2021, Vol. 42
2. 安徽理工大学地球与环境学院, 淮南 232001
2. College of Earth and Environment, Anhui University of Science and Technology, Huainan 232001, China
造纸业是关系国民经济发展和社会文明进步的重要产业.随着经济社会的快速发展, 中国已成为世界上最大的纸及纸板生产国[1], 年产量维持在1.0亿t左右, 纸浆消耗总量约0.8亿t[2~4].然而, 造纸业的资源消耗和环境污染问题也日益凸显.废纸作为当前造纸业使用最多的纤维原料, 长期依赖进口[5], 但近年来进口废纸政策持续趋严[6], 国内造纸产业链出现较为明显的原料缺口; 而木材和非木材(主要为竹子、稻麦草和蔗渣等)等造纸原料制浆不仅对资源的依赖程度大, 造纸废水还存在成分复杂和难处理等特点, 环境污染严重[7, 8].为了推进落实造纸业的可持续发展, 有必要从行业层面系统衡量造纸业的资源利用和污染排放情况, 从而识别其资源环境“热点”环节及提升空间.
经济系统物质流分析(economy-wide materials flow analysis, EW-MFA)是一种研究物质代谢状况的系统化评估方法, 在国家、省级和行业层面均有所应用[9~11].在行业层面, 施晓清等[12]定量分析了2007年武汉市造纸业的原材料、水和能源等资源代谢情况, 发现在中水回用方面离全国平均水平还有一定差距; 朱兵等[13]对中国2010年水泥及水泥基材料行业涉及的资源进行了整体分析, 并针对关键过程评估了若干降低原料消耗措施的效果; 戴铁军[14]采用EW-MFA方法研究了河北省钢铁行业发展的规模、结构和运行效率等特征; 岳强等[15]在研究1995~2011年中国钢铁工业物质流动格局的基础上, 开展了脱钩效应分析.目前, 尚未对中国造纸业的物质代谢演变情况进行系统研究.近年来, 纸相关的物质流分析研究主要集中在废纸回收方面.例如, Van Ewijk等[16]绘制了从原料生产到报废处置的全球纸物质流桑基图, 但不涵盖其他的物料投入和污染排放.Sevigné-Itoiz等[17]用物质流分析和生命周期分析相结合的方法量化了西班牙废纸回收过程的温室气体排放量; Pivnenko等[18]比较了不同废纸回收情景下废纸中BPA、DEHP和MOHs这3种化学物质含量的变化情况; Hong等[19]量化了韩国各种纸制品加工过程的原材料、成分和产品产量等信息; Liu等[20]重点关注非规范回收方式对中国废纸回收体系经济效益和环境影响的贡献.
综上所述, 本研究通过建立中国造纸业物质流分析框架及主要输入/输出的计算方法, 探讨中国造纸业2005~2017年间的资源消耗及污染排放变化趋势, 分析中国造纸业输入/输出、代谢强度和循环利用率等演化特征及其影响因素, 以期为我国造纸业未来推进可持续发展提供决策依据.
1 材料与方法 1.1 系统框架造纸可看作是一个加水和脱水的综合过程, 造纸业主要包括制浆和造纸两个工段：①通过制浆工段将废纸、木材或非木材等原料碎解成纤维悬浮液, 根据不同纸产品需求通过筛选、除渣、脱墨和漂白等工艺过程获得相应的废纸浆、木浆或非木浆; ②生产的纸浆在造纸工段通过各种过滤手段, 如过滤、抽吸、压榨和烘干等方法, 将纤维悬浮液里的纤维分离出来, 并形成组织均匀的纸页.
