造纸厂的清洁生产技术

造纸厂的清洁生产技术
作者：XXX
摘要：分析了我国造纸行业的污染现状，提出了推行清洁生产是造纸行业可持续发展的必要条件。

然后从革新工艺与降污减废以及污染治理与废物利用两个方面系统阐明了推行造纸厂清洁生产的技术、措施及其环境经济效益，归纳了推行清洁生产的政策与管理方法，旨在对造纸业发展及实施污染治理工程技术有借鉴作用。

关键词：造纸清洁生产污染治理
引言
造纸工业与国民经济的发展息息相关，中国造纸协会的研究表明：人均ＧＤＰ处于500～1500美元时，造纸工业的发展处于高速增长期，而且在此区间内，人均ＧＤＰ每增长１％，纸和纸板的消费量将增加１.５％～２％。

我国人均ＧＤＰ已达到1000美元左右，在2010年前仍将以7%左右的速度增长，因此造纸业处于社会需求高增长的中心区。

而近几年国内各类纸和纸板的缺口保持在约600万吨/年，进口纸和纸浆的用汇总额仅次于石油和钢材。

近十年，我国机制纸和纸板产量年平均增长速度为4.8%～5.9%，是我国目前工业行业中少数需求拉动型、市场潜力巨大的行业。

但同时，国内造纸工业又是我国水资源消耗和环境污染问题严重行业大户。

据统计，全国造纸工业年排废水量仅次于化工工业和钢铁工业，约占全国废水排放总量的10%左右，居各制造业之首。

为此，将清洁生产概念引入环境影响评价中，对建设项目，尤其是环境污染较为严重的行业，如造纸工业进行清洁生产分析与定量评价，对于加强环境影响评价在环境管理中
的作用具有重大意义。

清洁生产作为一种新的污染防治站略，与建设项目环境评价有很好的结合界面，但由于影响清洁生产水平的因素很多，有的还难以量化确定，所以目前在建项目的环境影响评价中多以定性分析为主。

本文主要研究和分析清洁生产定量分析评价的指标和方法，并将其应用于造纸行业建设项目的环境影响评价中。

将结合工作中的实例，就某市造纸行业的清洁生产评价予以分析和探讨。

1 造纸行业的污染现状分析
造纸行业是我国的一个支柱产业，目前的年总产量超过3000万吨，仅次于美、日两国，位居世界第三位。

高速的发展带来了严重的环境污染问题。

据1998年统计，全国制浆造纸工业年排放废水量为2.4*109m3，位于化学工业和钢铁工业之后，约占全国工业废水排放总量的11%，其中COD排放总量为３２１.４万吨，为全国第一污染行业。

造纸废水产生与生产过程的各个工序有关，总的来说可以分为黑液、中段废水与白水三类，其成分、产生量及水质特征列于表１中。

可见，制浆造纸行业的主要污染源是化学浆的蒸煮黑液，所产生的CODＣＲ、BOD5占制浆全过程的90%以上。

对黑液进行处理或综合利用，或者选用新型的制浆工艺减少黑液产生量是造纸行业可持续发展的根本所在。

表1 制浆造纸废水的特点
2 推行清洁生产的必要性
实现经济、社会和环境效益的统一，提高企业的市场竞争力，是企业的根本要求和最终归宿。

开展清洁生产的本质在于实行污染预防和全过程控制，它将给企业带来不可估量的经济、社会和环境效益。

清洁生产是一个系统工程，一方面它通过工艺改造、设备更新、废弃物回收利用等途径，实现“节能、降耗、减污、增效”从而降低生产成本，提高企业的综合效益，另一方面它强调提高企业的管理水平，提高包括管理人员、工程技术人员、操作工人在内的所有员工在经济观念、环境意识、参与管理意识、技术水平、职业道德等方面的素质。

同时，清洁生产还可有效改善操作工人的劳动环境和操作条件，减轻生产过程对员工健康的影响，为企业树立良好的社会形象，促使公众对其产品的支持，提高企业的市场竞争力。

鉴于我国造纸行业的生产工艺、技术现状和行业特点，在一段较长的时间内，要想实现工艺根本改进及废水处理的重大突破仍然是相当困难的，而应该着眼于减少废液、废水的产生量及废物综合利用的清洁生产措施上，相当一部分企业应立足于现有基础和条件进行末端治理和废物开发利用的有效方法。

