閆月婷 米 展 廖傳華，* 馮志祥 季紅飛

(1.南京工業(yè)大學(xué)機(jī)械與動力工程學(xué)院，江蘇南京，211816;2.南京工業(yè)大學(xué)總務(wù)處，江蘇南京，211816;3.江蘇省節(jié)約用水辦公室，江蘇南京，210029)

利用廢紙?zhí)娲w維 (如木材等)造紙，可以實現(xiàn)資源節(jié)約，減少污染物排放、降低造紙成本，具有良好的經(jīng)濟(jì)效益，越來越受到世界各國的重視。最大限度地回收利用廢紙是我國造紙行業(yè)實現(xiàn)清潔生產(chǎn)和持續(xù)發(fā)展的戰(zhàn)略要求。有關(guān)資料表明，我國的廢紙漿產(chǎn)量已占總紙漿產(chǎn)量的60%以上，廢紙漿已成為我國造紙行業(yè)的主要漿種。

以廢紙為原料的造紙過程的用水節(jié)點很多，用水量很大。我國是世界上嚴(yán)重缺水的國家之一，如何節(jié)約用水已成為廢紙造紙的一個重要環(huán)節(jié)。廢紙造紙企業(yè)積極開展節(jié)水減排工作，對于節(jié)約用水、減少廢水的排放、降低企業(yè)的運行成本、實現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展非常重要。

目前我國以廢紙為原料的造紙企業(yè)尚未建立科學(xué)、合理、適用的節(jié)水減排評價體系，為此，本課題結(jié)合廢紙造紙生產(chǎn)的用水、排水現(xiàn)狀，嘗試構(gòu)建一套科學(xué)合理的節(jié)水減排評價體系，由此來確定節(jié)水減排目標(biāo)，促進(jìn)廢紙造紙企業(yè)節(jié)水減排工作的有效開展。

1 生產(chǎn)過程的工藝流程及用水和排水

1.1 生產(chǎn)過程的工藝流程

廢紙制漿可分為兩類:一類是脫墨漿，主要用于生產(chǎn)新聞紙、印刷書寫紙、雜志紙和涂布紙等;另一類是非脫墨漿，主要用于生產(chǎn)包裝紙、瓦楞原紙和箱紙板等。

目前使用廢紙造紙的工藝很多，但基本流程是一樣的，主要工序包括:廢紙?zhí)幚砉ざ?(包括廢紙輸送、拆包和碎漿)、制漿工段 (包括篩選、熱分散或脫墨及漂白)、備漿工段 (包括磨漿、配漿等)、造紙工段 (包括流送、濕部、干部)和完成工段 (包括成品分切、復(fù)卷、打包等)。

1.2 用水

廢紙造紙過程中的用水節(jié)點較多，主要有:廢紙?zhí)幚砉ざ蔚乃闈{，制漿工段的篩選、漂白，備漿工段的磨漿、配漿等，造紙工段的流送、濕部、干部等。從工藝用水的角度看，制漿和造紙兩部分的聯(lián)系非常密切，所以在考慮水的使用時，必須把制漿和造紙兩部分聯(lián)系在一起［1］。

1.3 廢水的產(chǎn)生與排放

廢紙制漿廢水的主要來源是:篩選和除渣時排渣排出的廢水，洗滌、濃縮和污泥處理時濾液及系統(tǒng)中的多余白水。廢水中的污染物主要成分是:①固體懸浮物，包括細(xì)小纖維、無機(jī)填料、涂料、油墨微粒及微量的膠體和塑料等;②可生化降解有機(jī)物，主要是纖維素或半纖維素的降解物，或是淀粉等碳水化合物及蛋白質(zhì)、膠黏劑等，形成廢水中的COD;③有色物質(zhì)，由油墨、染料及木素等化合物形成廢水的色度。雖然實現(xiàn)廢水的循環(huán)利用可以減少新鮮水的用量，達(dá)到節(jié)水減排的目的，但隨著廢水的不斷循環(huán)使用，廢水中各類有機(jī)雜質(zhì)、微小顆粒、金屬離子、膠體物質(zhì)等的含量都會隨回用次數(shù)的增加而增加，濃度會隨著新鮮水補(bǔ)充量的減少而增加。

