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投稿指南 摘要 应用生命周期分析法(LCA),对废纸造纸厂的生产过程,以及以原木造纸为主、废纸造纸为辅的造纸厂的化浆、脱墨浆、磨木浆以及CTMP浆等4种制浆工艺，进行了编目计算。比较了不同纸浆、不同产品纸生产工艺过程对环境的影响。
关键词：造纸厂 环境影响 生命周期分析
1 前言
生命周期评价法LCA(Life Cycle Analysis) [1]，是一种适用于量化评价由原料转化为产品的整个生产过程中各种污染物对环境影响的分析工具，包括：目标和范围定义、编目分析、环境影响评估、解释。目前，西方国家已用来评价生物质气化发电、燃煤发电以及其他一些工业，但该方法在国内应用还较少。
造纸工业对环境的污染大致包括以下几个方面：消耗大量的水资源，产生大量废水；木材造纸工艺中原木处理所剩树皮、除沙器中排出沙石铁质等杂物、废纸造纸工艺中粗选排出粗大杂物、脱墨污泥、废水处理所得污泥等，都形成了造纸厂的大量废渣；所用蒸汽的生产过程要消耗化石燃料，若追溯到源头，原木生长、采运过程也要消耗能源，因而排放CO2、SO2、NOX等有害气体。为了对不同制造工艺和不同的产品纸对环境的影响进行较全面的比较，文中应用LCA对以废纸造纸的A造纸厂的生产工艺，以及以原木造纸为主的B造纸厂4种纸浆生产工艺，进行系统的分析、评价，以期为降低造纸厂对环境的污染提供参考。
2 A造纸厂环境评价的LCA 模型
2.1 考察对象
以A造纸厂为例，应用LCA方法分析废纸造纸工艺的环境影响。废纸造纸工艺一般是通过废纸碎解脱墨形成高浓碎浆，然后通过筛选（得到粗大杂物）、除沙（得到沙石铁质等杂物）、洗涤和浮选脱墨、除轻渣和浓缩脱水（废水处理后得到废油墨渣），然后漂白打浆抄纸[2～4]。
由于造纸过程中所用的蒸汽是由燃煤提供的，所以将煤炭的开采运输列入生命周期中。造纸工艺中所用的化学药品，由于其量较小，所以未列入。而废纸来自上一个造纸生命过程，也未列入这次生命周期中。
2.2 废纸造纸工艺编目分析
A造纸厂的数据编目分析见图1。
3 B造纸厂环境评价的LCA模型
3.1 考察对象
以B造纸厂为例，应用LCA方法，分析以木材造纸为主、废纸造纸为辅的造纸工艺对环境的影响。B造纸厂主要以通过木材的蒸煮及处理所得的化浆为主，以机浆、CTMP浆和废纸脱墨浆为辅生产新闻纸，同时也用脱墨浆和化浆生产瓦楞纸。虽然4种纸浆的生产工艺各不相同，而且木材和废纸的处理过程和方法也有差别，废渣的成分也不一样，但废渣的主要来源都是通过筛选和除沙以及废水处理所得污泥[2～4]。
下面通过4种纸浆的制造过程编目分析，比较4种纸浆制造工艺过程的环境影响。
3.2 B造纸厂4种制浆工艺的编目分析
根据B造纸厂数据进行的4种浆生产工艺的编目分析见图2～5。
图中蒸汽参数：350oC，1MPa。煤炭开采与运输过程计算参考文献[5,6]。原木开采与运输过程计算参考文献[7]。
3.3 4种制浆工艺的环境影响
从上面编目分析所得化浆、脱墨浆、磨木浆以及CTMP浆的能耗、汽耗、用水量和废渣废气排放量见表1。
表1 B造纸厂制1000 kg浆的能耗、汽耗、用水量和废渣量
化浆 | 脱墨浆 | 磨木浆 | CTMP浆 | |
二氧化碳（kg） | 850.5 | 95.8 | 110.5 | 251.2 |
二氧化硫（kg） | 17.3 | 2.1 | 1.5 | 4.8 |
氮氧化物（kg） | 7.4 | 0.9 | 0.8 | 2.0 |
能耗（kW·h） | 402 | 350 | 1786 | 2604 |
汽耗（kg） | 2305 | 282 | 193 | 618 |
用水量（m3） | 137 | 25 | 19 | 37 |
产生废渣量（kg） | 154 | 201 | 52 | 104 |
4 3种产品纸生产情况的综合比较
A造纸厂主要以废纸脱墨浆生产打字纸，而B造纸厂以化浆为主，以机浆、CTMP浆和废纸脱墨浆为辅生产新闻纸，同时也用脱墨浆和化浆生产瓦楞纸。这3种纸的比较见表2。
表2 3种产品纸生产情况的综合比较
