林业科学  2013, Vol. 49 Issue (6): 143-148   PDF    
DOI: 10.11707/j.1001-7488.20130620
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文章信息

楚杰, 段新芳, 王金林, 虞华强
Chu Jie, Duan Xinfang, Wang Jinlin, Yu Huaqiang
基于产排污系数的木材工业排污量估算及污染负荷研究
Research on Wood Industrial Discharge Capacity Estimation and Pollution Load Based on Generation and Discharge Coefficient
林业科学, 2013, 49(6): 143-148
Scientia Silvae Sinicae, 2013, 49(6): 143-148.
DOI: 10.11707/j.1001-7488.20130620

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收稿日期：2012-09-26
修回日期：2013-03-17

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楚杰
段新芳
王金林
虞华强

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楚杰, 段新芳, 王金林, 虞华强. 2013. 基于产排污系数的木材工业排污量估算及污染负荷研究[J]. 林业科学, 49(6): 143-148.
Chu Jie, Duan Xinfang, Wang Jinlin, Yu Huaqiang. 2013. Research on Wood Industrial Discharge Capacity Estimation and Pollution Load Based on Generation and Discharge Coefficient. Scientia Silvae Sinicae, 49(6): 143-148.  DOI: 10.11707/j.1001-7488.20130620
基于产排污系数的木材工业排污量估算及污染负荷研究
楚杰1, 2, 段新芳2, 王金林2, 虞华强2    
1. 西北农林科技大学木材工业系 杨凌 712100;
2. 中国林业科学研究院木材工业研究所 北京 100091
收稿日期：2012-09-26；修回日期：2013-03-17
基金项目：国家环境保护部第一次全国污染源普查,全国污染源普查污染源产排污系数核算项目。
通讯作者：段新芳
摘要：以我国2011年污染源普查得到的产排污系数测算值和企业提供的离线监测数据为依据,对我国木材工业主要污染指标产排量系数进行对比分析; 并结合我国近5年木材工业产品的产量,完成基于产排污系数的木材工业排污量核算及污染负荷评估。结果显示:1) 我国木材工业产品污染物指标中,工业废气量和工业废水量的产排量比值大,污染控制效率低,而固体污染物排放率为零,处理效果好; 2) 不同产品排放的污染物在不同年度的排放量和污染程度为纤维板的工业粉尘及废气排放量最大,胶合板的工业废水排放量最大,刨花板污染程度相对较小; 污染物中,工业废水排放量近5年增长最快,平均增加5倍以上; 3) 得出人造板行业与其他工业行业对比性实证数据,为人造板行业立身绿色环保产品提供佐证; 4) 通过对我国与发达国家污染物指标对比分析,为木材工业节能减排标准的制定及实现低碳发展提供依据。
关键词： 产排污系数    木材工业    减排标准    
Research on Wood Industrial Discharge Capacity Estimation and Pollution Load Based on Generation and Discharge Coefficient
Chu Jie1, 2, Duan Xinfang2, Wang Jinlin2, Yu Huaqiang2     
1. Department of Wood Industry, Northwest A&F University Yangling 712100;
2. Research Institute of Wood Industry,CAF Beijing 100091
Abstract: Pollutants index evaluation and accounting,which is important scientific basis to environmental protection standards and environmental construction. For many years, research on discharge estimation and the corresponding index work in wood industrial pollutant that had been few in China, and brought the difficulty to industry environmental standards and industry policy. According to coefficient calculation in yield emission and the enterprise provided the off-line monitoring data on the basis of the wood industry in our country in 2011, combined with wood industrial product yield in nearly five years, completed emission coefficient of wood industry amount accounting and pollution load evaluation. The results showed that: 1)Wood industry product pollutants index, the scale was relatively large between industrial waste gas and waste water, pollution efficiency was minimum, solid pollutant emission rate to zero, the treatment effect was better. 2)The discharge of different pollutants in annual emissions and pollution degree, industrial dust and gas emissions maximum for fiberboard; industrial wastewater emission maximum for plywood; particle board pollution level relatively small; the average increased more than 5 times in nearly five years. 3)Data of man-made board industry and other industry comparative empirical, showed the man-made board industry had been the green industrialization. 4)Through analyzed pollutants index and compared with our country and the developed countries,which would provide basis of the energy wood industry standards in energy conservation and emission reduction, and achieved a low carbon development.
Key words: generation and discharge coefficient    wood industry    emission standard    

