工业来源（共3篇）
工业来源 篇1
工业废水是指工业生产过程中排出的废水, 包括工艺过程用水、机器设备冷却水、烟气洗涤水、设备和场地洗涤水等。由于工业类型繁多, 而每种工业又由多段工艺组成, 故产生的废水性质完全不同, 成分也非常复杂。根据废水对环境污染所造成的危害的不同, 大致可划分为固体污染物、有机污染物、油类污染物、有毒污染物、生物污染物、酸碱污染物、需氧污染物、营养性污染物、感官污染物和热污染等。
工业废水中的某种污染物, 可以由以下一方面原因或多方面原因引起: (1) 该污染物是生产过程中的一种原料; (2) 该污染物是生产原料中的杂质; (3) 该污染物是生产的产品; (4) 该污染物是生产过程的副产品; (5) 该污染物是废水排放前预处理或处理过程中因输送、投加药剂等原因或其他偶然因素造成的。根据工业废水所含的主要有害物质, 划分其来源, 如表1所示
1 酸碱废水的特性及其治理方法
酸性废水主要来自钢铁厂、化工厂、染料厂、电镀厂和矿山等, 其中含有各种有害物质或重金属盐类。酸的质量分数差别很大, 低的小于1%, 高的大于10%。碱性废水主要来自印染厂、皮革厂、造纸厂、炼油厂等。其中有的含有机碱或含无机碱。碱的质量分数有的高于5%, 有的低于1%。酸碱废水中, 除含有酸碱外, 常含有酸式盐、碱式盐以及其他无机物和有机物。
酸碱废水具有较强的腐蚀性, 需经适当治理方可外排。治理酸碱废水一股原则是: (1) 高浓度酸碱废水, 应优先考虑回收利用, 根据水质、水量和不同工艺要求, 进行厂区或地区性调度, 尽量重复使用;如重复使用有困难, 或浓度偏低, 水量较大, 可采用浓缩的方法回收酸碱。 (2) 低浓度的酸碱废水, 如酸洗槽的清洗水, 碱洗槽的漂洗水, 应进行中和处理。
对于中和处理, 应首先考虑以废治废的原则。如酸、碱废水相互中和或利用废碱 (渣) 中和酸性废水, 利用废酸中和碱性废水。在没有这些条件时, 可采用中和剂处理。
2 含汞废水的特性及其治理方法
含汞废水主要来源于有色金属冶炼厂、化工厂、农药厂、造纸厂、染料厂及热工仪器仪表厂等。从废水中去除无机汞的方法有硫化物沉淀法、化学凝聚法、活性炭吸附怯、金属还原法、离子交换法和微生物法等。一般偏碱性含汞废水通常采用化学凝聚法或硫化物沉淀法处理。偏酸性的含汞废水可用金属还原法处理。低浓度的含汞废水可用活性炭吸附法、化学凝聚法或活性污泥法处理, 有机汞废水较难处理, 通常先将有机汞氧化为无机汞, 而后进行处理。
各种汞化合物的毒性差别很大。元素汞基本无毒;无机汞中的升汞是剧毒物质, 有机汞中的苯基汞分解较快, 毒性不大;甲基汞进入人体很容易被吸收, 不易降解, 排泄很慢, 特别是容易在脑中积累, 毒性最大, 如水俣病就是由甲基汞中毒造成的。
3 含酚废水的特性及其治理方法
含酚废水主要来自焦化厂、煤气厂、石油化工厂、绝缘材料厂等工业部门以及石油裂解制乙烯、合成苯酚、聚酰胺纤维、合成染料、有机农药和酚醛树脂生产过程。含酚废水中主要含有酚基化合物, 如苯酚、甲酚、二甲酚和硝基甲酚等。酚基化合物是一种原生质毒物, 可使蛋白质凝固。水中酚的质量浓度达到0.1～0.2 mg/L时, 鱼肉即有异味, 不能食用;质量浓度增加到1 mg/L, 会影响鱼类产卵, 含酚5～10 mg/L, 鱼类就会大量死亡。饮用水中含酚能影响人体健康, 即使水中含酚质量浓度只有0.002 mg/L, 用氯消毒也会产生氯酚恶臭。通常将质量浓度为1 000 mg/L的含酚废水, 称为高浓度含酚废水, 这种废水须回收酚后, 再进行处理。质量浓度小于1 000 mg/L的含酚废水, 称为低浓度含酚废水。通常将这类废水循环使用, 将酚浓缩回收后处理。回收酚的方法有溶剂萃取法、蒸汽吹脱法、吸附法、封闭循环法等。含酚质量浓度在300 mg/L以下的废水可用生物氧化、化学氧化、物理化学氧化等方法进行处理后排放或回收。
4 含油废水的特性及其治理方法
含油废水主要来源于石油、石油化工、钢铁、焦化、煤气发生站、机械加工等工业部门。废水中油类污染物质, 除重焦油的相对密度为1.1以上外, 其余的相对密度都小于1。油类物质在废水中通常以3种状态存在。 (1) 浮上油, 油滴粒径大于100μm, 易于从废水中分离出来; (2) 分散油, 油滴粒径介于10～100μm之间, 恳浮于水中; (3) 乳化油, 油滴粒径小于10μm, 不易从废水中分离出来。由于不同工业部门排出的废水中含油浓度差异很大, 如炼油过程中产生废水, 含油量约为150～1 000 mg/L, 焦化废水中焦油含量约为500～800 mg/L, 煤气发生站排出废水中的焦油含量可达2 000～3 000mg/L。因此, 含油废水的治理应首先利用隔油池, 回收浮油或重油, 处理效率为60%～80%, 出水中含油量约为100～200 mg/L;废水中的乳化油和分散油较难处理, 故应防止或减轻乳化现象。方法之一, 是在生产过程中注意减轻废水中油的乳化;其二, 是在处理过程中, 尽量减少用泵提升废水的次数, 以免增加乳化程度。处理方法通常采用气浮法和破乳法。
5 含氰废水的特性及其治理方法
含氰废水主要来自电镀、煤气、焦化、冶金、金属加工、化纤、塑料、农药、化工等部门。含氰废水是一种毒性较大的工业废水, 在水中不稳定, 较易于分解, 无机氰和有机氰化物皆为剧毒性物质, 人食入可引起急性中毒。氰化物对人体致死量为0.18 g, 氰化钾为0.12 g, 水体中氰化物对鱼致死的质量浓度为0.04～0.1 mg/L。含氰废水治理措施主要有: (1) 改革工艺, 减少或消除外排含氰废水, 如采用无氰电镀法可消除电镀车间工业废水。 (2) 含氰量高的废水, 应采用回收利用, 含氰量低的废水应净化处理后方可排放。回收方法有酸化曝气—碱液吸收法、蒸汽解吸法等。治理方法有碱性氯化法、电解氧化法、加压水解法、生物化学法、生物铁法、硫酸亚铁法、空气吹脱法等。其中碱性氯化法应用较广, 硫酸亚铁法处理不彻底亦不稳定, 空气吹脱法既污染大气, 出水又达不到排放标准, 较少采用。
