Пошто је индустрија целулозе и папира велики потрошач природних ресурса (тј. дрвета, воде и енергије), она може бити велики допринос проблемима загађења воде, ваздуха и земљишта и била је под великом контролом последњих година. Чини се да је ова забринутост оправдана, имајући у виду количину загађивача воде која се ствара по тони пулпе (нпр. 55 кг биолошке потражње за кисеоником, 70 кг суспендованих чврстих материја и до 8 кг органохлорних једињења) и количине пулпе произведене на глобалном нивоу на годишњем нивоу (приближно 180 милиона тона 1994. године). Поред тога, само око 35% коришћеног папира се рециклира, а отпадни папир је главни допринос укупном светском чврстом отпаду (око 150 милиона од 500 милиона тона годишње).

Историјски гледано, контрола загађења није разматрана при пројектовању фабрика целулозе и папира. Многи процеси који се користе у индустрији развијени су без обзира на смањење запремине ефлуента и концентрације загађивача. Од 1970-их, технологије за смањење загађења постале су саставне компоненте дизајна млинова у Европи, Северној Америци и другим деловима света. Слика 1 илуструје трендове у периоду од 1980. до 1994. у канадским фабрикама целулозе и папира као одговор на неке од ових еколошких забринутости: повећана употреба производа од дрвног отпада и папира који се може рециклирати као извора влакана; и смањена потражња за кисеоником и хлорисаним органским материјама у отпадној води.

Слика 1. Индикатори животне средине у канадским фабрикама целулозе и папира, од 1980. до 1994. године, који показују употребу дрвног отпада и папира који се може рециклирати у производњи и биолошку потражњу кисеоника (БОД) и органохлорних једињења (АОКС) у ефлуенту отпадних вода.

Овај чланак разматра главна питања животне средине у вези са процесом целулозе и папира, идентификује изворе загађења унутар процеса и укратко описује технологије контроле, укључујући екстерни третман и модификације у постројењу. Питања која произилазе из дрвног отпада и фунгицида против сапстаина детаљније су обрађена у поглављу Дрво.

Проблеми загађења ваздуха

Емисије оксидисаних једињења сумпора у ваздуху из фабрика целулозе и папира изазвале су штету на вегетацији, а емисије редукованих једињења сумпора изазвале су притужбе на мирисе „покварених јаја“. Студије међу становницима заједница фабрика целулозе, посебно деце, показале су респираторне ефекте повезане са емисијом честица, иритацију слузокоже и главобољу за које се сматра да су повезани са смањеним једињењима сумпора. Од процеса целулозе, они са највећим потенцијалом да изазову проблеме загађења ваздуха су хемијске методе, посебно крафт пулпирање.

Оксиди сумпора се емитују по највећим стопама из сулфитних операција, посебно оних које користе базе калцијума или магнезијума. Главни извори укључују ударе у дигестор шарже, испариваче и припрему течности, при чему операције прања, просијавања и опоравка доприносе мањим количинама. Пећи за рекуперацију крафт-а су такође извор сумпор-диоксида, као и електрични котлови који користе угаљ или нафту са високим садржајем сумпора као гориво.

Редукована једињења сумпора, укључујући водоник-сулфид, метил меркаптан, диметил сулфид и диметил дисулфид, скоро су искључиво повезана са процесом крафт пулпе и дају овим млиновима њихов карактеристичан мирис. Главни извори укључују пећ за рекуперацију, дувачки дигестор, вентиле за растерећење дигестора и вентилационе отворе за прање, иако испаривачи, резервоари за топљење, испаривачи, пећ за сушење креча и отпадна вода такође могу да допринесу. Неке операције сулфита користе редукциона окружења у својим пећима за опоравак и могу имати повезане проблеме са смањеним мирисом сумпора.

Гасове сумпора које емитује котао за рекуперацију најбоље је контролисати смањењем емисија на извору. Контроле укључују оксидацију црне течности, смањење сумпорности течности, котлове за регенерацију са слабим мирисом и правилан рад пећи за регенерацију. Сумпорни гасови из дигестора дувањем, вентили за растерећење дигестора и испаравање течности могу се сакупљати и спаљивати - на пример, у пећи за креч. Димни гасови сагоревања могу се сакупљати помоћу пречистача.

