漿紙本色化和低白度化的意義與充要條件

陳 彬 金永祥 黃小軍

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

討論了紙漿漂白的優(yōu)缺點(diǎn),介紹了紙漿漂白對(duì)于我國(guó)自然資源和生態(tài)環(huán)境及社會(huì)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(shí)現(xiàn)漿紙本色化應(yīng)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(zhǎng)的過(guò)程。

漿紙;本色;漂白;資源;環(huán)境;生態(tài)

當(dāng)今的造紙產(chǎn)業(yè)已經(jīng)成為了國(guó)民經(jīng)濟(jì)的重要基礎(chǔ)原材料產(chǎn)業(yè),紙及紙板的消費(fèi)水平更是衡量一個(gè)國(guó)家現(xiàn)代化水平和文明程度的重要標(biāo)志[1]。2009年我國(guó)紙和紙板總產(chǎn)量已經(jīng)達(dá)到 8640萬(wàn) t,消費(fèi)總量達(dá)到了8569萬(wàn) t[2],成為了世界第一大紙張生產(chǎn)和消費(fèi)國(guó)。在環(huán)境保護(hù)和資源節(jié)約倍受關(guān)注的今天,我國(guó)造紙行業(yè)對(duì)環(huán)境的影響和對(duì)資源的消耗越來(lái)越受到人們的重視。漿紙生產(chǎn)過(guò)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(xué)品,會(huì)產(chǎn)生一定污染,有的污染物還將對(duì)人類(lèi)的生存產(chǎn)生不可逆轉(zhuǎn)的影響;同時(shí)漿紙的生產(chǎn)過(guò)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(shí)現(xiàn)循環(huán)生產(chǎn)、發(fā)展低碳經(jīng)濟(jì)的今天,關(guān)于漿紙本色化的問(wèn)題越來(lái)越受到社會(huì)環(huán)保人士和眾多從業(yè)人員的關(guān)注,而且已有遠(yuǎn)見(jiàn)卓識(shí)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(diǎn)話(huà)題發(fā)表一些個(gè)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(zhuān)業(yè)角度來(lái)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(tuán)除掉,按需要提高紙漿的白度[3]。紙漿在漂白過(guò)程中,往往會(huì)使用各種各樣的具有氧化性或還原性的化學(xué)漂白劑,如氯氣、次氯酸鹽、二氧化氯和過(guò)氧化氫及連二亞硫酸鈉等,進(jìn)行漂白處理。通過(guò)化學(xué)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(jìn)一步純化,進(jìn)而實(shí)現(xiàn)提高紙漿白度的目的[3]。從市場(chǎng)的角度來(lái)說(shuō),紙漿的漂白就是為了使紙漿有一個(gè)所謂“潔白”、“光鮮亮麗”的表象,以利于紙漿的銷(xiāo)售。而從功能上來(lái)說(shuō),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(gè)“潔白如玉”的賣(mài)相。

