制浆造纸清洁生产的新观念动态平衡短流程循环零排放技术

　　　　江苏造纸 　2006 年第 4 期 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　论 　　文 　　　　 制浆造纸清洁生产的新观念 动态平衡短流程循环零排放技术 吴解生1 　何东阳1 　胡瑞龙2 (11 南京林业大学制浆造纸机械研究所 ,南京市 ,210037 ; 21 常熟市富士莱包装 材料 关于××同志的政审材料调查表环保先进个人材料国家普通话测试材料农民专业合作社注销四查四问剖析材料 厂 ,江苏常熟市 ,215558) 　　摘 　要 　研究开发了一种废纸制浆造纸过程生产用水的动态平衡短流程循环零排放新技术 ,其基本出发点是 将废纸制浆造纸过程中的各段废水按水量和水质情况进行统筹安排 ,不经处理而使之全部在生产过程中封闭循环 回用 ,并控制添加的清水量 ,使之等于废纸制浆造纸过程中的必须耗水量 ,由此实现了废纸制浆造纸过程中废水的 零排放。并探讨了该技术的基本理论。“动态平衡短流程循环废纸制浆造纸废水零排放清洁生产技术”已于 2006 年 9 月通过了江苏省科技厅组织的技术成果鉴定。 关键词 　废纸 　制浆造纸 　废水 　动态平衡 　短流程循环 　零排放 1 　前言 我国的制浆造纸工业在迅猛发展的同时 , 面临着水资源与纤维资源短缺以及制浆造纸过 程排放的废水严重污染环境的问题。为了解决 传统草类化学制浆废水对环境的严重污染 ,国 内各制浆造纸企业纷纷采用废纸为纤维原料以 代替自制化学浆 ,导致制浆造纸工业的纤维原 料中废纸原料的比例迅速增长 ,2005 年我国造 纸工业的原料中 ,废纸原料的比例已超过一半 , 达到 54 % ,废纸进口总量从 2000 年的 371 万 吨猛增到 2004 年的 1230 万吨 ,已占全球废纸 贸易总量 2500 万吨的一半左右 ,年增长速度达 到 35 %。 我国是一个水资源十分短缺的国家 ,水资 源的人均占有量仅为 2100m3 ,约为世界水资源 人均占有量的 1/ 4 ,而传统造纸工业又是大量 消耗水资源的产业 ,吨浆和吨纸的平均水耗是 国际先进水平的 5 倍以上 ,大量消耗水资源的 必然结果就是造纸污水的大量排放 ,造成严重 的环境污染。据 2000 年环保统计 ,县及县以上 4119 个造纸及纸制品企业废水排放总量为 3513 亿吨 ,占全国工业总排放量的 1812 % ,其 中达标排放量 19 亿吨 ,占造纸总排放量的 5318 % ,排放废水中化学耗氧量 28717 万吨 ,约 占我国工业化学耗氧量总排放量的 4018 %。 大量使用废纸原料缓解了纤维原料紧缺的 压力 ,也减轻了制浆造纸废水对环境的污染。 但在使用废纸为原料的制浆造纸过程中 ,还是 会产生一定量的污水和废渣。在国内使用废纸 原料生产的各个纸种中 ,包装纸板是产量最大 的纸种 ,年产量已超过 2000 万吨。生产包装纸 板一般采用杂质含量较多的低档废纸 ,在生产 过程中会分离出各种重杂质如铁钉、泥砂、玻璃 等和各种轻杂质如废塑料、化纤、布条、草绳等。 这些固体废渣的处理实际上就是寻找它们合理 的综合利用途径 :如废渣中的铁钉等可用磁铁 分选出来送去回炉冶炼 ;碎玻璃可洗净后回收 利用或与泥砂等重杂质一起运出填埋 ;废塑料 可分选洗净后熔融造粒 ,生产再生塑料粒子 ,也 可以和化纤、布条、草绳等轻杂质一起送锅炉房 燃烧以回收热能。 