Управление на отпадъци от целулозно-хартиената промишленост

Проучвания показват, че всяка година европейската целулозно-хартиена промишленост генерира приблизително 11 млн. тона отпадъци, 70% от които се отделят при производството на обезмастилена рециклирана хартия. Отпадъците са с разнообразен състав и включват дървесни остатъци, различни видове утайки и пепели в случаите, когато производствената площадка разполага и със съоръжение за изгаряне. В сравнение с рециклирането на хартия при използването на първични суровини се отделят по-малки количества отпадъци, които обаче са с подобни характеристики. Единствената по-значима разлика е, че се генерират по-малко неорганични отпадъчни материали.

Все по-стриктното законодателство и повишените такси водят до бързо елиминиране на депата като алтернатива за крайно обезвреждане на отпадъците в Европа, а изгарянето с възстановяване на енергия се превръща в основен метод за оползотворяване. Прилагат се и други варианти като пиролиза, газификация, разпръскване върху земеделска земя, компостиране и повторна употреба като строителни материали, за които обаче са необходими допълнителни проучвания с цел оптимизиране на процесите.

Характеристики на отпадъците
Различните процеси в целулозната и хартиената индустрия са свързани с формирането на различни твърди отпадъци и утайки. Твърди отпадъци се отделят предимно при разделяне на влакната от дървесината, обезмастиляване и третиране на отпадъчните води. Количеството и съставът на твърдите отпадъци зависят от произвеждания клас хартия, използваните суровини и техники. Значителният поток от остатъци от целулозно-хартиените предприятия включва утайки от пречистване на отпадъчни води, шлам, зелена луга, пепел от котли и пещи, утайки от скрубери и отпадъци от преработка на дървесина.

По принцип твърдите отпадъци от хартиеното производство са влажни и съдържат някои органични компоненти под формата на влакна от дървесина или рециклирана хартия, хлорирани органични съединения и патогени, значителни количества пепел и следи от тежки метали. Докато съставът на твърдите отпадъци от целулозно-хартиената промишленост е известен и постоянен в резултат на използваните съвременни и силно контролирани процеси, то съставът на утайките от пречистването на води от сектора варира в широки граници.

Термични процеси
Изгарянето на отпадъците, комбинирано с получаването на електроенергия и пара, е един от най-широко прилаганите методи за обезвреждане в Европа. Технологията е подходяща за почти всички видове утайки, включително вторични (биологични). Поради високото съдържание на влага и пепел в тези отпадъци обаче процесът на изгаряне може да не е енергийно ефективен. Съоръженията с флуидизиран слой осигуряват успешно окисление на такива утайки и получаване на процесна пара и/или електрическа енергия, намалявайки зависимостта на предприятието от изкопаемите горива. Основната полза от изгарянето е редуцирането на количеството депонирани материали с около 80-90%. В зависимост от характеристиките на получените пепели са налични различни варианти за обезвреждането им.

Алтернатива на изгарянето е процесът на пиролиза, при който органични отпадъци се нагряват в отсъствието на кислород до получаването на смес от газообразни и течни горива и твърд инертен остатък (предимно въглерод). Технологията включва разлагане на органичната материя при температура между 400 и 800°C. Методът е предназначен за отпадъци с високо съдържание на въглерод като дървесина, гуми и пластмаси, но не е достатъчно развит за обезвреждане на утайки от хартиеното производство.

Прилагането на газификация за отпадъци от целулозно-хартиената индустрия е все още в ранните си етапи. При процеса горимият материал се превръща в запалим газ и инертен остатък в присъствието на въздух или кислород и при висока температура (между 900 и 1400°C).

Оползотворяване за строителни материали
Остатъците от хартиената индустрия могат да бъдат оползотворени в циментовото производство и като суровинен, и като енергиен ресурс. Особено подходящи за целта са утайките от първични утаители. Все пак приложимостта им се определя от количеството и вида на съдържащите се в тях неорганични съединения. Утайката (около 50% влагосъдържание) се изсушава с отпадна топлина от съоръжението за предварително сушене на циментовата пещ, като по този начин не е необходимо влагането на допълнителна енергия за редуциране на влажността до 10-15%. Това позволява оползотворяване на калоричността на органичните вещества с високо съдържание на въглерод и задържане на получаващата се пепел в продукта.
Този метод на обезвреждане е целесъобразен, когато предприятието за хартия се намира в близост до завод за цимент или тухли, който разполага с капацитет за оползотворяване на утайката.

