废纸再生利用技术绪论

废纸的再生利用技术,环境工程0901班,1.1 回收纸与再生纤维 废纸在英语中叫“Wastepaper”。 废纸原料也叫做二次纤维(Second Fiber)或再生纤维（Recycled Fiber）。 废纸作为造纸原料与原始的植物纤维原料相比，应算是半成品原料，一般不含果胶、树脂、溶剂抽出物、灰分等植物原料及天然所固有的有机物和无机物杂质。,组成回收纸的主要成分是纤维素和半纤维素，其次是由于加工和使用而带入的杂物。杂物多种多样，包括油墨、蜡类、树脂浸渍物、塑料薄膜、金属薄膜、合成树脂、热熔物、胶勃剂、各种无机填料、涂料以及装订书钉、油污、泥沙等。 回收纸的组成虽然比较复杂，但比使用原始植物纤维制浆造纸要简便容易得多。不仅使再生纤维制浆生产流程简化，大大节省设备投资，而且还可节约电力、燃料和化学药品，使生产成本大为下降。,再生纤维虽然是造纸的好原料，但回收纸中的各种杂物对制浆造纸极其有害，许多杂物的去除又不容易，所以回收纸的再生面临着许多困难。 “如何经济有效地将回收纸中众多杂物除掉？”是回收处理的重大课题。 1.2 再生纤维（废纸）的价值 再生纤维不仅可用于生产低级包装纸、纸板，也可以配抄书写纸、涂布纸、卫生纸等中档纸和纸板。,充分利用再生纤维，获得良好的经济效益和社会效益，主要体现如下： (1) 节约造纸纤维原料 再生纤维造纸的原料成本比木浆少3050 例：生产1t本色化学浆需4m3多的木材，生产1t漂白化学浆需5m3的木材，而生产1t纸或纸板仅需1.3t废纸。从这个角度计算1t废纸可代替34m3的木材，因此再生纤维资源被认为是“城市森林”。,(2)节约投资 例：据资料介绍，150200t/d的磨木浆生产线与同等规模的回收废纸脱墨浆生产线，二者的投资比例大致为1：0.88。建设一条日产3050t的回收纸脱墨浆生产线，投资估计350400万元（不计土建）；同等规模的带三段漂白的漂白化学浆生产线，其投资约为1200万元（不计土建）。全部采用国外引进设备，一套日产75 t浆的回收纸生产线的全部投资为1500万元人民币。而建成同等规模的化学浆生产线，采用国产设备的投资也需3000万元人民币。,(3)节约能源 回收纸的纤维曾经打过浆，加工成浆所需的能源消耗较低，主要是减少了蒸煮工序，节约了烧碱等化学药品的消耗。,(4)减轻污染 利用废纸制浆，由于避免了蒸煮生料，因此没有黑液的产生，大大减轻了污染负荷： 废纸制浆的耗水量仅为50m3/t浆，是其他原料制浆的1/41/2，所以排出的废水量很小。 脱墨废渣经高浓离心机可浓缩到3040的半干状态，可以掺入煤中送入动力锅炉焚烧。 回收纸制浆基本上没有大气污染，废水污染负荷也大大减轻。 回收利用废纸本身也是治理废纸对环境的社会公害。,例： 一般硫酸盐法制浆和碱法草浆废液的BOD5负荷分别为350400kg/t浆和300350kg/t浆，而回收纸浆废液的BOD5仅为2030kg/t浆； 漂白稻草浆废液的CODcr负荷为938kg/t浆，而回收纸废水的CODcr仅为62kg/t浆。 废纸脱墨浆的污染负荷比化学浆有大幅度降低，废水治理难度及投资减小，为达标排放创造了条件。,1.3世界对再生纤维的使用情况 1990年全世界的废纸回用率为30，而2000年已上升至45。2020年预计将提高至5060。 世界各国均将进一步扩大废纸的回收再利用，并以此作为解决造纸工业纤维来源的重要途径。（据称2006年:美国二次纤维使用率达到60%多，中国是54%。） 