利用农业秸秆制浆造纸所实施的先进技术体系的优选与评价*
2015-02-18陈克复田晓俊王斌李军
陈克复 田晓俊 王斌 李军
(华南理工大学 制浆造纸工程国家重点实验室∥制浆造纸新技术与装备研发中心， 广东 广州 510640)
利用农业秸秆制浆造纸所实施的先进技术体系的优选与评价*
陈克复田晓俊†王斌李军
(华南理工大学 制浆造纸工程国家重点实验室∥制浆造纸新技术与装备研发中心， 广东 广州 510640)
摘要：2015年5月，与本领域相关的中国工程院8位院士和中国轻工业联合会8位专家联合向国家建议“推广先进技术模式利用农业秸秆制浆造纸”，得到国家主管部门的重视.文中通过对农业秸秆化学法制浆、农业秸秆化学浆的漂白、农业秸秆制浆黑液的处理方式等先进技术体系的论述，从资源及能源消耗、投资及运行成本、对环境的污染程度、纸浆质量及技术成熟度等来优选和评价各项先进技术，得出利用农业秸秆制浆造纸可以推广应用的先进技术模式，为上述的建议提供了理论依据和技术支撑.
关键词：农业秸秆；制浆造纸技术；优选；评价
1概述
1.1 我国农业秸秆利用的基本情况
我国农业秸秆年理论资源量约为8.4亿吨，可收集的资源量约为7亿吨，其中稻草、麦草和玉米秆的理论资源量约为6.3亿吨，可收集的资源量约为5亿吨，占秸秆可收集资源量的70%以上[1- 3].秸秆主要分布在辽宁、吉林、黑龙江、山东、江苏、安徽、江西、四川、河南、河北、湖南、湖北、内蒙古13个粮食主产省(区)，这些省(区)所产生的秸秆约占全国秸秆可收集资源量的73%以上[1,3].在中央2015年一号文件《关于加大改革创新力度加快农业现代化建设的若干意见》的鼓舞下，我国农业粮食生产能力将不断增强，农业秸秆可收集资源量将逐年增加，但随着农民生活水平的提高和生活方式的改变，农业秸秆民用消耗量逐年下降.因此，我国农村的秸秆资源将更加丰富.
大量的秸秆资源既是一笔宝贵的财富，也给秸秆产区带来如何利用秸秆资源的重大任务.近10年来，政府和有关部门、行业做了很大努力，经过政府政策引导和资金的扶持，已经立项实施了一批以秸秆还田、秸秆发电、秸秆沼气以及秸秆制板等秸秆资源利用的工程项目[2].但从已实施项目看，由于种种原因，这些项目没有达到预期效果，秸秆利用效果不佳，秸秆焚烧的现象普遍存在，在大量浪费秸秆资源的同时，给大气环境带来了严重污染[4]，也给交通安全带来了巨大压力.如何高效清洁、经济环保地综合利用秸秆资源，对促进农业发展、加强环境保护、减少资源浪费和提高农民收入意义重大，也引起了全国人民的关注和重视.制浆造纸工业的发展实践证明，我国完全有能力实现秸秆清洁制浆造纸，并使秸秆清洁制浆造纸成为大量消耗农业秸秆的最佳途径.
1.2 农业秸秆为我国造纸工业不断发展提供丰富的纤维原料
从2012年起，我国纸和纸板年生产量和消费量都已超过1亿吨[5]；但目前我国人均年消费纸和纸板量不到美国的1/3，因而随着我国国民经济的发展和人民生活水平的提高，纸和纸板的需求量还将不断增加；另一方面，我国造纸用植物纤维原料短缺，目前1/3的纤维原料要靠进口，将来这种短缺程度会不断加大.因此，保证造纸用植物纤维原料的供给是我国造纸工业的重大任务之一，而丰富的农业秸秆正是可充分利用的造纸纤维原料[6- 8].
1.3 利用农业秸秆清洁制浆造纸具有显著的经济和社会效益
在建国后至20世纪80年代中期，农业秸秆曾经是我国制浆造纸工业的主要原料，最高占造纸用原料的65%以上，为我国造纸工业的发展和农民的增收作出过重要贡献.但由于当时技术落后，农业秸秆制浆造纸严重污染环境，在多年“农业秸秆制浆等于污染”的社会舆论压力下，我国逐渐关闭了一大批以农业秸秆为原料的制浆造纸企业，使得秸秆清洁制浆造纸技术也得不到发展和重视.
