تصفیه فاضلاب ناشی از صنعت کاغذ سازی

آب، یکی از مهم ترین دغدغه های صنایع  مختلف است. لذا تامین، تصفیه و بازیابی آن امری ضروری است. صنعت کاغذ و مقوا سازی به دلیل مصرف بالای آب در فرایند تولید از یک سو و آلاینده گی فاضلاب تولیدی از سوی دیگر همواره مورد توجه بوده است.

ویژگی های فاضلاب صنعت کاغذ سازی

• سمی بودن
• COD بالای فاضلاب تولیدی
• تنوع کمی و کیفی آلاینده های شیمیایی ( حدودا ۲۵۰ ماده شیمیایی شامل  اسیدهای رزین، فلزات سنگین، سیانیدها، فنل ها و …)

لازم به ذکر است که در بین مراحل مختلف ساخت و تهیه کاغذ از جمله خمیر سازی، شستشوی خمیر، غربال کردن و سفید کردن و ساخت کاغذ مهم ترین منابع آلودگی در مرحله خمیر سازی ایجاد می شود که شامل ترکیبات کلریدی و آلی می شود.

مناسب ترین سیستم تصفیه فاضلاب برای صنعت کاغذ و مقوا سازی پس از بررسی کامل مقررات زیست محیطی و شناسایی انواع آلاینده ها انتخاب می گردد. در واقع کلیه روش های تصفیه فاضلاب جهت کاهش بار آلودگی طراحی می شوند اما آنچه که اهمیت دارد انتخاب بهترین و مناسب ترین روش است.

در تصفیه  بیولوژیکی فاضلاب ناشی از صنعت کاغذ  و مقوا سازی مهم ترین مرحله تصفیه فرآیند خنثی سازی است. زیرا pH بالا بر رشد باکتری ها اثر می گذارد. پس از آن با انجام مراحلی چون ته نشینی اولیه مواد معلق و جامد درون فاضلاب را حذف نموده و با گذر فاضلاب از مراحل مختلف سبب کاهش کدورت و رنگ آن می شوند.

در حالت کلی تصفیه بیولوژیکی، اکسیداسیون های شیمیایی، انعقاد، فرآیندهای تبادل یونی و فرآیندهای جذب سطحی از مهم ترین مراحلی هستند که در تصفیه فاضلاب صنعت کاغذ سازی از آن ها بهره می برند.

مهم ترین پارامترهای فاضلاب در تصفیه فاضلاب صنایع کاغذ سازی

پپیش از بررسی روش های مختلف تصفیه فاضلاب برای این صنایع، نگاهی به برخی از مهمترین پارامترها برای ارزیابی فاضلاب تصفیه شده خواهیم داشت. یکی از اصلی ترین شاخصه ها، اکسیژن خواهی بیولوژیکی  یا همان  BOD و اکسیژن خواهی شیمیایی یا COD  می باشد. ورود فاضلاب تصفیه شده ای که BOD و COD موجود در آن بیش از حد استاندارد باشد، به رودخانه ها، چشمه ها و سایر محیط های آبی موجب مصرف اکسیژن محلول موجود در آب شده و در نتیجه حیات حیوانات و گیاهان آبزی به خطر خواهد افتاد. عامل مهم بعدی رنگ است.

به دلیل استفاده از فرآیندهای مختلف رنگ دهی و رنگ زدایی در صنعت کاغذ سازی، یکی از آلاینده های معمول موجود در فاضلاب این صنایع رنگ ها و حلال های آن می باشند. این ترکیبات شیمیایی و آلی می توانند به شدت سمی باشند و موجب تخریب محیط زیست و به خطر افتادن سلامت انسان ها و سایر جانداران گردند. دیگر شاخصه ی مهم که نیاز به توجه ویژه دارد کدورت و کل جامدات محلول (TSS) است. وجود مواد معلق در فاضلاب موجب بروز اختلال در عبور نور از آب و تنفس موجودات آبزی می شود. روش های حذف این آلاینده ها از فاضلاب معمولا ساده بوده و با استفاده از فرآیندهای مناسب (ته نشینی، شناورسازی، روش های غشایی و …) می توان آنها را حذف نمود.

