以廢紙為原料的造紙企業(yè)節(jié)水減排評價(jià)體系的構(gòu)建

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(shí)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(shí)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(diǎn)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?jiān)旒埖囊粋€(gè)重要環(huán)節(jié)。廢紙?jiān)旒埰髽I(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(yùn)行成本、實(shí)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(jià)體系，為此，本課題結(jié)合廢紙?jiān)旒埳a(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(jià)體系，由此來確定節(jié)水減排目標(biāo)，促進(jìn)廢紙?jiān)旒埰髽I(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?jiān)旒埖墓に嚭芏啵玖鞒淌且粯拥?，主要工序包?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?jiān)旒堖^程中的用水節(jié)點(diǎn)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(shí)，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(shí)排渣排出的廢水，洗滌、濃縮和污泥處理時(shí)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(shí)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(jià)體系的構(gòu)建

由上述分析可以看出，廢紙?jiān)旒堖^程中的用水節(jié)點(diǎn)較多，用水量和排水量也較大，因此在廢紙?jiān)旒埰髽I(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(diǎn)。目前，雖然各廢紙?jiān)旒埰髽I(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(jià)，因此，有必要結(jié)合廢紙?jiān)旒埰髽I(yè)的工藝流程、用水節(jié)點(diǎn)及用水和排水量，構(gòu)建一套科學(xué)合理的評價(jià)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(jià)，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(jià)體系是運(yùn)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(jià)體系的科學(xué)性與規(guī)范性，構(gòu)建時(shí)應(yīng)遵循以下原則:

(1)典型性原則。務(wù)必確保評價(jià)指標(biāo)具有一定的典型代表性，盡可能準(zhǔn)確反映出廢紙?jiān)旒埰髽I(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(jì)算和提高結(jié)果的可靠性。另外，評價(jià)指標(biāo)體系的設(shè)置、權(quán)重在各指標(biāo)間的分配及評價(jià)標(biāo)準(zhǔn)的劃分都應(yīng)該與廢紙?jiān)旒埰髽I(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(jì)及評價(jià)指標(biāo)的選擇必須以科學(xué)性為原則，能客觀真實(shí)地反映廢紙?jiān)旒埰髽I(yè)節(jié)水減排的特點(diǎn)和狀況，能客觀全面反映出各指標(biāo)之間的真實(shí)關(guān)系。各評價(jià)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(cuò)誤、不真實(shí)現(xiàn)象，并且數(shù)據(jù)易獲且計(jì)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?jiān)旒埰髽I(yè)的節(jié)水減排指明方向，指標(biāo)選取的計(jì)算量度和計(jì)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(shí)可操作性和可比性。而且，選擇指標(biāo)時(shí)也要考慮能否進(jìn)行定量處理，以便于進(jìn)行數(shù)學(xué)計(jì)算和分析。

(4)綜合性原則。實(shí)現(xiàn)廢紙?jiān)旒埰髽I(yè)的節(jié)水減排是構(gòu)建評價(jià)體系的最終目標(biāo)，也是綜合評價(jià)的重點(diǎn)。在相應(yīng)的評價(jià)層次上，全面考慮影響廢紙?jiān)旒埰髽I(yè)節(jié)水減排的諸多因素，并進(jìn)行綜合分析和評價(jià)。

2.2 評價(jià)指標(biāo)的選取

在上述原則的指導(dǎo)下，針對廢紙?jiān)旒埰髽I(yè)節(jié)水減排評價(jià)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(shí)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(jià)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(jì)算。

式中，Vin為單位產(chǎn)品用水量，m3;Vi為在一定的計(jì)量時(shí)間內(nèi)，生產(chǎn)過程中取水量，m3;Vr為在一定的計(jì)量時(shí)間內(nèi)，生產(chǎn)過程中回用水量，m3;Q為在一定的計(jì)量時(shí)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(jì)量時(shí)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(jì)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(xiàng)指標(biāo)，它是重復(fù)利用率的一個(gè)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(jì)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(shí)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(shí)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(shí)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?jiān)旒埗?，是指重金屬的總量?/p>

