【CPP114】讯：造纸工业用的纤维，东汉蔡伦发明造纸时，使用渔网、破布、树皮纤维等一年生植物制得。后来造纸术传到西方，造纸原料扩大到木材，由于木材造纸的许多优点，使造纸工业成为一种现代化的大工业。至今国际上使用木材造纸占总量的95%。中国造纸工业1978年转型为社会主义市场经济后，获得飞跃发展。生产使用的纤维原料也逐步转到以木为主的轨道上。特别是2001年国家计委颁布了关于造纸工业原料基地建设的政策后，全国各地的造纸企业纷纷建立造纸林基地，加快了造纸原料木材化进展。现在有40%左右的大型造纸企业已成为现代化的造纸工业。但由于林木原料刚刚起步，一时尚难以满足飞跃发展的原料需求，寻求扩大纤维原料的来源迫在眉睫。

　　1 现代化制浆工艺特点

　　目前化学浆的制造，基本上都使用大型高效化的硫酸盐法制浆。生产中使用高温、高压、长时间的蒸煮，使纤维从植物中分离出来。在此过程中，木质素、半纤维素都遭到严重破坏，溶解出来成为黑液。纤维素纤维虽然分离出来可供造纸，但是浅色的纤维被变成深褐色的纸浆，生产上使用多段漂白才能漂成白色纸浆，使用了比蒸煮过程更为复杂的多段漂白过程。同时为了处理蒸煮的黑液，也用洗涤、蒸发、燃烧、苛化、石灰回收等过程，实行黑液碱回收。虽然回收了化学品、蒸汽和电源成为完善的循环经济，但漂白和回收工程花费比蒸煮多几倍的流程和投资，这就是现代制浆的一个简单缩影。

　　2 为什么还要研究非木材绿色制浆技术

　　改革开放之前，中国使用非木原料制浆，也满足了国民经济发展的需求，但带来了严重的污染。一个小纸厂污染一条河，以至使人误解为造纸工业就是污染。实际上现代化的浆厂是不污染的。实行碱回收的碱100%回用，回收能源蒸汽和电也100%满足制浆的要求，还略有富裕可以外销。但是草浆的碱回收存在着种种问题，回收率不高，达不到木浆的水平，这就导致政府关闭小草浆厂，实行以木为主的原料政策。现在进口纸浆、废纸、木片，以达到以木为主的政策要求。

　　2010年中国GDP的增长速度为8%，中国是个13亿人口的大国，在经济危机中GDP不能过快的降低，否则影响劳动就业，影响社会的安定。在8%或7%GDP递增率的条件下，造纸工业的发展速度也不会低于8%或7%，造纸工业的发展与GDP是同步发展的。这样中国造纸工业要求“十二五”期间要发展为1.4亿吨，“十三五”期间发展为2.0亿吨。对木材的需求在“十二五”期间将为7400万立方米，“十三五”期间将为12744万立方米。中国的木材2008年产量为8108万立方米，在短短不到10年之内，满足造纸工业如上所述需求量根本是不可能的。因此就提出扩大非木纤维的制浆要求。开发非木制浆，并不否定以木为主的原料方针，而是弥补这个方针。

　　3 绿色制浆法

　　一年生植物的物理结构与化学成分与木材是有很大区别的。一年生植物的冷热水抽提物高，木质素含量低，结构也相应简单。无需高温、高压、高碱的蒸煮，应走一条低温、低压、低碱的路子，加上厌氧发酵处理废液增产沼气，废液达标排放。这条路子我们就称之为绿色制浆道路。详述如下：

　　干湿法备料：在蒸煮之前应把原料弄干净；

　　蒸煮漂白：在同一个容器内，完成蒸煮、漂白两个过程，中间没有洗涤过程，蒸煮漂白完成后，有正常的洗涤与筛选过程。

　　回收：洗涤出来的废液少量回用于蒸煮，大部分进入厌氧、好氧、化学处理系统，处理过的废水成为回收水用于生产或达标排放。

　　气体净化：厌氧发酵出来的沼气，经净化系统，净化为接近燃气的燃料。

　　生产热、电：回收的沼气用于生产热、电。

　　这一完整的技术是绿色制浆技术，包括两个分部，缺一不可，就像硫酸盐法制浆，包括蒸煮、漂白和回收一样，它们之间有相对的独立性，但又是不可分割的，现在有许多制浆新技术，没有废液处理技术配套，就不能称为绿色制浆技术。

