纳粹K沙玛斯
内容
21.1简介
21.1.1背景信息
21.1.2制浆造纸工业的特征859
21.1.3产业规模和地域分布
21.1.4经济趋势
21.2过程描述862
21.2.1制浆造纸工业的流程862
21.2.2生产线的原材料输入和污染输出
21.2.3废水中化学品的管理
21.3预防污染的机会
21.3.1扩展去木质素879
21.3.2氧气脱木质素
21.3.3臭氧脱木质素
21.3.4蒽醌催化
21.3.5黑液泄漏控制和预防
21.3.6 881浆的酶处理
21.3.7改进的棕熬和漂白段洗涤881
21.3.8改进的切屑和筛选
21.3.9氧增强/过氧化物萃取882
21.3.10改进的化学控制和混合
21.4适用的联邦法规
21.4.2资源保护和恢复法案(RCRA) 884
21.4.3应急计划以及《社区知情权法案》(EPCRA) 884
21.4.4清洁水法(CWA) 884
21.4.5州法规887
21.4.6国家法规要求概述
21.4.7《世界银行液体废水准则889摘要》
21.5制浆造纸废水的处理
21.5.1预处理
21.5.2初级治疗
21.5.3二级治疗
21.5.4三级处理895
21.5.5生物固体管理过程
21.5.6生物固体处理过程
21.5.7处理厂的空气污染物排放
21.5.8污水处理厂水污染物排放
21.5.9处理厂的生物固体/危险废物排放898
21.5.10纤维和二氧化钛898的回收
21.6案例研究
21.6.1案例一:国际纸业公司，杰伊，缅因州899
21.6.2案例二:德克萨斯州拉夫金的一家造纸厂升级处理厂，使用DAF Cell 901
21.6.3案例三:日本大津纸业公司深井厂902
21.6.4案例四:棉纤维回收浮选池
Krofta工程公司，勒诺克斯，马萨诸塞州904
21.6.5案例V:米德公司纤维和二氧化钛回收设施，马萨诸塞州南李905
21.6.6案例六:勒诺克斯水技术研究所(LIWT)资源回收设施，马萨诸塞州勒诺克斯905
906年命名法
附录907
引用908年
21.1简介21.1.1背景
造纸及相关产品行业包括三种类型的设施:纸浆加工原木纤维或经加工的纤维制成纸浆的;生产纸张或纸板的造纸厂和纸板厂;以及将使用这些主要材料的设施转化为生产更专业的产品，如信纸、餐巾纸和其他纸巾产品。与前两个设施不同，纸张的转换过程不会产生水或空气污染。本章主要关注纸浆和造纸工业中环境问题最严重的领域:来自制浆流程。
纸浆和造纸工业中的具体成分包括以下1、2:
1.纸浆。它们分离木头或其他材料的纤维，如破布、细麻布、废纸和稻草，以制造纸浆。工厂可以使用化学，半化学或机械过程，并可以创造副产物如松节油和高脂油。大多数纸浆厂漂白他们生产的纸浆，当废纸转化为二次纤维时，它是脱墨的。一些纸浆厂的产出不用于造纸，而是用于生产醋酸纤维素或溶解后以粘胶纤维或玻璃纸的形式再生。
2.造纸厂。这些工厂主要从事用木浆和其他纤维纸浆造纸，也可能生产转化纸制品。如果主要运输纸张或纸制品，主要从事纸浆生产和造纸生产的综合经营的机构也包括在这个行业中。
3.纸板。这些公司主要从事生产纸板，包括用木浆和其他纤维纸浆涂在纸板机上的纸板;他们也可以生产转换纸板产品。
4.纸板容器和盒子。这些机构从事用购买的纸板制造瓦楞和固体纤维盒和容器。这个行业的主要商品是盒子、衬垫、隔板、展示品、托盘、瓦楞纸板、食品包装和非食品(例如:肥皂、化妆品和药品)包装。
5.其他折纸制品。这些机构生产一系列的纸，纸板和塑料产品与购买的材料。常见产品包括纸和塑料薄膜包装，特种纸，纸和塑料袋，马尼拉文件夹，纸巾产品，信封，文具和其他产品。
纸浆和造纸工业的一个重要特征是纸浆厂和将纸浆加工成纸、纸板和建筑用纸的下游加工之间的相互联系。制浆和造纸工业的另一个重要特征是制浆过程、化学投入和产出的范围。总的来说，纸浆厂的生产过程是化学密集型的，过去和现在一直是污染预防规则制定的重点。还有许多用纸和纸板库存制成成品纸和纸板产品的制造商。一些公司既从事初级产品的制造，也从事转换，特别是生产瓦楞纸组织产品集装箱、折叠纸箱、软包装和信封。
21.1.2制浆造纸工业的特征
纸浆和造纸工业使用纤维素纤维生产初级产品——商品级木浆、印刷和书写纸、卫生纸巾、工业用纸、纸板和箱形纸板。涉及的两个步骤是制浆和纸张或纸板制造。
21.1.2.1制浆
制浆是用化学、半化学或机械方法将木屑分离成单个纤维的过程。所使用的特定制浆工艺会影响最终纸制品的强度、外观和预期用途特性。制浆是纸浆和造纸工业对环境影响的主要来源。美国有十多种不同的制浆工艺;每个过程都有自己的一组过程输入、输出和由此产生的环境问题表21.1概述了主要制浆工艺及其生产的主要产品。牛皮纸浆，漂白和未漂白，用于制造大多数纸制品。化学制浆工艺加在一起占美国纸浆生产的84%图21.1显示了主要制浆工艺的相对产量。
