5. Przerób makulatury Włókna wtórne stały się niezastąpionym surowcem dla przemysłu papierniczego, stanowią około jednej trzeciej całkowitej ilości zużywanych surowców włóknistych. Wpłynęły na to niższa cena w porównaniu z odpowiadającymi im rodzajami masy celulozowej rynkowej oraz promocja recyklingu makulatury w wielu krajach europejskich. Średni wskaźnik wykorzystania makulatury w Europie wynosi 43%. Należy jednak wziąć pod uwagę fakt, że w celu zapewnienia wytrzymałości i innych właściwości wytwarzanego papieru konieczny jest dodatek pewnych ilości włókien pierwotnych. W celu efektywnego wykorzystania makulatury konieczne jest jej zbieranie, sortowanie i rozdzielanie na odpowiednie odmiany jakościowe. 4 W związku z tym, po zebraniu, makulatura jest dostarczana do punktów zbiórki, gdzie jest sortowana i belowana. Przed jej belowaniem usuwa się substancje zanieczyszczające takie, jak np. tworzywa sztuczne. Papiery laminowane usuwane są w takim stopniu, w jakim jest to możliwe. Przesortowana makulatura jest zwykle prasowana w maszynach belujących. Makulatura z dużych źródeł jest zazwyczaj dostarczana i przerabiana w instalacjach zintegrowanych z papierniami. 5.1 Stosowane procesy i techniki Linie do przerobu makulatury różnią się między sobą w zależności od rodzaju wytwarzanego papieru, np. papiery opakowaniowe, papier gazetowy lub bibułka higieniczna (tissue) oraz od stosowanego składu masy papierniczej. Ogólnie procesy przerobu makulatury (RCF) można podzielić na dwie główne kategorie: Procesy z zastosowaniem wyłącznie mechanicznego oczyszczania, tzn. bez odbarwiania obejmujące produkcję takich wyrobów, jak: testliner, papier na warstwę pofalowaną, niepowlekane tektury i tektury pudełkowe Procesy obejmujące mechaniczne oczyszczanie i odbarwianie, stosowane przy produkcji takich wyrobów, jak: papier gazetowy, bibułka higieniczna, papiery do druku i pisania, papiery na czasopisma ilustrowane (SC/LWC), powlekane tektury i tektury pudełkowe lub rynkową odbarwioną masę makulaturową (DIP). W europejskich wytwórniach papieru stosuje się wiele różnych systemów przerobu makulatury, jednak wszystkie obejmują podobne stadia procesu. Systemy mogą być łączone w różnoraki sposób w celu spełniania określonych zadań. Wszystkie obejmują rozwłóknianie, usuwanie zanieczyszczeń, tzn. skuteczne oddzielanie materiału włóknistego i zanieczyszczeń. Instalacje do przerobu makulatury składają się z podobnych bloków przeznaczonych do określonych celów. Typowe stadia przerobu włókien wtórnych są następujące: Składowanie makulatury Makulatura jest zwykle dostarczana do papierni w postaci bel związanych drutem lub taśmą metalową. Bele są rozpakowywane poprzez przecięcie drutu lub taśmy, drut i taśma są gromadzone i sprzedawane jako odpady metalowe. Do niektórych papierni makulatura dociera luzem w dużych kontenerach. Makulatura jest przechowywana w magazynie makulaturowni zintegrowanej z papiernią. 4 W lutym 1999 roku CEPI opublikowała Europejski Wykaz Znormalizowanych Odmian Makulatury. Wykaz ten podaje ogólny opis standardowych odmian makulatury definiując, co mogą i czego nie mogą zawierać.
Rozwłóknianie suchej makulatury Makulatura jest doprowadzana do rozwłókniacza razem z gorącą wodą lub wodą podsitową i, w wyniku działania mieszania mechanicznego i hydraulicznego, ulega rozdzieleniu na włókna. Po rozwłóknieniu zawiesina ma stężenie odpowiednie do dalszej obróbki. Często już na etapie rozwłókniania dodawane są chemikalia, takie jak środki wspomagające odbarwianie i NaOH. Zwykle oddzielanie farby drukowej rozpoczyna się już w stadium rozwłókniania. Dla różnych rodzajów surowców i produktów końcowych dostępne są różne rozwiązania techniczne. Istnieją trzy typy rozwłókniaczy: niskostężeniowe (LC: 4 6% DS), wysokostężeniowe (HC: 15 20%) i bębny rozwłókniające. Mogą one pracować w sposób okresowy lub ciągły. Zanieczyszczenia i pęczki są oddzielane w sposób ciągły (np. za pomocą płyty sitowej), i odprowadzane do przenośnika odrzutu, celem jest uniknięcie ich rozdrobnienia na mniejsze cząstki lub gromadzenie się w rozwłókniaczu. Coraz częściej stosuje się rozwłókniacze wtórne w celu dalszego rozwłóknienia oraz usunięcia zanieczyszczeń ciężkich (HW) i lekkich (LW). Instalacje sprzedawane są pod różnymi nazwami, lecz ich funkcjonowanie jest podobne. Stosowane są również bębny sortujące. Do rozwłókniania używa się zwykle wody obiegowej doprowadzanej z maszyny papierniczej. Mechaniczne usuwanie zanieczyszczeń Zanieczyszczenia mechaniczne są usuwane na zasadzie różnic właściwości fizycznych, takich jak: wielkość, ciężar właściwy zanieczyszczeń w porównaniu z włóknami i wodą. Zasadniczo stosuje się wyposażenie typu sitowego o różnych wymiarach otworów sita (okrągłych lub szczelinowych) oraz różnorodne typy hydrocyklonów (sortowniki wysokostężeniowe, odśrodkowe itp.). Częściowo oczyszczona zawiesina masy jest pompowana z rozwłókniacza do hydrocyklonów (wysokostężeniowych), w których siła odśrodkowa powoduje oddzielenie mniejszych cząstek zanieczyszczeń ciężkich. Odrzut z hydrocyklonów, a także z rozwłókniacza (o dużej zawartości składników nieorganicznych) jest zwykle składowany na wysypiskach. Następnym stadium procesu jest usuwanie zanieczyszczeń, które są większe niż otwory płyt perforowanych sortowników ciśnieniowych. Wybór rodzaju sortownika zależy od końcowego produktu i jakości stosowanej zawiesiny włóknistej. Sortowanie zgrubne (przy stężeniu 3 4%), mające na celu usunięcie dużych zanieczyszczeń podczas przygotowania masy, może różnić się od sortowania drobnego w układzie doprowadzenia masy do wlewu maszyny papierniczej (stężenie 1%). Zastosowane urządzenia działają na podobnej zasadzie, różnią się jednak tym, że w optymalnych warunkach pracy oddzielane są cząstki o różnej wielkości. Uogólniając, skuteczniejsze jest sortowanie przy niższym stężeniu zawiesiny, lecz wymaga ono bardziej rozbudowanych instalacji i większego zużycia energii. Odrzuty zostają składowane albo poddawane dalszej obróbce. W zależności od jakości masy, jaka ma być uzyskana, ciąg przygotowania masy makulaturowej jest wyposażany w dodatkowe urządzenia takie, jak: frakcjonatory, dyspergatory lub młyny. Frakcjonator rozdziela masę na dwie frakcje umożliwiając w inny sposób obróbkę włókien krótkich i długich. Energochłonne procesy dyspergowania mogą być stosowane w celu uzyskania poprawy wiązań włókno-włókno (lepsze właściwości wytrzymałościowe) w wytwarzanym papierze oraz zmniejszenia wielkości widzialnych cząstek zanieczyszczeń. W celu poprawienia właściwości optycznych i wytrzymałościowych papieru ciąg przygotowania masy makulaturowej może być także wyposażony w młyny Mielenie wymaga znacznego zapotrzebowania energii. Przykładowy schemat procesu przerobu makulatury (RCF) do produkcji papieru na tekturę falistą (w tym przypadku papieru na warstwy płaskie testlinera), który obejmuje oczyszczanie mechaniczne, przedstawiono na poniższym rysunku. Należy podkreślić, że z reguły każda instalacja jest indywidualnie wyposażana w urządzenia jednego lub kilku dostawców w zależności od rodzaju stosowanej makulatury, wymagań w stosunku do jakości produktu
końcowego, warunków pracy maszyny papierniczej oraz lokalnych przepisów ochrony środowiska. Rysunek 5.1: Schemat przykładowej instalacji do przerobu makulatury i przygotowania masy do produkcji papierów na tekturę falistą (dwuwarstwowy testliner) [IFP, 1998]; HW = zanieczyszczenia ciężkie; LF = frakcja długowłóknista; SF = frakcja krótkowłóknista