6 重金属废水的特性及其治理方法
重金属废水主要来自矿山、冶炼、电解、电镀、农药、医药、油漆、颜料等企业排出的废水。废水中重金属的种类、含量及存在形态随不同生产企业而异。由于重金属不能分解破坏, 而只能转移它们的存在位置和转变它们的物理和化学形态。例如, 经化学沉淀处理后, 废水中的重金属从溶解的离子形态转变成难溶性化合物而沉淀下来, 从水中转移到污泥中;经离子交换处理后, 废水中的重金属离子转移到离子交换树脂上, 经再生后又从离子交换树脂上转移到再生废液中。因此, 重金属废水处理原则是:首先, 最根本的是改革生产工艺, 不用或少用毒性大的重金属;其次是采用合理的工艺流程、科学的管理和操作, 减少重金属用量和随废水流失量, 尽量减少外排废水量。重金属废水应当在产生地点就地处理, 不同其他废水混合, 以免使处理复杂化。更不应当不经处理直接排入城市下水道, 以免扩大重金属污染。对重金属废水的处理, 通常可分为两类;一是使废水中呈溶解状态的重金属转变成不溶的金属化合物或元素, 经沉淀和上浮从废水中去除, 可应用方法如中和沉淀法、硫化物沉淀法、上浮分离法、电解沉淀 (或上浮) 法、隔膜电解法等;二是将废水中的重金属在不改变其化学形态的条件下进行浓缩和分离, 可应用方法有反渗透法、电渗析法、蒸发法和离子交换法等。这些方法应根据废水水质、水量等情况单独或组合使用。
7 农药废水的特性及其治理方法
农药品种繁多, 农药废水水质复杂, 其主要特点是: (1) 污染物浓度较高, 化学需氧量 (COD) 可达每升数万mg; (2) 毒性大, 废水中除含有农药和中间体外, 还含有酚、砷、汞等有毒物质以及许多生物难以降解的物质; (3) 有恶臭, 对人的呼吸道和粘膜有刺激性; (4) 水质、水量不稳定。因此, 农药废水对环境的污染非常严重。农药废水处理的目的是降低农药生产废水中污染物浓度, 提高回收利用率, 力求达到无害化。农药废水的处理方法有活性炭吸附法、湿式氧化法、溶剂萃取法、蒸馏法和活性污泥法等。但是, 研制高效、低毒、低残留的新农药, 这是农药发展方向。一些国家已禁止生产六六六等有机氯、有机汞农药, 积极研究和使用微生物农药, 这是一条从根本上防止农药废水污染环境的新途径。
8 食品工业废水的特性及其治理方法
食品工业原料广泛, 制品种类繁多, 排出废水的水量、水质差异很大。废水中主要污染物有: (1) 漂浮在废水中固体物质, 如菜叶、果皮、碎肉、禽羽等; (2) 悬浮在废水中的物质有油脂、蛋白质、淀粉、胶体物质等; (3) 溶解在废水中的酸、碱、盐、糖类等: (4) 原料夹带的泥砂及其他有机物等; (5) 致病菌毒等。食品工业废水的特点是有机物质和悬浮物含量高, 易腐败, 一般无大的毒性。其危害主要是使水体富营养化, 以致引起水生动物和鱼类死亡, 促使水底沉积的有机物产生臭味, 恶化水质, 污染环境。
食品工业废水处理除按水质特点进行适当预处理外, 一般均宜采用生物处理。如对出水水质要求很高或因废水中有机物含量很高, 可采用两级曝气池或两级生物滤池, 或多级生物转盘, 或联合使用两种生物处理装置, 也可采用厌氧—需氧串联的生物处理系统。
9 造纸工业废水的特性及其治理方法
造纸废水主要来自造纸工业生产中的制浆和抄纸两个生产过程。制浆是把植物原料中的纤维分离出来, 制成浆料, 再经漂白;抄纸是把浆料稀释、成型、压榨、烘干, 制成纸张。这两项工艺都排出大量废水。制浆产生的废水, 污染最为严重。洗浆时排出废水呈黑褐色, 称为黑水, 黑水中污染物浓度很高, BOD高达5～40 g/L, 含有大量纤维、无机盐和色素。漂白工序排出的废水也含有大量的酸碱物质。抄纸机排出的废水, 称为白水, 其中含有大量纤维和在生产过程中添加的填料和胶料。造纸工业废水的处理应着重于提高循环用水率, 减少用水量和废水排放量, 同时也应积极探索各种可靠、经济和能够充分利用废水中有用资源的处理方法。例如浮选法可回收白水中纤维性固体物质, 回收率可达95%, 澄清水可回用;燃烧法可回收黑水中氢氧化纳、硫化钠、硫酸钠以及同有机物结合的其他钠盐。中和法调节废水p H值;混凝沉淀或浮选法可去除废水中悬浮固体;化学沉淀法可脱色;生物处理法可去除BOD, 对牛皮纸废水较有效;湿式氧化法处理亚硫酸纸浆废水较为成功。此外, 国内外也有采用反渗透、超过滤、电渗析等处理方法。
1 0 印染工业废水的特性及其治理方法
印染工业用水量大, 通常每印染加工1 t纺织品耗水100～200 t, 其中80%～90%以印染废水排出。常用的治理方法有回收利用和无害化处理。
回收利用:
(1) 废水可按水质特点分别回收利用, 如漂白煮炼废水和染色印花废水的分流, 前者可以对流洗涤, 一水多用, 减少排放量;
(2) 碱液回收利用, 通常采用蒸发法回收, 如碱液量大, 可用三效蒸发回收, 碱液量小, 可用薄膜蒸发回收;
(3) 染料回收, 如士林染料可酸化成为隐巴酸, 呈胶体微粒, 悬浮于残液中, 经沉淀过滤后回收利用。
无害化处理:
(1) 物理处理法有沉淀法和吸附法等。沉淀法主要去除废水中悬浮物;吸附法主要是去除废水中溶解的污染物和脱色。
(2) 化学处理法有中和法、混凝法和氧化法等。中和法在于调节废水中的酸碱度, 还可降低废水的色度;混凝法在于去除废水中分散染料和胶体物质;氧化法在于氧化废水中还原性物质, 使硫化染料和还原染料沉淀下来。
(3) 生物处理法有活性污泥、生物转盘、生物转筒和生物接触氧化法等。为了提高出水水质, 达到排放标准或回收要求, 往往需要采用几种方法联合处理。
1 1 染料生产废水的特性及其治理方法
染料生产废水含有酸、碱、盐、卤素、烃、胺类、硝基物和染料及其中间体等物质, 有的还含有吡啶、氰、酚、联苯胺以及重金属汞、镉、铬等。这些废水成分复杂, 具有毒性, 较难处理。因此染料生产废水的处理, 应根据废水的特性和对它的排放要求, 选用适当的处理方法。例如:去除固体杂质和无机物, 可采用混凝法和过滤法;去除有机物和有毒物质主要采用化学氧化法、生物法和反渗透法等;脱色一般可采用混凝法和吸附法组成的工艺流程, 去除重金属可采用离子交换法等。