一个漂白硫酸盐纸浆厂每吨纸浆需要15140 - 45420升(4000 - 12000加仑)的水和8.56 - 1222万chu(14 - 2000万Btu)的能量，其中约4.44 - 556万chu(800 - 1000万Btu)通常来自制浆过程本身的生物质衍生燃料在所有设施中，纸浆、造纸和相关产品行业是最大的工艺用水消费者和第三大能源消费者(仅次于化学和金属行业)。5,6大量的水和能源的使用，以及化学品的投入，导致了各种环境问题。
21.1.2.2纸张及纸板制造业
纸张或纸板的制造过程对于所有类型的纸浆都是相似的。浆料以极稀浆料的形式在过滤织物的移动无止带上展开。水分通过重力和真空除去，形成的纤维网通过压机除去更多的水分并巩固纤维网。纸和纸板制造商使用几乎相同的工艺，但纸板更厚(超过0.3毫米)。
21.1.3产业规模和地域分布
纸浆和造纸工业的特点是设施非常大;在美国人口普查局1998年报告的514家纸浆和造纸厂中，有343家(67%)拥有100名或以上的员工。整个国家
表21.1
制浆过程描述
描述/主要产品
高度漂白和纯化的硫酸盐木浆，适用于转化为人造纤维、粘胶、醋酸酯和玻璃纸等产品
漂白或未漂白的牛皮纸加工木浆通常转化为纸板、粗纸、薄纸和商业、书写和印刷等细纸
亚硫酸盐加工木浆，加或不加漂白剂，用于生产薄纸、细纸和新闻纸。纸浆是通过化学、压力和偶尔的机械力生产的，加或不加漂白剂，用于瓦楞纸介质(纸板)、纸和纸板。用于新闻纸、粗纸、薄纸、模塑纤维制品和细纸的热机械、化学机械或化学热机械装置。从回收的纸或纸板中提取的纸浆，使用化学或溶剂工艺去除用于生产细纸、薄纸和新闻纸的油墨、涂料和颜料等污染物
二次纤维不脱墨造纸由回收的纸或纸板不经过脱墨过程制成的纸浆，用于生产薄纸、纸板、模塑制品和建筑用纸Nonwood化学纸浆从纺织品(如破布)、棉绒、亚麻、大麻、烟草和麻麻中制取纸浆，用于制作卷烟纸和其他特种纸制品
资料来源:美国环保署，《纸浆和造纸工业概况》第二版，EPA/310-R-02-002报告，美国环保署，华盛顿，2002年11月。
这些工厂有17.2万名员工，生产了590亿美元的出货量(以1998年美元计算)。2000年，该行业雇佣了18.2万人，产生了790亿美元的出货量。相比之下，下游设施(集装箱和特种产品制造商)往往数量更多，但规模较小。75%以上的工厂员工人数不足100人。表21.2列出了纸浆和造纸设施以及下游制造商的就业分布情况
Semichemical
Semichemical
-
- 图21.1美国纸浆产量(2000年)。(摘自美国环保局，《纸浆和造纸工业概况》第二版，EPA/310-R-02-002报告，美国环保局，华盛顿，2002年11月。)
制浆过程
溶解卡夫
漂白纸级牛皮纸和纯碱未漂白牛皮纸溶解亚硫酸盐
纸张级亚硫酸盐
机械浆
二次纤维脱墨
表21.2
纸张及相关产品设备的尺寸
每个工厂的员工数(占总数的%)
行业
纸浆厂造纸厂纸板厂纸板容器和纸箱等。折纸制品
研究-
14 (34%) ó3 (24%) 77 (3ó%) 1311 (4ó%) 雷竞技csgo111ó (3ó%)
20 - 99
100 - 499
> 499
资料来源:美国环保署，《纸浆和造纸工业概况》第二版，EPA/310-R-02-002报告，美国环保署，华盛顿，2002年11月。
根据美国人口普查局的报告，1997年(可获得的最新数据)。7由于近年来有一些设施关闭，目前的设施数量可能略低。
综合纸浆和造纸行业是美国出货量前10大制造业之一。该行业出货量达1460亿美元，就业人数达609480人。单个纸浆和造纸厂只雇佣了该行业28%的工人，但生产了40%以上的货物
纸浆和造纸厂的地理分布因造纸厂的类型而异。由于单个设施的规模存在巨大差异，设施数量的统计可能不能代表经济活动的水平(也不能代表可能的环境后果)。纸浆厂主要坐落在从天然树木或树木农场收获树木的地区，如东南部、西北部、东北部和北部中部地区加工再生纤维的纸浆厂通常位于废纸产地附近。然而造纸厂的分布更为广泛。它们位于制浆厂或转换市场附近。纸板厂的分布总体上反映了制造业的位置，因为这些业务是纸板产品的主要市场。图21.2展示了美国纸浆和造纸厂的位置
21.1.4经济趋势
美国的纸张和纸板产量约占全球的30%。纸浆和造纸工业是美国贸易平衡最重要的行业之一。在20世纪90年代的大部分时间里，贸易平衡都在增长。1999年，出口额为85亿美元。然而，近年来，出口一直在下降，进口一直在增加。1997年至2000年间，出口下降5.5%，进口增长超过20%。出口下降，进口增加，部分原因是美元在这一时期走强，最近美国经济增长放缓
与世界其他市场相比，美国的纺织业有几个优势:现代化的工厂、高技能的劳动力、庞大的国内市场和高效的交通基础设施。纸浆的主要出口市场是日本、意大利、德国、墨西哥和法国。美国商务部预计，到2004年为止，出口将比国内市场的生产增长更快。世界贸易组织(WTO)降低关税的努力包括纸浆和纸制品的关税;如果这些措施取得成功，美国工业界预计纸浆和纸张的出口率将进一步提高。
