72. 造紙和紙漿工業
章節編輯: 凱·特施克和保羅·德默斯
概況
凱·特施克
紙漿和紙張的纖維來源
安雅·基夫和凱·特施克
木材處理
安雅·基夫和凱·特施克
製漿
安雅·基夫、喬治·阿斯特拉奇亞納基斯和朱迪思·安德森
漂
喬治·阿斯特拉基納基斯和朱迪思·安德森
再生紙業務
迪克·黑德里克
紙張生產和加工:市場紙漿、紙張、紙板
喬治·阿斯特拉基納基斯和朱迪思·安德森
發電和水處理
喬治·阿斯特拉基納基斯和朱迪思·安德森
化學品和副產品生產
喬治·阿斯特拉基納基斯和朱迪思·安德森
職業危害和控制
Kay Teschke、George Astrakianakis、Judith Anderson、Anya Keefe 和 Dick Heederik
傷害和非惡性疾病
蘇珊·肯尼迪和謝爾·托倫
癌症
Kjell Torén 和 Kay Teschke
環境和公共衛生問題
安雅·基夫和凱·特施克
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1. 選定國家的就業和生產(1994 年)
2. 紙漿和造紙纖維來源的化學成分
3. 漂白劑及其使用條件
4. 造紙助劑
5. 按工藝區域劃分的潛在健康和安全危害
6. 肺癌和胃癌、淋巴瘤和白血病研究
7. 製漿中的懸浮液和生物需氧量
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紙漿和紙張的基本結構是由氫鍵結合在一起的纖維素纖維氈墊。 纖維素是一種具有 600 至 1,500 個重複糖單元的多醣。 纖維具有高抗拉強度,可吸收用於將紙漿改性成紙和紙板產品的添加劑,並且柔軟、化學穩定且呈白色。 製漿的目的是將纖維素纖維與纖維來源的其他成分分離。 在木材的情況下,這些包括半纖維素(具有 15 到 90 個重複的糖單元)、木質素(高度聚合和復雜,主要是苯丙烷單元;它們充當將纖維粘合在一起的“膠水”)、提取物(脂肪、蠟、醇類、酚類、芳香酸、精油、油樹脂、硬脂醇、生物鹼和色素)以及礦物質和其他無機物。 如表 1 所示,這些成分的相對比例因纖維來源而異。
表 1. 紙漿和紙張纖維來源的化學成分 (%)
軟木 |
硬木 |
稻草 |
竹 |
棉 |
|
碳水化合物 |
|||||
α-纖維素 |
38-46 |
38-49 |
28-42 |
26-43 |
80-85 |
半纖維素 |
23-31 |
20-40 |
23-38 |
15-26 |
nd |
木質素 |
22-34 |
16-30 |
12-21 |
20-32 |
nd |
提取物 |
1-5 |
2-8 |
1-2 |
0.2-5 |
nd |
礦產及其他 |
|
|
|
|
|
nd = 無可用數據。
針葉樹和落葉樹是紙漿和紙張的主要纖維來源。 次要來源包括小麥、黑麥和大米的秸稈; 甘蔗渣等甘蔗; 竹子、亞麻和大麻的木質莖; 以及種子、樹葉或韌皮纖維,例如棉花、馬尼拉麻和劍麻。 大多數紙漿由原生纖維製成,但再生紙占生產的比例越來越大,從 20 年的 1970% 上升到 33 年的 1991%。88 年,木基生產佔全球紙漿產能的 1994%(176 億噸,圖 1); 因此,以下文章中對紙漿和造紙工藝的描述側重於木材生產。 基本原理也適用於其他纖維。
圖 1. 全球紙漿產能,按紙漿類型分類
木材可能以原木的形式或木材廠的木屑形式到達紙漿廠堆木場。 一些紙漿廠運營有現場鋸木廠(通常稱為“木房”),為紙漿廠生產適銷對路的木材和庫存。 本章詳細討論了鋸木加工 木材。 本文討論了紙漿廠運營特有的木材準備要素。
紙漿廠的木材準備區有幾個基本功能:以工廠要求的速度接收和計量供應給製漿過程的木材; 準備木材,使其符合工廠的飼料規格,包括種類、清潔度和尺寸; 收集之前操作拒絕的任何材料並將其送去最終處置。 通過一系列步驟將木材轉化為適合製漿的木片或原木,這些步驟可能包括去皮、鋸切、削片和篩選。
原木被剝皮是因為樹皮含有少量纖維、提取物含量高、顏色深且通常帶有大量砂礫。 可以使用高壓水射流以液壓方式進行去皮,也可以通過相互摩擦原木或使用金屬切削工具以機械方式進行去皮。 沿海地區可使用液壓剝皮機; 然而,產生的廢水難以處理並造成水污染。
去皮的原木可以鋸成較短的長度(1 至 6 米)用於石磨木漿或切碎用於精煉機械或化學製漿方法。 削片機傾向於生產具有相當大尺寸範圍的木片,但製漿需要非常特定尺寸的木片,以確保通過精煉機的恆定流動和在蒸煮器中的均勻蒸煮。 因此,切屑會通過一系列篩網,這些篩網的功能是根據長度或厚度來分離切屑。 尺寸過大的木屑被重新切碎,而尺寸過小的木屑要么用作廢燃料,要么按計量返回木屑流。
特定製漿工藝和木片條件的要求將決定木片儲存的持續時間(圖 1;請注意可用於製漿的不同類型的木片)。 根據纖維供應和工廠需求,工廠將保持 2 至 6 週的未篩選切片庫存,通常在大型室外切片堆中。 木屑可能會因木材成分的自動氧化和水解反應或真菌侵蝕而降解。 為了避免污染,經過篩選的芯片的短期庫存(幾小時到幾天)存儲在芯片筒倉或箱子中。 用於亞硫酸鹽製漿的木屑可能會在室外存放數月,以允許提取物揮發,這可能會導致後續操作出現問題。 牛皮紙廠使用的木片作為商業產品回收松節油和妥爾油,通常直接用於製漿。
圖 1. 帶有前端加載器的芯片存儲區
喬治·阿斯特拉基納基斯
製漿是木材結構內的鍵被機械或化學破壞的過程。 化學紙漿可以通過鹼性(即硫酸鹽或牛皮紙)或酸性(即亞硫酸鹽)工藝生產。 硫酸鹽法生產的紙漿比例最高,其次是機械法(包括半化學法、熱機械法和機械法)和亞硫酸鹽法(圖 1)。 製漿工藝在產品的產量和質量上有所不同,對於化學方法而言,在使用的化學品和可回收再利用的比例方面也有所不同。
圖 1. 全球紙漿產能,按紙漿類型分類
機械製漿
機械紙漿是通過在石頭上或金屬板之間研磨木材來生產的,從而將木材分離成單獨的纖維。 剪切作用使纖維素纖維斷裂,因此所得紙漿比化學分離紙漿強度低。 連接纖維素和半纖維素的木質素不溶解; 它只是軟化,使纖維從木質基質中磨出。 得率(原木佔紙漿的比例)通常大於85%。 一些機械製漿方法也使用化學品(即化學機械漿); 它們的產量較低,因為它們去除了更多的非纖維素材料。
在石磨木漿 (SGW) 中,這是最古老且歷史上最常見的機械方法,通過將短原木壓在旋轉的研磨圓筒上來去除纖維。 在精磨機機械製漿(RMP,圖 2)中,它在 1960 年代成為商業可行後得到普及,木屑或鋸末通過圓盤磨漿機的中心進料,在那裡它們被切碎成更細的碎片,同時被推出逐漸變窄的條和槽。 (在圖 2 中,磨漿機封閉在圖片的中間,它們的大型電機在左側。木屑通過大直徑管道供應,紙漿從較小的管道排出。)RMP 的一種改進是熱機械製漿(TMP ),其中木片在精煉前和精煉過程中通常在壓力下進行蒸煮。
圖 2. 磨漿機機械製漿
最早生產化學機械紙漿的方法之一是將原木在化學製漿液中煮沸之前進行預蒸,然後在石磨機中研磨以生產“化學磨木漿”紙漿。 現代化學機械製漿在精煉之前、期間或之後使用經過化學處理(例如,亞硫酸氫鈉、氫氧化鈉)的圓盤精煉機。 以這種方式生產的紙漿被稱為化學機械紙漿 (CMP) 或化學熱機械紙漿 (CTMP),這取決於精煉是在常壓下還是在高壓下進行。 許多組織已經開發了 CTMP 的特殊變體並獲得了專利。
化學製漿和回收
化學紙漿是通過化學溶解木纖維之間的木質素而生產的,從而使纖維能夠相對完好地分離。 因為大部分非纖維木材成分在這些過程中被去除,所以產量通常在 40% 到 55% 的數量級。
在化學製漿中,水溶液中的碎片和化學品在壓力容器(蒸煮器,圖 3)中一起蒸煮,可以分批或連續操作。 在分批蒸煮中,蒸煮器通過頂部開口裝滿木片,加入蒸煮化學品,然後在高溫高壓下蒸煮內容物。 蒸煮完成後,釋放壓力,將脫木素紙漿“吹”出蒸煮器並進入儲罐。 然後重複該序列。 在連續蒸煮中,預蒸的木片以連續的速度送入蒸煮器。 木片和化學品在蒸煮器頂部的浸漬區混合在一起,然後通過上部蒸煮區、下部蒸煮區和洗滌區,然後被吹入排放罐。
圖 3. 連續硫酸鹽蒸煮器,正在建設中的切屑輸送機
加福圖書館
在當今大多數化學製漿操作中回收消化化學品。 主要目標是從用過的蒸煮液中回收和重組消化化學品,並通過燃燒木材中溶解的有機物質來回收熱能。 由此產生的蒸汽和電力可以滿足工廠的部分(如果不是全部)能源需求。
硫酸鹽製漿和回收
硫酸鹽工藝生產的紙漿比其他方法強度更高、顏色更深,並且需要化學回收才能在經濟上競爭。 該方法從蘇打製漿(僅使用氫氧化鈉進行消化)演變而來,並隨著二氧化氯漂白和化學回收工藝的發展,從 1930 年代到 1950 年代開始在行業中受到重視,這些工藝還為工廠生產蒸汽和動力。 耐腐蝕金屬(如不銹鋼)的發展也起到了一定的作用,以應對酸性和鹼性紙漿廠環境。
