نوع در مراحل توليد كاغذ و استفاده زياد از آب در هر يكي از اين مراحل، باعث شده كه صنايع توليد كاغذ در كنار صنايع خودروسازي، نفت و پتروشيمي و صنايع فولادسازي بعنوان بزرگترين صنايع مصرف كننده آب و طبعاً توليد كننده فاضلاب در بين صنايع موجود در جهان باشد اين فاضلاب ها در كنار حجم زياد آنها، داراي غلظت بالايي از BOD ، COD ، PH، مواد معلق ، رنگ و كدورت مي باشند. آلاينده هاي اصلي فاضلاب صنايع کاغذ سازي را ميتوان به سه دسته تقسيم کرد :مواد آلي معلق ، رنگ و جامدات غير آلي.
جدا از تنوع زياد آلاينده ها و ساختمان پيچيده آنها، بسياري از تركيبات موجود در فاضلاب كم محلول در آب هستند و مقاومت آنها در برابر روش هاي تصفيه خصوصاً تصفيه بيولوژيكي و رنگ تند قرمز مايل به قهوه اي آنها مشكلات زيادي را براي فرآيندهاي تصفيه پديد آورده است. در اين ميان تركيبات كلردار و مواد رنگ زا به عنوان نگراني هاي اصلي در تصفيه اين فاضلاب ها است. همچنين تاثير سوء تخليه اين فاضلاب­ها بر زيبايي و مسائل زيست محيطي را هم بايد در نظر داشت. مجموع اين عوامل باعث شده تا فاضلاب صنايع كاغذسازي يكي از مشكل ترين تصفيه هاي صنعتي را داشته باشد كه با پيچيدگي در فرايندهاي مربوطه همراه است.