根据欧盟导则[21]并结合中国实际情况, 本研究构建了中国造纸业物质流分析框架(图 1), 包括制浆和造纸两个生产过程, 并梳理了2005~2017年各类输入与输出物料的流向.根据输入/输出物料的来源/去向不同, 在输入和输出端区分考虑国际和本地两种情况.在输入端, 进口输入包括废纸、木材和纸浆; 本地输入主要包括废纸、木材和非木材等原料输入, 煤炭、天然气和电力等能源输入, 以及新鲜水输入.在输出端, 本地输出包括纸及纸板产品, 废气、废水和固废排放等; 出口输出包括纸浆和纸及纸板.纸及纸板产品包括新闻纸、箱板纸、瓦楞原纸、未涂布印刷纸、白纸板、涂布印刷纸、生活用纸、包装用纸、特种纸及纸板和其他纸及纸板.由于实际生产过程中, 各类原料会存在开采但未被利用的部分, 该部分被称为隐藏流, 或生态包袱, 通常采用隐藏流系数来衡量[22, 23].循环量具体指造纸业的循环水消耗量.
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图 1 中国造纸业物质流分析框架示意 Fig. 1 Material flow analysis framework of China's pulp and paper industry |
(1) 纸浆原料 纸浆产量、消耗量和进口量以及废纸进口与本地回收量均来源于文献[24].由于木材和非木材消耗量无相关统计数据, 因此, 采用以下公式估算：
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(1) |
式中, Mi为第i种原料消耗量, mj为第j种纸浆产量, Rij为生产1 t第j种纸浆的第i种原料消耗量.据相关资料, 生产1 t木浆消耗木材约4.062 5 t, 而生产1 t非木浆消耗非木材约3 t[25, 26].
造纸业消耗的木材来源于国内开采和国外进口, 采用以下公式估算：
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(2) |
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(3) |
式中, W进口和W国内分别为进口木材和国产木材消耗量, M木为公式(1)中计算得到的木材消耗量, α和β分别为造纸业进口木材和国产木材的所占比例, 由2005~2017年的中国统计年鉴中进口木材和国产木材年消费量与总木材消费量的比值估算所得.
造纸工段, 不同纸及纸板产品的纸浆消耗量有所差异, 需要通过各类纸及纸板产品产量乘以单位产品的纸浆消耗系数来确定(表 1).
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表 1 制浆和造纸工段的原料消耗、能耗、取水量和废水排放系数1) Table 1 Raw material, energy, fresh water consumption, and wastewater discharge coefficients in pulping and papermaking stages |
(2) 化石燃料 根据文献[28, 29], 确定造纸业的主要能源消费包括煤炭、原油和天然气这3种一次能源以及焦炭、汽油、煤油、柴油、燃料油和电力这6种二次能源.现有行业层面的EW-MFA研究在测算能源消耗时采用的方法不尽相同.例如, 有研究直接将一次能源和二次能源消耗量相叠加, 作为总的能源消耗量[12, 30]; 而有研究则为了避免重复计算, 只考虑一次能源消耗量[31, 32].由于造纸业的能源消耗主要为煤炭, 而煤炭消费量同时包括用于发电和供热, 为避免重复计算, 本研究采用终端煤炭消费量(扣除用于加工转换二次能源的消费量和损失量)计算.同时, 为了简化计算, 将全部能源物质统一换算成标准煤[33].
基于各类纸浆/纸及纸板产量及其能耗系数(表 1), 汇总计算得到制浆和造纸工段的能耗占比, 从而将造纸业的总化石能源消耗量根据该能耗占比进一步分配至各个工段.
(3) 水 根据文献[28, 29], 采用造纸业的工业取水量作为水输入量.基于各类纸浆/纸及纸板产量及其取水系数(表 1), 汇总计算得到制浆和造纸工段的取水量占比, 然后将造纸业的总取水量根据该取水量占比进一步分配至各个工段.
1.2.2 物质输出(1) 纸浆和纸及纸板产品 纸浆的出口总量和纸及纸板产品的产量及出口量均来源于文献[24].
(2) 废水 本研究中造纸业的废水排放总量来源于文献[29].制浆和造纸工段, 基于各类纸浆产量和产品产量及其相关排放系数, 将废水排放总量根据其占比分配至各个工段(表 1).
