در دنیای امروز، کاغذ یکی از پرکاربردترین کالاها است که در صنایع کاغذسازی تولید شده و در اختیار عموم مردم قرار می‌گیرد. آب باقی‌مانده پس از تولید کاغذ در صنایع کاغذسازی، دارای ناخالصی و آلودگی‌های زیادی است که فاضلاب نام دارد و تهدید بزرگی برای محیط‌زیست محسوب می‌شود؛ ازاین‌رو تصفیه فاضلاب کاغذسازی امری مهم و ضروری است که در ادامه این مقاله به آن می‌پردازیم.
آشنایی با فاضلاب کاغذسازی
اصلی‌ترین مواد سازنده کاغذ، مواد سلولزی هستند که صنایع معمولاً آن را از چوب درختان تهیه می‌کنند. این چوب به شکل خمیر در می‌آید و طی مراحلی در نهایت به کاغذ تبدیل می‌شود. در مراحل کاغذسازی، مواد شیمیایی و همچنین آب بسیار زیادی برای تولید کاغذ مصرف می‌شود. آبی که در آخر پروسه تولید کاغذ باقی می‌ماند و در نهایت وارد محیط‌زیست می‌شود، دارای آلاینده‌ها و مواد شیمیایی بسیار خطرناک است؛ ازاین‌رو تصفیه فاضلاب فرایند تولید کاغذ، امری بسیار مهم و ضروری است که باید موردتوجه مسئولین قرار گیرد.
منابع آلاینده‌های موجود در صنایع کاغذسازی
فرایند کاغذسازی، فاضلاب و پسماند زیادی تولید می‌کند که یکی از بزرگ‌ترین منابع آلودگی در سطح جهانی به شمار می‌آید. بخش اصلی فاضلاب کاغذسازی در آب محلول بوده و حاوی پلیمر لیگنین با ساختار مقاوم است. ترکیبات آلی طبیعی و سنتزی تنها بخش کوچکی از آلودگی فاضلاب کاغذسازی را تشکیل می‌دهند که قابل حذف هستند.
بخش اصلی حاوی لیگنین، به کمک روش‌هایی که به طور معمول برای تجزیه مواد بیولوژیکی استفاده می‌شوند، تجزیه نشده و در فاضلاب باقی می‌ماند؛ به همین دلیل پساب کاغذسازی، منشأ مهم لیگنین موجود در آب‌های جاری است. قسمت بزرگ آلودگی‌های موجود در فاضلاب کاغذسازی، مربوط به ترکیبات تشکیل‌دهنده چوب می‌شود که شامل اسیدهای چرب، کربوهیدرات‌ها، لیگنین و مشتقاتش، مواد آلی و غیرآلی، رزین‌ها و… است. بخش دیگری از آلاینده‌های موجود در فاضلاب کارخانه‌های کاغذسازی، از فرایند ساخته‌شدن کاغذ تولید می‌شوند؛ به همین علت مهم است که تصفیه فاضلاب کاغذسازی بعد از تولید کاغذ صورت گیرد.
در کارخانه کاغذسازی، مواد شیمیایی همچون هیدروکسید سدیم و کربنات سدیم باعث تجزیه چوب‌ها شده و خمیر کاغذ به دست می‌آید. در مرحله بعدی که شست‌وشوی خمیرکاغذ است، آب بسیار زیادی برای حذف لیگنین و فیبر از خمیر و همچنین کاهش رنگ خمیر مصرف می‌شود. برای سفیدکردن رنگ کاغذ نیز دوباره از مواد شیمیایی مانند پراکسید هیدروژن، اوزون و دی‌اکسید کلر استفاده می‌شود. مرحله رنگ‌بری، باعث ورود لیگنین بسیار زیادی به فاضلاب می‌شود. همچنین مواد افزودنی مانند پیگمنت‌ها، حین پروسه کاغذسازی برای استحکام کاغذ به خمیر افزوده می‌شوند که قسمت دیگری از آلاینده‌ها را شامل می‌شوند. اگر بخواهیم یک دسته‌بندی کلی برای آلاینده‌های فاضلاب کاغذسازی در نظر بگیریم، این دسته‌بندی به‌صورت زیر است:
- مواد آلی که شامل مواد آلی طبیعی، مواد آلی سنتزی و مواد جانبی شیمیایی می‌شود.