包装纸板生产过程中排出的废水中含有细 21 吴解生等 /制浆造纸清洁生产的新观念 小纤维、填料微粒和造纸化学助剂等各种物质。 目前国内外制浆造纸企业一般都是采用絮凝沉 淀、气浮、活性污泥曝气及厌氧发酵等物理、化 学和生化等方法对废水进行净化处理 ,使水质 符合制浆造纸用水要求后再送回到制浆造纸各 道工序利用或达标排放 ,从而减少清水用量、废 水排放量和废水中污染物的含量。这种废水净 化处理后再回用的方法通常需要设置庞大的废 水净化处理系统和花费大量的日常运行费用 , 大大增加了纸厂的设备投资和生产成本 ,而又 不能产生经济效益。因此 ,大多数废纸制浆造 纸企业对这种废水净化处理后回用的方法都缺 乏积极性 ,更有甚者 ,有的造纸企业为降低生产 成本 ,对制浆造纸废水尽可能不加净化处理而 偷偷排放 ,从而造成严重环境污染。 2 　动态平衡短流程循环零排放清洁生产新技 术的原理 　　南京林业大学制浆造纸机械研究所和常熟 市富士莱包装材料厂 ,在以废纸板为纤维原料 生产包装纸板 (瓦楞原纸、箱板纸和纱管纸等) 的生产实践中 ,经过四年多的探索 ,研究成功一 种动态平衡短流程循环零排放清洁生产新技 术 ,这种废水零排放的新技术只需少量生产设 备的改造投资 ,就能产生明显的经济效益和社 会效益 ,因此可调动广大制浆造纸企业推广应 用的积极性 ,从根本上解决废纸制浆造纸过程 废水的环境污染。这种清洁生产新技术的原理 是基于废纸制浆造纸过程生产用水的动态平衡 理论 ,根据这个理论 ,我们可以将废纸制浆造纸 生产过程中的各段废水按水量和水质情况进行 统筹安排 ,不经净化处理而使之全部在生产过 程中进行串联和循环回用 ,并控制添加的清水 量 ,使之等于制浆造纸过程中必须耗水量 (即纸 机干燥部的蒸发量和废纸制浆分离杂质中带出 的水量) ,就可以简单有效地实现废纸制浆造纸 生产过程中废水的零排放。 我们提出的动态平衡理论是 :在废纸生产 包装纸板过程各段浓度不同的废水中 ,绝大多 数物质如细小纤纤维、填料、助剂等都是纸品生 产所必须的 ,只有极少量油墨、胶粘物等残留杂 质是对纸品生产有害的 ,在不经处理的废水反 复串联、循环回用过程中 ,废水中所有物质的浓 度在循环回用中累积提高到某一个水平后就会 趋于稳定 ,即建立起一种废纸制浆造纸生产用 水中各种物质浓度的动态平衡状态 ,亦即单位 时间内从生产原料中带入的各种物质的总量与 从产品中带出的各种物质的总量相等。由于废 纸制浆时残留的油墨、胶粘物等有害杂质在生 产用水中的浓度一般都很低 ,因此这种动态平 衡的生产状况一般不会影响产品质量 ,因而 ,这 种废水不经处理的循环回用就可以长期运行下 去。 在废水的反复串联、循环回用过程中 ,整个 生产系统回用废水的温度会明显上升 ,回用废 水温度的提高使上网浆料的温度也相应提高 , 致使浆料中水的流动性增加、纤维更加柔软可 塑 ,出压榨纸页干度明显提高 ,从而大大降低湿 纸页的干燥负荷 ,使吨纸蒸汽消耗大大下降 ,因 此 ,纸机生产能力也大幅度增长。但回用废水 温度的提高又使废水更易于因厌氧发酵而腐烂 变质、发墨发臭 ,为了防止纸机抄造系统的回用 水质恶化 ,对产品质量产生影响 ,故应将整个废 纸制浆造纸生产过程按用水点的水质划分成尽 可能短的循环环节 ,同时对生产过程的工艺和 设备系统进行必要的调整改造 ,如应尽量消除 生产用水容器 (如池、槽、罐) 的死角 ,减少各段 废水的存量使各段废水能快速、充分地循环回 用。