目前用于制浆造纸的秸秆只有1 200万吨，只占全国秸秆可收集资源量的1.7%，占我国造纸原料总量的4.8%[3]，可见利用秸秆清洁制浆造纸具有很大的发展空间.事实上，随着现代制浆造纸技术的发展，经过多年的努力，我国已研发出成功利用农业秸秆清洁制浆造纸的多项技术体系，并已实现了工程化，如果从这些先进技术体系中再经过进一步的优选和集成，最终建立最佳的新技术体系应用于农业秸秆制浆造纸，利用农业秸秆制浆造纸的污染问题就将基本解决.正常情况下，利用秸秆清洁制浆，每生产1 吨纸浆要消耗3~4 吨农业秸秆，如果我国纸和纸板年总产量的1/3产量能利用秸秆生产，那每年将消耗1亿多吨秸秆，在大量消耗农业秸秆、减轻环境污染、提高农民收入的同时，还能减轻造纸业对国外市场的依赖，提高经济和社会效益[9].
1.4 先进技术体系的优选方法
近30年来，我国一直在总结过去秸秆生产的经验，分析并解决了秸秆制浆过程中造成的污染问题，不断进行秸秆制浆工艺、技术及设备的改革，对每一操作单元，研究出多项适用于农业秸秆制浆造纸的先进技术.并通过逐项优化与评价，最后建立利用秸秆制浆造纸的具有世界领先水平的清洁生产技术体系.
文中从以下几方面对各项先进技术进行优化与评价.
(1)参加优化与评价的先进技术基本条件：必须以农业秸秆为原料制浆造纸；必须已实现了工程化，并已正常运行；产能符合国家准入政策，技术已通过主管部门或第三方的验收或鉴定.
(2)投资成本、运行成本、产品质量、化学品用量等的评价.
(3)资源和能源消耗指标的评价，包括用水量、装机容量、蒸汽消耗及纸浆得率的评价.
(4)对环境污染程度的评价，包括黑液产生量、黑液提取率、废水产生量、污染物产生量、对大气的影响程度及固体废物的综合利用程度等的评价.
(5)技术成熟度评价，特别是行业专家的评价和企业的评价.
2适用农业秸秆化学法制浆先进技术体系的优选与评价
目前适用于农业秸秆化学法制浆的先进技术有：横管式连续蒸煮制浆技术(简称“横管连蒸”)、热置换间歇蒸煮制浆技术(简称“热置换蒸煮”)、热置换立式连续蒸煮加疏解制浆技术(简称“立式连蒸+疏解”).还有其他制浆技术，但目前在行业中有影响力的是上述3项.
2.1 横管连蒸
横管连蒸[10- 14]属于高温快煮的蒸煮设备，当原料进入密闭的蒸煮设备后，即被直接蒸汽迅速加热到蒸煮温度(160~175 ℃)，蒸煮周期短，根据原料品种、浸渍条件、成浆质量的要求不同，蒸煮时间可调节，一般不超过1 h.
根据秸秆纤维的特点，我国通过自主创新，成功开发了具有自主知识产权的、以适应秸秆草类原料为主的、产能为150 t/d(年产5万吨)或以上的横管连蒸，并配置湿法备料系统，经过近几年的改进提升，配置了智能化控制系统，采用最新的可编程控制(PLC)或集散控制器(DCS).其纸浆得率和设备运行效率已达到国际先进水平，是目前适用于农业秸秆原料连续制浆的最好技术方法之一.目前我国已有几十条湿法备料的横管连蒸生产线在正常运行.
横管连蒸的优点主要体现在以下4个方面：
(1)提高了秸秆纤维原料的备料质量.利用先进的湿法备料，除尘率可达到30%，比干湿法备料除尘率高1倍.除尘滤的提高有效地保护了后续工段的正常运转，提高了纸浆质量.
(2)减少蒸煮的用碱量.比传统的蒸煮方法每吨浆少用碱约20 kg，减轻了碱回收和环境污染的负荷.
(3)蒸煮速度快，耗汽量低.由于蒸煮压力及温度选择准确，蒸煮效率高，每吨浆的蒸汽耗量可达到1.3 吨，远低于国家发展与改革委员会发布的《制浆造纸工业清洁生产评价指标体系》(简称“清洁生产评价指标”).
