نظرًا لأن صناعة اللب والورق هي مستهلك كبير للموارد الطبيعية (مثل الخشب والماء والطاقة) ، يمكن أن تكون مساهماً رئيسياً في مشاكل تلوث المياه والهواء والتربة وقد خضعت لقدر كبير من التدقيق في السنوات الأخيرة. يبدو أن هذا القلق له ما يبرره ، بالنظر إلى كمية ملوثات المياه المتولدة لكل طن من اللب (على سبيل المثال ، 55 كجم من الأكسجين البيولوجي ، و 70 كجم من المواد الصلبة العالقة ، وما يصل إلى 8 كجم من مركبات الكلور العضوي) وكمية اللب المنتج عالميًا على أساس سنوي (حوالي 180 مليون طن في عام 1994). بالإضافة إلى ذلك ، يتم إعادة تدوير حوالي 35٪ فقط من الورق المستخدم ، وتعتبر نفايات الورق مساهماً رئيسياً في إجمالي النفايات الصلبة في جميع أنحاء العالم (حوالي 150 مليون من 500 مليون طن سنويًا).

تاريخيًا ، لم يتم أخذ مكافحة التلوث في الاعتبار عند تصميم مصانع اللب والورق. تم تطوير العديد من العمليات المستخدمة في الصناعة مع القليل من الاهتمام لتقليل حجم النفايات السائلة وتركيز الملوثات. منذ السبعينيات ، أصبحت تقنيات الحد من التلوث مكونات متكاملة لتصميم المطحنة في أوروبا وأمريكا الشمالية وأجزاء أخرى من العالم. يوضح الشكل 1970 الاتجاهات خلال الفترة من 1 إلى 1980 في مصانع اللب والورق الكندية استجابة لبعض هذه المخاوف البيئية: زيادة استخدام نفايات الخشب والورق القابل لإعادة التدوير كمصادر للألياف ؛ وخفض الطلب على الأكسجين والمواد العضوية المكلورة في مياه الصرف الصحي.

الشكل 1. المؤشرات البيئية في مصانع اللب والورق الكندية ، 1980 إلى 1994 ، توضح استخدام نفايات الخشب والورق القابل لإعادة التدوير في الإنتاج ، والطلب البيولوجي على الأكسجين (BOD) ومركبات الكلور العضوي (AOX) في مياه الصرف الصحي.

تناقش هذه المقالة القضايا البيئية الرئيسية المرتبطة بعملية اللب والورق ، وتحدد مصادر التلوث داخل العملية وتصف بإيجاز تقنيات التحكم ، بما في ذلك المعالجة الخارجية والتعديلات داخل المصنع. يتم تناول القضايا الناشئة عن نفايات الخشب ومبيدات الفطريات المضادة للقاذورات بمزيد من التفصيل في الفصل خشب.

قضايا تلوث الهواء

تسببت الانبعاثات الهوائية لمركبات الكبريت المؤكسدة من مصانع اللب والورق في إلحاق الضرر بالنباتات ، كما أدت انبعاثات مركبات الكبريت المخفضة إلى ظهور شكاوى حول روائح "البيض الفاسد". أظهرت الدراسات التي أجريت بين سكان مجتمعات مطاحن اللب ، وخاصة الأطفال ، آثارًا تنفسية مرتبطة بانبعاثات الجسيمات وتهيج الغشاء المخاطي والصداع الذي يُعتقد أنه مرتبط بانخفاض مركبات الكبريت. من بين عمليات فصل الألياف ، تعتبر الطرق الكيميائية ، ولا سيما عملية فصل الألياف بطريقة كرافت.

تنبعث أكاسيد الكبريت بأعلى معدلات من عمليات الكبريتات ، خاصة تلك التي تستخدم قواعد الكالسيوم أو المغنيسيوم. تشمل المصادر الرئيسية ضربات الهاضم ، والمبخرات ، وتحضير السوائل ، مع عمليات الغسيل والغربلة والاستعادة التي تساهم بكميات أقل. تعتبر أفران استرجاع الكرافت أيضًا مصدرًا لثاني أكسيد الكبريت ، مثلها مثل غلايات الطاقة التي تستخدم الفحم أو الزيت عالي الكبريت كوقود.

