تصفیه فاضلاب کاغذ سازی و مقواسازی
کارخانجات کاغذ سازی و مقواسازی یکی از منابع بزرگ آلودگی صنعتی در جهان هستند. اکثر آلاینده های مایع، جامد و گاز در مراحل تولید خمیر و رنگبری تولید می گردند.
تولید خمیر فرآیندی است که در آن ماده خام برای حذف لیگنین مورد تصفیه مکانیکی و شیمیایی قرار می گیرد. حذف لیگنین به منظور تسهیل در جداسازی الیاف سلولز و همی سلولز و بهبود خواص الیاف به منظور تولید کاغذ انجام می شود. رنگبری یک فرآیند چند مرحله ای برای سفید کردن و جلادهی خمیر است. این کار از طریق حذف باقیمانده لیگنین از خمیر کاغذ انجام می شود. عملیات تولید خمیر و رنگبری یکی از واحدهای پرمصرف از نظر انرژی ، آب و مواد شیمیایی هستند. مواد شیمیایی بکار رفته در این عملیات شامل هیدروکسید سدیم، کربنات سدیم، سولفید سدیم، بی سولفیت ها، کلر یا دی اکسید کلر، اکسید کلسیم، اسیدکلریدریک و غیره هستند.
فاضلاب تولیدی در این کارخانجات، مشکلات زیر را ایجاد می کند:
- لیگنین و محصولات ناشی از تجزیه آن تولید رنگ قهوه ای تیره در آبهای پذیرنده می کنند که باعث کاهش میزان نور خورشید به درون آب و تحت تاثیر قرار گرفتن زندگی موجودات کف زی می گردد. همچنین وجود رنگ باعث ایجاد نازیبایی در آب می شود.
- مقادیر بالای مواد آلی باعث افزایش BOD و کاهش اکسیژن محلول موجود در اکوسیستم های آبی پذیرنده می گردند.
- حضور آلاینده های مقاوم با قابلیت تجمع زیستی و سمی در اینگونه فاضلاب ها
- افزایش بار ترکیبات آلی هالوژنه قابل جذب در اکوسیستم های پذیرنده فاضلاب
- امکان انتقال ترکیبات AOX به نقاط دور دست دریاها
- انتقال آلاینده ها به سایر اجزای محیط مثل تبخیر ترکیبات آلی به درون هوا و یا جذب ترکیبات آلی کلرینه به ذرات معلق فاضلاب و لجن
- پسماندهای جامد مهم کارخانجات کاغذ سازی و مقواسازی شامل پوست درخت، الیاف نامطلوب، لجن تصفیه خانه فاضلاب، لجن اسکرابرها، گل آهک، رسوبات مایع سبز و خاکستر کوره ها و بویلرها هستند. عمده پسماندهای جامد در طی فرآیند تصفیه فاضلاب تولید می گردند. دفع لجن یکی از معضلات مهم زیستی محیطی این کارخانجات است، زیرا ترکیبات آلی کلرینه موجود در فاضلاب وارد جامدات می گردند.
- مقدار آلودگی و سمیت به مواد خام مصرفی، روش تولید خمیر و فرآیند رنگبری بستگی دارد. حجم فاضلاب تولیدی، با توجه به نوع مواد خام مصرفی، فرآیند تولید و ظرفیت کارخانه از صفر تا 400 مترمکعب به ازای هر تن خمیر تولیدی متغیر است. بنابراین، خصوصیات کیفی و کمی فاضلاب تولیدی در این گونه کارخانجات از کارخانه ای به کارخانه دیگر متغیر است.
ماهیت و ترکیب مواد خام بکار رفته در کارخانجات کاغذ سازی و مقواسازی
صنایع کاغذ سازی و مقواسازی سه نوع مواد خام به نام های چوب سخت، چوب نرم و منابع الیاف غیرچوبی ( از قبیل ساقه گیاهان، باگاس، بامبو) را مورد استفاده قرار می دهند. چوبهای سخت ( مثل بلوط، افرا ، توس) از درختان دارای برگ ریزان هستند. چوبهای نرم ( مانند انواع کاج، صنوبر، سرو ) از درختان همیشه سبز خانواده مخروطیان بدست می آیند.
لیگنین ها دارای ساختمان نامشخص، فضایی نامنظم، غیر محلول در آب، غیرقابل هیدرولیز و بسیار مقاوم به تجزیه می باشد. این پلیمرها نسبت به تجزیه بیولوژیکی مقاوم می باشند و به خاطر مقاومت بالا، حفاظت گیاهان در مقابل عوامل فیزیکی و فشارهای محیطی را برعهده دارند.