(4)保证成浆质量和产量稳定，并提高了成纸强度.
2.2 热置换蒸煮
热置换蒸煮[15- 19]是节能减排的立锅间歇蒸煮制浆技术，具有很多优点，其中通过蒸煮过程中药液的置换作用，回用上锅的热能与化学品，大幅度降低蒸煮能耗和废气排放，缩短蒸煮周期，改善纸浆质量.
目前已有多种形式的热置换蒸煮，如快速热置换加热蒸煮(RDH)及其改进版置换蒸煮系统(DDS)，是目前世界上最先进的一种间歇式蒸煮技术.与常规间歇蒸煮相比，DDS具有蒸煮周期短(180~240 min)、蒸煮消耗少(600~800 公斤蒸汽/吨浆)，用碱量低[13%~14% EA(以Na2O计)]、蒸煮温度低(保温温度160 ℃以下)，不存在臭气排放(在全封闭状态下进行)等的节能减排优点.
但是DDS目前只应用于木材及竹子原料的蒸煮制浆，我国多年来一直在研究如何把这一先进间歇蒸煮技术应用于农业秸秆原料，并通过创新获取秸秆原料间歇蒸煮制浆的节能减排新技术，取得了很好的科技成果，已成功实现了产能3万吨/年的工程能力.
2.3 立式连蒸+疏解
立式(塔式)连续蒸煮技术[20- 24]已是现代制浆工业的主导技术，它实现了间歇式蒸煮设备的装锅、送液、升温、蒸煮、保温及放料全过程在同一时间内的连续化.并具有如下优点: 投资及运行成本较低；能耗较低，且汽、电消耗均衡；易实现智能化控制，减少人工成本低；纸浆质量均匀性好，并能保持与间歇蒸煮同样的得率和纸浆强度.
立式连蒸已广泛应用于大型木浆厂.但在几年前还从未在秸秆纤维原料制浆中应用.这主要是由秸秆纤维的特性所导致的，应用立式连蒸容易造成黑液黏度高，流动性差易造成局部堵塞，纤维容易过煮而受破坏，纸浆质量严重不均衡.
山东泉林纸业公司通过多年的实践研究，把立式连蒸技术通过调整蒸煮工艺，创造性地应用于秸秆制浆工程，确定了最佳的秸秆制浆蒸煮终点与高硬度浆的概念，最大限度保留了半纤维素，大幅度提高了纸浆硬度与得率，从而解决了立式蒸煮应用于农业秸秆制浆蒸煮过程的上述各项问题.
泉林纸业公司又把热置换技术应用于立式蒸煮过程，并实现蒸煮全过程的自动化控制，形成了农业秸秆热置换立式连续蒸煮技术，成功应用于本公司的年产30万吨的麦草浆生产.
在麦草浆生产流程中增加了机械疏解，使高硬度纸浆纤维簇充分分离，保留了一定量的半纤维，制浆得率达到55%，比传统麦草化学浆制浆得率增加了10个百分点.这一制浆技术也是目前最适用于农业秸秆制浆的先进技术之一.
2.4 先进技术体系的评价分析
根据先进技术体系的优选方法，并对照我国制浆造纸行业清洁生产评价指标，对上述3项先进技术进行逐项对比分析.
(1)基本条件
3项先进技术体系都是以农业秸秆为原料，当然，也可以用于其他草类纤维原料，如芦苇.除热置换蒸煮外，横管连蒸已应用于几十家制浆企业，产能均在5万吨/年或以上，最大产能10万吨/年[11]；立式连蒸+疏解目前已有多条生产线，在我国山东泉林纸业公司成功应用多年，单条生产线产能已达5万吨/年以上[20,25].
把热置换蒸煮放在对比分析之列，主要是这一技术的节能减排程度高，对造纸行业的诱惑力很大，应继续研发，突破工程化应用这一瓶颈，实现从中试系统到规模化生产的过渡.另外，3项技术体系都已通过省部级鉴定.
这里要说明的是，下列表1至表3中的数据都取自于工厂实际生产线，其中关于热置换蒸煮的数据取自于木浆生产线.
(2)投资及运行成本的对比评价分析
3项先进制浆技术的投资及运行成本如表1所示.
