杭州富阳图书馆

一、我国非木材制浆的现状
  我国的非木材纤维制浆历史悠久，是世界非木浆生产规模最大的国家，在原生纸浆中比率最高时曾占85％，在总用浆量中曾超过50％以上。这种造纸纤维原料结构，在世界上几乎是独一二的，因为全世界非木浆占原生浆仅5％左右，且主要生产者就是中国。不过，进入新世纪和我国加入世贸组织WTO后，情况发生了较大的变化，到2008年，非木浆已下降到占国内原生浆的66.2％，占总用浆量的18％。在各类非木浆中，禾草浆又占最大比重。其具体发展变化情况无见表1。
  表1 历年我国非木浆消耗情况
  近20年来非木浆在整个造纸原料结构中的地位却发生了显著变化：
  （1）20世纪80年代中后期至20世纪末，是我国造纸工业迅速发展时期，纸和纸板产量的增长率以两位数计，很快成为世界第二大纸和纸板生产国。在此时期纤维原料需求量大，除大量进口商品木浆和废纸外，林纸一体化工程的发展已开始列为国家的产业政策，但短时内尚难发挥作用，国产木浆一直维持在200万吨左右，虽大量增加木浆进口，但木浆比重仍下降为15％～20％。非木浆产量则在需求的拉动下很快增加到1100万吨，占总浆消耗量的50％以上，达到原生浆产量的85％左右，这十几年是我国草浆产量急剧增长的时期。
  （2）进入新世纪后，随着环境保护要求日益严格，草浆污染治理没有得到根本解决的矛盾激化，大量中小型草浆厂被关、停、并、转；加上近年废纸用量猛增，比重超过50％以上；林纸一体化措施逐渐发挥效力，木浆生产量增加，使近年非木浆在总浆耗中以及在原生浆中的比重均逐年下降，至2008年已分别降为18％和66％（见表1）。但非木浆的总产量没有下降，反而略有增加。这主要是由于非木浆的结构发生了一些变化，同时其清洁生产技术水平也在逐渐提高。
  由图1可以看到，竹浆在非木浆中的比重由20世纪90年代的2％左右增加到目前的10％左右；苇浆也一直保持在10％左右没有变化，而禾草浆的比重却由90年代的75％左右逐年下降到60％～65％，但草浆的生产量仍维持在800万吨/年左右。
  二、关于合理利用非木纤维原料
  2007年由国家发展改革委员会发布的《造纸产业发展政策》中，确定了“努力增加木桨比例，重视充分利用废纸、合理利用非木纤维原料”的制浆造纸原料方针。合理利用非木纤维原料，就是要重视总结我国多年利用非木纤维原料制浆的丰富经验与科研成果，并加强政策指导与推动技术进步，使困扰非木浆特别是禾草浆生产的环境污染与产品性价比差的问题获得显著进步，增添其生存活力。
  1.非木纤维禾草类原料制浆的主要问题
  从现实情况看，草类与木材制浆在环境治理方面确实存在很大差距（见表2）。
  解决草浆环境污染问题需要在许多层面上解决问题，其中包括企业结构调整、技术创新、管理创新、技术装备更新、金融支持等，因此它是一个系统工程问题。
  首先，要进一步扩大草类原料制浆造纸的生产线规模，规模经济理论告诉我们，生产规模与现代化装备和技术、自动化水平、劳动生产率水平、环境污染治理水平和企业管理水平有密切的相关性。
  事实证明，造成草类纤维制浆污染大的核心问题是黑液提取率低和浓度低，其黑液性质不适应碱回收过程的要求，而造成回收效益低、废水排放污染负荷高、治理难度大、处理成本难以承受等问题。
  2.造成草类纤维制浆困难的原因
  草浆黑液提取困难的原因是多方面的，浆料滤水性差；黑液中灰分（硅）和糖类物质含量高，造成黑液黏度大、发热量低，带来蒸发和燃烧以及苛化等操作困难。另外，草浆黑液提取装备尚不完全适应草浆特性，一些企业对提取设备的操作和管理水平低等也是造成黑液提取率不高的重要原因。因此解决草浆的污染问题必须从包括制浆过程的各个工序的清洁生产工艺、设备、管理，工人的操作水平，以及废水治理系统的完善等全面入手。