在夏季高温和较长时间停机的情况下 ,还 可以用空压机向回用废水中加气充氧鼓泡搅 拌 ,或用加气水泵来泵送回用废水 ,也可加入少 量杀菌剂以控制厌氧菌的产生繁殖。 3 　动态平衡短流循环零排放新技术的特点及 应用实例 311 　生产流程及水平衡图 以常熟市富士莱包装材料厂为例来具体说 明废纸生产包装纸板废水采用动态平衡短流程 31 　　　　江苏造纸 　2006 年第 4 期 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　论 　　文 　　　　 循环回用零排放新技术的实施情况。该企业实 施后其生产流程及水平衡如图 1 所示。 图 1 　动态平衡短流程循环零排放 技术生产流程及水平衡图 　　从图 1 可以看出 ,制浆工段用水主要部位 是水力碎浆机的废纸碎解用水和筛选稀释水 , 上述部位全部使用斜网浓缩机下的回用白水和 造纸工段集水池中的多余网下浓白水 ;造纸工 段上网浆料的调浓稀释利用纸机的网下浓白 水 ,纸机网部冲网水采用经简单过滤的网下浓 白水 ,仅纸机压榨部洗毛布才使用少量清水 ,从 而使整个废纸制浆造纸生产过程无废水排放。 312 　动态平衡短流程循环零排放新技术的特 点 总的看来 ,动态平衡短流程循环零排放这 一制浆造纸清洁生产新技术与以往传统制浆造 纸清洁生产技术的主要差别在于如下几个方 面 : 31211 　突破了传统制浆造纸清洁生产技术以 水来适应系统 (即对制浆造纸废水须采用各种 方法进行处理 ,使水质符合制浆造纸用水要求 后再送回各道工序利用或达标排放) 的习惯思 维模式。提出了以系统来适应水 (即对废水不 加处理 ,而是通过对制浆造纸系统进行调整和 改造来适应废水直接分段短流程循环回用) 的 新观念。 在传统制浆造纸清洁生产以水适应系统的 习惯思维模式下 ,制浆造纸废水是企业的包袱 和负担 ,为节约处理费用 ,有的企业对废水往往 不加处理而直接排放 ;在以系统适应水的制浆 造纸清洁生产新观念下 ,废水不再是企业的包 袱和负担 ,而是成为宝贵的资源 ,可以为企业带 来可观的经济效益。 理论上 ,加入纸机抄造系统中的各种生产 原料和化学助剂 ,有相当大的比例会进入到纸 机抄造系统各段所排放出的废水中去 ,这些原 料和化学助剂都是抄造纸品所必需的物质 ,在 采用传统的废水净化处理后回用方法对这些废 水进行处理的过程中 ,需要加入某些化学药品 (如絮凝剂等) ,这些废水中外加的化学药品以 及废水净化处理过程中反应产生的物质 ,一般 并不是抄造纸品所必须的物质 ,因此它的加入 是对整个制浆造纸系统正常运行的一种干扰。 由于在废水净化处理中加入的化学药品往往数 量较大 ,故在处理后长期循环回用的过程中 ,这 41 吴解生等 /制浆造纸清洁生产的新观念 些物质会因积累而达到较高的浓度 ,以至影响 制浆造纸系统的正常运行和纸品的质量。再加 上水处理过程本身又要产生废水和废渣 ,将原 本有用的原料和助剂排放掉。因此 ,以水适应 系统的传统制浆造纸清洁生产方式不但运行成 本高 ,而且难于实现废水的封闭运行。 动态平衡短流程循环的清洁生产新技术并 不对制浆造纸废水进行处理 ,也不向制浆造纸 系统中加入用于废水净化处理的化学物质 ,亦 即不向整个制浆造纸系统加入任何干扰因素 , 因而这种生产用水的循环回用可以长期运行下 去而不会对纸品质量造成不利影响。如由于生 产用水浓度上升和温度提高使上网浆料的抄造 性能改变或循环回用水的水质恶化 ,则可通过 对制浆造纸系统进行调整和改造来适应这种影 响 ,使整个制浆造纸系统在不影响纸品质量和 不排放废水的前提下 ,达到动态平衡的运行状 态和循环回用水的水质稳定。 