3 行业清洁生产途径
3.1革新工艺，降污减废
3.1.1 少污染高得率化学机械法制浆
化学机械制浆是近年来国际制浆清洁生产的主要发展方向。

自70年代初国际第一条化机浆生产线投产以来，木材化机浆生产有了很大的发展，随后非木材化机浆（如蔗渣化机浆等）也相继出现。

从90年开始，国家立项组织了“红麻秆化机浆及其配抄新闻纸研究”的“八·五”攻关。

华南理工大学建立了全国第一套化机浆中试系统，并会同有关单位不仅解决了红麻秆化机浆的生产技术，更主要的是研制了同时适用于其他非木材化机浆生产的关
键设备———压力磨浆机和关键配件———磨片，为麦草化浆的开发创造了良好的条件。

化学机械制浆原料利用率高达80%（碱法制浆仅为40%），与传统碱法相比较，制浆废液有机污染负荷下降80%，比碱法制浆配套碱回收系统还低10%。

3.1.2 无污染高中浓漂白
无污染高中浓漂白技术主要是选用环境友好的漂白剂，降低排出废水的环境危害性。

发达国家新建漂白浆厂一律配套无污染漂白系统，逐步淘汰传统含氯漂白工艺。

预计工业发达国家不久将禁止造纸业采用含氯法漂白。

我国纸浆漂白一直沿用传统的含氯漂白剂，漂白过程生成的有机氯化物、二恶英等是有致癌作用的毒性物质，目前仍没有有效的方法使之分解。

采用无污染氧-臭氧-过氧化氢漂白能从本质上改变漂白废水对环境的污染，消除废水的毒性，废水还可用于黑液提取和洗浆工段中。

无污染漂白t浆成本比含氯漂白浆100元左右，但t浆漂白用水量比含氯漂白降低80～100m３，按1.0元/m3的中段废水处理运行费及其成本价，漂白总成本基本持平。

3.1.3 生产过程高中浓技术
目前我国造纸业制浆造纸全过程基本在低浆浓 (含浆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,t纸用水量高达400～500m3之多。

开发中高浓技术，不仅可以减少用水量，降低输送及其它生产过程能耗，而且还可以提高纸浆质量，是造纸工业节能降耗高质的有效途径。

高中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) 开发，这是造纸业必须长期进行努力的目标。

高中浓技术的实施可以使造纸业的用水量减少一半甚至更低，既节约水资源，又减排废水量。

因此，这是清洁生产的一个重要环节。

3.2污染治理与废物利用
3.2.1 提高草浆黑液碱回收率
碱法造纸厂80%的污染负荷来源于制浆黑液，碱回收是黑液污染治理的基本手段，是日产50t以上草浆厂污染治理的根本出路。

