Oczyszczanie ścieków pochodzących z procesów druku i wykańczania w przemyśle papierniczym

• 1. Wytwarzanie ścieków w przemyśle papierniczym
• 2. Charakterystyka ścieków powstających w procesach drukowania i wykańczania
• 3. Linia do oczyszczania ścieków
• 4. Ponowne wykorzystanie wody w przemyśle papierniczym
• 5. Wnioski

1. Produkcja wody odpadowe w przemyśle papierniczym

Ścieki powstające na etapach druku i wykańczania w przemyśle papierniczym mają zróżnicowany skład, który charakteryzuje się obecnością farb drukarskich, pigmentów, dodatków chemicznych, rozpuszczonych związków organicznych oraz cząstek stałych w zawiesinie.

Zrzuty te charakteryzują się dużą zmiennością zarówno pod względem przepływu, jak i ładunku zanieczyszczeń. Oczyszczanie tych ścieków zazwyczaj polega na połączeniu procesów fizykochemicznych, biologicznych i filtracyjnych, co ma na celu zapewnienie zgodności z przepisami dotyczącymi ochrony środowiska, a czasami także umożliwienie częściowego ponownego wykorzystania ścieków w tym samym zakładzie przemysłowym.

Ścieki powstają na następujących etapach procesu produkcyjnego:

Przygotowywanie farb drukarskich. Obejmuje to czynności związane z opracowywaniem receptur, przelewaniem i czyszczeniem systemów farbowych, w wyniku których powstają ścieki o wysokiej zawartości barwników, żywic, rozpuszczalników i środków powierzchniowo czynnych. Płukanie zbiorników, rur i urządzeń powoduje znaczny wzrost zawartości substancji organicznych i barwników w całkowitej ilości ścieków.

Druk. Obejmuje to ścieki pochodzące z czyszczenia wałków i cylindrów, z odpowietrzania obiegów recyrkulacyjnych oraz ze ścieków płuczkowych z różnych etapów produkcji, takich jak fleksografia, wklęsłodruk czy offset. Ścieki te charakteryzują się intensywnym zabarwieniem, wysokim wskaźnikiem ChZT oraz obecnością związków organicznych.

Wykończenie powierzchniowe. Podczas nakładania powłok, takich jak tynkowanie czy lakierowanie, powstają ścieki zawierające kleje, polimery i wypełniacze mineralne (głównie kaolin i węglan wapnia). Podczas czyszczenia maszyn do ścieków trafiają duże ilości zawiesin stałych.

Należy również uwzględnić zrzuty pochodzące z mycia sprzętu i prac konserwacyjnych, które zawierają pozostałości substancji chemicznych, drobnych cząstek stałych, olejów i smarów; z drugiej strony.

Na koniec należy również uwzględnić ścieki powstające w wyniku czyszczenia podłóg, wycieków w obszarach produkcyjnych oraz odpowietrzania obwodów.

2. Charakterystyka ścieków powstających w procesach drukowania i wykańczania

Ścieki pochodzące z procesów drukowania i wykańczania w przemyśle papierniczym charakteryzują się niejednorodnym składem i dużą zmiennością w czasie, związaną ze zmianami w recepturach farb drukarskich, powłok oraz operacji czyszczenia.

Ogólnie rzecz biorąc, zawierają one mieszankę zanieczyszczeń organicznych, nieorganicznych oraz cząstek stałych w zawiesinie, co ma wpływ na projekt systemu oczyszczania.

Oto niektóre z typowych cech tych ścieków:

• Intensywne zabarwienie.
• Wysokie stężenie mętności spowodowane obecnością cząstek stałych w zawiesinie, takich jak pigmenty, wypełniacze mineralne lub włókna papierowe. Stężenie cząstek koloidalnych jest zazwyczaj wysokie, co utrudnia oddzielenie cząstek stałych, jeśli proces koagulacji i flokulacji nie jest precyzyjnie dozowany.
• Zastosowanie żywic, klejów, rozpuszczalników i dodatków zawartych w farbach i powłokach powoduje wysokie obciążenie substancjami organicznymi.
• Biodegradowalność ścieków jest zmienna i zależy od proporcji substancji ulegających rozkładowi i substancji trudno rozkładalnych.
• Ślady metali pochodzących z niektórych pigmentów, a także środki powierzchniowo czynne i związki biobójcze stosowane w środkach czyszczących mogą powodować przewlekłą toksyczność, która utrudnia procesy biodegradacji.