非脫墨制漿工藝的廢紙生產(chǎn)過程，其產(chǎn)生的廢水量及廢水中COD、BOD等污染負(fù)荷比脫墨制漿工藝的廢紙生產(chǎn)過程產(chǎn)生廢水的污染負(fù)荷低得多。洗滌法脫墨的用水量遠(yuǎn)高于浮選脫墨，但其污染物濃度較低，而污染負(fù)荷比浮選法高一些;對于脫墨廢水而言，用于生產(chǎn)薄頁紙等高檔用紙的脫墨漿的廢水，其SS、COD、BOD以及溶解性膠體物質(zhì)等污染物排放量要比生產(chǎn)新聞紙的高［2］。

2 節(jié)水減排評價體系的構(gòu)建

由上述分析可以看出，廢紙造紙過程中的用水節(jié)點較多，用水量和排水量也較大，因此在廢紙造紙企業(yè)大力開展節(jié)水減排改造已成為國內(nèi)外普遍關(guān)注的焦點。目前，雖然各廢紙造紙企業(yè)都已進(jìn)行了一定程度的節(jié)水減排改造，但對不同企業(yè)進(jìn)行改造所取得的節(jié)水減排效果無法進(jìn)行定量評價，因此，有必要結(jié)合廢紙造紙企業(yè)的工藝流程、用水節(jié)點及用水和排水量，構(gòu)建一套科學(xué)合理的評價體系，以便對不同企業(yè)進(jìn)行的節(jié)水減排改造進(jìn)行評價，也為進(jìn)一步開展節(jié)水減排改造指明方向。

2.1 指標(biāo)體系構(gòu)建的原則

節(jié)水減排評價體系是運用特定的指標(biāo)和標(biāo)準(zhǔn)，采用科學(xué)的方法，對節(jié)水減排工作的進(jìn)展和成效進(jìn)行評判，是衡量企業(yè)節(jié)水減排水平的一種尺度［3］。為保證評價體系的科學(xué)性與規(guī)范性，構(gòu)建時應(yīng)遵循以下原則:

(1)典型性原則。務(wù)必確保評價指標(biāo)具有一定的典型代表性，盡可能準(zhǔn)確反映出廢紙造紙企業(yè)節(jié)水減排的綜合特征，即使在減少指標(biāo)數(shù)量的情況下，也要便于數(shù)據(jù)計算和提高結(jié)果的可靠性。另外，評價指標(biāo)體系的設(shè)置、權(quán)重在各指標(biāo)間的分配及評價標(biāo)準(zhǔn)的劃分都應(yīng)該與廢紙造紙企業(yè)的現(xiàn)狀相適應(yīng)。

(2)簡明科學(xué)性原則。各指標(biāo)體系的設(shè)計及評價指標(biāo)的選擇必須以科學(xué)性為原則，能客觀真實地反映廢紙造紙企業(yè)節(jié)水減排的特點和狀況，能客觀全面反映出各指標(biāo)之間的真實關(guān)系。各評價指標(biāo)應(yīng)該具有典型代表性，不能過多過細(xì)，使指標(biāo)過于繁瑣，相互重疊，指標(biāo)又不能過少過簡，避免指標(biāo)信息遺漏，出現(xiàn)錯誤、不真實現(xiàn)象，并且數(shù)據(jù)易獲且計算方法簡明易懂。

(3)可比、可操作、可量化原則。指標(biāo)選擇上，特別注意在總體范圍內(nèi)的一致性，指標(biāo)體系的構(gòu)建是為廢紙造紙企業(yè)的節(jié)水減排指明方向，指標(biāo)選取的計算量度和計算方法必須一致統(tǒng)一，各指標(biāo)盡量簡單明了、微觀性強(qiáng)、便于收集，各指標(biāo)應(yīng)該要具有很強(qiáng)的現(xiàn)實可操作性和可比性。而且，選擇指標(biāo)時也要考慮能否進(jìn)行定量處理，以便于進(jìn)行數(shù)學(xué)計算和分析。