蒸煮混合物(白液)是氫氧化鈉(NaOH,“苛性鹼”)和硫化鈉(Na2S). 現代硫酸鹽法製漿通常在通常襯有不銹鋼的連續蒸煮器中進行(圖 3)。 將蒸煮器的溫度緩慢升高至約 170°C 並在該水平保持約 3 至 4 小時。 紙漿(因其顏色而稱為粗漿)經過篩分以去除未煮過的木材,洗滌以去除用過的蒸煮混合物(現在是黑液),然後被送到漂白廠或紙漿機房。 未煮過的木材要么返回蒸煮器,要么送往動力鍋爐進行燃燒。
從蒸煮器和粗漿清洗機收集的黑液含有溶解的有機物質,其確切的化學成分取決於製漿的木材種類和蒸煮條件。 液體在蒸發器中濃縮,直到含水量低於 40%,然後噴入回收鍋爐。 有機成分作為燃料被消耗,產生的熱量在爐子的上部以高溫蒸汽的形式回收。 未燃燒的無機成分以熔化的熔體形式聚集在鍋爐底部。 熔煉物從熔爐中流出並溶解在弱鹼溶液中,產生主要含有溶解鈉的“綠液”2S和碳酸鈉(Na2CO3). 這種液體被泵送到苛化廠,在那裡澄清,然後與熟石灰反應
(鈣(OH)2), 形成 NaOH 和碳酸鈣 (CaCO3). 將白液過濾並儲存以備後用。 碳酸鈣3 被送到石灰窯,在那裡被加熱以再生石灰(CaO)。
亞硫酸鹽製漿和回收
從 1800 年代後期到 1900 年代中期,亞硫酸鹽製漿主導了該行業,但這個時代使用的方法受到可以製漿的木材類型以及將未經處理的廢蒸煮液排放到水道中所造成的污染的限制。 較新的方法已經克服了其中的許多問題,但亞硫酸鹽製漿現在只佔紙漿市場的一小部分。 儘管亞硫酸鹽製漿通常使用酸消化,但中性和鹼性變化均存在。
亞硫酸蒸煮液(H2SO3) 和亞硫酸氫根離子 (HSO3 - ) 現場準備。 元素硫燃燒生成二氧化硫(SO2),向上通過吸收塔,吸收塔含有水和四種鹼性鹼(CaCO3, 原始亞硫酸鹽鹼, Na2CO3, 氫氧化鎂 (Mg(OH)2) 或氫氧化銨 (NH4OH))產生酸和離子並控制它們的比例。 亞硫酸鹽製漿通常在磚襯間歇式蒸煮器中進行。 為避免不必要的反應,將蒸煮器緩慢加熱至 130 至 140°C 的最高溫度,並將木片長時間蒸煮(6 至 8 小時)。 隨著消化池壓力的增加,氣態二氧化硫 (SO2) 被排出並與原始烹飪酸重新混合。 當還剩下大約 1 到 1.5 小時的烹飪時間時,停止加熱並通過排出氣體和蒸汽來降低壓力。 紙漿被吹入儲罐,然後清洗和篩選。
用過的消化混合物,稱為紅液,可用於除亞硫酸氫鈣基操作之外的所有操作的熱量和化學回收。 對於氨基亞硫酸鹽製漿,首先汽提稀紅液以去除殘留的 SO2,然後集中燃燒。 含SO的煙氣2 冷卻並通過吸收塔,新鮮的氨與吸收塔結合以再生蒸煮液。 最後,將液體過濾,用新鮮的 SO 強化2 並存儲。 氨無法回收,因為它在回收鍋爐中轉化為氮氣和水。
在鎂基亞硫酸鹽製漿中,燃燒濃縮製漿液會生成氧化鎂 (MgO) 和 SO2, 很容易恢復。 在此過程中不產生熔煉; 而是從煙氣中收集 MgO 並用水消解以生產氫氧化鎂 (Mg(OH)2). 所以2 冷卻並與 Mg(OH)2 在吸收塔中重組蒸煮液。 亞硫酸氫鎂 (Mg(HSO3)2) 然後用新鮮的 SO 強化2 並存儲。 可以回收 80% 到 90% 的烹飪化學品。
鈉基亞硫酸鹽蒸煮液的回收比較複雜。 濃縮廢液焚燒,約50%的硫轉化為SO2. 剩餘的鈉和硫作為 Na 的熔體收集在回收鍋爐的底部2硫和鈉2CO3. 熔煉物溶解產生綠液,綠液轉化為亞硫酸氫鈉(NaHSO3) 分幾個步驟。 硫酸鈉3 被強化和存儲。 再生過程產生減少的含硫氣體,特別是硫化氫(H2S)。
漂白是一種多階段工藝,可提煉和提亮原紙漿。 目的是溶解(化學紙漿)或改性(機械紙漿)製漿過程中未去除的棕色木質素,同時保持紙漿纖維的完整性。 工廠通過改變漂白劑的順序、濃度和反應時間來生產定製紙漿。
每個漂白階段由其漂白劑、pH(酸度)、溫度和持續時間定義(表 1)。 在每個漂白階段之後,可以用苛性鹼洗滌紙漿,以在進入下一階段之前去除用過的漂白化學品和溶解的木質素。 在最後階段之後,紙漿被泵送通過一系列篩網和清潔器,以去除任何污染物,如污垢或塑料。 然後將其濃縮並輸送到倉庫。
表 1. 漂白劑及其使用條件
符號 |
濃度 |
pH |
一致性* |
溫度 |
時間(小時) |
|
氯(Cl2) |
C |
2.5-8 |
2 |
3 |
20-60 |
0.5-1.5 |
氫氧化鈉 (NaOH) |
E |
1.5-4.2 |
11 |
10-12 |
<80 |
1-2 |
二氧化氯(ClO2) |
D |
~1 |
0-6 |
10-12 |
60-75 |
2-5 |
次氯酸鈉 (NaOCl) |
H |
1-2 |
9-11 |
10-12 |
30-50 |
0.5-3 |
氧氣(O.2) |
O |
1.2-1.9 |
7-8 |
25-33 |
90-130 |
0.3-1 |
過氧化氫(H2O2) |
P |
0.25 |
10 |
12 |
35-80 |
4 |
臭氧(O3) |
Z |
0.5-3.5 |
2-3 |
35-55 |
20-40 |
<0.1 |
酸洗(SO2) |
A |
4-6 |
1.8-5 |
1.5 |
30-50 |
0.25 |
連二亞硫酸鈉(NaS2O4) |
Y |
1-2 |
5.5-8 |
4-8 |
60-65 |
1-2 |
* 纖維在水溶液中的濃度。
從歷史上看,用於生產商品級漂白牛皮紙漿的最常見漂白順序是基於五階段 CEDED 工藝(符號定義見表 1)。 漂白的前兩個階段完成了脫木素過程,被認為是製漿的延伸。 由於對紙漿廠廢水中氯化有機物的環境問題,許多工廠用二氧化氯(ClO2) 對於一部分氯 (Cl2) 用於第一漂白階段 (CDEDED)並使用氧氣(O2) 第一次鹼提取過程中的預處理 (CDEODED)。 歐洲和北美目前的趨勢是用二氧化氯完全替代2 (例如,DEDED)或同時消除 Cl2 和二氧化氯2. 其中二氧化氯2 使用二氧化硫 (SO2) 在最後的洗滌階段作為“抗氯劑”添加以阻止 ClO2 反應和控制pH值。 新開發的無氯漂白程序(例如,OAZQP、OQPZP,其中 Q = 螯合)使用酶、O2, 臭氧 (O3), 過氧化氫 (H2O2)、過酸和螯合劑,例如乙二胺四乙酸 (EDTA)。 到 1993 年,全球有八家工廠採用了完全無氯漂白。由於這些較新的方法省去了酸性漂白步驟,因此酸洗是牛皮紙漂白初始階段的必要補充,以去除與纖維素結合的金屬。
亞硫酸鹽紙漿通常比硫酸鹽紙漿更容易漂白,因為它們的木質素含量較低。 短漂白工序(例如,CEH、DCEHD、P、HP、EPOP)可用於大多數紙張等級。 對於用於生產人造絲、玻璃紙等的溶解級亞硫酸鹽紙漿,半纖維素和木質素都被去除,需要更複雜的漂白順序(例如,C1C2ECDA)。 最後的酸洗既用於金屬控制,也用於抗氯目的。 溶解級亞硫酸鹽紙漿的廢水負荷要大得多,因為消耗瞭如此多的原木(典型產率為 50%)並且使用了更多的水。
術語 增亮 用於描述機械紙漿和其他高得率紙漿的漂白,因為它們是通過破壞髮色基團而不溶解木質素來漂白的。 增白劑包括 H2O2 和/或連二亞硫酸鈉 (NaS2O4). 歷史上,連二亞硫酸鋅 (ZnS2O4) 被普遍使用,但由於其在流出物中的毒性而被大量淘汰。 在漂白之前添加螯合劑以中和任何金屬離子,從而防止有色鹽的形成或 H 的分解2O2. 機械紙漿漂白的有效性取決於木材的種類。 木質素和提取物含量低的硬木(例如楊木和棉白楊)和軟木(例如雲杉和香脂)可以漂白到比樹脂含量更高的松樹和雪松更高的亮度水平。
在過去的幾十年裡,廢紙或再生紙作為紙漿生產原料的使用有所增加,一些造紙廠幾乎完全依賴廢紙。 在一些國家/地區,廢紙在收集之前在源頭與其他生活垃圾分開。 在其他國家/地區,按等級(例如,瓦楞紙板、新聞紙、高級紙、混合紙)的分離在專門的回收廠進行。
再生紙可以在相對溫和的過程中再製漿,該過程使用水,有時使用 NaOH。 在再製漿期間和/或之後,可以使用碎片繩、旋風分離器或離心分離小金屬片和塑料。 填充劑、膠水和樹脂在清潔階段通過將空氣吹過紙漿來去除,有時還添加絮凝劑。 泡沫包含不需要的化學物質並被去除。 紙漿可以使用一系列洗滌步驟脫墨,這些步驟可能包括也可能不包括使用化學品(即,表面活性劑脂肪酸衍生物)來溶解殘留的雜質,以及使用漂白劑來增白紙漿。 漂白的缺點是它可能會減少纖維長度,從而降低最終紙張的質量。 再生紙漿生產中使用的漂白化學品通常類似於機械紙漿增白操作中使用的化學品。 在再製漿和脫墨操作之後,紙張生產以與使用原生纖維紙漿非常相似的方式進行。
