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揭露制浆行业置换蒸煮工艺造成重污染以及水资源严重浪费的本质

2025年4月中国造纸协会发布了《中国造纸2024年度报告》，据中国造纸协会调查资料，2024年木浆产能达到2626万吨，较上年增长314万吨，见第12页表2。而这些木浆制浆产能绝大部分采用了置换蒸煮工艺。本人不得不揭露制浆行业置换蒸煮工艺造成重污染以及水资源严重浪费的本质。
不管是木浆，还是竹浆，置换蒸煮生产工艺的工艺参数是：黑液提取率最高70%，中水负荷至少200公斤有机固形物/吨浆，超过国家排放标准至少70倍，偷排洗浆水50—120吨/吨浆，属于严重浪费水资源，偷逃国家环境税至少600元/吨浆。
本文根据四川永丰纸业股份有限公司赵琳所做《永丰漂白竹浆林浆纸一体化项目建设经验》一文（《中国造纸》2011年第30卷第1期）着重讲解，置换蒸煮工艺造成（1）重污染：（2）偷排洗浆水50—120吨/吨浆，严重浪费水资源问题。
（一） 置换蒸煮工艺工艺缺陷显而易见——二个鼓式真空洗浆机与单螺旋挤浆机组成的并不是黑液提取系统，而是洗浆系统
从此论文可以得知如下关键点：
（1） 从论文第一页，见附图1可知，制浆共有6个阶段：料片填充、温充、热充、升温保温，置换和放锅，除第4和第6个阶段外，其余每个阶段都伴随着药液（黑白液）的加入和置换过程。不同温度的黑液通过设定好的程序控制送入不同温度的槽区贮存，并供下一锅继续循环使用。

（2）从附图2工艺流程图本人所画方块部分可以看出，经过二段真空洗浆机与一段压榨洗浆机提取出黑液送碱回收车间。

二段真空洗浆机与一段压榨洗浆机并不是在提取黑液，而是在洗涤浆料并脱水。由此提取出的是稀黑液，由于体积过于庞大根本没法碱回收，只能进入中水处理，由于远远超出末端中水处理能力，成为天量隐性污染源。

（二）揭露置换蒸煮工艺真实黑液提取率
根据永丰纸业工艺流程图，本人制作了置换蒸煮工艺黑液提取理想工艺参数。通过建立工艺数学模型，揭露置换蒸煮工艺的真实黑液提取率，见附图3。

不管置换蒸煮工艺如何重复利用蒸煮液，只要将置换蒸煮工艺前三个蒸煮步骤视为第一段提取，将蒸煮工艺后三个蒸煮步骤视为第二段提取。这样两段提取步骤，外加二段鼓式真空洗浆机与单螺旋挤浆机组成完整黑液提取工艺。
参照四段鼓式真空洗浆机黑液提取工艺，通过第二段鼓式真空洗浆机的浆料黑液固形物浓度为1%，因为只有达到此低浓度，才能让后续氧漂工艺降低运行成本，减少氧化剂用量。由此倒推通过第一段鼓式真空洗浆机的浆料黑液固形物浓度为3%。
置换蒸煮工艺是1.8吨物料生产1吨浆，有0.8吨有机固形物溶解在碱液中，一般蒸煮原浆浆液比是1:10，因此浆料出锅浓度为8%。
由此，设定的置换蒸煮工艺理想参数为，第一段提取黑液固形物浓度为8%，第二段提取黑液固形物浓度为5%，第一段鼓式真空洗浆机黑液固形物浓度为3%，第二段鼓式真空洗浆机黑液固形物浓度为1%。
二段真空洗浆机与一段压榨洗浆机并不是在提取黑液，而是在洗涤浆料并脱水。以浆料按照3%浓度输送，第一段鼓式真空洗浆机下所有黑液固形物总量为100公斤黑液固形物/吨浆，第二段鼓式真空洗浆机下所有黑液固形物总量为30公斤黑液固形物/吨浆，由此可以得出这130公斤黑液固形物/吨浆没有进入中水处理系统，成为部分天量隐性污染源，因为现有技术水平中水处理能力只有30公斤有机固形物/吨浆。
假设中水处理系统处理了30公斤有机固形物/吨浆。那么在第二段黑液提取中所剩640公斤有机固形物/吨浆都被处理的情况下，该系统的黑液提取率就只有80%；也就是本人判断，该置换蒸煮工艺黑液提取率最高只有80%。但是，第二段提取步骤所剩下的640公斤黑液固形物/吨浆是否都能被逆流进入碱回收系统处理掉呢？这就需要引入了一个吨浆蒸发量的变量。以置换蒸煮工艺第二段提取步骤黑液固形物浓度5%计算，640公斤黑液固形物/吨浆对应的就是12.8立方米/吨浆的蒸发量。通过蒸发量的变化，可以计算出该系统不同的黑液提取率：
（1）如果吨浆蒸发量达到12.8立方米/吨浆，那么第二段提取步骤所剩下的640公斤黑液固形物/吨浆就会被全部处理掉，该系统的真实黑液提取率就是80%。
（2）如果吨浆蒸发量达到10立方米/吨浆，那么第二段提取步骤所剩下的640公斤黑液固形物/吨浆就会被处理掉78.1%，该系统的真实黑液提取率就是62.5%。
（3）如果吨浆蒸发量达到8立方米/吨浆，那么第二段提取步骤所剩下的640公斤黑液固形物/吨浆就会被处理掉62.5%，该系统的真实黑液提取率就是50%。
如果看懂本人基于置换蒸煮工艺理想参数的黑液提取率上述分析，那么置换蒸煮实际工况的真实黑液提取率又是多少呢？
置换蒸煮工艺实际工况应该就是上述组合之一的极端工况。首先要设定第一段提取步骤的黑液固形物浓度，为了增加蒸发器效率，第一段提取黑液固形物浓度10%，第二段提取步骤黑液固形物浓度为8%。为了节省漂白工段运行费用，一段鼓式真空洗浆机下黑液固形物浓度仍然是3%，二段鼓式真空洗浆机下黑液固形物浓度仍然为1%，见附图4。

