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造纸行业改善工艺与清洁生产

2015/11/11 9:58:51      点击:

  1 引言

  随着社会经济的快速发展,人们对纸的需求也日益增加,特别是中高档纸制品,但是造纸业是一个能耗高、污染重的大户,原来我们一直把造纸业污染物的末端治理视为重点,将造纸业污染物的达标排放作为目的,现在面临着环境污染严重、生态破坏加剧和自然资源短缺的三重压力下,单纯的末端治理已遇到挑战,被动式的补救处理已不能满足环境要求。所以,我们需要从造纸业的源头减少资源、能源的消耗,提高资源利用率,降低污染物的产生量和排放量,即最大限度地发展造纸业的清洁生产,才能实现造纸业的可持续发展、对环境影响最小化。

  2 清洁生产的涵义

  清洁生产是指不断采取改进设计、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、综合利用等措施,从源头削减污染,提高资源利用效率,减少或者避免生产、服务和产品使用过程中污染物的产生与排放,以减轻或者消除人类健康和环境的危害。其内容包括清洁能源和原材料的高效利用、清洁的生产过程和清洁的产品。

  2.1 清洁生产的目标

  2.1.1 自然资源和能源利用的最合理化

  提高资源、能源的利用效率,争取以最少的资源和原材料的消耗,生产出最多的产品,提高更多的服务。而且报废的产品经循环回收利用还能作为原材料和能源直接或间接回到生产工艺流程中,实现了物料的循环多级利用。

  2.1.2 经济效益最大化

  在源头上减少了物料的消耗,使其利用率最大化,降低了生产成本;采用了清洁的生产过程,减少了工艺流程中污染物的产生量和排放量,降低了污染治理成本,同时获得了更多的产品和服务,大大提高了企业的经济效益。

  2.1.3 对人类健康和环境危害最小化

  生产产品时,产生的污染物经过末端治理达到污染物排放量和对环境影响的最小化;经清洁工艺流程生产出来的产品,在服务过程中,不对环境和人类健康产生有害的影响,在报废后,还能回收循环利用,实现了物料的高效利用。

  3 造纸业生产工艺流程

  现代造纸工艺可大致概括由两个环节组成,即制浆段和造纸段。

  3.1 制浆段

  制浆是造纸的第一步,将植物纤维原料分离出纤维而得到白色纸浆和漂白纸浆的过程,我国所用的植物纤维原料种类很多,有针叶树木材、阔叶树木材、草类植物、韧皮纤维类、种毛纤维类和废纸纤维类。制浆方法有机械法、化学法和半化学法。

  3.2 造纸段

  造纸段可大致分为调制、抄造、加工等工序。

  4 我国造纸业现状和存在问题

  我国造纸工业正处于高速发展阶段,全球纸和纸板生产与消费每年以2%一3%的速度增长,而中国的近10年来以18%的增幅列全球的首位。所以,随着纸质消费的增加,产量也随之增加以满足人们的需求,目前年总产量已超过3000万t。而且纸质的品种也多样化,总体上对中高档纸质的需求呈快速上升趋势。

  由于造纸业本身就是消耗高、污染重的产业,故随人们对纸质需求的增加,带来的环境问题也越来越多,最明显的是水环境问题,因为造纸过程中需要大量的水且添加多种助剂,会产生大量由纸机排水(造纸白水)、抄纸废水和综合污水组成的废水。制浆工艺过程产生的各种废水、废渣,如果不对其进行及时有效的末端治理而随意排放,则会对周围环境造成严重的污染。我国废纸回收率低,一般是以草浆造纸,只利用了原料的40%左右,资源利用率低,废弃物排放量大。

  5 清洁生产机会分析

  推行造纸业清洁生产,就需要摒弃高消耗、高污染的资源型生产模式,不以牺牲环境为代价用最少的投入获取最大的收益。对造纸过程进行生命周期全过程的清洁生产,从源头上节约资源、削减污染,对于最后的污染物再进行有效地末端治理。本文将从清洁生产内容的几个方面进行造纸清洁生产机会分析。

