我国造纸工业绿色发展的若干问题

2014-08-15中国工程院院士陈克复

天津造纸 2014年3期

中国工程院院士陈克复

各位嘉宾、各位同行，我想借今天这个非常好的机会与大家谈一下我国造纸工业绿色发展的一些问题，供大家参考。

我国造纸工业目前面临的几大挑战与压力包括：（1）社会压力——要节能减排，与环境协调发展；（2）经济上压力——利润空间少，成本过高；（3）市场影响力——竞争激烈，产品销售困难。

要缓解这些压力牵涉面很广，有社会环境、国家政策、全球经济影响、行业自身发展、技术装备条件等。分析国内外的流程工业（常称为传统工业，包括钢铁、水泥、建材和石化等行业）发展情况和我国造纸工业实际情况，可认为行业的绿色发展及装备现代化是实现我国造纸工业稳定持续发展的基本保证。

今天，共同讨论一下我国造纸工业绿色发展的若干问题。以后有机会再讨论设备现代化的问题。

1 绿色发展的内涵

绿色发展是资源承载能力和环境容量约束下的可持续发展。包括绿色生产过程、产品绿色化、节能减排、清洁生产和企业绿色化等等。以绿色发展为主题，实现经济效益、社会效益和环境效益有机统一。我们造纸工业是完全可以做到这一点的。

绿色发展是以环境保护与资源的可持续利用为核心的经济发展模式。集资源高效利用、低污染排放、低碳排放以及社会公平发展等核心理念为一体的经济发展方式，是最具活力和发展前景的经济活动。

2 我国造纸工业绿色发展现状

2.1 能耗

我们的能耗占造纸企业总成本的15%～35%，是除纤维原料成本外的第二大成本。2003年至2011年的9年间，吨纸浆平均综合能耗由0.55 tce降至0.45 tce；吨纸及纸板平均综合能耗由0.83 tce降至0.68 tce。这9年里，虽然我们吨浆纸平均综合能耗不断降低，但还远落后于国际“最佳实践”能耗值，证明节能大有空间。

2.2 水耗

近年来，我国造纸工业新鲜水的用水量在不断降低，但是我们消耗新鲜水量占工业总耗新鲜水量的比例均在7%以上，与生产总值所占比例 (1.6%)很不相称，说明我们还有很多提升空间。

2.3 废水排放量

虽然单位产品的废水排放量大幅减少，但拿现行的我国标准（注：演讲内容指的是2008年标准，非现行标准）与2001年欧盟标准比较，可看出减少废水排放的空间还是比较大。

此外，与我国其他工业比较，造纸行业的废水排放量据首位。造纸行业的产值占全国总产值的比例只有1.6%，而废水排放则占到了18.58%，可以看出我们的废水排放量还是很大的。

2.4 AOX排放量

AOX对环境的危害众所周知，在美国，非常重视这个污染物的排放。我国2008年的标准有了严格的限值。我国大型漂白硫酸盐木浆厂均采用了氧脱木素和ECF漂白，这一严格限值均可以通过控制ClO2用量来达到，但是部分非木浆生产厂，尤其是仍然采用CEH三段漂白方法的企业，其AOX的产生量一般在3～5kg/t，这远超过0.6kg/t的限值。所以对这些非木浆生产厂，如不改进漂白工艺，其AOX的排放就无法达标。

2.5 COD排放

我国对制浆厂的CODcr排放标准在世界上已经居于最为严格的水平，尤其是对于漂白化学浆生产厂，国外很多同行对我们的高标准都感到很吃惊。COD排放问题一直影响我国废水达标排放的处理成本，也是影响我国造纸工业绿色发展的重大问题。这个问题我们如果与政府环保部门不能达成共识的话，我们造纸企业在污水处理上将会一直处在很困难的境地。