1 2 电池生产废水的特性及其治理方法
电池生产中的废水主要来源有电池生产线清洗浆料的废水;调配浆料中洒漏的药剂废水;清洗生产地面的废水。电池生产中的废水含有大量的Zn2+, Mn2+, Hg2+等重金属离子, 不加治理排放, 将对环境造成污染。尤其是二次电池中的镉镍电池, 特别是在极片生产过程中, 会产生大量含重金属的清洗废水。
针对电池生产工业废水, 治理方法有:化学沉淀法, 微滤法, 电解法, 电渗析法, 活性污泥法。
1 3 化学工业废水的特性及其治理方法
化学工业废水主要来自石油化学工业、煤炭化学工业、酸碱工业、化肥工业、塑料工业、制药工业、染料工业、橡胶工业等排出的生产废水。化工废水污染防治的主要措施是:首先应改革生产工艺和设备, 减少污染物, 防止废水外排, 进行综合利用和回收;必须外排的废水, 其处理程度应根据水质和要求选择。一级处理主要分离水中的悬浮固体物、胶体物、浮油或重油等。可采用水质水量调节、自然沉淀、上浮和隔油等方法。二级处理主要是去除可用生物降解的有机溶解物和部分胶体物, 减少废水中的生化需氧量和部分化学需氧量, 通常采用生物法处理。经生物处理后的废水中, 还残存相当数量的COD, 有时有较高的色、嗅、味, 或因环境卫生标准要求高, 则需采用三级处理方法进一步净化。三级处理主要是去除废水中难以生物降解的有机污染物和溶解性无机污染物。常用的方法有活性炭吸附法和臭氧氧化法, 也可采用离子交换和膜分离技术等。各种化学工业废水可根据不同的水质、水量和处理后外排水质的要求, 选用不同的处理方法。
1 4 选矿废水的特性及其治理方法
选矿废水具有水量大, 悬浮物含量高, 含有害物质种类较多的特点。其有害物质是重金属离子和选矿药剂。重金属离子有铜、锌、铅、镍、钡、镉以及砷和稀有元素等。在选矿过程中加入的浮选药剂有如下几类:
(1) 捕集剂, 如黄药 (RocssMe) 、黑药[ (RO) 2PSSMe]、白药;
(2) 抑制刑, 如氰盐 (KCN, NaCN) 、水玻璃 (Na2Si O3) ;
(3) 起泡剂, 如松节油、甲酚 (C6H4CH3OH) ;
(4) 活性剂, 如硫酸铜 (Cu SO4) 、重金属盐类;
(5) 硫化剂, 如硫化钠;
(6) 矿桨调节剂, 如硫酸、石灰等。
选矿废水主要通过尾矿坝可有效地去除废水中悬浮物, 重金属和浮选药剂含量也可降低。如达不到排放要求时, 应作进一步处理, 常用的处理方法有:
(1) 去除重金属可采用石灰中和法和焙烧白云石吸附法;
(2) 去除浮选药剂可采用矿石吸附法、活性炭吸附法;
(3) 含氰废水可采用化学氧化法。
1 5 冶金废水的特性及其治理方法
冶金废水的主要特点是水量大、种类多、水质复杂多变。按废水来源和特点分类, 主要有冷却水、酸洗废水、洗涤废水 (除尘、煤气或烟气) 、冲渣废水、炼焦废水以及由生产中凝结、分离或溢出的废水等。冶金废水治理发展的趋向是:
(1) 发展和采用不用水或少用水及无污染或少污染的新工艺、新技术, 如用干法熄焦, 炼焦煤预热, 直接从焦炉煤气脱硫脱氰等;
(2) 发展综合利用技术, 如从废水废气中回收有用物质和热能, 减少物料燃料流失;
(3) 根据不同水质要求, 综合平衡, 串流使用, 同时改进水质稳定措施, 不断提高水的循环利用率;
(4) 发展适合冶金废水特点的新的处理工艺和技术, 如用磁法处理钢铁废水, 具有效率高, 占地少, 操作管理方便等优点。
16电厂废水的特性及其治理方法
火力发电厂废水水量大, 污水种类较多, 水质差别较大, 针对当前水资源严重短缺的状况, 工业废水处理系统一般实行清污分流, 对水质状况较好、污染程度较轻的废水, 经过处理后作为工业水补水, 实现回用;对水质状况较差、污染程度较重的废水, 经过处理后, 用作冲灰冲渣水, 最大程度实现水资源的重复利用。
工艺流程:
工业废水 (按不同水质进入不同的废水贮存池) ;废水贮存池 (可在池内进行曝气、氧化和p H值调整) ;废水输送泵;p H调整槽 (通过p H表的测量信号自动调整加酸或加碱量) ;絮凝槽 (加凝聚剂) ;反应槽 (加助凝剂) ;斜板澄清池;最终中和池 (通过p H表的测量信号自动调整加酸或加碱量) ;清净水池;回收水泵;废水回用水池。
工艺流程中, 斜板澄清池会产生大量的泥浆, 其含水率较高, 需要进行浓缩脱水, 再进行干化处理, 一般采用流程为:斜板澄清池泥浆;污泥浓缩池 (上层清液回流到废水处理系统, 浓缩泥浆加药混凝处理) ;脱水干化机 (可采用离心、压滤等形式) ;干泥外运。
17矿井水的特性及其治理方法
矿井水通常是指煤炭开采过程中所有渗入井下采掘空间的水, 我国煤矿年排矿井水约22亿m3, 平均吨煤涌水量约为4 m3。根据矿井水的特点, 大致可分为:洁净矿井水、含悬浮物矿井水、高矿化度矿井水、酸性矿井水、含特殊污染物矿井水。
洁净矿井水:
即未被污染的干净地下水。基本符合生活饮用水标准, 有的含多种微量元素, 可开发为矿泉水。
含悬浮物矿井水:
其水量约占我国北方部分重点国有煤矿矿井涌水量的60%。水质呈中性, 含有煤粉、岩粒等大量的悬浮物。长期外排, 会破坏景观、淤塞河道, 影响水生生物及农作物的生长。
高矿化度矿井水:
水中含有SO42-、Cl-、Ca2+、K+、Na+、HCO3-等离子, 水质多数呈中性和偏碱性, 带苦涩味, 俗称苦咸水。又可分为微咸水、盐水。不能直接作工农业用水和生活用水。
酸性矿井水:
水质p H值小于5.5, 当开采含硫高的煤层时, 硫化物受到氧化与升华作用产生硫酸, 而使水呈酸性。目前酸性水一般处理后达标排放或会用于一些对水质要求较低的工业用水。
含特殊污染物矿井水:
这类矿井水主要指含氟矿井水、含微量有毒有害元素矿井水、含放射性元素矿井水或油类矿井水。排放量不大, 但不处理外排会污染水系。
归纳起来, 来自煤矿矿井水和选煤废水的主要污染物有:
有毒污染物包括:汞、铅、铬等重金属;氟化物、氰化物等无机毒物及一些有机毒物, 很容易被生物吸收和积累。