(4)綜合性原則。實現(xiàn)廢紙造紙企業(yè)的節(jié)水減排是構(gòu)建評價體系的最終目標(biāo)，也是綜合評價的重點。在相應(yīng)的評價層次上，全面考慮影響廢紙造紙企業(yè)節(jié)水減排的諸多因素，并進(jìn)行綜合分析和評價。

2.2 評價指標(biāo)的選取

在上述原則的指導(dǎo)下，針對廢紙造紙企業(yè)節(jié)水減排評價指標(biāo)體系的內(nèi)涵和特征，在廣泛查閱資料的基礎(chǔ)上，本課題根據(jù)企業(yè)的取水、用水和排水的實際情況，篩選了直接反映生產(chǎn)過程的用水與排水狀態(tài)的相關(guān)指標(biāo)，包括:取水指標(biāo) (如單位產(chǎn)品用水量、新鮮水利用系數(shù))、用水指標(biāo) (如蒸汽冷凝水回用率、達(dá)標(biāo)廢水回用率)、排水指標(biāo) (如COD排放強(qiáng)度、氨氮排放強(qiáng)度和行業(yè)敏感排放強(qiáng)度)等，用于評價企業(yè)節(jié)水減排的成效。

2.2.1 單位產(chǎn)品用水量

企業(yè)生產(chǎn)單位產(chǎn)品的總用水量，為取水量和回用水量之和。

單位產(chǎn)品用水量按式 (1)計算。

式中，Vin為單位產(chǎn)品用水量，m3;Vi為在一定的計量時間內(nèi)，生產(chǎn)過程中取水量，m3;Vr為在一定的計量時間內(nèi)，生產(chǎn)過程中回用水量，m3;Q為在一定的計量時間內(nèi)的產(chǎn)品產(chǎn)量。

2.2.2 新鮮水利用系數(shù)

新鮮水利用系數(shù)為在一定計量時間 (年)內(nèi)，生產(chǎn)過程中使用的新鮮水量與外排水量之差與新鮮水量的比值，可由式 (2)計算。

式中，q為新鮮水利用系數(shù);A為生產(chǎn)過程中使用的新鮮水量，m3;C為生產(chǎn)過程中外排水量，m3。

2.2.3 蒸汽冷凝水回用率

蒸汽冷凝水回用率是考核蒸汽冷凝水回收用于鍋爐給水程度的專項指標(biāo)，它是重復(fù)利用率的一個組成部分。蒸汽冷凝水回用率是指在生產(chǎn)中，用于鍋爐給水的蒸汽冷凝水回收量占鍋爐蒸汽發(fā)汽量的百分比，可用式 (3)表示。