如果從生態(tài)環(huán)境的保護(hù)和資金資源的節(jié)約及使用功能上來(lái)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(yīng)溫度、漿料濃度、反應(yīng)時(shí)間及化學(xué)品用量等)對(duì)紙漿進(jìn)行化學(xué)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(xué)品的作用對(duì)象存在不確定性,因此,紙漿在進(jìn)行漂白過(guò)程中不可避免地會(huì)導(dǎo)致碳水化合物 (纖維素和半纖維素)的降解損失。而為了實(shí)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(wú)元素氯漂白(ECF)流程就有 ODED、D0EopD1D2、OD1EoD2、OD1EopD2和 DEOPDPO等,而全無(wú)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(xué)品,尤其是多種氧化性漂白劑;并且在各漂白段之間還進(jìn)行了洗滌濃縮處理,消耗設(shè)備投資的同時(shí)將在運(yùn)行過(guò)程中耗費(fèi)大量淡水資源和能源。而紙漿經(jīng)過(guò)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(xué)降解損失及木素的脫除等會(huì)不可避免地導(dǎo)致漂后漿料得率的下降,通常經(jīng)過(guò)多段漂白后紙漿的得率會(huì)降低 6%～10%(視生產(chǎn)系統(tǒng)與漂白流程而異)。同時(shí),為了洗凈經(jīng)各工段化學(xué)處理后的紙漿,在漂白過(guò)程中需要消耗大量的新鮮水,并投入相當(dāng)大的設(shè)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(jìn)入污水處理場(chǎng),進(jìn)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(duì)其進(jìn)行長(zhǎng)時(shí)間和多段的生化處理,投入大量的資金和費(fèi)用。雖然 COD、BOD、SS和AOX經(jīng)過(guò)多方式處理后能夠達(dá)標(biāo)排放,但是其中的富營(yíng)養(yǎng)成分 (N、P、K等)和殘存的 COD、BOD、SS和 AOX同樣會(huì)對(duì)環(huán)境造成累積性污染[9];而由于其中的各種化學(xué)品以酸或堿或鹽的形式存在于水體中,長(zhǎng)期的排放,仍將對(duì)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(xué)品的流程所產(chǎn)生的漂白廢水中會(huì)產(chǎn)生相對(duì)更多的 AOX。現(xiàn)代科學(xué)研究發(fā)現(xiàn),漂白廢水中的 AOX含有一種二惡英類(lèi)物質(zhì),該類(lèi)物質(zhì)為脂溶性的累積性物質(zhì)[4,10]。更深入的研究認(rèn)為,AOX尤其是其中的二惡英類(lèi)化合物是劇毒性物質(zhì),其毒性相當(dāng)于氰化鉀(KCN)的 1000倍以上,是目前發(fā)現(xiàn)的無(wú)意識(shí)合成的副產(chǎn)品中毒性最強(qiáng)的化合物,被稱(chēng)為 “地球上最強(qiáng)的毒物”[10-11],具有較強(qiáng)的致畸作用、致癌作用。作為 POPs公約的重要成員國(guó),我國(guó)有義務(wù)更有責(zé)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(guò)程中 AOX及二惡英的人為產(chǎn)生。

由上述可知,紙漿漂白會(huì)導(dǎo)致資源的無(wú)效消耗以及環(huán)境的嚴(yán)重污染。因此,實(shí)現(xiàn)紙漿本色化將可以節(jié)約資源,保護(hù)環(huán)境。以一個(gè)年產(chǎn) 10萬(wàn) t漂白化學(xué)木漿的企業(yè)為例,如果實(shí)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(shí)節(jié)約木材資源超過(guò)95000 m3/a(此處,細(xì)漿得率以 50%計(jì),漂損以 8%計(jì),木材密度按 0.4×103kg/m3計(jì));減少蒸汽用量21.42萬(wàn) t(以 D0EOPD1漂白流程計(jì)算,噸漿耗汽1.8 t計(jì)),相當(dāng)于節(jié)省標(biāo)煤 2.68萬(wàn) t;降低新鮮水資源的消耗超過(guò) 357萬(wàn) t/a(漂白過(guò)程噸漿耗水以 30 m3計(jì)),進(jìn)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(xué)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(guó)是一個(gè)資源短缺的國(guó)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(yán)重缺乏。我國(guó)的“第六次全國(guó)森林資源清查及森林資源狀況”顯示：目前我國(guó)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(guó)人均森林蓄積量?jī)H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(guó)家之一[13]。雖然我國(guó)政府近年相繼實(shí)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(yuǎn)水解不得近渴”,林木的生長(zhǎng)和森林的蓄積非一朝一夕所能實(shí)現(xiàn),森林資源的成熟短則需要數(shù)十年,長(zhǎng)則上百年。因此,保護(hù)我國(guó)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(guó)僅有的造紙纖維資源就等于保護(hù)了我國(guó)的森林資源。據(jù)統(tǒng)計(jì),2009年我國(guó)原生木漿產(chǎn)量 551萬(wàn) t[2],如果其中 50%實(shí)現(xiàn)本色化,則可以增產(chǎn)本色木漿 5.2345萬(wàn) t,節(jié)約木材 27.55萬(wàn) m3(細(xì)漿得率以 50%計(jì),漂損以 8%計(jì),木材密度按 0.4×103kg/m3計(jì),木片合格率以 95%計(jì)),可以有效保護(hù)我國(guó)的成材活立木資源。