سایر پارامترها

یکی از بزرگترین نگرانی ها در تصفیه فاضلاب صنایع کاغذ سازی ترکیبات پایدار و مقاوم می باشند. این ترکیبات آلی، زیست تخریب پذیر نبوده و حتی پس از انجام فرآیندهای مختلف بیولوژیکی هوازی یا حتی بی هوازی در فاضلاب باقی می مانند. حذف این مواد با به کارگیری فرآیندهای تصفیه تکمیلی مناسب (مانند اکسیداسیون تکمیلی یا الکتروکواگولاسیون) امکان پذیر خواهد بود. پارامتر بعدی ترکیبات حاوی سولفور است. مشکل اصلی در ارتباط با این ترکیبات احتمال واکنش باکتری های کاهنده سولفور موجود در محیط می باشد. شرایط بی‌هوازی می تواند منجر به تولید گاز سمی H₂S و سایر ترکیبات حاوی سولفور با بوی نامطبوع گردد. عامل مهم دیگر نمک ها و ترکیبات یونی هستند. وجود نمک های غیرآلی و ترکیبات یونی مانند سدیم کلرید در فاضلاب های صنعتی موجب شور شدن و افزایش رسانایی آب های پذیرنده می گردد.

منابع و ویژگی های فاضلاب صنایع کاغذ سازی

اولین نکته ی مهم در رابطه با فاضلاب صنایع کاغذسازی توجه به متنوع و مختلف بودن آنها در مقایسه با یکدیگر می باشد. به دلیل تنوع بالای فرآیندها، مواد و تجهیزات مورد استفاده و همچنین محصولات تولیدی، خواص پساب تولیدی در این بخش از صنعت بسیار گسترده و متفاوت می باشد. شکل زیر نشان دهنده ی اصلی ترین منابع و آلاینده های معمول موجود در فاضلاب این صنایع است.

یکی از اولین مراحل فرآیند تولید کاغذ عمل خیساندن چوب و کندن پوست آن است. پساب تولید شده در این گام در مقایسه با سایر مراحل از آلودگی بسیار کمتری برخودار است. کاربرد اصلی مرحله ی خمیرسازی مکانیکی برای تولید کاغذهایی می باشد که جداسازی فیبرهای چوب در آنها به صورت مکانیکی انجام می شود (مجلات و روزنامه ها).

آلاینده های اصلی موجود در این مرحله، مواد معلق و محلول وارد شده به آب و همچنین مقادیر کمی BOD و COD است. در طی فرآیند خمیرسازی به روش شیمیایی حجم بسیار زیادی از مواد شیمیایی (سدیم سولفات، صابون های رزینی، اسیدهای چرب)، جامدات معلق و محلول وارد جریان فاضلاب شده و بخش عمده ای از فاضلاب تولیدی مربوط به این مرحله می باشد. مراحل بازیابی و سفید سازی نیز موجب ورود حجم بسیار زیادی از مواد شیمیایی مانند حلال ها و شوینده ها، مواد معلق و محلول (مانند تکه‌های کاغذ) به جریان فاضلاب می شود.

روش های اصلی تصفیه فاضلاب صنایع کاغذ سازی و مقوا

هدف اصلی اغلب سیستم های تصفیه دستیابی به 3 هدف زیر است:

حذف مواد معلق موجود

حذف آلاینده های محلول

رفع مشکل مربوط به سمیت فاضلاب و پساب تولیدی

معمولا این کار در دو مرحله صورت می پذیرد. در ابتدا با استفاده از جداسازی ثقلی برخی آلاینده ها حذف شده و سپس تصفیه اولیه انجام می شود (استفاده از زلال سازها و در برخی مواقع شناورسازی). مرحله ی دوم (تصفیه ثانویه) نیز معمولا تصفیه فاضلاب به روش بیولوژیکی می‌باشد.

تصفیه اولیه: زلال سازی با استفاده از ته نشینی

سیستم های جداسازی ثقلی نه تنها به اختلاف چگالی آلاینده و مایع، بلکه به اندازه ی ذرات جامد (بزرگ بودن به اندازه کافی) نیز وابسته می باشند. معمولا مورد دوم را بوسیله ایجاد توده‌های بزرگ و افزایش سرعت ته نشینی مرتفع می کنند. حوضچه های ته نشینی می توانند به صورت کاملا ساده و هم به صورت مخازنی مجهز به اسکیمر و تجهیزات جمع آوری لجن باشند. وظیفه ی اسکیمرها جمع آوری کف و سایر مواد سبک موجود بر روی سطح آب است.

تجهیزات جمع آوری لجن نیز به صورت مداوم مواد ته نشین شده در کف مخزن را به سیستم جمع آوری لجن هدایت می کنند. در برخی سیستم های ته نشینی از بافل هایی برای هدایت جریان و فراهم آوردن شرایط آرام برای عبور جریان از واحد استفاده می شود. همانطور که انتظار می‌رود لجن اولیه حاصل از فرآیندهای تولید کاغذ، حاوی مقادیر زیادی از مواد سلولزی و معدنی کلسیم‌کربنات و گل می باشد.

