طرق معالجة الصرف الصناعي لصناعة اللب والورق

1.مقدمة

يتكون الورق أساسا من شريحة رقيقة من ألياف السليولوز تحتوى على عدد من المواد المضافة كي تصبح ذات نوعية صالحة للاستخدام المطلوب.والمصطلحان المستخدمان هما الورق Paper والكرتون Paperboard , حيث يكون وزن رقيقة الورق “بالجرامات حوالي ١٥٠ جم/م3 والأثقل من ذلك يعتبر كرتونا. وفي عملية استخلاص الألياف Pulping يتم تكسير المادة الخام الحاملة للسليولوز إلى ألياف منفصلة . ويعتبر الخشب المادة الخام الرئيسية، وفى بعض الأحيان يستخدم القش، مصاصة القصب، القطن ومواد أخرى حاملة للسليولوز.

وفي عملية استخلاص الألياف كيميائيا Chemical Pulping , يتم استخدام مواد كيميائية لإذابة اللجنين وذلك لتحرير الألياف . بعد ذلك يتم استرجاع المواد الكيماوية والطاقة الحرارية من رشيح السائل الأسود . أما فى عمليات إنتاج الألياف ميكانيكيا Mechanical Pulping فيتم اس تخدام قوى ميكانيكية لفصل الألياف عن بعضها، ويظل معظم اللجنين مع الألياف وبعض المواد العضوية.

وتعتبر عملية استخلاص الألياف كيميائيا هي المصدر الرئيسي للتأثيرات البيئية الضارة الناتجة من صناعة اللب والورق، بالإضافة إلى تحضير المواد الخام .وتختلف خواص الألياف باختلاف أساليب إنتاجها، حتى تناسب منتجات معينة .

ويتم إنتاج معظم الألياف بغرض تصنيعها فيما بعد إلى ورق أو كرتون ،ويتم تصنيع البعض الأخر إلى كرتون أو منتجات أخرى من السليولوز المذاب .

وتسبق عمليات إنتاج الورق، من ألياف مصدرها ورق مسترجع، عمليات إزالة الشوائب وإزالة الأحبار حسب مواصفات المنتج النهائى.

ويتم تصنيع الورق بوضع المعلق المائي لألياف السليولوز فوق منخل متحرك (من السلك أو البلاستيك ) ، بحيث يسمح بمرور المياه البيضاء، بينما يتراكم نسيج الألياف فوق المنخل . ويشمل إنتاج هذه الصناعة مجموعة من المنتجات تتنوع بين الجرائد والمجلات، كرتون التغليف، ورق الطباعة والكتابة غير المصقول، ورق التبطين، ورق الطباعة والكتابة المصقول، الورق الرقيق Tissue Paper, ورق التغليف، والأوراق ذات الاستعمالات الخاصة. ويتطلب كل نوع من هذه الأنواع مواصفات خاصة للمنتج . ولذلك نجد أن مصانع اللب والورق لها مجال واسع للتنوع ،تبعا لمواصفات المنتج النهائي، المادة الخام للألياف وكذلك أساليب التصنيع المستخدمة. وعموما قد تكون مصانع اللب والورق متكاملة أو غير متكاملة . وتشمل المصانع المتكاملة كل من عمليات إنتاج اللب والورق ،بينما تشمل المصانع غير المتكاملة عمليات إنتاج إما اللب أو المنتجات الورقية فقط.

2.المخلفات السائلة لمراحل التصنيع المختلفة لصناعة الورق

تعتمد المخلفات السائلة على عمليات الإنتاج ومعايير التشغيل . وتنبعث من عمليات اللب والخشب مواد عضوية ومغذيات تنشأ من المواد الخام وكذلك من الكيماويات المستخدمة في المراحل المختلفة. ويتكون أعلى حمل للمادة العضوية من سائل الطبخ المتبقي في ع ملية فصل الألياف كيميائيا بالكبريتات . وعادة ما يتم استعادتها من أجل إعادة استخدامها ولاستخدامها كوقود . وتكون استعادة سوائل فصل الألياف المستنفذة في المصانع التى تستخدم المواد الخام غير الخشبية أقل شيوعا، وذلك نظرا لعدم توافر نظم الاسترجاع الميسرة وكذلك نقص تقنيات إزالة السيليكا. ولذلك يتم التخلص من هذا السائل المستنفذ غالبا بدون معالجة، مما يؤدى إلى تلوث بيئي شديد.

