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高得率浆的节能减排技术邵鲁鹏申莉红10431110151043111016主要内容一、节能减排现状及政策二、化学机械浆工艺介绍三、生物技术在高得率浆中的应用四、高得率制浆的节能五、制浆过程中的节水减排1、节能减排现状及政策1.1现状（1）国产装备制造业得到快速发展传统造纸工业是污染排放的重点行业，也是能耗大户。目前国内制浆造纸装备制造企业采用多项新技术，已能够提供年产10至15万吨漂白硫酸盐木（竹）制浆和碱回收成套等设备，已具备为中小企业技术改造提供先进、适用技术装备的能力。与此同时，相应配套的脱水器材和化学品生产企业也取得显著的技术进步。（2）环境保护装备和技术发展提速由于严格的废水排放标准的颁布，造纸行业普遍采用了废水三级处理工艺，采用了大量西方国家没有采用的技术和工艺。如化学絮凝工艺和针对废水生物处理后残余有机物的深度氧化处理，废水处理残余营养盐的控制，制浆和生物污泥的资源化处理等。1.2政策“十二五”期间造纸行业淘汰落后产能任务依然艰巨，要进一步加快产业结构调整，规范行业投资行为，遏制低水平重复建设，加强环境保护，促进节能减排，实现产业持续健康发展。由中国造纸协会举办的“第二届中国造纸工业绿色发展论坛”上，造纸业“十二五”期间绿色发展目标出炉。据悉，“十二五”期间，我国造纸行业将坚决完成节能减排方面制定的约束性指标，即实现吨浆纸平均综合能耗比“十一五”末降低18%、平均取水量降低18%、全行业化学需氧量排放总量下降10%、生物质能源比例占全行业能源消费20%。2、高得率浆2.1化学机械浆的特点高得率化学机械浆是通过化学（或生物)的、热的和机械的方法或三者之间相互结合的方法使纤维原料分离，得率一般在80%~90%之间的浆种。它包括近年发展起来的各种化学机械浆(CMP)即化学热磨机械浆(CTMP)、碱性过氧化氢机械浆(APMP、APP或PRC-APMP)、生物机械浆(Bio-MP)以及磺化化学机械浆(SCMP)等，其特点：（1）良好的纸张松厚度和不透明度。（2）良好的强度和光学性能。2.2化学机械浆工艺介绍（1）CTMP典型的工艺流程：原料→常压汽蒸→化学预浸渍→预热→压力磨浆→常压磨浆→未漂CTMPCTMP是在TMP生产线前面增加一段化学处理，即汽蒸木片利用化学药品短时间浸渍后，再按TMP生产方法磨解成浆。在CTMP制浆过程中纤维损伤较少，长纤维多而细小纤维含量低。并且由于CPMP浆的纤维分离比较完全，其游离度也比GW和TMP高得多，而且纤维束含量维持在较低的水平。（2）BCTMP的工艺流程漂白化学热磨机械浆(BCTMP)是用温和的化学品浸渍，经精磨、漂白后的一种高得率木浆。典型的商品BCTMP工艺流程图：木片→常压汽蒸→碱性亚硫酸钠预浸→反应仓（80-90。C30-60min）→压力预热器（120-130。C→一段磨→二段磨→一段漂（漂浓：12%）→二段漂（25%-35%）→成浆与CTMP相比，BCTMP具有较高的松厚度、不透明度和挺度。由于采用碱性漂白条件，BCTMP的树脂含量更低。（3）碱性过氧化氢化学机械浆(APMP)APMP制浆最大的优点就是将制浆和漂白合二为一，制浆的同时完成漂白过程。流程如下：木片→常压汽蒸（10min）→螺旋挤压（压缩比1：4）→碱性过氧化氢浸渍（H2O2：2%-5%NaOH：1%-3%温度：70-80。C根据最终产品可反复挤压，浸渍1-3次）→常压磨浆→漂白浆（得率：85%-92%白度：65%-83%）在APMP制浆过程中，碱性过氧化氢浸渍实际上包括两个作用，其一是用碱润胀纤维，提高成浆强度；其二是用过氧化氢漂白木片，提高成浆白度。（4）温和的化学预处理加盘磨化学处理、碱性过氧化氢漂白机械浆(P-RCAPMP或简称PRC)PRC工艺有2个重要特征使其区别于APMP工艺：①木片在预浸时只经过温和的化学处理，温度较低(40~50℃)，降低了前期木片漂白反应；②主要的漂白反应在一段磨和反应塔中进行，浆漂白代替了木片漂白。