ساختمان رنگدانه ها و تركيبات رنگزاي موجود در فاضلاب ها

عمده رنگ موجود در فاضلاب صنايع كاغذسازي، در فرآيند توليد خمير از چيپس و در فرآيند رنگبري از ليكور سياه بوجود مي آيد و بخش ديگر از تجزيه كربوهيدرات هاي موجود در ساختمان چوب است.همچنين مطالعات متعدد نشان مي دهد كه بخش كوچكي از مواد موجود در فاضلاب صنايع كاغذسازي، شامل تركيبات آلي طبيعي، تركيبات آلي سنتزي، مواد هيوميك و بصورت مواد معلق كلوئيدي است كه توسط تصفيه فيزيكي و با روشهاي ته نشيني در كلاريفايرها قابل حذف است. اما بخش بزرگتري از اين فاضلاب­ها بصورت محلول در آب و محتوي موادي با ساختاري حلقوي ليگنين و مشتقات آن است كه به صورت تركيبات پليمري با مقاومت زياد وابعاد واجرام مولكولي مختلف است.
بعضي از اين اجزا داراي بار آنيوني بالايي هستند. اين رنگدانه ها در برابر تكنيك هاي معمول تصفيه مانند تجزيه بيولوژيكي و اكسيداسيون شيميايي مقاوم هستند و از بين سيستم هاي تصفيه عبور كرده و رنگ اضافي بر جاي مي گذارند به همين جهت حذف اين بخش از پساب بسيار مشكل و هزينه بر است و مشكل اصلي، حذف رنگ از اين فاضلاب هاست
عوامل عمده رنگزايي در فاضلاب صنايع كاغذ سازي را به گروه هاي زير نسبت مي دهند:
• ساختمان كوئينون
• راديكالهاي آزاد
• كمپلكس هاي آلي- فلزي
• گروه هاي -CH=CH-
• گروه هاي كربنيل (C=O) متصل به حلقه آروماتيك
از بين موارد فوق، گروه هاي با باند دو گانه متصل به حلقه آروماتيكي و گروه هاي كوئينوني، عوامل اصلي رنگزايي در فاضلاب ها اعلام شدند.
فاضلاب صنايع كاغذسازي يكي از منابع اصلي ليگنين موجود در آب هاي عمومي است. اين ماده تقريباً داراي قابليت تصفيه بيولوژيكي متوسط به پائين است. اين عنصر بطور تدريجي و در فواصل زماني طولاني بصورت بيولوژيكي تجزيه شده و باعث تخليه اكسيژن مي شود.
بررسي رفتار و منابع تركيبات آلاينده هاي موجود در پساب صنايع كاغذ سازي :
تركيبات تشكيل دهنده رنگ و آلودگي فاضلابهای صنايع كاغذ سازي از تنوع بسيار زيادي برخوردارند. همچنين منابع مختلفي براي توليد اين آلاينده ها و تركيبات رنگ زا در حين پروسه توليد وجود دارد كه پس از جمع شدن فاضلاب هر يك از اين واحدها، حجم بسيار زيادي از فاضلاب براي تصفيه شدن در انتظار ميماند.
تفاوت در غلظت، اجزاء تشكيل دهنده و بار آلودگي موجود در فاضلاب خروجي هر يك از واحدهاي پروسه توليد نيز از جمله عواملي است كه باعث بروز مشكلاتي در امر تصفيه اين فاضلاب ها مي شود.بطور كلي قسمت اعظم اين آلودگي ها را تركيبات استخراجي از چوب كه ماهيت طبيعي دارند تشكيل ميدهند. اين قسمت، شامل مواد و تركيباتي از قبيل: كربوهيدرات ها، اسيدهاي چرب، رزين ها و مواد آلي و غيرآلي ناشي از آنها، ليگنين و مشتقات آن، تانن ها (جوهر مازو) و اسيد هاي آروماتيك و… است
بخش ديگر اين آلودگي ها را، تركيبات شيميايي و مواد افزودني كه در حين پروسه توليد، استفاده ميشود تشكيل مي دهد. مانند تركيبات فلزي، تركيبات آلي سنتزي، پيگمنت ها، پركن ها و پكينگ ها، آهار، چسب، صمغ، ضد كف ها، اسيدها و بازها، ضد زنگ، مواد شيميايي مصرفي براي پخت خمير وساير مواد شيميايي كه در خلال فرآيندهاي صنعتي، توليد و مصرف مي شوند. بعضي از اين تركيبات داراي ساختمان پيچيده و بعضي ساختاري ناشناخته دارند. بعضي از اجزا سازنده چوب مانند اسيدهاي رزيني، چربيها، تركيبات فنولي در حلال هاي آلي مانند اتانول حل مي شوند و برخي ديگر مانند كربوهيدرات ها، تانن ها، نمك هاي معدني موجود در چوب توسط آب نيز قابل حل هستند.
بطور كلي، رنگ، مواد آلي معلق و جامدات غير آلي، آلاينده هاي اصلي صنايع چوب و كاغذ بحساب مي آيند. مكرراً از ليگنين به عنوان يكي از آلاينده هاي اين صنعت نام برده شده است. ولي حالا بايد كامل كرد كه ليگنين، تاننها كه تركيباتي فنولي هستند و مشتقات آنها كه داراي مقاومت زياد و وزن مولكولي بالا هستند، به عنوان آلاينده هاي درجه يك در آلودگي، كدورت رنگ و سميت فاضلاب صنايع كاغذسازي به شمار مي آيد و حجم زيادي از فاضلاب هاي توليدي، شامل اين مواد مي شود.
از سوئي، موادي كه براي تصفيه آب و فاضلاب واحدها مصرف مي شود مانند آب مورد نياز براي واحد بويلر كه داراي سختي در حد صفر است، سبب افزايش آلودگي فاضلاب هاي كاغذ سازي مي شود.مانند آهك، نمك هاي فلزي، پلي الكتروليت هاي مختلف، سيليكات ها، اسيد و باز و…

مواد آلي طبيعي: شامل مواد هيوميك، موجودات ميكروبي و ديگر مواد آلي حل شده ناشي از صنايع كوچك و…
مواد شيميايي آلي سنتزي: شامل مواد آلي شيميايي فرار، مواد فرار سطحي و…
محصولات جانبي شيميايي : مانند مواد افزودني وارد شده به سيستم و نيز موادي كه در خلال فرايند تصفيه آب و ديگر فرايندها تشكيل مي شوند.

منابع آلاينده هاي موجود در فاضلاب صنايع كاغذ سازي

همانطور كه پيشتر ذكر شد منابع مختلفي ميتوان براي فاضلابهای صنايع كاغذسازي برشمرد اما منابع اصلي آلودگي در ميان واحدهاي مختلف صنايع کاغذ سازي ، واحد هاي توليد خمير کاغذ و رنگبري آن ميباشند.
فاضلاب واحد توليد خمير کاغذ :مجموعه فعل و انفعالاتي که بر روي خرده هاي چوب (چيپس)انجام ميشود و آن را به خمير کاغذ تبديل ميکند را در اصطلاح ” فرايند توليد خمير کاغذ” نامند. اين واحد در واقع به جهت توليد مواد خام اوليه از اصلي ترين واحدهاي شركت هاي كاغذسازي محسوب ميشود و عمليات آن مجموعه اي از فرآيندهاي فيزيكي و شيميايي پيچيده است كه بر روي خرده هاي چوب انجام ميشود.اين واحد سهم عمده اي در توليد فاضلاب صنايع كاغذسازي دارد كه داراي بار آلودگي آلي بسيار زيادي است و نقش مهمي در بار آلودگي نهايي فاضلاب كارخانه دارد.طي فرايند توليد خمير کاغذ ، خرده چوبها در يک مايع پخت شيميايي ، پخته ميشوند و به اجزا غير سلولزي حل شده ، تجزيه می گردد فيبرهاي سلولزي آزاد شده چندين بار شسته ميشوند و نتيجه اين فرايندها فاضلابی است كه شامل مجموعه اي از آلاينده هاي چوب مانند پلي ساکاريد ها، ليگنين ها، اسيدهاي آلي، چربي ها و کربوهيدرات ها و … مي باشد.