製漿造紙廠的最終產品取決於製漿過程,可能包括商品紙漿和各種類型的紙或紙板產品。 例如,將相對較弱的機械紙漿轉化為報紙和紙巾等一次性產品。 牛皮紙漿被轉化為多用途紙製品,如優質書寫紙、書籍和購物袋。 亞硫酸鹽紙漿主要是纖維素,可用於一系列不同的最終產品,包括特種紙、人造絲、攝影膠片、TNT、塑料、粘合劑,甚至冰淇淋和蛋糕混合物。 化學機械紙漿非常堅硬,非常適合瓦楞紙板所需的結構支撐。 再生紙紙漿中的纖維通常較短、柔韌性差、透水性差,因此不能用於優質紙製品。 因此,再造紙主要用於生產軟紙產品,如面巾紙、衛生紙、擦手紙和餐巾紙。
為生產商品紙漿,紙漿漿料通常要經過一次篩分並調整其稠度(4 至 10%),然後才能進入製漿機。 然後將紙漿鋪展到製漿機“濕端”的移動金屬篩網或塑料網(稱為“金屬絲網”)上,操作員在此處監控移動金屬絲網的速度和紙漿的含水量(圖 1;壓力機和乾燥器的蓋子可以在左上角看到;在現代工廠中,操作員在控制室花費大量時間)。 水和濾液從金屬絲中抽出,留下纖維網。 漿板通過一系列旋轉輥(“壓力機”),擠出水和空氣,直到纖維濃度達到 40% 至 45%。 然後將紙張漂浮通過多層序列的熱風乾燥機,直到稠度達到 90% 至 95%。 最後,連續漿板被切割成塊並堆疊成捆。 紙漿包被壓縮、纏繞和包裝成捆以便儲存和運輸。
圖 1. 紙漿機的濕端顯示線上的纖維氈。
加福圖書館
儘管在原理上類似於製造紙漿板,但造紙要復雜得多。 一些工廠使用各種不同的紙漿來優化紙張質量(例如,混合硬木、軟木、牛皮紙、亞硫酸鹽、機械或再生紙漿)。 根據所用紙漿的類型,在形成紙張之前需要一系列步驟。 通常,將乾燥的商品紙漿再水化,而將儲存的高濃紙漿稀釋。 可以對紙漿纖維進行打漿以增加纖維粘合面積,從而提高紙張強度。 然後將紙漿與“濕部”添加劑(表 1)混合,並通過最後一組篩網和清潔器。 然後紙漿準備好用於造紙機。
表 1. 造紙助劑
添加劑 |
申請地點 |
特定代理的目的和/或示例 |
最常用的添加劑 |
||
滑石 |
濕部 |
變槳控制(防止沉積和堆積 |
二氧化鈦 |
濕部 |
顏料(增亮紙張,改善印刷) |
“明礬”(鋁2(SO4)3) |
濕部 |
將鬆香漿料沉澱到纖維上 |
松香 |
濕部 |
內部施膠(抗液體滲透) |
粘土(高嶺土) |
乾濕 |
填料(使更亮、更光滑、更不透明) |
澱粉 |
乾濕 |
表面施膠(抗液體滲透) |
染料和 |
乾濕 |
例如,酸性、鹼性或直接染料,色澱, |
膠乳 |
幹部 |
粘合劑(增強板,將添加劑粘合到紙上, |
其他添加劑 |
||
殺黏菌劑 |
濕部 |
例如,硫酮、噻唑、硫氰酸鹽、硫代氨基甲酸鹽、硫醇、異噻唑啉酮, |
消泡劑 |
濕部 |
例如,松油、燃料油、再生油、矽酮、酒精 |
線材處理 |
濕部 |
例如,咪唑、丁基二甘醇、丙酮、松節油、 |
濕和乾 |
濕部 |
例如,甲醛樹脂、環氧氯丙烷、乙二醛、 |
塗料, |
幹部 |
例如,氫氧化鋁、聚醋酸乙烯酯、 |
其他 |
乾濕 |
腐蝕抑製劑,分散劑,防火, |
分流器和流漿箱將精製紙漿的稀薄懸浮液(1 至 3%)分配到移動的網上(類似於製漿機,只是速度要快得多,有時超過 55 公里/小時),將纖維形成為薄氈布紙張通過一系列壓榨輥移動到干燥部,在那裡一系列蒸汽加熱輥蒸發掉大部分剩餘的水。 纖維之間的氫鍵在這個階段已經完全發展。 最後,將紙張壓光並捲取。 壓光是將紙張表面熨燙光滑,厚度減薄的過程。 乾燥的壓光紙捲繞在捲軸上,貼上標籤並運輸到倉庫(圖 2;注意捲軸下的廢紙和未封閉的操作員控制面板)。 “幹部”添加劑可以在造紙機壓光之前添加,也可以在工業轉換部門的單獨“機外”塗佈操作中添加。
圖 2. 造紙機的干端顯示滿紙捲和操作員使用空氣分切機切割端部。
喬治·阿斯特拉基納基斯
造紙過程中使用了多種化學品,使紙張具有特定的表面特性和紙張特性。 最常用的添加劑(表 1)通常以百分比水平使用,但粘土和滑石粉等某些添加劑可能佔某些紙張乾重的 40%。 表1還指出了可用於特定生產用途和產品的化學添加劑的多樣性; 其中一些以非常低的濃度使用(例如,殺粘菌劑以百萬分之幾的比例添加到工藝用水中)。
製造紙板的過程類似於製造紙張或紙漿的過程。 將紙漿和水的懸浮液分散到行進的網上,除去水,將紙乾燥並作為卷儲存。 該過程的不同之處在於片材形成厚度的方式、多層的組合以及乾燥過程。 板可以由帶芯或不帶芯的單層或多層板製成。 紙張通常是優質牛皮紙漿(或牛皮紙和 CTMP 混合物),而芯材則由半化學和低成本回收紙漿的混合物或完全回收紙漿和其他廢料製成。 根據最終用途添加塗層、蒸汽屏障和多層,以保護內容物免受水和物理損壞。
除了液體回收外,紙漿廠還通過燃燒廢料和動力鍋爐過程中的副產品來回收很大一部分能量。 從污水處理系統收集的樹皮、木材廢料和乾污泥等材料可以燃燒,為發電機提供蒸汽。
紙漿和造紙廠消耗大量的淡水。 每天 1,000 噸的漂白牛皮紙漿廠每天可能使用超過 150 億升水; 造紙廠更是如此。 為了防止對工廠設備產生不利影響並保持產品質量,必須對進水進行處理以去除污染物、細菌和礦物質。 根據進水水質,採用多種處理方法。 沉澱床、過濾器、絮凝劑、氯和離子交換樹脂都用於在工藝使用前對水進行處理。 動力和回收鍋爐中使用的水經過氧清除劑和腐蝕抑製劑(如肼和嗎啉)進一步處理,以避免在鍋爐管中形成沉積物,減少金屬腐蝕,並防止水帶入汽輪機.
由於許多漂白化學品具有反應性和運輸危險性,因此它們是在現場或附近生產的。 二氧化氯(ClO2)、次氯酸鈉 (NaOCl) 和過酸總是在現場生產,而氯 (Cl2) 和氫氧化鈉或苛性鈉 (NaOH) 通常在場外生產。 妥爾油是一種衍生自硫酸鹽蒸煮過程中提取的樹脂和脂肪酸的產品,可以在現場或場外精煉。 松節油是一種較輕的牛皮紙副產品,通常在現場收集和濃縮,然後在別處精煉。
二氧化氯
二氧化氯(ClO2) 是一種高度活潑的黃綠色氣體。 具有毒性和腐蝕性,在高濃度 (10%) 時會爆炸並迅速還原為 Cl2 和O.2 在有紫外線的情況下。 它必須以稀氣體的形式製備並以稀液體的形式儲存,無法進行散裝運輸。
CLO2 是通過還原氯酸鈉(Na2CLO3) 與任一 SO2、甲醇、鹽或鹽酸。 離開反應器的氣體被冷凝並作為 10% 的液體溶液儲存。 現代二氧化氯2 發電機以 95% 或更高的效率運行,少量的 Cl2 所產生的將被收集或從排放氣體中清除。 根據進料化學品的純度、溫度和其他工藝變量,可能會發生副反應。 副產品被返回到流程中,用過的化學品被中和並排入下水道。
次氯酸鈉
次氯酸鈉 (NaOCl) 是通過將 Cl2 用 NaOH 的稀溶液。 這是一個簡單的自動化過程,幾乎不需要任何干預。 該過程通過維持鹼濃度來控制,使得殘留的 Cl2 在過程容器中被最小化。
氯氣和苛性鹼
氯(Cl2),自 1800 年代初以來一直用作漂白劑,是一種高活性、有毒的綠色氣體,當存在水分時會變得具有腐蝕性。 氯氣通常通過將鹽水 (NaCl) 電解成 ClXNUMX 來製造2 和 NaOH 在區域設施中,並作為純液體輸送給客戶。 三種方法用於生產Cl2 在工業規模上:汞電池、隔膜電池和最近的發展,膜電池。 氯2 總是在陽極產生。 然後將其冷卻、純化、乾燥、液化並運送到工廠。 在大型或偏遠的紙漿廠,可以建造當地設施,並且 Cl2 可以作為氣體運輸。
NaOH 的質量取決於使用三種工藝中的哪一種。 在較舊的汞電池方法中,鈉和汞結合形成汞齊,用水分解。 生成的 NaOH 幾乎是純的。 該工藝的缺點之一是汞會污染工作場所並導致嚴重的環境問題。 隔膜池產生的 NaOH 與廢鹽水一起去除並濃縮,使鹽結晶並分離。 石棉用作隔膜。 最純的 NaOH 是在膜電池中生產的。 基於樹脂的半透膜允許鈉離子在沒有鹽水或氯離子的情況下通過,並與添加到陰極室的水結合形成純 NaOH。 氫氣是每個過程的副產品。 它通常在其他過程中或作為燃料進行處理和使用。
妥爾油生產
高樹脂樹種(如松樹)的牛皮紙製漿生產樹脂和脂肪酸的鈉皂。 肥皂是從位於化學回收過程的蒸發器列中的黑液儲罐和肥皂撇渣罐中收集的。 精製皂或妥爾油可用作燃料添加劑、防塵劑、道路穩定劑、路面粘合劑和屋面助熔劑。
在加工廠,肥皂儲存在初級罐中,以使黑液沉降到底部。 肥皂上升並溢出到第二個儲罐中。 將硫酸和倒出的肥皂送入反應器,加熱至 100°C,攪拌,然後靜置。 沉降過夜後,粗妥爾油被傾析到儲存容器中並再放置一天。 頂部餾分被認為是乾粗妥爾油,並被泵送至儲存處,準備裝運。 底部餾分中的熟木質素將成為後續批次的一部分。 用過的硫酸被泵送到儲罐,任何夾帶的木質素都可以沉到底部。 留在反應器中的木質素被濃縮用於幾個廚師,溶解在 20% 的苛性鹼中並返回到主皂罐。 定期將收集的黑液和來自所有來源的殘留木質素濃縮並作為燃料燃燒。
松節油回收
來自蒸煮器的氣體和來自黑液蒸發器的冷凝物可以被收集用於松節油的回收。 氣體被冷凝、合併,然後汽提松節油,松節油被重新冷凝、收集並送到傾析器。 傾析器的頂部餾分被抽出並送去儲存,而底部餾分被回收到汽提塔。 生松節油與收集系統的其餘部分分開存放,因為它有毒且易燃,通常在場外加工。 所有不凝性氣體都被收集並在動力鍋爐、石灰窯或專用爐中焚燒。 松節油可加工用於樟腦、合成樹脂、溶劑、浮選劑和殺蟲劑。