然而，纸浆和纸张属于大宗商品，因此价格容易受到全球竞争的影响。雷竞技手机版app巴西、智利和印度尼西亚等国家已经建立了现代化、先进的纸浆设施。这些国家的树雷竞技手机版app木生长速度更快，劳动力成本更低。拉丁美洲和欧洲国家也在增加造纸能力。雷竞技手机版app由于国外竞争的加剧，预计到2004年，美国市场的纸张进口量每年将增加3%
-
- 图21.2纸浆、造纸和纸板厂的地理分布(摘自美国环保局，《纸浆和造纸工业概况》第二版，EPA/310-R-02-002报告，美国环保局，华盛顿，2002年11月。)
为了应对这个竞争日益激烈的市场，纸浆和造纸公司在1997年至2002年间进行了大量的合并和收购。
从历史上看，美国纸浆和造纸公司在设施的资本改善方面投入了大量资金。然而，由于困难的市场条件，近年来的资本投资远低于历史水平。2002年，工业产能首次出现实际下降。由于很少有新工厂在建，大部分资本支出都用于现有设施的扩建、升级和环境保护措施。在1985年至1999年期间，与环境保护有关的资本改善占总投资的4%至22%，在20世纪90年代初和后期有显著增长
纸浆和造纸工业的一个主要运动是越来越重视回收纸的使用。现在，近50%的纸张被回收，用作再生纸或家庭绝缘材料等产品。此外，回收纸有助于美国的出口;2000年大约出口了1000万吨回收纸
21.2过程描述
21.2.1制浆造纸工业的流程
简单地说，纸是通过将纤维素纤维的水悬浮液涂在筛网上制成的，这样水分就会被排出，纤维颗粒就会形成网状结构。大多数现代纸制品含有非纤维添加剂，但除此之外，它们都属于这个一般定义。只有少数特殊用途的纸制品是在不使用水的情况下使用干成型技术制造的。纸浆生产是纸浆和造纸工业对环境影响的主要来源。
纸张和纸板的生产工艺一般可分为三个步骤:
1.纸浆制造
2.浆处理
3.纸/纸板生产
烹饪
木材堆场和航运
漂白jao
烹饪
检查1
完成部门
检查1
筛选2
造纸机
完成部门
图21.3整体磨机简化流程图。(摘自美国环保局，《纸浆和造纸工业概况》第二版，EPA/310-R-02-002报告，美国环保局，华盛顿，2002年11月。)
纸和纸板的生产过程相似。在纤维被分离，杂质被去除后，纸浆可以被漂白以提高亮度，并加工成适合造纸的形式。在造纸阶段，根据其预期的最终产品，纸浆可以与染料、增强树脂或添加纹理的填充材料结合。然后，将混合物脱水，将纤维成分和纸浆添加剂留在无尽的织物带上。纤维结合在一起，通过一系列的压机和周围加热滚筒干燥机。还可以在移动的网纱上添加其他添加剂。最终的纸制品通常卷在大卷上储存(见图21.3)。如果需要更多关于造纸过程的信息，建议参考文献3。
21.2.1.1制浆
表21.3根据纤维分离方法、合成纤维质量和1998年美国纸浆产量的百分比概述了木材制浆类型。11、12许多工厂在同一地点进行多种制浆工艺，最常见的是无脱墨二次纤维制浆和纸级牛皮纸
表21.3
木材制浆工艺的一般分类
流程类别
机械
Semichemical化学
纤维分离法
机械能
化学和机械处理相结合化学和热
纤维质量
短、弱、不稳定、不纯的纤维
“中间”浆的性质(一些独特的性质)
长、坚韧、稳定的纤维硫酸盐、亚硫酸盐、纯碱
例子
石磨木、精炼厂机械纸浆高产硫酸盐、高产亚硫酸盐
占1998年美国木浆总产量的%
pulping.3下面详细介绍了以下三种基本类型的木材制浆工艺，然后讨论了二次纤维制浆技术:
1.化学制浆
2.Semichemical制浆
3.机械制浆
制造纸浆使用了各种技术和化学品，但大多数纸浆制造系统包含表21.4所示的工艺顺序。总的来说，大部分与纸浆和造纸厂有关的污染物排放发生在制浆和漂白阶段，而大部分化学品投入都发生在这个阶段。
提供的作文
根据全国人口普查，大约95%的纸浆和纸张制造商以某种形式使用木材。木材可以有多种形式和类型。原木、木屑和锯末被用来制作纸浆。然而，由于不同的物理和化学性质，某些制浆工艺在特定类型的木材上使用时更有效。所用木材的种类对纸浆的特性有深远的影响。一般来说，软木纤维比硬木纤维更长，细胞壁更薄。软木纤维越长，纸的强度就越大，尤其是撕裂强度。
二次纤维是下一个最常见的纤维成分。二次纤维由消费前纤维(例如，工厂废料纤维，总是在内部回收)和消费后纤维组成，后者通常被称为再生纸。消费后纤维来源多种多样，但最常见的是新闻纸和瓦楞纸箱。虽然二次纤维的使用比例不像木材原料那样大，但约70%的纸浆和造纸制造商在其制浆生产中使用一些二次纤维，约200家纸浆厂(占纸浆厂总数的40%)完全依赖二次纤维作为纸浆原料。11、14必须对二次纤维进行加工以去除诸如胶水、涂层或粘结剂等污染物，并且根据最终产品的不同，可以或不可以对二次纤维进行加工以去除油墨或使纸浆变亮。
由于原始纸浆价格的上涨和脱墨技术的不断改进，二次纤维在纸浆和造纸工业中的使用正在增加。出于对环境的考虑，消费者接受了由再生纸制成的亮度较低的产品，政府规范规定了产品质量的最低标准。在1990年至200年期间，回收纤维占工业纤维消费量增长的75%
