制浆过程与工业节水

清洁制浆与节水

摘要：水资源问题已成为当今世界日益紧迫的问题，制浆造纸作为耗水量大的工业，减少其用水量成为了非常突出的课题。本文简明扼要的阐述了制浆耗水量大的原因，并对制浆过程节水部位做了重点分析，总结了近年来的节水技术，同时强调了节水意识的重要性。

关键词：制浆；节水

一、前言

目前，全球范围可以利用的新鲜水越来越少。据统计全球陆地降雨量约100000 m3/d，其中人类可以利用的水约为25％，而这部分有50％—60％已用于农业灌溉。据报道，20世纪90年代新鲜水供应费用为30-90美元/1000m3。我国是一个水资源贫乏的国家，人均水资源不足2200 m3，仅为世界人均水平的28%,节水工业尤为重要。

据中国造纸协会统计资料报道，日前我国造纸工业企业约3600家，年生产能力约7900万t，纸及纸板年产量达5600万t，年销售量达5930万t，年生产量与年销售量已排在了世界第2位，成为世界造纸工业生产、消费和贸易的大国[3]。随着经济的发展，人们对纸品的需求量越来越大的同时，也给环境带来了很大的压力。据《2008年中国环境年鉴》统计数据显示，2007年工业用水总量为1403. 0亿m3，其中制浆造纸业用水量为97. 6亿m3 ,紧排在火电、化工之后，居全国行业用水量第3位。

近几年来，中国制浆造纸业在节水减排方面取得了一定的进展，其中形成规模生产的部分企业开始采用新技术、新设备和新工艺，努力把污染治理与节水节能紧密结合起来，治废利废，既解决了污染治理的问题，又减轻了供水的压力，缩小了与世界先进水平的差距。可我国的造纸厂绝大多数规模比较小，资金分散，技术落后。从表1可以看出，2007年中国制浆造纸业生产1 t纸耗水量是160m3/t，而国际先进水平在2000年生产1 t纸耗水量仅为30 m3/t，中国的制浆造纸工业达到国际先进水平还有很大的差距。而我国水资源紧缺，所以如何减少制浆造纸业用水己成为相关研究人员的一大课题。

表1 国际先进水平与中国平均水平用水情况对比

m3/t 工段国际先进水平中国平均水平1970年1980年1990年2000年2007 制浆120 80 30 20 100 造纸80 50 20 10 60

二、制浆过程节水部位分析

制浆，就是利用化学或机械的方法，或两者结合的方法，使植物纤维原料离解，变成本色纸浆（未漂浆）或漂白浆的生产过程。化学法制浆工艺流程如图1所示：

图1 化学法制浆工艺流程图

制浆过程节水部位分析如下：

1.备料工段：可将备料用水循环使用。备料洗涤水中的污染物主要是重力沉降性能良好的泥砂及原料的水抽出物。这部分洗涤水通过一般沉淀，去除泥砂及过滤去除飘浮物后，可循环使用。循环洗涤水的补充水可使用蒸发工段污冷凝水、纸机白水或生产系统中多余的温水，不使用新鲜水，以提高水的回用率。采用洗涤水循环工艺及设备，可使备料洗涤用水量由5—10m3/t浆降低至0. 4—1. lm3/t 浆。

2.制浆阶段：制浆方法主要有化学法、机械法以及化学机械法制浆3种。3种制浆方法的用水量依次是机械法<化学机械法<化学法。我国制浆厂基本都使用化学法硫酸盐制浆工艺，而国际先进的造纸企业己成功使用化学热磨机械制浆工艺。表2是2种制浆技术的指标比较。由表2可以看出，化学热磨机械制浆的制浆得率是硫酸盐制浆的2倍，新鲜水用量可减少89%。因此，改革现有的制浆工艺将产生较大的节水效益。

表2 两种制浆技术比较

制浆工艺制浆得率/% 新鲜水用量/(m3/t)

硫酸盐制浆45 113

化学热磨机械制浆90 12

3.洗浆筛选阶段：洗涤过程的跑、冒、滴、漏现象往往比较严重，如果加强水质和水量的管理工作，则可以基本上不排水；筛选阶段会产生大量的废水，可考虑筛选系统的封闭循环，以提高水的使用效率，减少新鲜水的用量[9]。