随着我国林业产业发展步伐的加快，木材工业已成为我国重要支柱产业之一。2010年，我国已经飙升为世界第一人造板生产大国(戴永务等，2012)，但由于我国木材工业污染物核算及估算数据不精准，加之我国环保监管水平与世界发达国家的差距，使得木材工业生产污染负荷缺乏准确的数据衡量，给木材工业节能减排及低碳产业政策的制定带来较大难度。目前国际贸易碳标签制度的实施，向木材工业产品的低碳生产提出了新的要求(高峰，2012)。本文以我国2011年全国污染源普查得到的产排污系数测算值为基础，从污染源普查数据源中调取了全国规模以上木材工业样本企业，建立了污染源监测数据库，对我国木材工业主要污染物指标进行对比分析; 并结合我国近5年来木材工业产品的产量，完成木材工业产业排污量核算及污染负荷评估，力求为木材工业节能减排和国家低碳标准的制定提供一定的参考依据。

1 我国木材工业污染负荷研究现状

尽管我国木材工业环境污染及防治工作做了大量的工作，在《中国统计年鉴》(中华人民共和国国家统计局，2011)和《全民节能减排手册》(科学技术部社会发展科技司，2007)等著作中对人们生活污染物排放提出了要求，但迄今为止，木材工业产排污系数的核算方法及产排污量研究工作甚少。2008年，我国开展了大规模的木材工业企业污染源和排污量普查，但普查结果仅给出了部分样本数据，且列出的几个固定生产工艺条件下的产排污系数远不能满足我国木材工业环境污染防治及节能减排工作需要。

随着世界卫生组织对污染物排放工作的高度重视，各国相继制定了产排污标准。国际标准化组织(ISO)推出了ISO 14000环境管理系列标准，该标准提出了工业行业环境管理体系、环境审核、环境标志、环境行为评价、生命周期评估等(鲍承昌等，2003)。亚太经合组织从20世纪80年代起对美国、加拿大等发达国家制造业的二氧化碳排放系数、产业结构、能源强度等进行指数分析，并提出以环保工程为基础的能源经济战略(Torvanger，1991)。美国《职业安全健康法》提出了以环境安全为主的职业安全标准(Hart et al.，1996)。美国农业工程学会制定了污染物排放标准(Tatken et al.，2008)，通过立法的形式将大气污染物排放标准涵盖于清洁空气法(CAA，clean air act)和美国联邦法规法典(CFR，code of federal regulation)中，并根据不同的行业制定了80多项具体标准。日本从20世纪70年代制定并实施大气和水污染物排放标准(PetersenRaymer，2006)，标准中包含了排放量和排放浓度的限制指标。欧盟采用IPPC及有机溶剂使用等指令进行有机挥发污染物控制，欧洲国家(英国、荷兰、德国等)采取分类分级的办法对污染物进行控制(陈蕊等，2004)。

我国木材工业产业污染物控制工作和世界发达国家相比还存在较大差距。加入WTO后，我国木材工业企业开始推行ISO 14000环境管理标准(王旭光等，2002)。2007年，国家环境保护总局提出并颁布了《清洁生产标准人造板行业(中密度纤维板)》(HJ/T 315—2006)，规定了木材加工企业的清洁生产审核等要求; 2008年，全国人造板标准化委员会起草制定了《木材加工企业环境技术要求》，该要求提出木材加工企业竣工后的污染物排放管理规范; 2009年，我国人造板标准化委员会提出并颁布了《木材工业气力运输与除尘系统节能技术规范》(LY/T 1862—2009)，给出了木材工业的运输和除尘节能要求; 国家环境保护总局科技标准司2011年编制完成了《工业污染物产生和排放系数手册》，公布了木材加工行业在内的我国七大工业部门的产排污系数。现有基础研究虽然为木材工业环境影响评价及管理提供了探索性依据，但没有具体的核算数据和指标对比，仍无法保证环境保护政策和标准制定等污染物控制工作的有力实施。

