廢紙?jiān)旒垙U水中細(xì)小纖維回用工藝

　　廢紙纖維長度短，在造紙過程中容易隨白水流失。為了充分利用原料、節(jié)約成本、減少排水量、改善紙張性能，利用廢紙為原料的造紙企業(yè)一般都采用添加填料及助留助濾劑、提高白水回用率、添加增強(qiáng)劑等措施，這就導(dǎo)致造紙車間排出的多余廢水濃度更高，含有更多的細(xì)小纖維、填料以及大量的溶解和膠體物質(zhì)(DCS)。細(xì)小纖維和填料是車間排出廢水中的固體懸浮物(SS)，使廢水渾濁，如果不妥善處理，對(duì)后續(xù)的廢水處理及回用產(chǎn)生不利影響。若對(duì)其進(jìn)行有效的資源化利用，如收集回收用于生產(chǎn)低檔紙產(chǎn)品，則可以節(jié)約原料成本，產(chǎn)生一定的經(jīng)濟(jì)效益。對(duì)造紙企業(yè)來說，廢水中細(xì)小纖維和填料的合理利用不僅是造紙廢水資源化利用的方式之一，也是造紙企業(yè)減污增效的重要途徑。故造紙車間排出的多余廢水一般先通過過濾、氣浮、沉淀等方法對(duì)其中細(xì)小纖維和填料進(jìn)行回收利用。然而車間廢水中的細(xì)小纖維和原料中的細(xì)小纖維種類不同，纖維形態(tài)不同，表面性能不同，會(huì)對(duì)紙張質(zhì)量產(chǎn)生不利的影響。因此，對(duì)造紙廢水中回收的細(xì)小纖維需進(jìn)行分析，在保證產(chǎn)品質(zhì)量的基礎(chǔ)上合理回用。

　　浙江榮晟環(huán)保紙業(yè)股份有限公司主要以國產(chǎn)廢紙和進(jìn)口廢紙生產(chǎn)高檔牛皮箱紙板、高強(qiáng)瓦楞原紙和紗管原紙等，通過對(duì)造紙廢水處理系統(tǒng)的改造，目前噸紙排水量小于5t。造紙車間多余廢水先經(jīng)過80目斜篩過濾，再經(jīng)氣浮池回收細(xì)小纖維，降低廢水的SS含量，然后送厭氧和好氧系統(tǒng)處理后部分回用，部分再經(jīng)超濾和反滲透雙膜系統(tǒng)處理后回用到各用水點(diǎn)。本文以廢紙?jiān)旒埰髽I(yè)斜篩過濾和氣浮池回收的細(xì)小纖維為原料，研究了不同部位回收的細(xì)小纖維的特性及配抄瓦楞原紙和紙管原紙時(shí)對(duì)產(chǎn)品質(zhì)量的影響，在保證產(chǎn)品質(zhì)量的基礎(chǔ)上合理利用造紙廢水中的細(xì)小纖維。

　　1、實(shí)驗(yàn)

　　1.1 實(shí)驗(yàn)原料

　　實(shí)驗(yàn)用細(xì)小纖維和污泥取自浙江榮晟環(huán)保紙業(yè)股份有限公司生產(chǎn)現(xiàn)場，主要取樣地點(diǎn)為廢水處理過程中出斜篩細(xì)小纖維和氣浮池細(xì)小纖維。用于配抄紙管原紙和瓦楞原紙的原料為國產(chǎn)舊瓦楞箱紙板。實(shí)驗(yàn)過程中所用的聚丙烯酰胺(CPAM)助留助濾劑和陽離子淀粉(CS)增強(qiáng)劑均由造紙企業(yè)提供。

　　1.2 實(shí)驗(yàn)儀器

　　MorfiCompact纖維形態(tài)分析儀，ZQS2-23L打漿機(jī)， TD15-A疏解機(jī)， ZQJ1-200型紙樣抄取器，厚度儀、抗張強(qiáng)度、耐破度和環(huán)壓強(qiáng)度測定儀。