Оксиди азота настају као продукти сагоревања на високим температурама и могу настати у било ком млину са котлом за рекуперацију, котлом за регенерацију или пећи за сушење креча, у зависности од услова рада. Формирање азотних оксида може се контролисати регулисањем температуре, односа ваздух-гориво и времена боравка у зони сагоревања. Остала гасовита једињења имају мањи допринос загађењу ваздуха у млиновима (нпр. угљен моноксид од непотпуног сагоревања, хлороформ из операција бељења и испарљиве органске материје од растерећења дигестора и испаравања течности).

Честице настају углавном из операција сагоревања, иако резервоари за растварање мириса такође могу бити мањи извор. Више од 50% честица из млина за целулозу је веома фино (мање од 1 μм у пречнику). Овај фини материјал укључује натријум сулфат (На₂SO₄) и натријум карбонат (На₂CO₃) из пећи за регенерацију, пећи за креч и резервоара за растварање талога, и НаЦл из нуспроизвода сагоревања трупаца који су ускладиштени у сланој води. Емисије из пећи за креч укључују значајну количину крупних честица услед увлачења калцијумових соли и сублимације натријумових једињења. Грубе честице могу такође укључивати летећи пепео и органске производе сагоревања, посебно из електричних котлова. Смањење концентрације честица може се постићи пропуштањем димних гасова кроз електростатичке филтере или пречистаче. Недавне иновације у технологији електричних котлова укључују спалионице са флуидизованим слојем које сагоревају на веома високим температурама, резултирају ефикаснијом конверзијом енергије и омогућавају сагоревање мање уједначеног дрвног отпада.

Проблеми загађења воде

Контаминирана отпадна вода из фабрика целулозе и папира може изазвати смрт водених организама, омогућити биоакумулацију токсичних једињења у рибама и нарушити укус воде за пиће низводно. Ефлуенти отпадних вода целулозе и папира се карактеришу на основу физичких, хемијских или биолошких карактеристика, при чему су најважнији садржај чврстих материја, потреба за кисеоником и токсичност.

Садржај чврстих материја у отпадној води се типично класификује на основу фракције која је суспендована (у односу на растворену), фракције суспендованих чврстих материја која се може таложити и фракција било које од тих фракција које су испарљиве. Фракција која се може таложити је најнеприхватљивија јер може формирати густи слој муља близу тачке испуштања, који брзо исцрпљује растворени кисеоник у пријемној води и омогућава пролиферацију анаеробних бактерија које стварају метан и редуковане гасове сумпора. Иако се чврсте материје које се не таложе обично разблажују водом која их прима и стога су мање забрињавајућа, оне могу пренети токсична органска једињења до водених организама. Суспендоване чврсте материје које се испуштају из фабрика целулозе и папира укључују честице коре, дрвена влакна, песак, песак из механичких млевења целулозе, адитиве за производњу папира, остатке течности, нуспроизводе процеса третмана воде и микробне ћелије из операција секундарног третмана.

Деривати дрвета растворени у течностима за пулпу, укључујући олигосахариде, једноставне шећере, деривате лигнина ниске молекуларне тежине, сирћетну киселину и солубилизована целулозна влакна, главни су доприносиоци и биолошкој потражњи за кисеоником (БПК) и хемијској потражњи за кисеоником (ЦОД). Једињења која су токсична за водене организме укључују хлорисане органске материје (АОКС; од бељења, посебно крафт пулпе); смолне киселине; незасићене масне киселине; дитерпенски алкохоли (посебно од скидања коре и механичког пулпе); јувабиони (посебно од сулфита и механичког пулпе); производи разградње лигнина (нарочито од сулфитне пулпе); синтетичке органске материје, као што су слимициди, уља и масти; и процесне хемикалије, адитиви за производњу папира и оксидовани метали. Хлороване органске материје су биле од посебне забринутости, јер су акутно токсичне за морске организме и могу се биоакумулирати. Ова група једињења, укључујући полихлоровани дибензо-p-диоксини, били су главни подстицај за минимизирање употребе хлора у бељењу пулпе.