表1 幾種廢水主要污染物含量

我國(guó)也是一個(gè)嚴(yán)重缺水的國(guó)家,是目前全球 12個(gè)人均水資源最貧乏的國(guó)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(guó)的 1/5,在世界上名列 121位,可供開(kāi)發(fā)利用的淡水資源量不足1.1 Tm3[14-15]。如果 2009年我國(guó)自產(chǎn)的 1726萬(wàn) t的原生漿[2]中有 1/3本色化,則可以減少 17256萬(wàn) m3的新鮮水資源開(kāi)采 (以漂白過(guò)程噸漿耗水 30 m3計(jì)),避免相應(yīng)量的廢水排放,減少 14.21萬(wàn) t的 CODCr的產(chǎn)生 (細(xì)漿得率以 50%計(jì),漂損以 8%計(jì),1 t原料以產(chǎn)生 CODCr1.30 t計(jì)[16]);紙漿不漂白還將節(jié)約漂白劑 55萬(wàn) t(漂白過(guò)程化學(xué)品總用量折算以有效氯用量 8%計(jì)),節(jié)約標(biāo)煤 154萬(wàn) t以上 (D0EOPD1流程漂白噸漿耗標(biāo)煤以 0.225 t計(jì));同時(shí)減少大量的溫室氣體排放。

應(yīng)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(guò)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(duì)紙漿進(jìn)行半漂處理,尤其是進(jìn)行氧脫木素處理,適當(dāng)改變紙漿的白度,以滿(mǎn)足紙張的特殊需要。研究證明,紙漿經(jīng)過(guò)氧脫木素后白度可以達(dá)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(jiàn),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(hù)及降低生產(chǎn)成本。即紙漿的本色化環(huán)境效益、社會(huì)效益和經(jīng)濟(jì)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(guò)程中會(huì)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(duì)人體健康有很大害處[20];同時(shí)各種增白劑或者顯白劑的運(yùn)用還會(huì)對(duì)水體產(chǎn)生污染。為了匹配高白度紙張,生產(chǎn)過(guò)程中所有助劑幾乎無(wú)一例外地也需要達(dá)到高白度,例如填料、顏料等;而最終生產(chǎn)出來(lái)的高白度紙張對(duì)人的健康反而有害。據(jù)研究,如果長(zhǎng)時(shí)間注視高白度紙張,一段時(shí)間后正常人就會(huì)感覺(jué)到眼睛刺痛,不舒服,眼睛容易疲勞甚至流淚;對(duì)還處在發(fā)育期的青少年,如視網(wǎng)膜長(zhǎng)時(shí)間受到高白度的刺激,將會(huì)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(jiàn)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(mǎn)足具有一定強(qiáng)度、具有高吸水性和蓬松度及相應(yīng)的柔軟度即可,對(duì)于是否白色或高白度無(wú)關(guān)緊要。

實(shí)現(xiàn)紙張本色化將取消增白劑和顯白劑的運(yùn)用,降低成本,減少污染,并保護(hù)人體健康;同時(shí)可以帶動(dòng)相關(guān)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(dá)到高白度,甚至不需要進(jìn)行漂白,降低生產(chǎn)成本,同時(shí)保護(hù)環(huán)境。

當(dāng)然,紙張的本色化并非千篇一律地生產(chǎn)和銷(xiāo)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(lì)低碳生活,提倡盡管消費(fèi)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(hù)環(huán)境,降低成本,其社會(huì)效益、環(huán)境效益及經(jīng)濟(jì)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(huì)效益、經(jīng)濟(jì)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(shí)現(xiàn)是一個(gè)漫長(zhǎng)的過(guò)程,還有待多方條件的不斷成熟。

