清洁生产在造纸行业的应用.docx

1、清洁生产在造纸行业的应用考试成绩任课教师陕西科技大学研究生考试试卷考试科目 清洁生产专 业 环境工程 学 号 1503058考生姓名 郝永永考生类别 日校生注 意 事 项1 试题随试卷交回；2 试卷评阅后，一周内送交研究生秘书处保存3 必修课以百分制计算成绩，考查课以五级计分（优、良、中、及格、不及格）计算成绩。4. 考生类别为日校生、工程硕士、高校教师、同等学历清洁生产在造纸行业的应用 郝永永1 1503058 指导老师：丁绍兰 资源与环境学院 环境工程（1.陕西科技大学 陕西 西安 710021）摘要:当代经济迅速发展，带动了世界上对纸质材料的广泛需求,造纸业迅速发展壮大。与此同时，也带来

2、了这个行业的参差不齐，污染泛滥。随着国家监察力度的提升，大量关停违规或不达标企业，清洁生产势在必行。我国清洁生产工艺在造纸工业中的应用,主要针对我国造纸行业的主要污染源，并对造纸处理制浆黑液、采用漂白新技术和新工艺减少氯漂白污染和脱墨新技术的开发等方向进行了重点关注。关键词:清洁生产 造纸工业 清洁生产工艺 The application of cleaner production in paper industryAbstract: Today，the rapid development of economy led to the widespread demand for paper ma

3、terial in the world. Therefore, pulp and paper industry is rapidly developing. At the same time，also brought the industry is uneven, and the spread of pollutants. With the upgrading of the national surveillance efforts, a large number of shutting down illegal or not up to standard enterprise, cleane

4、r production is imperative. Application of clean production technology in papermaking industry in our country, aim at the main sources of pollution in Chinas paper industry. In papermaking process pulping black liquor, use blanch new technology and new process to reduce chlorine bleaching contaminat

5、ion and deinking technology focuses on the development direction of.Keywords:cleaner production ; paper industry ; cleaner production process1.引言1.1清洁生产概述11.1.1 清洁生产的定义 清洁生产促进法中对于清洁生产的定义：清洁生产是指小断采取改进设计、使用清洁的能源和原料、采用先进的工艺技术与设备、改善管理、综合利用等措施，从源头削减污染，提高资源利用效率，减少或者避免生产、服务和产品使用过程中污染物的产生和排放，以减轻或者消除对人类健康和环境

6、的危害。根据清洁生产的定义来看，主要通过以下五点来完成清洁生产：对设计进行调整，在产品的设计及工艺上，应尽量兼顾环境的保护及资源的有效运用，产品小应对环境及人体健康造成危害，且要便于回收；采用清洁能源，有严重危害或毒性较大的原料尽量使用低毒低害甚至没有毒害的原材料代替；采用的设备和工艺需具备较少的污染物排放量及较高的资源利用率；综合利用，如水的循环利用和废物、废渣及余能余热的回收利用；改进管理，如对现场环境、设备、产品质量、原料、生产过程等的管理。 1.1.2 清洁生产的原则和内容 1.1.2.1清洁生产的原则 (1)持续性 清洁生产不是一时的权宜之计，而是要求对产品和工艺持续不断地改进，所谓

7、的清洁是相对而言的，是对现有的生产状况的改进，经不断地持续改进，使企业的生产、管理、工艺、技术和设备等达到更高水平，达到节省资源、保护环境的目的。因此，清洁生产是人类可持续发展的重要战略措施之一。从清洁生产实施所需的时间来看，一条具体的清洁生产措施，可能涉及清洁生产技术的研究与开发、清洁生产技术的采纳、配套的管理措施乃至企业文化的转变，因而其显著效果往往需要长时间才能显示出来。而从清洁生产的字面意思上来理解，清洁意味着零排放，这在实际生产过程中是不可能做到的。因为所有废物都是潜在的污染源，而且有的废物的产生是无法避免的。但对已有的产品和工艺持续不断地改进，逐步减少污染物的产生和排放，最终使得污