2 我国木材工业产排污系数的定义及污染量计算办法 2.1 木材工业主要产品分类、主要污染源产排污系数的定义

根据我国《全国污染源普查产排污系数手册》中提出的木材工业产品目录(第一次全国污染源普查资料编纂委员会，2011)，将木材工业产品分为锯材加工业、胶合板制造业、纤维板制造业、刨花板制造业、其他人造板制造业(包含重组装饰材、饰面人造板、细木工板)等几大类。污染负荷情况通过产污系数和排污系数2个指标来衡量。

木材工业产品的产污系数是指在典型的工况生产条件下，在一个生产周期内，生产单位木材工业产品(或使用单位原材料等)产生的污染物量，包括工业粉尘、工业废气、危险废液(砷和六价铬)、工业废水、化学需氧量等。

木材工业产品排污系数是指典型的工况生产条件下，在一个生产周期内，生产单位木材工业产品(或使用单位原材料等)产生的污染物经末端处理或削减后的残余量。

2.2 木材工业主要污染物指标及产排污系数计算

为了清晰计量各制品的产排污量，根据不同的木材工业产品涉及的污染工段和污染系数，分别计算不同污染物(工业废水、工业废气及固体污染物等)在不同加工阶段的产排污总系数和总排污量。

我国第一次全国污染源普查资料文集提出的木材工业污染源包括工业粉尘(C)、工业废气量(Q)、化学需氧量(H)、工业废水量(S)、固体废物(G)、含砷、硌废物(F0)、含砷、铬防腐木屑(F1)、砷和六价铬(LE)等。不同的木材产品在不同工段产生不同污染源。锯材主要分为带锯制材、阔叶锯材及防腐锯材等。带锯制材阶段产生的污染源，以工业粉尘为主; 阔叶锯材在常规干燥段产生的污染物，以工业废气为主; 防腐锯材在加压防腐工段，若废液不回收，产生的污染物以含砷、铬废物为主; 若废液回收，产生的污染物则以含砷铬防腐木屑为主; 防腐锯材在废液处理工段，产生的污染物以砷和六价铬为主。

胶合板产品污染源指标有工业粉尘、工业废气量、化学需氧量、工业废水量及固体废物。硬质纤维板及软质纤维板主要在湿法成型工段产生工业废气、化学需氧量、工业废水及固体废物。刨花板分别在多层加压、单层加压及连续平压工段产生工业粉尘、工业废气、化学需氧量、工业废水等污染物。其他人造板中，重组装饰材在单板调色、热压、胶合工段产生工业废气、化学需氧量、工业废水等污染物;饰面人造板主要在单板贴面工段产生工业粉尘、工业废气、化学需氧量、工业废水及固体废物等污染物; 细木工板主要在胶板板芯及复合工艺产生工业粉尘、工业废气、化学需氧量、工业废水等污染物。

为了核算每种产品的实际产排污情况，将《工业污染物产生和排放系数手册》提供的各产品不同工段的产排污系数累计(表 1)，来计算各类产品在各个工段(工艺)的产排污量。

表 1 主要木材工业产品涉及的产排污系数总指标统计① Tab.1 The production sewage coefficient total index involved in different wood industry products

表 1中，ΣC，ΣQ，ΣH，ΣS，ΣG，ΣF0，ΣF1及ΣLE分别为各类木材产品在各生产工段的产排污总系数:

$\begin{array}{*{20}{l}} \begin{array}{l} \sum {{\rm{C}}\left( {锯材的产污系数} \right)} = \\ \sum {{{\rm{C}}_{ij}} + {{\sum {\rm{C}} }_{jq}}} + \sum {{{\rm{C}}_{qk}} = } \\ ({\rm{0}}.{\rm{321 + 0}}.{\rm{321 + 0}}.{\rm{321}}){\rm{ + }}({\rm{0}}.{\rm{259 + 0}}.{\rm{259 + }}\\ {\rm{0}}.{\rm{259}}){\rm{ + }}({\rm{0}}.{\rm{15 + 0}}.{\rm{15 + 0}}.{\rm{15}}){\rm{ = 1}}.{\rm{869}} \end{array} \end{array}$ (1)

式中: ΣCij为厚度≤35 mm的锯材3个不同工艺阶段的总产污系数; ΣCjq为35 mm≤厚度≤55 mm的锯材在车间不装除尘设备、车间装除尘设备及露天或只有顶棚3个不同工艺阶段的总产污系数; ΣCqk为厚度＞ 55 mm 的锯材3个不同工艺阶段的总产污系数; ΣQ…等同理。

2.3 排污系数与产污系数分析

表 1产排污系数统计显示，各类产品中均存在废气污染，且通过图 1不同阶段排污量与产污量对比可以看出: 工业废气排放量与产生量之比达到100%，即产生的废气全部排放。除锯材以外的人造板，其化学需氧量排放系数与产生系数之比平均不足30%; 工业废水量系数比近90%; 仅有干法纤维板和饰面人造板存在固体废物(污泥)污染，但排放量为零。防腐木材中，处理后含砷及六价铬毒物含量为50%。因此，木材工业粉尘量、废气处理和废水处理及防腐木材的砷和六价铬等毒物处理，是目前木材科学工程界的技术难题。

图 1 木材工业污染物的排放量占产生量的比例 Fig. 1 Wood industry typical pollutants emissions accounted for proportion of production situation A. 工业粉尘Industrial dust; B. 工业废气量Industrial waste gas; C.化学需氧量COD; D. 工业废水量Industrial waste water; E. 固体废物Soild waste; F. 含砷铬废物及防腐不屑Arsenic and chrome waste; G. 砷和六价铬Arsenic and six hexavalent chromium.
3 各类木材工业产品污染物排放量

为了进一步完成木材工业产品污染物排放量的核算，结合表 1以及2007—2011年度我国人造板为主的木材工业产品产量情况(表 2)，可以进行基于产排污系数的产排污量核算。考虑到木材工业中各类产品分年度统计产量，本文以年为单位，分别计算不同木材工业产品(锯材、胶合板、纤维板、刨花板及其他人造板)在不同年份的产污量和排污量。

表 2 近5 年我国主要木材工业产品产量① Tab.2 Our country main wood industry product yield in nearly five years
3.1 基于产排污系数的产污量估算

根据生产量进行各年份产排污量估算，对于科学控制污染源排放提供依据。木材工业各类污染物产污量计算公式为:

$ \begin{array}{*{20}{c}} {\sum {{\rm{C}}{{\rm{P}}_{i,j,k}} = \left( {{{\rm{Q}}_{\rm{1}}}{\rm{F}}{{\rm{1}}_{i,j}} \times {\rm{CF}}{{\rm{1}}_{i,j}}} \right)} + \left( {{{\rm{Q}}_{\rm{2}}}{\rm{F}}{{\rm{2}}_{i,j}} \times {\rm{CF}}{{\rm{2}}_{i,j}}} \right) + }\\ {\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\left( {{{\rm{Q}}_{\rm{3}}}{\rm{F}}{{\rm{3}}_{i,j}} \times {\rm{CF}}{{\rm{3}}_{i,j}}} \right) + \left( {{{\rm{Q}}_4}{\rm{F}}{{\rm{4}}_{i,j}} \times {\rm{CF}}{{\rm{4}}_{i,j}}} \right) + }\\ {\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\left( {{{\rm{Q}}_5}{\rm{F}}{{\rm{5}}_{i,j}} \times {\rm{CF}}{{\rm{5}}_{i,j}}} \right).} \end{array} $ (2)