表21.4
制浆工艺流程
工艺步骤
纤维原料的制备和处理
纸浆加工漂白
纸浆干燥和打包机(非一体化轧机)原浆制备
描述
去树皮，砍，削原木，然后筛选木屑/
二次纤维(一些纸浆厂购买切屑而跳过这一步)化学、半化学或机械将制浆材料分解成纤维去除纸浆杂质，清洗和增厚纸浆纤维混合物在必要时，在反应和洗涤过程中加入化学物质，增加纸浆的白度和亮度在非一体化纸浆厂，纸浆被干燥并捆扎成捆，然后运输到造纸厂
混合、精炼和添加湿添加剂以增加纸张产品的强度、光泽和纹理，如果需要纤维，用回收纸消耗占纸张和纸板总产量的比例表示，约为39%，并且正在缓慢攀升在资源匮乏的国家，如日本，二次纤维利用率约为50%，而欧洲的平均利用率约为40%由于纤维物质和强度的损失回收工艺中，50%的利用率被认为是目前纤维回收的最大总利用率
直到最近，二次纤维还没有用于更高质量的纸制品。污染物(如油墨、纸张颜色)存在，因此生产低纯度产品通常是使用二次纤维最具成本效益的方法。目前，美国大约68%的二次纤维用于多层纸板或用于制造瓦楞纸板的瓦楞纸最近，脱墨工艺的不断改进以及环境问题带来的需求，导致越来越多地使用脱墨纤维用于新闻纸或更高质量的用途，如办公复印纸。
纤维的其他来源包括棉布和细麻布，亚麻，大麻，甘蔗渣，烟草和合成纤维，如聚丙烯。然而，这些物质并没有被广泛使用，因为它们通常用于小容量、特殊等级的纸张。
纸浆造纸厂使用的原料种类取决于所生产产品的种类以及哪些原料是现成的。城市纺织厂使用二次纤维的比例较大，因为消费后的给料近在咫尺。位于农村的工厂通常靠近木材来源，因此可能使用更大比例的原始纤维。
提供准备
木材是通过一种旨在提供均匀的制浆原料的工艺制备纸浆的。在圆木材料(原木)的情况下，原木被切割到可管理的大小，然后去皮。在与伐木设施相结合的纸浆厂，可接受的木材在这一阶段被移除。在这些设施中，木材加工过程中产生的任何剩余或废木材都被送回削屑过程中;内部伐木废渣可以是一个重要的来源，在一个设施的木材摆设。那些不适合做木材的原木的树皮通常用机械或高压水射流剥离，以防止制浆作业受到污染。根据树皮的水分含量，它可以被燃烧用于能源生产。如果不燃烧用于能源生产，树皮可用于护根物、地被物或制作木炭。
液压脱皮方法在燃烧前可能需要一个干燥步骤。通常，液压去除树皮收集在水槽中，脱水，并在燃烧前压制。这一过程产生的废水的处理是困难和昂贵的，然而，而干脱树皮法可以将去除的树皮直接导入熔炉在一定程度上由于这些挑战，液压脱皮在行业中的重要性已经下降
去皮的原木被切屑机切成大小相等的薄片。削片机通常生产均匀的木片，在纹理方向上长20毫米，厚4毫米。然后，这些芯片被放在一组振动筛上，以去除那些过大或太小的芯片。大的芯片留在顶部的屏幕上，被送去重新切割，而最小的芯片通常与树皮一起燃烧。某些机械制浆工艺，如石磨木制浆，使用圆木;然而，大多数制浆作业都需要木屑。非木材纤维的处理方式取决于其成分。始终采取措施保持纤维成分，从而保持纸浆产量。
化学制浆
化学纸浆通常被制造成具有高质量标准或要求特殊性能的产品。化学制浆通过溶解木质素键来分离木材纤维。一般来说，这一过程包括在高温和高压的化学水溶液中烹饪/消化木屑。在美国使用的化学制浆有两种主要类型，它们在使用的化学品和产生的废物上有所不同:
1.卡夫/苏打水制浆
2.亚硫酸盐制浆
根据美国森林和造纸协会的数据，2000年卡夫制浆工艺生产了大约83%的美国纸浆吨。1该工艺的成功和广泛采用是由于几个因素。首先，由于硫酸盐烹饪化学品对木材成分的攻击是有选择性的，因此生产的纸浆明显比其他工艺生产的纸浆更强(kraft在德语中是“强度”的意思)。牛皮纸工艺也很灵活，因为它可以应用于许多不同类型的原材料(即硬木或软木)，并且可以容忍木材中经常发现的污染物(如树脂)。木质素去除率在硫酸盐工艺中很高——高达90%——允许高水平的漂白而不发生纸浆降解。最后，在硫酸盐制浆中使用的化学物质很容易在加工过程中回收，这使得它非常经济，减少了潜在的环境排放。
硫酸盐法使用钠基碱性制浆溶液(液)，由硫化钠(Na2S)和氢氧化钠(NaOH)在10%的溶液中组成。这种白酒(白酒)与木屑在反应容器(消化器)中混合。输出的产品是分离的木纤维(纸浆)和含有溶解的木质素固体的液体，在反应和未反应的制浆化学品(黑液)的溶液中。黑酒经过一个化学回收为第一步制浆再生白酒的过程。总的来说，硫酸盐法可将50%的原料转化为纸浆。
牛皮纸工艺是从苏打水的过程．苏打法使用的是氢氧化钠(NaOH)的碱性液体。由于化学回收的经济效益和反应速度的提高(碱法比硫酸盐法每磅木材原料的纸浆产量低)，硫酸盐法实际上已经取代了碱法。
