我國造紙工業(yè)主要水污染物排放量的關鍵影響要素研究

王 強 劉雅玲 葉維麗 張文靜

(環(huán)境保護部環(huán)境規(guī)劃院, 北京, 100012)

造紙工業(yè)與國民經(jīng)濟發(fā)展和社會文明建設息息相關。在經(jīng)濟發(fā)達國家,紙和紙板消費量增長速率與其國內(nèi)生產(chǎn)總值增長速率的相關性較高[1-4]。改革開放以來,我國造紙工業(yè)得到了快速發(fā)展,2013 年全國紙和紙板生產(chǎn)企業(yè)約3400 家,紙和紙板產(chǎn)量10110 萬t,消費量9782 萬t,人均年消費量為72 kg(按13.61億人計)[5]。我國造紙工業(yè)的產(chǎn)品年產(chǎn)量與銷售量已排在世界前列,是世界造紙工業(yè)產(chǎn)品生產(chǎn)、消費和貿(mào)易大國。

由于我國造紙企業(yè)以中小型企業(yè)為主,除少數(shù)企業(yè)達到國際先進水平外,大部分企業(yè)的能耗、水污染物排放量均遠高于發(fā)達國家企業(yè)的,普遍存在裝備相對落后、能耗高、耗水量大、污染物排放量高等問題[6-8]。2012年,我國造紙工業(yè)廢水中COD和氨氮排放量分別為62.3萬t和2.1 萬t,占全國工業(yè)廢水中COD和氨氮總排放量的20.5% 和8.7%[9]。

“十一五”期間,環(huán)境保護部將COD和氨氮列為重點控制的主要水污染物。造紙工業(yè)作為控制重點,進一步加大了環(huán)境治理力度,推進主要水污染物減排,關停了制漿造紙企業(yè)2000余家,淘汰落后產(chǎn)能1000萬t以上[10]。“十二五”期間，我國造紙工業(yè)進一步促進產(chǎn)業(yè)升級、推廣清潔生產(chǎn)技術、加強污染物治理,在主要水污染物的總量減排方面取得了較好的成果[11]。截止至2012年底,我國造紙工業(yè)廢水的COD和氨氮排放量比2010年的分別減少了34.6%和16.0%。隨著我國造紙工業(yè)整體污染治理水平的逐步提高,企業(yè)進一步降低污染物排放強度，減少污染物排放的潛力不斷縮小。為圓滿完成主要水污染物總量控制的目標,需要明確我國造紙工業(yè)的減排方向,重點開展有針對性的治理工程[5,8,11]。本研究期望通過分析2005～2012年我國造紙工業(yè)各方面數(shù)據(jù)的變化情況,探討我國造紙工業(yè)在主要水污染物總量減排中的情況,甄別減排的關鍵要素與環(huán)節(jié),明確后續(xù)主要水污染物總量控制工作的重點環(huán)節(jié)。

1 研究方法

1.1數(shù)據(jù)來源

2005～2012年我國造紙工業(yè)的主要數(shù)據(jù)包括：企業(yè)數(shù)量、產(chǎn)品產(chǎn)量、用水量、廢水排放量、COD排放量、氨氮排放量等，這些數(shù)據(jù)均來源于2005～2012年的《中國環(huán)境統(tǒng)計年報》[9],并采用中國國家統(tǒng)計局網(wǎng)站公布的數(shù)據(jù)以及中國造紙協(xié)會公開的《造紙工業(yè)年度報告》對這些數(shù)據(jù)進行校核。單位企業(yè)的產(chǎn)品產(chǎn)量、主要水污染物(COD和氨氮)排放強度、單位產(chǎn)品的用水量等均由以上數(shù)據(jù)計算獲得。