表1 先进制浆技术的投资及运行成本1)
1)制浆生产线以年产能5万吨生产线为基准;“/Adt”表示每吨风干浆，下同.
从表1中可以看出，如考虑投资及运行成本，这3项先进制浆技术处于同样的水平.
(3)资源与能源消耗指标的评价分析
资源与能源消耗指标如表2所示.
表2先进制浆技术的资源与能源消耗指标
Table 2Resource and energy consumption index of advanced pulping technology
制浆技术取水量/(m3/Adt)用电量(包括备料及提取)/(kW·h/Adt)中压蒸汽消耗量/(kg/Adt)漂白后纸浆得率/%横管连蒸28~30550~600180045.0~46.0热置换蒸煮≤30350~400700~80047.5~48.01)立式连蒸+疏解2356080055.0
1)与传统蒸煮技术比提高了2~3个百分点.
从表2中可以看出，立式连蒸+疏解制浆技术取水量较少，中压蒸汽消耗量较低；而热置换蒸煮的用电量及中压蒸汽用量都较低.
(4)对环境影响程度的评价分析
先进制浆技术对环境的影响指标如表3所示.
表3先进制浆技术对环境的影响指标1)
Table 3Environmental impact indicators of advanced pulping technology
制浆技术黑液产生量/(m3/Adt)黑液提取率/%废水产生量(包括备料)/(t/Adt)对大气污染程度黑液固形物利用程度横管连蒸7~108520没有臭气排放进碱回收系统回收碱及热能热置换蒸煮7~98520在全封闭装态下进行,有臭气排放收集系统进碱回收系统回收碱和热能立式连蒸+疏解8~99020没有臭气排放制有机肥料还田循环利用
1)以生产吨浆为基准.
由表3中可看出，从对环境的影响指标考虑，3项先进技术处于同等水平.
3适用于农业秸秆化学浆的先进漂白技术体系的优选与评价
目前，正用于农业秸秆化学浆的先进漂白技术有无元素氯漂白技术(ECF)、全无氯漂白技术(TCF)以及多段氧漂白技术.
3.1 中浓无元素氯漂白技术
中浓无元素氯漂白技术[26- 32]已广泛应用于木材化学浆的漂白，而应用于秸秆化学浆漂白是近些年才实施的.工程上常采用中浓二氧化氯(ClO2)漂白技术组成无元素氯漂白生产线.由于可吸附有机卤化物(AOX)具有人们共知的毒性和对环境有严重的有害影响，AOX的排放就成为农业秸秆化学浆传统方法氯漂白方法的主要污染源.而中浓无元素氯漂白可使农业秸秆化学浆漂白废水中的 AOX含量降低80%以上，实现清洁生产.
高温二氧化氯漂白、气相二氧化氯漂白、催化二氧化氯漂白等新工艺是这一技术的新发展.秸秆化学浆中浓二氧化氯漂白具有如下优点：
(1)漂白效率高，二氧化氯加入量对纸浆白度存在最佳值，加入量小于1%就能获得较高白度增值；
(2)漂白温度不需太高，如适当提高反应温度时，可缩短漂白时间，从而可节省蒸汽用量；
(3)可通过调节二氧化氯加入量来控制AOX产生量，保证废水的达标排放.
但二氧化氯漂白存在一定缺点:一是二氧化氯易燃易爆，必须现场制造；二是易腐蚀，反应设备要采用耐酸钢或碳钢板内衬防酸砖，这些都增加了投资成本.
中浓二氧化氯漂白(工程中称为D段)应用于农业秸秆化学浆，常按D-E-D(二氧化氯漂白-预处理-二氧化氯漂白)的漂序组成中浓二氧化氯漂白系统，实践证明已显示出很好的漂白效果.
3.2 全无氯漂白技术
中浓全无氯漂白技术[33- 37]主要是在应用中浓氧漂白技术的基础上，再采用过氧化氢(H2O2)漂白，并组成O-Q-P(氧漂白-预处理-过氧化氢漂白)中浓全无氯漂白系统.近几年，全无氯漂白技术由于具有不产生AOX的最大优点，可实现清洁生产，已陆续应用于秸秆化学浆的漂白，并取得了很好的效果，是目前对环境友好的最好漂白技术之一.中浓全无氯漂白技术具有如下优点：
(1)漂白过程不产生可吸附有机卤化物AOX；
(2)漂白剂过氧化氢容易制备或购买，物理化学性质稳定，属于对环境友好的漂白化学品；
(3)投资成本比中浓无元素氯漂白要低；
(4)漂白废水可回用至前段氧脱木素段，实现逆流洗涤，大幅减少中段废水排放.