  草浆滤水性差是草类制浆的致命弱点，它不但造成草浆黑液提取率低，浆料洗涤困难，废水污染负荷高，而且造成纸机车速低，纸幅含水量大，断头多等一系列抄造困难。
  草浆的滤水性差的主要原因是由于草浆比木浆有更多的半纤维素和更多的细小组分，因而草浆的初始打浆度和保水值都比化学木浆高得多。表3为草浆不同筛分组分的打浆度和保水值。
  由表可见，R28和R66等长纤维组分的原始打浆度较低，比较接近于木浆，R105的打浆度与全浆接近，而通过105筛目（打浆度却是R26、RP105）的细小组分的原始66的两倍多，可见细小组分对浆料滤水性影响之大。从各组分的保水值来看，R26和R66都具有较低的保水值，与打浆后的木浆差异不大，而R105，特别是P105两种浆料的保水值较前两种浆料大得多，远高于长纤维组分。
  众所周知，草浆黑液黏度高，热值低是造成草浆碱回收困难的主要原因，特别是各种原料的黑液都有一个“临界浓度”，超过这个浓度，黑液黏度则急剧上升。松木浆黑液的“临界浓度”较高，到50％以上时黏度才急剧上升；而麦草黑液浓度在40％则出现“临界浓度”，黏度迅速增高，造成蒸发困难，使其燃烧黑液浓度低，从而降低热效率。
  造纸界中许多学者很早以前就认为，黑液中含硅量高是导致草浆黑液黏度高的主要因素，而提出了一系列黑液除硅方法，以期解决禾草类纤维原料的碱回收问题。但实践中发现含硅量并不是影响黑液黏度的唯一因素。近年来通过一系列实验发现，在中低黑液浓度（溶液浓度小于30％）时，硅和半纤维素的含量对黏度影响程度相近；但在较高浓度（溶液浓度大于30％）时硅和半纤维素含量对黑液黏度都表现出较明显的影响，其中半纤维素含量对黏度的影响要大于硅含量。因为黑液在低浓度时，碳水化合物的线状聚合链可以各自自由移动，但在高浓度时，其聚合链相互穿插，形成一个立体网络，每一个链都不能自由移动，因而造成液体黏度增加。根据这一理论，提出了黑液热处理降黏技术，将黑液中的碳水化合物热降解，得到了明显的降黏效果。草类制浆黑液中含有较多的糖类物质和硅，是两者共同影响黑液黏度。
  三、非木材纤维制浆造纸的发展
  1.中国非木材纤维制浆的前景
  （1）在各类非木纤维原料中数量最大的是禾草类，其制浆困难也最多，一些靠近较大城市，又无扩展条件的中小草浆企业，必然会在环境与市场的双层压力下淘汰出局。从粮食作物发展的前景看，能提供作制浆原料的质量和数量都可能有减难增，估计在今后发展中，禾草类在非木纤维原料中的地位可能会逐步减退。禾草类原料制浆技术今后仍然会有进步。依据现有技术进展情况，应能有一批远离中心城市，资源较丰富，有条件建立规模在十万吨的单条生产线，企业规模在20万吨甚至更大，积极创造和采用新技术的企业，会受到支持并取得一定发展。与此同时，从长远来看，草浆生产企业应该考虑如何实施“农纸结合”的途径，如同“林纸一体化”的道理一样，不论何种造纸企业都必须把原料来源作为第一车间来对待，企业才能有生命力。
  （2）竹子的制浆造纸性能接近木材，同时具有成林较快，一次造林可供多年采伐等优点，但对地理、气候有较强选择性，且特殊用途较多，因而提高作为制浆原料的可供量，需依靠与发展造纸用材林同样重视来营造竹林基地。估计竹材在今后非木制浆原料中有一定发展前途。
  （3）荻苇生长一般都在湿地滩头，大量发展条件有限，但制浆造纸性能优于禾草，产地也相对集中，根据资源的可供量，估计近期只能维持不大的浆料比例。蔗渣产量主要决定于广西的甘蔗糖厂，作为制浆原料比荻苇的可供量更低一些。