(3) 废气 排放到大气中的物质主要有CO2[32]、SO2、烟尘和工业粉尘等.其中, SO2、烟尘和工业粉尘等废气排放数据来源于文献[29].然而, 统计数据不包括CO2排放量, 因此需要通过各类能源的消耗量与燃料燃烧过程的CO2排放系数(表 2)[34, 35]相乘得到二氧化碳排放量.我国70%以上的电力来自于火力发电, 所以参照火力发电的煤耗, 将电力消耗量转化成煤炭量, 即：生产1 kW·h电消耗原煤0.35 kg[14].
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表 2 燃料燃烧CO2和H2O排放系数 Table 2 CO2 and H2O emission coefficients from fuel combustion |
制浆工段的废气排放通过各类纸浆产量与相关废气排放系数的乘积所得, 排放系数来源于相关研究中的生命周期清单数据(表 3)[36~38], 造纸工段的各类废气排放量是造纸业的总废气排放量与制浆工段排放量的差值.
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表 3 废气和固废的排放系数 Table 3 Emission coefficients of exhaust gas and solid waste |
(4) 固废 根据文献[29]获得整个造纸业每年的固废排放总量, 再通过2017年各类纸浆的产量和固废排放系数的乘积得到制浆工段固废排放量, 造纸工段固废排放量即为总排放量减去制浆工段排放量.
1.2.3 隐藏流根据隐藏流的定义, 采用以下公式估算：
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(4) |
式中, Ei为第i种原料隐藏流, Pi为第i种原料消耗量, Qi为第i种原料的隐藏流系数.由于煤炭开采过程中存在未被利用的部分如矸石等, 化石能源的隐藏流系数取煤炭工业产排污系数0.714 3; 木材、非木材和废纸在投入生产前需要经过去皮、去叶或除杂和包装等, 因此, 隐藏流系数分别取0.175、0.075和0.015[39]; 外购纸浆在转运至造纸生产前存在部分损失, 隐藏流系数根据相关企业调研得到, 约为0.07.
1.2.4 平衡项和循环量平衡项包括氧气和水蒸气.氧气在工业系统中主要消耗于能源的使用过程中, 没有直接可用的统计数据, 用主要氧化产物(CO2、SO2和水蒸气)的排放量进行汇总估算, 即：化石燃料燃烧排放的CO2排放量乘以32/44, SO2排放量乘以1/2, 燃烧产生的水蒸气量乘以16/18.水蒸气来源于化石燃料的燃烧释放和造纸业生产过程的蒸发损失.化石燃料燃烧释放的水蒸气量等于各类燃料消耗量与其对应H2O排放系数乘积的总和(表 2).不论是整个造纸业还是制浆和造纸两个工段, 根据质量守恒定律, 生产过程的水蒸气蒸发量为取水量与废水排放量的差值.
循环量主要包括水的循环量, 相关数据来源于文献[29].
1.3 造纸业物质代谢评价指标基于以上数据, 本研究选用输入、输出、强度和效率这4类指标, 对中国造纸业的物质代谢情况进行分析(表 4).
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表 4 物质流分析指标 Table 4 Material flow analysis indexes |
2 结果与讨论 2.1 物质代谢趋势
2005~2017年, 中国造纸业的物质代谢规模变化明显(图 2).DMI和TMO中, 水的贡献占比始终高达90%以上.期间, DMI和TMO由44亿t减至29亿t, 降幅35%, 主要因为水的投入及废水排放大幅减少.在输入端, DMI和TMR年均降幅约为2.7%, 两者的差值(即输入隐藏流)不断增大, 由3 032万t增加到4 022万t.进口隐藏流由224万t增至671万t, 其中, 进口木材、废纸和纸浆隐藏流分别由146万、26万和53万t增至485万、39万和148万t; 国内隐藏流由2 088万t增至3 351万t, 其中, 本地木材、非木材和化石燃料隐藏流分别由118万、284万和2 406万t增至255万、134万和2 962万t.