目前，我国的草浆黑液碱回收系统黑液提取率在75%以下，高硅含量给黑液蒸发和燃烧带来了一系列问题，致使碱回收率在65%以下，且运行费用高。

因此，提高草浆黑液提取率和草浆黑液除硅仍是完善草浆黑液碱回收技术的关键。

第一，利用先进的草浆黑液提取技术和装备，使黑液提取率达到90%以上。

如日产50t草浆黑液提取率提高15%后，碱回收系统一年可多回收碱700t以上，扣除工程投入后，每年可净增收入70万元。

当黑液提取率由70%增加到90%时，污染负荷下降50%，并由此降低中段废水27%的处理负荷。

第二，开发微生物除硅技术和装备，使黑液除硅率达95%以上。

通过
微生物除硅可大大改善碱回收系统的运行操作，预计可节省30%以上蒸发黑液用的蒸汽消耗。

3.2.2 木质素高效分离与综合利用
日产30t以下的草浆厂采用碱回收技术是不现实的，而充分分离木质素并寻找综合利用途径是这类厂家污染治理的一条出路。

黑液酸析分离木质素已日趋成熟，目前所必要的是完善木质素分离设备的性能，并使之系列化以适应不同的分离规模。

此外，还要积极开发和扩大木质素的利用途径，作为化工原料及其他产品的添加剂。

造纸黑液综合利用的产品较多，除了回收烧碱外，尚有塔罗油、脂肪酸、松节油、再生石灰、提取木素生产胶粘剂、减水剂等，主要是在形成高附加值方面去研究开发[4、5]。

黑液分离木质素后，污染负荷下降70%
以上，分离木质素后废水可与中段水混合处理。

3.2.3 中段废水处理
制浆中段废水以及分离木质素后的剩余废水含有较多的固体悬浮物和其他有机溶出物，特别是漂白废水具有较大的毒性，直接排放将严重影响水体的生态环境。

中段废水的处理技术很多，但高效而运行费用低的却有限。

国外用物化与生化相结合的方法完全可以实现废水的达标排放。

对于浓度较高的中段废水主要用物理、机械和物理化学的方法去除大部分悬浮物及一部分有机物。

方法有格栅、筛滤、重力沉淀、pH中和、凝聚沉淀、加压气浮和澄清过滤等；然后用生物化学方法去除废水中的大部分溶解性有机物，其常用方法有活性污泥法、生物滤池、生物转盘、接触氧化、氧化塘、生物流化床和Ca D tor法等好氧生物技术及厌氧塘、厌氧接触法、UASB、厌氧滤池及厌氧流化床等厌氧生物技术；更多的时候采用厌氧生物法与好氧生物法相结合。

而对排水要求高如达到工业回用或深度处理的水平，则在经上述方法处理后用活性炭吸附、反渗透和超滤膜分离技术等去除绝大部分残余物质。

3.2.4 废纸回收配抄
尽管我国已认识到废纸回收的经济和环境意义，然而回收率仅达20%左右，而发达国家废纸回收率高达60%。

我国回收废纸大部分用于生产纸板及其他低档用纸，原因是草类纤维纸可回用性差，传统的废纸处理工艺使纤维强度性能损失严重。

加强废纸回收后的贮存管理，分类回用，中浓碎浆疏解以及合理的工艺是提高废纸回用效率的关键。

所以，削减制浆能力，回用废纸配抄中档文化用纸是有可能和有前途的污染削减措施之一。

4 推行清洁生产的政策导向
（1）清洁生产是企业完善自身生产过程合理化的一种行为方案，是企业通过工艺改造、创新与配套，提高管理水平以实现生产过程有序化、合理化，能量综合优化利用，从而实现企业废物最小化的目标，这是符合国情的，政府应当大力扶持，在资金贷款上给予优惠。

（2）应该从行业的高度来看待清洁生产。

制定造纸业集中制浆、分散造纸的行业结构调整方针，逐步关停小型纸浆厂，增扩建30000t以上的大、中型制浆厂，以便合理投资，集中、有效地治污。

此外，建立造纸林基地，发展速生材造纸，改变我国非木材纤维造纸比重大质量难以上去的局面，提高我国造纸业整体水平，以较低的代价取得清洁生产的环境经济效益。

（3）推行清洁生产的动力来源于企业内部，领导重视，干部、技术人员、工人共同参与至关重要。

国家应当有计划地组织企业领导学习清洁生产的基本知识，要求他们掌握推行清洁生产的知识原则。

企业内部应该普及推行清洁生产教育，做到家喻户晓，严格执行目标考核制度，建立明确的目标，如日能耗、日排放量、吨产品能耗、吨产品排放量、原材料转化率、综合利用率等等，建立统计制度，发现问题及时解决。

（4）末端处理应当建立在厂际间、行业间综合利用的基础上，建设综合污水处理设施时要敢于突破行业垄断，选用革新替代工艺或新型技术，力求能量效益综合优化。

造纸行业是我国水体的主要污染源，建议国家有关部门对污染治理给予一定的政策倾斜，如减少建设废水处理设施的征地费和适当减收运行电费等，以使各厂家能因厂制宜、因地制宜采取相应的清洁生产措施，努力降低污染，从而实现可持续发展。