Z reguły ścieki te nadają się do oczyszczania biologicznego po odpowiednim przygotowaniu fizykochemicznym.

Główne parametry kontrolne mieszczą się w następujących przedziałach:              

PARAMETR	JEDNOSTKA	ZBIÓR
pH	–	5,5 – 9,0
ChZT	mg/l	1 000 – 5 000
DBO5	mg/l	300 – 1 500
BHP	mg/l	200 – 1 500
Przewodność	µS/cm	1 000 – 4 000
Oleje i tłuszcze	mg/l	20 – 150
Temperatura	ºC	20–40

Wartości te różnią się w zależności od rodzaju produkowanego papieru oraz stosowanych technologii drukarskich. Dlatego też dokładna charakterystyka ścieków ma zasadnicze znaczenie dla prawidłowego doboru wielkości oczyszczalni.

3. Linia do oczyszczania ścieków

Oczyszczanie ścieków powstających w procesach druku i wykańczania w przemyśle papierniczym zazwyczaj obejmuje następujące etapy:

Obróbka wstępna

Oczyszczanie wstępne, którego celem jest ochrona kolejnych etapów procesu oraz wyrównanie składu ścieków, obejmuje:

• Kraty i sita do zatrzymywania gruboziarnistych cząstek stałych.
• Zbiornik homogenizacyjny z regulacją pH

Oczyszczanie fizykochemiczne

Jest to kluczowy etap służący do usuwania części barwników i zawiesin stałych. Składa się z:

• Koagulacja i flokulacja z wykorzystaniem soli żelaza i glinu oraz polimerów w celu oddzielenia cząstek koloidalnych obecnych w ściekach.
• Oczyszczanie odbywa się zazwyczaj za pomocą systemów flotacji z wykorzystaniem rozpuszczonego powietrza (DAF), które oddzielają osady o wysokim stężeniu (od 3 do 5% suchej masy) poprzez flotację i charakteryzują się wydajnością oddzielania zawiesin stałych przekraczającą 90%.
• Gospodarka osadami poprzez odwadnianie mechaniczne za pomocą dekantera, bębna odwadniającego lub prasy filtracyjnej w celu uzyskania większej zawartości suchej masy (do 30–35%).

Oczyszczanie biologiczne

Po oczyszczeniu fizykochemicznym ścieki są kierowane do oczyszczania biologicznego w celu usunięcia rozpuszczonej materii organicznej:

Bioreaktory membranowe (MBR) są najczęściej stosowaną metodą, ponieważ umożliwiają osiągnięcie wysokiego stopnia biodegradacji dzięki procesowi mikro- lub ultrafiltracji membranowej. W ten sposób znacznie zmniejsza się stężenie zanieczyszczeń i barwników obecnych w ściekach.

Osady czynne są ponownie wprowadzane do bioreaktora, natomiast nadmiar osadów wraz z osadami oddzielonymi w procesie fizykochemicznym trafia do zbiornika osadów w celu odwodnienia (suszenia mechanicznego), stabilizacji, a następnie wywiezienia na wysypisko.

Oczyszczanie trzeciego stopnia (opcjonalne)

W przypadku konieczności ponownego wykorzystania wody lub konieczności przestrzegania rygorystycznych limitów zrzutu stosuje się dodatkowe procesy oczyszczania:

• Adsorpcja na węglu aktywnym.
• Zaawansowane procesy utleniania.
• Dezynfekcja.

Schemat oczyszczalni ścieków z zakładu druku i wykańczania papieru

4. RPonowne wykorzystaniew przemyśle papierniczym

Ponowne wykorzystanie ścieków powstających w procesach druku i wykańczania w przemyśle papierniczym pozwala zmniejszyć zużycie wody, poprawiając w ten sposób zrównoważony charakter procesu produkcyjnego. Odzysk wody oczyszczonej wymaga zastosowania zaawansowanych metod oczyszczania, umożliwiających usuwanie cząstek stałych, koloidów, barwników resztkowych, soli rozpuszczonych oraz trudno rozkładalnych związków organicznych.

Najczęściej stosowane procesy odzyskiwania oczyszczonych ścieków to:

Filtracja membranowa: Procesy nanofiltracji (NF) i odwróconej osmozy (RO) stosuje się w celu zmniejszenia stężenia soli rozpuszczonych, związków organicznych o niskiej masie cząsteczkowej oraz barwy resztkowej. Pozwala to uzyskać permeat wysokiej jakości, nadający się do ponownego wykorzystania w procesach przemysłowych lub jako woda użytkowa.

