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造纸业“高污染”帽子是这样摘除的……
中国纸业网造纸厂设备:2019-8-11 19:01:03 造纸机械|卫生纸机|铜版纸|瓦楞纸|造纸业
  造纸业40年来发展波澜壮阔,气势磅礴,2018年全国纸及纸板生产量10435万吨,位居全球首位,较1978年的439万吨提高23.8倍,规模以上企业超2700家。世界单机产能最大的75万吨瓦楞原纸板纸机等在我国相继投产,行业发展可谓是翻天覆地慨而慷。总体上,造纸行业从产能落后、污水横流的高污染行业转变成绿色环保、技术密集、与国计民生密切相关的朝阳产业。下面就改革开放40年来我国清洁化美高梅娱乐场官网及污染控制方面走过的艰辛探索和取得的丰硕成果做一简要回顾与总结。

     

1  艰苦探索的20年(80年代初至90年代末)

改革开放初期,中小型造纸企业如雨后春笋般涌现,数量近万家,这有力地振兴了地方经济、增加就业、提升人民生活水平。但因环保意识和相关法律缺乏,也缺乏先进废水处理经验,造成严重的环境污染。笔者1984~1988年在衡阳造纸厂工作期间,亲眼目睹蒸煮黑液因回收工艺难度大、成本高而直接外排,造成河道鱼虾绝迹、泡沫翻腾、气味浓重、人人掩鼻,全国上下“谈纸色变”,造纸行业被戴上“高污染”的帽子,一戴近几十年,成为了造纸人切肤之痛。尤其1994年发生了众多小纸浆厂废水未经处理直排淮河,导致震惊中外的淮河流域水污染事件。这一事件引起了中央的高度重视,也激发了造纸行业解决环境污染问题的决心和信心。

因此笔者立志依靠科技改变造纸行业高污染现状,1988年考取了西北轻工业学院(现陕西科技大学),重新拿起书本攻读硕士学位,1992年考取华南理工大学攻读博士学位,研究处理造纸废水污染的先进方法和技术。1995年博士毕业后进入广西大学任教,一直致力于清洁化美高梅娱乐场官网和废水末端治理的研究。在1994~1996年间废水生物处理、清洁化漂白、先进制浆方法等科研成果在《北方造纸》(《中华纸业》前身)发表,为今后攻克难关打下良好基础。

造纸行业从1992年开始执行新的更为严格的排放标准《造纸工业水污染物排放标准》(GB3544-92),COD排放量降低至<500毫克/升。从1997年开始狠抓节能减排,淘汰落后产能,关闭年产5000吨以下纸浆的小厂,并将关停并转年产1万吨以下纸浆的美高梅娱乐场官网厂,不再建年产几万吨以下的新纸浆厂;推进造纸向大中型规模转化、向木浆厂转化,特别是尽量不以麦草为原料,推进较环保的机械浆和废纸制浆。到90年代末,就基本解决了对淮河等流域的重大污染问题。近90家大型企业建立碱回收系统,大量污染物无序排放得以控制。纸和纸板产量从1980年的544万吨提高到2000年的3050万吨,增加了5.6倍。

 

2  稳步推进的10年(2000年至2009年)

虽然黑液碱回收问题得以解决,但大量中段废水污染负荷仍然很高,废水量依然很大,造纸行业依然面临高浓有机废水处理及资源化利用问题。据统计最高峰时2009年造纸行业排放废水44.1亿吨,占工业排放废水量的18.8%,CODCr排放量占工业总排放量的28.9%,给环境带来巨大压力。积极研讨制定新的国家造纸行业排放标准GB 3544-2001,并于2001年颁布,对废水和COD的排放量实行了限制,制浆漂白木浆COD排放标准降至<350毫克/升,排放量<150米3/吨。2007年我国首次发布《造纸产业发展策略》,制定严格污染控制政策,之后国家颁布了更加严格的GB 3544-2008排放标准,废水的排放限值逐步降低到50米3/吨,废水中COD排放限值降为100毫克/升,提升到国际先进水平。不经过严格处理难以达标,并且主要处理技术被国外垄断,大量企业面临着关停风险,制约了行业的可持续发展。