Makulatura stanowi surowiec do wytwarzania papierów na warstwy płaskie i pofalowane tektury falistej w około 150 zakładach w Europie. Pod względem tonażu jest najważniejszym rynkiem w Europie (materiały opakowaniowe 5 stanowią do 26% całkowitej produkcji papieru i tektury przy średnim europejskim wykorzystaniu makulatury na poziomie 86%). Procesy z wykorzystaniem odbarwiania na drodze flotacji (opcjonalnie) Usuwanie farby drukowej jest konieczne w przypadku stosowania makulatury do produkcji papierów, dla których białość jest ważnym parametrem, np. papier gazetowy, papiery drukowe i do pisania, bibułka higieniczna lub zewnętrzna warstwa makulaturowej tektury pudełkowej. Główny cel odbarwiania, to zwiększenie białości i czystości masy, a także obniżenie zawartości zanieczyszczeń lepkich. Należy zwrócić uwagę na to, że różnica między masą odbarwianą i nieodbarwianą polega na procesie jej otrzymywania, a nie na produkcie jako takim. W zależności od jakości używanej makulatury, wymagań rynku lub procesu wytwarzania papieru odbarwianiu mogą być poddawane również zużyte papiery i tektury opakowaniowe. Kompletna instalacja do odbarwiania makulatury obejmuje wspomniane wyżej podstawowe operacje jednostkowe, tj. rozwłóknianie, sortowanie i oczyszczanie w celu usunięcia dużych zanieczyszczeń (zanieczyszczenia nie papierowe takie, jak: kamyki, piasek, cząstki metali, sznurki, szkło, tekstylia, drewno, folie z tworzyw sztucznych, zszywki itp.). Poza oczyszczaniem mechanicznym zawiesiny przeprowadza się chemiczną obróbkę wstępną masy i usuwanie farby drukowej w komorach flotacyjnych. Podstawowym warunkiem dobrego usunięcia farby drukowej jest uwolnienie jej cząstek z włókien i utrzymywanie ich w stanie zdyspergowanym. W tym celu, najczęściej już w stadium rozwłókniania, dodawane są chemikalia wspomagające odbarwianie takie, jak: NaOH, krzemian sodowy, nadtlenek wodoru, mydła lub kwasy tłuszczowe oraz środki chelatujące (zwykle nie ma potrzeby dodawania środków chelatujących w procesie bielenia masy makulaturowej). Zdyspergowane cząstki farby drukowej są następnie oddzielane od zawiesiny włókien za pomocą (wielostopniowej) techniki flotacji. Zasady odbarwiania metodą flotacji są następujące: do zawiesiny masy wprowadzane jest powietrze w postaci drobnych pęcherzyków; cząstki farby drukowej gromadzą się na powierzchni pęcherzyków powietrza w wyniku oddziaływań fizyko-chemicznych; piana zawierająca farbę drukową jest zgarniana z powierzchni. W zależności od wielkości i konstrukcji komory flotacyjnej, w celu uzyskania odpowiedniego czasu przebywania zawiesiny umożliwiającego usunięcie farby, instalacja może obejmować kilka komór połączonych w serię. Aby zmniejszyć straty włókien zgarnianych ze szlamem, piana z pierwotnych komór jest często poddawana obróbce w komorach wtórnych w układzie kaskadowym. Piana, zawierająca farbę oraz odrzuty, jest odwadniana oddzielnie w wirówkach lub prasach sitowych do zawartości suchej substancji ok. 50%. Szlam z odbarwiania jest spalany lub składowany. Po odbarwieniu masa jest zagęszczana i czasami myta z zastosowaniem pras sitowych, zagęszczarek (tarczowych), pras ślimakowych i filtrów do mycia masy. Po tych stopniach oczyszczania masa może jeszcze zawierać niewielkie pozostałości zanieczyszczeń takie, jak: pozostałości farby drukowej, woski lub zanieczyszczenia lepkie, które pochodzą, np. z klejów topliwych itp. Te zanieczyszczenia mogą być zdyspergowane w dyspergatorach do takiego stopnia, że ich cząstki są niewidoczne gołym okiem. Przed dyspergowaniem zawiesina masy musi być zagęszczona ze stężenia ok. 5 12% do 25 30%, ponieważ proces dyspergowania wymaga występowania silnego tarcia i wysokiej temperatury: ok. 95 0 C lub wyższej. Dyspergatory są urządzeniami podobnymi do młynów opisanych w rozdziale 4.1.2. Po procesie dyspergowania zawiesina jest ponownie rozcieńczana. 5 Materiały opakowaniowe: papiery i tektury stosowane do wytwarzania tektury falistej. Są produkowane z dowolnej kombinacji włókien pierwotnych i wtórnych, lecz surowcem wykorzystywanym przez ten przemysł jest głównie makulatura z tektury. Obejmuje ona papier siarczanowy na warstwy płaskie (kraftliner), testliner, półchemiczny papier warstwy pofalowane oraz makulaturowy papier na warstwy pofalowane.
Kolejność operacji może być różna w różnych zakładach, a niektóre operacje mogą być powtarzane. Przykładową instalację, obejmującą flotację do przygotowania masy makulaturowej do produkcji papieru gazetowego, przedstawiono na rysunku 5.3. Proces z odbarwianiem metodą mycia i usuwaniem popiołu (opcjonalnie) Odbarwianie metodą flotacji jest efektywne w przypadku usuwania cząstek o wielkości od 5 do 100 µm. Cząstki farby drukowej, które są mniejsze niż optymalny zakres dla flotacji, mogą być usunięte metodą mycia, które polega na wielostopniowym odwadnianiu. Podczas mycia, oprócz cząstek farby, usuwane są wypełniacze i frakcja drobna. Mycie odbywa się zwykle kilkustopniowo z przeciwprądowym przepływem wody, tzn. filtrat ze stopnia następnego jest stosowany do rozcieńczania zawiesiny w stopniu poprzednim. Papiery powlekane charakteryzują się bardzo dużą wrażliwością na zawartość zanieczyszczeń w papierze podłożowym i w związku z tym do ich produkcji wymagana jest szczególnie dobrze oczyszczona masa makulaturowa. Dlatego nowoczesna instalacja do przygotowania masy na papiery LWC zwiera zarówno flotację, jak i mycie, ponieważ obydwa te procesy uzupełniają się. Jeżeli wymagane jest usunięcie popiołu, jak w przypadku masy do produkcji bibułki higienicznej lub rynkowej odbarwionej masy makulaturowej (DIP), instalacja musi zawierać stopień mycia. Przedstawio go na rysunku 5.4. Bielenie (opcjonalnie) Przed wprowadzeniem do kadzi magazynowej masa jest często poddawana bieleniu z zastosowaniem chemikaliów. Najczęściej stosuje się nadtlenki (P), podsiarczyn sodowy (Y), lub kwas formamidynosulfonowy (FAS). Chemikalia bielące dodawane są bezpośrednio do dyspergatora w celu utrzymania lub podwyższenia białości masy. Sama reakcja przebiega w wieży bielącej zapewniającej wystarczający czas przebywania. Jakikolwiek możliwy wzrost białości masy zależy od surowca oraz jej obróbki wstępnej. Bielenie nadtlenkiem wodoru jest prowadzone w obecności NaOH, krzemianu sodowego i czasami środków chelatujących. W przypadku makulatury prawie bezdrzewnej można zastosować tak zwane niekonwencjonalne chemikalia bielące, tzn. tlen i ozon. Na koniec masa jest doprowadzana do kadzi magazynowych lub mieszalnych. W celu zapewnienia ciągłości procesu kadzie służą jako zbiorniki buforowe między układem przygotowania masy i maszyną papierniczą. Do kadzi mieszalnej dodawane są odpowiednie chemikalia oraz regulowane jest stężenie zawiesiny w celu zapewnienia właściwego formowania wstęgi na maszynie papierniczej. Oczyszczanie wody obiegowej Woda ze stopni odwadniania może być klarowana w instalacji do mikroflotacji. Woda obiegowa jest ponownie używana w procesie. W instalacji do mikroflotacji uzyskuje się odpady, które są zagęszczane, a następnie składowane na wysypisku lub spalane. W przypadku odbarwiania metodą mycia całkowite zużycie wody obniża się również w wyniku zawracania wody myjącej. Zanieczyszczenia stałe muszą być z niej usunięte w osobnej jednostce do flotacji. Ostateczne oczyszczanie i odwadnianie Zanim silnie rozcieńczona zawiesina masy zostanie doprowadzona do wlewu maszyny papierniczej muszą zostać usunięte pozostałe w niej zanieczyszczenia. Do tego celu stosuje się różnego rodzaju sortowniki. W celu uzyskania pożądanego stężenia zawiesiny oraz oddzielenia obiegów wodnych masa jest odwadniana/zagęszczana z użyciem filtrów tarczowych lub pras ślimakowych.