式中，p為蒸汽冷凝水回用率，%;D為蒸汽冷凝水回收量，m3;E為鍋爐蒸汽發(fā)汽量，m3。

2.2.4 達(dá)標(biāo)廢水回用率

達(dá)標(biāo)廢水回用率是指回用的廢水量占廢水排放量的比例，可按式 (4)進(jìn)行計算。

式中，s為達(dá)標(biāo)廢水回用率，%;T為回用的廢水量，m3;U為排放的廢水總量，m3。

2.2.5 COD排放強(qiáng)度

COD排放強(qiáng)度就是指單位時間內(nèi)排出的廢水中COD的總量。

2.2.6 氨氮排放強(qiáng)度

氨氮排放強(qiáng)度指單位時間內(nèi)排出的廢水中氨氮的總量。

2.2.7 行業(yè)敏感排放強(qiáng)度

行業(yè)敏感排放強(qiáng)度指單位時間內(nèi)排放的廢水中行業(yè)特有的某種污染物的總量。對于廢紙造紙而言，是指重金屬的總量。

2.3 權(quán)重值的確定

確定權(quán)重值的方法有很多［4-7］，根據(jù)選取的評價指標(biāo)，本課題采用層次分析法［8］(Analytic Hierarchy Process，簡稱AHP)。層次分析法是美國運籌學(xué)家匹茨堡大學(xué)教授薩蒂 (Saaty T L)提出的一種層次權(quán)重決策分析方法。該方法是一種解決多目標(biāo)復(fù)雜問題的定性與定量相結(jié)合的決策分析方法。將定量分析與定性分析結(jié)合起來，用決策者的經(jīng)驗判斷各衡量目標(biāo)能否實現(xiàn)的標(biāo)準(zhǔn)之間的相對重要程度，并合理地給出每個決策方案的每個標(biāo)準(zhǔn)的權(quán)數(shù)，利用權(quán)數(shù)求出各方案的優(yōu)劣次序，有效地應(yīng)用于那些難以用定量方法解決的課題。運用層次分析法構(gòu)造系統(tǒng)模型時，大體可以分為以下幾個步驟。

2.3.1 建立層次結(jié)構(gòu)模型

構(gòu)建圖1所示的廢紙造紙企業(yè)節(jié)水減排評價體系框圖。該指標(biāo)體系包括3個層次:第一層為目標(biāo)層(A)，即廢紙造紙企業(yè)節(jié)水減排評價體系;第二層為準(zhǔn)則層 (B)，包括取水指標(biāo)、用水指標(biāo)和排水指標(biāo);第三層為指標(biāo)層 (C)，由2.2節(jié)所述的7個指標(biāo)組成，反映了準(zhǔn)則層的3個具體指標(biāo)情況，最終構(gòu)成廢紙造紙企業(yè)節(jié)水減排評價體系。

圖1 廢紙造紙企業(yè)節(jié)水減排評價體系框圖

2.3.2 構(gòu)造判斷 (成對比較)矩陣

判斷矩陣的元素Bij用Santy的1～9標(biāo)度方法給出。

表1 評價體系的判斷矩陣

2.3.3 確定指標(biāo)權(quán)重

計算每個判斷矩陣的權(quán)重向量和全體判斷矩陣的合成權(quán)重向量。各指標(biāo)權(quán)重可按式 (5)進(jìn)行計算。

式中，ωi(i=1，2，…，n)為所求的權(quán)重值;bij為判斷矩陣中的元素值;n為某一判斷準(zhǔn)則的影響因素。

將表1中的數(shù)據(jù)代入式 (5)中，可得準(zhǔn)則層的權(quán)重B'=(0.106，0.487，0.186)，將權(quán)重進(jìn)行歸一化處理，可得B=(0.136，0.625，0.239)。

2.3.4 進(jìn)行一致性檢驗

只有當(dāng)判斷矩陣具有完全和滿意的一致性時，得到的權(quán)重才有效。為了檢驗矩陣的一致性，需求取矩陣的最大特征值λmax，并按式 (6)計算一致性指標(biāo)CI值。

根據(jù)計算得到的CI值，即可按式 (7)計算隨機(jī)一致性比率CR。

式中，CR為判斷矩陣隨機(jī)一致性比率;CI為判斷矩陣偏離一致性指標(biāo);RI為判斷矩陣平均隨機(jī)一致性指標(biāo)，對于1～9階判斷矩陣，RI的取值如表2。

表2 RI的取值

n為3時，計算得到判斷矩陣的最大特征值λmax為3.02，代入式 (6)，得CI=0.01;將得到的CI值代入式 (7)中，得到CR=0.02＜0.1，滿足一致性要求。

2.3.5 求子指標(biāo)的權(quán)重

采用指標(biāo)權(quán)重計算方法確定指標(biāo)層的權(quán)重，最終得到廢紙造紙企業(yè)節(jié)水減排評價體系各指標(biāo)的權(quán)重，見表3。