فرآیند تولید خمیر
مراحل تولید خمیر شامل پوست کندن درخت، ریز کردن چوب، شستشوی تراشه های چوب، ساییدن یا هضم تراشه ها، صاف کردن خمیر، تغلیظ و شستشو هستند.
فرآیندهای تولید خمیر:
- فرآیندهای مکانیکی
- فرآیندهای شیمیایی
بطور معمول محدودیت هایی در خصوص شاخص های آلودگی مثل BOD، COD ، TSS و غیره وجود دارند. اما با توجه به ترکیبات آلی کلرینه که دارای اثرات زیانبار روی فرآیندهای بیولوژیکی هستند، قوانین سختگیرانه ای در مورد این گروه از صنایع تدوین شده است. صنایع کاغذ سازی و مقواسازی جهت دفع پساب تولیدی خود به محیط زیست با یک چالش روبه رو هستند. اینگونه صنایع نه تنها بایستی جامدات معلق و BOD پساب تولیدی را کاهش دهند، بلکه بایستی کل رنگ و AOX را نیز قبل از دفع پساب به محیط زیست کنترل نمایند. در سالهای اخیر، این دو رویکرد با درجه اهمیت برابر مطرح شده و صنایع بایستی در تخلیه پساب تولیدی به محیط زیست این استاندارهای تدوین شده را رعایت نمایند.
توليد خمير به روش مكانيكي
توليد خمير از تنه درخت در اين روش گرده هاي چوب توسط يك خرد كننده دوار، به قطعات ريز تبديل شده و با فشـار مكـانيكي لـه مي گردند كه خمير توليدي داراي كيفيت پاييني است. در طي اين فرايند ليگنين حذف نمي گردد.
بنابراين خمير و كاغذ توليدي تيره رنگ است. پالايش مكانيكي خمير تراشه هاي چوب از ميان يك شيار باريك بين دو ديسك فولادي كه داراي صفحات ثابت يا متحرك دندانه دار هستند، عبور نموده و پالايش مي گردند. اين فرايند باعث جداشدن مكانيكي الياف مي شـود. كيفيـت خميـر بـه دست آمده در اين روش بهتر از خمير حاصل از له كردن تنه درخت است.
توليد خمير به روش حرارتي – مكانيكي
تراشه هاي چوب قبل از عبور از ديسك هاي پالايش كننده، توسط بخار آب مورد پيش گرمايش قرار مي گيرند. گرم كردن به منظور نرم كردن بخش ليگنين چوب و تسهيل در جداسازي الياف انجام مي شود. اين نـوع خميـر كاغذ مقاوم تر از نوع به دست آمده از تنه درختان است.
فرايندهاي رنگبري خمير
حدود% 10 – %5 ليگنين موجود در مواد خام قابل حذف نيست. حذف اين مقدار ليگنين باقيمانده، به سلولز موجود در بافت گياهي آسيب اساسي وارد مي گردد. جهت حذف ليگنين باقيمانده كه عامل سـياه شـدن خميـراست، به يك سري مراحل رنگ بري شيميايي نياز است .
رنگبري خمير طي مراحل تصفيه مختلف و با استفاده از مواد شيميايي گوناگوني صورت مي گيرد. اين مراحل شامل تصفيه با كلـر ،تصـفيه بـا قلياهـا ،تصفيه با دي اكسيدكلر ،تصفيه با قلياها و استفاده از دي اكسيدكلر هسـتند. وارد كردن محلول غليظ حاوي خمير كاغذ و تزريق گاز كلر به ميـزان 60-70 Kg به ازاي هر تن خمير در درجه حرارت 30-15 در 2-5pH1 است.
محلول غليظ خميركاغذ كلرزني شـده، با قليا مورد تصفيه قرار مي گيرد )40kg-30 به ازاي هر تن خمير(در ايـن مرحلـه درجـه حـرارت 60 – 55 و11-10 pH است. جهت شفاف تر شدن كاغذ، يك مرحله اختياري تصفيه باهيپوكلريت بين مراحـل بالا اضافه مي گردد. در طي مرحله رنگ بـري متـداول تقريبـاً 70 kg ازهـر تـن خميـر در محلـول رنگ بـري حـل مي گردد.
تكنولوژي هاي جديد رنگبري خمير
در حال استفاده از كلر عنصري در رنگبري خمير كاغذ، در بسياري از كشورها رو به كـاهش اسـت. زيـرا ايـن عنصر با تركيبات آلي موجود در پساب واكنش داده و تركيبات آلي كلرينه بوجود مي آيند كه براي موجودات زنده زيان آور هستند. استانداردهاي زيست محيطي تدوين شده در بسياري از كشورها حد مجاز دفع اينگونه آلاينده ها به آب هاي پذيرنده را بسيار محدود كرده است. بيشتر كشورها مقادير مجاز توليد AOX را در دامنـه 0/3-2 Kg بـه ازاي هر تن خمير كاغذ تعيين كرده اند.