Filtracja w złożach węgla aktywnego: Węgiel aktywny, zarówno w postaci granulatu, jak i proszku, usuwa trudno rozkładalne związki organiczne, mikrozanieczyszczenia i śladowe ilości barwników poprzez adsorpcję, poprawiając fizyczną i chemiczną jakość odzyskanej wody.

Zaawansowane utlenianie: Niektóre technologie, takie jak ozonowanie, utlenianie promieniowaniem UV/nadtlenkiem wodoru lub procesa Fentona, pozwalają na rozkład trudno rozkładalnych związków organicznych i zmniejszenie zabarwienia resztkowego. Procesy te stosuje się, gdy wymagana jest wysoka jakość oczyszczonych ścieków.

Dezynfekcja: Powszechnie stosuje się systemy dezynfekcji oparte na utlenianiu chemicznym lub promieniowaniu UV, aby woda z recyklingu nie powodowała zanieczyszczeń mikrobiologicznych w obiegach technologicznych lub instalacjach użytkowych, do których jest przeznaczona.

Wybór i kombinacja metod uzdatniania zależy od końcowego przeznaczenia odzyskanej wody, bilansu ekonomicznego i energetycznego systemu oraz ustalonych wymagań jakościowych. W wielu przypadkach częściowe ponowne wykorzystanie uzdatnionej wody w procesach wewnętrznych, takich jak czyszczenie, wieże chłodnicze czy przygotowywanie mas, pozwala na znaczne zmniejszenie zużycia wody z sieci oraz objętości zrzutu, co przekłada się na obniżenie kosztów zaopatrzenia w wodę oraz opłat za zrzut.

5. Wnioski

Złożoność i różnorodność ścieków powstających w procesach druku i wykańczania w przemyśle papierniczym wymagają stosowania kombinowanych rozwiązań oczyszczania, które zapewnią zgodność z przepisami dotyczącymi odprowadzania ścieków lub ponowne wykorzystanie wody

Z punktu widzenia oczyszczania ścieków strumienie te są zazwyczaj oczyszczane w ramach wspólnego systemu, który obejmuje:

• Obróbka wstępna polegająca na homogenizacji i regulacji pH.
• Fizykochemiczne procesy koagulacji i flokulacji.
• Separacja ciał stałych od cieczy metodą flotacji DAF w celu usunięcia barwy i ciał stałych.
• Metody biologiczne służące do redukcji stężenia substancji organicznych w fazie rozpuszczonej.
• W niektórych przypadkach stosuje się oczyszczanie trzeciego stopnia, mające na celu ponowne wykorzystanie wody lub spełnienie bardziej rygorystycznych limitów zrzutu.

Systemy odzyskiwania ścieków stosowane w procesach drukowania i wykańczania w przemyśle papierniczym pozwalają na ponowne wykorzystanie od 40 do 85 % oczyszczonej wody, w zależności od zastosowanej metody oczyszczania.

Dzięki połączeniu procesów filtracji, technologii membranowej i zaawansowanych metod uzdatniania uzyskuje się wodę nadającą się do takich zastosowań, jak czyszczenie, chłodzenie czy przygotowanie procesów produkcyjnych. Chociaż systemy te wymagają większej inwestycji początkowej, zmniejszają one zużycie wody świeżej, koszty odprowadzania ścieków oraz wpływ na środowisko, poprawiając ogólną efektywność wodną zakładu.

Prawidłowa charakterystyka ścieków, odpowiednie zaprojektowanie linii oczyszczania oraz efektywne gospodarowanie związanymi z tym odpadami pozwalają znacznie zmniejszyć wpływ na środowisko, zoptymalizować zużycie zasobów wodnych oraz poprawić ogólną wydajność instalacji.

W tym kontekście oczyszczanie ścieków nie tylko stanowi wymóg prawny, ale staje się również strategicznym narzędziem służącym bardziej ekologicznej i wydajnej produkcji papieru, zgodnej z zasadami gospodarki o obiegu zamkniętym.

Bibliografia i źródła

Metcalf & Eddy. Inżynieria oczyszczania ścieków: oczyszczanie i odzysk surowców. McGraw-Hill.

Przemysł papierniczy i tekturowy – Adiquimica

Oczyszczanie ścieków w przemyśle poligraficznym i farbiarskim