以廢紙為原料的造紙企業節水減排評價體系的構建

閆月婷 米 展 廖傳華，* 馮志祥 季紅飛

(1.南京工業大學機械與動力工程學院，江蘇南京，211816;2.南京工業大學總務處，江蘇南京，211816;3.江蘇省節約用水辦公室，江蘇南京，210029)

利用廢紙替代原生纖維 (如木材等)造紙，可以實現資源節約，減少污染物排放、降低造紙成本，具有良好的經濟效益，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實現清潔生產和持續發展的戰略要求。有關資料表明，我國的廢紙漿產量已占總紙漿產量的60%以上，廢紙漿已成為我國造紙行業的主要漿種。

以廢紙為原料的造紙過程的用水節點很多，用水量很大。我國是世界上嚴重缺水的國家之一，如何節約用水已成為廢紙造紙的一個重要環節。廢紙造紙企業積極開展節水減排工作，對于節約用水、減少廢水的排放、降低企業的運行成本、實現可持續發展非常重要。

目前我國以廢紙為原料的造紙企業尚未建立科學、合理、適用的節水減排評價體系，為此，本課題結合廢紙造紙生產的用水、排水現狀，嘗試構建一套科學合理的節水減排評價體系，由此來確定節水減排目標，促進廢紙造紙企業節水減排工作的有效開展。

1 生產過程的工藝流程及用水和排水

1.1 生產過程的工藝流程

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，主要用于生產包裝紙、瓦楞原紙和箱紙板等。

目前使用廢紙造紙的工藝很多，但基本流程是一樣的，主要工序包括:廢紙處理工段 (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、復卷、打包等)。

1.2 用水

廢紙造紙過程中的用水節點較多，主要有:廢紙處理工段的碎漿，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系非常密切，所以在考慮水的使用時，必須把制漿和造紙兩部分聯系在一起［1］。

1.3 廢水的產生與排放

廢紙制漿廢水的主要來源是:篩選和除渣時排渣排出的廢水，洗滌、濃縮和污泥處理時濾液及系統中的多余白水。廢水中的污染物主要成分是:①固體懸浮物，包括細小纖維、無機填料、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、膠黏劑等，形成廢水中的COD;③有色物質，由油墨、染料及木素等化合物形成廢水的色度。雖然實現廢水的循環利用可以減少新鮮水的用量，達到節水減排的目的，但隨著廢水的不斷循環使用，廢水中各類有機雜質、微小顆粒、金屬離子、膠體物質等的含量都會隨回用次數的增加而增加，濃度會隨著新鮮水補充量的減少而增加。

非脫墨制漿工藝的廢紙生產過程，其產生的廢水量及廢水中COD、BOD等污染負荷比脫墨制漿工藝的廢紙生產過程產生廢水的污染負荷低得多。洗滌法脫墨的用水量遠高于浮選脫墨，但其污染物濃度較低，而污染負荷比浮選法高一些;對于脫墨廢水而言，用于生產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等污染物排放量要比生產新聞紙的高［2］。

2 節水減排評價體系的構建

由上述分析可以看出，廢紙造紙過程中的用水節點較多，用水量和排水量也較大，因此在廢紙造紙企業大力開展節水減排改造已成為國內外普遍關注的焦點。目前，雖然各廢紙造紙企業都已進行了一定程度的節水減排改造，但對不同企業進行改造所取得的節水減排效果無法進行定量評價，因此，有必要結合廢紙造紙企業的工藝流程、用水節點及用水和排水量，構建一套科學合理的評價體系，以便對不同企業進行的節水減排改造進行評價，也為進一步開展節水減排改造指明方向。

2.1 指標體系構建的原則

節水減排評價體系是運用特定的指標和標準，采用科學的方法，對節水減排工作的進展和成效進行評判，是衡量企業節水減排水平的一種尺度［3］。為保證評價體系的科學性與規范性，構建時應遵循以下原則:

(1)典型性原則。務必確保評價指標具有一定的典型代表性，盡可能準確反映出廢紙造紙企業節水減排的綜合特征，即使在減少指標數量的情況下，也要便于數據計算和提高結果的可靠性。另外，評價指標體系的設置、權重在各指標間的分配及評價標準的劃分都應該與廢紙造紙企業的現狀相適應。

