浆纸本色化和低白度化的意义与充要条件

陈 彬 金永祥 黄小军

(1.中国制浆造纸研究院,北京,100020;2.四川省富顺县福善镇观乐中学,四川富顺,643204;3.北京石油化工设计院上海分院,上海,200030)

浆纸本色化和低白度化的意义与充要条件

陈 彬1金永祥2黄小军3

(1.中国制浆造纸研究院,北京,100020;2.四川省富顺县福善镇观乐中学,四川富顺,643204;3.北京石油化工设计院上海分院,上海,200030)

讨论了纸浆漂白的优缺点,介绍了纸浆漂白对于我国自然资源和生态环境及社会环境的影响,提出了浆纸本色化和低白度化的意义,分析了实现浆纸本色化应具备的条件。客观地提出了浆纸本色化低白度化非朝夕所至,需要漫长的过程。

浆纸;本色;漂白;资源;环境;生态

当今的造纸产业已经成为了国民经济的重要基础原材料产业,纸及纸板的消费水平更是衡量一个国家现代化水平和文明程度的重要标志[1]。2009年我国纸和纸板总产量已经达到 8640万 t,消费总量达到了8569万 t[2],成为了世界第一大纸张生产和消费国。在环境保护和资源节约倍受关注的今天,我国造纸行业对环境的影响和对资源的消耗越来越受到人们的重视。浆纸生产过程中尤其是漂白产品需要使用数种甚至数十种化学品,会产生一定污染,有的污染物还将对人类的生存产生不可逆转的影响;同时浆纸的生产过程中需要消耗大量的资源尤其是淡水资源。那么纸浆能否不漂白?在主张工业可持续发展、实现循环生产、发展低碳经济的今天,关于浆纸本色化的问题越来越受到社会环保人士和众多从业人员的关注,而且已有远见卓识的先行者为浆纸的本色化积极奔走呐喊。笔者也就“浆纸本色化”这一热点话题发表一些个人的看法,希望能起到抛砖引玉的作用。

1 纸浆漂白的目的

从专业角度来讲,纸浆漂白的主要目的就是为了将纸浆中残余木素和发色基团除掉,按需要提高纸浆的白度[3]。纸浆在漂白过程中,往往会使用各种各样的具有氧化性或还原性的化学漂白剂,如氯气、次氯酸盐、二氧化氯和过氧化氢及连二亚硫酸钠等,进行漂白处理。通过化学作用尽可能多地脱出制浆后纸浆中残存的木素并改变其他发色物质的吸光性能,使纸浆进一步纯化,进而实现提高纸浆白度的目的[3]。从市场的角度来说,纸浆的漂白就是为了使纸浆有一个所谓“洁白”、“光鲜亮丽”的表象,以利于纸浆的销售。而从功能上来说,纸浆漂白则是为了生产出高白度的纸张,使最终纸产品有一个“洁白如玉”的卖相。

如果从生态环境的保护和资金资源的节约及使用功能上来看,纸浆的漂白弊大于利。

2 浆纸本色化和低白度化的意义

2.1 纸浆本色化的意义

纸浆的漂白主要是采用漂白剂在一定的条件下(如,一定的反应温度、浆料浓度、反应时间及化学品用量等)对纸浆进行化学和物理作用,从而脱除纸浆中残留的木素和一些其他物质[3]。由于化学品的作用对象存在不确定性,因此,纸浆在进行漂白过程中不可避免地会导致碳水化合物 (纤维素和半纤维素)的降解损失。而为了实现高白度,目前纸浆的漂白流程通常多段化,漂白剂也采用更高效的氧化型漂白剂。例如,现在研究较为广泛的无元素氯漂白(ECF)流程就有 ODED、D0EopD1D2、OD1EoD2、OD1EopD2和 DEOPDPO等,而全无氯漂白 (TCF)流程则有 OQ(PO)(PO)、O(Q)(PO)(ZQ)(PO)、EOZQPO、EPPO1PO2和 EOPAPO1PO2等[3-8]。