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图 2 2005年和2017年中国造纸业物质流全景 Fig. 2 Material flows of China's pulp and paper industry in 2005 and 2017 |
随着我国人口不断增加和生活品质逐步提高以及互联网时代网购大众化, 纸及纸板消费量不断提高, 这带动了造纸业的快速发展.纸及纸板产量已由2005年的5 600万t提高到2017年的1.1亿t(图 2), 其中, 生活用纸、箱板纸和瓦楞原纸的产量增长尤为明显.同时, 主要物料消耗量和污染物排放量均有所增加.废纸、木材和非木材等原料消耗量分别由2005年的3 512万、1 507万和3 780万t变为2017年的7 857万、4 225万和1 791万t; 化石能源消耗量增长了23%, 2017年达4 147万t标煤; 固废和废气排放量从2005年的1 243万t和7 674万t分别增加到2017年的2 114万t和8 268万t.值得注意的是, 由于节水技术的不断发展, 工业循环水量大幅提高, 使得纸及纸板产量大幅上升的同时, 造纸业的取水量和废水量反而大幅下降, 分别由2005年的42亿t和37亿t降至2017年的26亿t和21亿t. 2017年, 造纸业的循环量约90亿t, 较2005年的34亿t增长了165%, 其中, 水循环量的贡献最大.
本研究分析制浆和造纸两个工段可知, 2017年化石燃料和新鲜水消耗主要集中在造纸工段(图 3).制浆和造纸工段的化石能源消耗分别为1 052万t标煤和3 095万t标煤, 其中, 制浆工段的能耗主要发生在废纸碎解、木材或非木材的蒸煮过程, 而造纸工段则是烘干过程的能耗较高.制浆工段的总取水量为11亿t, 主要用于木浆和非木浆生产过程的洗浆、筛选、除砂和漂白以及废纸浆生产过程的碎浆、筛选和浓缩等工序, 废水排放量约为9亿t; 造纸工段的取水总量为14亿t, 主要用于调节纸浆进入网部的浓度和生产蒸气(烘干成型纸页), 废水排放量约为12亿t.在废气排放方面, SO2主要来源于锅炉、碱回收炉、石灰窑和臭气焚烧炉等; NOx主要来源于锅炉碱、碱回收炉和臭气焚烧炉; 烟尘(粉尘)主要来源于锅炉碱、回收炉、臭气焚烧炉和石灰石破碎.造纸工段的高物耗投入, 也造成了更多的废气排放, 其中, CO2、SO2和烟尘(粉尘)排放量分别为6 164万、18万和9万t; 而制浆工段存在的蒸煮、漂白和脱墨等化学反应过程, 使得制浆工段NOx排放量略高于造纸工段.制浆和造纸工段的固废排放量分别为1 482万t和630万t, 造纸业固废主要来源于制浆工段.
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图 3 2017年制浆和造纸工段物质流全景 Fig. 3 Material flows in pulping and papermaking stages in 2017 |
造纸业的制浆原料结构变化较大, 正转变为以废纸制浆造纸为主、木材制浆造纸为辅的方式(图 4).非木材消耗量大幅减少, 这主要因为本研究初期, 中国以发展生产力为主, 非木材纤维原料多是一年生植物, 中国有较为足够的非木材纤维资源和丰富的非木材纤维制浆经验.但随着我国对环境保护力度的不断加大, 非木材造纸带来的环境问题不断凸显, 使用量逐渐减小.据统计, 2004年全国造纸业废水排放量35.6亿t, 占全国工业废水总排放量的16.1%, 位居第2, 大量采用非木浆造纸是其主要原因之一[40].与木材和非木材相比, 废纸的优势愈发明显, 原料占比也逐步提高.作为再生资源, 废纸再利用有助于减少原生林木采伐, 制浆造纸过程不需要化学蒸煮, 没有高浓度废液的产生, 其他污染物的产生量较原生植物制浆造纸低约50%左右[41, 42].然而, 由于废纸进口政策的不断趋严和国内废纸回收体系的尚不健全, 短期内木材制浆的占比仍处于上升状态.木材是重要的自然资源, 木材的过度砍伐会造成环境退化和生物多样性损失, 还会加剧气候变化[43].因此, 从长期来看, 造纸业会进一步优化原料结构, 加大废纸制浆造纸的占比.