两段预浸和两段压力磨的PRC工艺如下：（5）三种高得率制浆工艺磨浆能耗的比较ＡＰＭＰ、BCTMP和PRC这3种工艺流程的相同点是木片的筛选、木片的预汽蒸、浸渍前的木片洗涤以及磨浆后的消潜和洗涤；不同点是浸渍药品的种类和漂白反应在流程中的位置不同，从而导致磨浆能量消耗以及漂白化学药品成本的差异。BCTMP和PRC的主要化学品用量和磨浆能耗见表3—4。3、生物技术在高得率浆中的应用３.１生物机械浆(Bio-MP)Bio-MP制浆是近20年发展起来的一种新的制浆方法。首先利用微生物预处理木片以降解木片中的部分木素，然后进行磨浆，从而达到降低磨浆能耗及提高纸浆强度的目的，同时减轻制浆过程所带来的环境污染。菌丝生长和生物预处理可使木片结构发生以下作用：①润胀作用；②对坚固管状细胞起到软化和松驰作用；③菌丝生长的地方使细胞壁变薄。以上作用致使木片结构的变化使磨浆变得容易，降低了磨浆能耗。菌处理后，增加了纤维的柔韧性，同时润胀作用使得纤维间的结合能力提高，从而大大增强纸浆强度性能。生物机械浆的物理性质和能耗如表3-5所示。３.２生物酶技术虽然原木片不容易用生物酶改性，但是在盘磨运转后加入生物酶能够起很好的作用，高得率浆在第一段磨浆后，纤维结构更加开放，再用锰过氧化物酶、漆酶、半纤维素酶和纤维素酶等生物酶进行处理，能够获得更好的效果。酶对机械浆的作用效果在很大程度上取决于它们对纸浆的渗透。相比于真菌处理，只需要几小时的酶法处理更加符合生产的要求。(1)木素降解酶处理机械浆锰过氧化物酶能够显著脱除微细纤维间的结合物质，从而有利于微细纤维的分离。(2)纤维素酶与半纤维素酶处理机械浆由于纤维素酶和半纤维素酶可能在将木质纤维素，尤其是一些生物废弃物，转化为葡萄糖以及其他的一些可溶性的单糖方面有巨大的潜力，３.３生物预处理机械浆与CMP和CTMP不同，生物机械浆是以生物处理代替化学处理，其污染负荷要低得多。研究表明，生物机械浆废水的污染负荷只有其他高得率浆(CMP，CTMP)废水污染负荷的1／３－1／2。在生物机械浆制浆中，污染负荷总发生量BOD／COD０．45，pH值高于7，氮、磷含量低，废水容易生化处理。研究表明，用活性污泥法处理生物机械浆废水，只需较短的水力停留时间(3～4h)即可去除79％的COD和98％的BOD，紫外分光光度研究表明，处理后的生物机械浆废水的木素含量降至处理前的36％。四由于机械浆得率高，药品、蒸汽单耗低，所以不仅生产成本低，而且发展高得率制浆本身就意味着节省能源。在实施高得率制浆过程中，采取一些措施，还可以进一步降低能耗、提高浆的质量。４.１通过改善磨浆机来降低能耗（１）磨浆机型号的选择正确的磨浆机选型能在不损失纤维性能的前提下，降低空载功率的需求，从而节约电力成本。节能首先要从优化磨浆机的操作速度、型号和设计开始，如选择型号最小的、最经济的磨浆机，并尽量在最低的速度下操作。四、高得率制浆的节能（２）磨木机适当提高磨石线速，可以达到节能、增产的效果。例如我国某造纸厂，磨木机磨石的转速由250r/min提高到300r/min，线速由19.6m/min提高到24.4m/min。线速改造前后能耗、产量及浆的质量见下表。线速电流产量电耗纸页裂断长(m/min)（A）（t/h）（kW.h)/t（m）Ａ19.6134.70.5672575.52835Ｂ24.4177.81.2613332009B/A1.2451.3202.2220.5180.709注：Ａ－改造前Ｂ－改造后由表可见，磨木机经改造，线速提高后，使浆产量提高，电耗降低，纸业的裂断长稍有降低，但仍可满足工艺要求。通过刻石刀的刀号和控制刻石压力的轻重而决定磨石刻纹的深浅。一般说来粗刻石产量大，电耗低，但纸业的裂断长低，所以可根据浆的要求，控制适当的刻石方式，在满足浆的质量前提下，降低能耗，提高浆的产量。刻石方式产量（t/h）电耗（kW.h)/t纸页裂断长（m）4目25度刻石刀刻石粗刻一次１.