Obróbka odpadów i osadów (szlamów) W procesie przerobu makulatury uzyskuje się w różnych ilościach różnego rodzaju odpady, które należy poddać obróbce. Przebiega ona w układzie do przerobu odpadów i szlamów. Ilość odpadów do składowania można zmniejszyć, jeżeli podobnego rodzaju odpady, z różnych stadiów procesu w układach przygotowania masy i doprowadzenia do maszyny papierniczej są gromadzone razem i poddawane obróbce. Do minimalizacji ilości odpadów przyczynia się również wyławianie włókien. 5.1.1 Przykłady układów do przerobu makulatury Różne właściwości produktu wymagają różnej czystości i białości masy makulaturowej. W związku z tym koncepcje procesu przerobu makulatury są uzależnione od tych właściwości. Na przykład w produkcji wielu rodzajów tektur nie jest konieczne odbarwianie. Natomiast w przypadku produkcji cienkich papierów produkowanych na szybkobieżnych maszynach lub, gdy wymagana jest wysoka białość papieru, konieczny jest bardzo efektywny wielostopniowy proces. Stopień złożoności całego procesu zależy od stosowanego składu włóknistego oraz od rodzaju wytwarzanego papieru. W związku z tym nie ma sensu opisywanie jednego typowego układu do przerobu makulatury. Poniżej opisano bardziej szczegółowo, na podstawie przykładów, główne układy stosowane do przerobu makulatury: przygotowanie masy makulaturowej do wytwarzania papierów i tektur opakowaniowych (testliner i papier na warstwę pofalowaną fluting) przygotowanie masy makulaturowej do wytwarzania papieru gazetowego i zwykłych papierów drukowych, i do pisania przygotowanie masy makulaturowej do wytwarzania papierów LWC/SC i wysokiej jakości papierów drukowych, i do pisania przygotowanie masy makulaturowej na bibułkę higieniczną (tissue) i odbarwionej masy makulaturowej (DIP) rynkowej. W związku ze stosowaniem różnych wsadów włóknistych układy przerobu makulatury mogą się różnić między sobą. Wynika to z innego oddziaływania na środowisko ścieków i odpadów z punktu widzenia zapotrzebowania na energię i wodę świeżą. 5.1.1.1 Papiery i tektury opakowaniowe W procesie wytwarzania opakowaniowych papierów i tektur, tj. papierów na warstwy płaskie (testliner) i pofalowane tektury falistej, stosowane jest wyłącznie mechaniczne oczyszczanie, tzn. nie jest potrzebny proces odbarwiania. Zwykle do produkcji tych papierów stosuje się makulaturę z supermarketów oraz makulaturę mieszaną. Poniższy schemat przedstawia proces przygotowania masy w produkcji testlinera. Proces przygotowania masy na testliner może obejmować system bardziej skomplikowany składający się z dwóch obiegów (rys. 5.2) lub tańszy złożony tylko z jednego obiegu. Układ dwuobiegowy umożliwia łatwiejsze sterowanie procesem, czego wynikiem jest poprawa efektywności maszyny papierniczej. Opisywany układ obejmuje stopień sortowania na doprowadzeniu masy i stanowi wyłącznie środek bezpieczeństwa (funkcja nadzoru). Podczas rozwłókniania oddzielane są duże zanieczyszczenia i wstępnie regulowana jest wielkość flokuł. Następujący po nim wielostopniowy układ sortowania i oczyszczania usuwa zanieczyszczenia ciężkie (piasek), płaskie składniki szkodliwe, zanieczyszczenia lepkie, drobne cząstki piasku i prowadzi do deflokulacji masy o dobrej jednorodności optycznej. Niektóre fabryki wytwarzające testliner i fluting pracują z całkowicie zamkniętymi obiegami wodnymi. Zamknięte obiegi wodne pracują zadowalająco, z punktu
widzenia dających się regulować warunków pracy instalacji i jakości produktu, jeżeli około 3 do 4 m 3 wody obiegowej na tonę masy poddaje się oczyszczaniu w oczyszczalni biologicznej (patrz rozdz. 5.3.4). Rysunek 5.2: Przykład ogólnej koncepcji przygotowania masy na testliner (układ 2- obiegowy) HC+LC = sortowniki wysoko i niskostężeniowe; HW = zanieczyszczenia ciężkie; DAF = flotacja drobnopęcherzykowa; # = sortowniki z sitami szczelinowymi. Przygotowanie masy makulaturowej jest podobne dla różnych rodzajów papierów opakowaniowych. Wysokiej jakości tektura na pudełka składane wymaga bardziej skomplikowanego wyposażenia niż testliner, natomiast testliner wymaga większych nakładów niż fluting 5.1.1.2 Papier gazetowy i zwykłe papiery drukowe i do pisania Układ przedstawiony na rysunku 5.3 jest przykładem możliwego ustawienia przygotowania masy do produkcji papieru gazetowego. Stosowany surowiec stanowi typowa odbarwiana masa makulaturowa składająca się z mieszaniny gazet i czasopism ilustrowanych w stosunku 50:50. Układ przygotowania masy składa się z dwustopniowej flotacji oraz bielenia połączonego z międzystopniowym dyspergowaniem. W przypadku produkcji ulepszonego papieru gazetowego, od którego wymaga się wyższej białości, po stopniu zagęszczania może następować stopień
bielenia redukującego z użyciem podsiarczynu. W przypadku stosowania masy makulaturowej do produkcji papierów, do celów graficznych, szczególnie ważna jest konstrukcja obiegu wodnego oraz układu oczyszczania wody. Rysunek 5.3: Przykładowa koncepcja ogólna układu przy produkcji (ulepszonego) papieru gazetowego Istnieją również inne rozwiązania konfiguracji linii do produkcji papieru gazetowego LC = sortowniki niskostężeniowe; MC = sortowniki średniostężeniowe; HC = sortowniki wysokostężeniowe; HW = zanieczyszczenia ciężkie; DAF = flotacja drobnopęcherzykowa; Bielenie utleniające (nadtlenek) w celu rozjaśnienia masy i zmniejszenia efektu melanżowania; Bielenie redukujące (podsiarczyn, FAS) w celu usunięcia zabarwienia
Bardzo ważne jest uporządkowane rozdzielenie poszczególnych obiegów wody w oparciu o zasadę przeciwprądu. Linie do odbarwiania mogą mieć różne konfiguracje i mogą obejmować dwa, trzy lub, w niektórych przypadkach, cztery obiegi. Na powyższym rysunku przedstawiono układ przygotowania masy obejmujący dwa obiegi z wydzielonym obiegiem wodnym maszyny papierniczej. Wewnętrzne oczyszczanie obiegów wody, które są rozdzielone stopniami zagęszczania, prowadzi się z zastosowaniem flotacji drobnopęcherzykowej (DAF) w celu zapobiegania nadmiernemu ładunkowi substancji koloidalnych i anionowych w wodzie obiegowej oraz utrzymania zawartości frakcji drobnej i popiołu na dopuszczalnym poziomie. Osady z linii produkcyjnej oraz z komór flotacyjnych są odprowadzane do dalszego przerobu. Duże zanieczyszczenia, wydzielone w ciągu produkcyjnym, są zagęszczane w układzie obróbki odrzutu. Ulepszony papier gazetowy jest wytwarzany zwykle w układzie dwuobiegowym, w którym uzyskuje się białość ok. 63% wg ISO (dzięki bieleniu redukującemu), niską zawartość cętek (dwustopniowa flotacja), zawartość popiołu w zakresie 