- رنگ‌های به‌کاررفته در فرایند تولید کاغذ
- مواد جامد غیرآلی
روش‌های تصفیه فاضلاب کاغذسازی
همان‌طور که گفته شد، پساب فرایند کاغذسازی شامل آلاینده‌های جامد، زیستی و محلول زیادی هستند که باید با روش‌های تصفیه مناسب از فاضلاب حذف شوند. تصفیه فاضلاب فرایند تولید کاغذ، شامل فرایندهای گوناگونی است که در ادامه آن‌ها را به طور کامل بررسی می‌کنیم.
فرایندهای ته‌نشینی
بسیاری از آلاینده‌های موجود در فاضلاب کاغذسازی، مواد جامدی هستند که در مایع ته‌نشین شده‌اند و باید از آب جدا شوند. ارزان‌ترین و راحت‌ترین روش برای این کار، به‌کارگیری روش‌های ته‌نشینی است که شامل ته‌نشینی اولیه و ته‌نشینی ثانویه می‌شوند. در فرایند ته‌نشینی، فاضلاب برای مدتی در مخزن ته‌نشینی قرار می‌گیرد تا آلاینده‌های موجود در آن بر اساس وزن از آب جدا شوند؛ به این صورت که در این فرایند تصفیه فاضلاب کاغذسازی، مواد با وزن سنگین‌تر از آب در کف مخزن و ذرات سبک‌تر از آب در بالای مخزن قرار می‌گیرند.
قبل از فرایند ته‌نشینی اولیه، زباله‌ها و مواد حل‌نشده در آب از پساب جمع‌آوری می‌شوند. سپس در فرایند ته‌نشینی اولیه پس از استراحت فاضلاب در مخزن، مواد روغنی جمع‌شده در بالا و لجن ته‌نشین شده در پایین مخزن از فاضلاب جدا می‌شوند و درنهایت، آب تصفیه‌شده از طرف دیگر خارج می‌شود. از این نوع ته‌نشینی زمانی استفاده می‌شود که مواد جامد معلق در آب، غلظت کمی داشته باشند و واکنش‌های شیمایی نیز صورت نگیرند. قانون استوکس، اساس این ته‌نشینی است که سرعت ته‌نشینی مواد جامد را بیان می‌کند.
فرایند های تصفیه بیولوژیکی
در فرایند تصفیه بیولوژیکی، از موجودات زنده کوچک به‌خصوص باکتری‌های هوازی و بی‌هوازی برای حذف آلاینده‌های آلی، فسفر و نیتروژن استفاده می‌شود. در تصفیه بیولوژیکی، آلاینده‌های آلی از حالت محلول به لجن یا بیومس تبدیل می‌شوند. در واقع این فرایندها، تصفیه ثانویه فاضلاب کاغذسازی هستند که پس از حذف آلاینده‌های بزرگ اجرا می‌شوند.
فرایندهای تصفیه بیولوژیکی از بهترین روش‌های ممکن تصفیه فاضلاب هستند؛ چراکه اساس اجرای این‌گونه فرایندها، فعالیت طبیعی میکروارگانیسم‌ها بوده که هیچ ضرری برای محیط‌زیست ندارند. فرایندهای تصفیه بیولوژیکی شامل فرایندهای تصفیه هوازی و بی‌هوازی می‌شوند. در ادامه تعدادی از فواید فرایند تصفیه بیولوژیکی را بیان می‌کنیم.
- موجودات کوچک زنده فعال در فرایندهای بیولوژیکی، با تغذیه از مواد آلی آن‌ها را تجزیه نموده و این آلاینده‌ها را به موادی با ضرر کم‌تر تبدیل می‌کنند. این فعالیت، COD پساب که به معنی اکسیژن‌خواهی شیمیایی فاضلاب است را کاهش می‌دهد.
- تصفیه بیولوژیکی فاضلاب در مقایسه با دیگر روش‌ها، هزینه کم‌تری دارد و مقرون‌به‌صرفه است.
- فرایندهای بیولوژیکی در تصفیه فاضلاب کاغذسازی، به علت استفاده از میکروارگانیسم‌ها روش پایداری هستند؛ به‌طوری که از پس پایان فرایند تصفیه، موجودات زیستی می‌توانند دوباره به چرخه برگردند و به‌صورت منبع انرژی تجدیدپذیر مورداستفاده قرار گیرند.
- یکی دیگر از نکات مثبت فرایند تصفیه بیولوژیکی این است که می‌توان از آن، هم برای فاضلاب‌های خانگی و هم برای فاضلاب‌های صنعتی استفاده نمود.
