造紙工業(yè)用的纖維，東漢蔡倫發(fā)明造紙時(shí)，使用漁網(wǎng)、破布、樹皮纖維等一年生植物制得。后來造紙術(shù)傳到西方，造紙?jiān)蠑U(kuò)大到木材，由于木材造紙的許多優(yōu)點(diǎn)，使造紙工業(yè)成為一種現(xiàn)代化的大工業(yè)。至今國際上使用木材造紙占總量的95%。中國造紙工業(yè)1978年轉(zhuǎn)型為社會(huì)主義市場(chǎng)經(jīng)濟(jì)后，獲得飛躍發(fā)展。生產(chǎn)使用的纖維原料也逐步轉(zhuǎn)到以木為主的軌道上。特別是2001年國家計(jì)委頒布了關(guān)于造紙工業(yè)原料基地建設(shè)的政策后，全國各地的造紙企業(yè)紛紛建立造紙林基地，加快了造紙?jiān)夏静幕M(jìn)展�，F(xiàn)在有40%左右的大型造紙企業(yè)已成為現(xiàn)代化的造紙工業(yè)。但由于林木原料剛剛起步，一時(shí)尚難以滿足飛躍發(fā)展的原料需求，尋求擴(kuò)大纖維原料的來源迫在眉睫。
1 現(xiàn)代化制漿工藝特點(diǎn)
目前化學(xué)漿的制造，基本上都使用大型高效化的硫酸鹽法制漿。生產(chǎn)中使用高溫、高壓、長(zhǎng)時(shí)間的蒸煮，使纖維從植物中分離出來。在此過程中，木質(zhì)素、半纖維素都遭到嚴(yán)重破壞，溶解出來成為黑液。纖維素纖維雖然分離出來可供造紙，但是淺色的纖維被變成深褐色的紙漿，生產(chǎn)上使用多段漂白才能漂成白色紙漿，使用了比蒸煮過程更為復(fù)雜的多段漂白過程。同時(shí)為了處理蒸煮的黑液，也用洗滌、蒸發(fā)、燃燒、苛化、石灰回收等過程，實(shí)行黑液堿回收。雖然回收了化學(xué)品、蒸汽和電源成為完善的循環(huán)經(jīng)濟(jì)，但漂白和回收工程花費(fèi)比蒸煮多幾倍的流程和投資，這就是現(xiàn)代制漿的一個(gè)簡(jiǎn)單縮影。
2 為什么還要研究非木材綠色制漿技術(shù)
改革開放之前，中國使用非木原料制漿，也滿足了國民經(jīng)濟(jì)發(fā)展的需求，但帶來了嚴(yán)重的污染。一個(gè)小紙廠污染一條河，以至使人誤解為造紙工業(yè)就是污染。實(shí)際上現(xiàn)代化的漿廠是不污染的。實(shí)行堿回收回收的堿100%回用，回收能源蒸汽和電也100%滿足制漿的要求，還略有富�？梢酝怃N。但是草漿的堿回收存在著種種問題，回收率不高，達(dá)不到木漿的水平，這就導(dǎo)致政府關(guān)閉小草漿廠，實(shí)行以木為主的原料政策�，F(xiàn)在進(jìn)口紙漿、廢紙、木片，以達(dá)到以木為主的政策要求。
2010年中國GDP的增長(zhǎng)速度為8%，中國是個(gè)13億人口的大國，在經(jīng)濟(jì)危機(jī)中GDP不能過快的降低，否則影響勞動(dòng)就業(yè)，影響社會(huì)的安定。在8%或7%GDP遞增率的條件下，造紙工業(yè)的發(fā)展速度也不會(huì)低于8%或7%，造紙工業(yè)的發(fā)展與GDP是同步發(fā)展的。這樣中國造紙工業(yè)要求“十二五”期間要發(fā)展為1.4億噸，“十三五”期間發(fā)展為2.0億噸。對(duì)木材的需求在“十二五”期間將為7400萬立方米，“十三五”期間將為12744萬立方米。中國的木材2008年產(chǎn)量為8108萬立方米，在短短不到10年之內(nèi)，滿足造紙工業(yè)如上所述需求量根本是不可能的。因此就提出擴(kuò)大非木纖維的制漿要求。開發(fā)非木制漿，并不否定以木為主的原料方針，而是彌補(bǔ)這個(gè)方針。