放射性污染物包括:天然铀、镭、氡的a系列核素。
无机污染物包括:无机酸、盐类和无机悬浮物。
矿井水处理技术有物理方法和化学方法两种:
物理方法即清污分流, 沉淀;
化学方法即混凝沉淀法, 电渗析法, 反渗透法, 中和法。
18电镀废水的特性及其治理方法
电镀废水的成分非常复杂, 除含氰 (CN-) 废水和酸碱废水外, 重金属废水是电镀业潜在危害性极大的废水类别。根据重金属废水中所含重金属元素进行分类, 一般可以分为含铬 (Cr) 废水、含镍 (Ni) 废水、含镉 (Cd) 废水、含铜 (Cu) 废水、含锌 (Zn) 废水、含金 (Au) 废水、含银 (Ag) 废水等。通常电镀废水中铬含量都比较高, 酸性强, 也有少量呈碱性的, 其中重金属含量随表面活性剂、光亮剂以及生产工艺的不同而变化。
目前电镀废水处理采用以下几种方法:化学沉淀 (包括含铬废水的还原处理和含氰废水氧化处理) , 中和沉淀法, 硫化物沉淀法, 螯合沉淀法, 氧化还原处理, 化学还原法, 铁氧体法, 电解法, 溶剂萃取分离, 吸附法, 膜分离技术, 离子交换处理法, 生物处理技术, 生物絮凝法, 生物吸附法, 生物化学法。
工业来源 篇2
1 工业木质素的来源及其特性
工业木质素主要来源于制造纤维素纸浆产生的副产物,而近年生物炼制乙醇技术的快速发展与应用也导致大量新品种工业木质素产生。工业木质素按其所含元素的不同可分为含硫木质素和无硫木质素2类,按其产生的工艺不同可分为磺化木质素(木质素磺酸盐)、牛皮纸木质素、碱木质素、有机溶胶木质素和生物质炼制木质素5类。
1.1 磺化木质素
磺化木质素是在采用亚硫酸盐法制备纸浆过程中得到的,该法造纸已有80年的历史[3],在造纸工艺中占据主要的统治地位。因此,磺化木质素也是商业上可利用的最丰富的工业木质素。
在亚硫酸盐法制浆过程中,木材首先在140～170℃的硫酸盐或者亚硫酸盐中进行消解,盐的种类和它的溶解与离解特性决定了消解的pH值。在消解过程中,通常发生这样的化学反应:木质素与碳水化合物之间的链接发生裂解;木质素单元之间的链接断裂,木质素脂肪链发生磺化反应生成木质素磺酸盐。最后一步反应是磺化制浆过程中最关键的一步,也是磺化木质素主要特性形成的步骤。在这步反应中,负离子亚硫酸盐或亚硫酸氢盐进攻木质素结构位置取决于体系中的pH值。在低pH值时,酚类或非酚类的碳离子在侧链的α位置被磺化。在高pH值时,木质素的苯酚单元中的醌甲基结构是磺化反应的位置。在整个制浆过程中,有4%～8%的硫进入木质素分子里[4],其中大部分的硫以磺酸基形式存在。
由于缺乏被普遍接受的制备高纯木质素磺酸盐的标准,对木质素磺酸盐进行基本分析和表征的技术信息非常少。木质素磺酸盐中硫的含量据文献报道为4%～8%[5],中大部分的硫是以磺酸盐状态存在的,也存在有机硫、亚硫酸盐和硫酸盐。磺酸基的存在使木质素磺酸盐极易溶于水而不溶于有机溶剂。木质素磺酸盐的磺化度为每一苯丙烷基单元中有0.17～0.65个磺酸基,或者每1 000 g木质素有0.9～3.3个磺酸基。磺化木质素中另含有功能基酚羟基、脂肪羟基和羰基,上述基团的含量取决于木质素磺酸盐的制备工艺、纯度和分子量[6]。糖分的含量是工业木质素磺酸盐的重要特性。糖的存在有可能导致木质素磺酸盐某些功能变弱。当使用木质素作为混凝土的外加剂时,糖的存在将抑制混凝土的固化。文献报道的木质素磺酸盐的分子量范围是非常大的[7],从最小到1 000至15万甚至更高,而多分散度则高达7。通过DSC检测,磺化木质素没有玻璃化转变温度。
因其良好的分散性和表面活性,木质素磺酸盐主要用于分散剂和黏合剂。木质素磺酸盐用于混凝土的减水剂,能减少混凝土因搅拌和混合所需水的量,从而降低能耗。木质素磺酸盐也可用于石膏墙板的分散剂;农业上可用于湿粉剂的制造;在染料工业用于磨料过程的分散剂;可用于制备冷拌料沥青乳液、墨水制造中炭黑的分散剂,以及原油开采用的钻探液。除此之外,木质素磺酸盐还可充当动物饲料黏合剂,矿物矿粉以及煤粉压块中使用的黏合剂,兽药药丸制造中的黏合剂,皮革鞣剂,农业微量营养元素的载体,以及用于土体的加固和防尘等。
1.2 牛皮纸木质素
牛皮纸浆的制法是世界上最卓越的纸浆制造方法。近年来,亚硫酸盐法制浆逐步失去它的统治地位并让位于牛皮纸制浆,因为后者更加多样性,生产出的纸浆强度更高。然而,要从纸浆黑液中回收牛皮纸木质素并用于化学用途并不常见,因为其回收造价较高,且工艺不环保,相比于木质素磺酸盐,牛皮纸木质素的量是非常少的。
在牛皮纸制浆过程中,纤维原料首先在170℃的氢氧化钠与硫化钠混合体系中进行消解,在消解过程中通常发生如下几种反应:木质素与碳水化合物之间的链接发生裂解,木质素α和β位的芳醚键裂解从而产生高分子解聚,解聚的木质素与氢硫化物反应。在造纸黑液中,当pH值降低时离子化的分子会减少并产生自集聚,这会导致牛皮纸木质素的水溶性降低,而利用这种特性可从造纸黑液中分离出木质素。
未改性的牛皮纸木质素纯度相对较高,因为牛皮纸木质素水溶性很差,易作为沉淀与一些水溶性成分(如糖分、灰分)等分离开来。在牛皮纸木质素中,灰分的含量约为3%;硫的含量为1.5%～3.0%,其中一部分是有机态的硫,另一部分是游离态的硫[81],对于软木材牛皮纸木质素来说,低分子量组分中硫的含量似乎更高。牛皮纸木质素的重均分子量[9]为2 500～39 000,每C9单位的羟基含量为1.2～1.27个,其中56%～60%是酚羟基。牛皮纸木质素中无醛基,因为在碱性制浆过程中醛基是非常不稳定的,每C9单元约有0.15个共轭和非共轭的羰基,而其他的功能基有苄醇、羧酸以及不饱和结构。核磁共振研究表明,松树牛皮纸木质素在每个芳环上约有2.5个未取代基[10]。工业牛皮纸木质素的玻璃化转变温度大约为140℃。