式中: CPi, j, k为各类木材工业产品总粉尘排放量，kg; Q1F1i, j为锯材在i年内的产量，m3; CF1i, j为第i年内锯材第j工艺阶段粉尘量产污系数，kg·m-3;同理，Q2F2i, j为胶合板产品在第i年内的产量，m3;CF2i, j为第i年内胶合板第j工艺阶段粉尘量产污系数，kg·m-3; 依次类推Q3F3i, j、CF3i, j…分别是纤维板、刨花板及其他人造板第i年内的产量及工业粉尘量产污系数。

$\begin{array}{c} \sum {{\rm{Q}}{{\rm{P}}_{i, j, k}} = \left({{{\rm{Q}}_{\rm{1}}}{\rm{F}}{{\rm{1}}_{i, j}} \times {\rm{QF}}{{\rm{1}}_{i, j}}} \right)} + \left({{{\rm{Q}}_{\rm{2}}}{\rm{F}}{{\rm{2}}_{i, j}} \times {\rm{QF}}{{\rm{2}}_{i, j}}} \right)+ \\ \;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\left({{{\rm{Q}}_{\rm{3}}}{\rm{F}}{{\rm{3}}_{i, j}} \times {\rm{QF}}{{\rm{3}}_{i, j}}} \right)+ \left({{{\rm{Q}}_4}{\rm{F}}{{\rm{4}}_{i, j}} \times {\rm{QF}}{{\rm{4}}_{i, j}}} \right)+ \\ \;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\left({{{\rm{Q}}_5}{\rm{F}}{{\rm{5}}_{i, j}} \times {\rm{QF}}{{\rm{5}}_{i, j}}} \right)。 \end{array}$ (3)

式中: QPi, j, k为各类木材工业产品工业废气量，m3;Q1F1i, j为锯材在i年内的产量，m3; QF1i, j为第i年内锯材第j 工艺阶段废气产污系数，m3·m-3 ;Q2 F2i, j为胶合板产品第i年内的产量，m3; QF2i, j为第i 年内胶合板第j工艺阶段工业废气量产污系数;Q3 F3i, j，QF3i, j…分别为干法纤维板、刨花板及其他人造板在第i 年内的产量及工业废气量产污系数;同理得到ΣHPi, j, k，ΣSPi, j, k，ΣGPi, j, k，ΣLEPi, j, k等不同产品的各类污染物产生量。

由表 3可以看出，纤维板生产废水产生的化学需氧量最大，这要求国家尽快淘汰湿法纤维板生产线; 此外，纤维板生产中的工业粉尘量(生产中的纤维、锯屑、木质粉尘; 工艺操作，如物料输送、分选、裁边、砂光中排除的粉尘; 木质废料细微颗粒物)和工业废气量也较大; 胶合板生产中的工业废水量最大; 刨花板生产中的工业废水量最少，工业粉尘和工业废气量适中; 锯材中防腐木材的含砷、铬的有毒废物量仍然比较大。从2007—2011年总污染物产生指标来看，工业废水量的增加量最大，平均增加7倍多; 工业粉尘和工业废气量增加2倍多; 化学需氧量增幅不大。

表 3 木材工业产品主要污染物指标产污量估算 Tab.3 Main pollutants index accounting of wood industry products
3.2 基于产排污系数的排污量估算

通过图 1排污量占产污量的比例情况，分别得出各个污染物指标的产排比(污染物排放效率)，可以用η表示，每种污染物排放量计算可以用以下公式完成:

$ \sum {{F_{\rm{C}}} = \sum {{\rm{C}}{{\rm{P}}_{i, j, k}} \times } {\eta _{\rm{C}}}。} $ (4)