Добавянето на 5-15% утайка от хартиената индустрия като суровина при производството на тухли подобрява както крайния продукт, така и процеса. Първо, тъй като влакната увеличават порьозността, могат да се произвеждат по-леки тухли. Второ, по този начин се пести от гориво за пещта, намалява се времето за изпичане и продуктът става по-устойчив на напукване при сушене и изпичане.

Компостиране
Този процес включва престояването на отпадъците и утайките докато повечето от влакната и органичните материали се стабилизират под действието на микроорганизми и с минимална загуба на въглерод. Понякога към отпадъците и утайките се добавят торове за повишаване на съдържанието на хранителни вещества. Така се получава подобен на хумус материал, който може да се използва за домашни растения и оранжерии. Това е един от методите за обезвреждане на отпадъци от целулозно-хартиената промишленост с най-ниски разходи.

Като търговски продукт компостът трябва да отговаря на набор от технически изисквания, например степен на узряване и приложимост за растения. Компостът, направен от органични отпадъци и различни количества отпадъчни материали от хартиената индустрия, обикновено е в съответствие с тези изисквания. За ограничаващ фактор може да се смята концентрацията на вредни вещества, най-вече на тежки метали.

Приложение върху земеделски земи
Поради съдържанието на калциев карбонат прилагането на утайки от хартиената промишленост върху земеделски земи е един от предпочитаните методи за обезвреждане, особено в държави с предимно киселинни почви. Преди разпръскването им върху почвата отпадъците се подлагат на обезводняване и/ или изгаряне с цел намаляване на обема им. Методът включва транспортиране на утайките или отпадъците под формата на кек от завода до предвидения терен и полагането им върху повърхностния почвен слой.

В ЕС приложимостта на техниката силно зависи от това дали в конкретната държава членка е допустимо прилагането на утайки в земеделски земи. Важно условие е, че за това приложение утайката трябва да съдържа азот, а в повечето случаи отпадъците от целулозно-хартиената промишленост се отличават с ниска концентрация на азот. Друг потенциален проблем е възможността за замърсяване на почвата с ниски концентрации на тежки метали и органични микрозамърсители. Утайките от заводите за хартия обаче не съдържат повече замърсители от утайките от третиране на битови отпадъчни води. Контролираното им приложение може да има някои положителни ефекти върху почвата – калциевият карбонат неутрализира киселинните почви, а влакната спомагат за задържането на влага в засушени почви. Възможните ползи зависят от вида на почвата, като периодите на разпръскване са ограничени до няколко месеца от годината, което обуславя необходимостта от достатъчен капацитет за съхранението на утайките. Използването на твърди отпадъци от хартиената промишленост за закривки на депа, мини и други не е толкова строго регулирано в сравнение с прилагането върху земеделски земи.

По своята структура отпадъците от целулозно-хартиената индустрия наподобяват компактираната глина, използвана за запечатващ слой на депа. В случай че се предвижда такова оползотворяване, следва да се гарантира, че отпадъците не се разграждат по химичен или микробиологичен път.

Анаеробно разграждане
За да може да се проведе този процес, отпадъците трябва да съдържат голямо количество органична материя, която да бъде превърната в биогаз и вторична биомаса. Съвременните конструкции на реакторите и усъвършенстваните системи за управление на процеса обаче вече позволяват на анаеробно разграждане да се подлагат и отпадъци, които досега са били третирани аеробно. Като цяло, сред биологичните методи анаеробното разграждане често е най-рентабилно поради високата степен на възстановяване на енергия и ограничените въздействия върху околната среда.
Анаеробното разграждане обикновено се провежда при мезофилни температури от 35±5°C. При тези условия приблизително половината от органичната материя е податлива на анаеробно разграждане. С цел увеличаване на добива на газ и унищожаване на патогените може да се предприемат редица мерки – експлоатация в термофилния температурен диапазон, разделяне на процеса на два етапа или предварително третиране на утайките за намаляване на необходимото време на престой в реактора.

Производствените отпадъци от хартиената индустрия обикновено се използват като допълнителна суровина при анаеробното разграждане на селскостопански растителни отпадъци. Полученият биогаз може да се използва за задоволяване на собствени енергийни нужди на завода, а вторичната биомаса може да се реализира на пазара като почвен подобрител.