01-造纸行业环境保护的概念和展望

造纸行业环境保护的概念和展望中国造纸协会钱毅2015.12第一部分了解行业基本概况行业定位国家将造纸行业定位为重要的基础原材料工业；造纸行业包括纸浆、纸及纸板、纸制品制造三大部分；产业涉及农、林、化工、机械、能源、运输等领域，产品广泛用于文化传播、人民生活、产品包装和工农业及国防等各领域。市场和消费纸及纸板的消费水平是衡量一个国家经济和文明程度的重要标志，我国造纸工业经过数十年的努力，在2008年，历史性地实现了生产量略超消费量，并至今保持国内市场产销基本平衡我国目前是世界上最大的纸及纸板生产国和消费国，但人均消费量2014年只有73kg/年；比全球平均人均消费量高一点，与发达国家如美、日、德等人均200kg以上仍有很大差距。技术装备水平在国内需求拉动下，我国造纸经历了近30年的高速增长，通过引进和技术改造使我国造纸工业在规模、技术、环保等领域技术装备水平大幅提升，到2015年，我国具有国际领先或先进水平的产能已占70%。近十年，国家加大力度淘汰落后造纸产能约4000万吨，但仍有约20%的产能技术装备相对落后，尚有明显的结构调整空间。原料问题我国造纸生产使用木、竹、苇、蔗渣、草、废纸等纤维原料。目前，我国造纸工业原料结构：木浆26%、非木浆9%，废纸65%。其中，废纸总量中进口废纸占45%，木浆总量中进口木浆占70%，而在国内生产的30%木浆使用的木片也主要依靠进口。原料对外依存度达50%左右。木浆和废纸是许多国家争夺的战略性资源，也是支撑我国造纸工业和未来发展最重要的原料，由于我国制造业商品出口比重较大，造成包装用纸等夹带出口较多，还有部分文化交流的产品等出口，因此，使国内废纸回收率目前只能维持在45%左右，不足部分只能依赖进口。进出口贸易为弥补我国造纸原料的不足，目前造纸用原料的废纸、纸浆和木片进口关税为零。进口废纸、纸浆均占到国际上可贸易量50%以上。废纸、纸浆和木片的进口占国内原料消费的50%。我国造纸产业以满足内需为主，品种间保持适度的国际贸易平衡。近年来，我国纸及纸板进出口量基本平衡，进出口量均小于国内消费量的5%，比例有逐年下降的趋势。当前形势下，适度加大出口有利于行业的健康发展和合理竞争。环境保护造纸工业通过大量采用国际领先水平的技术和装备，弥补环保历史欠账，加上政策性淘汰，使我国造纸工业污染物排放大幅降低。造纸行业万元产值COD排放量已由2009年的300kg降低到2013年的9kg，单位产品主要污染物排放量已低于欧盟的平均水平。近年来，大批新建企业单位产品能耗、水耗和固液气污染物排放水平只是原水平的几分之一，甚至十几分之一，加之我国实行了目前国际上最严格的排放标准，大型企业在环保投资动辄数十亿元，行业普遍采取了高成本和极端的治理措施。万元产值取水和COD排放331.6249.2168.4121.491.575.268.753.840.024.825.418.511.08.77.60.050.0100.0150.0200.0250.0300.0350.0/通用格式/通用格式/通用格式/通用格式/通用格式/通用格式/通用格式/通用格式/通用格式/通用格式/通用格式/通用格式/通用格式/通用格式/通用格式万元产值COD排放量kg/万元万元产值水取水量/吨/万元产业绿色属性造纸行业具有先天的绿色属性，本来不应该是一个重污染行业，现代的造纸工业不但植物原料来源于空气中的二氧化碳，在提取植物纤维后，生产过程中废物可以全部转化为生物质能源，经热电联产后自用和销售，行业生物质能源比例逐年提高，而使用的化学品也可几乎全部回收循环使用。“三废”发生量不断下降，处理技术日臻完善。废纸的回收利用也充分体现了天然可循环的属性，被称作“第二森林”。在现代技术下，废纸制浆过程中的废物已可全部资源化利用。现代制浆造纸技术正在使造纸行业远离“高资源消耗和高环境风险”的行列。