未改性的牛皮纸木质素应用较少,而衍生化的牛皮纸木质素主要用作分散剂和乳化剂。如磺化牛皮纸木质素是分散染料用的基准物质。这种木质素在制备过程中,分子量、磺化度和苯酚基可以被调控,使得到的产品能满足染料工业的需要。磺化和乙氧基磺化的牛皮纸木质素在庄稼保护产品(如药片、微胶囊、悬浮液和可湿性粉剂)的制备过程中充当分散剂。乙氧基磺化牛皮纸木质素还可用作掺杂剂应用于导电高分子苯胺聚合。胺化牛皮纸木质素可以充当柏油乳化剂,在制备沥青乳胶体过程中特别有效,无论温度处在0～100℃,还是体系中存在弱酸或者食盐,都可使沥青乳胶体稳定存在[11],不发生离析。
1.3 碱木素
碱法制浆早在1853年就已工业化,该法纸浆的显著特点是可使用非木本的植物为原料(如稻草、蔗渣、亚麻等)造纸。碱木制浆法主要用于制造包装用的纸或板。非木本植物的碱法制浆能力通常较小,因为原料笨重且供应不稳定(具有季节性)。
在碱法制浆过程中,原料是在稀的氢氧化钠溶液中进行消解的。非木本植物的原料结构简单方便且木质素含量低,制浆温度一般为160℃或者更低。碱法制浆过程中所发生的化学反应与牛皮纸制浆法非常相似。木质素与碳水化合物之间的链接发生裂解,木质素α和β位的芳醚键裂解从而产生高分子解聚。
碱木素与木质素磺酸盐有显著的不同,它的分子量较低且不溶于水。而碱木素与牛皮纸木质素则比较相似,比如有相似的分子量和疏水性等。在商业上可得到的木质素中,碱木素是非常独特的,因为它不含硫,是更加接近天然态的木质素。现行的工业碱木素主要来源于非木本的植物制浆,而商业牛皮纸木质素全部来源于木材。在自然界中,非木本类植物的木质素的结构是不同于木本植物木质素的,除了愈创木基和紫丁香基外,非木本植物的木质素含有大量的羟基。在碱木素中还含有醚化酚酸基,该基团在碳水化合物中充当交联桥梁作用[12]。未改性的碱木素与未改性的牛皮纸木质素类似,可作为水不溶产物得到,并含有少量灰分和糖分,而碱木素中的糖含量据报道有2%～3%。其中,糖分的种类由于造纸原料的不同而不同。例如,稻草碱木素中的糖主要是戊糖,而大麻和亚麻碱木素中主要是己糖。这或许反映了不同来源的半纤维中糖类的分布。据报道,工业碱木素中总羟基的含量为4.4～5mmol/g[13],其中脂肪族羟基和芳香基羟基各占一半。由于来源于非木本植物,碱木素是聚羧酸盐,羧酸含量为2.1～2.3 mmol/g。碱木素玻璃化转变温度[14]为158～185℃。由于缺乏普遍采用的标准,木质素分子量的测量值并不完全可靠。采用尺寸排除色谱法测得碱木素的重均分子量为6 900～8 500,多分散度约为3。
由于不含硫元素和更加接近天然木质素的特性,碱木素的有些应用特性是牛皮纸木质素和磺化木质素达不到的。比如,碱木素很适合用于热固性黏合剂,因为热固性黏合剂要求加热时不能有挥发性的硫产生。碱木素中存在的天然羧基使得它成为一类很好的羧酸类型的分散剂。碱木素还可部分代替苯酚制备酚醛树脂黏合剂用于胶合板和刨花板的制造。为了减少对石化资源的依赖,可以预想,利用高纯度的木质素代替石油化工原料在今后必将越来越受到重视。
由于木质素在本质上是可食用的纤维,而高纯无硫碱木素在工业上可得到的木质素中性能最接近天然木质素,因此来源于碱木素的产品已有用于动物肠胃失调治疗[15],包括反刍动物和单胃动物。另外,碱木素是抗生素的天然替代物。碱木素也具有一定的分散能力。鉴于它羧酸的含量,碱木素还可用于工业水循环中生物颗粒控制的分散剂[16]。与牛皮纸木质素相似,碱木素要转换成高纯度、水溶性的衍生物需引入磺酸基,制成的分散剂可用作混凝土的分散剂或其他用途。
1.4 生物炼制木质素
从生物质中提炼液体燃料乙醇已是人类社会的一项发展战略,目的是减少对石油的依赖。快速生长的树木和周年生植物等木质纤维素生物质有望成为生物炼制乙醇的首选原料。生物炼制乙醇首先将原料进行水解预处理。预处理的目的是使木质素与原料中碳水化合物组分之间的链接断开,预处理后既可以添加无机酸进行催化,也可使用在蒸汽爆破或自水解过程中产生的生物质衍生的有机酸进行自催化。这样的预处理不仅使碳水化合物易于糖化或者发酵,还可得到无硫木质素。从水解液中提取木质素常采用的是沉淀法,因为在中性或酸性条件下木质素是不溶于水的,但它溶于有机溶剂和稀碱液。回收得到的木质素中含有少量的糖和灰分。目前,已有多种生物炼制技术工业化。采用不同生物炼制技术得到的木质素结构相似,但是溶解性、反应性和分子量不同[17]。在酸性预处理液中,木质素的β-O-4位的键断裂,木质素分子降解。而碳正离子对木质素苯环的亲电攻击在一定程度上缓解了降解反应,并形成了由碳碳键链接的简明结构。当施加适当的反应温度、反应时间、酸度时,采用酸催化预处理将产生高产率的部分降解的木质素,尽管它不溶于水,但是能够用有机溶剂和稀碱液提取[18]。
由于采用的生物转换技术不同,因此所得到的生物炼制木质素的结构和物理化学性能也不完全相同。在由生物炼制法得到的木质素中,每C9单元中所含有羟基为0.8～1.2个,酚羟基为8.5～11.2个,羧基为0.5个,羰基为0.6～1.3个。其玻璃化转变温度根据工艺,有报道为95～96℃,也有报道为113～139℃;重均分子量为1 100～40 000。
1.5 有机溶剂木质素(Alcell木质素)
有机溶剂脱木素技术在混合硬木制浆过程中得到充分论证,这种脱木素技术在20世纪后半叶就已经半商业化。该法制浆可以替代牛皮纸和亚硫酸盐制浆法,是一种更加环保和低资本密集度的制浆方法。通过调整废液的浓度、pH值和温度,有机溶剂木质素可以沉淀出来。Alcell工艺是有机溶剂制浆的代表工艺,该工艺得到的木质素保持了原来硬木木质素的β-O-4结构,但同时具有更多的极性羰基,有利于形成强分子间相互作用。
有机溶剂木质素的纯度通常都很高,但分子量低,分子量分布较窄[19]。这种木质素的玻璃化转变温度较低,在加热时可以流动。在有机溶剂中,其溶解性也很高,但在水中的溶解度很低。由于原料的来源不同,Alcell法得到的木质素结构和物化特性不尽相同。通常该法得到的木质素每C9结构单元中的羟基为1.1～1.4个,酚羟基为0.3～0.6个,羧基为0.1个,甲氧基为0.8～1.3个。玻璃化转变温度根据原料来源有报道是97℃,也有报道是106～122℃;重均分子量为2 100～8000。
2 木质素的工业用途