ترتبط مركبات الكبريت المختزلة ، بما في ذلك كبريتيد الهيدروجين ، وميثيل مركابتان ، وثنائي ميثيل كبريتيد وثنائي ميثيل ثاني كبريتيد ، بشكل حصري تقريبًا باستخراج اللب بطريقة كرافت ، وتعطي هذه المطاحن رائحتها المميزة. تشمل المصادر الرئيسية فرن الاستعادة ، وضربة الهاضم ، وصمامات تنفيس الهاضم ، وفتحات الغسالة ، على الرغم من أن المبخرات ، وخزانات الصهر ، والمزالق ، وقمائن الجير ، ومياه الصرف قد تساهم أيضًا. تستخدم بعض عمليات الكبريتات بيئات مختزلة في أفران الاستعادة الخاصة بها وقد تكون مصاحبة لمشكلات انخفاض رائحة الكبريت.

من الأفضل التحكم في غازات الكبريت المنبعثة من غلاية الاسترجاع عن طريق تقليل الانبعاثات عند المصدر. تشمل الضوابط أكسدة السائل الأسود ، وتقليل كبريتات المحلول ، وغلايات الاستعادة منخفضة الرائحة ، والتشغيل السليم لفرن الاستعادة. يمكن جمع غازات الكبريت الناتجة عن النفخ من الهاضم وصمامات تنفيس الهاضم وتبخر السوائل وحرقها - على سبيل المثال ، في فرن الجير. يمكن تجميع غازات مداخن الاحتراق باستخدام أجهزة غسل الغاز.

يتم إنتاج أكاسيد النيتروجين كمنتجات ذات درجة حرارة عالية للاحتراق ، وقد تنشأ في أي مطحنة مزودة بغلاية استرداد أو غلاية كهربائية أو فرن الجير ، اعتمادًا على ظروف التشغيل. يمكن التحكم في تكوين أكاسيد النيتروجين عن طريق تنظيم درجات الحرارة ونسب وقود الهواء ووقت المكوث في منطقة الاحتراق. تعتبر المركبات الغازية الأخرى من العوامل المساهمة البسيطة في تلوث الهواء في المطاحن (على سبيل المثال ، أول أكسيد الكربون من الاحتراق غير الكامل ، والكلوروفورم من عمليات التبييض ، والمواد العضوية المتطايرة من تخفيف الهضم وتبخر السائل).

تنشأ الجسيمات بشكل أساسي من عمليات الاحتراق ، على الرغم من أن خزانات إذابة الصهر يمكن أن تكون أيضًا مصدرًا ثانويًا. أكثر من 50٪ من جسيمات مطحنة اللب تكون ناعمة جدًا (قطرها أقل من 1 ميكرومتر). تشتمل هذه المادة الدقيقة على كبريتات الصوديوم (Na₂SO₄) وكربونات الصوديوم (Na₂CO₃) من أفران الاستعادة ، وأفران الجير وخزانات إذابة الصهر ، وكلوريد الصوديوم من المنتجات الثانوية المحترقة من جذوع الأشجار التي تم تخزينها في المياه المالحة. تشمل انبعاثات قمائن الجير كمية كبيرة من الجسيمات الخشنة بسبب احتباس أملاح الكالسيوم وتسامي مركبات الصوديوم. قد تشتمل الجسيمات الخشنة أيضًا على الرماد المتطاير ومنتجات الاحتراق العضوي ، خاصة من غلايات الطاقة. يمكن تحقيق الحد من تركيزات الجسيمات عن طريق تمرير غازات المداخن من خلال المرسبات الكهروستاتيكية أو أجهزة الغسل. تشمل الابتكارات الحديثة في تكنولوجيا غلايات الطاقة المحارق ذات القاعدة المميعة التي تحترق في درجات حرارة عالية جدًا ، مما يؤدي إلى تحويل أكثر كفاءة للطاقة ، ويسمح بحرق نفايات الخشب الأقل اتساقًا.

قضايا تلوث المياه

يمكن أن تتسبب المياه العادمة الملوثة من مصانع اللب والورق في موت الكائنات المائية ، وتسمح بالتراكم الأحيائي للمركبات السامة في الأسماك ، وتضعف طعم مياه الشرب في اتجاه مجرى النهر. يتم تصنيف النفايات السائلة من اللب والورق على أساس الخصائص الفيزيائية أو الكيميائية أو البيولوجية ، وأهمها محتوى المواد الصلبة ، والطلب على الأكسجين والسمية.