2000年，亚硫酸盐制浆大约占美国纸浆生产的2%。针叶木材是亚硫酸盐制浆过程中使用的主要原料。然而，通常只有非树脂的品种被制浆，特别是当需要浅色的纸浆时。例如，这种工艺几乎专门用于生产粘胶为了制造亚硫酸盐纸浆，木屑在大型消化器中与亚硫酸钙、亚硫酸铵、亚硫酸镁或亚硫酸钠一起在压力下煮沸。亚硫酸盐制浆工艺依靠硫酸(H2SO3)和亚硫酸氢离子(HSO3-)的酸性溶液来降解木材纤维之间的木质素键。以亚硫酸盐制浆最多水污染由废液、凝析液、漂白厂排出物和意外排放产生。
亚硫酸盐纸浆比硫酸盐纸浆颜色少，更容易漂白;然而，它们并没有那么强大。亚硫酸盐工艺的效率和效果还取决于木材原料的类型和有无树皮。由于这些原因，与硫酸盐制浆相比，亚硫酸盐制浆的使用随着时间的推移有所下降。
Semichemical制浆
1999年，半化学制浆占美国纸浆产量的6%。半化学制浆通常非常坚硬，使得这种工艺在瓦楞容器制造中很常见。这个过程主要使用硬木作为原料。
化学制浆和半化学制浆的主要工艺区别在于，半化学制浆使用更低的温度、更稀的蒸煮液或更短的蒸煮时间，以及机械解体来分离纤维。半化学制浆过程中的消化步骤最多是用亚硫酸钠(Na2SO3)和碳酸钠(Na2CO3)加热纸浆。其他半化学过程包括永化学过程和两段蒸汽过程。半化学制浆的收率根据所用工艺的不同，从55%到90%不等，但纸浆残余木质素含量也很高，因此漂白更加困难。
机械制浆
2000年，机械制浆占美国纸浆产量的9%。机械生产的纸浆强度和质量较低。这种纸浆主要用于新闻纸和其他非永久性纸质产品。机械制浆利用物理压力而不是化学物质来分离原料纤维。流程包括:
1.石头磨木浆
2.炼油企业机械
3.形变场
4.Chemi-mechanical
5.Chemi-thermo-mechanical
石磨木工艺简单地包括在几个高能精炼系统中对木材进行机械研磨。精炼机械过程包括在常压下精炼木屑。热机械工艺在机械精炼前使用蒸汽和压力软化芯片。在化学-机械工艺中，可以在整个过程中添加化学品以辅助机械精制。化学-热-机械过程包括用化学物质对芯片进行软化处理，然后在高温和压力下进行机械制浆。机械制浆通常产生高纸浆产量，与化学制浆产量45-50%相比，高达95%，但是能源使用也很高。为了弥补其结构上的弱点，机械纸浆常与化学纸浆混合。
二次纤维制浆
2000年，二次纤维制浆占美国纸浆产量的39%。近200家造纸厂完全依赖回收纸作为纸浆原料，约80%的美国造纸厂在某种程度上使用回收纸此外，回收纸纤维消费量的增长速度是纤维总消费量的两倍多。二次纤维在出售给纸浆和造纸厂之前通常要进行预先分选。如果不是，则在制浆前对二次纤维进行处理以去除污染物。常见的污染物包括粘合剂、涂料、聚苯乙烯泡沫、密集塑料碎片、聚乙烯薄膜、湿强度树脂和合成纤维。在某些情况下，比所需二次纤维密度更大的污染物被去除离心力而轻污染物则被去除浮选系统．Centri清洁剂也用于去除密度小于纤维的物质(蜡和塑料颗粒)
油墨是二次纤维的另一种污染物，可通过加热二次纤维与表面活性剂的混合物来去除。然后将除去的油墨分散在水性介质中，以防止再沉积在纤维上。连续溶剂萃取也被用于从涂有塑料或蜡的纸和纸板中回收纤维。
二次纤维制浆是一种相对简单的工艺。最常见的碎纸机设计包括一个装满水的大容器，有时是加热的，以及回收的纸浆。制浆化学物质(如氢氧化钠，NaOH)经常被添加以促进纸张或纸板基质的溶解。源纤维(瓦楞容器、磨废料等)被扔进纸浆机，由转子混合。碎片和杂质通过两种机制被清除:碎布机和垃圾机。破布机从原始二次纤维混合物中抽出线绳、电线和破布。典型的破布机由几根在次级纤维浆液中旋转的“底火丝”组成。碎屑堆积在底火电线上，最终形成“碎屑绳”，然后将其清除。较重的碎片通过离心力从混合物中分离出来，落入碎纸机一侧的一个口袋中。破船由一个抓钩或升降桶组成。 Heat, dissolution of chemical bonds,剪切力通过搅拌和混合，以及机械设备的研磨，可以使纤维分离，并产生所需的均匀性纸浆。
污染物去除过程取决于要制浆的二次纤维的类型和来源。纸厂废纸可以很容易地重新制浆，污染物去除最少。另一方面，回收的消费后报纸在重复使用之前可能需要大量的污染物去除，包括脱墨。二次纤维通常用于低质量的应用，如多层纸板或瓦楞纸。
21.2.1.2制浆加工
纸浆生产后，纸浆加工除去了杂质12，如未煮熟的薯片，并通过洗涤过程回收任何残留的蒸煮液(图21.4)。纸浆的加工方式多种多样，取决于产生它们的方法(例如，化学，半化学)。去除纸浆杂质的一些纸浆加工步骤包括筛分、去纤和脱结。除去一部分水也可以使纸浆变厚。在额外的费用，纸浆可能
-
- 图21.4硫酸盐制浆工艺(带化学回收)。(摘自美国环保局，《纸浆和造纸工业概况》第二版，EPA/310-R-02-002报告，美国环保局，华盛顿，2002年11月。)
混合，确保产品均匀性。如果纸浆要储存很长时间，干燥步骤是必要的，以防止真菌或细菌的生长