يجب معالجة المخلفات السائلة الناتجة عن فصل نخاع المصاصة، وذلك لإزالة المواد الصلبة المعلقة ولتقليل BOD وتختلف مكونات المخلفات السائلة أساسا حسب مدى عملية الفصل التى تتم في المصنع، وأيضا حسب عملية فصل الألياف وحالة المصاصة المستخدمة . وفيما يلي خصائص المخلفات السائلة لتداول المصاصة المبللة التى تشمل عملية فصل النخاع، ويتضح منها مقدارها ومدى تغيرها:

يحتوى سائل الطبخ المستنفذ على أكبر كميات من المادة العضوية مقارنة بكل سوائل العمليات . وتعتمد مكوناته وكذلك التأثيرات البيئية للسائل (إذا لم يتم استرجاعه)على تركيب المادة الخام للألياف ونسبة إنتاج الألياف وظروف العمليات. وتحتوى المواد المذابة على جزء متطاير يتم انطلاقه من السائل ويظهر في صورة متكثفات عند خفض ضغط المحمصة.

وتحتوى المخلفات السائلة الناتجة عن التبييض على مواد محتوية على كلور إذا تم استخدام الكلور أو الهيبوكلوريت أو ثاني أكسيد الكلور كمواد للتبييض ( التبييض التقليدي) كذلك تساهم المخلفات السائلة للتبييض في زيادة كل من BOD , COD , السمية ولون المخلفات السائلة الكلية للمصنع . ويزداد الحمل البيئي ، بزيادة كل من محتوى اللجنين في الألياف غير المبيضة، كمية المواد المذابة الداخلة للطبخ ، المواد الكيميائية ودرجة حرارة عملية التبييض . وفى التبييض التقليدي لا تتغير خصائص المخلفات السائلة تغييرا محسوسا بالعمليات أو المواد الخام المختلفة، ولكن ش دة الظروف القلوية في عملية تبييض ألياف الفسكوز ينتج عنها مخلفات سائلة ذات COD / BODعالي التركيز.

تكون للمخلفات الورقية التى يتم تجميعها من مقالب النفايات – كما يحدث غالبا– بعض التأثيرات البيئية . ويحدث التلوث من المقالب نتيجة الميثان والهيدروكربونات الأخرى المتولدة عند التحلل غير الهوائي للسليولوز. وتؤدى عمليات فصل الألياف من المخلفات الورقية إلى كمية محددة من التلوث في صورة مواد موجودة في مياه العمليات التى يتم صرفها من المصنع، والمواد التى يتم جمعها خلال العمليات والغازات التى تنطلق في الجو عند حرق المخلفات .

3.التأثيرات البيئية والصحية للملوثات

تنتج التأثيرات البيئية والصحية الرئيسية من صناعة اللب والورق من استخدامات الموارد بالمصانع ذاتها . وهناك كذلك تأثيرات ضارة من بعض الأنشطة الأخرى المصاحبة مثل تصنيع واستخدام بعض الكيماويات الذي يؤدى إلى توليد بقايا غالبا ما تتسرب إلي البيئة . وتنتج أيضا بقايا كيماويات العمليات وألياف المواد الخام إلى الهواء أو الماء وتظهر كمسارات للمخلفات الصلبة . وبالإضافة لذلك، تظهر الألياف وبقاياها في مجارى المخلفات المائية ويكون لها تأثير على المياه المستقبلة . وبتغيير لون المياه المستقبلة، تتسبب بعض المكونات الذائبة فى خفض قدرة الضوء على النفاذ للمياه وبالتالي تهدد الحياة المائية . كما تتسبب مكونات ذائبة أخرى فى تسمم الأحياء المائية.