واحدهای شناورسازی با هوای محلول

علاوه بر ته نشینی، شناورسازی نیز روش دیگری برای زلال سازی پساب صنایع کاغذسازی است. سیستم معمول مورد استفاده، واحدهای شناورسازی با هوای محلول یا همان DAF می باشند. همانطور که در شکل زیر نشان داده شده است این تجهیز، جریانی آب اشباع شده از هوا را وارد آب حاصل از فرآیند تولید کاغذ می کند. با ورود این جریان به داخل مخزن، حباب های بسیار کوچک هوا از حالت محلول خارج شده وشروع به آمدن بر روی سطح می نمایند. این حباب‌ها به همراه خود مواد جامدی که به آنها می چسبند را نیز به روی سطح می آورند. سپس این مواد جامد توسط اسکیمرها از سیستم خارج می شوند.

سیستم های DAF یکی از اقتصادی ترین روش ها برای تصفیه فاضلاب هایی می باشند که حاوی مقادیر بسیار زیادی از مواد جامد هستند ( 5000 – 300 میلی گرم بر لیتر). با استفاده صحیح و درست از سیستم های DAF و همچنین به کار گیری منعقدکننده ها و لخته سازهای مناسب می توان 80 تا 95 درصد از جامدات معلق و همچنین آلاینده های دیگری مانند ذرات جوهر، لیپوفیل ها، ذرات کلوئیدی و … را از فاضلاب صنایع کاغذ سازی حذف نمود.

تصفیه ثانویه: لجن فعال

رایج ترین روش برای حذف مواد آلی از فاضلاب (با قدمتی بیش از 100 سال) که شامل هوادهی و برگشت بخشی از لجن به ابتدای فرآیند (ورودی سیستم) است، سیستم لجن فعال می باشد. شکل زیر شماتیکی از واحد زلال سازی می باشد که ممکن است در این روش مورد استفاده قرار گیرد.

در مواقعی نیاز به راندمان بالاتر باشد یا فضای مورد نیاز برای زلال سازهای ثقلی در دسترس نباشد، بیوراکتورهای غشایی (MBR) یا سایر بیوراکتورهای دارای بستر متحرک یا ثابت، قابل جایگزینی می باشند. همچنین در مواردی که برای جداسازی لجن از فیلتر شنی ، میکروفیلتراسیون (MF) یا الترافیلتراسیون (UF) استفاده شود، سیستم های MBR مشکلات مربوط به bulking را نخواهند داشت. علاوه بر این، استفاده از روش های غشایی در فرآیندهای بیولوژیکی موجب عملکرد راکتورها با غلظت بالاتری از جامدات خشک شده و در نتیجه لجن بیولوژیکی کمتری تولید شده و تجزیه مواد آلی بهبود خواهد یافت. این عوامل منجر به کاهش زمان ماند هیدرولیکی می شود.

تغلیظ لجن

لجن ثانویه ای که در خلال فرآیندهای تصفیه بیولوژیکی در تصفیه فاضلاب صنایع کاغذ سازی تولید می گردد، عمدتا از سلول های بیولوژیکی و محصولات حاصل از تجزیه آنها تشکیل شده است، به همین علت جداسازی آن از آب بسیار مشکل می باشد. در این گونه از لجن ها هر سلول بیولوژیکی مانند بالونی از آب عمل می کند. یکی از معمول ترین روش ها برای جبران عدم توانایی آبگیری مناسب در این لجن ها، اختلاط لجن ثانویه با لجن اولیه که بیشتر از مواد فیبری تشکیل شده است، می باشد. این کار موجب می شود تا به مایع مخلوطی با قابلیت آبگیری بیشتر دست پیدا کنیم.

روش های مختلفی برای افزایش میزان جامدات در لجن ثانویه مورد استفاده قرار می گیرد. این کار موجب راحت‌تر شدن حمل و نقل، استفاده کارآمد یا دفع راحت تر آن می شود. این روش ها شامل جمع آوری لجن از کف مخزن زلال ساز (توسط اسکراپرها)، استفاده از تجهیزات فشرده کننده مختلف و سانتریفیوژها می باشد که یکی از کارآمدترین آنها اسکرو پرس (MDSP) است.

تصفیه تکمیلی

در بسیاری از موارد برای دستیابی به استانداردهای تخلیه تعیین شده توسط سازمان محیط زیست، نیاز به استفاده از روش های تصفیه تکمیلی می باشد. به طور خاص می توان گفت ترکیبات رنگی و مقاوم در برابر تجزیه بیولوژیکی موجود در فاضلاب تولیدی در بخش رنگ زدایی و سفید کردن در صنایع کاغذ سازی، به سلامت از دو مرحله ی قبلی تصفیه عبور نموده و از فاضلاب حذف نمی شوند. برخی از مهم ترین روش های تصفیه تکمیلی مورد استفاده در این بخش شامل انعقاد، جذب توسط کربن فعال، سیستم های اکسیداسیون پیشرفته (تکمیلی)، تکنولوژی های غشایی، الکتروکواگولاسیون و … می باشند.