很多地方现在执行的地方标准还要严格，比如广东省的标准是50 mg/L，如果严格执行这个标准的话，造纸企业的经营是很困难的。而欧盟目前规定漂白硫酸盐木浆CODcr排放限值为8～23 kg/t之间，而我国只有5 kg/t。美国政府对COD的排放没有统一的规定，当然他们对BOD有严格的限制。

另外，与我国其他行业的废水污染物排放标准比较，造纸行业COD排放限值也是严格的。例如纺织染整工业水污染物排放标准(GB 4287-2012)中，COD限值就要宽松许多。

3 国外造纸行业绿色发展工作对我国造纸行业的启示

3.1 国外特别注重节能及减少水资源消耗的工作

因为关系到减少成本和资源消耗的大问题，我国能耗、水耗与国外同类企业相比较都偏高，可以看出还有节能降耗的发展空间，要通过设备现代化和管理水平的提高来实现。

例如美国，2010年就直接提出要求制浆造纸厂至少减少在生产过程中的清水取水量50%，有效减少碳排放和能耗。

3.2 国外对AOX的排放作为重点防范

我国对AOX的限排，到2008年颁布的新标准中才把AOX提到限排的项目中，而国外在上世纪90年代开始就把AOX逐步列为严格限排项目，比我国早了近20年。

特别是美国，非常重视AOX的限排问题，在1997年颁布的制浆造纸水污染物排放标准中，就明确提出这个问题，后来又逐步提高限排级别。除了AOX，对AOX的主要衍生物如三氯苯酚、五氯苯酚、TCDD(四氯二苯基-对-二噁英)、TCDF （四氯二苯基-呋喃）等有毒、有害的致癌化合物尤为重视。

美国对新建的漂白硫酸盐化学浆的制浆造纸联合企业的AOX排放的限制是十分严格的，每生产1t产品不允许排放超过0.27 kg的AOX，欧洲一些国家的标准更严格，只有0.1 kg，而我们2008年的标准是0.6 kg，美国、欧洲比我国要严格得多。美国特别强调限制AOX的排放，而且对AOX的各种主要化合物进行详细的分类限制。

我国现在的木浆厂，不管是化学浆厂，还是化机浆厂，大部分都采用了氧脱木素和无元素氯(ECF)漂白纸浆的工艺技术，可以满足0.6 kg/t的排放标准。但是我国大量的非木浆生产企业，根据调查只有少部分企业进行了技术改造，实行氧脱木素和无元素氯(ECF)或全无氯(TCF)漂白技术，但还有大部分企业还采用含元素氯的老三段(C-E-H)漂白方法，可以说至今其AOX的排放量仍然在3～4 kg/t，仍然达不到我国新排放标准的要求。

3.3 我国对造纸行业COD排放的严苛要求，需要再慎重的斟酌

这个事情我已经通过中国工程院向国家反映，就是对造纸行业COD的严格要求，直接影响到造纸行业的发展。我国的排放标准，重点是防治COD的排放，把COD的限排放在重中之重的位置，这一点各省各地区又在国家标准的基础上加码，使得COD的排放要求更加严格，如国家新标准是100 mg/L，但目前有些省份针对造纸行业提出80 mg/L、60 mg/L的要求，靠近城市地区又提出50 mg/L的要求，这将给我国造纸带来难以逾越的障碍和难以突破的瓶颈，造纸企业很大一块成本将用在COD的处理和限排上。

3.4 在发布排放标准的同时，为企业提供制浆造纸工业最佳可行技术

这一点中国造纸协会做得就很好，每次开会都推广。在国外，不只是协会，而是政府都在推广最佳可行技术。

北欧和美国在这方面做得最好，美国在1970年以前制浆造纸工业污染物排放标准分别由各州负责制定和颁布，全国没有统一的标准，1970成立了环境保护局（EPA），从此，国家取得了对环境保护的控制权，1972年就颁布了美国制浆造纸污染物排放标准，并在不久后EPA先后为制浆造纸行业公布了“最佳实用技术”（BPT）和 “最佳经济可行技术”（BAT），供企业按照这个技术体系进行验证和技改。1993年、1997年又分别对上述排放标准进行了修正和补充，也同时公布修订后的BAT和BPT技术体系，并且对当时的现有企业和新建企业提出不同的要求。目前，美国已形成一部较科学的、完整的制浆造纸行业污染物排放标准体系。这种引导性的、循序渐进的、不断强化的排放标准，让企业有据可循、有技术可依的逐步去满足新排放标准的要求。企业在满足污染物排放标准的同时，也加快了企业的绿色化进程。