4.التأثيرات البيئية للمخلفات السائلة

يتسبب صرف المواد العضوية في استهلاك الأكسجين عن طريق تفاعلات التحلل في المياه المستقبلة . وتؤدي المواد العضوية إلي زيادة نمو البكتريا والطحالب الموجودة في الماء، وهذه تستهلك الأكسجين المذاب . وتعتمد التأثيرات البيئية على خصائص المياه المستقبلة ويتسبب التبييض باستخدام تركيزات عالية من المركبات المكلورة في وجود مشكلة بيئية، وذلك عن طريق تكون مركبات عديدة الكلور سامة ذات تأثير طويل المدى، وبالتالي يمكنها أن تتراكم بيولوجيا في الكائن ات الحية .ويرتبط لون المخلفات السائلة بوجود مركبات عضوية ذات وزن جزيئي عال، مثل مشتقات اللجنين الناتجة من الطبخ والتبييض . ويكون التأثير الرئيسي الناتج عن وجود اللون هو تقليل انتقال الضوء في الوسط المائي، مما يقلل إن تاجية المياه المستقبلة . ويعتمد تأثير تغير اللون في كل حالة بعينها على الإنتاجية الكلية واللون الأصلي للمياه المستقبلة . ومن النادر أن يكون هناك تأثير بيئي للمركبات غير العضوية الموجودة في المخلفات السائلة لإنتاج الألياف . والاستثناء الوحيد لذلك هو الكلورات التى تتكون خلال التبييض بثاني أكسيد الكلور . وهى سامة جدا للطحالب ويكون لها تأثيرات غير مباشرة على الكائنات الحية التى تعيش في مستعمرات الطحالب . ويمكن إزالة الكلورات بفعالية بالمعالجة البيولوجية الخارجية. وقد يتسبب صرف مركبات الفوسفور والنتروجين في زيادة مستويات المغذيات nutrients في المياه المست قبلة، مؤديا إلى زيادة إنتاج الكتلة الحيوية وزيادة استهلاك الأكسجين . وعادة ما تتأثر مستويات عديدة من النظام البيئي عندما يختل التوازن الغذائي .ويؤدى إلقاء زيوت التشحيم المستعملة من الجراج والورش في نظام المجارى إلى مشاكل بيئية عديدة.

5.معالجة الصرف الصناعي لصناعة اللب والورق

وتشمل مياه الصرف الناتجة من فصل الألياف بطريقة كرافت على المواد العضوية المستهلكة للأكسجين، والتى يتم قياسها بال BOD وال COD, كما تتواجد فى حالة التبييض مواد مكلورة يتم قياسها بال AOX وبالإضافة إلى ذلك فقد تحتوى سوائل الصرف على تركيزات منخفضة من الفلزات المستخرجة من الألياف الخشبية . وفيما يلي المصادر الرئيسية لمياه الصرف:

مياه صرف من تداول المواد الخام.
متكثفات من الطبخ والتبخير.
إنسكابات من مختلف أقسام العمليات.
بقايا السائل الأسود (فواقد غسيل) من تداول اللب غير المبيض.
الصرف من وحدات التبييض.

وتنتج مياه الصرف في مصانع الورق (الورق المسترجع ) خلال خطوات التنظيف . والمعتاد أن يتم سحب مياه الصرف عند الموقع الذي تكون فيه المياه أكثر تلوثا. ويتم سحب مياه أن يتم سحب مياه الصرف عند الموقع الذي تكون فيه المياه أكثر تلوثا. ويتم سحب مياه الصرف عند الموقع الذي يتم فيه استرجاع الألياف وتشمل مياه الصرف من مصانع الورق من الألياف المسترجعة على المياه الناتجة عن منظفات المناخل والطرد المركزي ،رواشح الغسالات ، المثخنات والحمأة ،المياه البيضاء الزائدة حسب معدل إعادة التدوير.

وتعتمد المياه المنصرفة من مصانع اللب والورق أساسا قبل المعالجة على العمليات والكيماويات المستخدمة . وتشمل معالجة مياه الصرف المعالجة الأولية والترسيب والمعالجة البيولوجية. ويمكن تطوير بحيرات التهوية كي تشمل إعادة تدوير الحمأة.