8、染物排放水平与环境的承载力和转化能力相平衡，这一点还是可能的。 (2)预防性 清洁生产强调在产品生命周期内，从原材料获取到生产、销售和最终消费，实现全过程污染预防，其方式主要是通过原材料替代、产品替代、工艺重新设计、效率改进等方法对污染物从源头上进行削减，而不是在污染产生之后在进行治理。 (3)综合性 清洁生产不应该看成是强加给企业的一种束缚，而应该看作是企业整体战略的一部分，其思想应贯彻到企业的各个职能部门。就清洁生产而言，其工作涉及生产的方方面面，而且只有全员参与才能确保清洁生产的实施效果。鉴于消费者的环保意识不断增强，清洁产品市场日益扩大，有关环保的政策和法律愈来愈严格，清洁生产已经成为

9、提高企业竞争优势、开拓潜在市场的重要手段。同时，清洁生产对社会也将产生深远的影响。因此，从这个角度看，清洁生产又涉及社会、公众和政府职能部门。 1.1.2.2 清洁生产的内容 根据清洁生产的定义，清洁生产内涵的核心实行源削减和对生产和服务的全过程实施控制。总体说来，清洁生产内容包含以下三方面： (1)清洁能源 清洁能源是指：常规能源的清洁利用，可再生能源的利用，新能源的开发，各种节能技术等。 (2)清洁的生产过程 清洁的生产过程是指：尽量少用、不用有毒有害的原料；尽量使用无毒无害的中间产品；减少或消除生产过程的各种危险性因素，如高温、高压、低温、低压、易燃、易爆、强噪声、强震动等；采用少废、无

10、废的工艺；采用高校的设备；物料的再循环利用（包括厂内和厂外）；简便、可靠的操作和优化控制；完善的科学量化管理等。 (3)清洁的产品 清洁的产品是指：节约原料和能源，少用昂贵和稀缺原料，尽量利用二次资源作原料；产品在使用过程中以及使用后不含危害人体健康和生态环境的成分；产品应易于回收、复用和再生；合理包装产品；产品应具有合理的使用功能和合理的使用寿命；产品报废后易处理、易降解等。 1.1.3 清洁生产的目的 (1)自然资源和能源的最合理化 自然资源和能源利用的最合理化，要求以最少的原材料和能源消耗，生产尽可能多的产品，提供尽可能多的服务。对于工业企业来说，应在生产、产品和服务中最大限度做到以下几

11、点： 节约能源；利用可再生能源；利用清洁能源；开发新能源；实施各种节能技术和措施； 节约原材料；利用无毒无害原材料；减少使用稀有原材料；现场循环利用物料。 (2)经济效益最大化 企业通过不断提高生产效率，降低生产成本，增加产品和服务的附加值，以获取尽可能大的经济效益。要实现经济效益最大化，企业应在生产和服务中最大限度地做到以下几点： 减少原材料和能源的使用；采用有效生产技术和工艺；减少副产品；降低物料和能源损耗；提高产品质量；合理安排生产进度；培养高素质人才；完善企业管理制度；树立良好的企业形象。 (3)对人类和环境的危害最小化 生产的一个主要目标是提高人类的生活质量。对于工业企业，对人类与环

12、境危害最小化就是在生产和服务中最大地限度地做到以下几点： 减少有毒有害物料的使用；采用少废、无废生产技术和工艺；减少生产过程中的危险因素；现场循环利用废物；使用可回收利用的包装材料；合理包装产品；采用可降解和易处理的原材料；合理利用产品功能；延长产品寿命。 1.2 国内清洁生产的发展概况2 我国是较早认识并实施清洁生产的国家之一，对清洁生产进行了大量有益的探索和实践。早在20世纪70年代初就提出了“预防为主，防治结合”、“综合利用，化害为利”的环境保护方针；20世纪80年代就开始推行少废和无废的清洁生产过程，在工业界对重点污染源进行治理并取得了工业污染防治的决定性进展；中国清洁生产真正启动时在