فاضلاب واحد رنگبري خمير کاغذ :

اين واحد با دارا بودن ميزان بسيار بالاي ليگنين در پساب خروجي آن كه در طي عمليات رنگ زدائي از خمير كاغذ بجا مي ماند، بعنوان منبع اصلي توليد رنگ در فاضلاب هاي صنايع كاغذسازي محسوب ميشود كه به همراه آن ميزان زيادي نيز آلاينده هاي آلي وارد پساب مي كند.
اين عمليات اغلب به دوصورت ممكن است كه اجرا شود :
- كلريناسيون خمير کاغذ براي ليگنين زدايي کامل .
- استفاده از پراكسيد هيدروژن باكمك موادي مانند آب اکسيژنه.
در مرحله اول ترکيبات ليگنين کلره ميشوند ولي هنوز حلاليت آنها در آب کم است به همين دليل در مرحله دوم يک محلول کاستيک مانند سود را به خمير اضافه ميکنند تا با افزايش pH اين ترکيبات را قابل حل در آب ميسازد. و در نتيجه اين ترکيبات به همراه آب از خمير جدا ميشوند.آلودگي هاي كه از مرحله كلريناسيون خمير کاغذ حاصل ميشوند عمدتاً ماهيت آلي دارند و اغلب شامل كلروليگنين ها، فنل ها، اسيدهاي چرب، كربوهيدراتها و … است و پارامترهاي آلودگي در بعضي از آنها مانند رنگ و ميزان سميت بسيار بالاست كه اين شدت بيشتر از كلروليگنين توليدي است كه عامل اصلي آلودگي در فاضلابهاست.
همانطور كه گفته شد، اين واحد قسمت اعظم رنگ و COD فاضلاب را توليد ميکند. علت اين امر حجم بالاي ليگنين موجود در فاضلاب آن است.

آلودگي هاي ناشي از مواد افزودني

جهت بالا بردن بازده و افزايش کيفيت نهايي محصول، از يکسري مواد شيميايي افزودني استفاده ميشود كه در خلال فرايند توليد کاغذ به چرخه توليد اضافه ميشوند اين دسته نيز هرچند اندك بر آلودگي فاضلاب صنايع چوب و کاغذ تاثير مي گذارند.يك دسته از اين مواد پيگمنت ها هستند كه كاربردهاي متنوعي در صنعت دارند. در صنايع کاغذ سازي براي اثر گذاري روي رنگ از اين مواد خام معدني استفاده ميشود . از ديگر مواد افزودني در طي فرايند توليد ميتوان به مواد آهاري ، چسبها ، رزينها ، منعقدکننده ها، مواد ضد باکتري و ضد کفها اشاره کرد.