(2)簡明科學性原則。各指標體系的設計及評價指標的選擇必須以科學性為原則，能客觀真實地反映廢紙造紙企業節水減排的特點和狀況，能客觀全面反映出各指標之間的真實關系。各評價指標應該具有典型代表性，不能過多過細，使指標過于繁瑣，相互重疊，指標又不能過少過簡，避免指標信息遺漏，出現錯誤、不真實現象，并且數據易獲且計算方法簡明易懂。

(3)可比、可操作、可量化原則。指標選擇上，特別注意在總體范圍內的一致性，指標體系的構建是為廢紙造紙企業的節水減排指明方向，指標選取的計算量度和計算方法必須一致統一，各指標盡量簡單明了、微觀性強、便于收集，各指標應該要具有很強的現實可操作性和可比性。而且，選擇指標時也要考慮能否進行定量處理，以便于進行數學計算和分析。

(4)綜合性原則。實現廢紙造紙企業的節水減排是構建評價體系的最終目標，也是綜合評價的重點。在相應的評價層次上，全面考慮影響廢紙造紙企業節水減排的諸多因素，并進行綜合分析和評價。

2.2 評價指標的選取

在上述原則的指導下，針對廢紙造紙企業節水減排評價指標體系的內涵和特征，在廣泛查閱資料的基礎上，本課題根據企業的取水、用水和排水的實際情況，篩選了直接反映生產過程的用水與排水狀態的相關指標，包括:取水指標 (如單位產品用水量、新鮮水利用系數)、用水指標 (如蒸汽冷凝水回用率、達標廢水回用率)、排水指標 (如COD排放強度、氨氮排放強度和行業敏感排放強度)等，用于評價企業節水減排的成效。

2.2.1 單位產品用水量

企業生產單位產品的總用水量，為取水量和回用水量之和。

單位產品用水量按式 (1)計算。

式中，Vin為單位產品用水量，m3;Vi為在一定的計量時間內，生產過程中取水量，m3;Vr為在一定的計量時間內，生產過程中回用水量，m3;Q為在一定的計量時間內的產品產量。

2.2.2 新鮮水利用系數

新鮮水利用系數為在一定計量時間 (年)內，生產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)計算。

式中，q為新鮮水利用系數;A為生產過程中使用的新鮮水量，m3;C為生產過程中外排水量，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指標，它是重復利用率的一個組成部分。蒸汽冷凝水回用率是指在生產中，用于鍋爐給水的蒸汽冷凝水回收量占鍋爐蒸汽發汽量的百分比，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為鍋爐蒸汽發汽量，m3。

2.2.4 達標廢水回用率

達標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)進行計算。

式中，s為達標廢水回用率，%;T為回用的廢水量，m3;U為排放的廢水總量，m3。

2.2.5 COD排放強度

COD排放強度就是指單位時間內排出的廢水中COD的總量。

2.2.6 氨氮排放強度

氨氮排放強度指單位時間內排出的廢水中氨氮的總量。

2.2.7 行業敏感排放強度

行業敏感排放強度指單位時間內排放的廢水中行業特有的某種污染物的總量。對于廢紙造紙而言，是指重金屬的總量。

2.3 權重值的確定

確定權重值的方法有很多［4-7］，根據選取的評價指標，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籌學家匹茨堡大學教授薩蒂 (Saaty T L)提出的一種層次權重決策分析方法。該方法是一種解決多目標復雜問題的定性與定量相結合的決策分析方法。將定量分析與定性分析結合起來，用決策者的經驗判斷各衡量目標能否實現的標準之間的相對重要程度，并合理地給出每個決策方案的每個標準的權數，利用權數求出各方案的優劣次序，有效地應用于那些難以用定量方法解決的課題。運用層次分析法構造系統模型時，大體可以分為以下幾個步驟。

2.3.1 建立層次結構模型

構建圖1所示的廢紙造紙企業節水減排評價體系框圖。該指標體系包括3個層次:第一層為目標層(A)，即廢紙造紙企業節水減排評價體系;第二層為準則層 (B)，包括取水指標、用水指標和排水指標;第三層為指標層 (C)，由2.2節所述的7個指標組成，反映了準則層的3個具體指標情況，最終構成廢紙造紙企業節水減排評價體系。