第二部分造纸环保的技术概念水污染物的成分和生物处理造纸工业的废水种类多、成分杂但概念简单，绝大部分成分来源于植物原料及废纸脱墨中含有的少量淀粉、油墨成分。造纸行业废水达标排放的前提是生物处理。应以自然之道解决造纸废水的污染，生物处理可处理绝大部分植物来源的有机物，也是世界各国造纸工业采用的普遍方法。国际上也普遍采用生物耗氧量BOD作为排放标准主要控制指标。造纸行业大部分的废水在BOD处理到很低的水平后仍可检测出较高COD浓度。碱回收概念碱回收工序的主反应器是化学反应器，不是锅炉，黑液是碱回收工序原料。之所以被误认为是锅炉是因为为了利用反应热，在反应器上方增加了余热回收锅炉，不应按锅炉对待。碱回收工序对有机物的消减与提取率有关，决定有机物无机盐去除率和无机物循环利用,目前我国正在运行的碱回收设施不到100台。碱回收的化学反应的目的之一是还原回收硫（Na2S），硫还原率很高，反应过程处于高浓碱液、熔融强碱和氧元素不足状态。先进适合的碱回收工艺设备烟气可以不必脱硫脱硝。碱回收反应过程可分解植物中带到黑液中的二噁英。碱回收的余热回收可以大幅度降低化石燃料的使用，减少二氧化硫和氮氧化物的排放。氮和磷植物原料中氮磷含量很低，除亚铵法制浆以外，造纸废水中氮含量也不高，为生物处理过程的进行需补充的氮磷营养盐，生物处理后残余的营养盐是造纸行业废水中氮磷的来源。总量减排依靠生物处理工艺的优化和营养盐的计量连续加入。挥发性有机气体历史上制浆行业曾排放大量VOC，在纸厂周围的居民经常可以闻到难闻的气味。随着技术的进步，现代大型制浆造纸企业周围已很难闻到这些气味，蒸煮的喷放过程、黑液的蒸发和提取过程、纸机烘干的水蒸气、污水处理过程等均设置有热能回收和臭气回收设施，高浓的污冷凝水经过气提工艺提取有机气体和生产车间负压收集的空气一起作为锅炉或碱回收所需的空气来源和能源。甚至水处理厂的沉淀池等也耗巨资增加了负压气罩，将废气引入锅炉鼓风机。废纸中的固体废物、脱墨污泥和资源化、能源化废纸制浆可利用的生物质能源比化学制浆要少，但现代的废纸制浆企业已将废纸处理过程中筛选出的有机废渣、脱墨污泥、一沉池的污泥和生物污泥作为燃料加以利用，每年可节约数百万吨标煤的化石燃料。在获得生物质能源的同时，还可分解部分沉积的二噁英，同时也会控制新的二噁英生成。一些废纸浆厂还有对各类污泥堆肥销售的实例。在欧美脱墨污泥不被定义为危废取水量和废水排放量水是制浆和造纸工艺过程中重要的介质，不但湿法抄纸时需要将纸浆分散在水的介质中，蒸煮和漂白过程也需要水作为介质带走不需要的物质。单位产品的用水量与工艺方法和产品质量要求相关，降低用水量一般需要技术改造的投入，特别是一些先进的产能，巨额的投入也只能吨产品降低很少的用水量。废水的排放量与取水和耗水量相关，与产品、原料、工艺、是否有热电项目和规模等有关。产品的耗水量一般在1~10立方米左右，一般大型项目相对耗水量较低，多品种的企业用水可梯级使用，相对单位产品排水量会低很多。单位产品用水量和排放量每个企业和生产线都会不同，由于纸张生产工艺和产品质量的要求，造纸行业无法做到“零用水”和“零排放”，即使使用反渗透膜处理，浓水也需要采用不顾环境和成本的“烧干锅”的极端措施，从保护环境的角度不应提倡。持久性有机物问题和漂白二噁英家族属不易分解的含氯有机物，自远古时期的火山和森林大火等就在自然界不断积累，分解较慢，人类的活动也会增加自然界二噁英的积累。植物在生长过程中会从自然界吸收富集自然界积累的二噁英，据检测数据分析次氯酸盐三段漂白(CEH)浆中植物原料带来约占2/3，新增的约占1/3。制浆造纸生产过程中既可以消减部分植物中的二噁英（碱回收反应和污泥焚烧），也会在含元素氯（氯气和次氯酸盐）漂白工序中新增部分二噁英。在采用二氧化氯替代氯气以后，二噁英的新发生量难以检出。二噁英是数十种含氯化合物的混合物，痕量存在，检测难度大、检测误差高、检测费用高、检测机构少。目前相关研究少、推测性结论多，因此需加强研究。漂白中ECF和TCF的概念在传统的化学法纸浆漂白工艺中，普遍采用含元素氯的漂白工艺。