化学制浆过程中残留的蒸煮废液用棕色原浆清洗机从纸浆中洗去。高效洗涤对于最大限度地使蒸煮液返回化学回收和最大限度地减少蒸煮液进入漂白装置(称为棕色原液洗涤损失)至关重要，因为过量的蒸煮液会增加漂白化学品的消耗。具体来说，白酒中所含的溶解有机化合物(木质素和半纤维素)会与漂白化学品结合，从而增加漂白化学品的消耗。此外，这些有机化合物是氯化有机化合物(如二恶英、呋喃)的前体。最常见的洗涤技术是旋转真空洗涤，按顺序在两个或四个洗涤单元中进行。其他洗涤技术包括扩散洗衣机，旋转压力洗衣机，卧式洗衣机带过滤器，冲洗机，稀释/萃取洗衣机。
纸浆筛选去除剩余的超大颗粒，如树皮碎片、超大薯片和未煮熟的薯片。在开放式筛分室中，来自筛分过程的废水在排放之前接受废水处理。在闭环筛分室中，该过程产生的废水在其他制浆作业中重复使用，最终进入工厂的化学回收系统。离心清洗(也称为液体旋流器、水力旋流器或离心清洗)用于筛分后去除相对致密的污染物，如沙子和污垢。筛选过程中的不合格品要么被重新粉碎，要么被处理为固体废物．
化学回收系统
化学回收系统是化学纸浆和造纸厂的一个复杂部分，并受到各种环境法规的制约。化学回收是化学制浆过程的关键组成部分;它从废弃的烹饪液中回收加工化学物质进行再利用。化学回收过程对纸浆和造纸厂有重要的经济和环境效益。经济效益包括由于过程化学品的再生率接近98%而节省的化学品采购成本，以及在回收炉中燃烧的纸浆残渣产生的能量环境效益包括工艺化学品的循环利用和减少对环境的排放。
卡夫化学回收系统
尽管新技术一直在开发中，但自1884年获得专利以来，基本的硫酸盐化学回收工艺一直没有根本性的改变。化学反应的逐步发展已经得到了改进;例如，黑液气化工艺目前正处于试验阶段。在化学回收过程中起作用的化学过程的精确细节可以在斯莫克手册中找到。硫酸盐化学回收过程包括以下一般步骤:
1.黑液浓度。制浆过程中残留的弱黑液通过蒸发浓缩，形成“强黑液”。在制浆过程中，洗棕浆后的弱黑液中固体的浓度约为15%;后蒸发过程，固体浓度可在60至80%之间。在一些较老的设备中，酒经过氧化以减少气味。氧化步骤是必要的，以减少在后续回收锅炉燃烧过程中从液体中剥离硫化氢时产生的气味。自1968年以来安装的几乎所有回收炉都采用了避免这些问题的非接触式蒸发工艺，因此氧化工艺在较新的轧机中并不常见。常见的现代蒸发器类型包括多效蒸发器以及各种补充蒸发器。硫酸盐工艺的异味问题一直是控制措施的主题。
2.回收锅炉。蒸发器排出的浓黑液在回收锅炉中燃烧。在整个硫酸盐化学回收过程的这一关键步骤中，有机固体被燃烧以获取能量，过程中的化学物质以熔融形式从混合物中除去。熔融无机过程化学物质(熔炼)流经锅炉的穿孔地板，流入水冷喷口和溶解罐，用于再熔化步骤的回收。回收锅炉产生的能量通常不足以满足工厂的总需求，因此设施用化石燃料和木材废料燃烧的锅炉来增加回收锅炉，以产生蒸汽和电力。在整个工业范围内，纸浆废料、树皮和其他造纸残留物的利用提供了纸浆和造纸公司58%的能源需求
3.Recausticizating。冶炼厂再焙烧以去除炉中残留的杂质，并将碳酸钠(Na2CO3)转化为活性氢氧化钠(NaOH)和硫化钠(Na2S)。再焙烧过程始于将熔体与“弱”液混合，形成绿色液，因其特有的颜色而得名。污染物固体，称为渣滓，从绿色液体中去除，这是混合石灰(曹)．在石灰混合步骤之后，由于其新的颜色，混合物现在被称为白酒，经过处理以去除沉淀的一层石灰泥(CaCO3)。回收的主要化学物质是碱(NaOH)和硫化钠(Na2S)。剩余的白酒则用于纸浆蒸煮过程。石灰泥经过处理可以再生石灰在煅烧过程。
4.煅烧。在煅烧过程中，从白酒中除去的石灰泥被燃烧再生石灰的用于石灰搅拌步骤。绝大多数的磨坊使用石灰窑进行这一过程，尽管少数磨坊现在使用更新的流化床系统，其中反应物由向上吹的空气悬浮。
亚硫酸盐化学回收系统
目前有许多亚硫酸盐化学制浆回收系统在使用。热和硫可以从产生的所有液体中回收;然而，基础化学品只能从镁和钠基工艺中回收。更多信息请参见斯莫克手册12。
21.2.1.3漂白
漂白被定义为任何通过化学方法改变纸浆以增加其亮度的过程。漂白纸浆所产生的纸张比未漂白纸浆更白、更亮、更软、吸收力更强。漂白纸浆用于制作白色或浅色纸。未经漂白的纸浆通常用于生产纸箱，衬纸和杂货袋。2000年，在美国用于造纸生产的大约6550万吨纸浆(包括回收纸浆)中，约50%用于漂白纸浆
任何类型的纸浆都可以进行漂白，但所使用的纤维配料和制浆工艺的类型，以及最终产品的期望质量和最终用途，在很大程度上影响纸浆漂白的类型和程度。印刷和书写用纸占漂白纸产量的60%左右。纸浆的木质素含量是其漂白潜力的主要决定因素。木质素含量高的纸浆(例如，机械或半化学)很难完全漂白，需要大量的化学投入。经过漂白的木质素含量高的纸浆在光照下会变色，亮度下降。机械和半化学制浆的过度漂白由于纤维的破坏导致纸浆产量的损失。化学纸浆由于其木质素含量低(10%)，可以漂白到更大程度。欲了解更多信息，建议参阅美国EPA参考文献19。下面详细介绍每种纸浆的典型漂白工艺。