表 1 概述了紙漿和造紙運營的每個領域可能發生的風險類型。 儘管暴露可能被列為特定於某些生產過程,但根據天氣條件、與暴露源的接近程度以及他們是否在多個過程區域工作(例如,質量控制、一般勞工),來自其他地區的員工也可能發生暴露池和維護人員)。
表 1. 紙漿和造紙生產中潛在的健康和安全危害,按工藝區域分類
工藝區 |
安全隱患 |
物理危害 |
化學危害 |
生物危害 |
木材準備 |
||||
原木池 |
溺水; 移動設備; |
噪音; 振動; 寒冷的; 熱 |
發動機排氣 |
|
木房 |
夾點; 滑倒,墜落 |
噪音; 振動 |
萜烯和其他木材提取物; 木屑 |
細菌; 菌類 |
芯片篩選 |
夾點; 滑倒,墜落 |
噪音; 振動 |
萜烯和其他木材提取物; 木屑 |
細菌; 菌類 |
芯片碼 |
夾點; 移動設備 |
噪音; 振動; 寒冷的; 熱 |
發動機排氣; 萜烯和其他木材提取物; 木屑 |
細菌; 菌類 |
製漿 |
||||
石磨木 |
滑倒,墜落 |
噪音; 電場和磁場; 高濕度 |
||
RMP、CMP、CTMP |
滑倒,墜落 |
噪音; 電場和磁場; 高濕度 |
烹飪化學品和副產品; 萜烯和其他木材提取物; 木屑 |
|
硫酸鹽製漿 |
滑倒,墜落 |
噪音; 高濕度; 熱 |
酸和鹼; 烹飪化學品和副產品; 減少含硫氣體; 萜類 |
|
硫酸鹽回收 |
爆炸; 夾點; 滑倒, |
噪音; 熱; 蒸汽 |
酸和鹼; 石棉; 灰; 烹飪化學品和副產品; 燃料; 減少 |
|
亞硫酸鹽製漿 |
滑倒,墜落 |
噪音; 高濕度; 熱 |
酸和鹼; 烹飪化學品和副產品; 二氧化硫; 萜烯和其他木材提取物; 木屑 |
|
亞硫酸鹽回收 |
爆炸; 夾點; 滑倒, |
噪音; 熱; 蒸汽 |
酸和鹼; 石棉; 灰; 烹飪化學品和副產品; 燃料; 二氧化硫 |
|
再製漿/脫墨 |
滑倒,墜落 |
酸和鹼; 漂白化學品和副產品; 染料和油墨; 紙漿/紙屑; 殺粘菌劑; 溶劑 |
菌 |
|
漂 |
滑倒,墜落 |
噪音; 高濕度; 熱 |
漂白化學品和副產品; 殺粘菌劑; 萜烯和其他木材提取物 |
|
片材成型和 |
||||
製漿機 |
夾點; 滑倒,墜落 |
噪音; 振動; 高的 |
酸和鹼; 漂白化學品和副產品; 絮凝劑; 紙漿/紙屑; 殺粘菌劑; 溶劑 |
菌 |
造紙機 |
夾點; 滑倒,墜落 |
噪音; 振動; 高的 |
酸和鹼; 漂白化學品和副產品; 染料和油墨; 絮凝劑; 紙漿/紙 |
菌 |
結束 |
夾點; 移動設備 |
Noise |
酸和鹼; 染料和油墨; 絮凝劑; |
|
倉庫 |
移動設備 |
燃料; 發動機排氣; 紙漿/紙屑 |
||
其他作業 |
||||
發電 |
夾點; 滑倒,墜落 |
噪音; 振動; 電動和 |
石棉; 灰; 燃料; 萜烯和其他木材提取物; 木屑 |
細菌; 菌類 |
水處理 |
溺死 |
漂白化學品和副產品 |
菌 |
|
廢水處理 |
溺死 |
漂白化學品和副產品; 絮凝劑; 減少含硫氣體 |
菌 |
|
二氧化氯 |
爆炸; 滑倒,墜落 |
漂白化學品和副產品 |
菌 |
|
松節油回收 |
滑倒,墜落 |
烹飪化學品和副產品; 減少含硫氣體; 萜烯和其他木材提取物 |
||
妥爾油產量 |
酸和鹼; 烹飪化學品和副產品; 減少含硫氣體; 萜烯和其他木材提取物 |
RMP = 精煉機械製漿; CMP = 化學機械製漿; CTMP = 化學熱機械製漿。
暴露於表 1 中列出的潛在危險可能取決於工廠的自動化程度。 從歷史上看,工業紙漿和造紙生產是一個半自動過程,需要大量人工干預。 在此類設施中,操作員將坐在與流程相鄰的開放式面板旁,以查看其操作的效果。 分批式蒸煮器頂部和底部的閥門將手動打開,在填充階段,蒸煮器中的氣體將被進入的木屑所取代(圖 1)。 化學品水平將根據經驗而不是取樣進行調整,過程調整將取決於操作員的技能和知識,這有時會導致混亂。 例如,紙漿的過度氯化會使下游工人接觸到更高濃度的漂白劑。 在大多數現代工廠中,從手動控製到電子控制泵和閥門的進步允許遠程操作。 對窄公差範圍內的過程控制的需求需要計算機和復雜的工程策略。 獨立的控制室用於將電子設備與紙漿和造紙生產環境隔離開來。 因此,操作員通常在裝有空調的控制室工作,這些控制室可以避免工廠運營固有的噪音、振動、溫度、濕度和化學暴露。 其他改善工作環境的控制措施如下所述。
圖 1. 工人打開手動控制的間歇式蒸煮器的蓋子。
MacMillan Bloedel 檔案
安全隱患,包括夾點、潮濕的行走表面、移動設備和高度,在整個紙漿和造紙運營過程中都很常見。 移動傳送帶和機械部件周圍的防護裝置、快速清理溢出物、允許排水的行走表面以及靠近生產線或高處的人行道上的護欄都是必不可少的。 必須遵循鎖定程序來維護切屑輸送機、造紙機輥和所有其他帶有活動部件的機械。 用於芯片存儲、碼頭和裝運區、倉儲等作業的移動設備應具有翻車保護、良好的能見度和喇叭; 車輛和行人的車道應有明確的標誌和標誌。
噪音和熱量也是無處不在的危害。 如上所述,主要的工程控制是操作員圍欄,通常用於木材製備、製漿、漂白和紙張成形區域。 還提供用於木屑堆和其他堆場作業的移動設備的封閉式空調駕駛室。 在這些外殼之外,工人通常需要聽力保護。 在高溫工藝或室外區域工作以及容器維護操作要求工人接受識別熱應激症狀的培訓; 在這些地區,工作安排應允許適應環境和休息時間。 寒冷的天氣可能會在戶外工作中造成凍傷的危險,以及木屑堆附近的霧氣條件,這些條件仍然很熱。
木材、其提取物和相關微生物是木材製備操作和製漿初始階段特有的。 暴露控制將取決於特定的操作,可能包括操作室、鋸和傳送帶的封閉和通風,以及封閉的切屑存儲和低切屑庫存。 使用壓縮空氣清除木屑會造成高暴露,應避免使用。
化學製漿操作提供了接觸消化化學品以及蒸煮過程的氣態副產品的機會,包括還原(牛皮紙製漿)和氧化(亞硫酸鹽製漿)的硫化合物和揮發性有機物。 氣體的形成可能會受到許多操作條件的影響:使用的木材種類; 木漿的數量; 所用白液的量和濃度; 製漿所需的時間; 和達到的最高溫度。 除了自動蒸煮器封蓋閥和操作員控制室外,這些區域的其他控制裝置還包括分批蒸煮器和放空罐的局部排氣通風,能夠按照容器氣體的釋放速率進行通風; 回收鍋爐和亞硫酸鹽-SO 中的負壓2 防止氣體洩漏的酸塔; 消化後清洗器上方通風的全部或部分外殼; 連續氣體監測器,在可能發生洩漏的地方發出警報; 應急響應計劃和培訓。 採集樣品和進行測試的操作員應意識到過程和廢物流中酸和鹼暴露的可能性,以及副反應的可能性,例如硫化氫氣體(H2S) 如果來自硫酸鹽法製漿的黑液與酸接觸(例如,在下水道中),則生產。
在化學品回收區,酸性和鹼性工藝化學品及其副產品的溫度可能超過 800°C。 工作職責可能要求工人直接接觸這些化學品,因此必須穿厚重的衣服。 例如,工人們用耙子清掃收集在鍋爐底部的飛濺熔化物,因此有化學灼傷和熱灼傷的風險。 當向濃縮黑液中添加硫酸鈉時,工人可能會接觸到粉塵,任何洩漏或開口都會釋放出有毒(並可能致命)的還原硫氣體。 回收鍋爐周圍始終存在熔化水爆炸的可能性。 鍋爐管壁漏水導致了幾次致命的爆炸。 回收鍋爐應在任何洩漏跡象時關閉,並應實施特殊程序來轉移熔煉物。 石灰和其他腐蝕性物質的裝載應使用封閉和通風的傳送帶、升降機和儲料箱。
在漂白廠,現場操作員可能會接觸到漂白劑以及氯化有機物和其他副產品。 漂白化學強度、木質素含量、溫度和紙漿稠度等工藝變量不斷受到監控,操作員收集樣品並進行實驗室測試。 由於使用的許多漂白劑存在危害,因此應配備持續的警報監控器,應向所有員工發放逃生呼吸器,並對操作員進行應急響應程序培訓。 帶有專用排氣通風裝置的頂棚是標準的工程控制裝置,位於每個漂白塔和洗滌階段的頂部。
紙漿廠或造紙廠機房中的化學品暴露包括漂白廠殘留的化學品、造紙添加劑和廢水中的化學混合物。 移動設備產生的粉塵(纖維素、填料、塗料)和廢氣存在於乾部和精加工工序中。 產品運行之間的清潔可以使用溶劑、酸和鹼來完成。 該區域的控制可能包括對紙張乾燥器的完全封閉; 卸料、稱重和混合添加劑區域的通風圍場; 使用液體而非粉末形式的添加劑; 使用水性而非溶劑型油墨和染料; 並且不再使用壓縮空氣來清理修整過的紙張和廢紙。
與使用新生產的紙漿的傳統造紙相比,再生紙廠的紙張生產通常塵土飛揚。 從生產鏈的開始(紙張收集和分離)到結束(紙張生產)可能會接觸到微生物,但與傳統紙張生產相比,接觸化學品的重要性要小得多。