عادةً ما يتم تصنيف محتوى المواد الصلبة في مياه الصرف الصحي على أساس الجزء المعلق (مقابل المذاب) ، وجزء المواد الصلبة العالقة القابلة للترسيب ، وأجزاء أي منهما متطايرة. الجزء القابل للترسيب هو الأكثر رفضًا لأنه قد يشكل غطاء حمأة كثيف بالقرب من نقطة التصريف ، مما يؤدي إلى استنفاد الأكسجين المذاب في المياه المستقبلة بسرعة ويسمح بتكاثر البكتيريا اللاهوائية التي تولد الميثان والغازات الكبريتية المخفضة. على الرغم من أن المواد الصلبة غير القابلة للترسيب يتم تخفيفها عادة بالمياه المستقبلة وبالتالي فهي أقل أهمية ، إلا أنها قد تنقل المركبات العضوية السامة إلى الكائنات المائية. تشتمل المواد الصلبة المعلقة التي يتم تفريغها من مصانع اللب والورق على جزيئات اللحاء ، وألياف الخشب ، والرمل ، والحصى من مطاحن اللب الميكانيكية ، ومضافات صناعة الورق ، وفضلات الخمور ، والمنتجات الثانوية لعمليات معالجة المياه ، والخلايا الميكروبية من عمليات المعالجة الثانوية.

مشتقات الخشب المذابة في سوائل فصل الألياف ، بما في ذلك السكريات القليلة والسكريات البسيطة ومشتقات اللجنين منخفضة الوزن الجزيئي وحمض الأسيتيك وألياف السليلوز المذابة ، هي المساهمين الرئيسيين في كل من الطلب البيولوجي على الأكسجين (BOD) والطلب الكيميائي للأكسجين (COD). تشمل المركبات السامة للكائنات المائية المواد العضوية المكلورة (AOX ؛ من التبييض ، وخاصة لب الورق كرافت) ؛ أحماض راتنجية الأحماض الدهنية غير المشبعة؛ كحول ديتيربين (خاصة من إزالة القشرة واللب الميكانيكي) ؛ juvabiones (خاصة من الكبريتات واللب الميكانيكي) ؛ منتجات تحلل اللجنين (خاصة من فصل اللب بالكبريتات) ؛ المواد العضوية الاصطناعية ، مثل المبيدات الدهنية والزيوت والشحوم ؛ والمواد الكيميائية المستخدمة في العمليات والمواد المضافة لصناعة الورق والمعادن المؤكسدة. كانت المواد العضوية المكلورة موضع قلق خاص ، لأنها شديدة السمية للكائنات البحرية وقد تتراكم بيولوجياً. هذه المجموعة من المركبات ، بما في ذلك ثنائي بنزو متعدد الكلور-p- الديوكسينات ، هي الدافع الرئيسي لتقليل استخدام الكلور في تبييض اللب.

تعتمد كمية ومصادر المواد الصلبة العالقة والطلب على الأكسجين والتصريفات السامة على العملية (الجدول 1). نظرًا لإذابة مستخلصات الأخشاب مع استخلاص المواد الكيميائية وحمض الراتينج قليلًا أو معدومًا ، فإن كلاً من الكبريتات و CTMP يولدان نفايات سائلة شديدة السمية مع ارتفاع BOD. استخدمت مصانع كرافت تاريخياً المزيد من الكلور للتبييض ، وكانت نفاياتها السائلة أكثر سمية ؛ ومع ذلك ، فإن النفايات السائلة من مصانع كرافت التي تخلصت من Cl₂ في التبييض واستخدام المعالجة الثانوية عادة ما تظهر سمية حادة قليلة إن وجدت ، وقد تم تقليل السمية تحت الحادة بشكل كبير.

الجدول 1. إجمالي المواد الصلبة العالقة والطلب الأوكسجيني البيولوجي المرتبط بالنفايات السائلة غير المعالجة (الخام) لعمليات فصل الألياف المختلفة

أصبحت المواد الصلبة المعلقة مشكلة أقل لأن معظم المطاحن تستخدم التوضيح الأولي (على سبيل المثال ، ترسيب الجاذبية أو تعويم الهواء المذاب) ، والذي يزيل 80 إلى 95٪ من المواد الصلبة القابلة للترسيب. تُستخدم تقنيات معالجة مياه الصرف الثانوية مثل البحيرات الهوائية وأنظمة الحمأة المنشطة والترشيح البيولوجي لتقليل BOD و COD والمواد العضوية المكلورة في النفايات السائلة.