10 12% (dwustopniowa flotacja) i niską zawartość zanieczyszczeń lepkich (w związku z dodatkowym oczyszczaniem w sortownikach szczelinowych). Natomiast zwykły papier gazetowy może być wytwarzany w układzie jednoobiegowym, tzn. bez drugiego stopnia flotacji. W konsekwencji produkt nie jest czysto biały (ok. 59% ISO, ponieważ nie stosuje się bielenia redukującego), ma większą zawartość zanieczyszczeń (ze względu na brak drugiego stopnia flotacji) oraz wyższą zawartość popiołu (w zakresie 14 15% - brak drugiego stopnia flotacji). Włókna wtórne są stosowane również do wytwarzania gorszych rodzajów papierów drukowych i do pisania. Zwykle są to papiery drzewne przeznaczone do użytku biurowego jako papiery do kopiowania lub listowniki. Koncepcja procesu może być podobna, jak w przypadku ulepszonego papieru gazetowego z zastosowaniem flotacji, przedstawionego na rys. 5.3. Jako surowiec stosuje się zwykle stałą proporcję makulatury gazetowej i z czasopism ilustrowanych (50:50). 5.1.1.3 Papier LWC/SC W czasie przerobu makulatury z gospodarstw domowych na odbarwioną masę makulaturową, przeznaczoną do wytwarzania wyższej jakości drzewnych papierów do celów graficznych, takich jak papiery SC i LWC, należy dokładnie dostosować się do wymagań. Obejmują one niską zawartość składników szkodliwych, wysoką jakość powierzchni (tzn. brak drzazg, pęczków włókien w celu zapewnienia gładkości powierzchni) oraz odpowiednie właściwości optyczne (np. białość, czystość) gotowego produktu. Receptura obejmuje zwykle zużyte gazety i czasopisma. Papiery SC są masowymi papierami drukowymi wytwarzanymi na szybkobieżnych maszynach. Jednym z głównych kryteriów w procesie przerobu makulatury z gospodarstw domowych (odbarwionej masy) na masowe papiery drukowe jest stałość jakości. W związku z tym bardzo ważne są stopnie sortowania, oczyszczania i dyspergowania. W związku z wysokimi wymaganiami w odniesieniu do białości i czystości konieczne są dwustopniowa flotacja i bielenie. Ogólna koncepcja instalacji do odbarwiania może wyglądać podobnie do przedstawionej dla ulepszonego papieru gazetowego, którą pokazano na rysunku 5.3. W tej koncepcji przygotowania masy problem składników szkodliwych (zanieczyszczenia koloidalne, substancje anionowe), które mogą zakłócać czuły mechanizm retencji na sicie maszyny papierniczej, jest rozwiązywany przez odpowiednią konstrukcję obiegu wody/oczyszczania wody w układzie przygotowania masy. W układzie tym obiegi wody są wyraźnie rozdzielone; pierwszy z nich, zwykle alkaliczny, rozciąga się od rozwłókniacza do stopnia zagęszczania masy przed dyspergowaniem. Drugi obieg kończy się na stopniu zagęszczania przed drugim stopniem bielenia. Stopnie zagęszczania masy oraz dokładne rozdzielenie obiegów wody zapewniają obniżenie zawartości zanieczyszczeń w wodzie obiegowej. Rozdzielenie obiegów wodnych
zapewnia, że szkodliwe zanieczyszczenia nie mogą przedostawać się do całego układu wodnego. Filtraty ze stopni zagęszczania zawierające zanieczyszczenia anionowe i koloidalne są oczyszczane drogą mikroflotacji opartej na zasadzie flokulacji i strącania. Wymagane właściwości powierzchni papieru, można uzyskać dzięki dodatkowemu stopniowi mielenia w celu zmniejszenia wymiarów długich włókien mas TMP występujących w makulaturze z gospodarstw domowych. Mielenie powoduje poprawę gładkości i drukowności papieru. Stopień mielenia może odbywać się po stopniu bielenia redukującego w podobny sposób, jak przedstawiono na rysunku 5.3. Jeżeli w masie papierniczej zawartość popiołu może przekraczać 8 10%, nie ma potrzeby stosowania mycia. Zastosowanie mycia powoduje względnie duże straty. W związku z tym, ze względów ekonomicznych korzystne jest unikanie mycia. 5.1.1.4 Bibułka higieniczna i rynkowa masa makulaturowa Makulatura używana do wytwarzania wysokiej jakości bibułki higienicznej lub rynkowej masy makulaturowej, musi być przerabiana w taki sposób, żeby nie zawierała nie tylko dużych zanieczyszczeń, lecz również farb drukowych, zanieczyszczeń lepkich, frakcji drobnej i wypełniaczy. Znaczne zmniejszenie zawartości popiołu i frakcji drobnej oznacza, że potrzeba 30 100% więcej makulatury w stosunku do uzyskanej masy makulaturowej. Z tego wynika, że powstaje znaczna ilość odpadów, które należy poddać dalszej obróbce. Istnieją zakłady (np. fabryka w Niederbipp w Szwajcarii), w których wszystkie odpady, łącznie ze szlamem są spalane na miejscu, a ciepło spalania wykorzystywane jest do wytwarzania pary zużywanej w zakładzie, dzięki czemu uzyskuje się zmniejszenie ilości odpadów. Stanowi je popiół ze spalania, który w postaci zagregowanej jest wykorzystywany w przemyśle materiałów budowlanych (cement). W tym przypadku podstawową różnicą, w porównaniu z przedstawionym wyżej przykładem produkcji papieru gazetowego (5.1.1.2), jest konieczność usunięcia popiołu z masy (frakcji drobnej i wypełniaczy). Wymagają tego stabilność pracy maszyny papierniczej oraz chłonność i miękkość produktów końcowych. Przykładowo w zależności od rodzaju użytej jako surowca makulatury zawartość popiołu może się wahać od 15% do 38% (w przypadku makulatury z powlekanych papierów bezdrzewnych). Bezpośredni wpływ zawartości popiołu na ilość odpadów stałych, powstających podczas przerobu makulatury, musi być uwzględniony podczas porównywania danych dotyczących ilości odpadów stałych. W przypadku większości produktów, np. rolki kuchenne czy papier toaletowy, może być użyty taki sam surowiec jak do papieru gazetowego, tzn. mieszanina makulatury gazetowej i z czasopism lub bardziej ogólnie odmiany średnie lub lepsze makulatury. Lecz, jeśli są dostępne po rozsądnej cenie, mogą być używane przede wszystkim odmiany makulatury bezdrzewnej. Na rysunku 5.4 przedstawiono uproszczony schemat linii do przerobu makulatury. Głównymi punktami węzłowymi układu są rozwłókniacz wysokostężeniowy i układ sortowania w postaci perforowanej płyty, służący do odprowadzania grubych zanieczyszczeń. Odrzuty są poddawane dalszej obróbce w sortowniku z bębnem sitowym, a następnie zagęszczane za pomocą prasy ślimakowej do odrzutu. Masa przyjęta jest oczyszczana w sortownikach wysokostężeniowych, a następnie niskostężeniowych, w których usuwane są głównie zanieczyszczenia metalowe, takie jak spinacze do papieru, zszywki itp. Masa jest następnie poddawana wielostopniowemu oczyszczaniu i sortowaniu. Jak we wszystkich układach do przerobu makulatury, podstawową zasadą w rozwłóknianiu, sortowaniu i oczyszczaniu, jest zapewnienie usunięcia zanieczyszczeń możliwie jak najwcześniej.