　　1.3 實(shí)驗(yàn)方法

　　(1)細(xì)小纖維形態(tài)分析

　　取相當(dāng)于400mg絕干漿樣的漿料，在8L水中稀釋，取大約800mL漿樣，利用MorfiCompact纖維形態(tài)分析儀分別對(duì)斜篩和氣浮池回收纖維的形態(tài)進(jìn)行分析。

　　(2)細(xì)小纖維配抄瓦楞原紙

　　把廢瓦楞紙板箱面層撕成小碎片，用4L溫水浸泡，浸泡完全后倒入Valley打漿機(jī)中進(jìn)行疏解，收集疏解后的漿料，并平衡水分備用。用廢瓦楞紙板漿料與斜篩回收的細(xì)小纖維分別以100:0，98:2，96:4，94:6，92:8，90:10的比例混合，疏解均勻后加入0.2%的CPAM作為助留助濾劑，利用實(shí)驗(yàn)室紙樣抄片器抄制100g?m-2的瓦楞原紙。每種配比的紙樣抄制10張以備檢測。

　　(3)細(xì)小纖維配抄紙管原紙

　　取廢瓦楞箱紙板芯層撕成小碎片，用4L溫水浸泡，浸泡完全后倒入Valley打漿機(jī)中進(jìn)行疏解，收集疏解后的漿料，并平衡水分備用。取廢瓦楞紙板芯層漿料與氣浮池回收的細(xì)小纖維分別以100:0，98:2，96:4，94:6，92:8，90:10的比例混合，疏解均勻后，加入0.2%的CPAM作為助留助濾劑，1.5%的陽離子淀粉溶液為增強(qiáng)劑，利用實(shí)驗(yàn)室紙樣抄片器抄制145g?m-2的紙管原紙。每種配比的紙樣抄制10張以備檢測。

　　(4)物理強(qiáng)度檢測

　　按照國標(biāo)方法測試各種紙樣的定量、厚度、環(huán)壓指數(shù)、耐破指數(shù)及抗張指數(shù)等各項(xiàng)物理指標(biāo)。

　　2、結(jié)果與討論

　　2.1 細(xì)小纖維特性分析

　　用MorfiCompact纖維形態(tài)分析儀測定經(jīng)斜篩和氣浮池回收的細(xì)小纖維形態(tài)，結(jié)果圖1和圖2所示，其纖維特性如表1。

　　纖維的長度、寬度是評(píng)價(jià)造紙?jiān)蟽?yōu)劣的一項(xiàng)重要依據(jù)。由圖1和圖2可直觀地看出，斜篩收集到的纖維相對(duì)較長一些，而氣浮池回收的纖維很短。從表1看出，斜篩回收的纖維的數(shù)均長度和重均長度分別為0.845mm和1.436mm，而氣浮池回收的纖維的數(shù)均長度和重均長度分別為0.423mm和0.517mm。從纖維重均長度分布圖來看，斜篩纖維的重均長度分布較分散，在0.20~1.13mm之間的比例約占到一半左右，而大于3mm的占到11.2%。氣浮池回收的纖維重均長度在0.20~0.51mm范圍中占52.2%，0.20~1.44mm之間的占95.7%，氣浮池回收的纖維總體比較短小，分布集中。斜篩和氣浮池回收纖維的寬度分別為29.4μm和24.3μm，差別不大。

　　纖維粗度與纖維細(xì)胞壁的厚度和纖維寬度有關(guān)，常用作纖維細(xì)胞壁厚度的間接指標(biāo)。當(dāng)纖維粗度大于30dg時(shí)，成紙厚，紙頁粗糙，小于10dg時(shí)，成紙較為細(xì)膩。斜篩和氣浮池收集的纖維粗度分別為0.2298mg?m-1和2.3184mg?m-1，相差約10倍。因此，氣浮池的纖維只能用于配抄較厚的表面粗糙的低檔紙板。

　　纖維扭結(jié)是指程度很嚴(yán)重的方向改變，用角度來表示。扭結(jié)率是發(fā)生扭結(jié)的纖維數(shù)占總纖維數(shù)的比值。纖維扭結(jié)率在一定程度上會(huì)影響紙張的耐破指數(shù)和抗張指數(shù)，扭結(jié)纖維減少，有利于提高紙張相對(duì)結(jié)合面積，從而提高耐破指數(shù)和抗張指數(shù)。從表1看出，兩者的扭結(jié)角相同，斜篩和氣浮池纖維的扭結(jié)率分別為31.1%和20.0%，氣浮池回收纖維由于短小，扭結(jié)率明顯較低。