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图 4 2005~2017年中国造纸业原料输入 Fig. 4 Raw material inputs of China's pulp and paper industry from 2005 to 2017 |
由于中国森林面积有限且地区分布不均, 国内木材原料价格不断上涨, 而国外进口木材原料价格低廉, 因此, 造纸业原料投入的外部依赖性逐渐增加. 2005年, 废纸和木材进口量分别为1 703万t和833万t, 占原料总量的29%.由于进口固体废物存在潜在安全隐患, 我国从2009年起不断限制进口废纸, 并于2021年1月1号起禁止以任何方式进口固体废物[6], 因此, 废纸进口量呈现先增长后下降的趋势, 木材进口量则持续呈现上升的趋势(图 4).面对国内木材供给不足、废纸回收体系不健全和废纸进口逐渐受限等严峻形势, 国内造纸企业还不断通过进口针和阔叶树漂白硫酸盐纸浆来弥补造纸原料的短缺, 纸浆进口量由2005年759万t增至2017年的2 112万t, 增幅178%, 主要来源于巴西、加拿大、印度尼西亚、智利和美国等国家.
随着造纸原料结构的改变和生产技术的改进, 造纸业化石能源消耗正在向更低能耗的废纸造纸转变, 造纸业生产总能耗得以控制.需要关注的是, 国内造纸企业在工厂设计初期多采用的是高比例废纸浆生产线, 而近年来由于进口废纸政策逐渐缩紧, 废纸原料的供给紧缺迫使造纸厂在生产过程中需要搭配使用更高比例的木浆, 同时放慢造纸机运行速度, 从而增加烘干时间, 这也会导致生产线的能耗有所增加.在新鲜水耗方面, 国家对工业取水管理要求越来越严格, 明确了造纸产品的取水定额[44], 造纸企业积极改造、淘汰能耗高的技术和设备, 如逐步淘汰处于清洁生产Ⅱ、Ⅲ级的低速纸机, 采用达到Ⅰ级标准的高速纸机; 定期检查管网漏点情况, 对腐蚀和老化严重的管道做好定期更换; 不断推进节水技术, 在制浆方面采用化学机械浆, 提高送浆浓度以减少稀释用水的需求, 造纸方面将多盘清滤液再过滤后回用于纸机喷淋, 回用纸机白水用于送浆环节等.
此外, 造纸原料需求及其结构变化也导致了隐藏流的结构发生变化, 主要受到国内化石燃料和进口木材隐藏流的影响.我国的能源结构长期以煤炭等化石燃料为主, 煤炭采选过程产生的煤矸石有制备化工原料、肥料和建筑材料等多种综合利用途径, 但目前总体水平并不高[45], 未来应受到重视和发展.木材采伐过程中产生的树皮、树桩、树枝和树梢等伐木损耗收集后打成木屑, 可作为生物质燃料使用, 提供能量; 亦可用作食用菌栽培原料[46]等.未来, 随着相关产业废弃物资源化技术与装备的进步, 造纸业的隐藏流很有可能会得到改善.
2.2.2 输出端2005~2017年间, 中国造纸业纸及纸板产量大幅提高(图 5), 各类产品的产量结构变化较小, 除新闻纸外均呈现上升趋势.瓦楞原纸、箱板纸和白纸板产量增长最多, 分别提高了143%、146%和67%, 主要用于生产各类包装纸盒/箱等.互联网时代网购的兴起以及现代物流的发展, 使得更为价廉且便利的网络消费吸引着越来越多的消费者, 因此包装纸盒/箱的需求仍有可能进一步扩大.新闻纸造纸原料主要为进口废纸, 随着互联网快速发展, 纸质传媒不断被电子传媒所取代, 因此新闻纸产量大幅下降, 由319万t降至235万t, 降幅26%.然而, 我国课本以及党媒报纸的印刷需求依然存在, 且印刷量呈现平稳上升的情况. 2018年上半年, 由于废纸进口不断受限, 新闻纸产量曾大幅减少, 短时间内供应紧张且价格快速上扬, 出版安全面临很大风险.