ساير منابع آلودگي فاضلابها

علاوه بر موارد ذکر شده در فوق كه بعنوان منابع اصلي توليد آلودگي محسوب ميشوند، منابع ديگري نيز وجود دارند که به افزايش ميزان آلودگي کمک ميکنند . شامل :
• آب مورد استفاده در مرحله پوست كني و شستشوي چوب و توليد چيپس
• مايعات حاصل از بخارات خروجي از دايجستر ها
• مايعات حاصل از بخارات خروجي از تبخير کننده هاي واحد بازيافت
• آب سفيد خروجي از غربالها و شوينده ها
• آب سفيد ماشين هاي کاغذ سازي
پارامترها مؤثر در انتخاب يك سيستم تصفيه مناسب :
هر روزه با پيشرفت روز افزون تكنولوژي ، تكنيكهاي پيشرفته اي براي تصفيه فاضلابهای صنعتي ارائه ميشود كه اكثر اين روش ها امروزه بصورت تركيبي از روش هاي فيزيكي، شيميايي و بيولوژيكي است كه در اين صورت به ترتيب به آنها تصفيه مقدماتي، ثانويه و نهايي اطلاق مي شود. براي انتخاب سيستم تصفيه مناسب، پس از بررسي كامل مقررات زيست محيطي وشناسائي نوع و ميزان آلاينده و مشخصات فاضلاب ورودي و پساب خروجي، اهداف تصفيه مشخص ميشود و با توجه به آن روش مناسب يا تركيبي مطلوب از آنها برگزيده مي شود . بديهي است كه كليه واحد هاي تصفيه پساب، جهت كاهش ميزان آلودگي طراحي ميشوند. اما آنچه كه مهم است انتخاب بهترين روش و مناسب ترين سيستم براي هر واحد صنعتي با در نظر گرفتن كليه شرايط پساب، فرايندهاي واحد و مشخصات محيط دريافت كننده فاضلاب ميباشد.
شرايط اقليمي، موقعيت جغرافيايي، پارامترهاي كمي- كيفي فاضلاب و ميزان تصفيه مورد نظر بر اساس ملاك هاي زيست محيطي محلي، از ديگر عوامل انتخاب يك سيستم تصفيه محسوب مي شود. اين آلترناتيوها براي تصفيه فقط محدود به تركيبات آلي نمي شوند، بلكه حذف فلزات و كاهش نمك هاي حل نشده و ديگر مواد آلاينده نيز مد نظر مي باشد. روش هاي تصفيه اغلب شامل بيش از يك فرايند است و ترتيب آنها در فرايندهاي چندگانه بسيار با اهميت است و معمولاً تركيبي از روش هاي مذكور براي انجام عمليات تصفيه استفاده مي شود.
در پساب با pH بالا ، احتياج به مرحله خنثي سازي مقدم بر مثلاً تصفيه بيولوژيكي است چون pH بالا در جهت عكس بر رشد باكتري ها اثر مي كند و اين مطلوب نيست .
همچنين ترتيب فرايندهاي تصفيه بر هزينه هاي عملياتي نيز تأثير گذار است. مثلاً به دلايل متعدد، ته نشين سازي اوليه مقدم بر تصفيه بيولوژيكي دارد مثلاً :
• حذف بعضي BOD با روش هاي عملياتي كم هزينه.
• حذف اجسام هرز و ضايعاتي كه بر عمليات تصفيه بيولوژيكي اثرگذار است.
• ايجاد جريان همسان سازي شده پيش از ورود فاضلاب به قسمت مربوط به فرايند تصفيه بيولوژيكي.
بطور كلي هر فرايند تصفيه، اهداف ذيل را دنبال مي كند :
• حذف مواد معلق و شناور
• حذف مواد آلي وقابل تجزيه
• كاهش كدورت و رنگ تا حد قابل قبول
• از بين بردن عوامل بيماري زا و ناسازگار با محيط زيست

بعضي از روش هاي تصفيه متداول

تصفيه بيولوژيكي- اكسيداسيون با اكسيدانت هاي شيميايي- انعقاد- روش هاي الكتروشيميايي- فرايندهاي تبادل يوني- استفاده از كمك منعقد كننده ها مانند خاك رس در كنار آلوم- فرايندهاي جذب سطحي- فرايندهاي غشايي- واكنش هاي احياي شيميايي و … با توجه به شدت آلودگي ها در فضلاب هاي كاغذ سازي، اغلب روش هاي فيزيكي كه بعنوان روش هاي “پيش تصفيه” موسوم هستند، به تنهايي براي كاهش ميزان آلودگي و رنگ فاضلاب هاي صنعتي كافي نمي باشند. همچنين هرچند تركيباتي مانند اسيدهاي آلي، الكل هاي با وزن مولكولي پائين و… طي تصفيه بيولوژيكي حذف ميشوند اما بعضي ديگر از آلاينده ها توسط اين روش قابل حذف نيستند.
لذا جهت رساندن كيفيت فاضلابها به حد مناسب و مطابق با قوانين زيست محيطي، استفاده از روشهاي ديگر تصفيه، از جمله روش هاي شيميايي ضروري ميباشد.

مهمترين روشهاي تصفيه شيميايي عبارتند از :
فرايند انعقاد و لخته سازي شامل :
• منعقدكننده آلومينيوم آلوم
• منعقدكننده هاي پليمري پلي الكتروليت
• كمك منعقد كننده ها شامل خاك رس، اسيد، باز، بنتونيت و …
• الکتروکواگولیشن
فرايندهاي اكسيداسيون شامل :
• كلريناسيون
• پراكسيد هيدرژن
• روش هاي فتوكاتاليستي
• ازناسيون
• روش هاي اكسيداسيون تركيبي و …
• احياي شيميايی (الکتروشیمیایی(