此时各类先进废水处理技术不断涌现,其中高浓有机废水厌氧生物处理技术因其实现废水资源化应用最为广泛。废水中有机污染物被微生物代谢而降解同时伴有沼气的产生,实现了污染物资源化,显著降低了废水处理成本,是解决我国造纸废水污染的最佳途径。但先进的厌氧反应器如UASB(升流式厌氧污泥床)、EGSB(膨化颗粒污泥床)、IC(厌氧内循环反应器)技术长期被国外垄断,造成投资和运行成本居高不下,限制了其在我国造纸行业的推广应用。因此笔者所在团队潜心研究适合我国造纸行业的厌氧处理技术,研发基于微生物过程强化的高效厌氧菌富集培养及污泥颗粒化加速技术,并创新开发了UMAR(上流式多级厌氧反应器,获2013年度国家重点新产品)。有效解决了废水的常规厌氧处理过程甲烷转化率低、污泥颗粒化时间长等问题。甲烷产率达0.28~0.33m3/(kgCOD),颗粒化时间只需30~60天。

针对废水经传统厌氧好氧二级处理仍然难以达标问题,高级氧化、膜过滤、活性炭吸附、砂滤、氧化塘及人工湿地、磁整理等深度处理技术在造纸企业不断尝试并取得良好效果,其中南通王子纸业通过膜过滤等技术实现了废水零排放。这些方法中Fenton高级氧化法具有占地面积小、稳定性高、反应速度快、处理效率高、对有毒污染物破坏彻底、无二次污染、适用范围广、易操作等优点,成为当前我国造纸企业应用最广泛的深度处理方法,现约占废水深度处理规模的70%~80%。但传统Fenton法也存在成本较高,Fenton过程H2O2无效降解、催化剂活性较差、传质效果较差、关键设备被荷兰PAQUES等公司垄断等问题。笔者团队针对以上问题,在传统Fenton技术基础上,开发了水溶性多金属多配体自由基缓释剂和负载型固相催化材料,形成了高效异相催化氧化技术,解决了常规Fenton处理废水过程化学品消耗量大、应用pH范围窄等问题,使H2O2用量较传统技术减少了30%~40%,FeSO4用量减少30%以上,pH值范围拓展至2~11,酸碱调节费用降低30%~50%。开发了具有自主知识产权的芬顿处理设备UHOFe(上流式多相废水处理氧化塔,2011年度国家重点新产品)。有效解决了抗负荷冲击能力差、H2O2FeSO4使用量大等问题,实现了造纸废水再生水有效回用、污染物超低排放。

创新集成了针对造纸典型废水的资源化及超低排放处理技术体系,构建了上流式多级厌氧-多级环流好氧-异相催化氧化的废水处理技术路线,解决了美高梅娱乐场官网高浓废水资源化利用与超低排放的瓶颈问题,有力推动了我国美高梅娱乐场官网清洁化进程。实现了核心设备国产化,打破国外垄断,彻底结束了外企依靠技术垄断牟取高额利润的时代,显著降低了应用企业的环保投资成本,实现了废水处理中生物质能(沼气)高效回收、再生水有效回用、污染物超低排放。2006年依托本技术创立广西博世科环保股份有限公司,顺利实现产业化,技术及设备在玖龙纸业有限公司、俄罗斯北极星纸浆工业联合体等10个国家近200家大型造纸等企业推广应用,设备累计销售额近20亿元,回收生物质能5.4亿米3,消减COD总量650万吨。该技术先后获国家科技进步二等奖和教育部科技进步一等奖,相关理论成果整理成论文5篇在《中华纸业》上发表。