　　纖維卷曲是指纖維平直方向的彎曲，即兩點(diǎn)之間的距離與纖維長度的比值，C(%)=100×(1-Arc/L)，如圖3所示。

　　纖維卷曲可提高成紙的松厚度和透氣度，并在一定程度上提高成紙的伸長率和撕裂指數(shù)。由表1可知，兩種纖維的卷曲率分別為8.8%和8.0%，兩者差別不大。

　　纖維帚化和切斷主要與打漿過程有關(guān)，在打漿過程中，纖維受到剪切作用，被切斷并發(fā)生扭曲，并使纖維兩端帚化，游離出羥基，纖維變得柔軟可塑。纖維切斷率是指纖維切斷末端總數(shù)與纖維總數(shù)的比例。由表1可知，斜篩和氣浮池回收纖維的帚化率分別為1.215%和0.688%，從改善紙張強(qiáng)度來講，前者明顯優(yōu)于后者。兩種回收纖維的切斷率分別為38.83%和38.36%，兩者相差不大。

　　纖維長度<200μm，寬度<5μm的都定義為細(xì)小纖維。斜篩和氣浮池回收纖維中細(xì)小纖維占纖維總量的比例分別為38.5%和97.3%。由此可知，斜篩回收纖維總體明顯優(yōu)于氣浮池回收纖維。

　　2.2 細(xì)小纖維配抄瓦楞原紙的研究

　　將斜篩回收的細(xì)小纖維與瓦楞紙箱廢紙按一定的比例混合，加入0.2%的CPAM作為助留助濾劑，在實(shí)驗(yàn)室抄造定量為100g?m-2的瓦楞原紙，測定其性能指標(biāo)，結(jié)果如表2所示。實(shí)驗(yàn)室抄造的瓦楞原紙緊度略低于機(jī)制紙，此外，實(shí)驗(yàn)室抄取的紙樣纖維無縱橫向之分，強(qiáng)度指標(biāo)均為平均值。

　　由表2可知，當(dāng)不添加回收纖維時(shí)，紙張的定量為102g?m-2，隨著回用纖維比例的遞增，抄制的紙頁定量逐漸下降，這與回用纖維比較細(xì)短，抄造時(shí)容易隨水流失有關(guān)。此外，由于回收的纖維比較短，高度切斷，粗度較大，隨著其用量的增加，會(huì)使紙頁的松厚度提高，緊度下降。與GB/T13023-2008瓦楞原(芯)紙的技術(shù)指標(biāo)相對(duì)比，當(dāng)回用纖維添加比例為4%時(shí)，紙張的環(huán)壓指數(shù)為5.3N?m?g-1，達(dá)到瓦楞原紙一等品的環(huán)壓指數(shù)(5.3N?m?g-1)要求，而當(dāng)回用纖維添加比例為6%時(shí)，紙張環(huán)壓指數(shù)為5.2N?m?g-1，低于一等品的環(huán)壓指數(shù)，但優(yōu)于合格品(3.5N?m?g-1)，進(jìn)一步提高回用纖維添加量，紙張環(huán)壓指數(shù)進(jìn)一步下降，但在實(shí)驗(yàn)所采用的最大回用纖維添加量下，均可達(dá)到合格品的環(huán)壓指數(shù)要求。然而，實(shí)驗(yàn)室抄制的瓦楞原紙的裂斷長均未達(dá)到GB/T13023-2008中縱向裂斷長(2.50km)的要求。對(duì)于機(jī)制紙來說，尤其是長網(wǎng)紙機(jī)來說，纖維沿紙機(jī)運(yùn)行方向(即縱向)排列遠(yuǎn)多于垂直紙機(jī)運(yùn)行的方向，從而使紙張縱橫向裂斷長差別較大。一般來說，機(jī)制紙的縱向裂斷長遠(yuǎn)高于橫向。由于實(shí)驗(yàn)室抄紙無縱橫向之分，故不對(duì)此指標(biāo)進(jìn)行評(píng)判。但從表2可知，紙張裂斷長存在一個(gè)趨勢，即隨著回用纖維添加量的增加，紙張的裂斷長下降，這是由于裂斷長與纖維的平均長度有關(guān)，纖維平均長度大，裂斷長高，回用纖維的添加導(dǎo)致紙張平均纖維長度下降，故裂斷長降低。綜合考慮，配抄瓦楞原紙時(shí)，細(xì)小纖維回用量最好不要超過6%。