Rysunek 5.4: Przykład ogólnej koncepcji linii do przerobu makulatury w wytwarzaniu bibułki higienicznej HC = sortowniki wysokostężeniowe; MC = sortowniki średniostężeniowe; LC = sortowniki niskostężeniowe; HW = zanieczyszczenia ciężkie; DAF 1+2 = flotacja drobnopęcherzykowa pierwszego i drugiego stopnia
Mycie jest prowadzone przy niskim stężeniu zawiesiny i wymaga efektywnego wykorzystania wody myjącej. Woda obiegowa musi być oczyszczana, a zawarta w niej farba drukowa i inne składniki stałe usuwane są za pomocą flotacji drobnopęcherzykowej lub innej skutecznej techniki oczyszczania wody. Pierwszy stopień mycia służy usuwaniu popiołu, frakcji drobnej i małych cząstek farby drukowej. Po pierwszym stopniu mycia następuje zagęszczanie masy na prasie sitowej do stężenia ok. 30%. Filtrat z procesu mycia jest oczyszczany w komorze flotacyjnej z dodatkiem kationowych flokulantów. Popiół i frakcja drobna są usuwane, a woda jest zawracana do obiegu. Zawiesina masy jest podgrzewana za pomocą spirali grzejnej i poddawana dyspergowaniu, podczas którego następuje oddzielenie pozostałej jeszcze na włóknach farby drukowej i równocześnie mieszanie z chemikaliami bielącymi. W stopniu flotacji usuwa się oddzielone podczas dyspergowania cząstki farby drukowej oraz zanieczyszczenia lepkie i inne drobne zanieczyszczenia. Po drugim stopniu mycia może następować drugi stopień bielenia, po którym zawiesina jest przesyłana, albo do wieży magazynowej albo kierowana jest do układu ostatecznego sortowania i oczyszczania w ciągu doprowadzenia masy do maszyny papierniczej. Zasadniczym punktem w wytwórniach bibułki higienicznej z makulatury jest obróbka odrzutów i osadów, w związku ze względnie dużą ilością wszelkiego rodzaju osadów o zawartości węgla ok. 50%, pochodzących z różnych źródeł (przygotowanie masy makulaturowej, flotacja drobnopęcherzykowa, maszyna papiernicza, biologiczna oczyszczalnia ścieków). Dodatkowe informacje dotyczące wytwarzania bibułki higienicznej z masy pierwotnej znajdują się w rozdziale 6. 5.2 Obecne poziomy zużycia/emisji papierni przerabiających masę makulaturową 5.2.1 Przegląd wielkości wejściowych/wyjściowych Przegląd wprowadzanych surowców i energii oraz odprowadzanych produktów, pozostałości poddawanych dalszej utylizacji, a także głównych zrzutów (emisje, odpady itp.) papierni przerabiających makulaturę przedstawiono na rysunku 5.5.
Energia - elektryczność z sieci publicznej - paliwa kopalne (olej, gaz, węgiel) do wytwarzania pary i elektryczności - zakupiona para (tylko w niewielu przypadkach) 2.1 Woda Dodatki - woda chłodząca - woda technologiczna Środki wspomagające proces: - środki retencyjne - środki powierzchniowo-czynne - środki do zwalczania piany - biocydy - mydło, podsiarczyn, NaOH, H 2 O 2, Na 2 SiO 3 - kwasy i zasady - środki flokulujące Środki dla produkcji - środki utrwalająca - środki wodoutrwalające lub wiążące - barwniki -rozjaśniacze optyczne - inne, w zależności od właściwości produktu 1.3 Surowce - makulatura - skrobia 2. Zintegrowana papiernia RCF Rozwłóknianie włókien wtórnych Zaklejanie (opcjonalnie) Maszyna papiernicza Bielenie (opcjonalnie) Powlekanie (opcjonalnie) 1.2 Produkty - różne rodzaje papieru (testliner, bibułka higieniczna papier gazetowy, tektura na pudełka składane) Barwienie (opcjonalnie) Kotłownia lub instalacja do wytwarzania energii i pary Oczyszczal nia ścieków Obróbka odpadów Produkty uboczne Hałas - odpady do utylizacji - elektryczność (w niektórych przypadkach) Ciepło odpadowe do powietrza i wody - osad z uzdatniania wody - osad pierwotny (włókna, wypełniacze, pigmenty z powłok - osad biologiczny - odrzuty, szlamy z odbarwiania - popiół z wytwarzania elektryczności/pary - osad z chemicznego oczyszczania ścieków - małe ilości innego rodzaju odpadów Energia Odpady stałe Ścieki 1.1.1 Emisje do powietrza Z wytwarzania energii - SO 2, NO X, CO 2, CO, HCl - pył, emisja zależna od: - sposobu zasilania - rodzaju paliwa Z procesu - małe ilości związków VOC 1 - nieprzyjemny zapach 2 1 wyłącznie dla niewielu rodzajów papierów 2 w większości przypadków można uniknąć - związki organiczne (ChZT, BZT) - organiczne związki (AOX), - azot, fosfor - sole - substancje barwne Rysunek 5.5: Obieg masowy zintegrowanej papierni przerabiającej makulaturę Obecność niektórych substancji zależy głównie od rodzaju wytwarzanego papieru i jego właściwości oraz od rodzaju doprowadzanej energii Jak pokazano na rysunku, surowce do produkcji papieru na bazie makulatury obejmują głównie makulaturę, wodę oraz pewne dodatki chemiczne. Duże ilości wody zużywa się w postaci wody obiegowej oraz wody chłodzącej. Różne stosowane podczas wytwarzania papieru dodatki, to chemikalia usprawniające przebieg procesów oraz środki służące poprawie właściwości
produktu (środki pomocnicze). Wpływ przetwórni makulatury na środowisko obejmuje głównie emisje do wody, wytwarzanie odpadów stałych oraz emisje do powietrza, związane przede wszystkim z wytwarzaniem energii na drodze spalania paliw kopalnych. Jeżeli, w celu zmniejszenia emisji, stosuje się techniki unieszkodliwiające, mogą wtedy występować oddziaływania na procesy i środowisko. W rozdziale tym podano ilościowe dane, dotyczące zużycia i poziomów emisji dla różnych typów zakładów przerabiających makulaturę. Na początek, zaprezentowano ogólne dane, dotyczące poziomów wejściowych/wyjściowych dla układu przygotowania masy oraz całej papierni (rozpatrywanej jako czarna skrzynka ), a następnie podano dane określające zużycie i emisje dla głównych procesów, z opisem wpływu na środowisko (rozdz. 5.2.2). Proces wytwarzania papieru w zakładzie przerabiającym makulaturę można podzielić na trzy części: przygotowanie masy układ doprowadzenia do maszyny papierniczej poprawa właściwości wytwarzanego papieru. Przygotowanie masy i maszyna papiernicza są ze sobą ściśle powiązane układem wody obiegowej (patrz 5.2.2.2). W tabeli 5.1 podano przegląd głównych stosowanych surowców oraz emisje podczas przygotowania masy makulaturowej w procesie wytwarzania podstawowych rodzajów papierów produkowanych w Europie. Dane zestawione w tabeli, odnoszą się wyłącznie do przygotowania masy, tzn. maszyna papiernicza nie jest włączona. Wyjątek stanowią obiegi wody, ponieważ obiegi pomiędzy przygotowaniem masy i maszyną papierniczą zwykle łączą się one ze sobą.
