Глава 1. Управление производственными отходами на предприятиях целлюлозно-бумажной промышленности

1.1. СПОСОБЫ УПРАВЛЕНИЯ ПРОИЗВОДСТВЕННЫМИ ОТХОДАМИ НА ПРЕДПРИЯТИЯХ ЦЕЛЛЮЛОЗНО-БУМАЖНОЙ ПРОМЫШЛЕННОСТИ

Ежегодно при целлюлозно-бумажном производстве накапливается значительное количество твердых отходов в виде коры, низкосортного волокна, различных шламов и осадков, образующихся при очистке сточных вод.

По сведениям американских и канадских специалистов при лесопилении отходы составляют в среднем 60%. При этом в отходы идет лучшая, заболонная часть древесины.

«Из общего количества отходов 34% приходится на трудно используемые: кору (11%), стружку (10%) и опилки (13%). Лишь 26% составляют крупномерные отходы, которые могут служить отличным сырьем для целлюлозно-бумажной промышленности и производства плит» [Гамрекели, Сидорик, 2010, с.2].

Лесопромышленные компании, исследователи и предприниматели пытаются найти альтернативные способы управления твердыми отходами, получаемыми при целлюлозно-бумажном производстве уже с начала 1940-х годов. Их попытки привели к появлению большого объема различных теоретических и практических исследований для определения эффективности широкого спектра техник управления отходами от ЦБП. Некоторые из них подтвердили свой статус успешных, экологически безопасных альтернатив в управлении производственными отходами. Большинство исследований в сфере управления твердыми отходами сосредотачивались обычных вариантах закапывания на свалке, сжигания и захоронения отходов. Однако такие способы управления производственными отходами отнюдь не идут на пользу экологии и не приносят дохода предприятиям. Напротив, предприятия несут дополнительные расходы, связанные с утилизацией.

Твердые отходы, образующиеся в процессе целлюлозно-бумажного производства можно разделить на кусковые и сыпучие (см. рис. 1.).

Твердые отходы

Кусковые

Сыпучие

целлюлозное волокно

+

глина

+

диоксид титана

зола;

подщелачиваемые отходы

от производства крафт-бумаги:

- песок

- осадки

- известь

Рис. 1. Твердые отходы, образуемые при целлюлозно-бумажном производстве [Wiegand, Unwin, 1994, с.91-97]

Ученые Пол Виганд и Джей опубликовали в журнале «Tappi» (журнал ассоциации лидеров в целлюлозно-бумажном, упаковочном и преобразующем производстве) способы управления как кусковыми, так и сыпучими производственными отходами в соответствие с информацией, данной Национальным советом по оздоровлению воздуха и водных ресурсов (NCASI) [там же, с.91-97].

Альтернативные методы управления кусковыми отходами от ЦБП

Восстановление сырья из кусковых производственных отходов

Было совершено множество попыток снизить объем кусковых отходов путем восстановления волокна или наполнителя, или и того, и другого, с целью повторного использования. Хотя восстановление материалов из кусковых отходов иногда используется предприятиями, намного чаще они прибегают к внутрипроизводственным мерам по контролю превращения материалов в отходы как главный способ восстановления сырья. Есть несколько способов восстановления сырья из кусковых отходов ЦБП. Один из наиболее часто используемых – повторное использование кусковых отходов в системе производства целлюлозного волокна.

Сегрегированные отходы от бумагоделательных машин, отбеливающих заводов и раз личных очистных и сортировочных операций могут стать неплохим сырьем для восстановления волокна, так как они содержат малое количество загрязняющих веществ, таких как кора или подщелачиваемые твердые отходы.

Использование систем расслоения также позволит восстановить волокно из кусковых целлюлозно-бумажных отходов. Волокно-восстановительные машины различаются по сложности, их выбор зависит от состава отходов.

Системы расслоения также применяются для восстановления наполнителей. Большинство систем, для которых доступны данные в опытных и полных масштабах, используют техничку термического окисления для разрушения органической составляющей кусковых отходов для получения наполнителя в форме золы. Оксидирование в атмосфере паров воды также позволяет отделить наполнитель от отходов. Есть информация, что как минимум одно предприятия США использует этот способ.

Использование кусковых отходов в строительстве и керамических материала

Пожалуй, наиболее широко изученная сфера управления твердыми производственными отходами это их использование в качестве сырья для производства строительных материалов, как, например, цемент, кирпич, керамика и бетон. Некоторые легкие заполнители, вещества, содержащие в строительных материалах, состоят из кусковых отходов.