紙漿和造紙廠僱用了一個廣泛的維護團隊來為其工藝設備提供服務,其中包括木匠、電工、儀表機械師、絕緣子、機械師、泥瓦匠、機械師、磨坊技工、油漆工、管道裝配工、製冷技工、錫匠和焊工。 連同他們特定於交易的風險敞口(見 金屬加工 金屬加工 職業 章),這些商人可能會接觸到任何與過程相關的危險。 隨著工廠操作變得更加自動化和封閉,維護、清潔和質量保證操作已成為最容易暴露的部分。 為清潔容器和機器而關閉的工廠尤其值得關注。 根據工廠組織的不同,這些操作可能由內部維護或生產人員執行,儘管分包給可能較少職業健康和安全支持服務的非工廠人員是很常見的。
除了過程暴露外,紙漿和造紙廠的運營還需要維護人員進行一些值得注意的暴露。 由於製漿、回收和鍋爐操作涉及高溫,石棉被廣泛用於管道和容器的絕緣。 不銹鋼通常用於整個製漿、回收和漂白操作的容器和管道,並在一定程度上用於造紙。 眾所周知,焊接這種金屬會產生鉻和鎳煙霧。 在維修停機期間,可以使用鉻基噴霧劑來保護回收鍋爐的地板和牆壁在啟動操作期間免受腐蝕。 生產線中的過程質量測量通常使用紅外線和放射性同位素測量儀進行。 儘管儀表通常被很好地屏蔽,但維修它們的儀器機械師可能會暴露在輻射中。
一些特殊風險也可能發生在其他工廠支持業務的員工中。 動力鍋爐工人處理來自污水處理系統的樹皮、廢木材和污泥。 在較舊的工廠中,工人們清除鍋爐底部的灰燼,然後通過在鍋爐爐排周圍塗上石棉和水泥的混合物來重新密封鍋爐。 在現代動力鍋爐中,這個過程是自動化的。 當材料以過高的水分含量被送入鍋爐時,工人可能會暴露在不完全燃燒產物的回流中。 負責水處理的工人可能會接觸到氯、肼和各種樹脂等化學品。 由於 ClO 的反應性2, 二氧化氯2 發電機通常位於禁區內,操作員駐守在遠程控制室,負責收集樣品和維修芒硝過濾器。 用於生成 ClO 的氯酸鈉(一種強氧化劑)2 如果允許它灑在任何有機或可燃材料上然後乾燥,可能會變得危險易燃。 在進行任何維護工作之前,應先將所有溢出物弄濕,然後徹底清潔所有設備。 濕衣服在清洗前應保持濕潤並與便服分開。
受傷
關於這個行業的一般事故率,只有有限的統計數據可用。 與其他製造業相比,芬蘭 1990 年的事故率低於平均水平; 在加拿大,1990 年至 1994 年的比率與其他行業相似; 在美國,1988 年的比率略高於平均水平; 在瑞典和德國,該比率比平均水平高出 25% 和 70%(國際勞工組織 1992 年;不列顛哥倫比亞省工人賠償委員會 1995 年)。
在紙漿和造紙行業中,最常見的嚴重和致命事故風險因素是造紙設備本身以及紙漿或紙包和紙捲的極端尺寸和重量。 在 1993 年美國政府對 1979 年至 1984 年紙漿、造紙和紙板廠職業死亡事故的一項研究中(美國商務部 1993 年),28% 的事故是由於工人被捲入或夾在旋轉輥或設備之間(“夾點”) ) 和
18% 是由於工人被掉落或翻滾的物體壓傷,尤其是捲和包。 多人死亡的其他原因包括觸電、硫化氫和其他有毒氣體吸入、大量熱/化學燒傷和一例中暑衰竭。 據報導,隨著一些國家安裝更新設備,與造紙機相關的嚴重事故數量有所減少。 在加工領域,重複和單調的工作以及使用速度和力量更高的機械化設備變得更加普遍。 儘管沒有特定行業的數據可用,但預計該行業與重複性工作相關的過度勞累傷害率會更高。
非惡性疾病
紙漿廠工人遇到的最有據可查的健康問題是急性和慢性呼吸系統疾病(Torén、Hagberg 和 Westberg 1996)。 由於洩漏或其他工藝異常,可能會暴露於極高濃度的氯、二氧化氯或二氧化硫中。 暴露的工人可能會出現急性化學性肺損傷,伴有嚴重的氣道炎症和液體釋放到空氣空間,需要住院治療。 損壞的程度取決於暴露的持續時間和強度,以及涉及的具體氣體。 如果工人在急性發作中倖存下來,則可能會完全康復。 然而,在不太強烈的接觸事件中(也通常是由於過程干擾或洩漏),急性接觸氯或二氧化氯可能會引發隨後的哮喘發展。 這種刺激物誘發的哮喘已在許多病例報告和最近的流行病學研究中有所記錄,目前的證據表明它可能在接觸事件後持續多年。 有類似暴露但未發展為哮喘的工人可能會經歷持續增加的鼻腔刺激、咳嗽、氣喘和氣流速度降低。 最容易發生這些暴露事件的工人包括維修工人、漂白廠工人和紙漿廠現場的建築工人。 高水平的二氧化氯暴露也會引起眼睛刺激和在燈光周圍看到光暈的感覺。
一些死亡率研究表明,接觸二氧化硫和紙塵的紙漿廠工人死於呼吸系統疾病的風險增加(Jäppinen 和 Tola 1990;Torén、Järvholm 和 Morgan 1989)。 長期暴露於低濃度二氧化硫的亞硫酸鹽廠工人也有呼吸系統症狀加重的報導(Skalpe 1964),儘管一般紙漿廠人群中通常不會報告氣流阻塞加重。 在通常存在於紙漿廠的松節油回收過程中,暴露於高濃度萜烯的工人也報告了呼吸道刺激症狀。 據報導,軟紙粉塵與哮喘和慢性阻塞性肺病的增加有關(Torén、Hagberg 和 Westberg 1996)。
接觸微生物,尤其是在木屑和廢料堆、剝皮機和污泥壓榨機周圍,會增加肺部發生超敏反應的風險。 這方面的證據似乎僅限於過敏性肺炎的孤立病例報告,這可能導致慢性肺部瘢痕形成。 甘蔗渣病或與接觸嗜熱微生物和甘蔗渣(甘蔗副產品)有關的過敏性肺炎,在使用甘蔗渣生產纖維的工廠中仍然可見。
紙漿和造紙行業中常見的其他呼吸系統危害包括不銹鋼焊接煙霧和石棉(參見本指南其他地方的“石棉”、“鎳”和“鉻”) 百科全書). 維修工人是最有可能面臨這些暴露風險的群體。
還原硫化合物(包括硫化氫、二甲基二硫化物和硫醇)是強烈的眼睛刺激物,可能導致一些工人頭痛和噁心。 這些化合物在以前未接觸過的個體中具有非常低的氣味閾值(ppb 範圍); 然而,在該行業的長期工作人員中,氣味閾值要高得多。 濃度在 50 至 200 ppm 範圍內會產生嗅覺疲勞,受試者無法再聞到獨特的“臭雞蛋”氣味。 在較高濃度下,接觸會導致失去知覺、呼吸麻痺和死亡。 在紙漿廠現場發生了因在密閉空間內接觸還原硫化合物而導致的死亡事故。
據報導,紙漿和造紙工人的心血管死亡率增加,一些暴露-反應證據表明可能與暴露於還原硫化合物有關(Jäppinen 1987;Jäppinen 和 Tola 1990)。 然而,死亡率增加的其他原因可能包括噪聲暴露和輪班工作,這兩者都與其他行業缺血性心髒病風險增加有關。
紙漿和造紙廠工人遇到的皮膚問題包括急性化學和熱灼傷以及接觸性皮炎(刺激性和過敏性)。 牛皮紙加工廠的紙漿廠工人經常因接觸來自回收過程的熱製漿液和氫氧化鈣漿液而導致皮膚被鹼灼傷。 接觸性皮炎在造紙廠和加工工人中更常見,因為紙張和紙製品製造中使用的許多添加劑、消泡劑、殺菌劑、油墨和膠水是主要的皮膚刺激物和致敏劑。 皮炎可能因接觸化學品本身或處理新處理的紙或紙製品而發生。
噪音是整個紙漿和造紙行業的重大危害。 美國勞工部估計,在造紙和相關產品行業中,超過 85% 的工廠的噪音水平超過 75 dBA,而一般製造業的工廠中這一比例為 49%,而且超過 40% 的工人經常暴露在噪音水平超過 85 dBA(美國商務部 1983 年)。 造紙機、削片機和回收鍋爐周圍的噪音水平往往遠遠超過 90 dBA。 轉換操作也往往會產生高噪聲水平。 通常通過使用封閉的控制室來嘗試減少工人在造紙機周圍的暴露。 在轉換過程中,操作員通常駐紮在機器旁邊,很少使用這種類型的控制措施。 然而,在轉換機器被封閉的情況下,這減少了接觸紙屑和噪音的機會。
在造紙機區域工作的造紙廠工人會遇到過度的熱暴露,記錄的溫度為 60°C,儘管已發表的科學文獻中沒有關於熱暴露對這一人群影響的研究。
在紙漿和造紙操作中,可能會接觸到許多被國際癌症研究機構 (IARC) 指定為已知、可能和可能致癌物的物質。 已知會導致肺癌和間皮瘤的石棉被用於絕緣管道和鍋爐。 滑石粉被廣泛用作紙張添加劑,並且可能被石棉污染。 其他紙張添加劑,包括聯苯胺染料、甲醛和環氧氯丙烷,被認為可能是人類致癌物。 不銹鋼焊接中產生的六價鉻和鎳化合物是已知的肺和鼻致癌物。 木屑最近被 IARC 歸類為已知的致癌物,主要基於暴露於硬木粉塵的工人患鼻癌的證據(IARC,1995 年)。 柴油機尾氣、肼、苯乙烯、礦物油、氯化酚和二噁英以及電離輻射是工廠運營中可能存在的其他可能致癌物。
很少有針對紙漿和造紙操作的流行病學研究進行過,而且它們也沒有表明一致的結果。 這些研究中的暴露分類通常使用廣泛的工業類別“紙漿和造紙”,甚至最具體的分類也按製漿類型或大型工廠區域對工人進行分組。 迄今為止,文獻中的三項隊列研究均涉及不到 4,000 名工人。 目前正在進行幾項大型隊列研究,IARC 正在協調一項國際多中心研究,該研究可能包括來自 150,000 多名紙漿和造紙工人的數據,從而可以進行更具體的暴露分析。 本文將回顧迄今為止發表的研究中的可用知識。 更詳細的信息可以從 IARC(1980、1987 和 1995)以及 Torén、Persson 和 Wingren(1996)早期發表的評論中獲得。 表 1 總結了肺癌、胃癌和血液系統惡性腫瘤的結果。