参考文献
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轻工环保1997，19（2）：4～7
发明专利申请公布说明书
公开日：2009年9月30日公开号： CNCN0 101544450A
发明名称：一种废纸造纸废水处理及其回用的方法
摘要：本发明公开了一种废纸造纸废水处理及回用的方法。

废纸造纸废水进入物化处理单元,利用斜筛的网格孔拦截粗纤维物,同时回收纤维；然后进入高效沉淀池,在高效沉淀池的快速混凝区加入混凝药剂,通过混凝与斜板沉降去除绝大部分悬浮物,部分沉淀污泥回流到快速混凝区；高效沉淀池出水进入纳污滤池,纳污滤池出水部分回用；其余出水进入生化处理单元的强化吸附段,利用高浓度污泥吸附吸收部分污染物,出水进入好氧生化段利用好氧菌降解污染物, 出水进入沉淀池,经沉淀后出水部分回用,其余处理水达标排放。

本发明采用高效沉淀池,降低药剂投加量,减少污水回用的阴离子垃圾,纳污过滤出水与生化处理出水两次污水回用,提高了废纸造纸废水的回用率。

专利说明书
1. 一种废纸造纸废水处理及回用的方法,其特征在于,废纸造纸废水进入物化处理单元,利用斜筛的网格孔拦截粗纤维物,同时回收纤维；然后进入高效沉淀池,在高效沉淀池的快速混凝区加入混凝药剂,快速混凝区水力停留时间 9～12min,通过混凝与斜板沉降去除绝大部分悬浮物,斜板沉降表面负荷15～ 18m/h,部分沉淀污泥回流到快速混凝区；高效沉淀池出水进入纳污滤池,纳污滤池主要依靠滤料进行过滤,纳污滤池出水总量的60～70％回用；其余纳污滤池出水进入生化处理单元的强化吸附段,利用高浓度污泥吸附吸收部分污染物, 强化吸附段的水力停留时间为12～20min,强化吸附段的污泥浓度为6～8g/L；强化吸附段出水进入生化处理单元的好氧生化段,好氧生化段的水力停留时间为7.2～9.1h,污泥浓度为3～4g/L,溶解氧为2～4mg/L,好氧生化段出水进入沉淀池,沉淀时间为1.5～2h,表面负荷为0.8～1.0m3/m
2.h,经沉淀后出水总量的60～70％回用,其余处理水达标排放：强化吸附段污泥经过沉淀浓缩和污泥活化后,回流到强化吸附段吸附污染物,沉淀池部分污泥回流到好氧段,剩余污泥经过脱水后外运。

发明内容
本发明的目的是克服现有的技术不足，提供一种废纸造纸废水处理及其回用的方法。

具体的实施方案
1 物理处理技术
物理法是指用机械的、物理的手段去除废水中污染物，主要用来去除废水中不溶解
的、粒径较大的杂质，包括机械过滤(如格栅、筛网、微滤机、滤床)、澄清(沉淀)等方法。

已有实验研究表，絮凝沉淀处理废纸造纸废水是可行的。

2 化学处理技术
化学处理技术是指利用化学反应的作用使水中污染物的形态发生变化从而去除废水中的溶解物质或胶体物质。

化学处理法所采用的氧化剂主要有高锰酸钾、次氯酸钠、二氧化氯Fenton试剂等。

对于不同性质的废水，使用不同氧化剂所取得的效果差异较大。

3 物理- 化学处理技术
物理化学法是利用物理化学作用去除废水中的溶解物质或胶体物质。

常用的方法包括混凝气浮法和混凝沉淀法。

混凝沉淀法是废水处理技术中最常用的方法，具有过程简单、操作方便、效率高、投资少的特点。

4 生物处理法技术
造纸废水的生物处理技术就是利用微生物的新陈代谢功能，使废水中呈溶解和胶体状态的有机污染物被降解并转化为无害稳定的物质，从而使废水得以净化。

2 造纸废水处理的新技术
2.1 膜处理技术
造纸废水一般含悬浮物较多，为避免废水污物堵塞薄膜，减少清洗难度和频率，不宜直接用一段膜分离法，最好在膜分离前进行絮凝和常规过滤等预处理。

