廢紙制漿造紙生產(chǎn)工藝和設(shè)備的優(yōu)化與創(chuàng)新路徑思考

＊張克英

（山東省臨沂市郯城經(jīng)濟(jì)開發(fā)區(qū)管委會(huì) 山東 276100）

引言

自2017年，我國(guó)針對(duì)外國(guó)廢紙的進(jìn)口政策逐步收緊，降低了造紙企業(yè)的配額比，到2021年，國(guó)家已經(jīng)全面禁止廢紙進(jìn)口。從造紙工藝而言，將廢紙進(jìn)行回收再利用，是大部分企業(yè)的生產(chǎn)基準(zhǔn)，但是受限于原材料價(jià)格的不斷攀升，間接影響著行業(yè)上下游的產(chǎn)業(yè)經(jīng)濟(jì)，為打破行業(yè)發(fā)展中所面臨的困境，造紙企業(yè)必須肩負(fù)起技術(shù)創(chuàng)新、管理創(chuàng)新、工藝創(chuàng)新的重任，積極響應(yīng)國(guó)家的號(hào)召，穩(wěn)固資金產(chǎn)業(yè)鏈條。本文則是針對(duì)廢紙制漿造紙生產(chǎn)工藝和設(shè)備的優(yōu)化及其創(chuàng)新進(jìn)行探討，僅供參考。

1.廢紙?jiān)系南嚓P(guān)概述

廢紙作為造紙業(yè)的主要原料，部分發(fā)達(dá)國(guó)家造紙?jiān)现心緷{占比高達(dá)89%，我國(guó)受限于森林資源短缺，木材市場(chǎng)分化嚴(yán)重，削減了造紙行業(yè)中成熟木材的投入比。《中國(guó)造紙工業(yè)可持續(xù)發(fā)展白皮書》中指出，在2018年我國(guó)造紙?jiān)现心緷{占比約為35%，其中以廢紙為原料的漿料約占52%，伴隨著固廢進(jìn)口條例的下達(dá)，近兩年來廢紙進(jìn)口量極具下滑。如圖1所示，為2011年到2020年我國(guó)紙漿產(chǎn)量。

圖1 2011年到2020年我國(guó)紙漿產(chǎn)量（代表非木漿；代表廢紙漿；代表木漿。單位為萬噸）

(1)廢紙?jiān)?/h3>

廢紙?jiān)戏诸愂菍U紙進(jìn)行分類處理，便于集成化管理，另一方面，則是由于不同國(guó)家對(duì)紙張制作工藝存在差異性，使得分類參數(shù)具有差異性。例如：高級(jí)廢紙、舊新聞紙張、包裝紙張以及混合型紙張等。在“禁廢令”下達(dá)之前，我國(guó)是最大的廢紙進(jìn)口國(guó)，年進(jìn)口量占據(jù)世界可供出口量的30%，我國(guó)在內(nèi)需與進(jìn)口的雙重導(dǎo)向下，滿足了國(guó)家發(fā)展對(duì)紙質(zhì)原料的需求。但是在2017年，國(guó)家頒布限廢政策之后，政策機(jī)制的收緊，降低外廢的進(jìn)口量，國(guó)家進(jìn)口量呈現(xiàn)出斷層式下滑，由2011年的2728萬噸、2012年的3307萬噸、2013年的2924萬噸，到2017年的2572萬噸，最后到2018年的1706萬噸、2019年的1036萬噸、2020年的675萬噸，紙張?jiān)现袕U紙制漿進(jìn)口量的下滑，真正將壓力轉(zhuǎn)移到內(nèi)部制造業(yè)身上。對(duì)于紙張制造類產(chǎn)業(yè)而言，要想保證原材料不變的前提下，實(shí)現(xiàn)增益型的收益，必須加強(qiáng)對(duì)生產(chǎn)工藝、生產(chǎn)設(shè)備的優(yōu)化及更新，真正打破依賴進(jìn)口的困境，實(shí)現(xiàn)自給自足，為國(guó)家發(fā)展奠定堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。