表 1. 製漿造紙工人肺癌、胃癌、淋巴瘤和白血病研究總結
過程 |
活動地點 |
類型 |
肺 |
胃 |
淋巴瘤 |
白血病 |
亞硫酸鹽 |
芬蘭 |
C |
0.9 |
1.3 |
X/X |
X |
亞硫酸鹽 |
美國 |
C |
1.1 |
0.7 |
- |
0.9 |
亞硫酸鹽 |
美國 |
C |
0.8 |
1.5 |
1.3 / X |
0.7 |
亞硫酸鹽 |
美國 |
PM |
0.9 |
2.2 * |
2.7*/倍 |
1.3 |
硫酸鹽 |
芬蘭 |
C |
0.9 |
0.9 |
0/0 |
X |
硫酸鹽 |
美國 |
C |
0.8 |
1.0 |
2.1/0 |
0.2 |
硫酸鹽 |
美國 |
PM |
1.1 |
1.9 |
1.1/4.1* |
1.7 |
氯 |
芬蘭 |
C |
3.0 * |
- |
- |
- |
亞硫酸鹽/紙 |
瑞典 |
CR |
- |
2.8 * |
- |
- |
紙屑 |
加拿大 |
CR |
2.0 * |
- |
- |
- |
造紙廠 |
芬蘭 |
C |
2.0 * |
1.7 |
X/X |
- |
造紙廠 |
瑞典 |
C |
0.7 * |
- |
- |
- |
造紙廠 |
美國 |
C |
0.8 |
2.0 |
- |
2.4 |
造紙廠 |
瑞典 |
CR |
1.6 |
- |
- |
- |
造紙廠 |
美國 |
PM |
1.3 |
0.9 |
X / 1.4 |
1.4 |
板廠 |
芬蘭 |
C |
2.2 * |
0.6 |
X/X |
X |
發電站 |
芬蘭 |
C |
0.5 |
2.1 |
- |
- |
保養 |
芬蘭 |
C |
1.3 |
0.3 * |
1.0 / X |
1.5 |
保養 |
瑞典 |
CR |
2.1 * |
0.8 |
- |
- |
紙漿和造紙 |
美國 |
C |
0.9 |
1.2 |
0.7 / X |
1.8 |
紙漿和造紙 |
美國 |
C |
0.8 |
1.2 |
1.7 / X |
0.5 |
紙漿和造紙 |
瑞典 |
CR |
0.8 |
1.3 |
1.8 |
1.1 |
紙漿和造紙 |
瑞典 |
CR |
- |
- |
2.2/0 |
- |
紙漿和造紙 |
瑞典 |
CR |
1.1 |
0.6 |
- |
- |
紙漿和造紙 |
美國 |
CR |
1.2 * |
- |
- |
- |
紙漿和造紙 |
美國 |
CR |
1.1 |
- |
- |
- |
紙漿和造紙 |
美國 |
CR |
- |
- |
—/4.0 |
- |
紙漿和造紙 |
加拿大 |
PM |
- |
1.2 |
3.8*/— |
- |
紙漿和造紙 |
美國 |
PM |
1.5 * |
0.5 |
4.4/4.5 |
2.3 |
紙漿和造紙 |
美國 |
PM |
0.9 |
1.7 * |
1.6/1.0 |
1.1 |
紙漿和造紙 |
美國 |
PM |
0.9 |
1.2 |
1.5/1.9* |
1.4 |
紙漿和造紙 |
美國 |
PM |
- |
1.7 * |
1.4 |
1.6 * |
C = 隊列研究,CR = 病例參考研究,PM = 比例死亡率研究。
* 具有統計顯著性。 § = 在單獨報告的情況下,NHL = 非霍奇金淋巴瘤和 HD = 霍奇金病。 X = 0 或 1 例報告,未計算風險估計,— = 未報告數據。
風險估計值超過 1.0 表示風險增加,風險估計值低於 1.0 表示風險降低。
資料來源:改編自 Torén、Persson 和 Wingren 1996。
呼吸系統癌症
造紙廠和紙漿廠的維修工人患肺癌和惡性間皮瘤的風險增加,這可能是因為他們接觸石棉。 瑞典的一項研究表明,紙漿和造紙工人患胸膜間皮瘤的風險增加了三倍(Malker 等人,1985 年)。 進一步分析接觸情況時,發現 71% 的病例接觸過石棉,其中大多數從事工廠維修工作。 瑞典和芬蘭的紙漿和造紙廠也表明維護工人患肺癌的風險升高(Torén、Sällsten 和 Järvholm 1991 年;Jäppinen 等人 1987 年)。
在芬蘭的同一項研究中,還觀察到造紙廠和紙板廠工人患肺癌的風險增加了一倍。 研究人員隨後進行了一項僅限於接觸氯化合物的紙漿廠工人的研究,發現患肺癌的風險增加了三倍。
很少有其他針對紙漿和造紙工人的研究表明患肺癌的風險增加。 加拿大的一項研究表明接觸紙塵的人的風險增加(Siemiatycki 等人,1986 年),美國和瑞典的研究表明造紙廠工人的風險增加(Milham 和 Demers 1984 年;Torén、Järvholm 和 Morgan 1989 年)。
胃腸癌
許多研究表明胃癌的風險增加,但這些風險與任何一個領域都沒有明確的關聯; 因此相關的接觸是未知的。 社會經濟地位和飲食習慣也是胃癌的危險因素,並且可能是混雜因素; 所審查的任何研究都沒有考慮到這些因素。
胃癌與紙漿和造紙工作之間的關聯最早見於 1970 年代美國的一項研究(Milham 和 Demers 1984)。 當單獨檢查亞硫酸鹽工人時,發現風險更高,幾乎翻了一番。 在後來的一項研究中還發現美國亞硫酸鹽和磨木工人患胃癌的風險增加(Robinson、Waxweiller 和 Fowler,1986 年)。 瑞典的一項研究發現,來自僅生產亞硫酸鹽紙漿的地區的紙漿和造紙廠工人也存在同樣嚴重的風險(Wingren 等人,1991 年)。 美國新罕布什爾州和華盛頓州的造紙廠、紙板廠和紙漿廠的工人患胃癌的死亡率增加了(Schwartz 1988 年;Milham 1976 年)。 受試者可能是亞硫酸鹽、硫酸鹽和造紙廠工人的混合體。 在瑞典的一項研究中,發現亞硫酸鹽工人和造紙廠工人因胃癌導致的死亡率增加了三倍(Wingren、Kling 和 Axelson,1985 年)。 大多數紙漿和紙張研究報告胃癌過多,但有些研究沒有。
由於病例數少,其他消化道癌症的大部分研究都沒有定論。 芬蘭的一項研究(Jäppinen 等人,1987 年)以及美國紙漿和造紙工人(Solet 等人,1989 年)報告了硫酸鹽工藝和紙板生產工人患結腸癌的風險增加。 1961 年至 1979 年間瑞典膽道癌的發病率與 1960 年全國人口普查的職業數據有關(Malker 等人,1986 年)。 男性造紙廠工人的膽囊癌發病率增加。 在對造紙廠工人和亞硫酸鹽工人(Milham 和 Demers 1984 年;Henneberger、Ferris 和 Monson 1989 年)以及廣大紙漿和造紙工人群體(Pickle 和 Gottlieb 1980 年; Wingren 等人,1991 年)。 這些發現尚未在其他研究中得到證實。
血液系統惡性腫瘤
紙漿和造紙廠工人的淋巴瘤問題最初在 1960 年代的一項美國研究中得到解決,該研究發現紙漿和造紙工人患霍奇金病的風險增加了四倍(Milham 和 Hesser,1967 年)。 在隨後的一項研究中,調查了 1950 年至 1971 年間華盛頓州紙漿和造紙廠工人的死亡率,發現霍奇金病和多發性骨髓瘤的風險增加了一倍(Milham 1976)。 這項研究之後是一項分析美國和加拿大紙漿和造紙工會成員死亡率的研究(Milham 和 Demers 1984)。 它顯示亞硫酸鹽工人患淋巴肉瘤和網狀細胞肉瘤的風險增加了近三倍,而硫酸鹽工人患霍奇金氏病的風險增加了四倍。 在美國的一項隊列研究中,觀察到硫酸鹽工人患淋巴肉瘤和網狀肉瘤的風險是雙重的(Robinson、Waxweiller 和 Fowler,1986 年)。
在許多可能調查惡性淋巴瘤發生的研究中,發現風險增加(Wingren 等人 1991 年;Persson 等人 1993 年)。 由於硫酸鹽和亞硫酸鹽工廠工人的風險增加,這表明存在共同的接觸源。 在分揀和切片部門,曝光情況非常相似。 勞動力暴露於木屑、萜烯和其他可從木材中提取的化合物。 此外,這兩種製漿工藝都使用氯進行漂白,這有可能產生氯化有機副產品,包括少量二噁英。
與淋巴瘤相比,對白血病的研究表明其模式不太一致,風險估計也較低。
其他惡性腫瘤
在假定接觸甲醛的美國造紙廠工人中,潛伏 30 年後發現了 1986 例泌尿道癌,儘管預期只有 XNUMX 例(Robinson、Waxweiller 和 Fowler,XNUMX 年)。 所有這些人都曾在造紙廠的紙張乾燥區工作。
在馬薩諸塞州的一項病例對照研究中,兒童時期的中樞神經系統腫瘤與父親作為造紙和紙漿廠工人的未指明職業有關(Kwa 和 Fine 1980)。 作者將他們的觀察視為隨機事件。 然而,在隨後的三項研究中,也發現風險增加(Johnson 等人,1987 年;Nasca 等人,1988 年;Kuijten、Bunin 和 Nass,1992 年)。 在瑞典和芬蘭的研究中,觀察到紙漿和造紙廠工人患腦瘤的風險增加了兩到三倍。
