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造纸工业的清洁生产技术
 

目前,我国造纸业正处于高速发展时期,2005年纸和纸板产量为5600万t,同比增长13.13%。由于制浆造纸工业自身的特点,在生产过程中能耗较高,污染物排放量大。据统计,2004年造纸行业废水排放量为31.8亿t,占全国工业废水排放量的16.1%,CoDcr排放量为148.9万吨,占全国工业CODcr排放量的33%,SO2排放量为39.1万吨,占总排放量的2.24%川。在这种情况下,如果单纯依靠末端治理来控制污染,则基建投资大、运行费用高、经济负担过于沉重、企业无法承受,因此实施清洁生产成为保持造纸企业持续发展的有效途径。

第一、推行清洁生产的必要性

清洁生产的定义是使用清洁的原材料,通过清洁的生产过程,生产出清洁的产品。推行清洁生产就是摒弃高消耗、高投入的资源型生产模式,用最少的环境代价获取最大的环境需求和发展。清洁生产的意义在于避开了传统、滞后的先污染后治理的污染控制模式,强调在生产中提高资源、能源转换率,减少污染物的产生,降低对环境的不利影响。因此进行清洁生产既要了解有关环保法律法规的要求,又要熟悉行业本身的特点和生产、消费状况。造纸企业应该从行业自身特点出发,在产品设计、原料选择、工艺流程、工艺参数、生产设备、操作规程等方面分析生产过程中减少污染产生的可能性,寻找清洁生产的有效途径,促进清洁生产的实施,实现造纸行业与环境的平持续协调发展。

第二、造纸行业实施清洁生产的途径

1、备料阶段的改进

在备料阶段要选用清洁的原材料和辅料,不合格的原料不准进车间。原料质量直接影响备料效率、制浆质量和生产成本。木材原料要检查是否去皮,是否有朽木混杂在内;荻苇要去除苇叶、苇根及泥砂杂质;废纸要清理,挑选符合一定等级标准的废纸;草类原料可采用干湿法备料相结合去除杂质。如草类原料经过干湿法备料后,能除去80%以上的尘土、泥砂,蒸煮黑液中的SiO2较干法备料减少30%以上。由于原料中的杂质不仅会消耗蒸汽和化学药品,还会影响产品质量,因此,严把原料质量关,对生产后续过程及排污水平至关重要。

2、制浆技术的改进

制浆污染占整个造纸过程污染负荷的80%以上,化学品消耗量最大,水耗和能耗亦很高,因而有最大的清洁生产潜力。

(1)高得率制浆:高得率制浆可提高资源利用率,减少纤维和化学药品的消耗,采用不产生有机氯化物的新漂剂,能使漂白废水中的BOD,COD和AOX等含量比化学浆少得多,生产过程排放废液的污染负荷轻,废液的回收处理比较简单。例如APMP的制浆得率一般都在85%左右,生产过程中仅有原料量15%的溶出物进入制浆废水中,因此,相对于化学浆(得率为40%-50%)来说,其污染负荷要低得多。APMP浆中所含废水80%一90%通过螺旋压榨脱水机挤压后可回用,污染负荷的排放量低于其发生量。且排放的废水具有可生化性,采用厌氧-好氧生物处理最终可达标排放。同时高得率浆具有再制浆的优良性能,有利于废纸的回收再利用。

(2)深度脱木素技术:对纸浆进行深度脱木素和低/无污染漂白是制浆工业的趋势。研究表明,漂前纸浆的卡伯值愈低则漂白废水中可吸收有机物的含量愈低,污染也就愈小,因此要求尽量降低未漂浆的卡伯值,但传统蒸煮方法不能满足这一要求。20世纪80年代初发展起来的深度脱木素技术,是通过改变传统的蒸煮工艺条件或在漂白前进行某些处理,来增加木素的脱处量而维持纸浆的质量不变。纸浆中的残余木素含量降低,不仅能减少漂白化学药品的消耗,而且降低漂白废水的污染负荷。改良型连续蒸煮(MCC)及深度改良型连续蒸煮(EMCC)、低固形物蒸煮(LSC)、置换加热蒸煮(RDH)及等温蒸煮(ITC)、等深度脱木素形式能适应这一要求。这些新技术除了达到深度脱木素目的外,还将复杂的热交换巧妙地溶入蒸煮过程,充分利用各项余热。节约蒸煮用汽。例如,芬兰En-soGutzeit纸厂进行MCC蒸煮的生产实验,将针叶木硫酸盐浆的卡伯值从30降到20。同样卡伯值的纸浆,MCC工艺的私度比常规制浆方法的高100ml/g。要漂白到同样的白度,MCC工艺比常规工艺少用有效氯10kg/t留t风干浆,最后排放的污染负荷则低于常规蒸煮。

(3)生物制浆技术:生物制浆是直接利用微生物降解纤维原料中的木素,解离出纤维,使之成为纸浆。该过程具有环境友好性,可降低能耗和化学品用量,因此将生物技术作用于制浆造纸过程,有利于克服化学法所存在的缺点(高化学品消耗,高污染负荷),从而降低纤维原料用量和废水污染负荷。研究发现,在机械磨浆前利用真菌处理木片,与传统的木片磨木浆(RMP)法比较可节约25%一50%的电能;若在化学蒸煮前对麦草原料进行酶预处理,可以提高脱木素程度,降低纸浆卡伯值,减少筛渣率,降低化学蒸煮阶段有效碱的消耗量;与常规化学制浆相比,在相同的打浆度下,定酶用量范围内,酶法化学浆的白度和各项强度性能指标都有所上升。因此,生物技术用于制浆具有诱人的发展潜力,但要应用于实际生产,差距还很大,应加大投资,争取早日将生物制浆技术投人产业化生产。