上述各流程均为多段漂白流程,各流程中均使用了多种化学品,尤其是多种氧化性漂白剂;并且在各漂白段之间还进行了洗涤浓缩处理,消耗设备投资的同时将在运行过程中耗费大量淡水资源和能源。而纸浆经过如上述的各流程的多段漂白后,由于各漂白工段之间的洗涤损失和碳水化合物的化学降解损失及木素的脱除等会不可避免地导致漂后浆料得率的下降,通常经过多段漂白后纸浆的得率会降低 6%～10%(视生产系统与漂白流程而异)。同时,为了洗净经各工段化学处理后的纸浆,在漂白过程中需要消耗大量的新鲜水,并投入相当大的设备规模等。一般情况下,漂白废水不能够回用或回用率有限,尤其是在含氯漂剂或有酸处理的漂白系统中,浆料的漂白废水和漂后洗涤废水均不能够正常回用,形成的中段水将进入污水处理场,进行污水处理。由于漂白废水中含有较高的 COD、BOD、SS及 AOX等污染性物质 (如表 1),为了降低其中的有害物质,需要对其进行长时间和多段的生化处理,投入大量的资金和费用。虽然 COD、BOD、SS和AOX经过多方式处理后能够达标排放,但是其中的富营养成分 (N、P、K等)和残存的 COD、BOD、SS和 AOX同样会对环境造成累积性污染[9];而由于其中的各种化学品以酸或碱或盐的形式存在于水体中,长期的排放,仍将对自然环境和水体产生酸碱或盐的累积污染。

通常,以含氯漂剂尤其是含元素氯漂剂为主要漂白化学品的流程所产生的漂白废水中会产生相对更多的 AOX。现代科学研究发现,漂白废水中的 AOX含有一种二恶英类物质,该类物质为脂溶性的累积性物质[4,10]。更深入的研究认为,AOX尤其是其中的二恶英类化合物是剧毒性物质,其毒性相当于氰化钾(KCN)的 1000倍以上,是目前发现的无意识合成的副产品中毒性最强的化合物,被称为 “地球上最强的毒物”[10-11],具有较强的致畸作用、致癌作用。作为 POPs公约的重要成员国,我国有义务更有责任减少并消除具有毒副作用的 AOX尤其是二恶英的产生,而纸浆本色化则可以杜绝漂白过程中 AOX及二恶英的人为产生。

由上述可知,纸浆漂白会导致资源的无效消耗以及环境的严重污染。因此,实现纸浆本色化将可以节约资源,保护环境。以一个年产 10万 t漂白化学木浆的企业为例,如果实现纸浆本色化,将可以取缔漂白工段,减少企业漂白投资的同时节约木材资源超过95000 m3/a(此处,细浆得率以 50%计,漂损以 8%计,木材密度按 0.4×103kg/m3计);减少蒸汽用量21.42万 t(以 D0EOPD1漂白流程计算,吨浆耗汽1.8 t计),相当于节省标煤 2.68万 t;降低新鲜水资源的消耗超过 357万 t/a(漂白过程吨浆耗水以 30 m3计),进而避免大量漂白废水的产生;节省了漂白废水的处理成本;避免了漂白化学品的使用;彻底杜绝新的 AOX的产生和 COD、BOD和 SS的增加。

我国是一个资源短缺的国家,尤其是森林资源极度贫乏,可用于工业生产的木材蓄积量有限,其中可用于制浆造纸的木材纤维资源更是严重缺乏。我国的“第六次全国森林资源清查及森林资源状况”显示：目前我国森林覆盖率只有 18.21%,人均森林面积为0.132 hm2,不到世界平均水平的 1/4,我国人均森林蓄积量仅为 9.421 m3,不足世界平均水平的 1/6,是世界人均森林蓄积量最低的国家之一[13]。虽然我国政府近年相继实施了 “退耕还林”,并在造纸行业推行了“林浆纸一体化工程”等一系列育林政策,但是“远水解不得近渴”,林木的生长和森林的蓄积非一朝一夕所能实现,森林资源的成熟短则需要数十年,长则上百年。因此,保护我国仅有的林木资源意义重大。如果能够在生产生活中合理高效地利用我国仅有的造纸纤维资源就等于保护了我国的森林资源。据统计,2009年我国原生木浆产量 551万 t[2],如果其中 50%实现本色化,则可以增产本色木浆 5.2345万 t,节约木材 27.55万 m3(细浆得率以 50%计,漂损以 8%计,木材密度按 0.4×103kg/m3计,木片合格率以 95%计),可以有效保护我国的成材活立木资源。

