Ape Uzate din Industria Celulozei

Capitolul 1.Considerente generale privind apele uzate din industria celulozei şi hârtiei

În ultimile decenii, fabricarea celulozei a cunoscut o dezvoltare impetuoasă, determinată de creşterea intensă a consumului de hârtie şi de fibre artificiale. Celuloza este un produs tehnic deosebit de valoros care se obţine din ţesuturile vegetale prin diferite tratamente chimice; ea constituie materia de bază folosită la fabricarea hârtiei, cartoanelor şi a fibrelor sintetice.

În prezent, industria de celuloză prelucrează, pe lângă lemnul de răşinoase cantităţi însemnate de lemn de foioase şi plante anuale. Principalele procedee de fabricare a celulozei sunt procedeul sulfit şi procedeul sulfat, determinate de agentul de fierbere.

În procedeul sulfit celuloza se obţine prin fierberea lemnului în mediu acid de bisulfit de calciu la presiuni şi temperaturi înalte.

În procedeul sulfat fierberea lemnului se face în hidroxid de sodiu cu adaos de sulfură de sodiu pentru a compensa pierderile de substanţe chimice.

Din procesul de fabricare a celulozei rezultă cantităţi însemnate de ape uzate care variază, în general, funcţie de procedeul de dezincrustare a lemnului, de metodele de spălare şi albire, de gradul de recirculate a unor categorii de ape uzate.

Efluentul total al unei fabrici de celuloză sufat are următoarele caracteristici medii:

- aspect : tulbure

- culoare : brună

- miros : de mercaptan

- pH : 7-9

- solide în suspensie : 800-1200 mg/l

- reziduu fix : 2000-3000 mg/l

- CBO5 : 200-350 mg/l

- CCO : 800-1500 mg/l

Principalele categorii de ape uzate rezultate de la fabricarea celulozei sulfat sunt: soluţii reziduale(leşii), ape uzate cu fibre, mercaptani, alcool metilic, formaldehidă.

Apele uzate care se scurg de la spălarea celulozei după separarea leşiilor de fierbere, datorită conţinutului lor mare în substanţe organice intră uşor în fermentaţie şi prin deversarea lor în emisar conduc la colorarea apelor acestuia, la scăderea capacităţii de reaerare datorită spumei ce o formează la suprafaţa apei şi la dezvoltarea unor colonii de bacterii care cad la fund şi apoi intră în putrefacţie. Leşiile sulfat au acţiune toxică asupra peştilor, chiar şi diluate au sunt letale pentru peşti.

Evacuarea în receptor a nămolurilor de la caustificare poate provoca mari neplăceri, deoarece prin depunerea lor pe fundul albiei, în amestec cu fibrele de celuloză, distrung flora şi fauna de fund.

Aple uzate de la fabricile de hârtie sunt impurificate cu fibre celulozice şi coloizi de la operaţiile de umplere şi încleiere a hârtiei, precum şi cu substanţe dizolvate de la albire şi colorare.

Apele uzate de la fabricarea hârtiei au o influenţă dăunătoare asupra apelor emisarului şi a folosinţelor din aval, datorită conţinutului ridicat în substanţe în suspensie. Suspensiile fine provenite din materialele de umplere a hârtiei dau apelor o culoare alburie opalescentă, greu de eliminat în cazul tratării apei pentru alimentări cu apă. De asemenea resturile de coloranţi folosiţi la fabricarea hârtiilor colorate pot imprima apelor emisarului coloraţii care sa perturbe fenomenele de fotosinteză şi, ca urmare dezvoltarea florei şi a proceselor de autoepurare în receptori.

Trebuie acordată atenţie recuperării la maximum a materiilor valoroase din apele uzate şi reintroducerii acestora, pe cât posibil, în procesul tehnologic, în vederea reducerii cantităţilor totale de ape uzate şi materii reziduale evacuate la canal. În acest fel, pe lângă reducerea consumurilor de materiale se obţine şi reducerea cheltuielilor necesare pentru epurarea apelor uzate înainte de evacuarea lor în receptor.

Colectarea apelor uzate de la secţii, după recuperarea materialelor valoroase, este indicat să se facă în sistem separativ, prin canale separate pentru: apele uzate industriale de la fierbere, spălare, sortare, albire; apele de răcire, apele de la caustificare, apele de la unităţile auxiliare, apele pluviale, apele uzate menajere.

