陳 彬 金永祥 黃小軍

(1.中國制漿造紙研究院,北京,100020;2.四川省富順縣福善鎮(zhèn)觀樂中學,四川富順,643204;3.北京石油化工設計院上海分院,上海,200030)

漿紙本色化和低白度化的意義與充要條件

陳 彬1金永祥2黃小軍3

(1.中國制漿造紙研究院,北京,100020;2.四川省富順縣福善鎮(zhèn)觀樂中學,四川富順,643204;3.北京石油化工設計院上海分院,上海,200030)

討論了紙漿漂白的優(yōu)缺點,介紹了紙漿漂白對于我國自然資源和生態(tài)環(huán)境及社會環(huán)境的影響,提出了漿紙本色化和低白度化的意義,分析了實現(xiàn)漿紙本色化應具備的條件。客觀地提出了漿紙本色化低白度化非朝夕所至,需要漫長的過程。

漿紙;本色;漂白;資源;環(huán)境;生態(tài)

當今的造紙產(chǎn)業(yè)已經(jīng)成為了國民經(jīng)濟的重要基礎原材料產(chǎn)業(yè),紙及紙板的消費水平更是衡量一個國家現(xiàn)代化水平和文明程度的重要標志[1]。2009年我國紙和紙板總產(chǎn)量已經(jīng)達到 8640萬 t,消費總量達到了8569萬 t[2],成為了世界第一大紙張生產(chǎn)和消費國。在環(huán)境保護和資源節(jié)約倍受關注的今天,我國造紙行業(yè)對環(huán)境的影響和對資源的消耗越來越受到人們的重視。漿紙生產(chǎn)過程中尤其是漂白產(chǎn)品需要使用數(shù)種甚至數(shù)十種化學品,會產(chǎn)生一定污染,有的污染物還將對人類的生存產(chǎn)生不可逆轉(zhuǎn)的影響;同時漿紙的生產(chǎn)過程中需要消耗大量的資源尤其是淡水資源。那么紙漿能否不漂白?在主張工業(yè)可持續(xù)發(fā)展、實現(xiàn)循環(huán)生產(chǎn)、發(fā)展低碳經(jīng)濟的今天,關于漿紙本色化的問題越來越受到社會環(huán)保人士和眾多從業(yè)人員的關注,而且已有遠見卓識的先行者為漿紙的本色化積極奔走吶喊。筆者也就“漿紙本色化”這一熱點話題發(fā)表一些個人的看法,希望能起到拋磚引玉的作用。

1 紙漿漂白的目的

從專業(yè)角度來講,紙漿漂白的主要目的就是為了將紙漿中殘余木素和發(fā)色基團除掉,按需要提高紙漿的白度[3]。紙漿在漂白過程中,往往會使用各種各樣的具有氧化性或還原性的化學漂白劑,如氯氣、次氯酸鹽、二氧化氯和過氧化氫及連二亞硫酸鈉等,進行漂白處理。通過化學作用盡可能多地脫出制漿后紙漿中殘存的木素并改變其他發(fā)色物質(zhì)的吸光性能,使紙漿進一步純化,進而實現(xiàn)提高紙漿白度的目的[3]。從市場的角度來說,紙漿的漂白就是為了使紙漿有一個所謂“潔白”、“光鮮亮麗”的表象,以利于紙漿的銷售。而從功能上來說,紙漿漂白則是為了生產(chǎn)出高白度的紙張,使最終紙產(chǎn)品有一個“潔白如玉”的賣相。