具体项目 | 新闻纸 (1000kg） | 瓦楞纸 （1000kg） | 打字纸(1000kg) | |
原 | 原木材（kg） | 1720 | 300 | 0 |
材 | 废纸（kg） | 160 | 1360 | 1600 |
料 | 其他化学药品（kg） | 3 | 4.25 | 5 |
消耗 | 能耗（kW.h） | 506 | 414 | 1300 |
(能耗、汽耗、 | 蒸汽消耗（kg） | 2075 | 1726 | 2000 |
汽耗) | 用水量（m3） | 115 | 41.8 | 400 |
树皮或废纸塑渣（kg） | 42 | 46 | 64 | |
废渣 | 筛选排出杂物（kg） | 112 | 143 | 86.5 |
排放 | 除沙器排出杂物（kg） | 11.7 | 14.5 | 8.5 |
量 | 脱墨污泥（kg） | 3.7 | 31.5 | 20 |
生物污泥（kg） | 24.3 | 4.5 | 0 | |
总废渣量（kg） | 193.7 | 239.5 | 179 | |
废水 | 处理后废水量（m3） | 117 | 42 | 402 |
排放 | 悬浮物SS（mg/L） | 45.4 | 45.4 | 47.2 |
量 | 生物需氧量BOD(mg/L) | 26.5 | ||
化学需氧量COD(mg/L) | 638.9 | 638.9 | 160 | |
废气 | 二氧化碳（kg） | 708.1 | 209 | 674.8 |
排放 | 二氧化硫（kg） | 14.4 | 4.4 | 14.9 |
量 | 氮氧化物（kg） | 6.2 | 1.9 | 6.1 |
5 结论
5.1 通过LCA编目分析和列表综合比较可知：在4种纸浆制造工艺中，化浆的汽耗和水耗最多，生产1000kg化浆分别消耗蒸汽2305kg和水137m3。而CTMP浆的能耗最大，生产1000kgCTMP浆消耗能量2604kW.h。脱墨浆废渣排放量最多，生产1000kg脱墨浆排放废渣201kg。化浆制造过程废气排放量最多，生产1000kg化浆排放CO2850.5kg、SO217.3kg、NOX7.4kg。
5.2 3种产品纸的能耗、汽耗、水耗，以及废渣、废水、废气排放量比较：在能耗、汽耗和水耗方面，打字纸的能耗、水耗远大于新闻纸和瓦楞纸。每生产1000kg打字纸的能耗、水耗分别为1300kW·h、400m3。而新闻纸的汽耗最大，生产1000kg新闻纸消耗蒸汽2075kg。瓦楞纸生产过程中产生的废渣最多，其次是新闻纸，打字纸最少。生产1000kg瓦楞纸产生废渣239.5kg。而打字纸生产过程中废水排放量最大，生产1000kg打字纸排放废水402m3。新闻纸的废气排放量较大，生产1000kg新闻纸排放CO2708kg、SO214kg、NOX6kg。
6 参考文献
1 王天民.生态环境材料.天津：天津大学出版社，2000.
2 刘秉钺，曹光锐.制浆造纸节能技术.北京：中国轻工业出版社，1999.
3中国环境保护总局控制司.城市固体废弃物管理与处理处置技术.北京:中国石化出版社，2000.
4 蒋其昌.造纸工业环境保护概论.北京：中国轻工业出版社，1998.
5 沈士一.汽轮机原理.北京：水力电力出版社，1995.
6 Shujuan Wang，Huiling Tong.Life Cycle Assessment on CO2 emissions from coal-fired power plant in China.1st US-China Symposium on CO2 Emission Control Science&Technology. August,2001,Hangzhou.
7 Margaret C Mann，Pamela L Spath.Life Cycle Assessment of a biomass gasification combined-cycle power system.北京：中国环境科学出版社,1997.
广东省自然科学基金研究团队项目资助，编号003045。
第一作者李 飞，男，1981年生，2001年毕业于华南理工大学电力学院，在读研究生。