由於紙漿和造紙行業是自然資源(即木材、水和能源)的消耗大戶,它可能是造成水、空氣和土壤污染問題的主要原因,近年來受到了廣泛關注。 考慮到每噸紙漿產生的水污染物數量(例如 55 公斤生物需氧量、70 公斤懸浮固體和高達 8 公斤有機氯化合物)和全球生產的紙漿量,這種擔憂似乎是有道理的每年(180 年約為 1994 億噸)。 此外,只有約 35% 的廢紙被回收利用,廢紙是全球固體廢物總量的主要來源(每年 150 億噸中約有 500 億噸)。
從歷史上看,製漿造紙廠的設計並未考慮污染控制。 工業中使用的許多工藝在開發時都很少考慮最大限度地減少排放量和污染物濃度。 自 1970 世紀 1 年代以來,污染減排技術已成為歐洲、北美和世界其他地區工廠設計不可或缺的組成部分。 圖 1980 說明了 1994 年至 XNUMX 年期間加拿大紙漿和造紙廠為應對其中一些環境問題的趨勢:增加使用木材廢料和可回收紙作為纖維來源; 並減少廢水中的需氧量和氯化有機物。
圖 1. 1980 年至 1994 年加拿大紙漿和造紙廠的環境指標,顯示在生產中使用木材廢料和可回收紙,以及廢水中的生物需氧量 (BOD) 和有機氯化合物 (AOX)。
本文討論了與紙漿和造紙過程相關的主要環境問題,確定了過程中的污染源並簡要描述了控制技術,包括外部處理和廠內改造。 本章更詳細地討論了木材廢料和防變色殺菌劑引起的問題 木材。
空氣污染問題
紙漿廠和造紙廠排放的氧化硫化合物對植被造成了破壞,還原硫化合物的排放引起了人們對“臭雞蛋”氣味的抱怨。 對紙漿廠社區居民(尤其是兒童)的研究表明,與顆粒物排放有關的呼吸系統影響,以及粘膜刺激和頭痛被認為與硫化合物減少有關。 在製漿過程中,最有可能引起空氣污染問題的是化學方法,尤其是硫酸鹽法製漿。
亞硫酸鹽作業中的硫氧化物排放率最高,尤其是那些使用鈣或鎂鹼的作業。 主要來源包括間歇式蒸煮器、蒸發器和液體製備,洗滌、篩选和回收操作貢獻較少。 硫酸鹽回收爐也是二氧化硫的來源,使用高硫煤或油作為燃料的動力鍋爐也是如此。
還原硫化合物,包括硫化氫、甲硫醇、二甲基硫醚和二甲基二硫化物,幾乎完全與牛皮紙製漿有關,並賦予這些工廠特有的氣味。 主要來源包括回收爐、蒸煮器吹氣、蒸煮器洩壓閥和洗滌器通風口,但蒸發器、冶煉罐、消化器、石灰窯和廢水也可能產生影響。 一些亞硫酸鹽操作在其回收爐中使用還原環境,並且可能存在相關的還原硫氣味問題。
回收鍋爐排放的含硫氣體最好通過從源頭減少排放來控制。 控制措施包括黑液氧化、減少黑液硫化物、低氣味回收鍋爐和回收爐的正常運行。 來自蒸煮器吹氣、蒸煮器減壓閥和液體蒸發的含硫氣體可以被收集和焚燒——例如,在石灰窯中。 可以使用洗滌器收集燃燒煙道氣。
氮氧化物是高溫燃燒的產物,根據操作條件,可能會在任何帶有回收鍋爐、動力鍋爐或石灰窯的工廠中產生。 可以通過調節燃燒區的溫度、空燃比和停留時間來控制氮氧化物的形成。 其他氣態化合物是造成工廠空氣污染的次要因素(例如,不完全燃燒產生的一氧化碳、漂白操作產生的氯仿以及蒸煮器排放和液體蒸發產生的揮發性有機物)。
顆粒物主要來自燃燒操作,儘管熔融溶解罐也可能是次要來源。 超過 50% 的紙漿廠顆粒非常細(直徑小於 1 微米)。 這種精細材料包括硫酸鈉(Na2SO4)和碳酸鈉(Na2CO3) 來自回收爐、石灰窯和熔煉溶解罐,以及來自燃燒儲存在鹽水中的原木副產品的 NaCl。 由於鈣鹽的夾帶和鈉化合物的昇華,石灰窯排放物包括大量粗顆粒物。 粗顆粒還可能包括飛灰和有機燃燒產物,尤其是來自動力鍋爐的產物。 可以通過使煙道氣通過靜電除塵器或洗滌器來降低顆粒物濃度。 動力鍋爐技術的最新創新包括流化床焚化爐,它在非常高的溫度下燃燒,導致更有效的能量轉換,並允許燃燒不太均勻的木材廢料。
水污染問題
來自紙漿廠和造紙廠的受污染廢水會導致水生生物死亡,使有毒化合物在魚類體內積聚,並損害下游飲用水的味道。 紙漿和造紙廢水流出物的特徵基於物理、化學或生物特性,其中最重要的是固體含量、需氧量和毒性。
廢水的固體含量通常根據懸浮(相對於溶解)部分、可沉降的懸浮固體部分以及揮發性部分進行分類。 可沉降部分是最令人討厭的,因為它可能在排放點附近形成緻密的污泥層,迅速耗盡接收水中的溶解氧,並使產生甲烷和還原硫氣體的厭氧菌繁殖。 儘管不可沉降的固體通常會被接收水稀釋,因此不太受關注,但它們可能會將有毒有機化合物輸送給水生生物。 紙漿和造紙廠排放的懸浮固體包括樹皮顆粒、木纖維、沙子、機械紙漿研磨機的砂礫、造紙添加劑、酒渣、水處理過程的副產品和二級處理操作的微生物細胞。
溶解在製漿液中的木材衍生物,包括低聚醣、單醣、低分子量木質素衍生物、乙酸和溶解的纖維素纖維,是生物需氧量 (BOD) 和化學需氧量 (COD) 的主要貢獻者。 對水生生物有毒的化合物包括氯化有機物(AOX;來自漂白,尤其是牛皮紙漿); 樹脂酸; 不飽和脂肪酸; 二萜醇(特別是來自去皮和機械製漿); juvabiones(特別是來自亞硫酸鹽和機械製漿); 木質素降解產物(特別是來自亞硫酸鹽製漿); 合成有機物,例如殺粘菌劑、油和油脂; 和加工化學品、造紙添加劑和氧化金屬。 氯化有機物一直受到特別關注,因為它們對海洋生物具有劇毒並可能在生物體內累積。 這組化合物,包括多氯二苯並p-二噁英,一直是減少紙漿漂白中氯用量的主要推動力。
懸浮固體、需氧量和有毒排放物的數量和來源取決於工藝(表 1)。 由於木材提取物的溶解,幾乎沒有或沒有化學品和樹脂酸回收,亞硫酸鹽和 CTMP 製漿都會產生具有高 BOD 的劇毒廢水。 牛皮紙廠歷來使用更多的氯進行漂白,因此它們的廢水毒性更大; 然而,硫酸鹽工廠的流出物已經消除了 Cl2 在漂白和二次處理中,如果有的話,通常表現出極小的急性毒性,而亞急性毒性已大大降低。
表 1. 與各種製漿工藝的未處理(原)廢水相關的總懸浮固體和 BOD
製漿過程 |
總懸浮固體(公斤/噸) |
生化需氧量(公斤/噸) |
磨木 |
50-70 |
10-20 |
TMP |
45-50 |
25-50 |
CTMP |
50-55 |
40-95 |
牛皮紙,未漂白 |
20-25 |
15-30 |
漂白牛皮紙 |
70-85 |
20-50 |
亞硫酸鹽,低產 |
30-90 |
40-125 |
亞硫酸鹽,高產 |
90-95 |
140-250 |
脫墨,非組織 |
175-180 |
10-80 |
浪費紙 |
110-115 |
5-15 |
懸浮固體已不再是一個問題,因為大多數工廠採用初級澄清(例如,重力沉降或溶氣浮選),可去除 80% 至 95% 的可沉降固體。 二級污水處理技術,如曝氣池、活性污泥系統和生物過濾,用於減少污水中的生化需氧量、化學需氧量和有機氯。
為減少可沉降固體、BOD 和毒性而進行的廠內工藝改造包括干法去皮和原木輸送、改進木屑篩選以實現均勻蒸煮、在製漿過程中延長脫木質素、改變消化化學品回收操作、替代漂白技術、高效紙漿洗滌、從白水中回收纖維並改進洩漏控制。 然而,工藝干擾(特別是如果它們導致故意下水道)和操作變化(特別是使用提取物百分比較高的未風乾木材)仍可能導致周期性毒性突破。
一種相對較新的完全消除水污染的污染控制策略是“封閉工廠”概念。 在缺乏大型水源作為工藝供應或污水接收流的地方,此類工廠是一種有吸引力的替代方案。 封閉系統已在 CTMP 和鈉基亞硫酸鹽工廠中成功實施。 封閉式工廠的區別在於液體流出物被蒸發,冷凝物被處理、過濾,然後再利用。 封閉式工廠的其他特點是封閉式篩選室、漂白廠的逆流洗滌和鹽控制系統。 儘管這種方法可有效減少水污染,但尚不清楚將所有污染物流集中在工廠內會如何影響工人的接觸。 腐蝕是使用封閉系統的工廠面臨的一個主要問題,並且循環過程水中的細菌和內毒素濃度會增加。
固體處理
從液體廢水處理系統中去除的固體(污泥)的成分因來源而異。 來自初級處理的固體主要由纖維素纖維組成。 來自二級處理的固體的主要成分是微生物細胞。 如果工廠使用氯化漂白劑,初級和次級固體也可能含有氯化有機化合物,這是確定所需處理程度的重要考慮因素。
在處置之前,污泥在重力沉澱裝置中濃縮,並在離心機、真空過濾器或帶式或螺旋壓榨機中進行機械脫水。 來自初級處理的污泥相對容易脫水。 二次污泥含有大量細胞內水,存在於粘液基質中; 因此,它們需要添加化學絮凝劑。 一旦充分脫水,污泥將在陸上應用(例如,撒在耕地或林地上,用作堆肥或土壤改良劑)或焚燒。 雖然焚燒成本更高並且可能導致空氣污染問題,但它可能是有利的,因為它可以破壞或減少有毒物質(例如,氯化有機物),如果它們從陸上應用中滲入地下水,可能會造成嚴重的環境問題.