表3 廢紙造紙企業(yè)節(jié)水減排評價體系子指標(biāo) (指標(biāo)層)權(quán)重

綜合上述各評價指標(biāo)及其相應(yīng)的權(quán)重，可建立廢紙造紙企業(yè)節(jié)水減排評價體系，如圖2所示。

圖2 廢紙造紙企業(yè)節(jié)水減排評價體系

3 節(jié)水減排效果評價

3.1 節(jié)水減排效果的考核

工業(yè)企業(yè)節(jié)水減排評價指標(biāo)的考核評分，以企業(yè)在考核年度 (一般以一個生產(chǎn)年度為一個考核期，并與生產(chǎn)年度同步)各項指標(biāo)實際達(dá)到的數(shù)值為基礎(chǔ)進(jìn)行計算，綜合得出該企業(yè)評價指標(biāo)的總分值［9-11］。評價指標(biāo)從其數(shù)值情況來看，可分為兩類情況:一類是該指標(biāo)的數(shù)值越低 (小)越符合節(jié)水減排的要求;另一類是該指標(biāo)的數(shù)值越高 (大)越符合節(jié)水減排的要求。因此，指標(biāo)評分應(yīng)根據(jù)其類別采用不同的計算模式。

對指標(biāo)數(shù)值越高 (大)越符合節(jié)水減排要求的指標(biāo)，可按式 (8)進(jìn)行計算。

對指標(biāo)數(shù)值越低 (小)越符合節(jié)水減排要求的指標(biāo)，其計算可按式 (9)進(jìn)行計算。

式中，Si為第i項評價指標(biāo)的單項評價指數(shù);Sxi為第i項評價指標(biāo)的實際值 (考核年度實際達(dá)到值);Soi為第i項評價指標(biāo)的評價基準(zhǔn)值。

通過對各項指標(biāo)的實際達(dá)到值、評價基準(zhǔn)值和指標(biāo)的權(quán)重值進(jìn)行計算和評分，綜合考評企業(yè)實施節(jié)水減排的狀況和程度。

為了合理地綜合各單項評價指數(shù)，避免相互替代干擾，特做出如下規(guī)定:達(dá)到或超過評價基準(zhǔn)值的算作滿分，即單項評價指數(shù)Si大于1.0的，均取1.0為其指數(shù)。評價指標(biāo)總分值按 (10)進(jìn)行計算。

式中，PT為評價指標(biāo)總分值;n為參與評價考核指標(biāo)總數(shù);Si為第i項評價指標(biāo)的單項評價指數(shù);Ki為第i項評價指標(biāo)的權(quán)重值。

若某項一級指標(biāo)中實際參與定量評價考核的二級指標(biāo)項目數(shù)少于該一級指標(biāo)所含全部二級指標(biāo)項目數(shù)(由于該企業(yè)沒有與某二級指標(biāo)相關(guān)的生產(chǎn)設(shè)施所造成的缺項)時，在計算中應(yīng)將這類一級指標(biāo)所屬各二級指標(biāo)的權(quán)重值均予以相應(yīng)修正，修正后各相應(yīng)二級指標(biāo)的權(quán)重值可按式 (11)進(jìn)行計算。

式中，Aj為第j項一級指標(biāo)中，各二級指標(biāo)權(quán)重值的修正系數(shù)。Aj=A1/A2，A1為第j項一級指標(biāo)的權(quán)重值;A2為實際參與考核的屬于該一級指標(biāo)的各二級指標(biāo)權(quán)重值之和。

如由于企業(yè)未統(tǒng)計該項指標(biāo)值而造成缺項，則該項考核分值為零。

3.2 節(jié)水減排企業(yè)評定標(biāo)準(zhǔn)

對廢紙造紙企業(yè)節(jié)水減排水平的評價，是以其節(jié)水減排綜合評價指數(shù)為依據(jù)的，對達(dá)到一定綜合評價指數(shù)的企業(yè)，分別評定為節(jié)水減排先進(jìn)企業(yè)或節(jié)水減排達(dá)標(biāo)企業(yè)。根據(jù)目前我國廢紙造紙企業(yè)的實際情況，不同等級節(jié)水減排企業(yè)的綜合評價指數(shù)列于表4。

表4 廢紙造紙企業(yè)不同等級節(jié)水減排綜合評價指數(shù)

