闫月婷 米 展 廖传华，* 冯志祥 季红飞

(1.南京工业大学机械与动力工程学院，江苏南京，211816;2.南京工业大学总务处，江苏南京，211816;3.江苏省节约用水办公室，江苏南京，210029)

利用废纸替代原生纤维 (如木材等)造纸，可以实现资源节约，减少污染物排放、降低造纸成本，具有良好的经济效益，越来越受到世界各国的重视。最大限度地回收利用废纸是我国造纸行业实现清洁生产和持续发展的战略要求。有关资料表明，我国的废纸浆产量已占总纸浆产量的60%以上，废纸浆已成为我国造纸行业的主要浆种。

以废纸为原料的造纸过程的用水节点很多，用水量很大。我国是世界上严重缺水的国家之一，如何节约用水已成为废纸造纸的一个重要环节。废纸造纸企业积极开展节水减排工作，对于节约用水、减少废水的排放、降低企业的运行成本、实现可持续发展非常重要。

目前我国以废纸为原料的造纸企业尚未建立科学、合理、适用的节水减排评价体系，为此，本课题结合废纸造纸生产的用水、排水现状，尝试构建一套科学合理的节水减排评价体系，由此来确定节水减排目标，促进废纸造纸企业节水减排工作的有效开展。

1 生产过程的工艺流程及用水和排水

1.1 生产过程的工艺流程

废纸制浆可分为两类:一类是脱墨浆，主要用于生产新闻纸、印刷书写纸、杂志纸和涂布纸等;另一类是非脱墨浆，主要用于生产包装纸、瓦楞原纸和箱纸板等。

目前使用废纸造纸的工艺很多，但基本流程是一样的，主要工序包括:废纸处理工段 (包括废纸输送、拆包和碎浆)、制浆工段 (包括筛选、热分散或脱墨及漂白)、备浆工段 (包括磨浆、配浆等)、造纸工段 (包括流送、湿部、干部)和完成工段 (包括成品分切、复卷、打包等)。

1.2 用水

废纸造纸过程中的用水节点较多，主要有:废纸处理工段的碎浆，制浆工段的筛选、漂白，备浆工段的磨浆、配浆等，造纸工段的流送、湿部、干部等。从工艺用水的角度看，制浆和造纸两部分的联系非常密切，所以在考虑水的使用时，必须把制浆和造纸两部分联系在一起［1］。

1.3 废水的产生与排放

废纸制浆废水的主要来源是:筛选和除渣时排渣排出的废水，洗涤、浓缩和污泥处理时滤液及系统中的多余白水。废水中的污染物主要成分是:①固体悬浮物，包括细小纤维、无机填料、涂料、油墨微粒及微量的胶体和塑料等;②可生化降解有机物，主要是纤维素或半纤维素的降解物，或是淀粉等碳水化合物及蛋白质、胶黏剂等，形成废水中的COD;③有色物质，由油墨、染料及木素等化合物形成废水的色度。虽然实现废水的循环利用可以减少新鲜水的用量，达到节水减排的目的，但随着废水的不断循环使用，废水中各类有机杂质、微小颗粒、金属离子、胶体物质等的含量都会随回用次数的增加而增加，浓度会随着新鲜水补充量的减少而增加。

非脱墨制浆工艺的废纸生产过程，其产生的废水量及废水中COD、BOD等污染负荷比脱墨制浆工艺的废纸生产过程产生废水的污染负荷低得多。洗涤法脱墨的用水量远高于浮选脱墨，但其污染物浓度较低，而污染负荷比浮选法高一些;对于脱墨废水而言，用于生产薄页纸等高档用纸的脱墨浆的废水，其SS、COD、BOD以及溶解性胶体物质等污染物排放量要比生产新闻纸的高［2］。

2 节水减排评价体系的构建

由上述分析可以看出，废纸造纸过程中的用水节点较多，用水量和排水量也较大，因此在废纸造纸企业大力开展节水减排改造已成为国内外普遍关注的焦点。目前，虽然各废纸造纸企业都已进行了一定程度的节水减排改造，但对不同企业进行改造所取得的节水减排效果无法进行定量评价，因此，有必要结合废纸造纸企业的工艺流程、用水节点及用水和排水量，构建一套科学合理的评价体系，以便对不同企业进行的节水减排改造进行评价，也为进一步开展节水减排改造指明方向。

2.1 指标体系构建的原则

节水减排评价体系是运用特定的指标和标准，采用科学的方法，对节水减排工作的进展和成效进行评判，是衡量企业节水减排水平的一种尺度［3］。为保证评价体系的科学性与规范性，构建时应遵循以下原则:

(1)典型性原则。务必确保评价指标具有一定的典型代表性，尽可能准确反映出废纸造纸企业节水减排的综合特征，即使在减少指标数量的情况下，也要便于数据计算和提高结果的可靠性。另外，评价指标体系的设置、权重在各指标间的分配及评价标准的划分都应该与废纸造纸企业的现状相适应。