(2)廢紙?jiān)系暮Y選

傳統(tǒng)廢紙?jiān)虾Y選工序中，人工揀選廢紙?jiān)咸幚淼牡谝坏拦ば颉Ｈ藗冊(cè)趻x過程中，利用肉眼觀察廢紙中混入的固體雜質(zhì)，例如塑料制品、金屬制品等，避免不合格的廢紙?jiān)狭魅氲缴a(chǎn)線中。從紙張生產(chǎn)角度而言，廢紙?jiān)系挠行院Y選，可保證廢紙生產(chǎn)線的安全運(yùn)行，避免硬質(zhì)類雜質(zhì)對(duì)設(shè)備造成損毀，同時(shí)可起到提升紙張制作質(zhì)量的效果。伴隨著國(guó)家紙質(zhì)需求的不斷增加，傳統(tǒng)人工操作的形式，儼然無法滿足高強(qiáng)度的工作需求，且大量的人工將加大成本損耗量，降低企業(yè)的經(jīng)濟(jì)收益。對(duì)此，造紙企業(yè)開始引入先進(jìn)的生產(chǎn)體系，例如：碎漿機(jī)、篩漿機(jī)等設(shè)備，通過自動(dòng)化、智能化的操作，可以有效提高工作效率，規(guī)避人員操作中存在的誤差問題，極大提高工作精度與效率。

2.廢紙制漿造紙生產(chǎn)工藝和設(shè)備的優(yōu)化與創(chuàng)新研究

(1)利用低層次廢紙生產(chǎn)高品質(zhì)紙張的工藝

①紙張?zhí)匦?/p>

傳統(tǒng)紙張產(chǎn)品多采用廢紙脫墨漂白漿加工靜電復(fù)印紙以及書寫紙張等，此類產(chǎn)品在初始生產(chǎn)時(shí)，被稱為“環(huán)保紙”，占據(jù)國(guó)內(nèi)外的主要市場(chǎng)，甚至在部分發(fā)達(dá)國(guó)家，此類紙張的經(jīng)銷可以得到減免稅負(fù)的優(yōu)惠。此類紙張?jiān)谏a(chǎn)過程中采用的再生漿成本，要遠(yuǎn)低于商品漿成本，這也造成市場(chǎng)呈現(xiàn)出供不應(yīng)求的局面。

②高品質(zhì)紙張的再生產(chǎn)

在紙張市場(chǎng)的定向轉(zhuǎn)變下，部分企業(yè)逐漸將高品質(zhì)造紙技術(shù)及設(shè)備進(jìn)行優(yōu)化處理，利用低層次廢紙生產(chǎn)出高品質(zhì)的文化用紙以及特種紙張。經(jīng)過不斷的實(shí)踐表明，我國(guó)造紙類企業(yè)已經(jīng)研發(fā)出相對(duì)應(yīng)的生產(chǎn)線，充分認(rèn)證著前期設(shè)計(jì)思路的精確性，為后期生產(chǎn)加工提供指導(dǎo)建議。高品質(zhì)紙張的再生產(chǎn)完全采用了書本紙、雜志紙等，除非是特別規(guī)格的特種紙張，其余均可實(shí)現(xiàn)100%的廢紙生產(chǎn)，滿足市場(chǎng)需求。

③廢紙漿技術(shù)參數(shù)

廢紙漿主要是在廢紙?jiān)系幕A(chǔ)上制備而成的，一噸廢紙漿需要1.5～1.55t廢紙、20～22m3的工業(yè)水、煤氣消耗量為0.45～0.75t、電量消耗在220～260kW·h。廢紙漿質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)白度在80%～86%，叩解度在35～37SR，濕度為2.5～2.9g。成品紙物理指標(biāo)是按照不同類型的紙張參數(shù)來決定的，因?yàn)樵诔善分谱鬟^程中，紙張用途直接決定著產(chǎn)品的生產(chǎn)參數(shù)以及后期的銷售市場(chǎng)，如表1所示，為無碳復(fù)寫原紙與雙面膠版紙的質(zhì)量指標(biāo)。

表1 兩種紙張的參數(shù)對(duì)比

(2)生產(chǎn)工藝

本文以廢紙脫墨漿生產(chǎn)無碳復(fù)寫原紙工藝為例，具體流程如下。

已挑揀的廢紙經(jīng)由鏈板輸送機(jī)傳輸?shù)絻膳_(tái)并聯(lián)的高濃度水力碎漿機(jī)設(shè)備中，由圓筒篩過濾廢紙漿體中存在的雜質(zhì)，將漿體輸送到一號(hào)漿池中，由泵機(jī)設(shè)備進(jìn)行高濃度除渣處理，漿體流入到壓力孔篩進(jìn)行跳篩過濾，二次過濾雜質(zhì)。此時(shí)經(jīng)過二次過濾的漿體輸送到二號(hào)漿池中，在輸送泵的作用下，漿體經(jīng)過一段、二段濃度過濾處理，在壓力縫篩中進(jìn)行二段壓力處理，得出的漿體在浮選脫墨機(jī)中進(jìn)行處理，并將處理后的漿體輸送到三號(hào)漿池中。在三號(hào)漿池中，經(jīng)過旋筒壓力縫篩、浮選脫墨機(jī)、高速洗漿機(jī)，得到的最終漿體流入到成漿池中，進(jìn)行復(fù)寫紙的成品處理。