راهكارهاي كنترل آلودگي
در صنايع كاغذ و چوب بطور معمول محدوديت هايي در خصوص شاخص هاي آلودگي مثل BOD5 ،COD ،TSS و غيره وجود دارند. اما با توجه به تركيبات آلي كلرينه كه داراي اثرات زيان بار روي فرايندهاي بيولوژيكي هستند، قوانين سختگيرانه اي در مورد اين گروه از صنايع تدوين شده است. صنايع كاغذ و چوب جهت دفع پساب توليدي خود به محيط زيست با يك چالش روبه رو هستند.
اينگونه صنايع نه تنها بايستي جامدات معلق و BOD پساب توليدي را كاهش دهند، بلكه بايستي كل رنگ و AOX را نيز قبل از دفع پساب به محيط زيست كنترل نمايند. در سال هاي اخير، ايـن دو رويكرد با درجه اهميت برابر مطرح شده و صـنايع بايسـتي در تخليـه پسـاب توليـدي بـه محـيط زيسـت ايـن استانداردهاي تدوين شده را رعايت نمايند.
كاهش آلودگي از طريق اصلاح فرايند كارخانه
تكنولوژيهاي توليد خمير غير متعارف
بعضي از صنايع توليد كاغذ فنون جديد توليد خمير را جايگزين روش هاي متداول پخت چوب كرده اند. بعضي از اين تكنولوژي ها در حال حاضر اقتصادي نيستند
-
استفاده از حلال هاي آلي براي توليد خمير
حلال هاي آلي مثل متانول، اتانول و ساير الكل ها براي توليد خمير كاغذ بكار مـي رونـد.ايـن فراينـد در مقيـاس كوچك و متوسط اقتصادي بوده و از نظر بازيافت مواد قابل توجيه هستند. بـا اين حـال بايسـتي توليـد خميـر در ظروف سربسته انجام شود تا از تبخير حلال ها جلوگيري گرديده و محيط ايمني براي كـارگران فـراهم گـردد. بـه علاوه، در بعضي از اين فرايندها، مصرف انرژي نسبت به فرايندهاي متعارف بالاتر است. مزاياي اصلي اين فرايندها عبارت از حذف تركيبات گوگرد دار بدبو از پساب و هواهستند.
-
توليد خمير ازاسيد
با مصرف اسيد استيك و در فشارهاي بسيار پايين تر از مقادير بكار رفته در فرايند توليد خمير به روش كرافت، تراشه هاي چوب به خمير تبديل مي گردند. از معايب اين فرايند مي توان به هدر رفتن اسيد اشـاره كـرد،هرچنـد امكان بازيافت اسيد با استفاده از فرايند تقطير وجود دارد. اما انرژي مصرفي اين فرايند بسيار بالا است.
-
توليد خمير به روشهاي زيستي
اين فرايند از ميكروارگانيسم ها و آنزيم هاي ميكروبي از قبيل زايلنازها، پكتينازها، سلولازها،همـي سـلولازها و ليگنازها يا تركيبي از آنها براي توليد خمير الياف هرباسئوس و بهبـود خـواص خميـر مشـتق از چـوب اسـتفاده مي كنند.
پيش تصفيه تراشه هاي چوب با استفاده از ليپاز، مشكلات ناشي از ترشح مواد روغني در طي مراحل توليد خمير را كاهش داده و آنزيم هاي موجود در محيط باعث تجزيه اسيدهاي چرب و موم ها مي شود. اين كار باعث بهبود خواص بافت كاغذ مي گردد. اين روش جديد كه در آن از ميكروارگانيسـم هـا يـا آنـزيم هـاي ميكروبي براي كاهش ميزان مصرف مواد شيميايي در صنايع چوب و كاغـذ اسـتفاده مـي شـود، بـه روش توليـد زيستي خمير معروف است. توليد زيستي خمير به دليل دارا بودن مزاياي زير در صنايع كاغذ و چوب بسيار مورد توجه قرار گرفته است
- كاهش ميزان مصرف انرژي و مواد شيميايي مصرفي به ازاي مقدار كاغذ توليدي. بنابراين فرايند مـذكور بـه لحاظ اقتصادي مقرون به صرفه بوده و براي كارخانجات متوسط و كوچك قابليت كاربرد بيشتري دارد؛
- كاهش بار آلودگي به دليل كاهش استفاده از مواد شيميايي؛
- مقدار و خواص خمير به دست آمده با خمير حاصل از فرايندهاي متداول برابري مي كند. حتي در بعضـي از موارد داراي كيفيت بهتري است؛
- الياف غير چوب در مقايسه با چوب، نسبت به فرايندهاي توليد خمير با آنزيم بهتر واكنش نشان مي دهند كه احتمالاً به دليل پايين تر بودن مقدار ليگنين موجود در آنها و ضعيف تر بودن پيوند بـين همـي سـلولز -ليگنـين است. اين شرايط براي كشورهاي در حال توسعه كه با مشكل كاهش سطح جنگل ها مواجه اند، يك مزيت بـزرگ مي باشد.