  5.1 清洁的能源和原材料

  我国所用的造纸原材料种类很多,有针叶树木材、阔叶树木材、草类植物(芦苇、芒秆、麦草、稻草、高粱秆)、韧皮纤维类、种毛纤维类和废纸纤维类。由于木材资源短缺,草类植物资源利用率低,产生的废弃物多,所以企业应充分利用废纸浆以实现物料的循环回收利用,保护生态环境,降低生产成本,达到从源头削减污染、节约资源的目的。

  5.2 清洁的生产过程

  5.2.1 采用无废或少废的工艺技术

  (1)发展机械制浆法。

  机械法制浆生产成本低,得率高(约90%-98%),不用或少用化学药品,对环境的污染小,但磨木浆使木素与非纤维素组分绝大部分未被除去,纸易发黄。后来在预热磨木浆的基础上,加入化学制浆法化学品用量5%左右化学品,这样既高得率、少污染,又使纸浆具有化学浆的优点。

  (2)采用无氯、少氯的漂白纸浆新技术。

  传统的纸浆漂白采用氯作漂白剂,可产生大量含有有机卤化物(AOX)的废水,AOX具有三致性且没有方法将其分解,排到环境中会造成严重的污染,故我国目前鼓励企业采取无元素氯漂白技术(ECF)和全无氯漂白技术(TCF)。ECF以ClO2替代Cl2作为漂剂的中浓漂白技术,使纸浆漂白废水中AOX的含量降低了93%,而且采用ClO2后能改变AOX的性质,使其毒性近于消失[3]。进一步发展形成TCF,即不用任何含氯的漂剂如H2O2、O3等作为漂剂对纸浆进行漂白,从根本上消除氯化有机物的生成,满足的清洁生产要求。

  5.2.2 加强废水的处理与回收利用

  (1)蒸煮黑液的处理。造纸工业的主要污染源来自蒸煮黑液,它几乎集中了制浆造纸过程90% 的污染物,其中含有大量木质素和半纤维素等降解产物、色素、残碱等,是一种碱性高、COD高、木质素含量高的难降解废水。如果不对其进行有效的处理和回收利用,任其排放,不仅对水环境造成严重污染,还是对资源的巨大浪费,所以我们要对其进行碱回收和木质素提取。

  采用燃烧法碱回收,企业可以利用浓缩黑液燃烧产生的热量可用于工艺或发电,苛化产生大量可回收的NaOH,将苛化后澄清的白液可重新用于纸浆蒸煮,苛化产生的白泥高温煅造可回收石灰用于苛化过程。由此可知,燃烧法碱回收可充分高效地利用资源和能量,但是此方法易受黑液硅成分的影响,因此,我们要大力推广除硅技术,提高碱回收的整体效率。

  黑液中存在大量的木质素,可回收生产出木质素磺酸盐产品,用于多种工业助剂的原料,实现资源的多级利用。

  (2)中段水和白水的处理。中段水是蒸煮黑液提取后在筛选、洗涤和漂白过程中排出的废水、其排放量大,含有许多难降解的有机溶出物、固体悬浮物,故需要用物理、化学、生物几种处理方法相结合的多级综合处理方法,减少污染物的排放量。

  白水是指抄造过程产生的废水,所含的污染物较低,采用全封闭系统,提高白水回收率,将白水直接或简单处理返回到工艺流程中,避免水资源的浪费。

  5.3 清洁的产品

  生产的纸质在使用过程中不能对环境和人类健康产生不利的影响,且在使用后可以分类回收重新利用,作为废纸纤维造纸的原料。

  5.4 加强管理与监督

  对于企业自身来说,需要加强对生产工艺流程和污染物的控制,防止出现跑、冒、漏、滴的现象,避免不必要的损失。及时更新工艺技术以减少物料的消耗、污染物的产生量和排放量。

  对于相关监管部门来说,加强对其污染物排放总量和污染物达标排放的监管,运用清洁生产指标评价定期评价造纸企业的清洁生产程度,分析造纸生命周期中还可以实施清洁生产的机会。

  6 结语

  由我国造纸业存在的问题和清洁生产机会分析可以看出,造纸企业可以从物料有效回收综合利用、先进的工艺改造、废水处理等方面寻找更多清洁生产的机会,实施清洁生产方案,合理利用资源,将原料最大限度地转化为产品,从而使得污染物产生量和排放量降到最低点,有效地解决对环境造成的污染问题,提高企业的经济效益,实现不以环境破坏为代价的造纸工业的可持续发展。

 

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