13、20世纪90年代初期，90年代以来强化环保执法，在工业界大力进行技术改造，调整不合理的布局和结构，对污染严重的企业推行“关、停、禁、改、转”的工作方针。 2004年8月16日，国家发展和改革委员会、国家环境保护总局联合颁布清洁生产审核暂行办法，自2004年10月1日起施行。清洁生产审核暂行办法对规范清洁生产审核行为提出了明确的要求。清洁生产审核暂行办法规定了清洁生产审核范围、清洁生产审核实施、清洁生产审核组织和管理、奖励和惩罚等内容。现在已完成的“推进中国清洁生产”项目(B-4子项目)取得巨大成功，在27家企业开展了29轮清洁生产审计，并发现690项清洁生产技术。其中有关的方法学研究、人才培训

14、、企业现场审计、新政策建议、全国范围的清洁生产网络建设等成果为我国进一步推行清洁生产奠定了坚实的基础。2.造纸工业清洁生产的开展2.1 造纸行业的主要污染来源3 我国造纸工业对环境的污染主要是所排放的有害废液 ，每年排放有害废液50亿吨 ，占全国废水排放量的1/6，其中有机污染物约占1/4，此外还有废气和固体废物的污染 。造纸工业 从1992年起即已逐步开始清洁生产的理论和实践研究 ，目前已取得显著成效4。（1）煮浆工段废液 即碱法煮浆(制浆)的黑液和酸法煮浆(制浆)的红液。目前我国只有个别造纸厂采用酸法制浆,绝大部分造纸厂采用碱法制浆,所排放的黑液主要是木素和碳水化合物的降解产物。例如硫化木

15、素、二甲硫醚和二甲基二硫化合物等,都有臭味并是造成废液中COD值增高的主要污染物,而碳水化合物的降解产物则呈异变糖酸状态存在,是造成废液中BOD值增高的主要污染物。酸法蒸煮废液的污染物,也是木素和碳化合物的降解产物,是形成COD和BOD高的主要原因。 （2）含氯漂白废液 造纸厂污染最严重的是含氯漂白废液的排放,我国造纸厂生产漂白纸浆的有数千家,除个别厂外,均采用含氯漂白技术,例如氯化漂白、次氯酸盐漂白等。次氯酸盐漂白时主要产生三氯甲烷,废液中还含有40多种有机氯化物,其中以各种氯代酚为最多,如二氯代酚、三氯代酚等。 （3）制浆造纸过程产生的废水 制浆造纸过程的其他工段废水如纸机白水等称为中段废

16、水,也含有各种污染物质,这些废水如不处理也会对环境造成污染,但这些废水一般经过适当物理处理就能达标。另外,可采用半封闭循环系统,前一工序尽量用下一工序的废水,以减少废水的排放量。2.2 造纸行业实施清洁生产的现状5 目前我国制浆造纸工业大型集团少、强势企业少，大部分制浆造纸企业规模过小。这种状况使得企业的规模效益无法实现，限制了企业技术水平、装备水平、产品档次的提高和污染的有效防治。 造纸工业不合理的原料结构和规模结构以及较低的技术装备水平，决定了我国造纸工业的水、能源、物料的消耗较高并成为主要的污染源。就吨浆纸综合能耗和综合水耗来看，国际上先进水平为吨浆纸综合能耗0.91.2吨标煤，综合取水

17、量3550立方米，我国除少数企业或部分生产线达到国际先进水平外，大部分企业吨浆纸综合能耗平均为1.38吨左右标煤，综合取水量平均仍处于103立方米左右高位。我国造纸工业面临的环保压力依然很大、污染防治任务十分艰巨。 2.3 推行清洁生产的必要性6清洁生产的定义是使用清洁的原材料，通过清洁的生产过程，生产出清洁的产品。推行清洁生产就是摒弃高消耗、高投入的资源型生产模式，用最少的环境代价获取最大的环境需求和发展7。清洁生产的意义在于避开了传统、滞后的先污染后治理的污染控制模式，强调在生产中提高资源、能源转换率，减少污染物的产生，降低对环境的不利影响。因此进行清洁生产既要了解有关环保法律法规的要求，