توليد خمير توسط فرايندهاي نيمه شيميايي
تراشه هاي چوب در محلول هاي شيميايي ملايم فراوري شده و وارد پالايش كننده هاي مكانيكي حاوي ديسـك مي شوند. اين مايعات خمير ساز بسيار متنوع هستند. بعضي از آنها عبارت ازهيدروكسيد سديم، سولفيت قليايي (سولفيت سديم + كربناتسديم)، مخلوطي ازهيدروكسيد سديم و كربنات سديم، مايعات سبز و يا سفيد كرافت هستند. محلول سولفيت سديم / كربناتسديم بطورگسترده اي در توليد خمير بكار مي روند. بنابراين محصول خمير به دست آمده به عنوان خمير نيمه شيميايي سولفيت خنثي معروف است.
توليد خمير به روش شيميايي – حرارتي – مكانيكي
اين فرايند شامل تصفيه شيميايي ملايم تراشه هاي چوب در محلول هاي هيدروكسيد سـديم يـا بـي سـولفيت سديم، بعد يا همزمان با گرم كردن چوب با بخار آب است. سپس تراشه هايي كـه مـورد تصـفيه شـيميايي قـرار گرفته اند، از ميان ديسك هاي پالايش كننده مكانيكي عبور داده مي شوند.
توليد خمير به روش هاي شيميايي
توليد خمير چوب به روش شيميايي عموماً طبق فرايندهاي كرافت (سولفات) يا سولفيت انجام مي شود.
تركيبات موجود درمايعات حاصل ازتوليد خمير كاغذ
1-مايعات حاصل ازتوليد خمير به روش كرافت (مايعات سياه)
در طي فرايند توليد خمير به روش كرافت حدود 95 – %90 %ليگنين در محلول هـا حـل شـده و مخلـوطي از اوليگومرهاي ليگنين را بوجود مي آورد كه در توليد رنگ قهوه اي تيره و بار آلـودگي پسـاب خميـر سـازي نقـش مهمي دارند.
اوليگومرهاي ليگنين موجود در مايعات دفعي واحد خميرسازي، به اسيدهاي فنيـل پروپانوئيـك بـا وزن مولكولي پايين و يا اسيدهاي آروماتيك متوكسيله ياهيدروكسيله تجزيه مي گردند. عـلاوه بـر ايـن سـلولز و همي سلولزها كه به مواد قليايي حساس هستند نيز در طي فرايند توليد خمير به شكل محلول در مي آيند
مايعات سياه كه از فرايند توليد خمير كرافت توليـد مـي گردنـد، داراي اثـرات زيان بـاري روي تأسيسـات تصـفيه بيولوژيكي فاضلاب و حيات آبزيان هستند. در اين فرايند، انتشار گوگرد احياء شده و ساير آلاينده هاي خطرنـاك نيز از عوامل آلودگي هواي منطقه محسوب مي گردند.
محلول هاي سياه معمولاً حاوي تركيبات زيرهستند:
- تركيبات حاصل از تجزيه ليگنين داراي ماهيت پلي آروماتيك؛
- اسيدهاي ساكاريدي ناشي از تجزيه كربوهيدرات ها؛
- مواد قابل استخراج با حلال ها مثل اسيدهاي چرب و اسيدهاي رزين؛
- اسيدهاي آلي با وزن مولكولي پايين
خصوصيات مايعات توليدي، با توجه به نوع مواد خام مصرفي متغير است. مواد معدني موجود در مايع سياه شامل هيدروكسيد سديم، سولفات سديم، تيوسولفات سديم، سولفيد سديم، كربنات سديم و كلرور سديم هستند.
2-محلول هاي حاصل ازتوليد خمير با استفاده از سولفيت (مايعات قرمز)
بطور كلي محلول هاي دفعي بر پايه آمونياك داراي BOD5 ،COD و مواد آلي محلول بالاتري هستند و در مقايسه با محلول هاي با پايه سديم، كلسيم يا منيزيـوم سـميت بيشـتري دارنـد
سميت بالاتر ناشي از تركيبات آمونياكي موجود در محلول هاي مصرفي است. محلول هاي دفعي حـاوي سـولفيت معمولاً داراي COD حدود g/l220-120 هستند. حدود 60-%50 %ايـن COD مربـوط بـه ليگنوسـولفونات هـا است.