如果從生態(tài)環(huán)境的保護和資金資源的節(jié)約及使用功能上來看,紙漿的漂白弊大于利。

2 漿紙本色化和低白度化的意義

2.1 紙漿本色化的意義

紙漿的漂白主要是采用漂白劑在一定的條件下(如,一定的反應溫度、漿料濃度、反應時間及化學品用量等)對紙漿進行化學和物理作用,從而脫除紙漿中殘留的木素和一些其他物質(zhì)[3]。由于化學品的作用對象存在不確定性,因此,紙漿在進行漂白過程中不可避免地會導致碳水化合物 (纖維素和半纖維素)的降解損失。而為了實現(xiàn)高白度,目前紙漿的漂白流程通常多段化,漂白劑也采用更高效的氧化型漂白劑。例如,現(xiàn)在研究較為廣泛的無元素氯漂白(ECF)流程就有 ODED、D0EopD1D2、OD1EoD2、OD1EopD2和 DEOPDPO等,而全無氯漂白 (TCF)流程則有 OQ(PO)(PO)、O(Q)(PO)(ZQ)(PO)、EOZQPO、EPPO1PO2和 EOPAPO1PO2等[3-8]。

上述各流程均為多段漂白流程,各流程中均使用了多種化學品,尤其是多種氧化性漂白劑;并且在各漂白段之間還進行了洗滌濃縮處理,消耗設備投資的同時將在運行過程中耗費大量淡水資源和能源。而紙漿經(jīng)過如上述的各流程的多段漂白后,由于各漂白工段之間的洗滌損失和碳水化合物的化學降解損失及木素的脫除等會不可避免地導致漂后漿料得率的下降,通常經(jīng)過多段漂白后紙漿的得率會降低 6%～10%(視生產(chǎn)系統(tǒng)與漂白流程而異)。同時,為了洗凈經(jīng)各工段化學處理后的紙漿,在漂白過程中需要消耗大量的新鮮水,并投入相當大的設備規(guī)模等。一般情況下,漂白廢水不能夠回用或回用率有限,尤其是在含氯漂劑或有酸處理的漂白系統(tǒng)中,漿料的漂白廢水和漂后洗滌廢水均不能夠正?；赜?形成的中段水將進入污水處理場,進行污水處理。由于漂白廢水中含有較高的 COD、BOD、SS及 AOX等污染性物質(zhì) (如表 1),為了降低其中的有害物質(zhì),需要對其進行長時間和多段的生化處理,投入大量的資金和費用。雖然 COD、BOD、SS和AOX經(jīng)過多方式處理后能夠達標排放,但是其中的富營養(yǎng)成分 (N、P、K等)和殘存的 COD、BOD、SS和 AOX同樣會對環(huán)境造成累積性污染[9];而由于其中的各種化學品以酸或堿或鹽的形式存在于水體中,長期的排放,仍將對自然環(huán)境和水體產(chǎn)生酸堿或鹽的累積污染。

通常,以含氯漂劑尤其是含元素氯漂劑為主要漂白化學品的流程所產(chǎn)生的漂白廢水中會產(chǎn)生相對更多的 AOX。現(xiàn)代科學研究發(fā)現(xiàn),漂白廢水中的 AOX含有一種二惡英類物質(zhì),該類物質(zhì)為脂溶性的累積性物質(zhì)[4,10]。更深入的研究認為,AOX尤其是其中的二惡英類化合物是劇毒性物質(zhì),其毒性相當于氰化鉀(KCN)的 1000倍以上,是目前發(fā)現(xiàn)的無意識合成的副產(chǎn)品中毒性最強的化合物,被稱為 “地球上最強的毒物”[10-11],具有較強的致畸作用、致癌作用。作為 POPs公約的重要成員國,我國有義務更有責任減少并消除具有毒副作用的 AOX尤其是二惡英的產(chǎn)生,而紙漿本色化則可以杜絕漂白過程中 AOX及二惡英的人為產(chǎn)生。

由上述可知,紙漿漂白會導致資源的無效消耗以及環(huán)境的嚴重污染。因此,實現(xiàn)紙漿本色化將可以節(jié)約資源,保護環(huán)境。以一個年產(chǎn) 10萬 t漂白化學木漿的企業(yè)為例,如果實現(xiàn)紙漿本色化,將可以取締漂白工段,減少企業(yè)漂白投資的同時節(jié)約木材資源超過95000 m3/a(此處,細漿得率以 50%計,漂損以 8%計,木材密度按 0.4×103kg/m3計);減少蒸汽用量21.42萬 t(以 D0EOPD1漂白流程計算,噸漿耗汽1.8 t計),相當于節(jié)省標煤 2.68萬 t;降低新鮮水資源的消耗超過 357萬 t/a(漂白過程噸漿耗水以 30 m3計),進而避免大量漂白廢水的產(chǎn)生;節(jié)省了漂白廢水的處理成本;避免了漂白化學品的使用;徹底杜絕新的 AOX的產(chǎn)生和 COD、BOD和 SS的增加。

