بخشی از مقاله
چکیده
پسابهای رنگبری خمیر و کاغذ در واحدهای کاغذسازی دارای میزان رنگ، کدورت، BOD، COD و مواد معلق زیادی هستند که برای محیط زیست بسیار مضر میباشنداز. آنجایی که مایع پخت مرحله خمیرسازی بازیافت شده و مجدداً مورد استفاده قرار میگیرد بنابراین به محیط رودخانه و نهرها تخلیه نمیشود بنابراین یکی از چالشها در این صنعت، ارائه راهکارهایی جهت خروج هر چه بیشتر لیگنین از ماتریکس چوب در این مرحله و عدم انتقال آن به واحد رنگبری است. پساب واحد رنگبری به دلایل مختلفی نظیر قابلیت اشتعال مواد رنگبر و امکان انفجار آنها و همچنین پیجیدگی فرایند بازیافت قابل بازیابی نیست. یکی از راه حلها در این زمینه کاربرد مواد فعال سطحی به عنوان افزودنی در فرایند خمیرسازی است. مواد فعال سطحی مورد استفاده در این تحقیق، شامل پلی اتیلن گلایکول 400 و لوریل الکل اتوکسیلات 20 مول بودند که به مایع پخت فرایند تولید خمیرکاغذ سودا از گونه گیاهی کاه گندم اضافه شدند. نتایج نشان داد که استفاده از هر دو ماده فعال سطحی مورد نظر در پخت سودای کاه گندم دو پیامد مثبت به همراه داشت: افزایش بازده در عدد کاپای برابر و کاهش وازده غربال. برای خمیرهای تیمار شده با لوریل الکل اتوکسیلات و پلی اتیلن گلایکول، بیشترین افزایش بازده به ترتیب برابر با 1/1 درصد و 3 درصد بود. این مقدار افزایش بازده در کنار ثابت ماندن میزان کاپا از نظر اقتصادی بسیار مقرون به صرفه است.
واژههای کلیدی: مواد فعال سطحی- راندمان- کاغذ- عدد کاپا
-1 مقدمه
لیگنین زدایی در فرایند تولید کاغذ در دو مرحله صورت می گیرد: -1 مرحله خمیر سازی -2 مرحله رنگبری پس از انجام مرحله خمیرسازی مایع پخت سیاه رنگ1 حاصل می شود. این مایع سیاه قابل بازیابی بوده و به همین دلیل در اکثر کارخانه های با ظرفیت تولید زیاد، بلافاصله پس از خروج از دیگ پخت2 وارد مرحله ی بازیافت می شود. در طی این فرایند عملیات مختلفی بر روی لیکور سیاه انجام می شودکه در نهایت مواد شیمیایی - تا حدود 95-90 درصد - و انرژی - برق و حرارت - بازیابی می شود.[2] این امر از دو جنبه حائز اهمیت است: در واقع با این کار از یک طرف از اتلاف هزینه جلوگیری می شود و از طرف دیگر از ورود مواد آلاینده به محیط جلوگیری می شود - جنبه اقتصادی و زیست محیطی - ؛ و از آنجا که حجم مواد آلاینده موجود در پساب رنگبری بسیار زیاد بوده و غیر قابل بازیافت می باشد این موضوع اهمیت دوچندان می یابد.
به همین دلیل یافتن چاره ای برای حل مشکل آلودگی پساب واحد رنگبری، به یکی از چالش های اساسی فراروی صنعت خمیر و کاغذ تبدیل شده است. در نقطه مقابل، پساب حاصل از مرحله رنگبری قرار دارد که به دلایل مختلفی نظیر پیچیدگی فرایند بازیافت، اشتعال زا بودن مواد زنگبرو امکان انفجار، غیر قابل بازیافت است. مسلماً هدایت پاب مذکور مشکلات زیست محیطی را به ویژه برای آبزیان ایجاد خواهد کرد. در گذشته تصور میشد که زیانهای تخلیه آبهای رنگی تنها به کاهش زیبایی محیط زیست و آبهای عمومی دریافت کننده پسابها محدود میشود اما زیست شناسان، اثرات منفی این پسابها را بررسیکردهاند و دریافتندکه این پسابها به علت دارا بودن ترکیبات جاذب نور، میزان نفوذ و انتشار نور را کاهش میدهند و باعث کاهش غلظت اکسیژن محلول در آبهای عمومی و کاهش فعالیت فتوسنتزی گیاهان میشوند و بر زندگی موجودات آبزی اثر منفی میگذارند [5] و .[10]
علاوه بر رنگ و کدورت، پسابهای کاغذسازی دارای میزان BOD و COD و مواد معلق بالایی هستند که برای محیط زیست بسیار مضر میباشند. از طرفی مواد استخراجی چوب درختان که در خلال فرآیندهای تولید وارد پساب میگردند، اثرات سمی حاد و مزمن روی آبها و آبزیان دارند .[11] به طور کلی شاخص های آلودگی پساب را به چهار دسته سمیت، رنگ ، COD و BOD تقسیم میکنند و بر اساس میزان محاسبه شده برای پارامترهای فوق در خصوص هدایت و عدم هدایت پساب به نهرها و رودخانهها تصمیم گیری میکنند. در واقع بخش رنگبری در واحدهای تولید خمیر و کاغذ مشکل زیست محیطی بسیاری را به وجود میآورد که جهت حل این مشکل در چند دهه اخیر دو راه حل عمده بکارگرفته شده است:
-1 لیگنین زدایی با اکسیژن3 همانطوریکه از نام این فرایند برمی آید، این فرایند شامل یک مرحله تیمار با اکسیژن است. این تیمار بین دو مرحله خمیرسازی و رنگبری اعمال می شود. در نتیجه این تیمار نتایج سودمندی بدست می آید که عمده ی آن، کاهش عدد کاپای. میلیلیتر پرمنگنات پتاسیم 0/1 نرمال که به وسیله یک گرم خمیرکاغذ در شرایط ]8[خمیر تا حدود 40-50 درصد است استاندارد در محیط اسیدی مصرف شده باشد، تحت عنوان عدد کاپا تعریف میشود و در واقع معیاری از لیگنین باقی مانده درخمیرکاغذ میباشد. مسلم است که هرچه عدد کاپای خمیر کاغذ بیشتر باشد، خمیر تیره تر و رنگبری آن دشوارتر و نیازمند مواد شیمیایی بیشتر است؛ که این امر مستلزم صرف هزینه بیشتر به منظور رنگبری خواهد بود. اعمال یک مرحله تیمار با ×اکسیژن که به نوعی ادامه فرایند پخت محسوب میشود باعث زدایش بیشتر لیگنین بدون تخریب کربوهیدارتها است.