(2)简明科学性原则。各指标体系的设计及评价指标的选择必须以科学性为原则，能客观真实地反映废纸造纸企业节水减排的特点和状况，能客观全面反映出各指标之间的真实关系。各评价指标应该具有典型代表性，不能过多过细，使指标过于繁琐，相互重叠，指标又不能过少过简，避免指标信息遗漏，出现错误、不真实现象，并且数据易获且计算方法简明易懂。

(3)可比、可操作、可量化原则。指标选择上，特别注意在总体范围内的一致性，指标体系的构建是为废纸造纸企业的节水减排指明方向，指标选取的计算量度和计算方法必须一致统一，各指标尽量简单明了、微观性强、便于收集，各指标应该要具有很强的现实可操作性和可比性。而且，选择指标时也要考虑能否进行定量处理，以便于进行数学计算和分析。

(4)综合性原则。实现废纸造纸企业的节水减排是构建评价体系的最终目标，也是综合评价的重点。在相应的评价层次上，全面考虑影响废纸造纸企业节水减排的诸多因素，并进行综合分析和评价。

2.2 评价指标的选取

在上述原则的指导下，针对废纸造纸企业节水减排评价指标体系的内涵和特征，在广泛查阅资料的基础上，本课题根据企业的取水、用水和排水的实际情况，筛选了直接反映生产过程的用水与排水状态的相关指标，包括:取水指标 (如单位产品用水量、新鲜水利用系数)、用水指标 (如蒸汽冷凝水回用率、达标废水回用率)、排水指标 (如COD排放强度、氨氮排放强度和行业敏感排放强度)等，用于评价企业节水减排的成效。

2.2.1 单位产品用水量

企业生产单位产品的总用水量，为取水量和回用水量之和。

单位产品用水量按式 (1)计算。

式中，Vin为单位产品用水量，m3;Vi为在一定的计量时间内，生产过程中取水量，m3;Vr为在一定的计量时间内，生产过程中回用水量，m3;Q为在一定的计量时间内的产品产量。

2.2.2 新鲜水利用系数

新鲜水利用系数为在一定计量时间 (年)内，生产过程中使用的新鲜水量与外排水量之差与新鲜水量的比值，可由式 (2)计算。

式中，q为新鲜水利用系数;A为生产过程中使用的新鲜水量，m3;C为生产过程中外排水量，m3。

2.2.3 蒸汽冷凝水回用率

蒸汽冷凝水回用率是考核蒸汽冷凝水回收用于锅炉给水程度的专项指标，它是重复利用率的一个组成部分。蒸汽冷凝水回用率是指在生产中，用于锅炉给水的蒸汽冷凝水回收量占锅炉蒸汽发汽量的百分比，可用式 (3)表示。

式中，p为蒸汽冷凝水回用率，%;D为蒸汽冷凝水回收量，m3;E为锅炉蒸汽发汽量，m3。

2.2.4 达标废水回用率

达标废水回用率是指回用的废水量占废水排放量的比例，可按式 (4)进行计算。

式中，s为达标废水回用率，%;T为回用的废水量，m3;U为排放的废水总量，m3。

2.2.5 COD排放强度

COD排放强度就是指单位时间内排出的废水中COD的总量。

2.2.6 氨氮排放强度

氨氮排放强度指单位时间内排出的废水中氨氮的总量。

2.2.7 行业敏感排放强度

行业敏感排放强度指单位时间内排放的废水中行业特有的某种污染物的总量。对于废纸造纸而言，是指重金属的总量。

2.3 权重值的确定

确定权重值的方法有很多［4-7］，根据选取的评价指标，本课题采用层次分析法［8］(Analytic Hierarchy Process，简称AHP)。层次分析法是美国运筹学家匹茨堡大学教授萨蒂 (Saaty T L)提出的一种层次权重决策分析方法。该方法是一种解决多目标复杂问题的定性与定量相结合的决策分析方法。将定量分析与定性分析结合起来，用决策者的经验判断各衡量目标能否实现的标准之间的相对重要程度，并合理地给出每个决策方案的每个标准的权数，利用权数求出各方案的优劣次序，有效地应用于那些难以用定量方法解决的课题。运用层次分析法构造系统模型时，大体可以分为以下几个步骤。

2.3.1 建立层次结构模型

构建图1所示的废纸造纸企业节水减排评价体系框图。该指标体系包括3个层次:第一层为目标层(A)，即废纸造纸企业节水减排评价体系;第二层为准则层 (B)，包括取水指标、用水指标和排水指标;第三层为指标层 (C)，由2.2节所述的7个指标组成，反映了准则层的3个具体指标情况，最终构成废纸造纸企业节水减排评价体系。