Есть три основные техники использования целлюлозно-бумажных отходов в производстве строительных материалов. Первая заключается в добавлении кусковых отходов, как часть сырья для изготовления цемента, в сушильную печь. Сырье для цемента может содержать карбонат кальция, глину, кремнезем, небольшое количества алюминия и железа. Некоторые отходы содержат достаточное количество этих веществ.

Второй способ подразумевает использование кусковых отходов в производстве продуктов из цемента. В настоящее время широко изучен способ применения органического волокна, в том числе целлюлозы, при производстве цементных смесей. Потенциальные преимущества добавления органического волокна в цементные смеси заключаются в увеличении длительности использования и упругости, а также снижение вероятности разлома из-за пересушки.

При производстве легкого наполнителя (для бетона) также используются кусковые отходы. Легкий наполнитель – это название для совокупности материалов, которые используются для заполнения (скрепления) в строительных материалах, он используется в таких цементных продуктах, как бетон, каменная кладка, строительные блоки и асфальт. Песок или гравий (или и то, и другое) являются типичным наполнителем, который смешивается с цементом для производства бетона.

Гранулирование кусковых отходов

Гранулирование первоначальных или комбинированных кусковых отходов не является новшеством для целлюлозно-бумажной промышленности. Причины этому:

• уменьшение объема отходов,

• контроль запаха,

• восстановление топливной ценности,

• использование в побочных продуктах.

Главная причина производства гранул из отходов ЦБП это возможность их потребления в качестве альтернативного топлива. Они состоят из смеси кусковых отходов и неперерабатываемой бумаги и подходят для использования в большинстве механических топок и котлах на угольной пыли. Количество отходов, содержащихся в таких гранулах, колеблется до 10 до 66%.

Одна американская компания организовала собственный процесс превращению комбинированных отходов, полученных на заводе по выпуску очищенной восстановленной бумаги, в гранулированный продукт. Он применяется как основа для сельскохозяйственных, а также домашних и садовых удобрений.

Наполнители для кошачьих туалетов, подстилки для птиц и крупных животных также содержат гранулированные отходы от ЦБП.

Удобрения и синтетические почвы

Как правило, отходы целлюлозно-бумажной промышленности подвержены хорошо контролируемым техникам производства удобрений. Рынки удобрений включают в себя внесение в почву полезных веществ для сельского хозяйства, садоводства, мелиорации, озеленения и индивидуального использования потребителями.

Однако этот способ управления отходами ЦБП используется ограничено. Этому есть две основные причины:

• недостаток крупных, удобных по расположению рынков удобрений,

• беспокойство власти о возможном содержании хлорированных диоксидов и фурана в отходах ЦБП.

Отходы ЦБП, как сырье для изготовления продукции из этанола

Этанол является традиционной составляющей бензина. Попытки снизить стоимость производства и сделать этанол более доступным привели к появлению исследований в области получения этанола нетрадиционного целлюлозного сырья, как сельскохозяйственные отходы, городские твердые отходы и кусковые отходы от ЦБП.

Первоначальные отходы от ЦБП считаются важным сырьем для изготовления этанола по следующим причинам:

• они широко распространены в достаточном количестве,

• их экономическая ценность низка или даже отсутствует, за них придется платить только в некоторых случаях,

• если волокно, как составляющая отходов, содержит в себе химически размягченную древесину, из нее получается меньшее количество лигнина по сравнению с неразмягченной древесиной или механически размягченной.

Использование отходов ЦБК в производстве продуктов питания для животных

Существует две основные техники использование целлюлозно-бумажных кусковых отходов для кормления животных. Один из них состоит в том, чтобы добавлять такие отходы непосредственно в смесь для кормления. Такой метод базируется на наличии гидрокарбонатов, которые обычно присутствуют в первоначальных и комбинированных отходах в форме целлюлозы и других питательных веществ. Исследования начала 1970-х годов включали в себя эксперименты для выяснения вкусовых качеств и усваиваемости смесей для питания с добавлением отходов ЦБП на козах, овцах и крупном рогатом скоте. Их результаты показали, что усваиваемость таких смесей имеет прямую зависимость от содержания гидрокарбонатов и обратную – от содержания золы и лигнина. Остатки твердой древесины претендовали на большую усваиваемость, чем остатки мягкой.