Количина и извори суспендованих чврстих материја, потреба за кисеоником и токсична пражњења зависе од процеса (табела 1). Због солубилизације екстраката из дрвета са мало или нимало хемијског опоравка и смолне киселине, и сулфита и ЦТМП пулпе стварају акутно токсичне ефлуенте са високим БПК. Крафт млинови су историјски користили више хлора за бељење, а њихови ефлуенти су били токсичнији; међутим, ефлуенти из млинова крафта који су елиминисали Цл₂ у избељивању и употреби секундарни третман обично испољава малу акутну токсичност ако је постоји, а субакутна токсичност је у великој мери смањена.

Табела 1. Укупне суспендоване чврсте материје и БПК повезане са нетретираним (сировим) ефлуентом различитих процеса пулпе

Суспендоване чврсте материје су постале мањи проблем јер већина млинова користи примарно бистрење (нпр. гравитационо таложење или флотацију раствореног ваздуха), које уклања 80 до 95% чврстих материја које се могу таложити. Технологије секундарног третмана отпадних вода као што су газиране лагуне, системи активног муља и биолошка филтрација се користе за смањење БПК, ЦОД и хлорисаних органских материја у ефлуенту.

Модификације процеса у постројењу за смањење таложних чврстих материја, БПК и токсичности укључују суво скидање коре и транспорт трупаца, побољшано просијавање струготине како би се омогућило равномерно кување, продужену делигнификацију током пулпе, промене у операцијама опоравка дигестивних хемикалија, алтернативне технологије бељења, високоефикасно прање пулпе, опоравак влакана из беле воде и побољшано задржавање изливања. Међутим, поремећаји у процесу (нарочито ако доводе до намерног испуштања алкохолних пића) и промене у раду (посебно коришћење незачињеног дрвета са већим процентом екстрактивних материја) и даље могу изазвати периодичне продоре токсичности.

Релативно недавна стратегија контроле загађења која у потпуности елиминише загађење воде је концепт „затвореног млина“. Такви млинови су атрактивна алтернатива на локацијама на којима недостају велики извори воде који би деловали као токови за снабдевање процеса или ефлуент. Затворени системи су успешно имплементирани у ЦТМП и млиновима на бази натријум сулфита. Оно што разликује затворене млинове је то што се течни ефлуент испарава, а кондензат се третира, филтрира, а затим поново користи. Остале карактеристике затворених млинова су затворене просторије за сито, противструјно прање у фабрици за избељивање и системи за контролу соли. Иако је овај приступ ефикасан у смањењу загађења воде, још није јасно како ће на изложеност радника утицати концентрисање свих токова загађивача унутар млина. Корозија је главни проблем са којим се суочавају млинови који користе затворене системе, а концентрације бактерија и ендотоксина се повећавају у рециклираној процесној води.

Руковање чврстим материјама

Састав чврстих материја (муља) уклоњених из система за третман течних отпадних вода варира, у зависности од њиховог извора. Чврсте материје из примарног третмана се углавном састоје од целулозних влакана. Главна компонента чврстих материја из секундарног третмана су микробне ћелије. Ако млин користи хлорисана средства за избељивање, и примарне и секундарне чврсте материје могу такође да садрже хлорисана органска једињења, што је важно разматрање при одређивању обима потребног третмана.

Пре одлагања, муљ се згушњава у гравитационим седиментационим јединицама и механички одводи у центрифугама, вакуум филтерима или тракастим или вијчаним пресама. Муљеви из примарног третмана се релативно лако одводе. Секундарни муљ садржи велику количину интрацелуларне воде и постоји у матрици слузи; стога захтевају додавање хемијских флокуланата. Када се довољно исуши, муљ се одлаже у копнене примене (нпр. распростире се на обрадивом или шумском земљишту, користи се као компост или као средство за регенерацију земљишта) или се спаљује. Иако је спаљивање скупље и може допринети проблемима загађења ваздуха, може бити корисно јер може уништити или смањити токсичне материјале (нпр. хлорисане органске материје) који би могли да створе озбиљне еколошке проблеме ако би се излили у подземне воде из примене на копну. .

Чврсти отпад може настати у другим млиновима. Пепео из електричних котлова може се користити у слојевима путева, као грађевински материјал и као средство за сузбијање прашине. Отпад из пећи за креч може се користити за модификацију киселости земљишта и побољшање хемије земљишта.

Назад