1.2分析方法

為明確我國造紙工業(yè)的用水量、廢水排放量、主要水污染物排放量等各項指標之間的相關關系和影響程度,并從中篩選出影響我國造紙工業(yè)主要水污染物排放量變化的關鍵要素,采用灰色關聯(lián)度分析法對我國造紙工業(yè)的各要素數(shù)據(jù)進行分析。相對于其他分析方法,灰色關聯(lián)度分析法具有思路明晰、信息損失小、對數(shù)據(jù)要求較低、工作量較少等優(yōu)點[12-13]。

灰色關聯(lián)度分析法是將研究對象及影響因素的因子數(shù)值視為一條線上的點,并與待識別對象及影響因素的因子數(shù)值所繪制的曲線進行比較,比較它們之間的貼近度,分別量化計算出研究對象與待識別對象各影響因素之間的關聯(lián)度,通過比較各關聯(lián)度的大小來判斷待識別對象對研究對象的影響程度。主要計算過程如下：

設1個母數(shù)列,記作Y0=(Y01,Y02,Y03，…，Y0n),同時有一系列子因素數(shù)列,依次記作Y1,Y2,Y3,…，Ym：

Y1=(Y11,Y12,Y13,…，Y1n)

Y2=(Y21,Y22,Y23,…，Y2n)

Y3=(Y31,Y32,Y33,…，Y3n)

?

Ym=(Ym1,Ym2,Ym3,…，Ymn)

由于數(shù)據(jù)的量綱和絕對值存在不同,需要對原始數(shù)據(jù)采用標準化的方法進行變化:

式中,Xi(k)為標準化處理結果；X(k)為原始數(shù)據(jù)；Xi為該要素的平均值；Si為該要素的標準差;i=1,2,3,…，n；k=1,2,3,…，n。

Xi對于X0在k點的關聯(lián)系數(shù)可用ξi(k)來表示,ξi(k)的表達式為：

ξi(k)=

由于計算出的關聯(lián)系數(shù)較多,采用取平均值的方法將各點的系數(shù)集中為一個值,即為關聯(lián)度。子因素數(shù)列的關聯(lián)度大小代表了該要素與母因素數(shù)列的關系密切程度，數(shù)值越大,表示該子因素與母因素的關系越密切,影響程度越大。

2 結 果

2.1我國造紙工業(yè)主要水污染物排放特征

采用我國造紙工業(yè)2005～2012年的企業(yè)數(shù)量、產(chǎn)品產(chǎn)量、取水量、用水量、廢水排放量等數(shù)據(jù)綜合分析了我國造紙工業(yè)主要水污染物排放量的變化情況。

2005～2012年間,我國造紙工業(yè)的單位產(chǎn)品(以噸計)用水量沒有顯著變化,在123.5～110.7 t之間,2012年單位產(chǎn)品用水量比2005年的降低了10.4%(見圖1)。單位產(chǎn)品取水量與單位產(chǎn)品廢水排放量降低較為顯著,且兩者的變化規(guī)律較為一致。單位產(chǎn)品取水量從2005年的68.5 t降低到2012年的37.2 t,降低了45.7%；單位產(chǎn)品廢水排放量從2005年的59.2 t降至2012年的31.3 t,降低了47.1%。單位產(chǎn)品的取水量和廢水排放量的降低得益于我國造紙企業(yè)持續(xù)開展中水回用工程,減少新鮮水的消耗量。據(jù)統(tǒng)計,2012年我國造紙工業(yè)生產(chǎn)過程水的平均回用率達66.4%。

圖1 2005～2012年我國造紙工業(yè)單位產(chǎn)品耗水量與廢水排放量

我國造紙工業(yè)單位產(chǎn)品的取水量和廢水排放量持續(xù)減少的同時,主要水污染物排放強度持續(xù)降低。2005～2012年,我國造紙工業(yè)的COD排放強度從25.73 kg/t產(chǎn)品降低到5.69 kg/t產(chǎn)品,降低了77.9%(見圖2)，年均降幅達24.1%,且有進一步持續(xù)降低的趨勢；氨氮排放強度由2005年的0.67 kg/t產(chǎn)品降低到2012年的0.19 kg/t產(chǎn)品,降幅達71.6%。氨氮排放強度在2005～2008年間快速降低,年均降低32.5%；2008年以后,氨氮排放強度降幅減小,年均降低10.9%。