3 綠色制漿法
一年生植物的物理結(jié)構(gòu)與化學(xué)成分與木材是有很大區(qū)別的。一年生植物的冷熱水抽提物高，木質(zhì)素含量低，結(jié)構(gòu)也相應(yīng)簡(jiǎn)單。無需高溫、高壓、高堿的蒸煮，應(yīng)走一條低溫、低壓、低堿的路子，加上厭氧發(fā)酵處理廢液增產(chǎn)沼氣，廢液達(dá)標(biāo)排放。這條路子我們就稱之為綠色制漿道路。詳述如下：
干濕法備料：在蒸煮之前應(yīng)把原料弄干凈；
蒸煮漂白：在同一個(gè)容器內(nèi)，完成蒸煮、漂白兩個(gè)過程，中間沒有洗滌過程，蒸煮漂白完成后，有正常的洗滌與篩選過程。
回收：洗滌出來的廢液少量回用于蒸煮，大部分進(jìn)入?yún)捬�、好氧、化學(xué)處理系統(tǒng)，處理過的廢水成為回收水用于生產(chǎn)或達(dá)標(biāo)排放。
氣體凈化：厭氧發(fā)酵出來的沼氣，經(jīng)凈化系統(tǒng)，凈化為接近燃?xì)獾娜剂稀?/p>
生產(chǎn)熱、電：回收的沼氣用于生產(chǎn)熱、電。
這一完整的技術(shù)是綠色制漿技術(shù)，包括兩個(gè)分部，缺一不可，就像硫酸鹽法制漿，包括蒸煮、漂白和回收一樣，它們之間有相對(duì)的獨(dú)立性，但又是不可分割的，現(xiàn)在有許多制漿新技術(shù)，沒有廢液處理技術(shù)配套，就不能稱為綠色制漿技術(shù)。
3.1 干濕法備料
非木纖維原料混雜夾帶許多雜質(zhì)，不利蒸煮，這部分雜質(zhì)在過去的草類纖維堿法制漿中不被重視，其實(shí)影響到后序蒸煮、漂白、篩選、回收等，帶來一系列嚴(yán)重問題。國內(nèi)有羊角除雜和濕法備料。國外多為濕法備料，設(shè)備類似水力碎漿機(jī)，國內(nèi)已有這樣的設(shè)備。濕法備料所用的水多經(jīng)簡(jiǎn)單沉淀加以回用，其中的COD高達(dá)5000毫克/升左右，多為可生化處理的水抽提物。處理過的水除部分回用外，要納入生化處理系統(tǒng)以回收其中的COD。經(jīng)干濕法備料后，原料的清潔度大大提高了，20%～30%的水抽提物被去除后，提高了原料濕潤(rùn)度，為提高化學(xué)品的浸漬潤(rùn)濕提供了條件。
3.2 草料的蒸解與漂白
傳統(tǒng)的制漿法，蒸煮與漂白是分二段進(jìn)行的。蒸煮后有四段洗滌，漂白也分段，每段之間也有洗滌，流程是很多的。綠色制漿法，蒸煮與漂白多合并為一。有的將蒸煮藥劑與漂白藥劑同時(shí)加入草中，既破壞植物組織將纖維分離出來，同時(shí)也將漿料漂成白漿，白度超過70%ISO。蒸煮使用滲透劑加速化學(xué)品濕潤(rùn)，有利于將纖維加速分離出來，漂白用的是強(qiáng)氧化物，破壞植物組織中的發(fā)色基因，如共軛雙鍵醌型結(jié)構(gòu)、查平酮結(jié)構(gòu)、游離基、金屬與幾茶萘酚絡(luò)合物等。使?jié){的白度，不僅不變黑，還獲得進(jìn)一步提高。有的使用超聲波處理，超聲波有空化使用，瞬時(shí)能使液體產(chǎn)生超高壓、超高溫作用，這種作用足以破壞化學(xué)鍵，有的大學(xué)博士研究生研究證明有這種作用，但蒸煮漂白作用的機(jī)理還有待實(shí)驗(yàn)證明，不過草漿白度確有提高達(dá)76%ISO。有的使用紫外線處理，也有的使用微波處理。蒸煮漂白合一，大大簡(jiǎn)化了工藝流程。
3.3 回收甲烷氣
