我国造纸工业主要水污染物排放量的关键影响要素研究

王 强 刘雅玲 叶维丽 张文静

(环境保护部环境规划院, 北京, 100012)

造纸工业与国民经济发展和社会文明建设息息相关。在经济发达国家,纸和纸板消费量增长速率与其国内生产总值增长速率的相关性较高[1-4]。改革开放以来,我国造纸工业得到了快速发展,2013 年全国纸和纸板生产企业约3400 家,纸和纸板产量10110 万t,消费量9782 万t,人均年消费量为72 kg(按13.61亿人计)[5]。我国造纸工业的产品年产量与销售量已排在世界前列,是世界造纸工业产品生产、消费和贸易大国。

由于我国造纸企业以中小型企业为主,除少数企业达到国际先进水平外,大部分企业的能耗、水污染物排放量均远高于发达国家企业的,普遍存在装备相对落后、能耗高、耗水量大、污染物排放量高等问题[6-8]。2012年,我国造纸工业废水中COD和氨氮排放量分别为62.3万t和2.1 万t,占全国工业废水中COD和氨氮总排放量的20.5% 和8.7%[9]。

“十一五”期间,环境保护部将COD和氨氮列为重点控制的主要水污染物。造纸工业作为控制重点,进一步加大了环境治理力度,推进主要水污染物减排,关停了制浆造纸企业2000余家,淘汰落后产能1000万t以上[10]。“十二五”期间，我国造纸工业进一步促进产业升级、推广清洁生产技术、加强污染物治理,在主要水污染物的总量减排方面取得了较好的成果[11]。截止至2012年底,我国造纸工业废水的COD和氨氮排放量比2010年的分别减少了34.6%和16.0%。随着我国造纸工业整体污染治理水平的逐步提高,企业进一步降低污染物排放强度，减少污染物排放的潜力不断缩小。为圆满完成主要水污染物总量控制的目标,需要明确我国造纸工业的减排方向,重点开展有针对性的治理工程[5,8,11]。本研究期望通过分析2005～2012年我国造纸工业各方面数据的变化情况,探讨我国造纸工业在主要水污染物总量减排中的情况,甄别减排的关键要素与环节,明确后续主要水污染物总量控制工作的重点环节。

1 研究方法

1.1数据来源

2005～2012年我国造纸工业的主要数据包括：企业数量、产品产量、用水量、废水排放量、COD排放量、氨氮排放量等，这些数据均来源于2005～2012年的《中国环境统计年报》[9],并采用中国国家统计局网站公布的数据以及中国造纸协会公开的《造纸工业年度报告》对这些数据进行校核。单位企业的产品产量、主要水污染物(COD和氨氮)排放强度、单位产品的用水量等均由以上数据计算获得。

1.2分析方法

为明确我国造纸工业的用水量、废水排放量、主要水污染物排放量等各项指标之间的相关关系和影响程度,并从中筛选出影响我国造纸工业主要水污染物排放量变化的关键要素,采用灰色关联度分析法对我国造纸工业的各要素数据进行分析。相对于其他分析方法,灰色关联度分析法具有思路明晰、信息损失小、对数据要求较低、工作量较少等优点[12-13]。

灰色关联度分析法是将研究对象及影响因素的因子数值视为一条线上的点,并与待识别对象及影响因素的因子数值所绘制的曲线进行比较,比较它们之间的贴近度,分别量化计算出研究对象与待识别对象各影响因素之间的关联度,通过比较各关联度的大小来判断待识别对象对研究对象的影响程度。主要计算过程如下：

设1个母数列,记作Y0=(Y01,Y02,Y03，…，Y0n),同时有一系列子因素数列,依次记作Y1,Y2,Y3,…，Ym：

Y1=(Y11,Y12,Y13,…，Y1n)

Y2=(Y21,Y22,Y23,…，Y2n)

Y3=(Y31,Y32,Y33,…，Y3n)

⋮

Ym=(Ym1,Ym2,Ym3,…，Ymn)

由于数据的量纲和绝对值存在不同,需要对原始数据采用标准化的方法进行变化:

式中,Xi(k)为标准化处理结果；X(k)为原始数据；Xi为该要素的平均值；Si为该要素的标准差;i=1,2,3,…，n；k=1,2,3,…，n。

Xi对于X0在k点的关联系数可用ξi(k)来表示,ξi(k)的表达式为：

ξi(k)=

由于计算出的关联系数较多,采用取平均值的方法将各点的系数集中为一个值,即为关联度。子因素数列的关联度大小代表了该要素与母因素数列的关系密切程度，数值越大,表示该子因素与母因素的关系越密切,影响程度越大。

2 结 果

2.1我国造纸工业主要水污染物排放特征

采用我国造纸工业2005～2012年的企业数量、产品产量、取水量、用水量、废水排放量等数据综合分析了我国造纸工业主要水污染物排放量的变化情况。

2005～2012年间,我国造纸工业的单位产品(以吨计)用水量没有显著变化,在123.5～110.7 t之间,2012年单位产品用水量比2005年的降低了10.4%(见图1)。单位产品取水量与单位产品废水排放量降低较为显著,且两者的变化规律较为一致。单位产品取水量从2005年的68.5 t降低到2012年的37.2 t,降低了45.7%；单位产品废水排放量从2005年的59.2 t降至2012年的31.3 t,降低了47.1%。单位产品的取水量和废水排放量的降低得益于我国造纸企业持续开展中水回用工程,减少新鲜水的消耗量。据统计,2012年我国造纸工业生产过程水的平均回用率达66.4%。

图1 2005～2012年我国造纸工业单位产品耗水量与废水排放量

我国造纸工业单位产品的取水量和废水排放量持续减少的同时,主要水污染物排放强度持续降低。2005～2012年,我国造纸工业的COD排放强度从25.73 kg/t产品降低到5.69 kg/t产品,降低了77.9%(见图2)，年均降幅达24.1%,且有进一步持续降低的趋势；氨氮排放强度由2005年的0.67 kg/t产品降低到2012年的0.19 kg/t产品,降幅达71.6%。氨氮排放强度在2005～2008年间快速降低,年均降低32.5%；2008年以后,氨氮排放强度降幅减小,年均降低10.9%。

我国造纸行业开展了深入的水污染治理工作，主要水污染物的排放量在2005～2012年间显著减少。COD排放量从2005年的159.7万t减少到2012年的62.3万t(见图3)，减少了61%，占全国工业COD排放总量的比例从2005年的32.4%降至2012年的20.5%；氨氮排放量从2005年的4.14万t减少到2012年的2.07万t，减少了50%，占全国工业氨氮排放总量的比例从2005年的8.6%降至2012年的8.5%。

图2 2005～2012年我国造纸工业主要水污染物排放强度

图3 2005～2012年我国造纸工业主要水污染物排放量

表1 我国造纸工业COD排放量与总量类指标和强度类指标的关联度分析结果

2.2我国造纸工业主要水污染物排放量灰色关联度分析结果

选择总量类指标(用水量、取水量、废水排放量等)与强度类指标(单位企业产品产量、单位产品用水量、单位产品取水量、单位产品废水排放量、主要水污染物排放强度等)的相关数据,对我国造纸工业主要水污染物排放量与总量类指标和强度类指标的关联度进行了分析。

我国造纸工业COD排放量与总量类指标和强度类指标的关联度分析结果如表1所示。由表1可知，我国造纸工业COD排放量与强度类指标间的关联度显著大于总量类指标。其中,单位产品废水排放量、单位产品取水量及COD排放强度的关联度指标位列前三；取水量、用水量、单位企业产品产量与COD排放量的关联度较弱。

我国造纸工业氨氮排放量与总量类指标和强度类指标的关联度分析结果如表2所示。由表2可知，与COD排放量类似,氨氮排放量与强度类指标的关联度也显著大于总量类指标。其中,氨氮排放强度、单位产品废水排放量和单位产品取水量与氨氮排放量的关联度位列前三；取水量、单位企业产品产量和用水量与氨氮排放量的关联度较弱。