相比美国，中国则是一下子推出了全部的技术，依靠造纸协会的努力，在这方面终于上了一个台阶。

3.5 对污染物排放标准的执行与处罚的程度差异

国外对于超标排放的制浆造纸企业特别是欧洲和北美地区，对既不执行政府颁布的BAT和BPT技术体系进行改造和提升而仍然超标排放的企业，其处罚力度是非常大的。

我国对超标准排放的制浆造纸企业，其情况就非常复杂。比如，对AOX的产生量，很多非木原料制浆企业至今仍采用传统的老三段C-E-H漂白方法，AOX的产生量远远超过2008年颁布的GB3544-2008国家标准。据调查，非木原料制浆采用 C-E-H漂白，AOX产生量一般在 3～4 kg/t，个别企业达到 7～9 kg/t，但国家标准只限定不超过0.6 kg/t。国家排放标准颁布已经5年，以上情况仍然存在。采用ECF、TCF漂白技术的仍然是少数。这种标准严格、执行不力的情况需要尽快改变。

目前有些关键指标如COD、AOX等超标排放的企业和严格执行国家标准的企业其清洁生产成本是完全不一样的，因此利润空间就不同，这就使得严格执行国家标准的企业反而丧失竞争优势。这就需要在标准颁布之后，对国内制浆造纸企业的执行情况进行科学调研和取证。

3.6 绿色发展过程要不断颁布或更新最佳经济可行技术

在制浆造纸行业绿色发展过程中，特别在排放标准制定和颁布前，都要不断组织科技调研，颁布实现发展目标或实现排放标准的最佳可行技术体系，使企业在发展中有技术可以支撑。

技术体系的推荐与宣传，不但要靠中国造纸协会，更要靠政府主管部门特别是环保部门的重视。

4 实现我国造纸工业绿色发展要建立技术体系发展路线图

受工业绿色发展战略研究项目领导组的委托，我们正在研究造纸工业绿色发展路线图，供企业参考。路线图包含下列内容。

4.1 绿色发展目标分类

(1）节能

(2）降低新鲜水用量

(3）实现AOX达标排放

(4）减少废水排放量

(5）实现有害废气的“零排放”

(6）生物质资源高效利用和固体废弃物有效利用

(7）制浆厂实现向生物精炼厂生产模式的过渡

这七个是比较明显的目标，此外还有十几个其他目标分类。路线图中也直接设立绿色发展交叉类别。如：化学法制浆过程废水污染物全过程控制；废纸制浆造纸过程水污染全过程控制等等。

4.2 设立各类绿色发展的重点任务和具体目标

通过调查研究并根据技术的可行性，设立各类绿色发展目标。如：节能10%～20%，能耗成本下来了，利润可能就会提高；节约新鲜水用量30%，美国要求50%，我们要求30%能不能达到呢？控制废纸制浆造纸过程的水污染，实现“零排放”等等。

4.3 为了实现具体目标，确定应实施应用的最佳可行技术体系(BAT)和需研发的最佳可行技术体系

这里面包括两类，一类是应实施应用的最佳可行技术(BAT)体系，是国内先进的同类企业已实施并证明是经济可行的最佳技术，可通过引入或合作在本企业进行工程化。

另一类是要研发的最佳可行技术(BAT)体系，是国内同类企业还没应用，但国际上已经应用证明是经济可行的最佳技术，当引入或合作有困难时，可自行研发。这里就有很多例子，比如高速纸机，原来大家有很多疑问，花很多钱但是搞不出来，但是我们江河纸业的姜总，产学研结合，现在也搞出来了。听说有客户去他那里访问，指着设备问这问那，问是哪个国家进口的？姜总说这个设备是国产的，客户听了非常惊讶。