پساب حـاوي سـولفيت كـه در واحـدهاي تبريـد بخـار توليـد مـي گـردد، حـاوي COD در محـدوده 50000 mg/l 7500 است. تركيبات اصلي اين محلول هاي غلـيظ شـامل اسيداسـتيك ( 60-%30 %از COD (و متانول (25%ـ10 %از COD (هستند.
معمولاً 90- %50 %از COD ،قابليت تجزيه پذيري زيستي بي هوازي دارد. تركيبات گوگرد از مهم ترين تركيبات ممانعت كننده از فعاليت متان زايي هستند.
تصفیه فاضلاب کارتن سازی و مقواسازی
با انجام اصلاحات در فرايند توليد كارخانه و بكارگيري تكنولوژي هاي حـذف آلـودگي مـي تـوان بـار آلـودگي فاضلاب توليدي را كاهش داد. با اين حال اين رويكرد قادر به حذف كامل پسماند توليدي نيست. براي دستيابي به استانداردهاي تخليه پساب به محيط زيست، بايستي از تكنولوژي هاي تصفيه فاضلاب استفاده نمود.
از آلاينده هاي شاخص مي توان به رنگ، AOX ،BOD ،COD و غيره اشاره كرد. ارزيابي كيفيت اكوسيستم هاي پذيرنده اينگونه پساب ها و ارزيابي هاي دورهاي خطرات اكولوژيكي براي اطمينان از راندمان روش هاي مختلف تصفيه لازم است.
متداول ترين واحدهاي فرايندي مورد استفاده در تصفيه فاضلاب كارخانجات كاغـذ و چـوب در مراحـل تصـفيه مقدماتي، اوليه، ثانويه و پيشرفته است. تكنولوژي هاي فرايندي كه در حال حاضر در تصفيه اينگونه فاضلاب ها بكار مي روند، را مي توان به روش هاي تصفيه فيزيكوشيميايي و بيولوژيكي طبقـه بنـدي كرد. اين تكنولوژي ها در زير مورد بحث قرار مي گيرند.
برای دستیابی به استاندارهای تخلیه پساب به محیط زیست، بایستی از تکنولوژی های تصفیه فاضلاب استفاده نمود. تکنولوژی های فرآیندی که در حال حاضر در تصفیه اینگونه فاضلابها بکار می روند، را می توان به روشهای تصفیه فیزیکیو شیمیایی و بیولوژیکی طبقه بندی کرد.
فرآیندهای فیزیکو شیمیایی
اين روش بر پايه اضافه كردن نمك هاي فلزات براي تبديل ذرات ريز به لخته هاي درشت تر اسـت، بطـوري كـه اين ذرات به راحتي قابل ته نشين شدن باشند. راندمان اين فرايند به طبيعت عامل انعقاد، مقدار منعقـد كننـده مصرفي، pH ،شدت يوني و طبيعت و غلظت تركيبات معلق موجود در فاضلاب بستگي دارد.
بخش آلي با قابليت تجزيه پذيري زيستي ضعيف فاضلاب كاغذ و چـوب، حـاوي تركيبـات آب گريـز و قطبـي، اسـيدهاي صـمغي، اسيدهاي چرب با زنجيره بلند، اسيدهاي آروماتيك و فنل ها، ليگنين و ترپن ها است. تقريباً همـه ايـن تركيبـات سمي، توسط فرايند انعقاد و لخته سازي با استفاده از نمك هاي كلريد و سولفات Fe و Al بـه ميـزان زيـادي حذف مي گردند.
تكنولوژيهاي جداسازي غشايي
فرايندهاي غشايي برپايه مكانيسم هاي زير بهره برداري مي گردند:
- مكانيسم هاي برپايه فشاركه شامل اسمزمعكوسRO، اولترافيلتراسيون UFو نانوفيلتراسيون NFهستند؛
- مكانيسم هاي برپايه غلظت كه شامل نفوذ دياليزي، نفوذ بخار و جداسازي گازهستند؛
- مكانيسم بر پايه الكتريسيته كه شامل الكترودياليز است؛
- مكانيسم بر پايه اختلاف درجه حرارت كه شامل تقطير غشايي است.