Вторая техника заключается в производстве клеточного протеина. Клеточный протеин содержится во вторичных отходах, а также образуется в процессе брожения отходов из волокна. Эти протеины можно высушить и добавлять в смеси для кормления животных.

Способы управления сыпучими отходами ЦБП

Большая часть исследований альтернативного управления сыпучими целлюлозно-бумажными отходами фокусировались на использовании золы и подщелоченных отходов от производства крафт-бумаги: песка, осадков, извести. В основном эти исследования нацеливали различные техники захоронения твердых отходов на получение прибыли из этих веществ. Другие варианты применения включали использование и золы, и подщелоченных отходов в дорожном строительстве и использование золы в качестве наполнителя в конкретных продуктах.

Известковый песок и зеленый осадочный раствор

Как минимум два американских завода по изготовлению крафт-бумаги используют обезвоженную гашеную известь при дорожном строительстве. Они обнаружили, что дороги, сделанные из такой извести, больше подходят для движения на них тяжелого грузового транспорта и требуют меньшего ремонта и наблюдения, чем немощеные дороги, сделанные из естественной почвы. Один минус: пыль от песочных и известковых дорог намного легче и может разлетаться на большие расстояния, чем на естественных дорогах.

Древесная зола

Древесная зола является удобным геотехническим строительным материалом. Она является главной составляющей при укреплении рвов и канав. В данном случае зола будет использоваться как наполнитель и материал с низкой водопроницаемостью для внешнего незащищенного слоя. Однако чтобы поддерживать стабильность таких укреплений, необходимо следить, чтобы зола не соприкалась с водой. Размывание и выветривание могут составить проблему при использовании золы на поверхности.

Кроме того, было изучено использование угольной и древесной золы в качестве наполнителей для цемента. Также ее используют как добавку к удобрениям. Плюсами добавления золы в удобрения являются улучшение цвета удобрений и контроль запаха. В качестве наполнителя зола занимает меньше места, чем кора, и ее не нужно отделять от готового удобрения, как обычно необходимо в случае с корой.

Кора и древесные отходы

Кора, в особенности сосновая, служит декоративным материалом при проектировании ландшафта. Однако потребности ландшафтного рынка намного меньше, чем количество образуемой коры.

Также кора используется как наполнитель при производстве удобрений. Как и другие наполнители, кора обеспечивает пористость груды удобрений для ее проветривания.

Рынок продукции из отходов целлюлозно-бумажной промышленности сложно рассматривать как один целый, потому что каждый вариант использования этих отходов относится к различным отраслям деятельности и, соответственно, имеет отдельный рынок сбыта. В целом, реализация таких продуктов даже по минимальной цене является выгодной для предприятия, так как в этом случае ему не придется нести утилизационные расходы. Наиболее динамично развивающимся в настоящее время является рынок топливных гранул или пеллет. Они являются наиболее популярным видом биотоплива. В отличие от нефти и газа, этот вид топлива - возобновляемый. Более того, он гораздо меньше загрязняет окружающую среду. «Основные виды биотоплива относятся к разряду СО2 безопасных, то есть их использование соответствует Киотскому протоколу. Поэтому именно энергии биотоплива уделяется все больше внимания в щепетильной к загрязнению атмосферы Европе» [Морозова, 2010]. Кроме того, в Европе применение гранул активно стимулируется государством. «Сегодня в мире производится 8-10 миллионов тонн топливных гранул в год» [там же]. Последние несколько лет лидерами на европейском рынке биотопливных гранул были датчане, но первое место перешло к Швеции, которая строит два завода по производству гранул и в России. Пеллеты производятся также в Австрии, Бельгии, Франции, Нидерландах. «По оценкам российских экспертов, на Западе потребность в пеллетах не ограничена. Спрос в 3 раза превышает предложение. Уже через 10-15 лет в мире будет требоваться порядка 200 миллионов тонн топливных гранул ежегодно» [там же].

Что касается России, то в 2010 году на ее территории действовало 140 биотопливных производств. «Их общая производственная мощность составляет около 1,9 млн тонн твердого древесного биотоплива в год. При этом объем внутреннего потребления древесных пеллет и брикетов увеличился в сравнении с 2008 годом в 3 раза и составил 30% от общего объема производства» [там же].