自1990年以来，纸浆化学漂白工艺发生了重大变化。在那之前，几乎所有使用漂白的化学纸浆厂都在其某些工艺中加入了单质氯(Cy)。由于对二恶英的环境和健康担忧，美国纸浆厂现在使用无元素氯(ECF)和无全氯(TCF)漂白技术。最常见的ECF和TCF类型如表21.5所示。的区别
表21.5
无元素氯(ECF)和全无氯(TCF)漂白过程中常用的化学物质
漂白化学
氢氧化钠二氧化氯次氯酸氧臭氧
过氧化氢二氧化硫硫酸
化学公式
氢氧化钠二氧化氯
硫酸
ECF / TCF
ECF和TCF
ECF和TCF, ECF和TCF, ECF和TCF, ECF和TCF, ECF和TCF
氢氧化钠
氢氧化钠
污水下水道
图21.5典型的漂白植物来源。(摘自美国环保局，《纸浆和造纸工业概况》第二版，EPA/310-R-02-002报告，美国环保局，华盛顿，2002年11月。)
污水下水道
图21.5典型的漂白植物来源。(摘自美国环保局，《纸浆和造纸工业概况》第二版，EPA/310-R-02-002报告，美国环保局，华盛顿，2002年11月。)
ECF和TCF的区别在于ECF可能包括二氧化氯(ClO2)和次氯酸盐[HClO, NaOCl和Ca(OCl)2]基技术。2001年，ECF技术用于大约95%的漂白纸浆生产，TCF技术用于大约1%的漂白纸浆生产，单质氯用于大约4%的漂白纸浆生产
化学纸浆在传统漂白厂进行漂白(见图21.5)，其中纸浆经过三到五个阶段的化学漂白和水洗。所需的白度、初始原浆的亮度和装置设计决定了所需的循环次数。
漂白阶段一般在酸性和碱性条件下交替进行。在漂白过程的酸性阶段与木质素的化学反应增加了纸浆的白度。碱萃取阶段溶解木质素/酸反应产物。在洗涤阶段，溶液和反应产物都被除去。用于漂白过程的化学品必须具有高木质素反应性和选择性才能有效。通常，由于漂白剂与木材成分纤维素和半纤维素的反应，纸浆损失了4 - 8%，但这些损失可高达18%半化学纸浆通常在漂白塔中用过氧化氢(H2O2)漂白。机械纸浆用过氧化氢(H2O2)或亚硫酸钠(NaHSO3)漂白。漂白剂在纸浆加工阶段(即直流式漂白剂)或在漂白塔中使用，不需要单独的设备。由于漂白的化学成本和对纸浆产量的负面影响，机械纸浆的完全漂白通常是不现实的。
脱墨的二次纤维通常在漂白塔中漂白，但也可能在再制浆过程中漂白。漂白剂可以直接添加到碎纸机中。以下是用于漂白脱墨二次纤维的化学物质的例子:次氯酸盐[HClO, NaOCl, Ca(OCl)2]，过氧化氢(H2O2)和亚硫酸盐(NaHSO3)。
21.2.1.4备料
在这最后一个阶段，纸浆被加工成用于造纸的原浆。市场上的纸浆将被运往外地的造纸厂或纸板厂，如果在这个阶段有加工的话，也很少加工。加工包括特定于所需纸制品的纸浆混合，在水中分散，打浆和精炼以增加密度和强度，以及添加任何必要的湿添加剂。湿添加剂用于制造具有特殊性能的纸制品或促进造纸过程。湿添加剂包括防水树脂和蜡，填料，如粘土，二氧化硅，滑石粉，用于着色的无机/有机染料，以及某些无机化学(硫酸钙，硫化锌和二氧化钛)，以改善纹理，印刷质量，不透明度和亮度。
21.2.1.5造纸工艺
纸张和纸板的制作过程包括以下一般步骤:
1.湿端操作:由湿纸浆形成纸张
2.干端操作:纸制品的干燥、表面处理、贮存的卷取
湿端操作
经过处理的纸浆通过造纸机器转化为纸制品，其中最常见的是Fourdrinier纸机(见图21.6)。在Fourdrinier系统中，浆料沉积在a上移动皮带(由聚酯成型织物制成)，使其通过工艺的第一阶段。水通过重力、真空室和真空辊除去。由于其纤维含量高，废水被回收到工艺的浆液沉积步骤。然后连续的薄板被压在一系列滚轮之间，以去除更多的水并压缩纤维。
干端操作
压制后，床单进入干燥部分，在那里床单通过一系列蒸汽加热鼓。然后它可能被列入日历。在日历过程中，纸张被压在沉重的辊子之间，以减少纸张厚度并产生光滑的表面。涂料可以在这一点上应用于纸张，以提高光泽，颜色，印刷细节和光泽。较轻的涂料在机器上喷涂，较重的涂料在机器下进行。然后将纸制品卷起来储存。
21.2.1.6发电
纸浆和造纸厂产生的能源部分来自回收锅炉中废液固体的燃烧，但需要其他能源来弥补其余的工厂能源需求。在过去的25年里，纸浆和造纸工业已经改变了它的能源生产方法化石燃料对过程的更大利用或处理废物．木材处理和削片过程中木材废物使用量的增加(表21.6)是这一全行业变化的一个例子。在1972年至1999年期间，来自木质废物、废液固体和其他自生方法的组合的工业总发电量的比例从约41%增加到约58%，而煤、燃料油和其他自生方法则增加到约58%天然气使用从约54%下降到约36%
流
流
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- 图21.6长网造纸机。(摘自美国环保局，《纸浆和造纸工业概况》第二版，EPA/310-R-02-002报告，美国环保局，华盛顿，2002年11月。)
表21.6
美国纸浆和造纸工业的估计能源来源
能源1972年1979年1990年1999年