4.4 制定每项最佳可行技术的目标

为了实现某一类绿色发展的总目标，可能要实施多项最佳可行技术，那么总目标就要分解到每项最佳可行技术，制定每项最佳可行技术的具体目标。

4.5 制定绿色发展实施计划时间表

根据目标的大小、技术实施的难易，制定出完成某类绿色发展目标的时间表。

5 我国造纸工业绿色发展技术体系的实施

要实现我国造纸工业绿色化，适应与环境、资源的协同发展，需要实施很多类最佳可行技术体系。

这里以节能为案例：在充分实施最佳可行技术后能够降低自身的能耗，在这基础上，通过研发降低能耗相关技术，还可进一步降低能耗。

5.1 企业类型：制浆造纸联合企业

5.2 绿色发展目标：在目前的运行基础上节能

制浆造纸产业是能耗大户，就全球来看，根据国际能源署的调查显示，制浆造纸产业(包括为其服务的其他产业相关能耗)是第四大能源消耗产业，约消耗掉全球产业能源需求量的6%。我国是造纸大国，其能耗占比不会少于这一比例。

5.3 最佳可行的节能技术支持

(1）造纸机的节能技术，首先考虑干燥部的节能技术。

(2）降低黑液蒸发浓缩时能耗的相关技术。

(3）提高制浆漂白过程纸浆浓度的中高浓技术，降低输送能耗。

(4）回收和利用生产过程废蒸汽，减少热损失。(5）改进蒸煮方法，采用节能蒸煮技术，如快速置换加热间歇蒸煮技术和热置换蒸煮技术。

(6）利用新型打浆机，降低打浆能耗，如应用生物技术。

5.4 最佳可行技术分解实例——造纸机干燥部的节能技术

一台正常运行的造纸机能耗主要表现在传动动力能耗、真空动力能耗及干燥能耗，这三种能耗的总和约占单位纸页产品所有能耗的2/3。而这三种能耗中，干燥能耗所占比例最大，是动力和真空能耗总和的3倍。这样，干燥部能耗要占造纸机总能耗的一半。因此，如何降低干燥部能耗是最为关注的重点。

5.4.1 技术目标

降低造纸机干燥部能耗20%。可通过提高进入干燥部的纸页干度，设置干燥部自身的热回收，实现这一节能目标。

5.4.2 目前干燥部节能最佳可行技术

(1）提高纸页进入干燥部干度

●改善压榨部结构可提高纸页干度。宽压区压榨技术(大辊压区和靴式压区)是最佳选择方案，把纸页干度提高到52%～55%，而常规压榨的纸页干度仅47%～49%。提高纸页干度4%～6%，即可使干燥部节能10%～18%。

●改善压榨部毛毯的结构设计可消除或减少回湿，新型毛毯可提高纸页干度1%～2%，可使干燥部节能3%～5%。

●智能蒸汽箱技术可实现升温压榨(热压榨)，提高纸页干度，纸页温度升高10℃，纸页干度提高1%。

●压榨过程对纤维层或纤维滤水性能的影响研究已得出在压榨部提高纸页干度还有较大空间。从研究成果中可不断研发出新的技术。

(2）干燥部热回收

设置干燥部密闭汽罩，并利用干燥过程分段回收及外排处理湿热空气，可回收热量，降低能耗。据报道，对文化纸机，吨纸可回收相当于500kWh以上能量，约可节省干燥部10%以上的能耗。