　　3.1 干湿法备料

　　非木纤维原料混杂夹带许多杂质，不利蒸煮，这部分杂质在过去的草类纤维碱法制浆中不被重视，其实影响到后序蒸煮、漂白、筛选、回收等，带来一系列严重问题。国内有羊角除杂和湿法备料。国外多为湿法备料，设备类似水力碎浆机，国内已有这样的设备。湿法备料所用的水多经简单沉淀加以回用，其中的COD高达5000毫克/升左右，多为可生化处理的水抽提物。处理过的水除部分回用外，要纳入生化处理系统以回收其中的COD。经干湿法备料后，原料的清洁度大大提高了，20%～30%的水抽提物被去除后，提高了原料湿润度，为提高化学品的浸渍润湿提供了条件。

　　3.2 草料的蒸解与漂白

　　传统的制浆法，蒸煮与漂白是分二段进行的。蒸煮后有四段洗涤，漂白也分段，每段之间也有洗涤，流程是很多的。绿色制浆法，蒸煮与漂白多合并为一。有的将蒸煮药剂与漂白药剂同时加入草中，既破坏植物组织将纤维分离出来，同时也将浆料漂成白浆，白度超过70%ISO。蒸煮使用渗透剂加速化学品湿润，有利于将纤维加速分离出来，漂白用的是强氧化物，破坏植物组织中的发色基因，如共轭双键醌型结构、查平酮结构、游离基、金属与几茶萘酚络合物等。使浆的白度，不仅不变黑，还获得进一步提高。有的使用超声波处理，超声波有空化使用，瞬时能使液体产生超高压、超高温作用，这种作用足以破坏化学键，有的大学博士研究生研究证明有这种作用，但蒸煮漂白作用的机理还有待实验证明，不过草浆白度确有提高达76%ISO。有的使用紫外线处理，也有的使用微波处理。蒸煮漂白合一，大大简化了工艺流程。

　　3.3 回收甲烷气

　　木材蒸煮废液回收碱，非木材纤维的蒸煮使用的无机物很少或没有，没有回收的价值。有机物多为冷热水抽提物。如前述的湿法备料中，水抽提物大部分已抽出来了，蒸煮中除去木质素不是主要目的，只是分离纤维中难免有所波及。除去的有机物，均可使用生化处理。因此洗浆的目的不是去追求提取率。不用昂贵的提取设备，只要把浆洗干净就可以了。洗出废液是很好的湿润剂可以部分回用于蒸煮。大部分进入废水处理后可回用于生产。所得沼气经过净化提高甲烷的纯度，其发热量为25.92kJ/Nm3。每千克COD能产生沼气0.5立方米左右，用于发电比煤发电便宜，外购电0.41元/千瓦时，自产沼气发电0.12元/千瓦时。虽然废液未走碱回收的路子，可是沼气发电，仍然是属于生物质发电，可谓殊途同归。如果沼气用于人民生活用气，则一个年产10万吨半化学浆厂的沼气，可供8万人的生活用气。

　　3.4 废水的利用

　　废水经过上述处理可用于生产，有的工厂再剩下的处理水就很少，每半月只排一次。还有的厂存起来，每到春天用于小麦的春灌，深受农民欢迎。

　　4 建议

　　4.1 箱纸板、瓦楞原纸是国家的重要包装材料，占全部纸和纸板的30%左右，现在支持这两个品种的生产是靠进口的废纸。今后的需求量激增，废纸的进口很难满足需要的增长，出路就得依靠半化学草浆的增产，在箱纸板、瓦楞原纸生产配比中多用半化学草浆。目前国内已有半化学浆的生产及其废液厌氧发酵，生产沼气发电的生产实践，污染问题也基本解决了。今后可利用这一经验来增产半化学浆，解决增产瓦楞原纸对原浆的需求。

　　4.2 今后对胶印书刊纸及中小学生课本及作业本的需求也是大量的，也要依靠国内非木浆的生产来满足这种需求，这也就是我们为什么要积极开发漂白的非木绿色制浆法的原因。现在国内所谓的绿色非木制浆都很不完善，没有扩大生产的条件。中国要在现有开发的基础上，加大开发步骤力度。在“十二五”规划期内使之达到扩大生产要求。建议国家将绿色制浆法纳入国家重点科技发展计划，组织科研机构、大专院校的力量，在“十二五”规划期内完成达到扩大生产的要求。上面已经提到局部的技术大多都已有实际应用，只要配套起来达到投产的要求是不困难的。

　　4.3 高科技的手段，如超声波、紫外线、微波、高强氧化剂等，目前还仅仅开始，许多工艺、机理还有待进一步深入研究。这是真正的技术进步，是高科技的工业化，要扎扎实实进行工作。

　　4.4 开展绿色制浆的研究，要多学科的配合，不仅要有造纸的科研队伍，还必须要有化学的、物理的、环保的、经济的多学科的联合作战，才能起到事半功倍的效果。这件事名义上是增产造纸纸浆问题，但实际涉及到农民的收入、农业经济、农村能源等问题，是一件国家大事，要求各方面支持促成其开发。

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