在需要漂白的废纸浆、化机浆中广泛使用全无氯漂白（TCF漂白）。但用于化学法纸浆的全无氯漂白，由于氧元素对纤维和木质素不具有选择性，会造成漂白效率低，降解纤维素和半纤维素，造成纤维强度大幅下降和污染物负荷上升，已逐渐被国际上放弃，改为鼓励使用同样二噁英发生量很低、成本较低、污染物发生量较低的无元素氯漂白（ECF漂白）。生物质能源和热电联产制浆造纸行业是生物质能源比例较高的行业，欧盟造纸行业生物质能源比例高达51%，部分大型制浆造纸企业由于使用碱回收和燃烧树皮、污泥及社会上回收的有机废物，生物质能源比例达到100%。使用生物质能源可减少化石能源的消耗，有利于减少二氧化硫、二氧化碳气体的排放。第三部分总量减排的展望生产技术进步潜力近20年来国际上造纸工艺装备技术有较大提升，我国大型企业技术装备已基本与国际同步，一些新建大型企业达到国际领先水平，资金需求低的技术改造方法已基本用尽，进一步提高需大资金支持，减排。部分中小企业仍有较大改造提升空间，挖潜方向要转向尚有潜力的企业。先进企业技术进步减排的潜力主要依靠未来的技术发展。加强水处理设施管理造纸行业规模以上企业目前仍有近3000家企业约6000家工厂，基本具有自有的污水处理设施，除了日常的监管管理以外，提高已有水处理设施的运行效果，提高这些设施的运行效率，提高和稳定处理效果，对于通过管理减排、进一步提高排污管理水平，是中小企业通过管理减排的主要潜力点之一。2013年造纸协会组织行业产能近全国50%的前30位企业主管参加了环保部在苏州的培训，这些企业已有完善的废水处理设施控制系统，现已开始按照培训的要求完善企业的水处理厂中控系统，但对绝大部分工厂的水处理厂，中央控制系统仍有较大的完善空间。因此，通过技术管理措施减排对中小企业仍有一定潜力。结构减排造纸行业将进入行业的调整期，行业通过优化企业结构、产品结构、原料结构、区域结构及加大淘汰落后产能。在近十余年的行业污染物减排中起到了关键的作用。从我们对行业现状分析看，结构调整和淘汰落后产能减排尚有一定空间。以上的调整需要充分利用好市场经济的手段，以政策引导企业进行调整，避免简单行政手段。不同规模制浆造纸企业COD分布比例规模COD第四部分未来发展和政策需求未来行业的发展方向一个主线：调整二个任务：提高发展质量提高经济效益一个最终目标：绿色纸业(科技创新型、资源节约型和环境友好型)未来行业的发展思路依据国内的市场需要，保持基本产需平衡，不再以数量为发展目标。调整包括原料结构、企业结构、产品结构、区域结构。向技术先进、清洁生产、低碳发展、环境友好的绿色目标努力。技术促进减排洗涤筛选技术的提高，可减少用水和提高污水浓度。能效提高技术减少化石能源和对应的废气废渣。提取技术的进步、深度脱木素技术进一步普及可进一步降低发生量。通过清洁生产改造减少化学污泥发生量和通过新技术提高水循环利用率达到提高废水浓度和厌氧处理效率的目的。降低化学品的用量和提高化学品的效率。提取技术的进步、氧脱木素技术进一步普及可进一步降低发生量。需进一步研究了解造纸废水生化处理后残余有机物导致化学需氧量的成分组成。废液废渣资源化生物质能源（有机废液、废渣、废气）的利用是未来我国节能减排的重点。特别是对二氧化碳和二氧化硫的减排有重要的意义。制浆废液提取塔尔油、提取木糖醇，酸法废液制酒精、香兰素，用废液提取木质素产品，用废液生产有机肥腐殖酸（另一种方式的秸秆还田）、白泥精制生产碳酸钙用于造纸和建材等资源化方法也是下一步减排的一个有效途径。政策需求希望国家倡导和鼓励的科学适度、适应自然的污染物处理措施，科学处理浓度和水量的关系，使污染物处理对环境的影响达到最低。希望避免增加污染和对环境不友好的深度处理极端方法，例如化学氧化、烧干锅等处理。希望未来环保管理部门对造纸行业水污染物主要控制指标检测方法由COD过渡为BOD，积累和建立BOD监测历史数据，向国际标准靠拢。公平的管理环境对环境管理公平的需求，有利于产业的健