近期发展了中浓压力过氧化氢漂白，提高了纸浆漂白效果，建立了O-Q-P0的新型漂序，并已成功应用于工程.中浓全无氯漂白技术的主要缺点是运行成本随过氧化氢的价格而波动，相比中浓无元素氯漂白要高；另外压力过氧化氢漂白塔也提高了制造成本.
3.3 中浓氧漂白技术
中浓氧漂白技术[38- 41]是国际公认的对环境最友好的漂白技术，通常把设置于纸浆洗筛段之前的称为氧脱木素，设置于洗筛段之后的称为氧漂白.中浓氧漂白技术就是在经过中浓氧脱木素段及洗筛后，再进行一段中浓氧漂白或多段中浓氧漂白，组成纸浆漂白系统(O-O).
中浓氧漂白技术最大的优点是对环境友好，可真正实现清洁生产.但由于氧气属于温和漂白剂，漂白后的纸浆白度不会太高；另外，必须带压漂白，压力反应塔的制造成本较高，加上制氧机电耗较大，因而运行成本也不会太低.
3.4 先进漂白技术体系的评价分析
对上述适用于农业秸秆化学浆漂白的3项技术体系，仍旧从投资及运行成本、资源和能源消耗指标、对环境影响程度及技术成熟度方面进行分析，并与我国制浆造纸行业清洁生产的评价指标进行对照.
(1)先进漂白技术的投资成本及运行成本
上述3项先进漂白技术投资成本及运行成本的对比如表4 所示.
表4先进漂白技术体系的投资成本及运行成本1)
Table 4The investment and operation cost of advanced bleach technology
漂白技术投资成本/万元运行成本/元化学品用量/(元/Adt)纸浆漂白白度增值/(%ISO)D0+Ep+D14200510170≥82O+Q+P03200595320~380≥80O0+O1250031015≤60
1)运行成本中不计人工费、设备折旧费；数据来源于年产5万吨漂白生产线的工程实际数据.
从表4中可看出，投资成本方面中浓无元素氯漂白最高，其运行成本也不低，但漂后制浆白度最高.投资成本最低的是中浓氧漂白，运行成本和化学品费用最低，但纸浆白度在60%ISO以下，基本属于本色浆.
(2)先进漂白技术的资源与能源消耗指标
上述3项先进漂白技术的资源与能源消耗指标如表5所示.
表5先进漂白技术的资源与能源消耗指标1)
Table 5Resource and energy consumption index of advanced bleaching technology
漂白技术装机容量/kW蒸汽消耗/(kg/Adt)纸浆损耗/%新鲜水用量/(m3/Adt)D0+Ep+D1690700330O+Q+P078012003~530O0+O16401000510
1)数据来源于年产5万吨漂白生产线的工程实际数据.
从表5可以看出，中浓无元素氯漂白的装机容量、蒸汽消耗、纸浆损耗等是最低的，如单纯从能耗考虑，应选择这一技术作为秸秆化学浆漂白技术.
(3)先进漂白技术对环境的影响指标
先进漂白技术对环境的影响指标如表6所示.
表6先进漂白技术对环境的影响指标对照1)
Table 6Comparison of environmental index for advanced bleaching technology
漂白技术中段废水量/(m3/Adt)COD产生量/(kg/Adt)AOX产生量/(kg/Adt)D0+Ep+D15075视ClO2用量而定,一般可控制≤0.6O+Q+P03036不产生AOXO0+O1进碱回收不外排(如不进碱回收20)进碱回收不外排(如不进碱回收20)不产生AOX
1)数据来源于年产5万吨漂白生产线的工程实际数据.
由表6中可以看出，从对环境的影响程度看，中浓全无氯漂白与中浓氧漂白是最为环保的，这是考虑一项技术优劣的关键之处.由于氧漂白洗涤水可逆流并直接进碱回收系统，因此不外排废水，表现更为环保.
4农业秸秆制浆黑液处理技术的评价
4.1 对碱回收技术的评价
应用碱回收技术[42- 46]处理碱法秸秆制浆黑液，至今应是最有效的途径.黑液通过碱回收系统既解决了黑液污染问题，又回收碱和热能供企业自用，是循环经济的体现.经过多年的研究时间，我国用于处理秸秆制浆黑液的碱回收技术正逐渐走向成熟.