- لجن تولیدشده در این فرایند نسبت به روش‌های دیگر کم‌تر بوده که رفع معضل دفع لجن را ساده‌تر می‌کند. همچنین به دلیل تولید حجم کم‌تر لجن، هزینه حمل‌ونقل آن نیز کاهش می‌یابد.
فرایند های تصفیه بی هوازی
روش تصفیه بی‌هوازی، یک روش بیولوژیکی برای حذف آلاینده‌های آلی از پساب است. در تصفیه بی‌هوازی، موجودات میکروسکوپی بی‌هوازی، بدون استفاده از اکسیژن به تجزیه مواد آلی مشغول می‌شوند و آن‌ها را به بیوگازهای متان و کربن‌دی‌اکسید تبدیل می‌کنند. این روش بیشتر برای تصفیه فاضلاب‌های صنعتی، مثل فاضلاب کاغذسازی مورداستفاده قرار می‌گیرد. در ادامه مراحل فرایند تصفیه بی‌هوازی را شرح می‌دهیم.
- اولین مرحله از فرایند تصفیه بی‌هوازی، هیدرولیز نام دارد که مهم‌ترین مرحله از تصفیه بی‌هوازی است. در این مرحله مواد معلق و پیچیده آلی موجود در فاضلاب تبدیل به مواد محلول در آب می‌شوند. هیدرولیز، فرایندی کند و زمان‌بر است که معمولاً 5 تا 15 روز به طول می‌انجامد. بعد از انجام این مرحله، موادی نظیر چربی‌ها، کربوهیدرات‌ها و پروتئین‌ها به مواد حل‌شده در فاضلاب تبدیل می‌شوند.
- مرحله بعدی، اسیدی شدن و تولید استات است. در این مرحله، موادی که در مرحله هیدرولیز به شکل ساده‌تر و محلول در آب درآمده‌اند، اسیدی شده و به قندهای ساده، آمینواسید، اسیدهای چرب فرار (از نوع COD) تبدیل می‌شوند. در صورت وجود قندهای ساده، این مرحله سریع‌تر و در صورت وجود مواد آلی پیچیده، این مرحله کندتر انجام می‌شود. درنهایت با استات شدن مواد تولیدی نیز سرکه و جوهرنمک به وجود می‌آید.
- آخرین مرحله از فرایند تصفیه فاضلاب کاغذسازی بی‌هوازی، تولید بیوگاز متان (متانوژنز) است که حدود 5 ساعت زمان می‌برد. در این مرحله، از ترکیب استات‌های تولیدی با هیدروژن و کربن‌دی‌اکسید، گاز متان حاصل می‌شود. در مرحله متانوژنز بررسی دائمی دما، PH محیط، مواد سمی و مواد مغذی موجود در سیستم تصفیه ضروری است.
فرایند های تصفیه هوازی
در فرایند تصفیه هوازی فاضلاب، میکروارگانیسم‌ها و باکتری‌های هوازی با استفاده از اکسیژن، با آلاینده‌های آلی واکنش داده و منجر به تجزیه آن‌ها می‌شوند. در این روش برخلاف تصفیه هوازی، اکسیژن عنصر اصلی برای تجزیه آلاینده‌ها است که به طور دائم توسط کمپرسور و دمنده هوا به پساب وارد شده و به‌وسیله دیفیوزها انتشار می‌یابد. موجودات میکروسکوپی هوازی پس از تغذیه از مواد آلی، آن‌ها را به زیست‌توده‌ها و گاز کربن‌دی‌اکسید تبدیل می‌کنند. فرایند تصفیه لجن فعال، یک فرایند تصفیه هوازی است که در ادامه آن را توضیح می‌دهیم.
ته نشینی ثانویه
هنگامی که مواد جامد بزرگ‌تر از آب جدا شدند، ذرات و آلاینده‌های کوچک‌تری باقی می‌مانند که دارای غلظت کمی در آب بوده و می‌توانند به هم متصل شوند؛ در این صورت از ته‌نشینی ثانویه استفاده می‌شود. در ته‌نشینی ثانویه، از فرایند لجن فعال استفاده می‌شود که در آن مواد آلی به کمک میکروارگانیسم‌ها تجزیه می‌شوند. برای این کار، میکروارگانیسم‌ها را در مخزنی که حاوی فاضلاب کاغذسازی است، رها می‌کنند. میکروارگانیسم‌ها توده‌های لجنی ساخته و هنگام چرخش در مخزن به مواد آلی برخورد می‌کنند و باعث تجزیه آن‌ها می‌شوند. مراحل اصلی فرایند لجن فعال به‌صورت زیر است:
- ابتدا پساب کاغذسازی در یک مخزن تهویه جمع می‌شود. سپس به‌منظور اکسیژن‌رسانی به میکروب‌ها برای تجزیه بهتر مواد آلی، هوا وارد فاضلاب می‌شود.