在全体造纸人共同努力下,这十年间我国采用“全过程水污染控制模式”,大量先进废水处理技术和造纸新设备投入使用,纸和纸板产量从3050万吨提高到9270万吨,增加3倍,但COD排放总量从308.6万吨降为113万吨,降低63.4%,占全国工业废水COD比例由43.8%降为26.0%,使我国造纸行业逐步进入健康发展快车道。2009年万元工业产值化学需氧量(COD)排放强度降为25千克,水污染物排放指标已达到了国际领先水平。

3  精益求精的10年(2010年至今)

随着人民日益增长的对美好生活的需要、对绿水青山的渴望,尤其十八大以后国家密集出台了《水污染防治行动计划(水十条)》、《控制污染物排放许可制实施方案》、《关于实施工业污染源全面达标排放计划的通知》、《中华人民共和国水污染防治法修正案(草案)》等政策法规,许多相对《美高梅娱乐场官网工业水污染物排放标准GB3544-2008》更加严格的地方标准也相继出台,对造纸等行业提出更为严格的环保要求,同时不仅仅要求排放量少,也要求纸浆漂白时具有强致畸、致癌、致突变性的可吸附有机卤化物(AOX,如氯酚、氯苯、二英等)超低排放。常用方法为全无氯漂白(TCF),如氧气、臭氧、H2O2、过氧酸生物酶等含氧化学物进行漂白纸浆的过程;无元素氯漂白(ECF),主要以二氧化氯(ClO2)为漂剂;本色浆,不经漂白的纸浆。解决这一严重问题最佳途径是推广ECF漂白,该技术在欧美使用率已达95%,可使AOX产生量显著降低,同时漂白浆性能有所提高,但ClO2制备的技术和设备长期受到加拿大Chemetics、ERCO和荷兰AkzoNobel的技术垄断,设备投资运行成本高,在中国推广缓慢。

笔者所在团队历时十多年攻关,创新开发了组合还原法和综合法二氧化氯制备技术和装备(2015国家重点环境保护实用技术),解决了行业清洁漂白工艺中的关键技术和装备难题。其中组合还原法二氧化氯制备技术的开发克服了单一还原剂二氧化氯生产中存在的反应不稳定、氯气含量高、副产物综合利用难等缺陷,实现了二氧化氯质量、操作和成本的最佳平衡;综合法二氧化氯制备技术集氯酸盐电解、高纯盐酸合成和二氧化氯反应于一体,具有生产成本低、产能大、无副产品处理等工艺优势,尤其适合行业内大型纸浆厂需要;同时发明了多重强化无元素氯漂白技术,阐明了ClO2漂白过程残余木质素和己烯糖醛酸生成AOX的机理,与传统ClO2漂白相比,显著减少了ClO2用量,AOX再降低33%以上。

该技术体系拥有完全自主知识产权,彻底打破了国外技术垄断,从根本上解决了我国纸浆清洁漂白的关键技术难题,成果经中国轻工业联合会鉴定达到国际领先水平,2009年实现产业化应用,2012年首次实现了ClO2制备成套技术出口,使我国成为全球第三个完整掌握上述两种ClO2制备技术的国家,一举由ClO2技术进口国变为出口国,《人民日报》多次报道,称其为“中国智造”的标杆。已在我国、印度尼西亚、印度等国的23家大型造纸企业应用30多套,其中单套ClO2制备系统最大产能已达35t/d,可满足年产8万~100万吨纸浆漂白企业需求。主要应用企业近三年累计生产ECF漂白浆735.3万吨,新增销售额269.3亿元,新增利润38.9亿元,取得了重大的经济、社会及生态效益。其中设备生产企业广西博世科环保科技股份有限公司实现二氧化氯制备装置直接销售收入4.56亿元,外汇创收2207.2万美元,新增利税1.14亿元,取得了重大的经济、社会及生态效益,凭借该技术推动广西博世科环保科技股份有限公司于2015年顺利在深交所成功上市。该成果获教育部技术发明一等奖和广西科技进步一等奖,相关理论成果整理成论文6篇发表在《中华纸业》上