31212 　打破了使用清水冲洗成形网和毛毯的 纸机抄造传统习惯 ,采用纸机抄造过程中的白 水经过简单过滤后就作为成形网和毛毯的冲洗 用水。我们知道纸机湿部成形网和毛毯的洁净 与否 ,对纸页质量具有十分重要的影响 ,不洁净 的成形网和脏污的毛毯能使纸机无法正常运行 并导致产生各种纸病。因此 ,在传统的纸机抄造 过程中通常都耗用大量清水对成形网和毛毯进 行冲洗、以保持成形网和毛毯的洁净和良好的 滤水性 ,由于所耗用的清水大大超过纸机所必 须耗用的水量 ,大量多余的白水就成为废水排 出 ,所以传统纸机的抄造过程中就不得不排放 出大量废水。而动态平衡短流程循环零排放技 术突破了使用清水冲洗成形网和毛毯的习惯生 产方式 ,采用纸机抄造过程中的白水简单过滤 后作为纸机湿部成形网和毛毯的冲洗用水 ,大 大减少了纸机耗用的清水量 ,从而解决了实现 纸机抄造过程中废水零排放的关键技术问题。 31213 　打破了传统的纸机抄造系统中废水净 化处理后回用的大循环模式 ,提出了废水短流 程循环的新模式。正因为传统纸机抄造系统耗 水量大 ,必须使用大量回用水 ,要保证这些回用 水不变质 ,就必须对这些回用水进行各种净化 处理 ,由此导致干扰物质的加入和积累 (如阴离 子垃圾问题) ,最终影响纸机抄造系统的正常运 行和纸品质量 ,因而不得不排放 ,这样不但造成 废水中大量有用原材料的流失 ,而且对环境造 成严重污染。所以 ,废水净化处理后回用的大 循环模式可以说是一种恶性循环模式。 动态平衡短流程循环零排放技术由于并不 对制浆造纸废水进行处理 ,同时 ,又由于回用水 的不断循环使其温度明显提高 ,因此纸机抄造 系统中的循环回用水较易变质 ,所以只有尽量 减少纸机抄造系统中回用水的存留量 ,使白水 加速、充分地短流程循环回用 ,并在高温季节或 停产期间辅以加气充氧搅拌等措施 ,才能保证 纸机抄造系统中回用水的水质稳定。这种回用 水的短流程循环 ,不但简化了整个纸机抄造系 统 ,而且提高了纸机抄造系统的运行可靠性和 经济性 ,能使系统运行更正常、电耗汽耗降低、 原料利用率和生产能力大幅度提高。因此 ,回 用水的短流程循环模式是一种良性循环模式。 31214 　在纸机抄造系统中实现了“以出为入” 添加清水的零排放控制方式 ,大大改善了纸机 抄造系统的操作性和稳定性。 传统纸机抄造系统耗水量大 ,为尽可能降 低废水排放量 ,通常需对大量废水进行处理 ,使 其质量符合纸机抄造系统的要求后再回用。这 种废水净化处理后回用的大循环模式 ,其回用 水流程长 ;影响因素多 ;水质不易稳定 ;纸机抄 造系统控制难度较大 ;产品质量也不易稳定。 动态平衡短流程循环零排放技术采用了 “以出为入”的添加清水控制方式 ,根据纸机抄 造系统的必需耗水量 (即纸机干燥部的蒸发量 和废纸制浆分离杂质中带出的水量) ,添加等量 的清水 ,就可以实现废水的零排放。由于整个 纸机抄造系统内回用废水的存量少、循环流程 短 ,因此 ,只要根据集水池 (罐)中废水的液位高 低 ,控制加入系统的清水量 ,就可以很方便地使 纸机抄造系统中的回用废水达到动态平衡 ,从 51 　　　　江苏造纸 　2006 年第 4 期 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　论 　　文 　　　　 而实现产品质量的稳定。 