按國家現(xiàn)行水資源保護(hù)政策法規(guī)以及產(chǎn)業(yè)政策要求，凡參評企業(yè)被地方水利主管部門認(rèn)定為主要節(jié)水指標(biāo)和污染物排放未“達(dá)標(biāo)”(指總量未達(dá)到控制指標(biāo)或污染源排放超標(biāo))或仍繼續(xù)采用要求淘汰的設(shè)備、工藝和產(chǎn)品進(jìn)行生產(chǎn)的，則該企業(yè)不能被評定為節(jié)水減排先進(jìn)企業(yè)或節(jié)水減排達(dá)標(biāo)企業(yè)。

4 結(jié)論

本課題遵循科學(xué)性、可行性、代表性和可比性的原則，從取水、用水和排水3個方面構(gòu)建了廢紙造紙企業(yè)節(jié)水減排評價體系，力求將節(jié)水減排概念科學(xué)化和定量化，既促進(jìn)廢紙造紙企業(yè)與經(jīng)濟(jì)、環(huán)境和社會的協(xié)調(diào)發(fā)展，為企業(yè)的長期發(fā)展奠定良好的基礎(chǔ)，又為地方水行政管理部門進(jìn)行節(jié)水減排評價提供依據(jù)。

［1］ Xu Kai，Zhang Gang-gang．Research on evaluation system of energy conservation for the industry［J］．Journal of Wuhan University of Technology，2010，32(4):113．許 凱，張剛剛．面向行業(yè)的節(jié)能減排評價體系研究［J］．武漢理工大學(xué)學(xué)報，2010，32(4):113．

［2］ MIAO Qing-xian，QIN Meng-hua，XU Qing-hua．Status and Development of Wastewater Treatment Technology in the Paper Industry Using Waste Paper［J］．China Pulp ＆ Paper，2005，24(12):55．苗慶顯，秦夢華，徐清華．廢紙造紙廢水處理技術(shù)的現(xiàn)狀與發(fā)展［J］．中國造紙，2005，24(12):55．

［3］ Ji Hong-fei，Wang Chong-qing，F(xiàn)eng Zhi-xiang．Case and technology integration of industrial water-saving［M］．Beijing:Petrochemical Press of China，2011．季紅飛，王重慶，馮志祥，等．工業(yè)節(jié)水案例及技術(shù)集成［M］．北京:中國石化出版社，2011．

［4］ Brian Eder，Jesse Bash，Kristen Foley，et al．Incorporating principal component analysis into air quality model evaluation［J］．Atmospheric Environment，2014，8(2):307．

［5］ Saaty，Thomas L．．The Analytic Hierarchy Process［M］．McGraw-Hill，1981．

［6］ Zhang M L，Yang W P．Fuzzy Comprehensive Evaluation Method Applied in the Real Estate Investment Risks Research［J］．Physics Procedia，2012，24:1815．

［7］ Jia Dong-mei，Li Bo，Yang Feng-lin．Application research on index system for assessing water—saving and emission reduction in papermaking enterprises［J］．China Pulp and Paper Industry，2010，31(3):45．賈冬梅，李 波，楊鳳林．造紙企業(yè)節(jié)水減排指標(biāo)體系應(yīng)用研究［J］．中華紙業(yè)，2010，31(3):45．

［8］ Li Zhi-yuan．Application research of AHP in multi-level and multi-index evaluation system［J］．Journal of Huaihai Institute of Technology，2012，21(2):73．李支元．層次分析法在多層次多指標(biāo)評估系統(tǒng)中的應(yīng)用研究［J］．淮海工學(xué)院學(xué)報，2012，21(2):73．

［9］ Hu Zhi-jun，Li You-ming．Cleaner production in paper industry［J］．Southwest of Papermaking，2005，34(1):49．胡志軍，李友明．造紙工業(yè)的清潔生產(chǎn)［J］．西南造紙，2005，34(1):49．

［10］ Chen Bi-bo．Research on Wastewater Treatment Processes in Paper Making［J］．China Pulp ＆ Paper，2009，28(11):16．陳壁波．廢紙造紙廢水處理工藝的研究［J］．中國造紙，2009，28(11):16．

［11］ Yearbook of Chinese Papermaking in 2008［M］．Beijing:China Light Industry Press，2008．2008中國造紙年鑒［M］．北京:中國輕工業(yè)出版社，2008．CPP