  （4）林纸一体化作为国家的产业政策，近年已开始取得成效，表现在木浆产量（特别是化学机械木浆）逐年增加很快。但林纸一体化的发展至今仍然困难不少，进展缓慢。国家制订的林纸一体化建设计划没有完成。其重要原因是：中国人多地少，林地资源不足，水土条件较好的土地首先保证粮食生产。特别是在林纸一体化建设项目之前，大部分宜林荒地也已承包给农户，掌握大片林地的主要是国有林场和为数不多的集体林场以及农（林）民手中。林纸一体化企业如何将这些早已分配的土地集中起来进行集约化经营，工作难度大，操作成本高，需要企业投入大量资金，而企业的承受能力是有限的。没有政府和金融业的扶持是难以进行的。这些难题迄今仍然困扰着林纸一体化的进程。
  纤维资源短缺不仅在中国，也是世界纸业发展的瓶颈。过去，中国曾强调发展草浆，因此中国纸业走出了一条与其他造纸大国原料结构不同的道路，实际上这也是中国造纸产业不得已的选择。纵观世界纤维资源的现状，以及中国人多地少的现实国情，中国纸业的原料结构必然是多元化的。解决13亿万人口的用纸问题应该是多渠道的、因地制宜运用多种纤维原料。
  2.技术进步解决草浆生产的环境污染问题
  事实上，近年来我国在草浆生产各个阶段都有重要技术突破和自主创新，这将成为今后草浆技术的发展方向。
  （1）采用高效的备料除尘系统：以干法处理为主，干湿法结合，开发新的备料设备，包括草料破碎、筛选、风选、清除沙尘外，尽可能多地除去草中的、鞘、节、叶、穗等不利于制浆的杂物，使备料过程的除杂率高达30％左右，使有损于草秆制浆性能的杂物，以较经济的方法，在制浆前将不适宜制浆的组分尽量除去。这样不但提高了制浆蒸煮得率，降低了碱耗，减少了纸浆中杂细胞与硅含量，并提高了纸浆的滤水性和强度。这是草类制浆技术认识上的一个飞跃，体现了草类纤维制浆的基本特征。
  山东泉林纸业重视备料工序在草浆生产中的重要意义，研制出具有自主知识产权的新的备料流程和成套设备，使麦草除尘率达到30％，经济有效地降低了黑液中硅含量，使黑液黏度降低了一半；同时降低了蒸煮烧碱和漂剂消耗10％以上（相对量）；有利于降低纸浆中杂细胞、细小纤维含量，提高了浆料滤水性，使黑液提取率达到92％；同时提高了纸浆得率和浆质量（白度、强度），取得了非常明显的环境效益和经济效益。
  （2）采用新的制浆技术与装备：传统的制浆工艺与方法（不论是木浆或草浆）都是以浆料的得率和质量（浆硬度）作为依据来判断制浆的好坏，但对草类纤维制浆则是很不够的，新工艺方法还应以产出高滤水性浆料和低黏度黑液为目标。
  化学法制浆是以化学力达到纤维解离的目的，草类纤维的解离点，必须使浆料脱木素率达到92％以上时纤维才能解离，较木材高得多（一般为85％左右），在如此高的脱木素率时，草浆的得率和强度都会受到严重的伤害。由此可以认为，草类纤维制浆完全使用化学法解离纤维是“值得怀疑”的一种方法。如果采用化学能与物理能相结合的方法使纤维的解离（即适当提高化学蒸煮浆料的硬度），这种物理能可以是蒸煮后期的爆破（喷放），或加强制浆过程中的机械作用，或蒸煮后的轻度疏解，以至不同化学处理程度的化学机械法等，应该是今后草类制浆的主要方向。这样即可提高草浆的得率和强度，降低资源消耗，减少污染物排放量，是一举多得的草类原料制浆方法，应该大力提倡。
  当然，这些做法会使未漂浆料中的残余木素含量比现行的化学浆提高，制漂白浆时会加重漂白的负担，造成漂白药剂消耗和废水污染负荷增加。但是，现代漂白技术已为我们提供了解决这一问题的最好办法，就是漂前氧脱木素。
  因此草类纤维制浆的最佳工艺路线应该是蒸煮—氧脱木素—漂白组合。