图1-1给出了近30年世界造纸各种原料比例的变化趋势。再生纤维的使用已经大大提高了其在纸和纸板中的比例，从而取代了机械浆和未漂KP（硫酸盐）木浆。,表1-2列出了2000年12个国家和地区废纸的回收率、利用率和进出口量。其中：,图1-2给出了世界各地区回收纸消费的发展趋势。由此可以看出回收纤维的消费在亚洲增长最快，其增长率甚至高过了纸和纸板产量的增速。,1.4 我国回收纸的利用情况 据中国造纸协会的统计资料，2002年全国纸及纸板生产量3780万吨，较2001年的3200万吨增长了18. 13；消费量4332万吨，较2001年增长了17. 62，人均消费量为33kg。 2002年全国消耗的纸浆为3470万吨，其中木浆占21，非木浆占32，再生纤维占47。再生纤维中有66. 3是国内回收的废纸再生，33. 7为进口废纸。 2002年进口各类废纸达687. 26万吨。 由此可以看出我国造纸工业的发展，很大程度依赖于再生纤维，特别是从国外进口废纸。,中国废纸利用快速增长的主要原因及存在问题如下： 国家产业政策调整，大力投资发展造纸工业，提倡扩大废纸制浆造纸。 国内出版、包装业蓬勃发展，对纸、纸板的需求不断增长，原生纸浆供应不足，必须用废纸来满足市场需求。 中国森林资源非常匾乏。造纸的主要原料木材供应不足，国产木浆产量在200万吨左右，需要进口木浆和废纸补充。植树造林虽已得到国家领导和有关部门重视，速生材最快也要56年，还要涉及资金、土地、水资源、政策等问题，如要大面积砍伐，最快也要到2020年以后。,废纸制浆好处很多。它不仅能提高产品质量，还可降低建设投资和生产成本。 废纸制浆造纸有利于环境保护。 国内新建的大型制浆造纸企业产能不断增加。据资料统计，20002004年新增年产量大于5万吨的箱板纸生产线就有33条，总量预计为420万吨。还有新闻纸、生活用纸的建设项目投产。同时，从国外引进40多套大型废纸处理生产线，年总处理量为500万吨以上，还有数量众多的中小型废纸处理生产线，今后中国废纸用量还将进一步扩大。,1.5 我国目前利用废纸资源存在的问题 废纸回收率低，回收量少，影响了再生资源的充分利用。 废纸的回收还没有形成产业化，没有统一的质量标准，没有标准执行的监督协调机构，导致废纸收购质量低、价格高，同时也影响到废纸的分类、分级、分等。由于废纸在买、卖过程中没有按准确的质量标准分类、分级，一方面造成造纸厂在废纸使用中处理困难，制造出的废纸浆质量波动；另一方面废纸经营商为牟取暴利，充假掺杂，进一步给用户造成了经济损失、消耗上升。,废纸回收过程中没有进行严格的分拣，造成不同种类、不同等级的废纸混等、混级。使造纸厂很难做到生产不同的产品采用不同种类的废纸，影响了废纸再生浆的质量，增加了成本；同时使废纸生产流程的能力得不到正常的发挥。 废纸收购商在废纸的贮存、保管过程中，很少有废纸仓库，一般是露天堆放，容易造成废纸因受到日晒雨淋而质量下降，损失增加。,1.6 废纸再生制浆的基本程序,废纸碎解（Pulping）,浮选和/洗涤(Flotation&Washing),分散(Dispersing),漂白(Bleaching),疏解(Deflaking),净化&筛选(Cleaning&Screening),（1）废纸碎解 目的是离解废纸，并将体积大的杂质、重杂质与纤维有效分离。碎解设备应该最大限度地保持纤维的原有强度并能把附着在纤维上的杂质有效地分离出来。在处理脱墨废纸时，还需在碎解设备中加人一定量的脱墨剂和其他化学药品、通汽加热等。