我國是一個資源短缺的國家,尤其是森林資源極度貧乏,可用于工業(yè)生產(chǎn)的木材蓄積量有限,其中可用于制漿造紙的木材纖維資源更是嚴重缺乏。我國的“第六次全國森林資源清查及森林資源狀況”顯示：目前我國森林覆蓋率只有 18.21%,人均森林面積為0.132 hm2,不到世界平均水平的 1/4,我國人均森林蓄積量僅為 9.421 m3,不足世界平均水平的 1/6,是世界人均森林蓄積量最低的國家之一[13]。雖然我國政府近年相繼實施了 “退耕還林”,并在造紙行業(yè)推行了“林漿紙一體化工程”等一系列育林政策,但是“遠水解不得近渴”,林木的生長和森林的蓄積非一朝一夕所能實現(xiàn),森林資源的成熟短則需要數(shù)十年,長則上百年。因此,保護我國僅有的林木資源意義重大。如果能夠在生產(chǎn)生活中合理高效地利用我國僅有的造紙纖維資源就等于保護了我國的森林資源。據(jù)統(tǒng)計,2009年我國原生木漿產(chǎn)量 551萬 t[2],如果其中 50%實現(xiàn)本色化,則可以增產(chǎn)本色木漿 5.2345萬 t,節(jié)約木材 27.55萬 m3(細漿得率以 50%計,漂損以 8%計,木材密度按 0.4×103kg/m3計,木片合格率以 95%計),可以有效保護我國的成材活立木資源。

表1 幾種廢水主要污染物含量

我國也是一個嚴重缺水的國家,是目前全球 12個人均水資源最貧乏的國家之一,淡水資源總有量約2.7 Tm3,僅為世界平均水平的 1/4、美國的 1/5,在世界上名列 121位,可供開發(fā)利用的淡水資源量不足1.1 Tm3[14-15]。如果 2009年我國自產(chǎn)的 1726萬 t的原生漿[2]中有 1/3本色化,則可以減少 17256萬 m3的新鮮水資源開采 (以漂白過程噸漿耗水 30 m3計),避免相應量的廢水排放,減少 14.21萬 t的 CODCr的產(chǎn)生 (細漿得率以 50%計,漂損以 8%計,1 t原料以產(chǎn)生 CODCr1.30 t計[16]);紙漿不漂白還將節(jié)約漂白劑 55萬 t(漂白過程化學品總用量折算以有效氯用量 8%計),節(jié)約標煤 154萬 t以上 (D0EOPD1流程漂白噸漿耗標煤以 0.225 t計);同時減少大量的溫室氣體排放。

應該明確的是,紙漿的本色化并非只允許生產(chǎn)本色的紙漿。而可以通過蒸煮工藝的調(diào)整得到不同白度不同硬度的紙漿,或采用更環(huán)保的低投資的方法對紙漿進行半漂處理,尤其是進行氧脫木素處理,適當改變紙漿的白度,以滿足紙張的特殊需要。研究證明,紙漿經(jīng)過氧脫木素后白度可以達到 50%以上[5,17-19],若配以商品木漿便可以抄造白度適宜的各種紙張;而紙漿氧脫木素后的廢水和洗滌廢水則可以用作紙漿的洗漿水,并最終送去回收工段處理。

綜上可見,紙漿本色化有利于森林和淡水資源的節(jié)約和環(huán)境的保護及降低生產(chǎn)成本。即紙漿的本色化環(huán)境效益、社會效益和經(jīng)濟效益顯著。