تشمل تعديلات العمليات داخل المصنع لتقليل المواد الصلبة القابلة للترسيب ، والأكسجين البيولوجي والسمية ، إزالة القشرة الجافة ونقل جذوع الأشجار ، وفحص الشرائح المحسّن للسماح بالطهي المنتظم ، وإزالة اللجنين الممتد أثناء فصل اللب ، والتغييرات في عمليات الاستعادة الكيميائية للهضم ، وتقنيات التبييض البديلة ، وغسل اللب عالي الكفاءة ، استعادة الألياف من المياه البيضاء واحتواء الانسكاب المحسن. ومع ذلك ، فإن اضطرابات العملية (خاصة إذا أدت إلى الصرف الصحي المتعمد للسوائل) والتغييرات التشغيلية (خاصة استخدام الأخشاب غير المعتادة مع نسبة أعلى من المواد الاستخراجية) قد تتسبب في حدوث اختراقات دورية في السمية.

استراتيجية مكافحة التلوث الحديثة نسبيًا للقضاء على تلوث المياه تمامًا هي مفهوم "الطاحونة المغلقة". تعد هذه المطاحن بديلاً جذابًا في المواقع التي تفتقر إلى مصادر المياه الكبيرة لتعمل كمدخلين للعمليات أو تيارات لاستقبال النفايات السائلة. تم تنفيذ الأنظمة المغلقة بنجاح في CTMP ومصانع كبريتات قاعدة الصوديوم. ما يميز المطاحن المغلقة هو أن المخلفات السائلة تتبخر ومعالجة المكثفات ثم ترشيحها ثم إعادة استخدامها. الميزات الأخرى للمطاحن المغلقة هي غرف الشاشة المغلقة ، والغسيل بالتيار المعاكس في مصنع التبييض ، وأنظمة التحكم في الملح. على الرغم من أن هذا النهج فعال في تقليل تلوث المياه ، إلا أنه لم يتضح بعد كيف سيتأثر تعرض العمال بتركيز جميع التيارات الملوثة داخل المصنع. يعد التآكل مشكلة رئيسية تواجه المطاحن التي تستخدم أنظمة مغلقة ، وتزداد تركيزات البكتيريا والسموم الداخلية في مياه المعالجة المعاد تدويرها.

المواد الصلبة المناولة

يختلف تكوين الجوامد (الحمأة) المزالة من أنظمة معالجة النفايات السائلة حسب مصدرها. تتكون المواد الصلبة من المعالجة الأولية بشكل أساسي من ألياف السليلوز. المكون الرئيسي للمواد الصلبة من المعالجة الثانوية هو الخلايا الميكروبية. إذا كانت المطحنة تستخدم عوامل التبييض المكلورة ، فقد تحتوي المواد الصلبة الأولية والثانوية على مركبات عضوية مكلورة ، وهو اعتبار مهم في تحديد مدى المعالجة المطلوبة.

قبل التخلص منها ، يتم تكثيف الحمأة في وحدات الترسيب بالجاذبية ويتم تفريغها ميكانيكيًا في أجهزة الطرد المركزي أو المرشحات الفراغية أو مكابس الحزام أو اللولب. من السهل نسبيًا إزالة المياه من الحمأة الناتجة عن المعالجة الأولية. تحتوي الحمأة الثانوية على كمية كبيرة من المياه داخل الخلايا وتوجد في مصفوفة من الوحل ؛ لذلك فهي تتطلب إضافة مواد الندف الكيميائية. بمجرد إزالة المياه بشكل كافٍ ، يتم التخلص من الحمأة في التطبيقات البرية (على سبيل المثال ، تنتشر على الأراضي الصالحة للزراعة أو الغابات ، وتستخدم كسماد أو كمكيف للتربة) أو يتم حرقها. على الرغم من أن الحرق أكثر تكلفة ويمكن أن يساهم في مشاكل تلوث الهواء ، إلا أنه قد يكون مفيدًا لأنه يمكن أن يدمر أو يقلل المواد السامة (على سبيل المثال ، المواد العضوية المكلورة) التي يمكن أن تخلق مشاكل بيئية خطيرة إذا كانت ستتسرب إلى المياه الجوفية من التطبيقات الأرضية .

يمكن توليد النفايات الصلبة في عمليات المطحنة الأخرى. يمكن استخدام الرماد من غلايات الطاقة في أسِرَّة الطرق ، كمواد بناء وكمادة مانعة للغبار. يمكن استخدام نفايات قمائن الجير لتعديل حموضة التربة وتحسين كيمياء التربة.

الرجوع