我國造紙行業(yè)開展了深入的水污染治理工作，主要水污染物的排放量在2005～2012年間顯著減少。COD排放量從2005年的159.7萬t減少到2012年的62.3萬t(見圖3)，減少了61%，占全國工業(yè)COD排放總量的比例從2005年的32.4%降至2012年的20.5%；氨氮排放量從2005年的4.14萬t減少到2012年的2.07萬t，減少了50%，占全國工業(yè)氨氮排放總量的比例從2005年的8.6%降至2012年的8.5%。

圖2 2005～2012年我國造紙工業(yè)主要水污染物排放強度

圖3 2005～2012年我國造紙工業(yè)主要水污染物排放量

表1 我國造紙工業(yè)COD排放量與總量類指標和強度類指標的關聯(lián)度分析結果

2.2我國造紙工業(yè)主要水污染物排放量灰色關聯(lián)度分析結果

選擇總量類指標(用水量、取水量、廢水排放量等)與強度類指標(單位企業(yè)產(chǎn)品產(chǎn)量、單位產(chǎn)品用水量、單位產(chǎn)品取水量、單位產(chǎn)品廢水排放量、主要水污染物排放強度等)的相關數(shù)據(jù),對我國造紙工業(yè)主要水污染物排放量與總量類指標和強度類指標的關聯(lián)度進行了分析。

我國造紙工業(yè)COD排放量與總量類指標和強度類指標的關聯(lián)度分析結果如表1所示。由表1可知，我國造紙工業(yè)COD排放量與強度類指標間的關聯(lián)度顯著大于總量類指標。其中,單位產(chǎn)品廢水排放量、單位產(chǎn)品取水量及COD排放強度的關聯(lián)度指標位列前三；取水量、用水量、單位企業(yè)產(chǎn)品產(chǎn)量與COD排放量的關聯(lián)度較弱。

我國造紙工業(yè)氨氮排放量與總量類指標和強度類指標的關聯(lián)度分析結果如表2所示。由表2可知，與COD排放量類似,氨氮排放量與強度類指標的關聯(lián)度也顯著大于總量類指標。其中,氨氮排放強度、單位產(chǎn)品廢水排放量和單位產(chǎn)品取水量與氨氮排放量的關聯(lián)度位列前三；取水量、單位企業(yè)產(chǎn)品產(chǎn)量和用水量與氨氮排放量的關聯(lián)度較弱。

從關聯(lián)度分析結果可以看出,強度類指標與我國造紙工業(yè)主要水污染物排放量變化的關聯(lián)度顯著大于總量類指標。這表明,我國造紙企業(yè)持續(xù)開展了工藝改進與環(huán)境治理工程,實際生產(chǎn)工藝和污染治理水平顯著提高。我國造紙工業(yè)主要水污染物排放量減少與單位產(chǎn)品取水量和單位產(chǎn)品廢水排放量的減少密切相關。這主要是由于近年來我國造紙企業(yè)持續(xù)開展中水回用項目,提高了水資源利用效率,減少了新鮮水取用量。此外,單位企業(yè)產(chǎn)品產(chǎn)量與主要水污染物排放量的關聯(lián)度較弱表明，我國中小造紙企業(yè)也開展了較為深入的污染物治理工程,主要水污染物的總量控制工作具備良好的基礎。用水量、廢水排放量等數(shù)據(jù)與主要水污染物排放量的關聯(lián)度較弱表明，近10年的時間里，我國造紙工業(yè)的治污水平有一定程度的提高。但我國造紙工業(yè)生產(chǎn)工藝與國際先進水平之間仍存在一定差距,需要在后續(xù)的污染物總量控制工作中持續(xù)推進清潔生產(chǎn),從源頭減少污染物的產(chǎn)生量,降低主要水污染物排放量與排放強度。