从关联度分析结果可以看出,强度类指标与我国造纸工业主要水污染物排放量变化的关联度显著大于总量类指标。这表明,我国造纸企业持续开展了工艺改进与环境治理工程,实际生产工艺和污染治理水平显著提高。我国造纸工业主要水污染物排放量减少与单位产品取水量和单位产品废水排放量的减少密切相关。这主要是由于近年来我国造纸企业持续开展中水回用项目,提高了水资源利用效率,减少了新鲜水取用量。此外,单位企业产品产量与主要水污染物排放量的关联度较弱表明，我国中小造纸企业也开展了较为深入的污染物治理工程,主要水污染物的总量控制工作具备良好的基础。用水量、废水排放量等数据与主要水污染物排放量的关联度较弱表明，近10年的时间里，我国造纸工业的治污水平有一定程度的提高。但我国造纸工业生产工艺与国际先进水平之间仍存在一定差距,需要在后续的污染物总量控制工作中持续推进清洁生产,从源头减少污染物的产生量,降低主要水污染物排放量与排放强度。

表2 我国造纸工业氨氮排放量与总量类指标和强度类指标的关联度分析结果

3 讨 论

近10年来,我国造纸工业主要水污染物的治理水平有了长足进步,主要水污染物的排放量和排放强度显著降低,但仍有一定的提升空间。通过与其他国家造纸工业主要水污染物排放标准进行对比发现,我国现在执行的主要水污染物排放标准已经达到或超过大部分发达国家(如日本、荷兰等)对造纸工业主要水污染物排放的要求。

目前,我国造纸工业主要水污染物总量减排工作已经开展,有些企业已较为有效地开展末端治理工作,减排潜力得到释放。加强管理和开辟新的减排领域成为我国造纸工业执行国家主要水污染物总量控制政策的重要抓手。根据关联度分析结果,应将工作重点从“浓度管理”方式逐步向提高生产效率、降低主要水污染物排放强度的“强度管理”模式转变。

4 我国造纸工业主要水污染物减排建议

4.1改变传统减排模式,开辟废水处理新模式

灰色关联度分析结果表明,我国造纸工业主要水污染物排放量的变化与单位企业产品产量的关联度不显著。因此，将几个规模较小的企业合并成较大规模企业的模式并不能从根本上减少主要水污染物排放总量。企业的整体规模偏小是我国造纸工业目前的主要现状,应从实际出发,通过组织相关污水处理企业对中小造纸企业的生产废水进行统一的收集和处理(如工业园的生产模式或专业的污水处理公司),降低主要水污染物排放量、杜绝偷排漏排,以实现主要水污染物排放总量的削减。这一方面能够降低中小造纸企业污染治理成本,提升中小企业开展主要水污染物总量减排工作的积极性；另一方面,可明确监管对象,降低监管难度和成本,持续推进主要水污染物总量减排工作。

4.2由“末端治理,浓度控制”向 “前端控制,强度控制”转变

目前，我国造纸工业执行的行业排放标准在世界范围内也属严格,尤其是COD和氨氮的排放标准与最为严格的欧盟标准基本一致,但在主要水污染物总量控制方面的相关标准相对缺乏。同时,我国造纸工业主要水污染物的排放总量实际未得到有效控制。因此,应从造纸工艺流程的前端入手,实行清洁生产工艺改造,从根本上减少污染物的产生量,并结合稳定高效的污染物治理设施,进一步降低主要水污染物排放强度,从而实现主要水污染物排放总量的减少。

4.3持续推进节水工程,降低单位产品废水排放量

自2008年以来,我国造纸工业单位产品用水量的变化并不显著,目前单位产品的用水量为31.3 t,是发达国家造纸工业的2～4倍[14]。因此,应进一步推进节水工程建设,如推进清洁生产工艺、增加中水回用工程等,以减少新鲜水取用量,达到减少主要水污染物排放量和改善环境的目的。

参 考 文 献

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[2] 王凯丽, 袁彩凤. 浅析我国造纸工业的污染减排[J]. 科技视野, 2012(18): 263.

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[10] 中国造纸协会. 中国造纸工业2011年年度报告[R/OL]. 2012. http:∥www.chinappi.org/reps/20130806093415461178.html.

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