式中: ΣFC为各工业产品工业粉尘总排放量，kg;ηC为工业粉尘排放量与生产量之比，由图 1，ηC=19.865%。

$ \sum {{F_{\rm{Q}}} = \sum {{\rm{Q}}{{\rm{P}}_{i, j, k}} \times } {\eta _{\rm{Q}}}。} $ (5)

式中: ΣFQ为工业废气总排放量，kg; ηQ为工业废气排放量与生产量比值，由图 1，ηQ=100%; 同理依据图 1中的ηH为23.569%、ηS为89.11%、ηF为19.582%及ηLE为50%，计算得出FH，FS，FF以及FLE，由于ηG=100%，故FG=0。由以上计算公式得出的各污染物指标排放量如表 4所示。

表 4 木材工业产品主要污染物指标排污量(污染物残余量)估算 Tab.4 Main pollutants discharge capacity index ( pollutant residual quantity) accounting of wood industry products

由表 4可以看出，2007—2011年总排污量指标中，工业粉尘量和工业废水量增加值最大，工业废气增加值居中，化学需氧量的排放略微增加。防腐木材中的铬砷废物排放量较大。

3.3 产排污量估算结果综合分析

1)通过对木材工业产污量核算(图 2)，可以得出工业粉尘排放量从大到小依次为纤维板、胶合板和刨花板; 由于胶合板生产工艺中涂胶机每天清洗，工业废水排放量最大; 此外，纤维板工业废气量及化学需氧量均高于胶合板和刨花板的排放水平。

图 2 木材工业主要产品污染源排放量对比 Fig. 2 Main products pollution emissions contrast of wood industry

2)通过对比2007—2011年的污染物指标变化情况，得出: 随着人造板产品产量的增大，工业废水量排放比例迅速加大，平均提高了5倍多; 粉尘量和化学需氧量及工业废气量分别提高了2倍多，化学需氧量(COD)增长情况较少，这得益于国家环境污染物监测标准工作的有力实施。

3)通过污染源普查数据进行人造板行业产排污量核算，可得出人造板行业与其他工业行业对比性实证数据(表 5)。根据《中国统计年鉴》提供的数据，2011年，我国造纸行业工业气体排放5 395万m3，工业污水排放量75.6亿t，工业烟尘20.90万t，化学需氧量937.2万t。我国人造板生产中产生的工业气体排放量不足造纸行业的1/14，工业废水排放量不足造纸行业的1/15，与石油、煤炭等行业的排放差距则更大; 工业粉尘污染则继续成为木材工业产品的主要污染源。这些数据将作为国家继续支持人造板行业发展、制定行业政策、实现低碳工业快速发展的重要依据。

表 5 木材工业行业与造纸行业污染物排放量对比① Tab.5 Contrast of paper and wood industry making pollutants

4)鉴于木粉尘对健康的潜在影响，各国纷纷提出粉尘的有害警戒浓度(杨波等，2010)，其中，美国的限定针叶材指标为5.0 mg·m-3，阔叶材为1.0 mg·m-3; 芬兰、英国和荷兰限定量为5.0 mg·m-3;法国为3.0 mg·m-3; 德国、丹麦和瑞典定为2.0 mg·m-3。而我国目前的限定标准为10～30 mg·m-3，这对我国木材工业加快工业粉尘处理工作提出了挑战。

4 小结

如何在低碳经济模式下，探索出一条低排放、低消耗、低污染的新路，是各产业技术部门的紧要任务(谢淘，2012)。本文以我国2011年全国污染源普查得到的产排污系数测算值和企业提供的离线监测数据为依据，完成基于产排污系数的木材工业排污量估算及污染负荷评估，研究结果为国家制定和完善木材工业企业节能减排标准及实现低碳工业的快速发展奠定基础。

此外，科学公布不同产业的污染源数据，并对比分析相关工业企业产排污系数，及合理控制不同污染物指标并分地区估算污染物排放残余量，对于我国低碳产业的综合评价研究也将提供科学基础和前提。

参考文献(References)
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