购买蒸汽5.4% 6.7% 7.3% 1.5%
天然气21.5% 17.8% 16.4% 17.6%
其他购买能源——6.7%
废木材及木屑6.6% 9.2% 15.4% 13.5%(占用燃料)及树皮
废液固体含量33.7% 37.3% 39.4% 40.3%
其他自备电量0.6% 0.8% 1.2% 1.6%
资料来源:美国环保署，《纸浆和造纸工业概况》第二版，EPA/310-R-02-002报告，美国环保署，华盛顿，2002年11月。
纸浆和造纸厂的动力锅炉是颗粒物排放、SO2和NOx的来源。化学回收锅炉排放的污染物包括SO2和total还原硫化合物(TRS)。
21.2.2生产线上的原材料投入和污染产出纸浆和造纸厂使用和产生的材料可能对空气、水和土地有害:
1.纸浆和造纸过程产生大量废水，可能对淡水或海洋生态系统产生不利影响。
2.废水处理过程产生的剩余废物可能对现有的当地和区域造成影响处理问题．
3.制浆过程和发电设施排放的空气可能会释放出气味、微粒或其他污染物。
制浆和造纸过程中污染物释放的主要来源分别发生在制浆和漂白阶段。因此，与一体化工厂或纸浆厂相比，非一体化工厂(即现场没有制浆设施的工厂)并不是重大的环境问题。
21.2.2.1水污染物
纸浆和造纸工业是美国最大的工业过程用水户在2000年，一个典型的纸浆和造纸厂每生产一吨纸浆要消耗15140到45420升(4000到12000加仑)的水纸浆和造纸厂普遍担心的水污染是废水固体，生化需氧量(BOD)，以及颜色。毒性问题历史上发生在氯化/萃取序列后废水中潜在存在的氯化有机化合物，如二恶英、呋喃和其他(统称为可吸附有机卤化物或AOX)。随着二氧化氯代替氯，氯化化合物的排放量急剧下降。
由于纸浆和造纸过程中使用大量的水，几乎所有的美国工厂都有初级和初级水污水二级处理去除微粒和生化需氧量的系统。这些系统还提供了其他重要参数的显著去除(例如，30 - 70%)，如AOX和化学需氧量(COD)．
表21.7
制浆和造纸过程中常见的水污染物
源
废水的特点
用于木材处理/剥皮和碎屑清洗的水
芯片消化器和冷凝液蒸发器
“白水”来自纸浆筛选、增稠和清洗
漂白设备清洗机过滤造纸机水流纤维和液体溢出
固体，BOD，颜色
集中BOD;含硫量大，有悬浮固体;可以有重要意义生化需氧量BOD固体，常沉淀重复使用固体，BOD，颜色
资料来源:美国环保署，《纸浆和造纸工业概况》，第二版，EPA/310-R-02-002报告，美国环保署，华盛顿，
2002年11月。BOD，生化需氧量．
来自纸浆和造纸厂的主要污染物来源见表21.7。
纸浆厂的木材加工作业用水有多种用途。产生的废水含有BOD、悬浮物和一些颜色。芯片消化器和化学回收蒸发器的凝析油是BOD和还原性硫化合物的来源。含有BOD、颜色和悬浮物的废水可能由使用“常压”系统的纸浆筛分操作产生，尽管大多数纸浆厂都有现代压力筛，实际上消除了这类废水。硫酸盐漂白产生大量含有BOD、悬浮物、颜色和氯化有机化合物的废水。造纸机中多余的白水(因其特有的颜色而得名)含有悬浮物和BOD。纤维和液体泄漏也可能是工厂废水的来源。通常情况下，泄漏物被捕获并泵送到等待区，以减少泄漏物再利用的化学品使用，并避免设施废水处理系统的负荷。
废水处理系统是跨介质污染物转移的重要来源。例如，水性颗粒和一些氯化化合物沉淀或吸收到处理污泥上，其他化合物可能在废水处理过程中挥发。
21.2.2.2大气污染物
表21.8概述了各种纸浆和造纸工艺释放的空气污染物的主要类型和来源
水蒸汽是纸浆和造纸厂排放的最明显的空气，但通常不受管制，除非它们形成明显的遮挡物或气候调节剂。raybet雷竞技最新
纸浆和造纸厂的动力锅炉和芯片消化器是纸浆和造纸厂常见的空气污染物来源，如颗粒物和氮氧化物。芯片消化器和化学回收蒸发器是挥发性有机化合物最集中的来源。化学回收炉是细颗粒物排放和硫氧化物的来源。在硫酸盐工艺中，与四种被统称为总还原硫(TRS)的还原硫气体(硫化氢、甲基硫醇、二甲基硫化氢和二甲基二硫化氢)产生的气味问题相比，硫氧化物是一个小问题。TRS排放主要来自木屑消化、黑液蒸发和化学回收锅炉过程。TRS化合物在低于硫氧化物浓度的情况下会产生难闻的气味;TRS化合物的气味阈值大约比二氧化硫低1000倍。人类可以在空气中检测到一些TRS化合物作为“臭鸡蛋”的气味，其水平低至1 ^g/L。
表21.8
纸浆和造纸过程中常见的空气污染物
源
硫酸盐回收炉
飞灰猪的燃料还有燃煤燃烧器
亚硫酸盐厂操作
硫酸盐制浆和回收工艺
芯片消化器和液体蒸发
所有燃烧过程
细颗粒粗颗粒硫氧化物还原硫气体挥发性有机化合物氮氧化物
资料来源:美国环保署，《纸浆和造纸工业概况》第二版，EPA/310-R-02-002报告，美国环保署，华盛顿，2002年11月。
纸浆和造纸厂在污染控制技术和工艺方面进行了大量投资。根据
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