当前,工业上对木质素的利用途径可分为三大块,一是将木质素分解为芳香烃等小分子组分作为化工原料使用;二是将木质素作为天然未改性组分使用;三是将木质素进行适当的物理、化学改性后使用。
2.1 木质素的分解改性
木质素的分解改性包括热解、氢解和氧化3种方法。在众多文献中关于木质素的分解改性报道其目的都是想扩大木质素的应用,但总的来说,这些分解工艺都没有太大的热力学和经济上的意义。
将木质素在300～400℃热解可产生50%重量的木炭,10%～15%重量的焦油,少量的丙酮以及乙酸和甲醇等[20]。有文献报道[21],当采用低温干馏木质素时,苯酚被乙氧基化形成非离子表面活性剂,这种表面活性剂用于原油开采不仅价廉而且高效。采用阮尼镍催化氢解是最常见的实验室氢解木质素结构得到C9单体单元的方法。该法通过条件优化,在160～170℃时,水与1,4-二氧杂环己烷体积比为50/50的条件下氢解反应4～5h可得到高产量芳基化合物。氢解改性可使木质素转换成液体作为燃料的成分或者添加剂。目前,采用氢解从木质素中获取烷高纯度的烃和酚类是很不经济的,因为分离代价太高。但采用该法得到粗的苯酚混合物是非常经济的,有望商业化[22]。木质素的氧化改性最著名的是采用氧化铬/乙酸的复合体系氧化木质素制备香兰素,得到的香兰素质量约为木质素质量的9%。采用改进工艺[23]得到的香兰素可占木质素总量的33%。这是分解改性木质素的少数商业利用方式中的一种。
2.2 天然态木质素的应用
未改性木质素应用最为广泛的领域是充当某些商业化产品的添加剂。如天然木质素可在酚醛树脂黏合剂上使用。酚醛树脂黏合剂几乎在所有的胶合板和刨花板中都有应用。用木质素代替苯酚可以明显降低该黏合剂的生产成本。但是由于结构不同,木质素不能完全代替苯酚。如在苯酚结构中,芳环上可有5个取代的位置,而在木质素中每100个C9单元中就有72个酚羟基和48个脂肪族羟基,这使得木质素的芳环上只有间位可以参与反应。木质素结构对木质素在酚醛交联聚合中的反应性影响可从酚醛反应机理中看出。
天然蔗渣木质素还可充当丁烯橡胶的光稳定剂[24],该应用的原理在于:木质素含酚重复结构单元与已知的橡胶光稳定剂结构是非常相似的。当木质素中的低分子量组分和其他杂质含量低时,木质素是优秀的橡胶补强剂,而当这些杂质不除去,它们将促进木质素颗粒聚集,降低橡胶的软化点,从而降低木质素的补强作用。然而,充当光稳定剂的蔗渣木质素纯度只有93%,而且没有分级。由于这些缺点,光稳定行数据是缺乏意义的。
天然木质素在食品添加剂与脂肪纯化剂等领域也有应用。已有众多的研究表明,高膳食纤维可以降低结肠癌,生物质中的木质素可有效地捕获自由基而被看作是结肠的保护者,因此在未来,木质素有可能添加到宠物或人类食物中充当粗饲料或纤维的来源[25]。而牛皮纸木质素的阴离子被氢离子中和后得到的游离酸木质素被用于净化再生动物脂肪。天然木质素还可用作建筑绝缘用玻璃棉的黏合剂。
2.3 改性木质素的应用
到目前为止,木质素的化学改性方法多达十几种,如烷基化、羟甲基化、胺化、羧化和酰化、卤化和硝化、氢解、氧化与还原、磺甲基化、磺化、硝基氧形成、硅烷化、磷酸化、接枝和烷氧基化等。实验室范围内的木质素化学改性最初是一种用来确定木质素结构的手段,如利用木质素醋酸酯的形成以证明木质素结构中羟基的存在,与硫酸二甲酯的反应生成羟甲基也可证明木质素结构中羟基的存在,与铜氧化物反应以证实木质素结构中醛基的存在等。又如,Powell和Whittaker通过对亚麻木质素进行改性以确定该木质素结构中的重复结构单元是C9单元等[26]。以下简述木质素的化学改性应用。
研究较多的木质素烷基化、羟烷基化反应是甲基化和羟甲基化反应。烷基化改性的位点在木质素羟基的氧原子,以及羰基和羧基上。烷基化改性的方法有3种:一是与重氮烷烃反应,二是与盐酸/醇反应,三是与硫酸烷基酯/氢氧化钠反应。在碱木素与氯代烷烃、溴代烷烃反应过程中也可引入烷基链,以提高亲油性。如山毛榉材预水解木质素和溴代十二烷发生烷基化反应所得产物,具有优良的分散和乳化性能[27]。羟甲基化木质素是众多木质素衍生物的重要中间体之一,在木质素酚醛树脂型黏合剂的合成过程中具有决定性的作用。杨军等人发现,羟甲基化木质素对溴化丁基橡胶具有良好的补强作用,可以使聚氯乙烯/丁腈橡胶热塑型弹性体的耐油性和相容性显著提高[28]。
木质素胺化反应的位点是其结构单元中酚羟基的邻、对位以及侧链上羰基的α位上较活泼的氢原子,此类氢原子易于与甲醛、脂肪胺发生曼尼希反应。胺化后的木质素表面活性能大大增强,可用作乳化稳定剂,在沥青乳化等领域应用非常广泛,如木质素磺酸盐与十二胺反应,再与石油磺酸盐复配,可有效降低表面张力,用于原油的乳化降黏,可使黏度降低90%[29]。
将木质素进行适当的氧化处理可增加木质素结构中羰基和酰基的含量,羰基化和酰基化改性后的木质素的亲水性和聚电解质性会大大增强。典型的氧化方法是采用氯、硝酸和过氧化物等手段处理木质素,处理后的木质素结构中二价氧键(羰基)的含量增加的同时,甲氧基的含量会急剧减少,。直到1997年,采用氯和碱性双氧水法氧化得到的羰基或酰基化木质素获得了商业上的应用[30]。
工业上氯化木质素的方法是将氯气通入造纸废液中,卤化后的产物是疏水性的,可通过沉淀进行回收,得到的卤化物的分子量为1 000～6 000。木质素卤化改性的同时,伴随着木质素结构单元中醚键的断裂和剧烈的脱烷基作用。卤化后的木质素曾被用作消防阻燃材料,然而以1997年的标准进行评判,该物质呈现非常严重的环境问题,在今后是不适合继续使用的。硝化反应是非常简单的反应,常用的硝化试剂是浓乙酸与硝酸的复合物。硝化木质素中氮元素含量可高达6.7%,是分子量为600～2 000的黄色或棕色的粉末。在硝化过程中,还伴随着大分子的降解和剧烈的脱烷基反应。目前,硝化木质素没有任何商业上的用途。
木质素磺化反应与磺甲基化反应是在木质素结构中引入磺酸盐和亚甲基磺酸盐,目的是增加它的糅革能力[31]。木质素的磺化改性是木质素化学中研究最多的改性方法,磺化改性后的木质素由于亲水性急剧增加,在工业上广泛用作泥浆稀释剂,混凝土减水剂,石油、沥青蜡等的乳化剂,染料工业的磨料助剂,以及沙土稳定剂等。