以置换蒸煮工艺第二段提取步骤黑液固形物浓度8%计算，640公斤黑液固形物/吨浆对应的就是8立方米/吨浆的蒸发量。第一段提取黑液固形物浓度10%，其吨浆蒸发量就是6.4立方米/吨浆，那么第二段提取步骤所剩下的640公斤黑液固形物/吨浆就会被处理掉85%，该系统的真实黑液提取率就是68%。缺失的96公斤黑液固形物/吨浆应该流失在配浆步骤中，呈现为稀黑液状态，成为天量隐性污染另一部分。这才是置换蒸煮工艺的环保真相。

（三）置换蒸煮工艺工艺缺陷的具体工艺步骤解析——“配浆”才是产生天量隐性污染与水资源严重浪费的具体工艺步骤
见附图5，在真实工艺运行中，进入第一段鼓式真空洗浆机的浆料已经被清洗干净，这个浆料被清洗的过程发生在“配料”这个具体工艺步骤之中。想要将蒸煮反应器里的浆料用泵输送洗浆水清洗干净，需要大量的洗浆水。
按照300公斤有机固形物/吨浆计算，如果需要100吨水/吨浆，这100吨洗浆水的化学需氧量就是3000毫克/升。这样高浓度化学需氧量的洗浆水会对后续漂白工序产生增加漂白成本的直接影响。
因此在“配浆”这个工艺步骤中，不仅要消耗大量洗浆水，而且使这些洗浆水混合了300公斤有机固形物/吨浆的天量隐性污染源，无法被末端治理，只能偷排污染水环境。
这就是置换蒸煮工艺不但是重污染生产工艺，而且造成水资源严重浪费的真相。

（四）综合分析置换蒸煮工艺造成水资源严重浪费的真相
上述分析都是基于理想状态设定计算，但是真实的工况并不是理想状态。从“配浆”工艺步骤可以看出：
（1）以上工艺设定是第一段鼓式真空洗浆机黑液固形物浓度是3%，而真实工况下第一段鼓式真空洗浆机黑液固形物浓度要尽可能的低，本人就在四川环龙新材料公司五万吨竹浆制浆生产线上见过四段鼓式真空洗浆机漂洗白浆的真实现场。也就是说制浆产生出的800公斤有机固形物/吨浆，除了泵送提取的黑液固形物外，已经全部在“配料”工艺步骤中被洗浆水清洗干净，或者称之为近似干净。
（2）以300公斤有机固形物/吨浆计算，如果需要100吨水/吨浆，这100吨洗浆水的化学需氧量就是3000毫克/升。这样高浓度化学需氧量的洗浆水会对后续漂白工序产生增加漂白成本的直接影响。而这100吨洗浆水/吨浆会偷排入水体，成为天量隐性污染源的实物载体。如此巨量用水量不会在制浆厂的吨浆水耗指标之中。因此，置换蒸煮工艺造成了水资源的严重浪费。
（3）以300公斤有机固形物/吨浆计算，如果需要120吨洗浆水/吨浆，就会出现洗净的白浆。
（4）以300公斤有机固形物/吨浆计算，如果制浆线规模够大，就会出现重复使用洗浆水的情况，吨浆用水就会相应降低，但是至少需要50吨洗浆水/吨浆。
（5）现实生产工况下，“配浆”步骤前浆料黑液固形物浓度还有可能是4%，或者是5%，而不是3%。这样系统其黑液提取率更低，配浆用水量更大。
综上所述，置换蒸煮工艺不仅产生重污染，而且造成了水资源的严重浪费，偷排用水量在50吨—120吨洗浆水/吨浆。
（五）工艺修补方案
需要在第二次提取与第一段鼓式真空洗浆机之间加入高效黑液提取工段，其单次黑液提取率需要达到70%，这样组成新黑液提取工艺，其整个系统的黑液提取率将达到97%，彻底消灭制浆行业天量隐性污染。
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