Zużycie surowców i emisje do wody, odpady Rodzaj makulatury (zależy od dostępności i ceny makulatury oraz od jakości produktu końcowego) Zużycie energii1) elektrycznej cieplnej (np. para) Chemikalia2) rozwłóknianie flotacja I flotacja II bielenie flokulanty używane do klarownia wody obiegowej i obróbki osadu4) Woda ścieki5) emisje przed biologiczną oczyszczalnią ścieków Odpady - stałe (b.s.)6) - zawartość subst. organicznych Papiery opakowaniowe Papier gazetowy Papiery LWC/SC Bibułka higieniczna, masa makulaturowa rynkowa Sortowana makulatura mieszana z papieru i tektury, makulatura z domów handlowych 150 250 kwh/t 0 MJ/t Biocyd -------- -------- -------- 0 kg/t (wewnętrzne klarowanie w obiegu maszyny papierniczej woda podsitowa II) 0-4 m 3 /t papieru zawiesina 3) : zwykle poniżej 200 mg/l ChZT: 27-36 kg/t (6750-9000 mg/l) AOX: <4g/t (= 1 mg/l) 50-100 kg/t papieru 70-80% Makulatura nadająca się do odbarwiania (50:50 gazety i czasopisma) 300 420 kwh/t 450 900 MJ/t (=0,2-0,4 tpary/t) 0,5-1,0% H2O2 0,5-1,0% NaOH 1-2% Na2SiO3 0,3-0,6% mydła 0,2-0,4% mydła (NaOH+kwasy tłuszczowe) 1-2% H2O2 0,5-1,2% NaOH 1-1,8% Na2SiO3 0,4-1% podsiarczynu do 0,2% NaOH środki wspomagające flokulację: 0,5-1 kg/t 8-16 m 3 /t papieru zawiesina 3) : zwykle poniżej 200 mg/l ChZT: 17-27 kg/t (1700-2700 mg/l) AOX: <10 g/t (= 1 mg/l) 20% strat 170-190 kg/t papieru 35-45% Makulatura nadająca się do odbarwiania (50:50 gazety i czasopisma) 400 500 kwh/t 650 1100 MJ/t (=0,3-0,5 tpary/t) 0,5-1,0% H2O2 0,5-1,2% NaOH 1-2% Na2SiO3 0,3-0,6% mydła 0,2-0,4% mydła (NaOH+kwasy tłuszczowe) 1-2,5% H2O2 0,5-1,5% NaOH 1-2% Na2SiO3 0,4-1% podsiarczynu do 0,2% NaOH środki wspomagające flokulację : 1,6-2,6 kg/t Flokulanty: 1,5-2,5 kg/t 8-16 m 3 /t papieru zawiesina 3) : zwykle poniżej 200 mg/l ChZT: 17-27 kg/t (1700-2700 mg/l) AOX: <10 g/t (= 1 mg/l) 35% strat 450-550 kg/t papieru 45-55% Makulatura nadająca się do odbarwiania (50:50 gazety i czasopisma); bezdrzewna makulatura biurowa 400 500 kwh/t 650 1100 MJ/t (=0,3-0,5 tpary/t) 0,0-1,0% H2O2 0,3-0,6% mydła --------- 1-2% H2O2 0,5-1,2% NaOH 1-1,8% Na2SiO3 0,4-1% podsiarczynu do 0,2% NaOH środki wspomagające flokulację: 1,8-2,8 kg/t 8-16 m 3 /t papieru zawiesina 3) : zwykle poniżej 200 mg/l ChZT: 26-35 kg/t (2600-3500 mg/l) AOX: <10 g/t (= 1 mg/l) 500-600 kg/t papieru 40-50% Uwagi: 1) Podstawowym czynnikiem różnicującym zużycie energii jest zastosowanie dyspergatora, który zużywa 60 100 kwh/t. Ponadto należy uwzględnić straty: proces, w którym występują większe straty wymaga zastosowania bardziej wydajnych maszyn o wyższym jednostkowym zużyciu energii. Liczba stopni procesu przygotowania masy/wytwarzania również ma swój wpływ. 2) Zużycie wszystkich chemikaliów jest podawane w przeliczeniu na 100% substancji czynnej, a nie jako preparatów handlowych, zawierających różne ilości wody, z wyjątkiem Na 2 SiO 3, którego zużycie jest podawane dla postaci handlowej. Zakresy da się wyjaśnić różnicami jakości użytej makulatury, ilością farby drukowej do usunięcia i jakością produktu, jaką należy osiągnąć. 3) Zwykle przed odprowadzeniem ścieków do oczyszczalni zainstalowana jest stacja mikroflotacji. Powoduje to odciążenie wstępnego stopnia oczyszczania lub umożliwia pominięcie oczyszczania wstępnego. Bez mikroflotacji zawartość zawiesiny (TSS) zależy od urządzeń do odwadniania osadów i odrzutów. 4) Zużycie flokulantów zależy przede wszystkim od liczby jednostek do mikroflotacji służących oczyszczaniu wody obiegowej i od ilości osadu, który należy odwodnić. Strumienie filtratów z filtrów myjących są duże i w przypadku stosowania flokulantów ich ilości są również duże. 5) Dane dotyczące ścieków obejmują wodę zużywaną w całym zakładzie, tzn. przygotowanie masy i maszynę papierniczą. Ścieki oznaczają wodę odprowadzaną z biologicznej oczyszczalni i nie obejmują wody stosowanej do uszczelnień. 6) Łącznie z osadem z wewnętrznego oczyszczania wody obiegowej (jednostki do mikroflotacji). Tabela 5.1: Poziomy zużycia i emisji w przypadku przygotowania masy makulaturowej do wytwarzania różnych rodzajów papierów Dane odnoszą się wyłącznie do samego przygotowania masy, tzn. nie obejmują danych dotyczących maszyny papierniczej [dane z doświadczeń eksploatacyjnych podane przez dostawcę]. Wyjątek stanowią ścieki, ponieważ w przypadku zużycia wody trudno jest rozdzielić przygotowanie masy od maszyny papierniczej. Więcej danych, reprezentujących obecnie stosowane praktyki, dotyczących całej instalacji podano w tabelach 5.2 5.4 Sumaryczne poziomy zużycia i emisji z całej papierni dla głównych rodzajów papierów wytwarzanych z włókien wtórnych, przedstawiono w tabelach: 5.2 (testliner i papier na falę [welenstoff]), 5.3 (papier gazetowy) i 5.4 (bibułki higieniczne).
Należy pamiętać o tym, że faktyczne wartości, wyliczone jako wartości średnie pomiarów wykonywanych w okresie roku różnią się od wartości zawartych w pozwoleniu. W zależności od krajowego systemu udzielania pozwoleń, wartości w nich zawarte odnoszą się zwykle do znacznie krótszych okresów, np. 2 godziny, dzień lub miesiąc w celu zapewnienia odpowiednich warunków dla monitoringu zgodności. Przedział czasu, w którym muszą być spełnione warunki, jest określony w pozwoleniu i jest różny w różnych krajach europejskich (patrz załącznik II dotyczący istniejących przepisów narodowych i międzynarodowych). Tym niemniej, dane zamieszczone w tabelach 5.2 5.4 mogą stanowić pierwszą wskazówkę o wpływie, jaki na środowisko wywiera dana instalacja. W tabeli 5.2 przedstawiono dane będące średnimi ważonymi wartości dla testlinera i papieru na falę. Dane pochodzą z europejskiej bazy danych, odnoszących się do tektury falistej, opracowanych na potrzeby badania cyklu życia (wydanie 1997), z wydawnictw FEFCO, Groupement Ondulé oraz Kraft Institute. Zakresy przedstawionych parametrów odnoszą się do odpowiednich papierni w Danii, Francji, Niemczech, Włoszech, Holandii, Hiszpanii i Wielkiej Brytanii. Dane dotyczące produkcji testlinera i papieru na falę były zbierane z zakładów wytwarzających 52% (5,2 mln t) łącznej produkcji papierów makulaturowych na tekturę falistą w Europie. Dane odnoszą się do 1 tony netto dającego się sprzedać papieru (nsp). Należy podkreślić, że przedstawione wartości średnich ważonych nie przedstawiają danych z określonego zakładu stosującego określoną technologię. Średnia ważona, uzyskana w ramach badań wykonanych przez FEFCO, przedstawia tzw.: Najlepszą Przeciętną Praktykę Środowiskową (BAEP). Znaczy to, że jeżeli określona technologia jest stosowana w większości zakładów objętych badaniem i przypuszcza się, że ta technologia będzie w najbliższej przyszłości stosowana w jeszcze większej liczbie zakładów, to średnia ważona została obliczona na podstawie danych z zakładów wykorzystujących tę technologię, zamiast średniej ważonej ze wszystkich zakładów. Oddziaływanie tych właśnie zakładów na środowisko nazwano BAEP.