接枝共聚改性是木质素化学改性的重要方法,能够赋予木质素更高的性能。在引发剂的引发下,木质素可以和烯类单体如苯乙烯、丙烯酸、丙烯酰胺发生游离基接枝共聚反应,其中研究得最多的是木质素与丙烯酰胺的反应。接枝后的产物具有良好的分散性能,其共聚物可用作沙土稳定剂。除了与烯类单体的接枝反应外,木质素的酚羟基还能与环氧乙烷反应。木质素与环氧乙烷共聚的产物水溶性提高,表面活性增强,而与环氧丙烷共聚后,其亲油性有所改善。
上述这几类反应是目前国内外研究最为广泛的木质素改性反应。对木质素进行适当化学改性可赋予木质素新的特性,从而提高木质素的附加值,扩大木质素的应用范围。
3 结语
(1)未来,人类对芳香碳化合物的需求将超过现在地球上的石油库存,积极开发木质素的应用领域不仅有望缓解这种危机,还可减少制浆造纸工业废液对环境的污染,具有重要的社会、环境和经济效益。
(2)木质素的分子结构中存在着芳香基、酚羟基、醇羟基、羰基、羧基等多种活性基团,单一的化学改性通常难达到理想的目标。今后木质素的改性工作应该是化学改性与物理复配方法相结合,以期得到性能优良的木质素改性产品。
(3)随着人类对木质素结构性能研究的深入,其改性研究必将进一步完善,必将促进木质素类产品的产业化进程,实现人类社会与自然环境的协调发展。
摘要：文章归纳总结了国内外多篇最新的文献,对现今工业木质素来源、品种、制备工艺和物理化学特性进行了系统的介绍,并总结了它们主要的改性方法以及在工业、农业等领域的应用现状。
工业来源 篇3
1995—2010年煤炭在江西省一次能源消费结构中所占比重均在68%以上, 江西省的一次能源消费结构以煤炭为主。由于能源的大规模消耗导致的环境问题也日趋严重, 提高能源利用效率日益受到关注。在开放的经济条件下, 世界各国尤其是发展中国家将外商直接投资 (FDI) 作为获取国外先进技术的重要途径[1]。根据2011年《江西统计年鉴》统计, 截至2010年底江西省省实际利用外商直接投资289.0609亿美元。江西省作为我国中部欠发达地区, 自主研发投入和技术水平有限, 因此通过分析外商直接投资对江西省工业能源强度的影响, 制定合理的外资政策, 对江西省工业可持续发展具有重要意义。
国外有学者对FDI与能源强度之间的关系进行了研究。如Mielnika、Goldemberg的研究发现, 随着FDI的增加能源强度显著降低, 认为主要原因在于FDI技术溢出效应的存在[2]。Blackman A W发现, FDI对提高能源效率有着重要的影响[3]。国内也有一些学者对FDI与能源强度之间的关系进行了研究。如叶素云和叶振宇研究发现, FDI通过技术溢出效应降低了各省区的能源强度, 并通过分地区回归结果发现, FDI对降低东部、中部工业能源强度影响具有显著作用, 对西部地区却有反作用[4]。张贤与周勇认为, FDI通过技术溢出效应不仅降低本地区能源强度, 而且对周边地区能源强度的降低也有显著作用, FDI的集群对抑制能源强度呈现逐年增强的效用[5]。朱彤和陈媛媛的研究表明, FDI在高技术行业中对能源强度的降低有积极作用, 而在低技术行业中有消极作用[6]。
现有文献大多是从工业层面或省际工业层面分析FDI与能源消耗强度之间的关系, 鲜有文献从设区市层面研究FDI对工业能源强度的影响。因此, 笔者拟借鉴目前的研究成果, 以设区市工业能源强度为研究对象, 利用2007—2010年江西省11各设区市的面板数据, 分析外商直接投资对设区市工业能源强度的影响。在此基础上, 根据外资的来源地不同将直接投资分为港澳台直接投资和其他外商直接投资两类, 分析不同来源地投资对设区市工业能源强度的影响。
2 模型说明
在传统经济增长理论的基础上, 构建物质资本、劳动力和能源消费量的生产函数, 以江西省各设区市工业为经济单位, 将生产函数设定为:Y=f (K, L, E) , 则成本函数为:
C=F (PL, PK, PE, PM, A) =A-1PβLLPβKKPβEEPβMMQ (1)
式中, A表示技术水平, PL、PK、PE和PM分别表示生产中投入的劳动资本、物质资本、能源和原材料的价格, Q表示产出, βL、βK、βE和βM分别表示劳动资本、物质资本、能源和原材料的价格弹性。
根据谢泼德引理可知, 一种生产要素的需求量等于成本函数对该要素价格的偏导数。设能源的需求量为E, 通过式 (1) 对能源价格求偏导数, 得到:
undefined
假设, PQ=PβLLPβKKPβEEPundefined表示产出价格, EI表示能源消耗强度, 则由式 (2) 可得:
undefined
由式 (3) 可知, 能源消耗强度主要受技术水平及其产品相对价格的影响。用全要素生产率 (TFP) 表示式 (1) 中的技术水平 (A) , 并将其代入式 (3) , 两边取对数后, 可得到以下基本回归方程:
lnEIt=βo+β1ln (PQ/PE) t+β2ln (A) t+εt
(4)
式中, t表示时间, β0代表截距项, ε为随机误差项, β2表示各设区市全要素生产率的弹性系数。
在解释各设区市工业能源强度的变量中, 本文还加入了两个控制变量:①外商直接投资参与程度。国内外的研究结果表明, FDI通过两个传导机制影响能源消费。一是外商直接投资通过影响东道国的产业结构或工业内部的行业结构, 最终影响能源消耗强度;二是外商直接投资通过国际技术溢出, 提高东道国的技术水平, 降低能源消耗强度。②工业内部行业结构。由于工业内部各个行业在生产过程、技术水平、对外开放度等不尽相同, 从而导致这些工业行业能源强度不同, 重工业与轻工业的能源消耗程度存在较大差异。基于以上分析, 本文构建以下计量方程:
ln (EI) it=bi+biln (PQ/PE) it+b2Jit+b3Fit+b4Zit+eit (5)