4.漂白阶段：在制浆造纸工厂，实行封闭循环，最大的障碍就是漂白废水的循环使用。我国中小纸浆造纸厂的漂白工艺中，由于元素氯的大量使用，导致了排水中存在高浓度的含氯有机物，如二嗯英等。这些物质不但有很强的毒性，而且直接影响了废水的回用率。而国际先进技术现己发展了无元素氯漂白和全无氯漂白。由于水中有机氯含量大大降低，工厂的水封闭循环就成为可能。

5.碱回收车间:第1, 2和3效蒸发器的冷凝水可直接回用，而后几效蒸发站的冷凝水须经处理后再回用。

相对于化学浆，典型的现代高得率浆生产用水及外排废水水平如表3所示。

表3 典型的现代高得率浆生产线用水与外排废水水平

三、节水设备

目前，设备国产化率低直接导致投资成本高昂。为此，开发节水设备迫在眉睫。如制造高得率磨浆机；纸浆挤浆脱水和黑液挤压预提取中双链网挤浆机、双螺旋挤浆机及双辊挤浆机；封闭筛选系统中压力除节机、压力筛；制浆系统中浓技术的中浓泵、中浓混合器；白水回收中斜板双流精浮池等节水设备。

四、节水技术

到目前为止，重要节水技术主要有：漂白系统用水的循环技术、中浓技术、粗浆洗涤和封闭筛选技术等。

（1）漂白系统用水的循环利用技术：在采用多段漂白条件下，碱性废液（E、H和D段）可循环回用以减少水的使用量并减少污染，但C段一般不宜回用。回用后整个漂白工段实际清水用量可节约约30％以上。

（2）我国造纸老专家余贻骥先生把中浓技术作为制浆造纸节水节能的第一新技术，并说“中浓技术的巨大节水、节能效益是值得造纸工业进一步发展的”。因此研究中浓技术与装备仍是目前的重大任务[5]。随着浆厂（包括二次纤维、机械浆）规模的扩大和中浓氧脱木素、中浓漂白等技术的应用，传统的浆料低浓（1%-6%）处理，输送贮存已不适应要求，必须采用中浓（8%-15%）技术。中浓技术（主要指浓度为9%-13%）最核心的是中浓输送和中浓混合。实现了中浓输送、中浓混合之后，进而就可以实现中浓氧脱木素、中浓漂白、中浓洗涤、中浓打浆等工艺操作。中浓操作节水、节能、降污的效果非常显著。生产同种的单位纸浆，采用中浓技术可比采用低浓技术节约50%左右的电能，降低30%以上的热能消耗，用水量也降低一半，并使漂白段排出液的污染负荷降低40%以上[11]。中浓纸浆流态化技术向浆料输送、除节、精选、混合、漂白等工艺操作领域发展，已有可能在全部制浆系统中实现中浓化。而多年的实践也表明, 中浓操作的经济效益相当显著，特别是节水、节能。据报道，生产同一吨纸浆, 采用中浓技术可比采用低浓制浆过程节约一半左右电能, 降低40%以上的热能消耗，用水量也降低为原来的一半，并使漂白段排出液的污染程度降低30%以上。

（3）粗浆洗涤和封闭筛选技术：传统的粗浆洗涤和筛选是两个独立单元，清水分别加入各自系统。筛浆机是低浓常压筛，例如CX筛，进行开式筛选。低浓开式筛选，其用水量及废水量均较大，不但费水，且使废水处理负荷增加，能耗高。新的洗筛流程是把两者结合在一起，筛选置于最后一台洗浆机之前，采用中浓压力筛进行封闭式热筛选，清水从最后一台洗浆机加入，进行逆流洗涤。近年来，我国已有制浆厂把封闭筛选与挤浆提取黑液及扩散洗涤组合，建立挤压——扩散——封闭筛选流程，用于纸浆黑液的高效提取还有制浆厂把鼓式洗涤机与封闭筛选组合，建立鼓式机一一封闭筛选流程，用于麦草浆的制浆黑液提取，均达到理想的效果。采用先进的封闭筛选技术，不仅纸浆的质量好，可以减少纤维流失，而且节水、省电、废水量少。据报道，封闭筛选较之常规筛选，可节水节