３３９９３７１５８７4目25度刻石刀刻石平二次轻刻二次１.０２８１４０６２３５７（３）控制刻石方式节能（４）加压磨石磨木浆节能在双袋式磨石磨浆机上封闭加压0.2-0.3MP以提高磨区温度，同时喷水温度也相应提高，从而使木素软化，纤维细纤化程度提高，浆的强度提高，电耗有所下降。五、制浆过程中的节水减排高得率制浆工艺用水主要是在原料化学预处理(对化学机械浆)、浆料洗涤、筛选和漂白等工序。本节主要介绍高得率浆生产过程水的分类以及循环使用。５.１高得率浆生产过程水的分类（１）新鲜水及一般用量主要用途包括：泵等部件机械密封(1．0～1．5m3／t)；生活区和化验室用水(0．2～4m3／t)；各种稀释水(最新BCTMP工艺需6～8m3／t，较好水平为9～14m3／t)；化学品制备和预处理(BCTMP浆需0．9～3．5m3／t)；锅炉用水(O．3～O．6m3／t)。（２）冷凝水机械浆厂的大部分冷凝水来自磨浆机产生的蒸汽，它们在蒸汽罐、预热器内被冷却下来，有的甚至直接和过程水接触而冷凝。（３）压榨水、过滤水等压榨水指压榨设备从浆料、湿纸页、污泥等脱出来的水。过滤水则是通过织物(如各种滤网)从浆料中脱出的富含悬浮固体的水。渗透水则是由膜分离产生的。至于离心滤液，则是由离心泵产生的。选用高效、低成本的脱水技术，实现压滤液和过滤液的尽可能回用，是减少新鲜水消耗的最关键因素。在一定条件下，过程用水被净化的程度，决定着生产用水封闭循环的程度与可行性。生产用水实现全封闭，亦称零排放，对于机械浆制浆系统来说，技术上可行，只是费用太高。但随着更多的回用压榨水和过滤水方案的实施，系统会逐渐接近这一目标。生产过程中压榨水和过滤水的来源和使用情况见下表。（４）清白水清白水的固含量通常在0．01％～0．03％(质量分数)之间，主要来自浆料在重力、真空、甚至是压力下脱出的水(如多圆盘和圆网过滤机的滤液)。清白水中所含的细小悬浮物75％～85％可通过200目，可以用于造纸机网子的高压洗涤和湿部喷淋管用水。清白水的典型用途如下所述：①各式浆料洗涤过滤机的浆料稀释和喷淋水；②磨盘机浆料稀释用水，用清白水替换浊白水，可以减少白水中的微粒对打浆的影响；③木片浸渍机的液位控制(只要清白水的pH值和化学性质与所需的浸渍条件相容就可以)；④筛选、净化后浆料的稀释；⑤用于纤维回收机浆料稀释，可以减少纤维的流失；⑥应优先考虑最大限度回用浓白水，多余清白水可以用于木片洗涤。（５）浊白水机械浆造纸过程浊白水的固含量在0．04％～O．08％(质量分数)之间，也是浆料在重力、真空、有时是压力作用下的滤液，如浆料通过多圆盘真空过滤机或转鼓机形成的滤液。浊白水中小于200目的微粒大约占60％～65％(质量分数)。浊白水通常用于消潜池浆料稀释以及冲浆前浆料筛选、净化的稀释。（６）废水对于SGW生产，需要稀释的地方主要是磨木段，需要外排净化的主要是来自浓缩机的滤液(亦称磨木白水)。５.２高得率浆生产过程水的使用制浆造纸节水技术的核心是水循环利用，开发废水作为重要的水资源。水循环利用可以把造纸工业这个用水大户变为用水极少的行业，把重污染的行业变为无水污染的行业，使造纸业在用水和水污染从概念上发生本质的变化。在循环使用水的过程中，需要考虑诸多因素。（１）稀释水使用稀释水的一个选择标准是低的溶解固体含量；同时，应考虑稀释水如下一些主要指标。ａ色度若浆料需要调色，则必须考虑这个因素，如果多余的白水不能用于浆料的稀释洗涤，它们要么直接被排到下水道，要么用膜分离或其他方法进行脱色，然后加以回用。ｂ氯化物来自外部水源的氯化物和其他溶解污染物，有时候会严重污染水质。由于水分的蒸发，可能会在磨浆机中产生蚀损斑、裂缝腐蚀，在高温下甚至会出现应力裂纹。引起问题时确切的氯化物含量很难确定。ｃ悬浮固体悬浮固体包括纸机滤液中的填料、细小纤维、树脂和胶黏物等，它们对于稀释洗涤或置换洗涤的用水选择，都是很重要的。ｄPH值洗涤用水pH值要和生产工艺相结合考虑。例如，来自酸性抄纸的白水，在用过氧化氢漂白之前应加碱，把pH值调到碱性范围。