(3)生產(chǎn)工藝優(yōu)化途徑

本次紙張生產(chǎn)工藝，是以無碳復(fù)寫紙?jiān)垶槔渲袕U紙制漿占據(jù)的比值達(dá)到90%，其余為漂白漿。經(jīng)過不斷的實(shí)踐證明，傳統(tǒng)制漿造紙工藝所產(chǎn)生的消耗比較高，在電能、水能等方面具有高消耗特點(diǎn)，且在生產(chǎn)過程中，將產(chǎn)生一定的污染問題，一定程度上增加了企業(yè)運(yùn)行負(fù)擔(dān)。

在對(duì)生產(chǎn)工藝進(jìn)行優(yōu)化處理時(shí)，主要從去除膠黏物、節(jié)約電能、節(jié)約漿體等方面進(jìn)行優(yōu)化，真正達(dá)到節(jié)能化、無污染化的生產(chǎn)，提高系統(tǒng)運(yùn)行效率，制備出高品質(zhì)的紙張。

①去除膠黏物

在進(jìn)行技術(shù)創(chuàng)新時(shí)，考慮到去除膠黏物設(shè)備的工作屬性，借鑒了國(guó)外熱分散體系，保證在膠黏物體產(chǎn)生的過程中，可以達(dá)到全過程的檢索，有效規(guī)避粘合物的粘連問題，提高設(shè)備運(yùn)行效率。本次流程設(shè)計(jì)期間，是按照不同階段的生產(chǎn)工藝，采取相對(duì)應(yīng)的處理工序，并將此類工序與設(shè)備相結(jié)合，得到綜合性的處理效果。例如在人工篩選階段、碎漿階段、雜質(zhì)清除階段、除砂階段、壓力篩選階段、低濃度過濾階段等，可以真正實(shí)現(xiàn)過程性處理，并可保證不同類別處理中不會(huì)產(chǎn)生相互干擾。在階段性的去除工藝中，膠黏物在工序中產(chǎn)生時(shí)，可及時(shí)得到清理，不會(huì)產(chǎn)生膠黏物積累的問題。經(jīng)過不斷的實(shí)踐驗(yàn)證，生產(chǎn)工序在長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行下，仍可實(shí)現(xiàn)高精度生產(chǎn)，有效規(guī)避在生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的膠黏物問題。例如在壓力縫篩環(huán)節(jié)，將縫隙寬度設(shè)置為0.14mm，即便是在此階段產(chǎn)生膠黏物，也可有效過濾設(shè)備外部，防止產(chǎn)生堵塞的問題。此外，在對(duì)設(shè)備進(jìn)行優(yōu)化時(shí)，技術(shù)人員注重除渣處理，在三個(gè)漿池中，重新設(shè)定了高濃度除渣器的運(yùn)行參數(shù)，提高固體廢物的監(jiān)測(cè)及排除效果。在溫度控制方面，本次優(yōu)化也逐步凸顯出溫度精細(xì)化控制，通過調(diào)節(jié)碎漿溫度，降低溫度下限，這樣在后續(xù)生產(chǎn)加工過程中，可以有效抑制膠黏物的產(chǎn)生。因?yàn)樵谏a(chǎn)加工過程中，膠黏物密度與溫度升呈現(xiàn)出正比的關(guān)系，當(dāng)降低碎漿溫度時(shí)，則可有效提高膠黏物的密度，令膠黏物在水中下沉，然后在除砂器中將該工序中產(chǎn)生的膠黏物進(jìn)行全部清理。此外，低溫碎漿還可適當(dāng)降低膠黏物的彈性值，在縫篩工序中，可以隨著漿體一同進(jìn)入到濾網(wǎng)中，得以篩除處理，提高漿體濃度。