فيلتراسيون غشايي (RO,NF,UF) تكنولوژي مناسبي براي حـذف همزمـان رنـگ، COD ،AOX ،نمك هـا، فلزات سنگين و كل جامدات محلول (TDS )از فاضلاب صنعت چوب و كاغذ است. پساب توليدي در ايـن روش تصفيه، پساب توليدي داراي كيفيت بسيار بالايي بوده و قابل بازچرخش در خط توليد يا تخليه به محيط زيست است. امكان توليد پساب باكيفيت بسيار بالا (فاقد جامدات) از جنبه هاي بسيار جذاب اين فرايند است.
يكي از مزاياي برجسته تكنولوژي هاي غشايي، امكان استفاده از آنها در تصفيه اوليه، ثانويه يا پيشرفته فاضلاب است. بعضي غشاها توانايي تحمل غلظت هاي بالاي جامدات معلق را دارند. بدين ترتيب امكان استفاده از اين غشاها براي جداسازي جامدات معلق مايع مخلوط (MLSS )در لجن فعال وجـود دارد و مـي تـوان حـوض تـه نشـيني متداول را حذف نمود(بيوراكتورغشايي)
متغيرهاي كليدي عبارت از اندازه منافذ غشاها، فشار وارده به غشاها، سرعت عبـور جريـان از غشـاها، درجـه حرارت و جريان معكوس مي باشند. از معايب اصلي غشاها مي توان به هزينه سرمايه گذاري و بهره برداري، تجمع مواد در سطح غشاء و كاهش عملكرد آن، گرفتگي غشاء و نياز به پيش تصفيه قبل از تصفيه با غشا اشاره كرد.
انعقاد شيميايي وترسيب
اين روش بر پايه اضافه كردن نمك هاي فلزات براي تبديل ذرات ريز به لخته هاي درشت تر اسـت، بطـوري كـه اين ذرات به راحتي قابل ته نشين شدن باشند. راندمان اين فرايند به طبيعت عامل انعقاد، مقدار منعقـد كننـده مصرفي، pH ،شدت يوني و طبيعت و غلظت تركيبات معلق موجود در فاضلاب بستگي دارد.
بخش آلي با قابليت تجزيه پذيري زيستي ضعيف فاضلاب كاغذ و چـوب، حـاوي تركيبـات آب گريـز و قطبـي، اسـيدهاي صـمغي، اسيدهاي چرب با زنجيره بلند، اسيدهاي آروماتيك و فنل ها، ليگنين و ترپن ها است. تقريباً همـه ايـن تركيبـات سمي، توسط فرايند انعقاد و لخته سازي با استفاده از نمك هاي كلريد و سولفات Fe و Al بـه ميـزان زيـادي حذف مي گردند.
بطور معمول، ايـن كـاتيون هـاي سـه ظرفيتـي در pH اسـيدي در محلـول بـاقي مـي ماننـد و هيدروكسيدهاي فلزي را به وجود مي آورند. اما در pH بالاتر به سرعت به يكديگر چسبيده و لختـه هـاي درشـت ايجـاد مـي كننـد. اتصـال هيـدروژني، واكنش هاي متقابـل الكترواسـتاتيكي و سـطحي (جـذب سـطحي ) بـين هيدروكسيدهاي فلزي و آنيون هاي آلي (حاوي گروه هـاي هيدروكسـيل و كربوكسـيل) منجـر بـه شـكل گيـري تركيبات آلي هيدروكسيدي قابل ته نشيني مي گردد.
تركيبات آلي محلول نيز با جذب سطحي فيزيكي روي لخته ها حذف مي گردند. ترسيب شيميايي فاضلاب ناشي از كارخانجات كاغذ و چـوب توسـط آلوم، كلرورفريك، سولفات فرو، هيدروكسيد منيزيوم، پليمرها و آلوم همراه با آهك را براي تصفيه اين فاضلاب قابل استفاده است.
معايب بزرگ انعقاد و ترسيب توليد لجن شيميايي است كه نياز به تصفيه تكميلي دارد. درصـورتي كـه لجـن توليدي تصفيه نگردد، مواد سمي در محيط زيست انتشار خواهند يافت.
فرايندهاي اكسيداسيون پيشرفته
تخريب آلاينده هاي رنگي و غيررنگي در فاضلاب صنايع كاغذ و چوب، بـا اسـتفاده از روش هاي اكسيداسـيون پيشرفته مثل كاتاليز نوري، اكسيداسيون نوري با استفاده از سيستمهاي H2O2 / UV يـا UV / O3 قابـل انجـام است.
مزاياي انواع فرايندهاي اكسيداسيون پيشرفته شامل تجزيه غير انتخابي، تخريب سريع آلاينده ها، عدم وجـود باقيمانده پس از واكنش و بهبود تجزيه پذيري زيستي پساب توليدي هستند. بعضي از معايـب آنهـا، نيمـه عمـر كوتاه واكنش گرها وهزينه بالاي توليد اين اكسيدان ها مي باشند.