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(jià)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(yùn)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(yàn)判斷各衡量目標(biāo)能否實(shí)現(xiàn)的標(biāo)準(zhǔn)之間的相對重要程度，并合理地給出每個(gè)決策方案的每個(gè)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(yùn)用層次分析法構(gòu)造系統(tǒng)模型時(shí)，大體可以分為以下幾個(gè)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?jiān)旒埰髽I(yè)節(jié)水減排評價(jià)體系框圖。該指標(biāo)體系包括3個(gè)層次:第一層為目標(biāo)層(A)，即廢紙?jiān)旒埰髽I(yè)節(jié)水減排評價(jià)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(gè)指標(biāo)組成，反映了準(zhǔn)則層的3個(gè)具體指標(biāo)情況，最終構(gòu)成廢紙?jiān)旒埰髽I(yè)節(jié)水減排評價(jià)體系。

圖1 廢紙?jiān)旒埰髽I(yè)節(jié)水減排評價(jià)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(jià)體系的判斷矩陣

2.3.3 確定指標(biāo)權(quán)重

計(jì)算每個(gè)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(jì)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(yàn)

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

根據(jù)計(jì)算得到的CI值，即可按式 (7)計(jì)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(shí)，計(jì)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(jì)算方法確定指標(biāo)層的權(quán)重，最終得到廢紙?jiān)旒埰髽I(yè)節(jié)水減排評價(jià)體系各指標(biāo)的權(quán)重，見表3。

表3 廢紙?jiān)旒埰髽I(yè)節(jié)水減排評價(jià)體系子指標(biāo) (指標(biāo)層)權(quán)重

綜合上述各評價(jià)指標(biāo)及其相應(yīng)的權(quán)重，可建立廢紙?jiān)旒埰髽I(yè)節(jié)水減排評價(jià)體系，如圖2所示。

圖2 廢紙?jiān)旒埰髽I(yè)節(jié)水減排評價(jià)體系

3 節(jié)水減排效果評價(jià)

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(jià)指標(biāo)的考核評分，以企業(yè)在考核年度 (一般以一個(gè)生產(chǎn)年度為一個(gè)考核期，并與生產(chǎn)年度同步)各項(xiàng)指標(biāo)實(shí)際達(dá)到的數(shù)值為基礎(chǔ)進(jìn)行計(jì)算，綜合得出該企業(yè)評價(jià)指標(biāo)的總分值［9-11］。評價(jià)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(jì)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(jì)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(jì)算可按式 (9)進(jìn)行計(jì)算。

式中，Si為第i項(xiàng)評價(jià)指標(biāo)的單項(xiàng)評價(jià)指數(shù);Sxi為第i項(xiàng)評價(jià)指標(biāo)的實(shí)際值 (考核年度實(shí)際達(dá)到值);Soi為第i項(xiàng)評價(jià)指標(biāo)的評價(jià)基準(zhǔn)值。

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

為了合理地綜合各單項(xiàng)評價(jià)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(jià)基準(zhǔn)值的算作滿分，即單項(xiàng)評價(jià)指數(shù)Si大于1.0的，均取1.0為其指數(shù)。評價(jià)指標(biāo)總分值按 (10)進(jìn)行計(jì)算。

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

若某項(xiàng)一級指標(biāo)中實(shí)際參與定量評價(jià)考核的二級指標(biāo)項(xiàng)目數(shù)少于該一級指標(biāo)所含全部二級指標(biāo)項(xiàng)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(xiàng))時(shí)，在計(jì)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(jì)算。

式中，Aj為第j項(xiàng)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(xiàng)一級指標(biāo)的權(quán)重值;A2為實(shí)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(jì)該項(xiàng)指標(biāo)值而造成缺項(xiàng)，則該項(xiàng)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?jiān)旒埰髽I(yè)節(jié)水減排水平的評價(jià)，是以其節(jié)水減排綜合評價(jià)指數(shù)為依據(jù)的，對達(dá)到一定綜合評價(jià)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?jiān)旒埰髽I(yè)的實(shí)際情況，不同等級節(jié)水減排企業(yè)的綜合評價(jià)指數(shù)列于表4。

表4 廢紙?jiān)旒埰髽I(yè)不同等級節(jié)水減排綜合評價(jià)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(gè)方面構(gòu)建了廢紙?jiān)旒埰髽I(yè)節(jié)水減排評價(jià)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?jiān)旒埰髽I(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(jià)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(jià)體系研究［J］．武漢理工大學(xué)學(xué)報(bào)，2010，32(4):113．

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