木材蒸煮廢液回收堿，非木材纖維的蒸煮使用的無機(jī)物很少或沒有，沒有回收的價(jià)值。有機(jī)物多為冷熱水抽提物。如前述的濕法備料中，水抽提物大部分已抽出來了，蒸煮中除去木質(zhì)素不是主要目的，只是分離纖維中難免有所波及。除去的有機(jī)物，均可使用生化處理。因此洗漿的目的不是去追求提取率。不用昂貴的提取設(shè)備，只要把漿洗干凈就可以了。洗出廢液是很好的濕潤(rùn)劑可以部分回用于蒸煮。大部分進(jìn)入廢水處理后可回用于生產(chǎn)。所得沼氣經(jīng)過凈化提高甲烷的純度，其發(fā)熱量為25.92kJ/Nm3。每千克COD能產(chǎn)生沼氣0.5立方米左右，用于發(fā)電比煤發(fā)電便宜，外購電0.41元/千瓦時(shí)，自產(chǎn)沼氣發(fā)電0.12元/千瓦時(shí)。雖然廢液未走堿回收的路子，可是沼氣發(fā)電，仍然是屬于生物質(zhì)發(fā)電，可謂殊途同歸。如果沼氣用于人民生活用氣，則一個(gè)年產(chǎn)10萬噸半化學(xué)漿廠的沼氣，可供8萬人的生活用氣。
3.4 廢水的利用
廢水經(jīng)過上述處理可用于生產(chǎn)，有的工廠再剩下的處理水就很少，每半月只排一次。還有的廠存起來，每到春天用于小麥的春灌，深受農(nóng)民歡迎。
4 建議
4.1 箱紙板、瓦楞原紙是國家的重要包裝材料，占全部紙和紙板的30%左右，現(xiàn)在支持這兩個(gè)品種的生產(chǎn)是靠進(jìn)口的廢紙。今后的需求量激增，廢紙的進(jìn)口很難滿足需要的增長(zhǎng)，出路就得依靠半化學(xué)草漿的增產(chǎn)，在箱紙板、瓦楞原紙生產(chǎn)配比中多用半化學(xué)草漿。目前國內(nèi)已有半化學(xué)漿的生產(chǎn)及其廢液厭氧發(fā)酵，生產(chǎn)沼氣發(fā)電的生產(chǎn)實(shí)踐，污染問題也基本解決了。今后可利用這一經(jīng)驗(yàn)來增產(chǎn)半化學(xué)漿，解決增產(chǎn)瓦楞原紙對(duì)原漿的需求。
4.2 今后對(duì)膠印書刊紙及中小學(xué)生課本及作業(yè)本的需求也是大量的，也要依靠國內(nèi)非木漿的生產(chǎn)來滿足這種需求，這也就是我們?yōu)槭裁匆e極開發(fā)漂白的非木綠色制漿法的原因�，F(xiàn)在國內(nèi)所謂的綠色非木制漿都很不完善，沒有擴(kuò)大生產(chǎn)的條件。中國要在現(xiàn)有開發(fā)的基礎(chǔ)上，加大開發(fā)步驟力度。在“十二五”規(guī)劃期內(nèi)使之達(dá)到擴(kuò)大生產(chǎn)要求。建議國家將綠色制漿法納入國家重點(diǎn)科技發(fā)展計(jì)劃，組織科研機(jī)構(gòu)、大專院校的力量，在“十二五”規(guī)劃期內(nèi)完成達(dá)到擴(kuò)大生產(chǎn)的要求。上面已經(jīng)提到局部的技術(shù)大多都已有實(shí)際應(yīng)用，只要配套起來達(dá)到投產(chǎn)的要求是不困難的。
4.3 高科技的手段，如超聲波、紫外線、微波、高強(qiáng)氧化劑等，目前還僅僅開始，許多工藝、機(jī)理還有待進(jìn)一步深入研究。這是真正的技術(shù)進(jìn)步，是高科技的工業(yè)化，要扎扎實(shí)實(shí)進(jìn)行工作。
4.4 開展綠色制漿的研究，要多學(xué)科的配合，不僅要有造紙的科研隊(duì)伍，還必須要有化學(xué)的、物理的、環(huán)保的、經(jīng)濟(jì)的多學(xué)科的聯(lián)合作戰(zhàn)，才能起到事半功倍的效果。這件事名義上是增產(chǎn)造紙紙漿問題，但實(shí)際涉及到農(nóng)民的收入、農(nóng)業(yè)經(jīng)濟(jì)、農(nóng)村能源等問題，是一件國家大事，要求各方面支持促成其開發(fā)。