(3）干燥部结构改进，也可降低能耗

●设置预干燥装置

●增设纸页稳定器

●全封闭真空引纸

上述各可行技术要保证造纸机的工艺要求：

●不造成纸页密度的非均匀性；

●不影响纸页强度、平滑度及其他纸页性能；

●不影响造纸机运行性能。

5.5 最佳可行技术分解——黑液蒸发浓缩的节能技术

全世界硫酸盐制浆厂每年大约排放1亿吨黑液固形物。木浆黑液固形物14%～19%，非木浆稀黑液固含量7%～10%，通过对黑液的蒸发浓缩，使黑液固形物浓度提高到黑液在碱炉中稳定、安全燃烧的程度，即木浆黑液达到70%以上，非木浆黑液50%以上，就要消耗大量能源。

因此，如何降低黑液蒸发浓缩的能耗而又得到高固含量浓度的黑液，实施最佳可行节能技术是这一领域的重点。

5.5.1 技术目标

降低黑液蒸发浓缩的能耗；提高输送入碱炉的黑液固含量浓度；充分利用纤维的物理性能提高纸浆洗涤能力；降低用于黑液蒸发浓缩设备的投入资本。

5.5.2 最佳可行技术

(1）提高木浆黑液固含量浓度到80%，非木浆黑液固含量65%浓度的技术。

●超级增浓器技术，即高压板式降膜蒸发器技术；

●黑液热处理技术，降低黑液粘度，有利于蒸发输送；

●管式降膜蒸发器在非木浆制浆黑液蒸发系统的应用；

●高浓黑液结晶蒸发技术；

●压力储存技术；

●蒸发工段污冷凝水分级与回用技术。

(2）制浆漂白工艺技术的改革促使黑液有机溶出物增多，有利于蒸发效率的提高。

●活化氧气脱木素技术降低纸浆卡伯值 (达到10～12)；

●无氯漂白实现无氯深度脱木素，增加脱除的木素；

●碱和有机溶出物的增加迫使蒸发工段使用中压蒸发，大幅提高了蒸发效率。

(3）还需研发的最佳可行技术

●洗涤段如何提高非木浆稀黑液的浓度？

●如何降低洗涤耗水量？

●如何进一步改进蒸发设备的结构，有利于黑液的流动及蒸发面积；研发高效蒸发浓缩设备，降低设备投入成本；

●有效分离黑液中水和固形物的技术。

6 实现我国造纸工业绿色发展的若干建议

6.1 通过正面宣传，正确地认识与评价我国造纸行业绿色发展现状

(1）各级政府和社会各界要正确地重新认识造纸工业的绿色化重要性，不要用“污染”作为造纸工业的代名词，特别是有话语权的高层人士。最近我看了2014年一期《特别关注》杂志，里面有一篇报道。有一个特别知名的人士到瑞典去考察，瑞典的官员陪他参观当地一个很大的湖泊，湖很漂亮，空气也很新鲜。这个知名人士看到湖边上有两个制浆厂后非常不解地问当地官员：“这么美丽的湖，你们怎么在这个地方建造纸厂呢？”瑞典官员回答说：“我们瑞典没有污染的行业，只有污染的技术、污染的管理和污染的观念。”我就想，这个知名人士对我们造纸行业是有看法的，因此这就是一个高层的理念问题。

再比如，我们学校学生会请我去给研究生讲课，我让他们出两个题目，我好准备报告。他们提的第一个题目是“信息时代不用纸了，我们应该怎么办？”，第二个是“如果生活不用纸了，我们应该怎么办？”两个题目都是说以后不用纸了。我拿到题目后就给他们说，这两个都是伪命题，不可能存在不用纸的时候，然后我就给他们讲为什么不可能没有纸。从上到下，对造纸行业都是有看法的。因此，我也一直呼吁，社会要对我们造纸行业改变看法。

(2）近年来所曝光的造纸污染企业是一些按国家政策必须关闭的企业，不能代表我国造纸工业的主体。

(3）国内许多先进造纸企业已经达到了世界造纸工业绿色化的领先水平。国内要大力宣传这些企业。