În staţia de epurare vor fi conduse numai apele uzate industriale şi cele menajere; apele uzate convenţional curate şi pluviale pot fi evacuate direct în emisar.

Epurarea apelor uzate provenite din industria de fabricare a celulozei şi hârtiei se face prin: metode mecanice, mecano-chimice, mecano-biologice şi chiar prin metode avansate de epurare.

Capitolul 2. Fabricarea celulozei prin procedeul kraft (sulfat)

Prin procedeul de fierbere sulfat sau Kraft se fabrică circa 80% din producţia mondială de celuloză, fiind cea mai răspândită metodă de delignificare chimică a masei lemnoase. Termenul "sulfat" derivă de la sulfatul de sodiu, care se adăugă în circuitul de regenerare pentru compensarea pierderilor de substanţe chimice. La procedeele de delignificare chimică, fibrele sunt eliberate din matricea lemnului, lignina fiind îndepărtată prin dizolvare în soluţia chimică de fierbere la temperaturi ridicate. La procedeul de fierbere sulfat substanţele chimice active (din leşia albă) sunt hidroxidul de sodiu (NaOH) şi sulfura de sodiu (Na2S). Ca rezultat al folosirii unor cantităţi mari de hidroxid de sodiu, valoarea pH-ului la începutul fierberii se situează între 13 şi 14 (delignificare alcalină). El scade continuu pe durata procesului de fierbere, din cauză că în reacţiile de delignificare rezultă acizi organici, eliberaţi din lignină şi hidraţi de carbon.

Procedeul sulfat este cel mai răspândit procedeu de delignificare întrucât conferă celulozei rezistenţe superioare, comparativ cu procedeul sulfit, se poate utiliza la toate speciile de lemn, precum şi datorită sistemelor sale eficiente de recuperare a chimicalelor. Dar chimismul procedeului sulfat generează şi o problemă de poluare inerentă, cea a compuşilor sulfuroşi urât mirositori.

Ca rezultat al reacţiilor chimice din faza de fierbere, în lignina reziduală se formează grupe cromofore care determină ca celuloza rezultată să devină mai închisă la culoare decât lemnul iniţial. Din cauza pH-ului ridicat, procedeul de fierbere sulfat induce mai multe grupe cromofore decât procedeul de fierbere sulfit şi celuloza sulfat se înălbeşte mai greu decât celuloza sulfit.

Fabrica de celuloză sulfat poate fi împărţită în patru părţi principale: prepararea materiei prime, fierberea sau defibrarea chimică (delignificarea), sistemul aproape complet închis de recuperare a chimicalelor şi energiei, albirea, cu sistem deschis de ape şi epurarea apelor uzate la ieşirea din proces. Un alt mod mai convenţional de împărţire cuprinde linia de fabricare a materialului fibros, sistemul de regenerare a chimicalelor şi epurarea apelor uzate la ieşirea din proces. Câteva sisteme auxiliare sunt strâns legate de operaţiile principale cum sunt prelucrarea deşeurilor, fabricarea agenţilor de albire şi producerea energiei auxiliare, uscarea produsului finit (opţional).

Lemnul poate fi recepţionat ca buşteni direct din pădure ori sub formă de tocătură ca produs secundar din industria de prelucrare a lemnului, ca de exemplu de la fabricile de cherestea şi de placaje. Buştenii sunt livraţi în principal cu coajă şi trebuie să fie cojiţi înainte de a fi tocaţi. Tehnologiile de fabricare a pastei mecanice pot utiliza fie buşteni, fie tocătură, dar tehnologiile de delignificare prin metode chimice folosesc întotdeauna tocătură. Scopul operaţiei de tocare este de a-l transforma în surcele de cca. 2,5 cm lungime, din care se obţine celuloză de bună calitate. Fabricarea celulozei sulfat necesită utilizarea lemnului proaspăt.

Distribuţia uniformă a dimensiunilor tocăturii este necesară atât pentru eficientizarea procesului cât şi pentru calitatea celulozei. Cu cât tocătura este mai uniformă, cu atât este mai scăzut consumul de lemn.