（2）疏解 为了不过多地损伤纤维和降低纤维强度，为了降低动力消耗，有时在流程中采用疏解机等疏解设备来完成纤维的后续碎解。常用的疏解机有纤维分离机、圆盘磨浆机、高频疏解机等。,（3）净化筛选 目的是进一步除去小而重的杂质。一般由 除渣器和筛浆机完成，是废纸处理的关键步骤。 除渣是利用杂质与纤维相对密度不同的原理将废纸浆中的杂质除去；筛选是利用杂质与纤维形状、尺寸不同的原理将废纸浆中与纤维相对密度接近的杂质除去。 (4)浮选和洗涤 可以采用浮选设备，利用上浮原理使油墨 与纤维分离；也可以采用洗涤的方法或洗涤与浮选相结合的方法使油墨与纤维分离。,（5）分散 废纸处理过程中的除渣、筛选、浮选槽、洗浆机等不可能百分之百地将废纸浆中的杂质全部除去，根据废纸的特点，现代废纸制浆系统一般考虑安排良好的分散系统，包括冷分散和热分散系统。可进一步促进纤维与油墨的分离和油墨的碎解，减少残余油墨对纸张质量的影响。（6）漂白 大多数废纸脱墨浆，脱墨后纸浆白度较原纸白度降低，需要进行废纸浆的漂白。,1.7 回收纸再生的脱墨技术发展趋势 废纸品种范围的日益扩大，回用数量增加之快使收集到的废纸质量日趋低下，而社会的进步又要求使用低品质的废纸生产高品质的纸张； 现代化印刷技术的高速发展及与此相适应的各种新型油墨如紫外光固化油墨、激光打印油墨和静电复印油墨、水性印刷油墨等，在组成和性质上与传统油墨有了较大的差别， 所以，要求和迫使人们在废纸处理技术上不断改进、创新和提高。国内外在此方面进行了大量研究，已有许多新的进展。,废纸再生的脱墨技术：（1）酶法脱墨 传统废纸脱墨是采用化学法，需要大量碱、硅酸钠和工业皂等，主要原理是纸上的油墨在强碱和分散剂的作用下被乳化而得到分离。 随着印刷技术的高速发展，废纸种类发生了很大的变化，激光和复印废纸所占的比例越来越多；此外印刷油墨配方也在不断改变，给废纸的脱墨带来了很多困难。 许多工厂只好通过加强机械打碎的方法，使大颗粒油墨破碎成小的，然后通过浮选除去。增加机械作用势必增加能耗，并在一定程度上降低了纤维平均长度和损害成纸强度。另外还会使浆的打浆度提高，不利于成形脱水。,与传统的化学法脱墨相比：可以降低能耗，减轻环境污染，脱墨效率高于化学脱墨；所得的酶脱墨浆物理强度好，白度高，尘埃度低，残余油墨量少，滤水性能好。 实验室研究和工业化规模试验已证实酶法脱墨是一种效果好、经济可行的废纸脱墨方法。 关于酶法脱墨的机理，目前还不完全清楚。与纤维组成、油墨种类、印刷方式有关；而且酶处理可降低油墨颗粒的尺寸，通过选择性地改变酶的组成、用量、反应时间、添加剂及pH值，可更有效地把较大的、片状的、结合牢固的油墨粒子变成较小的、非片状的粒子。 一般来讲，酶脱墨废水的COD要比化学脱墨废水低约2030%。,(2)超声波法脱墨 超声波就是频率大于16 kHz的声波。它在脱墨和提高纸张性能（抗张强度，耐破度，伸长率）方面都取得了令人满意的效果。 超声波法脱墨机理是基于物质分子将会在声波传播方向上发生纵向振动。如果这种作用发生在液体中，形成直径约为0.10.2mm的细小气泡。当气泡受到超声波的作用时，使气泡大小发生波动或平均直径增大。气泡的体积增大实际上有个临界状态，在这个状态下，它可以从超声波中吸收最大能量，并迅速增大，继而爆破。,当这些气泡爆破或破裂时（在几乎不到ls的时间内），它内部的温度可以达到5500。由于体积很小，这种热消失得非常快，在任何时间内，液体仍保持与环境接近一致的温度。 