表1 几种废水主要污染物含量

我国也是一个严重缺水的国家,是目前全球 12个人均水资源最贫乏的国家之一,淡水资源总有量约2.7 Tm3,仅为世界平均水平的 1/4、美国的 1/5,在世界上名列 121位,可供开发利用的淡水资源量不足1.1 Tm3[14-15]。如果 2009年我国自产的 1726万 t的原生浆[2]中有 1/3本色化,则可以减少 17256万 m3的新鲜水资源开采 (以漂白过程吨浆耗水 30 m3计),避免相应量的废水排放,减少 14.21万 t的 CODCr的产生 (细浆得率以 50%计,漂损以 8%计,1 t原料以产生 CODCr1.30 t计[16]);纸浆不漂白还将节约漂白剂 55万 t(漂白过程化学品总用量折算以有效氯用量 8%计),节约标煤 154万 t以上 (D0EOPD1流程漂白吨浆耗标煤以 0.225 t计);同时减少大量的温室气体排放。

应该明确的是,纸浆的本色化并非只允许生产本色的纸浆。而可以通过蒸煮工艺的调整得到不同白度不同硬度的纸浆,或采用更环保的低投资的方法对纸浆进行半漂处理,尤其是进行氧脱木素处理,适当改变纸浆的白度,以满足纸张的特殊需要。研究证明,纸浆经过氧脱木素后白度可以达到 50%以上[5,17-19],若配以商品木浆便可以抄造白度适宜的各种纸张;而纸浆氧脱木素后的废水和洗涤废水则可以用作纸浆的洗浆水,并最终送去回收工段处理。

综上可见,纸浆本色化有利于森林和淡水资源的节约和环境的保护及降低生产成本。即纸浆的本色化环境效益、社会效益和经济效益显著。

2.2 纸张本色化和低白度化的意义

为了使纸产品更洁白更鲜亮,通常纸张生产过程中会添加荧光增白剂或显白剂。据资料显示,荧光增白剂有致癌作用,对人体健康有很大害处[20];同时各种增白剂或者显白剂的运用还会对水体产生污染。为了匹配高白度纸张,生产过程中所有助剂几乎无一例外地也需要达到高白度,例如填料、颜料等;而最终生产出来的高白度纸张对人的健康反而有害。据研究,如果长时间注视高白度纸张,一段时间后正常人就会感觉到眼睛刺痛,不舒服,眼睛容易疲劳甚至流泪;对还处在发育期的青少年,如视网膜长时间受到高白度的刺激,将会视力产生较大的影响[20]。因此,从纸张的功能和使用角度及健康方面分析,纸张不需高白度。例如,我们司空见惯的生活用纸 (厕纸、擦手纸、餐巾纸等),其功能要求是：只要能满足具有一定强度、具有高吸水性和蓬松度及相应的柔软度即可,对于是否白色或高白度无关紧要。

实现纸张本色化将取消增白剂和显白剂的运用,降低成本,减少污染,并保护人体健康;同时可以带动相关产业向环保型转变。例如纸张本色化后所用填料 (碳酸钙、滑石粉等)和颜料 (高岭土等)则不需要达到高白度,甚至不需要进行漂白,降低生产成本,同时保护环境。