4 　结果与 分析 定性数据统计分析pdf销售业绩分析模板建筑结构震害分析销售进度分析表京东商城竞争战略分析 411 　实施动态平衡短流程循环零排放新技术 前后的生产技术经济指标对比分析 常熟市富士莱包装材料厂的纱管纸生产线 在实施了动态平衡短流程循环零排放新技术 后 ,取得了可观的经济效益。实施零排放技术 前后的生产技术经济指标对比数据如下。 41111 　实施零排放技术前后用水指标对比 ,如 表 关于同志近三年现实表现材料材料类招标技术评分表图表与交易pdf视力表打印pdf用图表说话 pdf 1 所示。 表 1 吨纸耗水量/ m3 实施零排放技术前 50 实施零排放技术后 11 83 41112 　实施零排放技术前后原料消耗对比如 表 2 所示。 表 2 吨纸耗废纸原料/ t 实施零排放技术前 11 35 实施零排放技术后 11 15 41113 　实施零排放技术前后能耗对比如表 3 所示。 表 3 吨纸电耗 (kwh) 吨纸耗煤/ kg 实施零排放技术前 250 350 实施零排放技术后 207 260 41114 　实施零排放新技术前后纸机生产能力 对比如表 4 所示。 表 4 纸机生产能力/ t/ 月 实施零排放技术前 1300 实施零排放技术后 1800 412 　实施动态平衡短流程循环零排放新技术 前后的节水节能、降耗、减污和经济效益分析 　　常熟市富士莱包装材料厂的生产实践表 明 ,实施制浆造纸过程的动态平衡短流程循环 零排放新技术不但能消除污染环境 ,还能提高 生产能力和资源利用率 ,为生产企业带来相当 可观的经济效益。具体统计如下。 41211 　节水效益 常熟市富士莱包装材料厂 2003 年的吨纸 用水量约为 50m3 ,实现零排放后 ,用水量下降 到 1183m3 / t 纸 ,每生产一吨纸 ,可节约生产用 水 48117m3 。按水资源费 011 元/ m3 计 ,则每 生产一吨纸 ,可节约生产用水的水资源费成本 约 4182 元 ,按常熟市富士莱包装材料厂的年产 量 2 万吨计算 ,可每年节约生产用水约 96 万 m 3 ,节约生产用水的水资源费成本约 916 万 元。 41212 　回收纤维和原材料效益 由于实施了动态平衡短流程循环零排放技 术 ,减少了生产过程中细小纤维的流失 ,提高了 纤维原料的利用率。常熟市富士莱包装材料厂 2003 年的吨纸原料废纸板消耗量约为 1130 吨 ,实施该技术后吨纸原料废纸板消耗量下降 到 1115 吨以下 ,若按每吨原料废纸板的价格为 950 元计 ;吨纸原料废纸板消耗量下降 012 吨 计算 ,则每生产一吨纸 ,可节约原料废纸板收购 费 142 元 ,每年在原料废纸板收购上可节约支 出 284 万元。 41213 　节能效益 由于实施动态平衡短流程循环零排放技术 后 ,整个纸机抄造系统的水温有所提高 ,故改善 了浆料的滤水性 ,提高了纸机出压榨湿纸板的 干度和温度 ,因而降低了吨纸干燥用蒸气消耗 量 ,使纸机生产能力提高了约 30 吨/ 天 ,吨纸煤 耗降低了 30 公斤。同时 ,由于基本上不需进行 废水净化处理和大幅度降低了吨纸水耗 ,又使 吨纸电耗降低了 43 度。若按每度电 016 元和 每吨煤的价格为 560 元计算 ,则每年在能源支 出上可节约 : (016 ×43 + 560 ×0. 03) ×2 = 85. 6 61 吴解生等 /制浆造纸清洁生产的新观念 (万元) 。 