فرآیندهای بیولوژیکی
متداول ترین سیستم های تصفیه بیولوژیکی تصفیه فاضلاب صنایع کاغذ سازی و مقواسازی عبارت است از انواع سیستم های لجن فعال، لاگون هوادهی و راکتورهای بی هوازی هستند. توالی سیستم های هوازی بی هوازی ( و برعکس ) که برای تصفیه فاضلاب های پیچیده صنایع چوب و کاغذ بکار می روند، با توجه به نوع آلاینده های موجود در فاضلاب و درجه تصفیه مورد نظر تعیین می گردد.
فرايند لجن فعال
اين سيستم تصفيه بيولوژيكي هوازي معمولاً شامل يك حـوض هـوادهي اخـتلاط كامـل (بـراي فاضـلاب هاي صنعتي) به همراه يك زلال ساز ثانويه است كه براي كاهش COD ،BOD ،TSS و AOX از فاضلاب صنايع كاغذ و چوب بكار مي رود. اكسيژن لازم براي ميكروارگانيسم هاي هوازي از طريق هـوادهي يـا اكسـيژن دهـي خـالص تأمين مي گردد. به نظر مـي رسـد كـه تبـديل بيولـوژيكي و تجزيه بيولوژيكي از مهم ترين مكانيسم هاي كاهش غلظت AOX هستند. پارامتر كليدي بهره بـرداري نيـز زمـان ماند هيدروليكي (HRT )است.
كنترل مواد مغذي، هوادهي، نرخ بارگذاري كم، و احداث حوض هاي متعادل سازي و خنثي سازي از پارامترهاي كليدي در بهره برداري موفقيت آميز از فرايند بوده اند.
همه تصفيه خانه هاي فاضلاب كارخانجـات كاغذ و چوب به تزريق مواد مغذي ازت و فسفر نياز داشتند.
- دو مشكل اصلي كه در تصفيه فاضلاب صنايع كاغذ و چوب به روش لجن فعال با آن روبه وهستيم عبارتند از: غلظت نيتروژن و فسفر براي فعال نگه داشتن ميكروارگانيسم ها در يك تصـفيه خانـه فاضـلاب حيـاتي است.
- رشد ميكروارگانيسم هاي رشته اي يا شكل گيري لخته هاي نوك سوزني داراي اثرات منفي در ته نشيني لجن دارند و باعث كاهش كيفيت پساب خروجي مي شوند.
مشكل كمبود مواد مغذي از طريق افزودن متناوب مواد مغذي در حد غلظت مطلوب صورت مي گيرد. يكي از معايب افزودن مواد مغذي، نياز به پايش مداوم N و P در پساب خروجي قبل از ورود به محيط زيست است. زيـرا در صورت ورود اين دو تركيب به محيط، باعث اثرات نامطلوب مثل اوتريفيكاسيون در آب هاي پذيرنده مي شـود. از راه هاي كنترل ورود اين دو تركيب به آب هاي پذيرنده مي توان به بكارگيري باكتري هاي تثبيت كننده اين دو تركيب و يا اضافه كردن تركيبات جامد حاوي ازت و فسفر با درجه حلاليت پايين اشاره نمود.
لاگون هاي هوادهي
لاگون هاي هوادهي از سيستم هاي تصفيه بيولوژيكي كم هزينه هستند. از مزاياي لاگون هاي هوادهي توليد لجن كمتر و نياز به انرژي پايين هستند. اين سيستم ها به دليل كم هزينه بودن وسادگي در بهـره برداري، استفاده از اين سيستم ها جهت تصفيه فاضلاب صنايع كاغذ و چوب در حال افزايش است. لاگـون هـاي هوادهي مخازني خاكي با عمق m 6-2 هستند. اين مخازن داراي شيب ديواره مناسبي بـوده و معمـولاً اكسـيژن رساني در آنها توسط هواده مكانيكي صورت مي گيرد.
در اين راكتورها، اختلاط توده سلولي معلـق و زمـان ماند هيدروليكي (HRT )پايين از رشد جلبك ها جلوگيري مي نمايد. لاگون هاي هوادهي بر اساس درجـه اخـتلاط طبقه بندي مي گردند. يك لاگون اختلاط كامل شبيه فرايند لجن فعال است، بطوري كه اختلاط مؤثر باعث تأمين غلظت اكسيژن در حد مورد نياز فرايند و معلق نگه داشتن توده سلولي مي گردد.
