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
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製漿過程 |
總懸浮固體（公斤/噸） |
生化需氧量（公斤/噸） |
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磨木 |
50-70 |
10-20 |
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TMP |
45-50 |
25-50 |
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CTMP |
50-55 |
40-95 |
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牛皮紙，未漂白 |
20-25 |
15-30 |
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漂白牛皮紙 |
70-85 |
20-50 |
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亞硫酸鹽，低產 |
30-90 |
40-125 |
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亞硫酸鹽，高產 |
90-95 |
140-250 |
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脫墨，非組織 |
175-180 |
10-80 |
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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。