(1)漿紙本色化需要消費(fèi)者消費(fèi)觀念的轉(zhuǎn)變

漿紙要實(shí)現(xiàn)本色化首先需要人們轉(zhuǎn)變其消費(fèi)觀念。當(dāng)今社會(huì),人們存在一個(gè)消費(fèi)誤區(qū),通常認(rèn)為“白”即等于“衛(wèi)生和健康及有檔次”。在我國(guó)民間,白色往往預(yù)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(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn),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(guò)程中,漂劑與纖維作用后纖維上結(jié)合或吸附了漂劑的成分或有反應(yīng)生成物,這些物質(zhì)含量超過(guò)一定量,尤其是 AOX類(lèi),將對(duì)人體產(chǎn)生危害[10-11]。何況紙漿“白”的代價(jià)是資源的浪費(fèi)和環(huán)境的惡化。如果人們消費(fèi)觀念轉(zhuǎn)變了,消費(fèi)意識(shí)提高了,市場(chǎng)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(duì)于紙張的低白度、本色化還需要進(jìn)行更廣泛的宣傳和更深入的教育,通過(guò)相關(guān)教育和環(huán)保知識(shí)的普及來(lái)轉(zhuǎn)變?nèi)藗兊南M(fèi)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(shí)現(xiàn)低白度、本色化離不開(kāi)政府的支持。環(huán)境問(wèn)題、資源問(wèn)題及社會(huì)問(wèn)題非普通百姓能夠左右,需要政府出臺(tái)相應(yīng)的法律、法規(guī)及政策。通過(guò)政策的強(qiáng)制性進(jìn)行管理,漿紙低白度、本色化才更有希望。例如,通過(guò)制定國(guó)家或者行業(yè)標(biāo)準(zhǔn),限制成品漿紙產(chǎn)品的最高白度值,或者如同國(guó)家的“限塑令”一樣,通過(guò)法律形式禁止生產(chǎn)白度超過(guò)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(shí)現(xiàn)漿紙的低白度、本色化,進(jìn)而保護(hù)資源和降低污染。

(3)漿紙低白度、本色化還需要技術(shù)的支持

漿紙要低白度、本色化還需要有足夠的技術(shù)支持。漿紙的低白度、本色化并非簡(jiǎn)單的不漂白即可。未漂漿料,其生產(chǎn)條件不同,有時(shí)其白度和卡伯值可以相差幾十個(gè)單位值。因此,對(duì)于本色紙漿的蒸煮技術(shù)需進(jìn)行更深入的研究。另外,筆者在研究開(kāi)發(fā)低白度和本色漿配抄中高檔文化用紙的過(guò)程中發(fā)現(xiàn),由于制漿過(guò)程中受原料、蒸煮工藝、制漿條件及設(shè)備穩(wěn)定性等諸多因素的影響,導(dǎo)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(huì)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(jìn)行更多的針對(duì)性研究。而廣告業(yè)或包裝業(yè)對(duì)紙張色彩要求比較豐富,因此,有關(guān)低白度或者本色漿的染色或彩色印刷性能情況未曾見(jiàn)諸較多報(bào)道,此方面也需要進(jìn)行相關(guān)性研究,以積累更豐富的經(jīng)驗(yàn)。

因此,漿紙的低白度、本色化并非一朝一夕的工程,還需要進(jìn)行長(zhǎng)期宣傳和普及,進(jìn)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(shí)現(xiàn)。

4 結(jié) 語(yǔ)

大力發(fā)展綠色經(jīng)濟(jì)、低碳經(jīng)濟(jì)和循環(huán)經(jīng)濟(jì),節(jié)約資源,保護(hù)生態(tài)環(huán)境是人類(lèi)實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展的前提,也是未來(lái)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(shí)現(xiàn)資源的充分高效利用進(jìn)而節(jié)約資源;可以降低污染物的產(chǎn)生和排放進(jìn)而保護(hù)生態(tài)環(huán)境;可以減少生產(chǎn)投資節(jié)約成本進(jìn)而提高經(jīng)濟(jì)效益。雖然漿紙實(shí)現(xiàn)本色化和低白度化還有很長(zhǎng)的路要走,還需要我們做出更多的努力,但可喜的是國(guó)內(nèi)已經(jīng)有企業(yè)就漿紙本色化進(jìn)行嘗試,并生產(chǎn)出相關(guān)產(chǎn)品[16]。雖然企業(yè)的數(shù)量有限,產(chǎn)品種類(lèi)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(lǐng)下,隨著人們環(huán)保意識(shí)的提高和消費(fèi)觀念的轉(zhuǎn)變以及政府相關(guān)政策的出臺(tái),漿紙的本色化和低白度化將不會(huì)太久遠(yuǎn)。

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(責(zé)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(guān)技術(shù)的研究。

2010-10-09(修改稿)