表2 我國造紙工業(yè)氨氮排放量與總量類指標和強度類指標的關聯(lián)度分析結果

3 討 論

近10年來,我國造紙工業(yè)主要水污染物的治理水平有了長足進步,主要水污染物的排放量和排放強度顯著降低,但仍有一定的提升空間。通過與其他國家造紙工業(yè)主要水污染物排放標準進行對比發(fā)現(xiàn),我國現(xiàn)在執(zhí)行的主要水污染物排放標準已經(jīng)達到或超過大部分發(fā)達國家(如日本、荷蘭等)對造紙工業(yè)主要水污染物排放的要求。

目前,我國造紙工業(yè)主要水污染物總量減排工作已經(jīng)開展,有些企業(yè)已較為有效地開展末端治理工作,減排潛力得到釋放。加強管理和開辟新的減排領域成為我國造紙工業(yè)執(zhí)行國家主要水污染物總量控制政策的重要抓手。根據(jù)關聯(lián)度分析結果,應將工作重點從“濃度管理”方式逐步向提高生產(chǎn)效率、降低主要水污染物排放強度的“強度管理”模式轉變。

4 我國造紙工業(yè)主要水污染物減排建議

4.1改變傳統(tǒng)減排模式,開辟廢水處理新模式

灰色關聯(lián)度分析結果表明,我國造紙工業(yè)主要水污染物排放量的變化與單位企業(yè)產(chǎn)品產(chǎn)量的關聯(lián)度不顯著。因此，將幾個規(guī)模較小的企業(yè)合并成較大規(guī)模企業(yè)的模式并不能從根本上減少主要水污染物排放總量。企業(yè)的整體規(guī)模偏小是我國造紙工業(yè)目前的主要現(xiàn)狀,應從實際出發(fā),通過組織相關污水處理企業(yè)對中小造紙企業(yè)的生產(chǎn)廢水進行統(tǒng)一的收集和處理(如工業(yè)園的生產(chǎn)模式或?qū)I(yè)的污水處理公司),降低主要水污染物排放量、杜絕偷排漏排,以實現(xiàn)主要水污染物排放總量的削減。這一方面能夠降低中小造紙企業(yè)污染治理成本,提升中小企業(yè)開展主要水污染物總量減排工作的積極性；另一方面,可明確監(jiān)管對象,降低監(jiān)管難度和成本,持續(xù)推進主要水污染物總量減排工作。

4.2由“末端治理,濃度控制”向 “前端控制,強度控制”轉變

目前，我國造紙工業(yè)執(zhí)行的行業(yè)排放標準在世界范圍內(nèi)也屬嚴格,尤其是COD和氨氮的排放標準與最為嚴格的歐盟標準基本一致,但在主要水污染物總量控制方面的相關標準相對缺乏。同時,我國造紙工業(yè)主要水污染物的排放總量實際未得到有效控制。因此,應從造紙工藝流程的前端入手,實行清潔生產(chǎn)工藝改造,從根本上減少污染物的產(chǎn)生量,并結合穩(wěn)定高效的污染物治理設施,進一步降低主要水污染物排放強度,從而實現(xiàn)主要水污染物排放總量的減少。

4.3持續(xù)推進節(jié)水工程,降低單位產(chǎn)品廢水排放量

自2008年以來,我國造紙工業(yè)單位產(chǎn)品用水量的變化并不顯著,目前單位產(chǎn)品的用水量為31.3 t,是發(fā)達國家造紙工業(yè)的2～4倍[14]。因此,應進一步推進節(jié)水工程建設,如推進清潔生產(chǎn)工藝、增加中水回用工程等,以減少新鮮水取用量,達到減少主要水污染物排放量和改善環(huán)境的目的。

參 考 文 獻

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