②節(jié)約電能

廢紙制漿造紙生產(chǎn)鏈中需要多類生產(chǎn)工序、設(shè)備等完成繁雜的工藝處理。此過程中，輸送機(jī)、泵機(jī)、壓力機(jī)、存儲(chǔ)設(shè)備等長(zhǎng)時(shí)間工作，將消耗大量的電能，其產(chǎn)生的消耗將降低企業(yè)的運(yùn)行收益。對(duì)此，在進(jìn)行具體設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)充分利用到節(jié)能減排理念，分析出階段性施工對(duì)整個(gè)生產(chǎn)成本起到的作用，達(dá)到降損增益的效果。本文在具體設(shè)定過程中，則是針對(duì)生產(chǎn)工序中的核心設(shè)備進(jìn)行優(yōu)化處理，將浮選脫墨機(jī)的核心部件進(jìn)行優(yōu)化處理，這樣在實(shí)際規(guī)劃過程中，整機(jī)的裝載量與消耗量將得到大幅度優(yōu)化，且實(shí)際脫墨效率將提高15%，同時(shí)也可降低上下聯(lián)動(dòng)機(jī)器的動(dòng)力支撐需求。在工序優(yōu)化階段，則是直接進(jìn)行動(dòng)能的再利用，例如：在壓力縫篩工序中，設(shè)備完成工序之后，將產(chǎn)生多余動(dòng)能，原有設(shè)備則是此類動(dòng)能閑置，而此次優(yōu)化的動(dòng)能二次利用，則是直接將漿料工序后的動(dòng)能進(jìn)行利用，有效避免了泵機(jī)的運(yùn)行或降低泵機(jī)的荷載量，在一定程度上達(dá)到節(jié)約的效果。

③節(jié)約漿體

利用廢紙制漿過程中，繁雜的工序增加了漿體的損耗量，且在生產(chǎn)過程中，工序所產(chǎn)生的污染量也在逐步累積，令企業(yè)不得不額外支出相應(yīng)的除污費(fèi)用。在對(duì)此類問題進(jìn)行優(yōu)化處理時(shí)，則是針對(duì)整個(gè)生產(chǎn)流程中的水體進(jìn)行封閉式循環(huán)處理。本文采用三回路封閉循環(huán)處理，利用水體循環(huán)利用，保證在不同階段漿體處理中可以實(shí)現(xiàn)集中處理，有效降低降水的耗損量，同時(shí)也可對(duì)水體中漿料以及化學(xué)品進(jìn)行二次回收處理，這樣可避免出現(xiàn)二次干擾的問題，降低成本投入，達(dá)到降損增益的效果。

④印刷廢水回用處理工藝

第一，回用處理系統(tǒng)。利用廢紙進(jìn)行制漿造紙中其所產(chǎn)生的廢水，在回收期間需要按照不同的廢水污染指標(biāo)進(jìn)行規(guī)范化處理，然后依據(jù)實(shí)際操作工序，設(shè)定出相對(duì)應(yīng)的循環(huán)處理裝置，保證廢水的產(chǎn)生與再利用，可以達(dá)到一個(gè)能量層面的守恒，降低資源的消耗。對(duì)此，在實(shí)際廢水處理中，則需要針對(duì)不同廢水類型設(shè)定出相對(duì)應(yīng)的回收基準(zhǔn)，保障廢水回收與再利用，可以真正發(fā)揮出相對(duì)應(yīng)的價(jià)值。

通常情況而言，在利用廢紙制漿造紙時(shí)期所產(chǎn)生的廢水大多包含有機(jī)物以及懸浮物，為避免此類廢水所產(chǎn)生的污染，則需要對(duì)循環(huán)中的廢水進(jìn)行過濾以及降解處理，確保水體達(dá)到排放以及使用基準(zhǔn)。以往的回收工藝，大多數(shù)是采用絮凝過濾以及生化處理為主，將格柵設(shè)備、換熱、初沉、中和、二沉設(shè)備以及反滲透膜系統(tǒng)等將廢水中的雜質(zhì)進(jìn)行處理，降解廢水中的高分子化合物。

在廢水處理過程中，由于廢紙之中所含有的固體廢物，將加大沸水中污泥、高氮磷元素的含量，此類污染問題將對(duì)機(jī)械設(shè)備中的金屬組件造成一定的損耗。對(duì)此，則采用水藻與微生物香混合的廢水處理工藝，降低廢水中的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)，真正削減經(jīng)濟(jì)損耗，提高資源集中的優(yōu)勢(shì)。但是此類技術(shù)在實(shí)際應(yīng)用過程中，無法針對(duì)大容量的循環(huán)性的廢水進(jìn)行范圍性處理，造成技術(shù)投入與產(chǎn)出不成正比的問題。