3、漂白技术的改进

无污染高中浓漂白技术主要是选用环境友好的漂白剂。传统的纸浆漂白剂主要是氯气或次氯酸盐,产生的漂白废水含有大量的具有“致癌、致畸、致突变”作用的有机氯化物,造成了严重的环境污染。改革传统的氯漂技术,采用无元素氯漂白(ECF)和全无氯漂白(TCF)技术是今后漂白技术发展的方向。

ECF漂白是采用CIO2代替全部元素氯的中浓漂白技术,采用ECF漂白后,纸浆漂白废水中的AOX下降了93%,而且AOX的毒性近于消失。对麦草、芦苇、蔗渣3种非木材纸浆进行了不同流程的ECF漂白,结果表明3种非木材纸浆的白度都可以达到80%。达到相同白度的条件下,ECF漂白的浆料黏度提高30%以上。

TCF漂白是ECF漂白技术的进一步发展,用不含氯的物质如H202、O2、O3等作为漂剂在中高浓条件下对纸浆进行漂白。采用TCF漂白技术可从根本上消除有机氯化物的产生,改变漂白废水对环境的污染,ECF漂白产生的废水一仍具有一定的微生物毒性,而TCF漂白废水则检测不出毒性。TCF漂白废水可以用作蒸煮后的洗浆用水和配蒸煮药液的稀释水,这样既可节约制浆用水,同时又回收利用废液中的碱基,获取废液中有机物的热能,达到节能增效的作用。

4、废纸制浆

采用废纸制浆不仅可以缓解世界范围内造纸原料日益短缺的矛盾,减轻对纤维原料、能源和水资源的消耗,且可减轻纸类废弃物对环境的污染。同时废纸制浆的污染负荷可极大地降低,废纸制浆的污染负荷量为草浆和木浆的l/15,采用废纸制浆可实现废水的完全封闭循环,做到废水的零排放或接近零排放。利用1t废纸,相当于节约3m3木材、l.2t标准煤、600kw·h电和100m3水,所以世界各国都在提高废纸的回收利用率,增加再生纤维的回收利用比例和再生能源的充分利用。

5、中高浓技术的应用

目前我国制浆造纸全过程基本在低浆浓(3%-4%)下进行,许多厂家,特别是小厂,清水经一次使用后即排放,吨纸用水量高达400一500m3。开发中高浓制浆技术,不仅可以减少用水量,降低输送及其他生产过程的能耗,而且还可以提高纸浆质量,是造纸工业节能降耗的有效途径。中高浓技术关键在于设备(如纸浆流态化设备、洗涤和输送设备、混合设备、打浆设备等)的开发。中高浓技术的实施可以使造纸业的用水量减少50%以上既节约了水资源,又减少了废水产生量,是清洁生产的一个重要环节。

6、纸机抄造的改进

抄纸前的配浆工段不产生明显的污染物排放,可通过采用高效的造纸化学品和进行过程优化,对后续纸机工段的污染预防产生影响。广东某纸厂在纸浆中添加阳离子助留剂,运行结果表明,白水CODcr下降35%,SS下降33%。浙江某纸厂在涂布白纸板生产中添加PK130作为助留助滤剂,纤维的单程留着率得到较大幅度的提高,使成纸印刷性能、物理性能和光学性能有了明显改善;而且改善了白水循环系统,降低废水处理负荷。生产实践证明在浆料、蒸汽、线压力等因素均不变的情况下,纸机车速可提高5%一10%。另外,添加助剂可降低纸的定量,节约消耗,减少单位产品的污染排放。纸机工段是全厂清水耗量最大的部位,约占总耗水量的60%,产生的废水量也最大;同时纸机是耗能大户(电及蒸汽),节能可显着减少锅炉的大气污染和固体废弃物。因此纸机工段的清洁生产主要在水的循环、纤维回收、节能及提高纸机生产率方面。

清洁生产是一种节能降耗、从源头控制污染物产生、注重经济效益和环境、生态效益相结合的新的生产模式。每一项清洁生产技术都是为了合理利用资源,将原材料尽可能地转化为有效产品。备料阶段的改进可提高纸浆质量,减少化学药品的消耗,有利于黑液回收;制浆技术和漂白技术的改进,在最大程度上减少制浆过程中对环境的污染;废纸制浆技术则缓解了纤维原料短缺的矛盾,降低了生产成本;高中浓技术可降低能耗和吨纸的耗水量;在纸机抄造部采用高效的造纸助剂可提高纤维留着率,并且降低能耗和耗水量。由此可见,采用清洁生产技术的目的是为了把消耗和排废降至最低点,使造纸工业有可能实现低污染甚至无污染生产。

因此,在我国造纸企业中推行清洁生产,不仅能解决当前造纸工业面临的资源匮乏、环境污染严重的难题,而且能提升企业和产品的公众形象,实现企业的经济效益。清洁生产将是我国造纸行业实现持续、快速、良性发展的重要途径。

 
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