41214 　取消废水处理支出所产生的效益 常熟市富士莱包装材料厂实施动态平衡短 流程循环零排放技术后 ,不再产生常规废水处 理费用的支出 ,即节省了每月 10 万元的废水处 理化学药品购买费和每年上缴环保部门的排污 费约 18 万元 ,则每年在由于取消废水处理所节 省支出上即可节约 :10 ×12 + 18 = 138 (万元) 。 41215 　提高产能所产生的经济效益 常熟市富士莱包装材料厂 2003 年的生产 能力为 1300 吨/ 月 ,实施动态平衡短流程循环 零排放技术后生产能力提高到 1800 吨/ 月 ,同 样的生产设备、能源消耗和管理费用 ,为企业创 造了更高的经济效益。按每吨纸税后利润 150 元计 ,每年在提高产能上可增加效益 : 150 × (1800 - 1300) ×12 = 90 (万元) 。 另外 ,实施动态平衡短流程循环零排放技 术后 ,无需设置庞大的废水处理设施 ,为企业节 省了大量基建投资和宝贵的土地。 如上所述 ,常熟市富士莱包装材料厂的生 产实践表明 :实施动态平衡短流程循环回用零 排放技术后 ,每年在提高纸机产量、节水、节能、 节约原材料及污水处理费用等方面的直接经济 效益超过 600 万元。另外 ,实施零排放技术后 , 还改善了产品的质量。这是由于提高了细小纤 维在纸板中的留着率 ,致使纸板的密实度增加 , 这就提高了纸板的紧度和耐破度。同时 ,也改 善了纸板的表面平滑度。由于白水的加速封闭 循环回用 ,白水浓度较原生产工艺提高 ,增加了 湿纸板成形时细小纤维的横向排列 ,提高了纸 板的横向环压强度和横向耐折度。这些产品质 量的提高促进了产品的销售 ,给企业带来了很 大的间接经济效益。 5 　结语 “动态平衡短流程循环废纸制浆造纸废水 零排放清洁生产技术”已于 2006 年 9 月通过了 由江苏省厅科技厅组织的技术成果鉴定。该技 术成果经多家造纸企业长期的实际生产运行证 明 :废纸生产包装纸板生产用水动态平衡短流 程循环零排放技术是完全可行的 ,而且具有明 显的经济效益。对于众多以废纸为纤维原料的 制浆造纸企业来说 ,实施生产废水动态平衡短 流程循环零排放技术 ,只需一次性投入少量的 生产线设备改造费用 ,就能产生十分可观的经 济效益。故这一清洁生产新观念如能为广大制 浆造纸企业所接受 ,则就有望从根本上解决废 纸制浆造纸过程废水的环境污染问题 ,从而从 整体上改变制浆造纸工业是属于水资源消耗大 户和环境污染大户的行业形象。 目前动态平衡短流程循环回用零排放技术 还只是在以废纸为纤维原料生产包装纸板的制 浆造纸厂实施 ,而对于其他纸种的制浆造纸过 程 ,根据这一动态平衡短流程循环回用的原理 和各企业的具体生产情况 ,我们认为在对生产 工艺条件和设备系统进行必要的调整和改造 后 ,也可以在不对废水进行处理的前提下做到 生产污水的零排放 ,或者至少也可以大幅度减 少吨纸耗水量和废水的排放量 ;提高纤维原料、 填料及造纸助剂的利用率 ;降低废水净化处理 费用和产品的生产成本 ,大大减少生产过程对 周围环境的污染。 随着我国水资源的日益紧缺和用水成本的 不断增加 ,随着对制浆造纸行业的环保和排污 收费 标准 excel标准偏差excel标准偏差函数exl标准差函数国标检验抽样标准表免费下载红头文件格式标准下载 的日益提高 ,随着市场竞争的日趋激 烈和能源价格的不断高涨 ,制浆造纸企业只有 大幅度减少制浆造纸的生产用水量 ,最终实现 生产过程废水的零排放 ,以降低原材料消耗和 能源消耗 ,降低产品的生产成本 ,提高企业经济 效益 ,我国造纸行业才能在良好的市场环境中 生存和持续发展。 71