当然,纸张的本色化并非千篇一律地生产和销售本色纸张或低白度纸张,而是可以包容不同白度的纸产品;从环保和节约资源的角度鼓励低碳生活,提倡尽管消费低白度或本色纸张。

综上所述,浆纸本色化能够节约资源,保护环境,降低成本,其社会效益、环境效益及经济效益显著,意义重大。

3 浆纸本色化和低白度化的前提

虽然浆纸本色化社会效益、经济效益和环境效益明显,但是浆纸的本色化不可能一蹴而就,它的实现是一个漫长的过程,还有待多方条件的不断成熟。

(1)浆纸本色化需要消费者消费观念的转变

浆纸要实现本色化首先需要人们转变其消费观念。当今社会,人们存在一个消费误区,通常认为“白”即等于“卫生和健康及有档次”。在我国民间,白色往往预示着洁净、卫生、高档、华丽。例如,在生活上常以“白”作为干净的评价标准,在审美方面更是以“白”为美。殊不知 “白”并不一定就代表卫生和健康。纸浆漂白过程中,漂剂与纤维作用后纤维上结合或吸附了漂剂的成分或有反应生成物,这些物质含量超过一定量,尤其是 AOX类,将对人体产生危害[10-11]。何况纸浆“白”的代价是资源的浪费和环境的恶化。如果人们消费观念转变了,消费意识提高了,市场不再接受亮白尤其是高白度浆纸产品了,那么浆纸本色化则指日可待。

因此,对于纸张的低白度、本色化还需要进行更广泛的宣传和更深入的教育,通过相关教育和环保知识的普及来转变人们的消费观念,为浆纸的低白度、本色化创造条件。

(2)浆纸低白度、本色化需要政府支持

浆纸要实现低白度、本色化离不开政府的支持。环境问题、资源问题及社会问题非普通百姓能够左右,需要政府出台相应的法律、法规及政策。通过政策的强制性进行管理,浆纸低白度、本色化才更有希望。例如,通过制定国家或者行业标准,限制成品浆纸产品的最高白度值,或者如同国家的“限塑令”一样,通过法律形式禁止生产白度超过规定的浆纸产品,并禁止采用某些高危性漂白剂等,从而实现浆纸的低白度、本色化,进而保护资源和降低污染。

(3)浆纸低白度、本色化还需要技术的支持

浆纸要低白度、本色化还需要有足够的技术支持。浆纸的低白度、本色化并非简单的不漂白即可。未漂浆料,其生产条件不同,有时其白度和卡伯值可以相差几十个单位值。因此,对于本色纸浆的蒸煮技术需进行更深入的研究。另外,笔者在研究开发低白度和本色浆配抄中高档文化用纸的过程中发现,由于制浆过程中受原料、蒸煮工艺、制浆条件及设备稳定性等诸多因素的影响,导致相同工艺条件的不同批次纸浆其白度和硬度不尽相同。纸浆的色度差异会致使纸张的色度产生差异,如何稳定相同工艺本色浆料产品的色度值,还需要进行更多的针对性研究。而广告业或包装业对纸张色彩要求比较丰富,因此,有关低白度或者本色浆的染色或彩色印刷性能情况未曾见诸较多报道,此方面也需要进行相关性研究,以积累更丰富的经验。

因此,浆纸的低白度、本色化并非一朝一夕的工程,还需要进行长期宣传和普及,进行更深入的研究探索,并有待多方条件的成熟才可能真正实现。

4 结 语

大力发展绿色经济、低碳经济和循环经济,节约资源,保护生态环境是人类实现可持续发展的前提,也是未来生产生活的发展方向。浆纸的本色化和低白度化可以实现资源的充分高效利用进而节约资源;可以降低污染物的产生和排放进而保护生态环境;可以减少生产投资节约成本进而提高经济效益。虽然浆纸实现本色化和低白度化还有很长的路要走,还需要我们做出更多的努力,但可喜的是国内已经有企业就浆纸本色化进行尝试,并生产出相关产品[16]。虽然企业的数量有限,产品种类有限,但是星星之火可以燎原,有理由相信,在这些企业的引领下,随着人们环保意识的提高和消费观念的转变以及政府相关政策的出台,浆纸的本色化和低白度化将不会太久远。

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(责任编辑：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

陈 彬先生,工程师;主要从事制浆、漂白及相关技术的研究。

2010-10-09(修改稿)