  草类原料置换蒸煮是在我国草浆制浆经验基础上，参考木浆深度脱木素技术发展的一种新的制浆技术，使蒸煮工艺更适应草类纤维的特性，解决我国传统草浆蒸煮中存在的问题。草类纤维置换蒸煮可回收热能，降低能耗；可进行高温洗浆，降低水耗；提高纸浆得率和纸浆强度，也能减少喷放时对大气的污染。特别是此法所产生的黑液黏度比常规蒸煮黑液明显降低，非常有利于黑液的提取、蒸发和燃烧。提取黑液固形物浓度可达18％，经多次循环蒸煮使用后，固形物浓度与常规蒸煮黑液浓度相同时，其黏度约降低一半，此黑液用普通蒸发器可蒸发至固形物浓度60％以上。提高了草浆黑液的提取率和碱回收率，废水经处理系统可以达到国家规定的最新排放标准。
  草类原料制浆采用连续蒸煮设备势在必行，对10万吨以上（甚至5万吨以上）大中型草浆生产线都不能再采用蒸球。目前草浆的连蒸设备主要采用横管式，其缺点是在其中不能实施现代的蒸煮技术，如深度脱木素技术、置换蒸煮技术等。
  立锅式连蒸器是当代木材制浆的主要连蒸设备，已经发展为第六代产品（CC、MCC、EMCC、IT、低固形物、紧凑蒸煮等）了。相对来说，草类制浆的连续蒸煮缺乏研究，几十年没有根本的改变。草类原料没有采用立式蒸锅的主要障碍是草浆的滤水性问题，如果能克服这一缺陷，草浆采用立式连蒸器是完全可能的。
  （3）黑液提取与筛选系统已成熟：目前国内行之有效的并已得到推广应用的提取与筛选系统是：挤压—置换洗涤—封闭筛选组合，即：采用双辊或螺旋挤浆机（新一代平面阀波纹板真空洗浆机）（4＋1）逆流洗涤流程＋封闭筛选系统。黑液提取率可达到90％以上，提取与筛选用水逆流循环使用，洗浆用水量可降至40米3以下。
  （4）草浆的短流程无氯或无元素氯漂白：氧脱木素是现代制浆技术不可缺少的重要工序。可以有效地将浆料中残余木素脱除40％以上（单段），并较碱法蒸煮具有更高的脱木素选择性，即在获得低卡伯值浆料时，保持有较高的纸浆得率、物理强度和滤水性。近年为了提高其脱木素效率开始采用两段氧脱木素流程，可使脱木素率达到50％以上。
  国内在草浆生产中已开始使用氧脱木素技术并获得很好的效果。目前在设备方面的主要问题是国产的中浓混合器质量还不过关，氧脱木素率尚未达到要求。
  一般来说，草浆较木浆易于漂白，氧脱木素后采用短流程ECF或TCF都可以将草浆漂白至85度左右，如：O-D0-EO-D流程或采用TCF的O-A-
  PO-P等。
  四、结语
  （1）进入21世纪后，随着环境保护要求日益严格，大量中小型草浆厂被关、停、并、转。加上近年废纸用量猛增，在原料中的比重已达60％以上；林纸一体化措施逐渐发挥效力，木浆生产量增加，使近年非木浆在总浆耗中，以及在原生浆中的比重均逐年下降，至2008年已分别降为18％和66％。
  （2）估计在今后发展中，禾草类在非木纤维原料中的地位可能会逐步减退，但禾草类原料清洁制浆技术今后仍然会有进步，一批远离中心城市，资源较丰富，采用新技术，有条件建立规模较大的现代化企业，会受到支持并取得一定发展。
  近年竹浆生产发展较快，竹林成林较快，但对地理、气候有较强选择性，且其他用途较多，作为制浆原料，需依靠营造竹林基地来提供。估计竹材在今后制浆原料中还会有一定的发展空间。纵观世界纤维资源的现状以及现实国情，中国的造纸原料结构应该是因地制宜、多元化的。
  （3）技术与装备的发展来看：①开发新的高效备料设备，这是草类制浆技术认识上的一个飞跃，体现了草类纤维制浆的基本特征。②草类纤维制浆的最佳工艺路线应该是蒸煮—氧脱木素—漂白组合；草类原料制浆采用连续蒸煮设备势在必行，但草类制浆的连续蒸煮几十年没有根本变化的现状应改变。③草浆氧脱木素技术已获得采用，但目前氧脱木素效率还不够理想。④草浆较木浆易漂白，氧脱木素后采用短流程ECF或TCF都可以将草浆漂白至80度以上。

注：*为一般平均水平；**国内先进水平。 注：R28、R66、R105分别为截留在28目、66目、105目筛以上的组分；P105为通过105目筛组分。