在这十年间环保监管部门通过实施严格的排放标准,加强对企业的排放指标监管,实施排污许可证制度,清除落后产能。与此同时造纸行业响应中央绿色发展的号召,采用新技术新设备,按照“十三五”《轻工业发展规划(2016-2020年)》,积极践行绿色发展、绿色制造,用科技创新守护绿水青山。通过几代造纸人努力,造纸行业对水污染控制技术已逐步完善,造纸行业万元工业产值新鲜水用量由2005年的183.0吨降至2015年的40.6吨,万元工业产值化学需氧量(COD)排放强度由2005年的69千克降至2015年的4.7千克,已经成长为资源节约型、环境友好型的现代造纸工业,终于摆脱了困扰造纸人几十年的“污染大户”黑帽子。

 

4  建立“一校一企深度融合”创新模式

笔者利用广西大学教授、广西博世科环保科技股份有限公司国家级企业技术中心主任双重身份,为了使科技成果不束之高阁“闲躺着睡大觉”,建立了“企业提出需求-学校基础研究-校企合作开发-企业推广应用”循环式的科研机制,积极构建了“基础研究与工程技术开发互为支撑,一校一企深度融合”的产学研模式,实现了基础研究与技术成果转化间的无缝对接,促进了高浓有机废水处理及资源化利用问题、纸浆清洁化漂白等科技成果的快速转化,《中华纸业》在专访“纸业转型升级需要更多自主创新成果”中进行深入报道。团队将利用该模式在清洁化美高梅娱乐场官网、土壤污染治理、流域生态修复、黑臭水体治理等方面继续深耕,加速技术产业化,用科技创新守护我国绿水青山。

 

王双飞教授研发团队


5  展望未来

近期来看,根据《中华人民共和国国民经济和社会发展第十三个五年规划纲要》中要求我国“十三五”期间资源消耗和污染物减排方面:全社会万元GDP用水量下降23%,单位GDP能源消耗降低15%,主要污染物COD、氨氮排放总量减少10%,二氧化硫、氮氧化物排放总量减少15%。长期来看,根据《国家创新驱动发展战略纲要》要求,发展资源高效利用和生态环保技术,建设资源节约型和环境友好型社会;发展智能绿色制造技术,推动制造业向价值链高端攀升,到2050年建成世界科技创新强国。这给我们造纸行业带来了巨大的机遇和挑战,要求造纸行业踏踏实实、精益求精,用科学精神、工匠精神来实现这一目标。从宏观上、整体上统筹:调整产业区域结构,推进产业协调发展;优化企业规模结构,推进企业兼并重组;增加纸及纸制品的功能、品种和质量,向专、精、特、新方向发展。加强纤维原料高效技术、高速纸机自动化控制集成技术、清洁生产和资源综合利用等技术的研发及应用;提高环境管理水平,降低污染排放水平;加强废纸回收利用,推进绿色低碳消费。相信通过造纸人共同努力,造纸行业定能变得更加绿色环保,顺利完成“十三五”目标,稳步迈向2050世界科技创新强国目标。

总之,在这40年里,感谢《中华纸业》杂志一路同行,一如既往坚持科学与实用并重,深入报道推广我国造纸工业新成就和重要科技成果,为行业持续发展献计献策,为企业和政府、企业和高校,搭建合作平台,宣传绿色经济可持续发展理念,助力造纸行业健康发展,成为我国造纸界声望高、影响力大的技术性刊物,在国内外享有盛誉。作为一名造纸人对《中华纸业》40年来陪伴和支持表示由衷感谢,期待在今后工作中精诚合作,共同为造纸行业发展贡献力量,用科技创新绘就美丽新画卷。

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