在對(duì)工藝流程進(jìn)行分析時(shí)，造紙廠制漿生產(chǎn)線所利用的廢水回用系統(tǒng)是直接與整個(gè)制漿生產(chǎn)體系相對(duì)接的，這樣在漿體所產(chǎn)生的廢水及時(shí)排放到廢水活用系統(tǒng)之中，此過程中需要利用泵體以及過濾器將廢水進(jìn)行傳送處理，保證制漿生產(chǎn)線運(yùn)行的持續(xù)性。在實(shí)際生產(chǎn)中廢水處理則需要將過濾器連接到整個(gè)廢水處理前端，利用PAC藥劑對(duì)廢水中的微生物以及各類雜質(zhì)進(jìn)行絮凝處理，確保廢水中存在的懸浮物以及各類有機(jī)雜質(zhì)產(chǎn)生沉淀，下沉到廢水的底部，最后利用過濾器將此類具有高密度的進(jìn)行排除，有效降低廢水中的污染含量，同時(shí)也可避免整個(gè)系統(tǒng)運(yùn)行中出現(xiàn)堵塞的問題。經(jīng)過多道處理后，廢水中所存在的有害物質(zhì)將縮減到一定的范疇，利用生物膜技術(shù)以及滲透技術(shù)，將廢水中存在的生物有機(jī)分子進(jìn)行吸附處理，最后得到更為純凈的廢水。在對(duì)廢水進(jìn)行二次過濾時(shí)，則需要采用超濾系統(tǒng)結(jié)合反滲透工藝，確保廢水處理后所達(dá)到的指標(biāo)是符合回用基準(zhǔn)的，再對(duì)其進(jìn)行降解處理，將上述工序中存在的高分子化合物進(jìn)行降解，并采用相應(yīng)的真菌處理方案進(jìn)行生物處理，通過循環(huán)性的處理工藝，令廢水達(dá)到回收再利用的指標(biāo)。

第二，回收處理效果。廢紙制漿造紙工序中所產(chǎn)生的廢水具有高污染性，但是從經(jīng)濟(jì)角度而言，廢水的循環(huán)利用則可以有效降低企業(yè)的經(jīng)濟(jì)成本，且整套循環(huán)系統(tǒng)與生產(chǎn)系統(tǒng)的對(duì)接，可以有效提高工作效率。上文我們所講述的回收處理工藝優(yōu)化，則是針對(duì)廢水中所存在的一系列雜質(zhì)進(jìn)行過濾以及沉淀處理，保證廢水回收是可以達(dá)到再利用的指標(biāo)。在實(shí)際生產(chǎn)過程中，廢紙制漿造紙生產(chǎn)中的廢水中氯離子的濃度達(dá)到1000mg/L，如果未能降低廢水中此類元素的數(shù)值，則極有可能在后續(xù)生產(chǎn)中令此類廢水無法達(dá)到再利用的指標(biāo)，對(duì)此則需要進(jìn)行前期檢測(cè)升級(jí)，對(duì)水體進(jìn)行多維度分析，確保每一類檢測(cè)數(shù)值之間的偏差不會(huì)產(chǎn)生較大的波動(dòng)。只有這樣，才可以保證出水水質(zhì)含量的穩(wěn)定性，利用上述回收處理工藝進(jìn)行優(yōu)化時(shí)，每一升中氯離子的含量由1000mg降到55～58mg左右，廢水雜質(zhì)含量基本達(dá)到再利用的指標(biāo)。為確保在實(shí)際生產(chǎn)過程中不同雜質(zhì)參數(shù)是符合再利用基準(zhǔn)時(shí)，則對(duì)水體中的重金屬元素以及水質(zhì)電導(dǎo)率進(jìn)行分別檢測(cè)，最終獲得廢水處理指標(biāo)是符合TSD標(biāo)準(zhǔn)的，此外，利用反滲透過濾系統(tǒng)可以對(duì)廢水中電導(dǎo)率產(chǎn)生一定的抑制，主要原因是由于膜性能中的反滲透原理可以有效去除廢水中的鹽，降低廢水中氯離子的含量，提高廢水處理的效率。

3.結(jié)語

綜上所述，紙質(zhì)產(chǎn)品在生產(chǎn)制作過程中，需要消耗一定的木質(zhì)材料，在國(guó)家可持續(xù)戰(zhàn)略以及禁廢令的推進(jìn)下，紙質(zhì)資源的回收再利用則成為制造產(chǎn)業(yè)發(fā)展的基礎(chǔ)。為此，在后續(xù)發(fā)展過程中，紙質(zhì)企業(yè)必須肩負(fù)起相應(yīng)的責(zé)任，深入分析出不同條件下，造紙技術(shù)與管理理念對(duì)造紙企業(yè)發(fā)展的重要性，打造出更為完整的生產(chǎn)格局。