但是由于碱回收技术本身的特点以及秸秆制浆黑液所具有的含硅量高、黏度大、流动性差等特性，使秸秆制浆黑液的碱回收技术仍存在如下较难克服的问题.
(1)投资大
碱回收系统工艺流程复杂、设备多、投资大、运行费用高.碱回收系统的建设投资接近化学浆生产线投资的一半.如一个年产5万吨的浆厂，建碱回收车间就需约1亿元.碱回收系统具有显著的规模效益，更适用于大型木竹浆厂.
(2)黑液提取率达不到理想值
黑液黏度大，滤水性远逊于木竹浆黑液，导致黑液提取率低，一般都在90%以下，比木竹浆的差10个百分点.但仍有10%的黑液进入废水，给后续的废水处理及环境带来影响.
(3)碱回收率过低
由于黑液的特性及技术上的原因，碱回收率一般不超过80%，比木竹浆差近20个百分点.
(4)能耗大，碱回收成本高
黑液黏度大，提取浓度低、温度低，导致蒸发汽耗高；黑液含硅量高，导致蒸发器等设备结垢，影响蒸发效率，使送入燃烧炉的黑液浓度远低于木竹浆的，从而使系统运行不稳定，燃烧系统甚至还需要补充助燃油.上述情况使秸秆制浆黑液的碱回收系统能耗大，碱回收成本高.
因此，行业内也有专家认为，用碱回收技术处理秸秆制浆黑液还不是最好的方法[47].
4.2 秸秆制浆黑液的生物处理法
生物法处理秸秆制浆黑液[48- 49]一直以来都有一些研究成果，报道中对秸秆中性制浆黑液直接利用微生物对黑液发酵使其转化为有机肥.对碱性制浆黑液先进行碱性中和，经养分调配及pH调整后再进行微生物发酵或饲料菌蛋白发酵，提取后的残渣制成复合肥；或在碱性中和后以制浆黑液和麦糠为原料，通过菌种接种、厌氧酸化，两次堆放腐化制得有机肥.生物处理法都是把黑液通过生物技术制成有机肥或复合肥还田，既消除了黑液污染，又实现了综合利用废弃物的循环经济发展模式.但这些技术由于处理时间过长，所制成的肥料质量和肥效又欠佳，只能适用于小型生产规模的企业，不适用于大中型秸秆制浆生产的黑液处理.
4.3 亚铵法高硬度浆制浆黑液的处理技术
近几年我国对农业秸秆制浆独创新型亚铵法制浆工艺及其制浆黑液生产有机肥的集成技术[50- 52].对含磺化木素及含钾硫元素化合物的制浆黑液经养分调整和蒸发浓缩，生产适应不同农作物品种的多种高效黄腐酸肥料，黄腐酸含量≥30%，有机质含量≥40%，具有显著的沃土增产、修复土壤的效果，真正达到循环经济发展模式.
这一黑液处理技术基于秸秆亚铵法蒸煮工艺，生产高硬度浆(卡伯值24~50).在提高粗浆得率(60%以上)的同时改善纸浆过滤特性，增加黑液提取率.黑液经蒸发浓缩，加入活性菌种进行生化处理，加入有机辅料(木质素及腐殖酸)和无机辅料(N、P、K元素等)，最终获得黄腐酸肥料.
利用秸秆亚铵法制浆黑液生产黄腐酸肥料，既能解决秸秆制浆黑液治理问题，又为农业提供了新型高效有机肥，为实现造纸工业与农业的有机链接和良性循环创造了条件.
本技术已成功在山东泉林纸业公司实施，值得进一步优化推广[9,25].
5农业秸秆制浆造纸的最佳先进技术体系
根据上面对农业秸秆制浆造纸各先进技术的对比分析，便可确定农业秸秆制浆造纸的最佳先进技术体系.
农业秸秆制浆的最佳先进技术体系应是立式连蒸+疏解，这一技术采用亚铵法生产高硬度(卡伯值24~50)粗浆后，经洗涤提取黑液.由于浆硬度高，有利于洗涤和黑液提取，是目前秸秆制浆黑液提取率最高的，也有利于黑液的处理和制肥还田.洗涤后粗浆进行打浆疏解，纸浆得率一般在60%以上，是化学法秸秆制浆中得率最高的.可以认为，立式连蒸+疏解这一制浆技术是利用秸秆制浆的最佳先进技术.