Wejście Wyjście Surowce Ilość Jedn. miary Produkt Ilość Jedn. miary Makulatura (masa dostarczona 1100 kg/t Papier na falę + 1000 kg wraz z zawartą wilgocią) testliner Biocydy (suchy preparat) 0 0,12 kg/t Emisje Barwniki (suchy preparat) 0,2 1,0* kg/t CO 2 (z paliw kopalnych) 320**- 600 kg/t Odpieniacz (suchy preparat) 0,10 0,40 kg/t CO 2 (regeneracja) 0 15 kg/t Środki retencyjne (suchy preparat) 0,3 2,4 kg/t CO brak danych kg/t Środki zaklejające (suchy preparat) 0,1 3,0* kg/t NO x 0,4 1,1 kg/t Skrobia (suchy preparat) 20,0 50,0 kg/t SO 2 brak danych kg/t Energia Pyły brak danych kg/t Paliwa kopalne ogółem 5700**- MJ/t 9600 Energia elektryczna 2,8 1) 403 kwh/t ChZT 0 2,2 kg/t zakupiona Energia pierwotna, łącznie **** 2140 kwh/t BZT 5 0 0,2 kg/t 3220 Zawiesina 0 0,5 kg/t AOX brak danych kg/t N og brak danych kg/t P og. brak danych kg/t 1 2*** m 3 /t Woda odparowana Ścieki 0-11 m 3 /t Odpady Zapotrzebowanie wody Woda surowa/świeża 1 13 m 3 /t Odpady do składowania Uwagi: 1) Niższa wartość energii zakupionej odnosi się do papierni z dużymi elektrociepłowniami * Podany zakres odnosi się wyłącznie do produkcji testlinera 30 70 (suchość 100%) ** Dane odnoszą się wyłącznie do wytwarzania pary (co znaczy, że nie występuje łączne wytwarzanie energii elektrycznej i pary) *** Różnica arytmetyczna między ilością doprowadzanej i odprowadzanej wody **** Udział zakupionej energii elektrycznej w jednostkowym zużyciu energii pierwotnej wylicza się na podstawie założenia, że sprawność energetyczna wytwórni energii wynosi 36%, tzn. zakupiona energia elektryczna w ilości 0,47 MWh/t odpowiada 1,28 MWh/t energii pierwotnej (1 kwh = 3,6 MJ). Dolna granica zakresu dla zakupionej energii elektrycznej nie wydaje się realistyczna. W związku z tym założono średnie zużycie energii elektrycznej na poziomie 200 kwh/t (lub 555 kwh/t energii pierwotnej) Tabela 5.2: Dane środowiskowe jako średnie wartości roczne dla testlinera i papieru na falę Liczby odnoszą się do stanu w roku 1996 [FEFCO, 1997]. Wszystkie dane odnoszone są do tony netto dającego się sprzedać produktu (nsp). Dane są średnimi ważonymi wartości zmierzonych ( best average environmental practice = najlepsza średnia praktyka ekologiczna, patrz s. 232). Emisje do powietrza odnoszą się wyłącznie do wytwarzania pary kg/t Odmiany makulatury, stosowane do wytwarzania testlinera i papieru na falę, to odpowiednio 93% oraz 94% rodzaje makulatury należące, według Europejskiego wykazu rodzajów i odmian makulatury, do odmiany A, obejmującej makulaturę mieszaną, odpady z supermarketów oraz nowe i zużyte pudła z tektury falistej. Podczas procesu wytwarzania papieru powstaje łącznie około 50 kg odpadów na tonę netto dającego się sprzedać produktu. W stosunku do wsadu makulatury wynoszącego 1,1 t/t netto dającego się sprzedać produktu, 45 kg odpadów na tonę poddawanej przerobowi makulatury (= 4,5%) odpadów jest poddawanych obróbce w zakładzie. W danych liczbowych, dotyczących
odpadów zawarte są popioły, szlamy organiczne i nieorganiczne oraz wszystkie odrzuty kierowane na wysypisko, a także osady organiczne i nieorganiczne oraz pozostałości poddawane spalaniu. Średnio na wysypiska kierowane jest między 91% (testliner) a 95% (papier na falę) wszystkich odpadów. Średnia ważona ilość odpadów spalanych jest niewielka (3% w przypadku wytwarzania papieru na falę i 7% dla testlinera). Zakłady posiadające kotły do spalania odpadów, spalają prawie wszystkie odpady, z wyjątkiem odpadów z rozwłókniacza oraz odrzutów z sortowania wysokostężeniowego. Pomiędzy 0,9 a 3,6 kg osadów organicznych na 1 tonę dającego się sprzedać produktu, wykorzystywanych jest w procesie wytwarzania testlinera i papieru na falę. Wśród paliw kopalnych, wykorzystywanych w produkcji papieru na falę i testlinera, przeważający jest udział gazu. Wynosi on, odpowiednio do 87% i 94%. Wszystkie zakłady wytwarzają parę do suszenia papieru w maszynie papierniczej, lecz nie wszystkie zakłady wytwarzają energię elektryczną. W niektórych przypadkach, energia elektryczna jest kupowana z sieci energetycznych. Emisje do powietrza zależą głównie od rodzaju zastosowanego paliwa. W połączeniu z dobrze przystosowanym oczyszczaniem gazów odlotowych, najważniejszym czynnikiem wpływającym na środowisko jest emisja CO 2, pochodzącego z paliw kopalnych (dalsze informacje zawiera 5.2.2.7). Zużycie wody w procesie wytwarzania papieru na falę i testlinera sięga od 2 do 13 m 3 /tonę nsp. Jeżeli papiery są wytwarzane z zamkniętym obiegiem wody, najniższe zużycie wody odpowiada ilości wody odparowanej podczas suszenia papieru. Wartości średnie ważone, dotyczące zużycia wody, są prawie identyczne dla obydwu rodzajów papieru; na poziomie około 6,5 m 3 /tonę nsp. Średni jednostkowy zrzut ścieków zawiera się w granicach 4,9 i 5,7 m 3 /tonę nsp. Niektóre zakłady pracują z całkowicie zamkniętym obiegiem wody i zerowym zrzutem ścieków. Emisje do wody stanowią substancje opuszczające zakłady ze ściekami po ostatecznym oczyszczeniu ścieków. Poziomy zawiesiny, ChZT i BZT są niskie dla poziomu średniej ważonej i osiągają zero dla zakładów o zamkniętych układach wodnych. Zawartość azotu i fosforu w ściekach z papierni przerabiających RCF jest bardzo niska. W biologicznym oczyszczaniu ścieków potrzebny jest kontrolowany dodatek substancji odżywczych, w celu zapewnienia składników pokarmowych do utrzymania i wzrostu mikroorganizmów. Utrzymując kontrolowaną dawkę, zapewniającą optymalną pracę oczyszczalni, osiągalne są stężenia N og poniżej 10 mg/l oraz P og poniżej 2 mg/l (jako średnie dobowe). Wartości dla wytwórni papieru gazetowego i papierów higienicznych z RCF, przedstawione w tabeli 5.3 i tabeli 5.4, mogą nie odzwierciedlać pełnego zakresu różnorodności w zastosowaniu surowców i emisji, jakie można zaobserwować w papierniach w Europie. Przeciwnie, z powodu niedostatku dostępnych grup danych, skompilowano je z zakładów przedstawiających typową (lecz nie reprezentatywną) sytuację. Tabela 5.3 przedstawia średnie ważone dane dla wytwórni papieru gazetowego z RCF. Dane pochodzą z 4 papierni niemieckich, wytwarzających głównie papier gazetowy z makulatury (standardowy i wysokiej jakości, rok odniesienia 1996). Te cztery papiernie wytwarzają 72% całkowitej ilości papieru gazetowego w Niemczech, tzn. 1,24 Mt/a papieru gazetowego i 73000 t/a odbarwionej masy makulaturowej (DIP). W tych danych zawarta jest niewielka ilość ścieru (GWP), TMP i masy celulozowej. 2 z tych czterech zakładów, w charakterze surowca włóknistego wykorzystują wyłącznie makulaturę. Przedstawione wartości są uważane za typowe dla papierni wytwarzających papier gazetowy na bazie RCF. Dane podawane są na tonę wytworzonego papieru. Emisje do wody to substancje opuszczające zakłady ze ściekami po oczyszczalni biologicznej.