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图 5 2005~2017中国造纸业纸及纸板产量 Fig. 5 Paper and paperboard production of China's pulp and paper industry from 2005 to 2017 |
我国造纸业输出变化较为明显(表 5), 主要出口物质为纸浆和纸及纸板, 出口量仅占生产量的3%~7%, 主要出口国家为印度、越南、土耳其、马来西亚和日本等.造纸业的三废排放主要以废水为主, 占三废排放总量的95%以上.虽然我国造纸业的三废排放总量在不断下降, 但2017年排放总量仍高达22.3亿t.其中, 随着新鲜水投入量的减少, 废水排放量不断降低, 废水占比略有下降, 这表明了在纸浆结构优化和节水措施双重影响下, 控制废水排放污染的成效显著.因此, 造纸企业除加大废纸制浆造纸比例外, 还可考虑对木材和非木材等生物质原料制浆造纸过程产生的废液进行资源化, 如采用生物质精炼等技术提取乙醇、香兰素和木糖等产品[47], 在提高利用效率的同时减少污染物排放.主要废气污染物的排放量由大到小依次为CO2、SO2、NOx和烟尘, 排放量不断增加主要由于产能大幅提高, 化石能源消耗量的提高增加了废气的排放量.目前, 造纸企业普遍采用石灰石-石膏湿法烟气脱硫技术, 但其存在占地面积大、投资费用高和易结垢等缺点, 可将造纸白泥作为湿法脱硫工艺中的脱硫剂, 通过造纸白泥旋流雾化脱硫除尘一体化技术处理烟气, 平均脱硫效率约99.51%, 平均除尘效率约94.12%[48].燃煤锅炉可采用干法烟气脱硫技术, 对现有湿法脱硫和布袋除尘进行改造, 有效降低“白烟”现象[49].同时, 还可安装排放监控设备, 实时在线监控废气排放量.在固体废物产生方面, 其主要成分是废塑料、泥沙、铁钉、炉渣和污泥等.国内废纸回收过程中, 废纸品质参差不齐, 大多夹杂有废塑料、泥沙和铁钉等, 因此, 未来仍需加大国内回收行业废纸回收的质量审查, 降低废纸含杂率.造纸污泥经过压滤提高干度后, 可与煤掺和作为燃料用于锅炉燃烧[50].
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表 5 2005~2017年中国造纸业输出情况 Table 5 Outputs of China's pulp and paper industry from 2005 to 2017 |
2.3 物质代谢强度
本研究基于吨纸及纸板的DMI和DPO这两个指标考察2005~2017年中国造纸业的物质代谢强度(图 6).吨纸及纸板DMI和DPO分别由2005年的79 t和67 t降至2017年的26 t和20 t, 降幅67%~70%, 说明纸浆原料结构的不断优化以及造纸相关技术的不断进步给我国造纸业的发展带来了较为明显的变化, 造纸业单位产品的资源消耗量和污染物排放大幅降低.废纸制浆造纸过程不产生黑液, 加大废纸浆比例后, 可循环水量提高, 新鲜水消耗量进一步降低.因此, 合理优化纸浆原料结构对降低造纸业资源消耗和促进行业良性发展有重要意义, 应进一步加大废纸制浆造纸比例, 降低木材和非木材的使用.水资源作为输入和输出端的主要部分, 新鲜水消耗量大幅下降, 除了得益于纸浆结构调整降低了水资源的消耗量外, 造纸业的节水措施也取得了巨大成效.吨纸及纸板的DPO下降幅度大于DMI下降幅度, 表明造纸业污染物排放逐步得到控制, 造纸所带来的环境污染逐渐降低, 但二者的下降幅度相差较小, 说明仍需加大控制造纸业污染物排放, 提高各类原材料制浆得率, 降低生产过程损失.