فرايندهاي تصفيه بي هوازي
فرايندهاي تصفيه بي هوازي طي قرن هاي متمادي براي تثبيت لجن فاضلاب خانگي بكار رفته است. استفاده از اين فرايند براي تصفيه فاضلاب صنعتي قوي با ابداع و توسعه راكتورهاي بي هوازي نرخ بالا آغاز شد.
در حال حاضر دامنه وسيعي از راكتورهاي جديد شامل سيستم هاي رشد معلق و رشد چسبيده و يا راكتورهـاي تركيبـي (هيبريدي) با زمان ماندهاي هيدروليكي و سلولي متفاوت در هضم لجن بكار مي روند. ماندگاري توده زيسـتي از طريق ته نشيني لخته ها يا گرانول هاي ميكروبي، استفاده از اشكال هندسي خاص در ساخت راكتور بطـوري كـه لجن را در سيستم نگه دارند يا استفاده از مواد پركننده جامد جهت نگهداري ميكروارگانيسـم هـا در سـطح آنهـا صورت مي گيرد
اشـكال مختلـف راكتورهـاي زيستي كه براي تصفيه فاضلاب هاي صنعتي بكار مي روند شامل انواع زير است:
الف) راكتور بستر لجن بي هوازي با جريان رو به بالا (UASB)؛
ب) تماس بي هوازي (AC)؛
ج) فيلتر بي هوازي (AF)؛
د) سيستم هيبريدي (AF/UASB)؛
هـ ) بستر لجن گرانولي گسترده (EGSB)؛
و) بستر شناور (FB)؛
ز) رشد چسبيده ثابت با جريان رو به پايين (DSFF)؛
ح) لاگونهاي بي هوازي.
استفاده از راكتورهاي زيستي بي هوازي درفاضلاب صنايع كاغذ و چوب
انتخاب نوع راكتور و فرايند تصفيه به عوامل مختلفي بستگي دارد. به دليل بار آلي بالاي فاضلاب صنايع كاغذ و چوب و امكان تجزيه بي هوازي محتواي آلي آنها جهت توليد بيوگاز، فرايند ترجيحي تصفيه اينگونه فاضـلاب ها، بي هوازي مي باشد. علاوه بر اين، ميكروارگانيسم هاي بي هوازي در مقايسـه بـا ميكروارگانيسـم هـاي هـوازي در هالوژن زدايي و تجزيه تركيبات آلي كلرينه مؤثر هستند.
عوامل ديگري مثل هزينه سـرمايه گـذاري پـايين تـر و محدوديت زمين در اغلب موارد، منجر به انتخاب راكتورهايي مي گردد كه بارگـذاري هيـدروليكي و آلـي بـالا را تحمل نموده و دچار حداقل مشكلات بهره برداري مي گردند. با اين حال ارزيابي مطلوبيت يك فرايند بي هوازي و ارزيابي سيستماتيك شكل هندسي راكتور، قبل از ساخت و استفاده از آن ضروري است. زيرا فاضـلاب هاي صـنايع كاغذ و چوب داراي ماهيت ناهمگون و پيچيده اي هستند.
سيستم هاي تصفيه بي هوازي – هوازي متوالي
راكتورهاي بيولوژيكي داراي دو فاز بي هوازي و هوازي را مي توان براي سميت زدايي از فاضلاب صنايع كاغذ و چوب بكار برد. اين راكتورها در تصفيه اينگونه فاضلاب ها داراي رانـدمان بـالايي هسـتند. سـميت زدايـي در ايـن راكتورها از طريق فرايندهاي زير صورت ميگيرد:
- كاهش مواد آلي قابل تجزيه بيولوژيكي در شرايط بي هوازي وهوازي؛
- تبديل و تجزيه احتمالي تركيبات آلي كلرينه از طريق هالوژن زدايي احيايي و متعاقباً متابوليسـم هـوازي اين تركيبات؛
- متابوليسم هوازي تركيبات قابل استخراج مثل اسيد رزين از طريق واكنش هاي هيدروكسيلاسيون
گروه ديگري از محققين فاضلاب واحد سفيدگري خمير كاغذ كرافت را در يك راكتور بستر شناور بي هوازي و پس از آن يك صافي چكنده هوازي مورد تصفيه قرار دادند. اين فرايند تصـفيه تلفيقـي، 65 %از AOX و 75 %از تركيبات كلرينه فنلي را حذف نمود. راكتور بي هوازي در كلرزدايي مؤثر است.
درنتيجه بخش عمده سميت حذف گرديده و قابليت تجزيه بيولوژيكي در راكتور هوازي، در زمان ماند هاي كوتاه تر، بهبـود مـي يافـت.
تصفیه فاضلاب کاغذسازی و تصفیه فاضلاب مقواسازی به روش انعقاد الکتریکی