- میکروارگانیسم‌هایی همچون قارچ‌ها، باکتری‌ها، پوتوزوئرها و روتیفرها که لجن فعال را تشکیل می‌دهند، برای تصفیه فاضلاب کاغذسازی وارد مخزن تهویه می‌شوند.
- در مخزن تهویه دستگاه‌هایی به‌کارگرفته‌شده تا همواره اکسیژن کافی در مخزن وجود داشته باشد. با این کار، میکروارگانیسم‌ها دائم در حرکت بوده و در تماس با پساب قرار می‌گیرند.
- لجن ترکیب که مخلوط میکروارگانیسم‌ها و آب تصفیه‌شده است، به مخزن ترکیب می‌رود که در آنجا لجن فعال ته‌نشین می‌شود و آب شفاف و پاک بالای مخزن قرار می‌گیرد.
- حال مرحله بازگشت لجن انجام می‌شود؛ در این مرحله بخشی از لجن فعال به مخزن تهویه برمی‌گردد و میکروارگانیسم‌های موجود در آن، برای تصفیه بعدی مورداستفاده قرار می‌گیرند.
- بعد از ضدعفونی‌کردن و یا در صورت لزوم پس از طی‌کردن مراحل انواع دیگر تصفیه، این آب پاک به محیط‌زیست بازمی‌گردد.
تصفیه پیشرفته و ثالثیه
مواد آلاینده‌ای که موفق به حذف و تجزیه در مراحل تصفیه اولیه و ثانویه نشده‌اند، باید با تصفیه ثالثیه از بین بروند. هدف از انجام این مرحله، حذف تمامی آلاینده‌ها از پساب و افزایش کیفیت آب تصفیه‌شده از فاضلاب، قبل از ورود به آب‌های عمومی است. تصفیه پیشرفته شامل مراحل زیر است:
- اولین مرحله از تصفیه ثالثیه، فیلتراسیون نام دارد که در آن فاضلاب از فیلتراسیون‌های مختلفی از جمله فیلتر شنی، میکروفیلتراسیون و اولترافیلتراسیون، فیلتراسیون کربن فعال و اسمز معکوس عبور می‌کند؛ در نهایت این مرحله به حذف مواد جامد معلق و آلاینده‌های دیگر می‌انجامد.
- مرحله بعدی ضدعفونی یا گندزدایی است که در این مرحله با استفاده از موادی مثل کلر و گاز اوزون یا اشعه فرابنفش، پاتوژن‌ها و میکروارگانیسم‌ها را از بین می‌برند.
- سومین مرحله، حذف مواد مغذی مثل فسفر یا نیتروژن اضافی موجود در آب است. این امر با انجام فرایندهای شیمیایی یا بیولوژیکی پیشرفته انجام می‌شود.
- آخرین مرحله، اکسیداسیون پیشرفته است که شامل تجزیه آلاینده‌های آلی خاص نظیر هیدروکربن‌ها، داروها و فلزات با وزن بالا می‌شود. پس از پایان این مرحله، تصفیه فاضلاب کاغذسازی به اتمام می‌رسد.
سخن پایانی تصفیه فاضلاب کاغذسازی
فرایند کاغذسازی در کارخانه‌ها، فاضلابی با حجم آب زیاد شامل مواد شیمایی و آلی زیادی تولید می‌کند که برای محیط‌زیست بسیار خطرناک هستند و قبل از ورود به محیط بیرون، باید حتماً تصفیه شوند. در این مطلب با فاضلاب کاغذسازی و آلاینده‌های موجود در آن آشنا شدیم. سپس روش‌های تصفیه فاضلاب فرایند کاغذسازی که شامل مراحل اولیه، ثانویه و ثالثیه می‌شوند را به طور کامل توضیح دادیم.
شرکت تدارک صنعت کاغذ کرمان، همکار شما در توسعه و بروزرسانی فناوری تولید کاغذ و مقوا می‌باشد. برای مشاوره رایگان با ما تماس بگیرید.