式中, βi为截距项;εit为随机误差项;i与t分别表示设区市与时期 (下同) ;Fit表示第i个设区市在时期t的外商直接投资参与程度;Zit表示第i个设区市在时期t的工业内部的行业结构, Jit表示第i个设区市在时期t的自主研发投入。
由于不同来源地外商直接投资质量存在差异, 对工业能源强度的影响不同。为了更清楚地分析不同来源地外资对江西省11个设区市工业能源强度的影响, 根据外资来源地的不同, 本文将外商直接投资分为港澳台直接投资和其他外商投资, 构建以下计量方程:
ln (EI) it=βi+β1ln (PQ/PE) it+β2Jit+β3Git
+β4Qit+β5Zit+εit (6)
式中, Git、Qit分别表示第i个设区市在时期t的港澳台直接投资和其他外商直接投资。
3 变量选取与数据说明
3.1 数据来源
本文数据来源于2008—2011《江西统计年鉴》。
3.2 变量构建
主要有:①工业能源强度 (EI) 。采用地区工业能源消费量与工业GDP的比值表示工业能源强度, 用江西省GDP指数将当年价格的工业GDP折算成以2007年为基期的可比价。②能源相对价格 (PE/PQ) 。采用工业品出厂价格指数与燃料、动力购进价格指数的比值表示能源相对价格, 将各设区市工业产品出厂价格指数折算成以2007年为基期的定基指数, 燃料、动力购进价格指数也折算成以2007年为基期的定基指数。③外商直接投资参与程度 (F) 。外商直接投资参与程度用外商直接投资企业增加值占该地区规模以上工业企业增加值中所占的比重。④工业内部行业结构 (Z) 。根据国家统计局对重工业与轻工业的划分标准, 各设区市的工业内部行业结构采用重工业增加值与规模以上工业企业工业增加值之比来表示。⑤自主研发投入 (J) 。由于无法获取企业水平的研发数据, 只能以企业科技人员投入的指标替代。根据“各设区市科技从业人员”中的政府科技从业人员占该地区规模以上工业就业人数比重来刻画各设区市的技术研发投入力量。⑥港澳台投资参与程度 (GF) 、其他外资参与程度 (QF) 。港澳台直接投资参与程度采用港澳台直接投资企业增加值占该地区规模以上工业企业增加值中所占的比重表示;其他外商直接投资参与程度用港澳台直接投资企业以外的外资企业增加值占该地区规模以上工业企业增加值中所占的比重表示。
4 实证分析及估计结果
对面板数据模型的估计, 主要包括聚合最小二乘法回归模型、固定效应模型和随机效应模型。理论上, 面板数据模型的设定和筛选, 宜采用HAUSMAN进行检验。由于本文选取的横截面单位是总体的所有单位, 且随机效应模型严格要求扰动项与解释变量不相关, 这与本文所讨论的工业能源强度测定影响因素的实际情况不符合, 故直接选择固定效应模型。以式 (5) 为基本的回归模型, 分析外商直接投资对对江西省11个设区市工业能源强度的影响, 然后再以式 (6) 为基本回归模型, 分析港澳台直接投资和其他外商直接投资对江西省11个设区市工业能源强度的影响, 分析工具Eviews 6.0, 估计结果见表1。
注:***、**和*分别代表在1%、5%和10%水平显著。
4.1 全样本检验结果
由表1可知:①样本研究期间内, 在10%的显著水平上, 外商直接投资参与程度对工业能源强度有显著的正影响, 这表明外商直接投资对降低地区工业能源强度有不利影响。原因可能是2010年江西省外商直接投资在重工业投资总额中占外商直接投资总额的比重为33.39%, 其中在五大高耗能行业 (有色金属冶炼及压延加工业、非金属矿物制品业、石油加工炼焦及核燃料加工业、化学原料及化学制品制造业、电力热力生产和供应业) 的投资额占外商直接投资总额的比重为11.5% (2011年《江西统计年鉴》) 。可见, 外商直接投资主要集中在重工业, 且高耗能行业利用外商直接投资的比重较高, 从而导致地区工业企业能源强度上升。②在样本研究期间内, 自主研发投入在1%的显著水平上对工业能源强度有显著的正影响, 这表明自主研发投入不利于降低地区工业能源强度。笔者认为, 原因可能在于政府科技投入缺乏效率, 从而对地区工业能源强度产生不利影响。
4.2 按外资来源地的分类检验
在样本研究期间内, 不同来源地外商直接投资对工业能源强度影响存在显著差异。在10%的显著水平上, 港澳台商直接投资和其他外商直接投资对工业能源强度影响都有显著正的影响, 所不同的是与港澳台投资相比, 其他外商投资对工业能源强度的影响程度更大。这说明, 不同来源地的外资对江西省11个设区市的工业能源强度的影响程度存在显著差异。原因可能在于:江西省外资直接投资主要来自港澳台地区, 2010年港澳台投资占江西省外资直接投资的比重高达79.9%。与其他外资相比, 港澳台投资的技术水平与内资企业的差距较小, 他们凭借其技术、管理、资源等多方面的优势, 挤占了内资企业的市场份额, 通过竞争效应对内资企业产生不利影响较弱。
5 结论与建议
为了缓解江西省能源的大规模消耗导致的环境问题, 江西省各地区必须将引进外资与节能降耗有效地结合起来。基于这一思路, 本文运用2007—2010年江西省11个设区市面板数据, 首先对外商直接投资与地区工业能源强度之间的关系进行了实证分析, 然后根据外资来源地不同, 深入分析不同来源地外资对地区工业能源强度的影响。研究发现, 外商直接投资对地区工业能源强度有显著的正影响;进一步分类检验表明, 港澳台投资和其他外商直接投资对地区工业能源强度也有显著的正影响, 并且与港澳台投资相比, 其他外商投资对地区工业能源强度的影响程度更大。
基于以上结论, 本文提出以下政策建议:①江西省工业在引进外商直接投资过程中, 要引导外商直接投资流向工业中的低耗能行业, 防止外资集中在高耗能行业;采取相关政策, 合理引导外资的流向, 将利用外资和降低能源强度有机结合起来, 实现地区工业的可持续发展。②江西省要提高工业的自主研发效率。自主研发活动是实现技术进步的一个重要途径, 江西省的各设区市工业要在增加自主研发投入的同时, 尤为重要的是提高工业自主研发效率。
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