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——动态平衡短流程循环零排放技术 文/董文茂
王钦
资料提供：南京林业大学制浆造纸工程系
我国造纸工业的快速发展，导致其与资源、环境之间的矛盾日渐突出，主要表现在植物纤维原料和生产用水的资源匮乏、制浆造纸废水对环境的污染日益严重。南京林业大学经过近四年的探索，在以废纸为原料生产包装纸板的生产实践中，试验成功一种废纸制浆造纸“动态平衡短流程循环零排放”技术，创造了造纸废水零排放的新模式。
一、背景资料
当前国内制浆造纸的清洁生产一般都是采用絮凝沉淀、气浮、活性污泥嚗气及厌氧发酵等物理、化学和生化等各种方法对废水进行处理，使水质符合制浆造纸用水要求后再送回到制浆造纸的各道工序利用，从而减少清水用量、废水排放量和废水中污染物的含量。但国内大多数中、小企业目前仅仅采用絮凝沉淀和气浮的简单处理方法，难以做到废水的达标排放。更由于这种末端处理的方法大大增加了纸厂的设备投资和生产成本，又不能产生经济效益。因此，绝大多数企业对这种清洁生产方法缺乏积极性，为降低生产成本，企业对制浆造纸废水尽可能不加处理偷偷排放，或简化处理超标排放，以至于造成严重的环境污染。
目前，一种“废水不经处理，直接回用造纸”的“零排放”造纸术在南京研发成功。由南京林业大学吴解生教授主持完成的这项全国首例废水短流程循环造纸技术——动态平衡短流程循环回用废水零排放技术，近日通过了国家以及江苏省有关部门的鉴定，这项技术成为解决制浆造纸清洁生产难题的突破之举。
动态平衡短流程循环回用废水零排放技术的研究工作大约在2001年底由南京林业大学制浆造纸机械研究所发起。能否大幅度减少纸机耗用清水量，是能否实现废纸生产包装纸板过程废水零排放的关键。在这个问题上，以往研究的焦点都集中在采用各种方法减少纸机的清水耗用量，难以打破这一思维定式，因此也就一直没有能真正实现制浆造纸废水的零排放。课题组经过艰苦的探索，采用了用纸机的网下白水冲网的方法，完全改变了使用大量清水冲网的习惯抄造方法，大大减少了纸机使用的清水量，使纸机只需要使用少量清水就能正常运行，实现了纸机抄造过程中废水的零排放。
二、技术原理
这种制浆造纸清洁生产新技术的原理是基于制浆造纸过程生产用水的动态平衡理论：加入纸机抄造系统中的各种生产原料中，有相当一部分细小纤维、填料和化学助剂会进入到纸机抄造系统各段废水中去，而在湿纸页中的留着比例（即留着率），与纸页定量、上网浆料配比、浆浓、浆速网速比、成形网网目、真空箱结构及真空度等纸机抄造条件有关。当纸机的各种抄造条件基本稳定时，上网浆料中的细小纤维、填料和助剂在湿纸页中的留着率也就基本确定了。不管这个留着率大小如何，在纸机抄造系统的各段废水不经净化处理封闭循环回用的过程中，回用废水中细小纤维、填料和助剂的含量都会随着循环回用次数的增加而不断增高，在循环回用到某一时间、回用废水的浓度提高到某一个水平后就会趋向稳定，亦即建立起一种制浆造纸生产用水中各种物质浓度的动态平衡状态(此时，单位时间内加入纸机抄造系统的各种原料中所含物质的量与所抄纸页中带出的各种物质的量相等)。
由于加入纸机抄造系统的原料都是抄造纸品所必需的物质，而在废纸制浆过程的某一工段经处理后排出废水的质量，与其处理前浆料中的白水质量一般并没有多少差别（只要这种浆料处理过程是一般物理过程，如稀释、分散、混合、过滤、筛选、离心分离、疏解、纤维分丝帚化、抽吸、挤压等）。因此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，不经处理而使之尽快在生产过程中循环回用，并控制整个系统的添加清水总量，使之等于制浆造纸过程的必须耗水量（即纸机干燥部的蒸发量和制浆过程分离的杂质中带出的水量），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，且不会影响产品的质量。
在废水的封闭循环回用过程中，整个生产系统回用废水的温度会上升，使出压榨纸页干度明显提高，湿纸页的干燥负荷降低，吨纸干燥蒸汽消耗下降，纸机生产能力提高。但回用废水温度的提高又使其易于因厌氧发酵而腐败变质。为防止回用水质恶化对产品质量造成影响，应将整个制浆造纸生产过程按用水点划分成尽可能短的多个循环环节，同时对生产工艺和设备系统进行必要的调整改造，尽量消除生产用水容器（如池、槽、罐）的死角，减少各段回用废水的存量，使各段废水能快速而充分地循环回用。因此，这项技术被取名为动态平衡短流程循环零排放技术。
三、技术应用的经济效益
除了环保上的社会效益，这项技术的市场前景主要体现在实施这项技术的企业所获得的巨大经济效益。
江南某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：
1、
节水效益
2003年该厂的吨纸用水量约为50m3，实现零排放后，吨纸用水量下降到1.83
m3，每生产一吨纸，可节约生产用水48.17
m3。按水资源费0
.1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4.82元，按该厂年产量2万吨计算，每年可节约生产用水约96万m3，节约生产用水的水资源费成本约9.6万元。
2、
回收纤维和原材料效益
2003年该厂的吨纸原料废纸板消耗量约为1.30吨，实施本项目后吨纸原料废纸板消耗量下降到1.15吨以下，若按每吨原料废纸板的价格为950元；
吨纸原料废纸板消耗量下降0.15吨计算，则每生产一吨纸，可节约原料废纸板收购费143元，每年在原料废纸板收购上可节约支出：143×2
=286（万元）。
3、
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提高，改善了浆料的滤水性，提高了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，吨纸煤耗降低了30公斤；同时由于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0.6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：（0.6×43+560×0.03）×2
=85.2（万元）。
4、
取消废水处理支出的效益
实施动态平衡短流程循环零排放技术后，该厂节省了每月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，每年在取消废水处理支出上可节约：
10×12
+ 18 = 138（万元）。
5、
提高产能效益
2003年该厂的生产能力为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）。
年产量为2万吨的江南某包装材料厂，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。由于提高了细小纤维在纸板中的留着率，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，给企业带来了巨大的间接经济效益。
四、市场推广
目前该项技术已经在江苏省内的多家用废纸生产包装纸板的企业推广，并已通过江苏省科技厅组织的技术鉴定，申报了国家发明专利，并得到中国造纸学会、江苏省造纸学会、江苏省环保厅和各级环保部门的重视，有关方面正在制订推广计划，将在江苏省内大力推广。
同时，这项技术也已引起全国各地环保部门和制浆造纸企业的重视，纷纷向研发单位致电致函咨询，并要求进行生产线的改造。相信在不远的将来，这项制浆造纸的清洁生产技术会在全国得到普遍的推广，并将彻底改变制浆造纸水资源消耗大户和污染大户的不良行业形象，树立起制浆造纸绿色化工行业的新形象。
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