸分类回收来推动造纸行业的清洁生产进程。

（3）清洁生产发展模式和管理制度创新。一些发达国家对造纸行业的清洁生产有比较完善的技术和管理经验，我们应虚心借鉴国外先进的发展模式。如用清洁生产的技术改造带来更好的经济效益，提高企业的清洁生产积极性。政府干预、立法并制定一系列向技术改造倾斜的工业政策以及用经济手段刺激企业进行清洁生产[22]。

我们应该充分学习优秀的发展模式，探索出符合中国造纸行业的发展模式。加强管理模式，真正提高企业清洁生产的积极性，清洁生产不单纯是为了应对企业污染更是企业发展的良好机遇。于此同时，政府的大力扶持，如一些偏向性政策。在一些清洁生产审核过程中，有一些高费方案有良好的经济效益和环境效益，但缺乏投资，若有政府部门的支持，如清洁生产专项基金等策略，清洁生产的推行将更加顺利。

2.3 制浆造纸行业废物资源化利用

（1）制浆造纸行业黑液的资源化。制浆造纸产生的废水有：黑液、中段水、白水。造纸黑液占总量的10%，但它所包含的污染物比例很高，是主要污染物。造纸黑液中含有大量有用物质如木质素、钠盐、还原糖类、色素和生物碱等，具有非常高的回收价值。黑液的资源化技术一直是制浆造纸行业清洁生产的热点[23]。

造纸黑液资源化常通过碱回收，将黑液蒸发浓缩后燃烧，得到碳酸钠、硫化物等。黑液中的大量有机物物质，可以通过酸析木素、碱回收、喷浆造粒制造有机肥，可很好地应用于农业生产。另外利用从造纸黑液中分离出来的木素可以用来生产农药缓释剂，利用黑液中的氨化硫酸盐木素做土壤改良剂改良紧密、含盐和被腐蚀土壤，可以明显改善土壤结构和稳定性[24]。黑液在工业上也有利用，郑雪琴[25-26]将造纸黑液改性制备煤粘结剂，还用多羟基磺化剂对碱木素进行改性，制备木素磺酸钠水泥减水剂。陈珍喜[27]以马尾松硫酸盐制浆黑液为原料，经化学改性制备复合型改性木质素基钻井液用降黏剂。

（2）制浆造纸行业固体废物的资源化[28]。固体废物是放错了地方的资源，制浆造纸行业的固体废物主要来源有：原生浆生产中的原料备料废渣、碱回收车间白泥、废水处理污泥以及脱墨污泥。白泥可以通过煅烧再生石灰，但耗费燃料，经济性不好。白泥还可以生产碳酸钙填料，目前我国已经有多家造纸厂采用这种处理技术。特别是近几年绿液除硅-精制碳酸钙工艺，有更高的硅去除率。白泥还可以应用于建筑材料。对于废水的处理污泥、焚烧污泥可以回收烟气热能，焚烧底灰可以用于制造水泥或添加到混凝土中。污泥还可以生产废料用于农业生产。脱墨污泥可以回收其中的无机物生产造纸填料和涂料。这是一种较为理想的资源化利用方式。脱墨污泥还可以生产高质量建筑材料。脱墨污泥经过改性后还可以生产热聚合材料填充剂。

3 结束语

造纸业的节能减排、清洁生产不仅仅是响应国家“十二五”规划的号召，更是造福老百姓，爱护我们的环境。我国是一个造纸大国，只有始终坚持清洁生产推动节能减排，将清洁生产的思想贯彻到造纸的整个过程，才能成为造纸强国。

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