圖1 廢紙造紙企業節水減排評價體系框圖

2.3.2 構造判斷 (成對比較)矩陣

判斷矩陣的元素Bij用Santy的1～9標度方法給出。

表1 評價體系的判斷矩陣

2.3.3 確定指標權重

計算每個判斷矩陣的權重向量和全體判斷矩陣的合成權重向量。各指標權重可按式 (5)進行計算。

式中，ωi(i=1，2，…，n)為所求的權重值;bij為判斷矩陣中的元素值;n為某一判斷準則的影響因素。

將表1中的數據代入式 (5)中，可得準則層的權重B'=(0.106，0.487，0.186)，將權重進行歸一化處理，可得B=(0.136，0.625，0.239)。

2.3.4 進行一致性檢驗

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

根據計算得到的CI值，即可按式 (7)計算隨機一致性比率CR。

式中，CR為判斷矩陣隨機一致性比率;CI為判斷矩陣偏離一致性指標;RI為判斷矩陣平均隨機一致性指標，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，計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 求子指標的權重

采用指標權重計算方法確定指標層的權重，最終得到廢紙造紙企業節水減排評價體系各指標的權重，見表3。

表3 廢紙造紙企業節水減排評價體系子指標 (指標層)權重

綜合上述各評價指標及其相應的權重，可建立廢紙造紙企業節水減排評價體系，如圖2所示。

圖2 廢紙造紙企業節水減排評價體系

3 節水減排效果評價

3.1 節水減排效果的考核

工業企業節水減排評價指標的考核評分，以企業在考核年度 (一般以一個生產年度為一個考核期，并與生產年度同步)各項指標實際達到的數值為基礎進行計算，綜合得出該企業評價指標的總分值［9-11］。評價指標從其數值情況來看，可分為兩類情況:一類是該指標的數值越低 (小)越符合節水減排的要求;另一類是該指標的數值越高 (大)越符合節水減排的要求。因此，指標評分應根據其類別采用不同的計算模式。

對指標數值越高 (大)越符合節水減排要求的指標，可按式 (8)進行計算。

對指標數值越低 (小)越符合節水減排要求的指標，其計算可按式 (9)進行計算。

式中，Si為第i項評價指標的單項評價指數;Sxi為第i項評價指標的實際值 (考核年度實際達到值);Soi為第i項評價指標的評價基準值。

通過對各項指標的實際達到值、評價基準值和指標的權重值進行計算和評分，綜合考評企業實施節水減排的狀況和程度。

為了合理地綜合各單項評價指數，避免相互替代干擾，特做出如下規定:達到或超過評價基準值的算作滿分，即單項評價指數Si大于1.0的，均取1.0為其指數。評價指標總分值按 (10)進行計算。

式中，PT為評價指標總分值;n為參與評價考核指標總數;Si為第i項評價指標的單項評價指數;Ki為第i項評價指標的權重值。

若某項一級指標中實際參與定量評價考核的二級指標項目數少于該一級指標所含全部二級指標項目數(由于該企業沒有與某二級指標相關的生產設施所造成的缺項)時，在計算中應將這類一級指標所屬各二級指標的權重值均予以相應修正，修正后各相應二級指標的權重值可按式 (11)進行計算。

式中，Aj為第j項一級指標中，各二級指標權重值的修正系數。Aj=A1/A2，A1為第j項一級指標的權重值;A2為實際參與考核的屬于該一級指標的各二級指標權重值之和。

如由于企業未統計該項指標值而造成缺項，則該項考核分值為零。

3.2 節水減排企業評定標準

對廢紙造紙企業節水減排水平的評價，是以其節水減排綜合評價指數為依據的，對達到一定綜合評價指數的企業，分別評定為節水減排先進企業或節水減排達標企業。根據目前我國廢紙造紙企業的實際情況，不同等級節水減排企業的綜合評價指數列于表4。

表4 廢紙造紙企業不同等級節水減排綜合評價指數

按國家現行水資源保護政策法規以及產業政策要求，凡參評企業被地方水利主管部門認定為主要節水指標和污染物排放未“達標”(指總量未達到控制指標或污染源排放超標)或仍繼續采用要求淘汰的設備、工藝和產品進行生產的，則該企業不能被評定為節水減排先進企業或節水減排達標企業。

4 結論

本課題遵循科學性、可行性、代表性和可比性的原則，從取水、用水和排水3個方面構建了廢紙造紙企業節水減排評價體系，力求將節水減排概念科學化和定量化，既促進廢紙造紙企業與經濟、環境和社會的協調發展，為企業的長期發展奠定良好的基礎，又為地方水行政管理部門進行節水減排評價提供依據。

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