　　2.3 細(xì)小纖維配抄紙管原紙的研究

　　由圖1和圖2可知，氣浮池回收的纖維更短小，粗度更大，細(xì)小纖維比例高達(dá)97.3%，所以只能用來配抄質(zhì)量要求更低的厚紙板。由于實(shí)驗(yàn)中抄造的紙管原紙所用主要原料是瓦楞箱紙板的芯層，強(qiáng)度較低，而其配抄所用的是氣浮池回收的細(xì)小纖維，纖維短，強(qiáng)度差，所以考慮在抄紙時(shí)添加1.5%的陽離子淀粉作為增強(qiáng)劑，以改善紙管原紙的物理性能，滿足紙張強(qiáng)度的基本要求。紙管原紙的性能指標(biāo)如表3所示。

　　由表3可知，當(dāng)不添加回收纖維時(shí)，紙張的定量為143g?m-2，隨著回用纖維比例的遞增，抄制的紙頁定量逐漸下降，這與回用纖維比較細(xì)短，抄造時(shí)容易隨水流失有關(guān)。與QB/T1475-2006紙管原紙的技術(shù)指標(biāo)相對(duì)比，當(dāng)回用纖維添加比例為2%時(shí)，紙張的環(huán)壓指數(shù)為6.1N?m?g-1，略高于紙管原紙一等品的環(huán)壓指數(shù)(6.0N?m?g-1)要求，而當(dāng)回用纖維添加比例為4%時(shí)，紙張環(huán)壓指數(shù)為5.9N?m?g-1，略低于一等品的環(huán)壓指數(shù)，但優(yōu)于合格品(5.0N?m?g-1)，進(jìn)一步提高回用纖維添加量，紙張環(huán)壓指數(shù)進(jìn)一步下降，當(dāng)實(shí)驗(yàn)所采用的回用纖維添加量為10%，紙張環(huán)壓指數(shù)達(dá)不到合格品的要求。耐破指數(shù)也是隨著回用纖維添加量增加而下降，當(dāng)回用纖維添加量為2%時(shí)，紙張耐破指數(shù)可達(dá)到一等品的要求(1.60kPa?m2?g-1)，而添加量為4%~8%時(shí)只能達(dá)到合格品的要求，當(dāng)回用纖維添加量為10%時(shí)，紙張耐破指數(shù)為1.28kPa?m2?g-1，達(dá)不到合格品的要求(1.30kPa?m2?g-1)。由此可見，在配抄紙管原紙時(shí)，回用纖維的添加量不應(yīng)超過8%，否則產(chǎn)品將達(dá)不到強(qiáng)度要求。

　　3、結(jié)論

　　通過對(duì)造紙廢水處理中斜篩和氣浮池回收纖維的形態(tài)分析，發(fā)現(xiàn)斜篩回收的纖維質(zhì)量較好，細(xì)小纖維占比38.5%，而氣浮池回收的纖維粗短，細(xì)小纖維占比達(dá)到97.3%，只能限量回用于質(zhì)量要求很低的紙種。

　　廢水中回收的纖維配抄瓦楞原紙和紙管原紙時(shí)，成紙強(qiáng)度均隨著回用纖維添加量的增加而不斷下降。斜篩回收的纖維與瓦楞紙箱廢紙配抄瓦楞原紙時(shí)，回用細(xì)小纖維的比例最好不超過6%;氣浮池回收的纖維與瓦楞芯層廢紙配比抄造紙管原紙時(shí)，回用纖維比例不能超過8%。(來源：浙江科技學(xué)院生化/輕工學(xué)院，浙江榮晟環(huán)保紙業(yè)股份有限公司)