18、又要熟悉 行业本身的特点和生产、消费状况。造纸企业应该从行业自身特点出发，在产品设计、原料选择、工艺流程、工艺参数、生产设备、操作规程等方面分析生产过程中减少污染产生的可能性，寻找清洁生产的有效途径，促进清洁生产的实施，实现造纸行业与环境的持续协调发展。2.4造纸行业清洁生产指标 能耗指标：制浆造纸水消耗量大，如何使水的用量减少到最小，使水得到最合理的利用，是造纸行业清洁生产能耗方面评价的关键。 物耗：主要是原料的使用率和碱的回收率。污染产生负荷指标：废水量，CODcr,BOD5,SS等。3我国造纸行业实现清洁生产的途径3.1扩大企业经济规模 只有当企业达到一定经济规模时，才具备采用环境无害化

19、技术，全面实施清洁生产的能力8。3.2提高废纸作为原材料的替代率，增加再生纤维的回收利用比重和再生能源的充分利用当今世界上制浆造纸的原料以木材为主，所占比重在90以上；非木材原料只占78。而我国造纸原料是以非木材纤维为主，50以上是草类纤维，木材纤维只占15左右9。由于木材原料比重过低，对于造纸企业扩大经济规模，发展中高档产品，提高产品质量及有效控制环境污染，都带来了较大困难。增加废纸的回收利用可以解决我国木材纤维材料短缺制约造纸工业发展的矛盾，同时大大减轻造纸工业对环境的污染。1999年大部分发达国家的废纸回收率都超过40，利用率也达到50以上，而我国废纸的回收率和利用率分别仅为27和388

20、，具有广阔的回收空间和利用潜力10。3.3调整结构，提高经济效益 调整产品结构，增加市场有效供给，适应多元化消费需求。纸及纸板产品要向薄型化、上档次、高质量、多品种方面发展，大宗产品突出提高质量和档次，特色产品注重新产品，新品种；调整企业结构，实现大型企业集团化，中小企业特色化，经济类型多元化，使企业组织结构和规模结构逐步趋于合理11。3.4加强林纸一体化建设产业结构调整指导目录(2005年本)中，国家鼓励“符合经济规模的林纸一体化木浆、纸和纸板生产”，使造纸工业现有规模小、技术落后、污染严重的状况得到改善，坚决走以木浆为主要原料、林纸一体化的纸业发展道路，大力发展速生丰产林造纸原料基地，促进

21、原料结构和产品结构趋于合理12。3.5加强造纸先进生产工艺与装备的研发 我们要大力依靠科技进步，不断进行技术更新与技术改造，加强科技交流，促进成果转化。引进、消化、吸收国外先进技术与设备，使之国产化，开发系列国产装备，以提高行业的整体水平。4.解决造纸污染的主要方法134.1蒸煮废液的处理 造纸工业的主要污染源是化学浆的蒸煮黑液,占污染总负荷的90%左右。就污染负荷而言,如不对黑液进行处理或综合利用,任其排入水域,这不仅是对资源的极大浪费,而且给水环境造成严重污染。现今对这类废水的处理方法的研究主要集中在膜处理技术方面,有研究人员应用超滤技术从造纸黑液中提取木素制备活性炭,该方法是黑液综合治理

22、的一条新途径,适合于中、小型纸厂,经超滤处理后的黑液,COD去除率达60%65%,BOD5去除率达80%以上,黑液中木素提取率达80%85%,由木素制成的活性炭得率高,吸附容量大。膜处理技术具有处理效率高、占地面积少等优点,是造纸废液处理的一种新技术。4.2采用新的含氯低或不含氯的漂白纸浆技术或工艺过程 无氯漂白(TCF)也称无污染漂白,是用不含氯的物质如O2、H2O2、O3等作为漂白剂对纸浆在中高浓条件下进行漂白;少氯漂白(ECF)是用ClO2作为漂白剂对纸浆在中浓条件下进行漂白。无氯和少氯漂白旨在代替低浓纸浆氯化漂白和次氯酸盐漂白,后者对环境有严重污染。4.2.1漂白前浆中残余木素的脱除