图1 废纸造纸企业节水减排评价体系框图

2.3.2 构造判断 (成对比较)矩阵

判断矩阵的元素Bij用Santy的1～9标度方法给出。

表1 评价体系的判断矩阵

2.3.3 确定指标权重

计算每个判断矩阵的权重向量和全体判断矩阵的合成权重向量。各指标权重可按式 (5)进行计算。

式中，ωi(i=1，2，…，n)为所求的权重值;bij为判断矩阵中的元素值;n为某一判断准则的影响因素。

将表1中的数据代入式 (5)中，可得准则层的权重B'=(0.106，0.487，0.186)，将权重进行归一化处理，可得B=(0.136，0.625，0.239)。

2.3.4 进行一致性检验

只有当判断矩阵具有完全和满意的一致性时，得到的权重才有效。为了检验矩阵的一致性，需求取矩阵的最大特征值λmax，并按式 (6)计算一致性指标CI值。

根据计算得到的CI值，即可按式 (7)计算随机一致性比率CR。

式中，CR为判断矩阵随机一致性比率;CI为判断矩阵偏离一致性指标;RI为判断矩阵平均随机一致性指标，对于1～9阶判断矩阵，RI的取值如表2。

表2 RI的取值

n为3时，计算得到判断矩阵的最大特征值λmax为3.02，代入式 (6)，得CI=0.01;将得到的CI值代入式 (7)中，得到CR=0.02＜0.1，满足一致性要求。

2.3.5 求子指标的权重

采用指标权重计算方法确定指标层的权重，最终得到废纸造纸企业节水减排评价体系各指标的权重，见表3。

表3 废纸造纸企业节水减排评价体系子指标 (指标层)权重

综合上述各评价指标及其相应的权重，可建立废纸造纸企业节水减排评价体系，如图2所示。

图2 废纸造纸企业节水减排评价体系

3 节水减排效果评价

3.1 节水减排效果的考核

工业企业节水减排评价指标的考核评分，以企业在考核年度 (一般以一个生产年度为一个考核期，并与生产年度同步)各项指标实际达到的数值为基础进行计算，综合得出该企业评价指标的总分值［9-11］。评价指标从其数值情况来看，可分为两类情况:一类是该指标的数值越低 (小)越符合节水减排的要求;另一类是该指标的数值越高 (大)越符合节水减排的要求。因此，指标评分应根据其类别采用不同的计算模式。

对指标数值越高 (大)越符合节水减排要求的指标，可按式 (8)进行计算。

对指标数值越低 (小)越符合节水减排要求的指标，其计算可按式 (9)进行计算。

式中，Si为第i项评价指标的单项评价指数;Sxi为第i项评价指标的实际值 (考核年度实际达到值);Soi为第i项评价指标的评价基准值。

通过对各项指标的实际达到值、评价基准值和指标的权重值进行计算和评分，综合考评企业实施节水减排的状况和程度。

为了合理地综合各单项评价指数，避免相互替代干扰，特做出如下规定:达到或超过评价基准值的算作满分，即单项评价指数Si大于1.0的，均取1.0为其指数。评价指标总分值按 (10)进行计算。

式中，PT为评价指标总分值;n为参与评价考核指标总数;Si为第i项评价指标的单项评价指数;Ki为第i项评价指标的权重值。

若某项一级指标中实际参与定量评价考核的二级指标项目数少于该一级指标所含全部二级指标项目数(由于该企业没有与某二级指标相关的生产设施所造成的缺项)时，在计算中应将这类一级指标所属各二级指标的权重值均予以相应修正，修正后各相应二级指标的权重值可按式 (11)进行计算。

式中，Aj为第j项一级指标中，各二级指标权重值的修正系数。Aj=A1/A2，A1为第j项一级指标的权重值;A2为实际参与考核的属于该一级指标的各二级指标权重值之和。

如由于企业未统计该项指标值而造成缺项，则该项考核分值为零。

3.2 节水减排企业评定标准

对废纸造纸企业节水减排水平的评价，是以其节水减排综合评价指数为依据的，对达到一定综合评价指数的企业，分别评定为节水减排先进企业或节水减排达标企业。根据目前我国废纸造纸企业的实际情况，不同等级节水减排企业的综合评价指数列于表4。

表4 废纸造纸企业不同等级节水减排综合评价指数

按国家现行水资源保护政策法规以及产业政策要求，凡参评企业被地方水利主管部门认定为主要节水指标和污染物排放未“达标”(指总量未达到控制指标或污染源排放超标)或仍继续采用要求淘汰的设备、工艺和产品进行生产的，则该企业不能被评定为节水减排先进企业或节水减排达标企业。

4 结论

本课题遵循科学性、可行性、代表性和可比性的原则，从取水、用水和排水3个方面构建了废纸造纸企业节水减排评价体系，力求将节水减排概念科学化和定量化，既促进废纸造纸企业与经济、环境和社会的协调发展，为企业的长期发展奠定良好的基础，又为地方水行政管理部门进行节水减排评价提供依据。

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