目前对造纸废水的膜分离法的研究已取得实质性进展，并已开始进入工业化阶段。

除抄纸废水用气浮法即可处理外，膜分离法几乎适用于处理所有的制浆造纸废水，特别对漂白废水的毒性、色度和悬浮物的去除有明显效果。

2.2 高级氧化法
高级氧化法的概念由Glaze 等首次提出，泛指氧化过程中有大量羟基自由基参与的化学氧化过程，包括光催化氧化法、湿式催化氧化法、超临界水氧化法、电催化氧化法等，可分为均相反应过程和非均相反应过程两大类。

其最大的特点是:使用范围广、处理效率高、反应速度快、二次污染小、可回收能量及有用物质。

①光催化氧化技术。

光电催化氧化技术是在光化学氧化技术的基础上发展起来的，以n
型半导体为催化剂的氧化过程，当催化剂受到紫外光照射时，表面的价带电子(e-)就会被激发到导带上，同时在价带产生空穴(h+)，形成电子- 空穴对。

这些电子和空穴迁移到粒子表面后，由于空穴有很强的氧化能力，使水在半导体表面失去电子生成氧化能力极强的羟基自由基(·OH)，羟基自由基再与水中有机污染物发生氧化反应，最终生成CO2、H2O及无机盐等物质，从而使废水得到净化。

②湿式氧化技术。

湿式氧化法是在高温(150℃～350℃)高压(5Mpa～20Mpa)下用氧气或空气作为氧化剂，氧化水中溶解态或悬浮态的有机
物或还原态的无机物使之生成二氧化碳和水的一种处理方法。

D.B.Akolekar 等采用过渡金属、贵金属的单组分催化剂和双组分催化剂对造纸废水进行了湿式催化氧化处理，并考察了pH、温度、催化剂用量对TOC 去除率的影响，结果表明:双金属催化剂效果优于单组分催化剂。

A．Pintar 等采用Ru/TiO作催化剂，对牛皮纸漂白废水(TOC 分别为1138mg/L 和1331mg/L)进行湿式氧化处理．出水TOC 的去除率分别达98% 和95%。

③超临界水氧化技术。

近20 年来，超临界水氧化技术已在欧、美、日等发达国家受到广泛重视和深入研究。

据报道，添加剂如Ｎ2和氧存在下超临界水氧化有不同的效果，温度、压力及停留时间也影响其效果，Sudhir 等人分别用MnO2和Cr2O3为催化剂，发现催化剂的种类也会影响废水处理过程。

超临界水处理有机废物有氧化和萃取两种类型。

氧化法能对含酚废水、含二恶英类物质的造纸厂废水给以深度处理,使废水循环使用不排污。

④其他高级氧化技术。

为了处理造纸等工业废水,人们还开发了许多新的氧化技术，如电催化氧化、微波、超声波、高能电子辐射、高压脉冲放电等。

这些技术是利用不同的物理化学方法使有机物失去电子被氧化生成二氧化碳和水,从而达到消除污染的作用。

2.3 人工湿地处理技术
人工湿地处理技术属于土地处理技术的一种，是指通过模拟天然湿地的结构与功能，根据需要人为设计与建造的湿地。

我国已有造纸厂采用人工湿地处理技术处理废水，并取得了好的效果。

3 清洁生产
目前,造纸废水的处理虽然已经有许多成熟有效的工艺,但从经济和环境的双重角度考虑，清洁生产才是最为理想的工艺，清洁生产转变了传统的先污染后治理的污染控制模式，强调在生产过程中提高资源、能源转换率，减少污染物的产生。

在造纸过程中可采取的清洁生产技术包括深度脱木素、高得率制浆技术、生物制浆技术、废纸制浆技术、漂白段采用无元素氯漂白及全无氯漂白技术等。

4 结语
要彻底解决中国造纸工业污染问题，必须结合造纸行业结构调整的整体要求，加强造纸工业环境保护领域新技术、新设备的研究与开发，学习、借鉴、引进国际先进技术、装备，逐步提高造纸工业污染防治和环境保护的水平，最终实现我国造纸工业稳定、可持续发展。

从济和环境的角度考虑，清洁生产是最为理想的发展趋势。