المعالجة الأولية

الهدف من هذه المرحلة هو إزالة الجسيمات الصلبة . وتستخدم لهذا الغرض كل من المرسبات ونظم الطفو بالهواء المذاب في معظم أنواع المصانع . ويمكن أن تنتج نظم الترسيب مياه مصفاة جيدا و لكنها يمكن أن تعانى من صعوبات التشغيل (مثل المواد الصلبة الطافية والروائح الكريهة )، وبالذات عند معالجة مياه الصرف الدافئة ذات التركيزات العالية. ويتم استخدام وحدات الترسيب ذات السرعة العالية لمعالجة مسارات محددة مثل مياه صرف وحدة الطلاء ويتم استخد ام المعالجة الأولية بالكيماويات (مثل عديدة الإلكترونيات والمخثرات غير العضوية والبنتونايت ) للإسراع بإزالة المواد الصلبة الغروية و/أو زيادة سرعة الترسيب.

المعالجة الثانوية

الهدف من هذه المرحلة هو إزالة أو خفض ال BOD وال COD والذي يمكن الحصول عليه بالتحلل الحيوي الفعلي للملوثات أو بالتصاقها مع الحمأة. وتؤدى الثانية أيضا إلى إزالة المواد غير القابلة للتحلل البيولوجي مثل الفلزات الثقيلة . ومن المتوقع أن ترتبط الديوكسينات والفيورانات وال DDT بالكتلة الحيوية والحمأة الليفية بالكامل تقريبا. وباستخدام نفس الطريقة، يتم جزئيا إزالة سداسي كلورو البيوتادايين ،الألدرين الديلدرين ،سداسي كلورو البنزين والإندرين ،وال PCBs وثلاثي كلورو بنزين والفلزات الثقيلة . والبدائل الأساسية

لذلك هي النظم البيولوجية الهوائية واللاهوائية. وهناك العديد من التصميمات لكل منها. وفي الوحدة الهوائية يتم استخدام الهواء أو الأكسجين أو خليط منهما. ويؤدى استخدام الأكسجين إلى تحسين الأداء والتحكم، ويمكن تركيبه في الوحدة الموجودة بالمنشأة.

المعالجة الثلاثية

يمكن ربط المعالجة الثلاثية بالأساليب الحديثة وليس بالتحكم التقليدي في مياه صرف اللب والورق. وبغض النظر عن نوع المعالجة الموجودة ،فلابد أن يتم تقدير احتمالات إعادة تدوير مياه الصرف المعالجة في نظم مغلقة أو شبة مغلقة ،آخذا في الاعتبار العوامل التالية:

في المصانع الكبيرة، يمكن إعادة تدوير مياه الصرف إلى المصنع في دائرة ثلاثية tertiary loop للاستخدام في مناطق محددة بعد خلطها بالمياه العذبة. ويسمح هذا الأسلوب بخفض استخدام المياه العذبة.
استخدام وحدة غشاء أو تبخير يمكن أن يؤدى إلى عدم استخدام وحدة مكافحة تقليدية، وبعد تغطية كل الاحتياجات الممكنة للمياه العذبة من المياه المعاد تدويرها، يمكن خلق نظام خال من الصرف يحتوى على إضافة مياه عذبة تعويضية فقط لموازنة فواقد التبخير.

ومن أجل تعظيم الفائدة من استخدام محطة مياه الصرف، فإنه يجب تطبيق المبادئ العامة التالية على التوالي للتحكم في ملوثات المياه كالتالى:

يجب خفض استخدامات المياه وإعادة تدوير أو إعادة استخدام مياه الصرف. ولابد من صرف المياه غير الملوثة السطحية التى لا يمكن استخدامها في مسار منفصل.
لابد من تطبيق أساليب الحد من مخاطر تلوث مياه العمليات والمياه السطحية.
عموما، لابد من فصل مسارات المخلفات السائلة، حيث يؤدى ذلك إلى كفاءة أعلى في المعالجة.
لابد من تصميم النظم لضمان وصول جميع المخلفات السائلة لمحطة المعالجة.
لابد أن تؤخذ في الاعتبار طبيعة المياه المستقبلة بالنسبة لل BOD .

6.نموذج لمشروع معالجة لمياه الصرف الصناعي لصناعة اللب والورق

يبين الشكل التالي شكل رقم 1 نموذج لمشروع معالجة لمياه الصرف الصناعي لصناعة اللب والورق باستخدام بحيرات التثبيت .ويتكون المشروع من وحدات معالجة فيزيائية وكيميائية وبيولوجية .