其他工廠運營中可能會產生固體廢物。 動力鍋爐產生的灰燼可用於路基、建築材料和抑塵劑。 石灰窯產生的廢物可用於改變土壤酸度並改善土壤化學性質。
產業演變與結構
造紙術被認為起源於公元 100 年左右的中國,以破布、大麻和草為原料,用石臼敲擊作為原始纖維分離過程。 儘管在此期間機械化程度有所提高,但直到 1800 年代,批量生產方法和農業纖維來源仍在使用。 連續造紙機在世紀之交獲得了專利。 1844 年至 1884 年間,開發了比破布和草更豐富的纖維來源,將木材製漿的方法包括機械磨損以及蘇打、亞硫酸鹽和硫酸鹽(牛皮紙)化學方法。 這些變化開啟了現代製漿造紙時代。
圖 1 說明了當今時代主要的製漿造紙工藝:機械製漿; 化學製漿; 廢紙再製漿; 造紙; 和轉換。 根據製造的產品類型,當今的行業可以分為兩個主要部分。 紙漿通常在與纖維收穫相同的地區(即主要森林地區)的大型工廠製造。 這些工廠中的大多數也製造紙張——例如,新聞紙、書寫紙、印刷紙或薄紙; 或者他們可以製造紙板。 (圖 2 顯示了這樣一個工廠,它生產漂白牛皮紙漿、熱磨機械漿和新聞紙。請注意鐵路站場和裝運碼頭、木屑儲存區、通向蒸煮器的木屑輸送機、回收鍋爐(高大的白色建築)和污水澄清池) . 獨立的加工業務通常靠近消費市場,使用商品紙漿或紙來製造袋子、紙板、容器、紙巾、包裝紙、裝飾材料、商業產品等。
圖 1. 紙漿和造紙生產過程中的流程示意圖
加福圖書館
近年來,紙漿和造紙業務有成為大型綜合林產品公司一部分的趨勢。 這些公司控制著森林采伐作業(見 林業 章),木材銑削(見 木材業 章)、紙漿和造紙製造,以及轉換操作。 這種結構確保公司擁有持續的纖維來源、木材廢料的有效利用和可靠的買家,這通常會導致市場份額增加。 隨著公司尋求國際投資,行業越來越集中到更少的公司和全球化程度越來越高,整合一直在同步進行。 該行業工廠發展的財務負擔鼓勵了這些趨勢以實現規模經濟。 一些公司現已達到 10 萬噸的生產水平,與產量最高的國家的產量相似。 許多公司都是跨國公司,有些在全球 20 多個國家/地區設有工廠。 然而,儘管許多較小的工廠和公司正在消失,但該行業仍有數百名參與者。 例如,排名前 150 位的公司佔紙漿和紙張產量的三分之二,而從業人員僅佔該行業的三分之一。
經濟重要性
紙漿、紙和紙製品的製造是世界上最大的工業之一。 工廠遍布世界各個地區的 100 多個國家,直接僱用超過 3.5 萬人。 紙漿和紙張的主要生產國包括美國、加拿大、日本、中國、芬蘭、瑞典、德國、巴西和法國(10 年的產量均超過 1994 萬噸;見表 1)。
表 1. 1994 年紙漿、紙張和紙板業務的就業和生產,選定國家。
|
聯繫電話 |
|
|
||
聯繫電話 |
產量(1,000 |
聯繫電話 |
產量(千噸) |
||
奧地利 |
10,000 |
11 |
1,595 |
28 |
3,603 |
孟加拉 |
15,000 |
7 |
84 |
17 |
160 |
巴西 |
70,000 |
35 |
6,106 |
182 |
5,698 |
加拿大 |
64,000 |
39 |
24,547 |
117 |
18,316 |
中國 |
1,500,000 |
8,000 |
17,054 |
10,000 |
21,354 |
捷克共和國 |
18,000 |
9 |
516 |
32 |
662 |
芬蘭 |
37,000 |
43 |
9,962 |
44 |
10,910 |
前蘇聯** |
|
|
|
|
|
法國 |
48,000 |
20 |
2,787 |
146 |
8,678 |
德國 |
48,000 |
19 |
1,934 |
222 |
14,458 |
印度 |
300,000 |
245 |
1,400 |
380 |
2,300 |
義大利 |
26,000 |
19 |
535 |
295 |
6,689 |
日本 |
55,000 |
49 |
10,579 |
442 |
28,527 |
韓國, |
|
|
|
|
|
墨西哥 |
26,000 |
10 |
276 |
59 |
2,860 |
巴基斯坦 |
65,000 |
2 |
138 |
68 |
235 |
波蘭** |
46,000 |
5 |
893 |
27 |
1,343 |
羅馬尼亞 |
25,000 |
17 |
202 |
15 |
288 |
斯洛伐克 |
14,000 |
3 |
304 |
6 |
422 |
南非 |
19,000 |
9 |
2,165 |
20 |
1,684 |
西班牙 |
20,180 |
21 |
626 |
141 |
5,528 |
瑞典 |
32,000 |
49 |
10,867 |
50 |
9,354 |
台灣 |
18,000 |
2 |
326 |
156 |
4,199 |
泰國 |
12,000 |
3 |
240 |
45 |
1,664 |
火雞 |
12,000 |
11 |
416 |
34 |
1,102 |
聯合的 |
|
|
|
|
|
美國 |
230,000 |
190 |
58,724 |
534 |
80,656 |
Total |
|
|
|
|
|
* 如果該行業的就業人數超過 10,000 人,則包括這些國家/地區。
** 1989/90 年的數據(國際勞工組織 1992)。
資料來源:表格數據改編自 PPI 1995。
每個國家都是消費者。 400 年,全球紙漿、紙張和紙板的產量約為 1993 億噸。儘管預測電子時代的紙張使用量會減少,但自 2.5 年以來,產量每年以 1980% 的速度穩定增長(圖 3) . 除了經濟效益外,紙張的消費還具有文化價值,因為它具有記錄和傳播信息的功能。 正因為如此,紙漿和紙張的消耗率已被用作一個國家社會經濟發展的指標(圖 4)。
圖 3. 全球紙漿和紙張生產,1980 年至 1993 年
圖 4. 作為經濟發展指標的紙和紙板消費量
上個世紀紙漿生產的主要纖維來源是溫帶針葉林的木材,儘管最近熱帶和寒帶木材的使用一直在增加(見章節 木料 全球工業圓木採伐數據)。 由於世界上的森林地區通常人煙稀少,因此世界上的生產區和使用區之間往往存在二分法。 來自環保組織的壓力要求通過使用再生紙庫存、農作物和短期種植林作為纖維來源來保護森林資源,這可能會在未來幾十年改變世界各地紙漿和造紙生產設施的分佈。 其他力量,包括發展中國家紙張消耗量的增加和全球化,預計也將在行業轉移中發揮作用。
勞動力的特徵
表 1 顯示了 27 個國家直接從事紙漿和造紙生產和加工業務的勞動力規模,它們加起來約佔世界紙漿和造紙就業人數的 85%,佔工廠和生產的 90% 以上。 在消耗其生產的大部分產品的國家(例如美國、德國、法國),加工操作為製漿和造紙生產中的每個人提供了兩個工作崗位。
紙漿和造紙行業的勞動力主要在傳統的管理結構中從事全職工作,儘管芬蘭、美國和其他地方的一些工廠在靈活的工作時間和自我管理的輪崗團隊方面取得了成功。 由於資本成本高,大多數製漿操作連續運行並需要輪班工作; 轉化植物並非如此。 工作時間因每個國家普遍的就業模式而異,每年約 1,500 至 2,000 多個小時不等。 1991 年,該行業的年收入從 1,300 美元(肯尼亞的非熟練工人)到 70,000 美元(美國的熟練生產人員)不等(ILO 1992)。 男性工人在這個行業占主導地位,女性通常只佔勞動力的 10% 到 20%。 中國和印度可能分別以 35% 和 5% 的女性構成該範圍的上限和下限。
製漿造紙廠的管理人員和工程人員通常接受過大學水平的培訓。 在歐洲國家,大多數熟練的藍領勞動力(例如,造紙工人)和許多非熟練勞動力都接受過幾年的貿易學校教育。 在日本,正規的內部培訓和提升是常態; 一些拉丁美洲和北美公司正在採用這種方法。 然而,在北美和發展中國家的許多業務中,非正式的在職培訓對於藍領工作更為普遍。 調查表明,在某些業務中,許多工人存在識字問題,並且對該行業充滿活力和潛在危險的環境所需的終身學習準備不足。
建設現代化紙漿和造紙廠的資本成本非常高(例如,一個僱用 750 人的漂白硫酸鹽廠可能耗資 1.5 億美元建造;一個僱用 100 人的化學熱機械紙漿 (CTMP) 廠可能耗資 400 億美元),因此,具有高容量設施的巨大規模經濟。 新建和改造的工廠通常使用機械化和連續的過程,以及電子監控器和計算機控制。 他們每單位生產需要相對較少的員工(例如,在印度尼西亞、芬蘭和智利的新工廠中,每噸紙漿需要 1 至 1.2 個工作小時)。 在過去的 10 到 20 年裡,由於技術的不斷進步,人均產出有所增加。 較新的設備可以更輕鬆地在產品運行、降低庫存和客戶驅動的準時制生產之間進行轉換。 生產力的提高導致發達國家許多生產國失業。 然而,發展中國家的就業人數有所增加,正在建造的新工廠,即使人員稀少,也代表著對該行業的新嘗試。
從 1970 年代到 1990 年代,歐洲和北美業務中藍領工作的比例下降了約 10%,因此他們現在佔勞動力的 70% 到 80% (ILO 1992)。 在工廠建設、維護和木材採伐作業中使用合同工的情況一直在增加; 許多運營機構報告說,他們 10% 到 15% 的現場勞動力是承包商。
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