2.2 紙張本色化和低白度化的意義

為了使紙產(chǎn)品更潔白更鮮亮,通常紙張生產(chǎn)過程中會添加熒光增白劑或顯白劑。據(jù)資料顯示,熒光增白劑有致癌作用,對人體健康有很大害處[20];同時各種增白劑或者顯白劑的運用還會對水體產(chǎn)生污染。為了匹配高白度紙張,生產(chǎn)過程中所有助劑幾乎無一例外地也需要達到高白度,例如填料、顏料等;而最終生產(chǎn)出來的高白度紙張對人的健康反而有害。據(jù)研究,如果長時間注視高白度紙張,一段時間后正常人就會感覺到眼睛刺痛,不舒服,眼睛容易疲勞甚至流淚;對還處在發(fā)育期的青少年,如視網(wǎng)膜長時間受到高白度的刺激,將會視力產(chǎn)生較大的影響[20]。因此,從紙張的功能和使用角度及健康方面分析,紙張不需高白度。例如,我們司空見慣的生活用紙 (廁紙、擦手紙、餐巾紙等),其功能要求是：只要能滿足具有一定強度、具有高吸水性和蓬松度及相應的柔軟度即可,對于是否白色或高白度無關緊要。

實現(xiàn)紙張本色化將取消增白劑和顯白劑的運用,降低成本,減少污染,并保護人體健康;同時可以帶動相關產(chǎn)業(yè)向環(huán)保型轉(zhuǎn)變。例如紙張本色化后所用填料 (碳酸鈣、滑石粉等)和顏料 (高嶺土等)則不需要達到高白度,甚至不需要進行漂白,降低生產(chǎn)成本,同時保護環(huán)境。

當然,紙張的本色化并非千篇一律地生產(chǎn)和銷售本色紙張或低白度紙張,而是可以包容不同白度的紙產(chǎn)品;從環(huán)保和節(jié)約資源的角度鼓勵低碳生活,提倡盡管消費低白度或本色紙張。

綜上所述,漿紙本色化能夠節(jié)約資源,保護環(huán)境,降低成本,其社會效益、環(huán)境效益及經(jīng)濟效益顯著,意義重大。

3 漿紙本色化和低白度化的前提

雖然漿紙本色化社會效益、經(jīng)濟效益和環(huán)境效益明顯,但是漿紙的本色化不可能一蹴而就,它的實現(xiàn)是一個漫長的過程,還有待多方條件的不斷成熟。

(1)漿紙本色化需要消費者消費觀念的轉(zhuǎn)變

漿紙要實現(xiàn)本色化首先需要人們轉(zhuǎn)變其消費觀念。當今社會,人們存在一個消費誤區(qū),通常認為“白”即等于“衛(wèi)生和健康及有檔次”。在我國民間,白色往往預示著潔凈、衛(wèi)生、高檔、華麗。例如,在生活上常以“白”作為干凈的評價標準,在審美方面更是以“白”為美。殊不知 “白”并不一定就代表衛(wèi)生和健康。紙漿漂白過程中,漂劑與纖維作用后纖維上結合或吸附了漂劑的成分或有反應生成物,這些物質(zhì)含量超過一定量,尤其是 AOX類,將對人體產(chǎn)生危害[10-11]。何況紙漿“白”的代價是資源的浪費和環(huán)境的惡化。如果人們消費觀念轉(zhuǎn)變了,消費意識提高了,市場不再接受亮白尤其是高白度漿紙產(chǎn)品了,那么漿紙本色化則指日可待。

因此,對于紙張的低白度、本色化還需要進行更廣泛的宣傳和更深入的教育,通過相關教育和環(huán)保知識的普及來轉(zhuǎn)變?nèi)藗兊南M觀念,為漿紙的低白度、本色化創(chuàng)造條件。