23、漂白前浆中残余木素尽可能脱除,减少浆中的残余木素量,降低漂前的卡伯值,就意味着在漂白达到相同的白度时,漂白化学药品消耗的量将减少。这不仅将使浆更容易漂白,同时也减少了漂白过程中生成有毒物质的量,主要有以下几种方法: 1)延伸脱木素技术 传统的制浆工艺生产的可漂浆的卡伯值,对针叶木浆来说一般在28-32,而阔叶木浆一般在18-22之间,如果通过了延伸脱木素技术可以在保持浆的质量下进一步减低卡博值,就减低了漂白时有机氯的用量。 2)氧脱木素技术 氧脱木素技术发展到今天已成为一个成熟的工艺路线,它不仅能进一步脱除浆中的残余木素,还减低了漂白药品的用量,同时通过氧化作用,大大降低了BOD和COD的含量

24、,降低废水的色度等作用。现今氧脱木素技术得到了进一步发展,同时与其他的漂白段结合,产生了一些新的氧脱木素技术,如氧加强的碱抽提技术、两段氧氧脱木素技术、过氧化氢加强的氧脱木素技术等。 3)臭氧漂白技术 臭氧的脱木素和漂白作用均很强,在纸浆漂白系统中,可单独使用,也可与过氧化氢、氧气等其他漂白剂结合组成多段漂白。臭氧漂白的最大吸引力在于对环境无污染,如能用无氯漂白流程O-ZE-P漂白纸浆,则对于任何制浆造纸厂都是最理想的。臭氧漂白段的纸浆浓度也有中高浓之分,即中浓臭氧漂白和高浓臭氧漂白。4)酶预处理技术 酶是一种自然的、具有高度专一性的蛋白质催化剂。它在制浆工业中的应用相对来说是一个比较新的技术

25、。现在应用比较多的是聚木糖酶,它主要应用在多段漂白的第一段,可以降低后面漂白的化学药品的用量。用这种酶处理浆料,虽然不能降低浆的卡伯值,但相对“软话”了纤维机构以使的木素更容易与漂白剂进行反应,成而提高了浆的可漂性。用酶处理有可能使漂白工段节约大概15%的漂白剂。 4.2.2改变现有的漂白工艺过程 改变现有的漂白工艺过程,降低AOX的形成,降低它对环境的污染,达到环境保护的要求,是一种比较可行的方法。这些方法有以下这些: 1)增加ClO2取代Cl2的量 2)减低卡伯值 3)强化碱抽提技术 4)应用多段加Cl2技术 5)改变ClO2和Cl2加入顺序4.2.3开发其他一些新的漂白技术和漂白剂 这些

26、新的技术主要包括在加压过氧化氢段加入螯合剂以及有机稳定剂代替硅酸钠的研究和许多新的含氧漂白剂,如过氧乙酸、过硫酸、混合过氧酸等。同时还可以加强对处理工艺的研究开发,以开发出新的减少污染的新工艺。4.3回收废纸制浆 国际上用废纸制浆的量日益增加,如美国的废纸回收率在30%以上,日本43%,英国45%近几年,我国废纸利用率也越来越高,且取得了明显的经济效益。4.4脱墨技术14-15 废纸制浆技术主要难题在脱墨技术。脱墨制浆法包括4个步骤,即废纸扩散与纤维离解油墨与纤维分离除去碳黑粒子与油墨筛选与净化,做成未漂白纸浆。脱墨方法分浮选法和洗涤法。目前主要采用浮选法脱墨。浮选法是通过搅拌或压缩将空气打入

27、浆内,浆料中加有脱墨剂、发泡剂并加以稀释,送入浆料的空气产生气泡,发泡剂又使这种泡沫凝聚不散,油墨和杂质吸附在泡沫上,富集于浆料表层,不断刮去这种油墨浮沫即可达到脱墨效果。浮选法除去油墨粒子的优点是纤维流失少、纸浆得率可达85%95%,废水易于治理。5.高新技术的应用及发展前景165.1生物技术 生物技术在制浆造纸工业的应用，国内外都做过 许多研究，20世纪90年代发展较快，虽然传统意义上 的生物制浆由于处理时间长，很难被人们接受而广泛 应用。但生物预处理制浆，生物辅助漂白，酶促脱墨， 酶促打浆，生物酶树脂、胶粘物和DCS控制等，近几年 迅速发展。在化学法制浆方面，蒸煮前纤维原料经生物 预处理