破裂的气泡将能量传递给它附近的介质，比如二次纤维，这个能量产生以下两种作用： 使油墨粒子松弛，并从纤维表面移开； 使油墨粒子自行碎解。,该法优点： 少用或不用化学药品，降低成本，减轻废水污染； 对高光泽油墨去除率高，脱墨效果好； DIP的耐破因子、裂断长、伸长率、白度等指标有明显提高，而撕裂因子却不会有任何减少。,（3）附聚法脱墨 附聚法脱墨虽然也是化学处理结合机械作用而使油墨与纤维分离，但与传统方法不同。 它不是碎解、分散油墨，使其尺寸变小，而是将油墨颗粒聚集成400m以上、密度较大的球形颗粒，增大其尺寸和相对密度，然后通过离心清洗结合筛选的方法除去。 在疏解分离纤维时，加入约1（对纤维）的附聚剂（一种能分散于水中的碳氢油），使被剥离的油墨聚集成粒径为110 mm的颗粒。,该过程的温度和pH值对该法去除油墨的效果影响较小，并且处理时间较短，一般不超过15min，不需添加其他化学品去皂化和分散油墨。该法油墨的去除率可达9597。但是，高度施胶及阳离子淀粉的存在将严重影响其脱除油墨的效果。,（4）蒸汽爆破法脱墨 该项技术的过程是将废纸以50的浓度投入蒸汽爆破器，通过往复式活塞将其压缩成塞状物料，然后连续送入高压釜；经过蒸汽处理，使其温度达到230，压力达到1. 1772. 796MPa，处理数分钟；再通过一个小型喷放阀放浆爆破，使废纸解离成纤维，同时将油墨分散。经这样处理后，油墨颗粒能被碎至很小（75m），再经净化、筛选、洗涤等制得脱墨浆。,蒸汽爆破法脱墨工艺能更有效地回收低档废纸，而且该项技术能解决一些废纸回收中的难处理问题，如塑料热熔物、蜡、松香以及传真纸和复印纸等，它对分散难的材料（如激光、静电印刷油墨）十分有效。 该项技术具有工艺简单、操作费用低、投资省、节能和环保的优点。,（5）溶剂法脱墨 溶剂法脱墨即只用溶剂不用水，或用少量水。脱除激光打印纸和静电复印纸的油墨时，可用加热后的松节油溶解固定激光油墨的塑料结构，冷却以后这些固定物会硬化并通过筛选、除渣除去。 目前日本、美国已有工厂用三氯乙烯和乙烷作为溶剂进行废纸脱墨，溶剂回收率分别为99、90。1995年加拿大安大略省Manuvin公司发明了一种新的溶剂脱墨法。这种脱墨法用的是丁氧基乙醇(Butoxyethanol)的水溶液，其作用原理基于丁氧基乙醇的水溶液在pH值为11时是良好的脱脂剂。,它能将废纸中的静电复印油墨、激光打印油墨、涂塑油墨和胶赫剂等从废纸中分离出去。当丁氧基乙醇水溶液加热到49以上时，溶液分为相对密度为0. 94和0. 99的上下两层。相对密度小于0. 94的塑料和胶私剂等物质浮在水溶液的表面，相对密度在0.94和0. 99之间的油墨、塑料和炭黑则存在于两层界面之间，相对密度大于0. 99的纤维沉降到溶液的底层。 结果表明，这一方法可用于旧报纸、旧杂志纸、混合办公废纸的脱墨。,(6) 酶超声波协同脱墨 由于酶处理受生化反应特点限制，酶处理往往需要比较长的时间。超声波（频率在2104Hz以上）能在液体中引起周期性的压缩和膨胀，使纤维产生剧烈振动和相互摩擦，并能提高纤维素酶的活性，从而加速油墨粒子的脱除。 国内研究表明，酶与超声波协同作用，对彩色胶印新闻纸脱墨的效率有一定的提高，处理后浆的白度比空白试样提高5（ISO）。虽然酶和超声波的处理会在一定程度上降低纤维粗度和纤维长度，但对纸张的强度影响很小。 研究发现，超声波的主要作用是提高了酶对纤维表面碳水化合物的水解速度，因而有利于油墨的脱除。