(2)漿紙低白度、本色化需要政府支持

漿紙要實現(xiàn)低白度、本色化離不開政府的支持。環(huán)境問題、資源問題及社會問題非普通百姓能夠左右,需要政府出臺相應的法律、法規(guī)及政策。通過政策的強制性進行管理,漿紙低白度、本色化才更有希望。例如,通過制定國家或者行業(yè)標準,限制成品漿紙產(chǎn)品的最高白度值,或者如同國家的“限塑令”一樣,通過法律形式禁止生產(chǎn)白度超過規(guī)定的漿紙產(chǎn)品,并禁止采用某些高危性漂白劑等,從而實現(xiàn)漿紙的低白度、本色化,進而保護資源和降低污染。

(3)漿紙低白度、本色化還需要技術的支持

漿紙要低白度、本色化還需要有足夠的技術支持。漿紙的低白度、本色化并非簡單的不漂白即可。未漂漿料,其生產(chǎn)條件不同,有時其白度和卡伯值可以相差幾十個單位值。因此,對于本色紙漿的蒸煮技術需進行更深入的研究。另外,筆者在研究開發(fā)低白度和本色漿配抄中高檔文化用紙的過程中發(fā)現(xiàn),由于制漿過程中受原料、蒸煮工藝、制漿條件及設備穩(wěn)定性等諸多因素的影響,導致相同工藝條件的不同批次紙漿其白度和硬度不盡相同。紙漿的色度差異會致使紙張的色度產(chǎn)生差異,如何穩(wěn)定相同工藝本色漿料產(chǎn)品的色度值,還需要進行更多的針對性研究。而廣告業(yè)或包裝業(yè)對紙張色彩要求比較豐富,因此,有關低白度或者本色漿的染色或彩色印刷性能情況未曾見諸較多報道,此方面也需要進行相關性研究,以積累更豐富的經(jīng)驗。

因此,漿紙的低白度、本色化并非一朝一夕的工程,還需要進行長期宣傳和普及,進行更深入的研究探索,并有待多方條件的成熟才可能真正實現(xiàn)。

4 結 語

大力發(fā)展綠色經(jīng)濟、低碳經(jīng)濟和循環(huán)經(jīng)濟,節(jié)約資源,保護生態(tài)環(huán)境是人類實現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展的前提,也是未來生產(chǎn)生活的發(fā)展方向。漿紙的本色化和低白度化可以實現(xiàn)資源的充分高效利用進而節(jié)約資源;可以降低污染物的產(chǎn)生和排放進而保護生態(tài)環(huán)境;可以減少生產(chǎn)投資節(jié)約成本進而提高經(jīng)濟效益。雖然漿紙實現(xiàn)本色化和低白度化還有很長的路要走,還需要我們做出更多的努力,但可喜的是國內(nèi)已經(jīng)有企業(yè)就漿紙本色化進行嘗試,并生產(chǎn)出相關產(chǎn)品[16]。雖然企業(yè)的數(shù)量有限,產(chǎn)品種類有限,但是星星之火可以燎原,有理由相信,在這些企業(yè)的引領下,隨著人們環(huán)保意識的提高和消費觀念的轉(zhuǎn)變以及政府相關政策的出臺,漿紙的本色化和低白度化將不會太久遠。

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(責任編輯：常 青)

The Sign ificance of Reducing Pulp&Paper's Brightness

CHEN Bin1,＊J IN Yong-xiang2HUANG Xiao-jun3
(1.China National Pulp&Paper Research Institute,Beijing,100020;2.Fushun County Guanle Junior High School of Sichuan Province,Fushun,Sichuang Province,643204;3.Shanghai B ranch of Beijing Petrochemical Design Institute,Shanghai,200030)
(＊ E-mail：apmp@163.com)

In this article,the advantage and disadvantage of pulp bleaching,and the impact of pulp bleaching on nature resources consumption and ecological entivonment and social environment were discussed.The significance of reducing paper's brightness and the reasons of developing semi-bleached or unbleached papers were discussed.Finally the authors pointed out that it would take long time to convince the market to accept the lower brightness paper products.

pulp&paper;unbleached;bleaching;resource;environment;ecologic

TS7

A

0254-508X(2011)01-0071-04

陳 彬先生,工程師;主要從事制漿、漂白及相關技術的研究。

2010-10-09(修改稿)