28、，可以减少化学品用量和能耗，提高纸浆质量，纸浆漂白前用木聚糖酶预处理，可减少含氯漂剂用量 10%15%。许多研究都已证实，打浆/磨浆前用酶预处 理，能降低磨浆电耗15%25%，并提高纸浆强度性质。 5.2黑液气化技术17 传统的黑液碱回收是将浓缩的黑液在碱回收炉直 接燃烧，产生的高温高压蒸汽进汽轮发电机组发电，达 到回收碱和能量的目的。黑液气化技术是将浓缩的黑液在气化炉内气化生产绿液回收碱，黑液中的有机物气化 生成可燃的合成气体。黑液气化技术的应用主要有两个 发展方向，一是黑液气化联合循环发电，另一个是黑液 气化联合生物燃油生产。经过长期中试研究，木浆黑液 气化试验装置已在瑞典成功运行，黑液气

29、化联合生物燃 油生产，即将进入建设工业规模生产开发阶段。黑液气化联合循环发电是一种高效回收黑液生物 质能量的新方法，其发电装置由燃气轮发电机组、余热 锅炉和蒸汽轮发电机组成，其中燃气轮机组由压气机、 燃烧室、透平、发电机组成。压气机将空气压缩、与进 燃烧室的气化气燃烧后在透平中膨胀作功、输出轴功, 一部分作为压气机压缩用,另一部分驱动发电机输出电 能，燃烧产生的高温烟气进入余热锅炉生产蒸汽送蒸 汽轮发电机组二次发电，这种发电方式在工业上称为 IGCC系统。5.3 生物精炼技术18 生物精炼技术（biorefinery technology）是最大化地利用生物质资源，将其转化为各种生物质产品和能

30、源的技术。当前,应对全球气候变暖，发展低碳经济是全球的共同行动，低碳经济实质之一是绿色能源的开发，生物精炼的生物柴油和生物酒精产品被誉为石油的最佳替代品。造纸工业是采用可再生物质为原料规模最大的加工业，在生物质能源和多种化学品的开发和利用方面，具有独特的优势。近年来，在北美和北欧加强对木材生物精炼技术的研究，并试图把传统的制浆造纸厂转变为同时生产纸浆和纸、生物质燃料、生物质材料和生物质化学品的复合型生物精炼厂，受到广泛关注。14-155.4 其它高新技术19-20纳米技术是20世纪90年代出现的一门新兴技术，在造纸湿部化学、表面施胶、涂布、纤维改性以及功能纸、智能纸等方面具有广阔的应用前景。超

31、声波在制浆造纸工业中的应用已有许多报导，如植物纤维的解聚、打浆预处理、废纸脱墨、废水处理等，但用于工业化大生产还有许多研发工作要做。甲酸法制浆、乙醇法 制浆、乙酸法制浆等新的制浆方法，经过多年的研究开发，至今未见有工业化生产的报导。6结论6.1造纸行业节能减排现状传统造纸工业是污染排放的重点行业，也是能耗大户。除少数企业达到国际先进水平外，大部分企业吨产品综合能耗平均为1.38吨标煤，综合取水量平均处于103米高位21。2005年造纸工业污水排放量22为36.7亿吨，约占全国重点统计企业污水排放总量的17.0%，污染物（COD）排放量159.7万吨,占排放总量的32.4%。目前的原料结构、企业规模和技术装备确定了我国造纸工业污水负荷和能耗的现状，节能减排面临的形势十分严峻。6.2造纸行业节能减排实施要点 大力推进清洁生产工艺技术，实行清洁生产审核制度23。新建制浆造纸项目必须从源头防止和减少污染物产生，消除或减少厂外治理。现有企业通过技术改造逐步实现清洁生产。要以水污染治理为重点，采用封闭循环用水、白水回用、中段废水处理及回收、废气焚烧回收热能、废渣燃料化处理等“厂内”环境保护技术与手段，加大废水、废气和废渣的综合治理力度。要采用先进成