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图 6 2005~2017年中国造纸业物质代谢强度 Fig. 6 Material metabolism intensity of China's pulp and paper industry from 2005 to 2017 |
虽然, 在整体上, 造纸业生产单位纸及纸板的物料输入呈下降趋势, 但不同物料消耗之间的变化差异较大, 其中, 降幅较大的是非木材和新鲜水, 分别下降了76%和69%.非木材降幅较大主要因为非木材造纸的环境影响较大, 产生的黑液难以处理, 该原料逐渐被其他造纸原料所替代.此外, 1 t纸及纸板的生产, 越来越依赖于国内废纸和进口木材的投入, 两者占比分别由2005年的21%和9%上升至2017年的60%和31%.居民回收意识仍需要提高[51], 目前国内废纸回收行业仍缺乏规范, 一直以非规范回收为主体, 通过一些零散的商贩或个人的小型回收中心进行回收.这类回收方式不仅难以形成体系进行管理, 而且回收的废纸品质难以控制, 大量可回收废纸资源损失.因此, 各大纸厂需要加强对打包站进厂纸包的质量检测, 这对于提高废纸回收质量, 健全再生资源循环利用制度具有一定的推动作用.国家在限制进口废纸的相关政策上, 可以考虑根据实际情况, 制定更为完善的政策条例.例如, 尽快出台再生纸原料的国家标准, 对废纸的品质进行定级; 依托再生纸原料标准, 规范再生纸原料的进口管理, 从而保障生产原料稳定供应, 以缓解国内优质造纸原料紧缺的现状.
2.4 循环利用率资源循环利用率在一定意义上可以说明资源持续发展的情况.考虑到各类物质的占比及其重要性, 本研究主要对水的循环利用进行分析(图 7). 2005~2017年, 随着纸及纸板产量的大幅增加, 耗水量也在不断增加, 2017年耗水总量达116亿t, 较2005年的77亿t增长了51%.然而, 生产1t纸及纸板的新鲜水消耗量却在不断降低, 已由76 t降低为23 t, 主要因为循环水占总水耗的比例不断提高. 2005年, 中国造纸业消耗了42亿t的新鲜水和34亿t的循环水, 水循环率仅为45%.近年来, 造纸企业逐步采用新型脱水设备、宽区压榨、全封闭式气罩、热泵和热回收技术等, 并推动改造、淘汰能耗较高的技术和设备, 将自动化控制技术应用于工艺过程及管理中, 自备电厂也由原来的开放供水改为闭式循环模式, 加大了锅炉、汽机冷却水的回收利用, 因此, 造纸业节水节能成效显著. 2017年, 国内造纸业的新鲜水消耗为26亿t, 而循环水量为89亿t, 循环率高达77%, 废水循环利用程度大幅提高.
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图 7 2005~2017年中国造纸业工业循环利用情况 Fig. 7 Water recycling in China's pulp and paper industry from 2005 to 2017 |
(1) 2005~2017年, 中国造纸业物质输入与输出总体呈下降趋势, 其中水的贡献最大.造纸产量提高近一倍, 化石能源消耗量增长23%, 固废和废气排放总量增加17%.造纸工段的水耗、能耗较制浆工段更高, 但制浆工段固废、NOx排放量更高.
(2) 造纸业原料结构变化大, 非木材投入量大幅降低.在国内木材资源紧缺和国内废纸回收率低的双重影响下, 造纸业原料的进口依赖性不断加大.长远来看, 应进一步完善废纸原料的供给体系, 一方面制定再生纸原料的国家标准并规范进口管理, 另一方面加强废纸回收体系建设, 提高国内废纸回收水平.
(3) 造纸业资源消耗和环境污染强度大幅降低. 2005~2017年, 中国造纸业生产1 t纸及纸板DMI和DPO的降幅高达67%~70%, 这得益于原料结构优化、工艺改进和污染控制力度加强等诸多产业升级举措.其中, 节水措施成效显著, 水循环率由45%增至77%.未来造纸业应继续强化绿色环保理念, 推动节能减排进程, 保持健康良性的可持续发展态势.
(4) 在当前国内废纸回收量不足, 进口废纸被禁止的情况下, 需从实施更严格的环保标准和加强植物纤维原料的高效利用等方面加强三废污染治理工作, 进一步完善排污许可证的相关规定, 促进造纸企业形成更加科学、合理的循环经济体系.
| [1] |
李梦丁. 中国纸浆进口贸易研究[D]. 杭州: 浙江大学, 2010. Li M D. Research on the pulp import of China[D]. Hangzhou: Zhejiang University, 2010. |
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