,1.8 回收纸的来源、收集与分类1.8.1 回收纸的来源 废纸的回收主要在城市，依据回收的纸是否经过使用可分为两类：消费前的可回收纸和消费后的可回收纸。 消费前的可回收纸是来自于制造业的纸和纸板的废弃物以及来自库存的废弃物的纸张，这类废纸是指印刷厂切下的白纸边、纸花，报废的印制成品，纸箱厂的边角余料，过期的刊物及出版单位作为废纸处理的书籍和报刊。由于这些废纸未经消费使用，一般比较洁净，含有的杂物比较少，易于再生处理。,消费后的可回收纸是由零售店、办公室和家庭中回收的，完成了作为消费品最后用途的纸张、纸板和纤维材料，还有从城市固体废物中分离出来的纸张组成的。这类废纸是经过了消费的产品，往往含有各类杂物，所以在回用时比较麻烦。 进口的废纸主要来自美国、日本、欧洲及中国香港地区，尤其以美国进口的数量最多，占进口数的63. 2。进口的废纸由于使用的原料为木浆，质量较好，而且废纸分类比较细，所以易于再生处理，而且可以配抄档次较好的品种。,按照废纸的收集渠道，废纸可分为下列三种： 家庭废纸，从住户中收集； 商业、公共机关的废纸，从办公大楼、零售商店和批发单位收集； 工业废纸，从交通运输系统、印刷厂与纸制品厂、服务性行业、其他工业部门收集。如果把回收的废纸分为五类，它们的来源又分别是： 旧纸箱，这类废纸主要从零售商店、批发单位收集，也有少量来自家庭；,旧报纸，来自各个渠道，但家庭住户是主要来源，美国森林产品实验室的一份报告指出，来自家庭的废纸中，报纸约占40，大约是报纸印刷总量的80； 纸边，主要来自印刷厂和纸制品厂； 脱墨废纸DIP ,脱墨废纸来自各个方面，但主要来自机关办公大楼，以及来自工业、商业等有关部门； 混合废纸，来自各种渠道，按传统情况主要从办公室以及其他商业、工业部门。,1.8.2 回收纸的收集 废纸的收集主要在城市进行，随着人们收入水平和纸的人均消费量的增长，废物处理、环境因素和当地需求等大大推动了废纸的回收。,1.8.3 回收纸的分选、包装运输和贮存1.8.3.1回收纸的分选 为了满足物尽其用的废纸利用原则，就必须在回收 纸工艺专业化处理之前，根据回收纸的种类、性质、用途等的不同，将回收纸分级分类、分别存放、分别处理，这就是回收纸的分选。 在分选回收纸的同时，还需选出、回收纸中的金属、木屑、砂石、绳索、私状物、塑料片、热熔性树脂、聚乙烯、聚苯烯等杂物，以使回收纸达到一定的纯度。 由于回收的废纸情况不一、成分复杂，以人工分选是最好的选择。,回收纸的分选通常是采用装有变速机构的倾斜安置的运输带，几个人在运输带旁手工去除非纸材料，例如木块、石头、金属、玻璃、塑料以及那些对生产有害的杂质。 手工分选又可分为积极分选和消极分选： 积极分选是回收纸从进入流水线开始，不仅把非纸成分剔除，而且按照不同的质量把回收纸区分，以便优质优用。分选的生产率很低。 消极分选主要是剔除非纸成分，虽然这种分选技术生产率较高，但导致再生浆料的质量标准降低。,1.8.3.2 回收纸的包装运输（1）回收纸的散包装 将分选后的回收纸作为松散材料装在卡车上，直接送到造纸厂。散包装的回收纸每吨占用3.44.2m3的空间。（2）回收纸的打包 回收纸经过8MPa的液压压缩，1.2m1.0m 0.8m标准尺寸，质量为500600kg的纸包。 使用更大的打包压力及更紧的压缩，可以生产出质量更大的纸包。经打包机包装的回收纸每吨占1.7 2.0m3的空间。,(3)文件的粉碎 对于机密材料，比如具有信息情报的办公用纸，分选后打包前，可采取粉碎处理。 (4)回收纸的集装箱运输 回收纸包装的集装箱化，使废纸真正成为世界范围内的贸易