农业秸秆化学浆的最佳先进漂白技术的选择方面应考虑对环境是否友好，绝不能产生有毒、有害物质，特别是AOX，这是国际鉴别纸浆漂白技术的首要条件.根据这一要求，如生产低白度纸浆，就应采用两段氧漂白技术.即O0+O1，白度≤60%ISO.如生产高白度纸浆，就应该用全无氯氧气漂白技术，即O+Q+P0，这两种漂白方法完全是对环境友好的.考虑到漂白成本，更应推荐使用O0+O1漂序，当然要通过宣传，争取消费者转变消费观念，更多应用低白度纸制品.
在选择立式连蒸+疏解的亚铵法制浆技术基础上，利用秸秆制浆黑液生产黄腐酸肥料还田，实现循环经济模式，应是黑液处理的最佳先进技术.通过上述优选，最后得出农业秸秆制浆造纸的最佳先进技术体系.
由上述优选出的先进制浆、漂白及黑液处理技术，就集成了农业秸秆制浆造纸的最佳先进技术体系，其流程如图1所示.流程图中的农业秸秆收储在我国也已实施了先进的农业秸秆收储方法，应用先进的收储装备.农业秸秆制浆企业通过先进秸秆收储方法与装备，不但收储了制浆企业所需要的秸秆原料，也直接带动了秸秆原料丰富地区的农业发展与农民增收，缓解了农业人口的就业问题[9].
图1农业秸秆制浆造纸的最佳先进技术体系流程图
Fig.1The advanced technological flow chart of pulp and papermaking using agricultural straw
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Foundation items: Supported by the Joint Fund of the National Natural Science Foundation of China-Guangdong Province(U1034005) and the National Program on Key Basic Research Project of China(973 Program)(2010CB227103)
Foundation items: Supported by the National Natural Science Foundation of China(21476091)and the Natural Science Foundation of Guangdong Province(2014A030310145)
Optimization and Evaluation of Advanced Technologies Applied to
Pulp and Papermaking Using Agricultural Straw
ChenKe-fuTianXiao-junWangBinLiJun
(State Key Laboratory of Pulp and Paper Engineering∥New Technology and Equipment Research Centre of Pulp and Paper，
South China University of Technology，Guangzhou 510640，Guangdong，China)
Abstract:In May 2015，eight academicians of the Chinese Academy of Engineering and eight experts of China National Light Industry Council jointly offered a proposal entitled “Popularizing the Advanced Technological Mode of Pulp and Papermaking Using Agricultural Straw” to the Chinese government，which has attracted the attention of national authorities. This paper first discusses the advanced technology system containing the pulping，bleaching and black liquor treatment of agricultural straw，and then optimizes and evaluates the advanced technologies from the perspectives of resource and energy consumption，investment and running cost，pollution level，pulp quality and technology maturity. Thus，the advanced technological mode，which can be popularized and applied in the pulp and papermaking using agriculture straw,is obtained. This study provides theoretical basis and technological support for the above proposal.
Key words:agricultural straw;pulp and papermaking technology;optimization;evaluation
通信作者：† 雷利荣(1975-)，男，博士，高级工程师，主要从事清洁生产与污染控制研究.E-mail: lrlei@scut.edu.cn
文章编号：1000- 565X(2015)10- 0140- 07 1000- 565X(2015)10- 0131- 09
作者简介：魏小兰(1963-)，女，博士，副教授，主要从事多孔材料制备及功能研究.E-mail： xlwei@scut.edu.cn 陈赛艳(1983-)，女，博士生，主要从事废水深度处理工艺研究.E-mail: ssdj1102@163.com
基金项目：*NSFC-广东省人民政府联合基金资助项目(U1034005)：国家“973”计划项目(2010CB227103)*国家自然科学基金资助项目(21476091)；广东省自然科学基金资助项目(2014A030310145)；华南理工大学中央高校基本科研业务费专项资金资助项目(2014ZM0071)
收稿日期：2014- 11- 07 2015- 01- 07
中图分类号：TS 721+.3
doi：10.3969/j.issn.1000-565X.2015.10.018