Wejście Wyjście Surowce Wartość (minmax) Jedn. miary Produkt Wartość Jedn. miary Makulatura (wilgotność 9%) 1120 kg/t Papier 1000 kg/t (990-1270) gazetowy Zrębki (wilgotność 55%) 130 (0-330) kg/t Masa rynkowa (niewielka ilość) 5,9 kg/t Papierówka) 50 (0-230) kg/t Emisje (min max) Masa celulozowa siarczanowa 10 (0 30) kg/t CO 2 kg/t Pigmenty 30 (0 100) kg/t CO 2 kg/t regeneracja Dodatki 1) 53,17 (40,61- kg/t NO x 0,72 (0,56-1,06 kg/t 60,99) CO 0,14 (0,02-0,56) kg/t Energia (min-max) SO 2 0,54 (0,01-2,68) 5 kg/t Gaz ziemny 1720 (0- kwh/t Pył 0,010 (0,003- kg/t 3490 2 0,005) ) Olej opałowy, lekki 40 (0-180) kwh/t ChZT 3,31 (2,47-4,45) kg/t Olej opałowy, ciężki 300 (0-1510) kwh/t BZT 5 0,12 (0,03-0,28) kg/t Paliwa odnawialne 510 (0-970) kwh/t Zawiesina brak danych kg/t Energia wodna 50 (0-110) kwh/t AOX 2 (1-3) kg/t Zakupiona energia elektryczna 3) Energia pierwotna, ogółem 470 (-10 2) - 710) 3880 (3630-3990) kwh/t NH 4 -N 20 (10-50) kg/t kwh/t Fosforany 5 (2-10) kg/t Ścieki 10,56 (7,7-14,97) m 3 /t Zapotrzebowanie wody (min-max) Odpady (min-max) Woda powierzchniowa 19,34 4) m 3 /t Kora 5,6 (0-28,6) kg/t Woda gruntowa 0,61 m 3 /t Odrzuty, odpady papieru Popiół, ze spalania odpadów 6) Odpady 100,2 (0 6) -381,4) kg/t 90,8 (0-173,2) kg/t 196,7 (91,8-410,7) kg/t ogółem 6) Dodatki stanowią środki pomocnicze i dodatki masowe w postaci roztworów handlowych zawierających różne ilości wody Maksymalna wartość zużycia gazu ziemnego odnosi się do zakładu posiadającego turbinę gazową. Wytwarzany jest nadmiar energii elektrycznej, więc mała ilość prądu jest odprowadzana do publicznej sieci energetycznej (10 kwh/t) Udział zakupionej energii elektrycznej w jednostkowym zużyciu energii pierwotnej jest wyliczany przy założeniu, że sprawność energetyczna zakładów wytwarzających elektryczność wynosi 36,75%, tzn. energia zakupiona w ilości 0,47 MWh/t odpowiada 1,28 MWh/t energii pierwotnej (1 kwh = 3,6 MJ) Zapotrzebowanie na wodę obejmuje wodę procesową oraz wodę chłodzącą. Woda chłodząca jest częściowo wykorzystywana jako woda procesowa Maksymalna wartość została zmierzona, gdy jako główne źródło energii wykorzystywano olej kopalny, dolna wartość - w przypadku gazu. Wszystkie wartości emisji do powietrza uzyskano na podstawie ciągłego monitoringu, jako dane średnioroczne Wartość minimalną (bez odpadów) uzyskano w przypadku spalania odrzutów i osadów na miejscu. Ilość powstającego popiołu jako produktu spalania wynosi zero, gdy nie stosuje się spalania, a wysoka gdy spalane są większe ilości dodatkowych paliw. Jeżeli stosowane jest spalanie na miejscu, pozostającym odpadem jest głównie popiół (min.). Natomiast nieprzerobione odpady odpowiadają wartości maksymalnej. Tabela 5.3: Średnie roczne zużycie i poziomy emisji z papierni wytwarzających głównie papier gazetowy na bazie RCF (standardowy i wysokiej jakości) Wytwórnie papierów higienicznych charakteryzują się dużą różnorodnością produktów. Na wielu maszynach do produkcji bibułki higienicznej następują częste zmiany asortymentów, różniących się zużyciem wody, energii i surowców. Często, produkcja bibułki jest zintegrowana z procesami jej przetwarzania do wyrobów gotowych. Wytwórnie papierów higienicznych zużywają stosunkowo dużo wody świeżej do natrysków, ponieważ czystość sit i filców jest
czynnikiem krytycznym w przypadku formowania wstęgi o bardzo niskiej gramaturze (poniżej 12 g/m 2 ). Surowce, stosowane w wytwórniach papierów higienicznych, to zarówno w 100% włókna pierwotne, jak też w 100% włókna wtórne (informacje dotyczące wytwórni papierów higienicznych z włókien pierwotnych zawarte są w Rozdziale 6 tego dokumentu). Pomiędzy nimi są wszelkiego rodzaju mieszanki, zawierające 10%, 20% i tak dalej, aż do 90% włókien wtórnych. Wpływ surowców na oddziaływanie wytwórni na środowisko jest, przede wszystkim, związany ze znacznymi ilościami osadów powstających podczas odbarwiania metodą mycia (usuwanie wszystkich wypełniaczy z makulatury). Przy założeniu, że ścieki są właściwie oczyszczane biologicznie, różnice emisji do wody nie są znaczące. Na oddziaływanie całej wytwórni na środowisko wpływają inne czynniki, takie jak stosowane chemikalia, rodzaj paliwa i sposób wytwarzania energii, a także sposób prowadzenia procesu. Emisje do wody powierzchniowej Odpady stałe Emisje do powietrza Ścieki, m 3 /t p.s. 5 100 ChZT, kg/t p.s. 2 6 Włókna pierwotne, CO 2, kg/t p.s. 500 2000 Wartości emisji zależą od: BZT, kg/t p.s. 1 2 kg.t p.s. 10-40 - rodzaju dostarczanej energii Zawiesina, kg/t p.s. 1 3 SO 2, kg/t p.s. 50 10000 - rodzaju paliwa AOX, g/t p.s. 5 15 Makulatura, - technologii/techniki N og 5 100 kg/t p.s. 400 1000 NO x, kg/t p.s. 300 2000 - jednostkowego zużycia energii P og 1-30 Tabela 5.4: Typowe średnie roczne poziomy zużycia i emisji dla procesu wytwarzania bibułki higienicznej [Dane z ETS, 1998, z powodu braku danych nie było możliwe rozróżnienie emisji do wody z wytwórni bibułki higienicznej z RCF i włókien pierwotnych] Chociaż prawie wszystkie europejskie wytwórnie bibułki na bazie RCF są zintegrowane z wyjątkiem dwóch zakładów wytwarzających odbarwioną masę makulaturową rynkową należy podkreślić, że zintegrowane wytwórnie są często tylko częściowo zintegrowane, tzn. część materiałów włóknistych może stanowić kupowana masa włóknista. Papiernie często wytwarzają wyroby papierowe składające się z mieszaniny włókien różnego rodzaju. Zużycie surowców oraz emisje do środowiska z przerobu makulatury, są omówione po kolei w następnym paragrafie. 5.2.2 Poziomy zużycia i emisji pochodzących z procesów jednostkowych Przedmiotem naszego zainteresowania są następujące aspekty związane z wytwarzaniem papieru z makulatury: - zużycie makulatury