-2 کاربرد افزودنیها در دایجستر راه حل دوم، کاربرد افزودنیها در مرحله پخت است. مواد فعال سطحی1 از مهمترین افزودنیهاست. با اضافه نمودن این افزودنیها به مایع پخت خمیرسازی، واکنش لیگنین زدایی بهبود می یابد. افزودن سورفکتانت می تواند عدد کاپا را تا حدود 15-20 واحد کاهش دهد[8] که این مقدار کاهش در لیگنین باقی مانده، ضمن بالا بردن قابلیت رنگبری، مقدار ماده لازم برای رنگبری را کاهش می دهد؛ در نهایت حجم تخلیه مواد آلاینده به پساب را کاهش می یابد.کاربرد سورفکتانت ها به عنوان افزودنی های مایع پخت، تنش سطحی بین لیکور و چیپس را کاهش داده، باعث آغشتگی بهتر سطح چیپس ها می شود. برای درک چگونگی عملکرد سورفکتانتها به یاد آوری دو مفهوم در مورد اشباع پذیری می پردازیم:
جریان مناسب مایع پخت به درون چوب، گام اولیه ضروری در فرایندهای خمیرسازی است. جداسازی مناسب لیگنین برای آزادسازی الیاف نیازمند نفوذ و پخش لیکور به درون خرده چوب و سپس توزیع یکنواخت آن در سرتاسر چوب است. دو مکانیسمی که مواد شیمیایی را به داخل چوب انتقال میدهند، نفوذ و پخش میباشند. نفوذ، جریان یافتن مایع پخت به داخل منافذ چوب است. پخش، انتقال مواد شیمیایی حل شده بر اساس اختلاف غلظت است .[13] در فرایند خمیرسازی، لیگنینزدایی واکنش اولیهای است که به الیاف چوب اجازه میدهد تا از هم جداشوند. در صورت عدم نفوذ موثر در جریان پخت، وازدههای غربال افزایش یافته، بازده و قابلیت رنگبری کاهش یافته و نیز خواص مقاومتی فراورده نهایی افت مییابد.
از آنجا که در کارخانهها معمولا عدد کاپا را در محدودهای نگه میدارند که از یک طرف خواص مقاومتی مورد نظر حاصل شود و از طرف دیگر وازده غربال تا حد زیادی کاهش یابد، نفوذ و پخش بیشتر ممکن است منجر به افزایش بازده و نیز کاهش وازده غربال در عدد کاپای ثابت شود. خمیرسازی غیر یکنواخت ممکن است به علت دخالت رزین نیز ایجاد شود. در چوب، رزین عمدتاً در سلولهای پارانشیمی و حفره سلولی قرار دارد. سلولهای چوبی سالم، معمولاً رزین را از برخورد با مواد شیمیایی پخت محافظت میکنند. کاربرد افزودنیهای بر پایه سورفاکتانت میتواند کشش سطحی بین مایع پخت و چوب را کاهش داده و خیس شدن2 کاملتر سطح چوب و به دنبال آن تسهیل نفوذ سریع مایع پخت به ماتریکس چوب را باعث شود.
در نتیجهی نفوذ و پخش بهتر مایع پخت، رزینها نیز در معرض مواد شیمیایی قرار میگیرند؛ این امر در نهایت منجر به بهبود رزین زدایی از خمیر میشود .[2]بدیهی است که استفاده از روشهایی نظیر دو روش فوق الذکر که بتواند منجر به استفاده کمتر مواد شیمیایی در خمیرسازی و به دنبال آن کاهش حجم و همچنین بار آلایندگی زیست محیطی پساب گردد، حائز اهمیت بسیار خواهد بود. در این تحقیق، استفاده از دو نوع از مواد فعال سطحی در جریان خمیرسازی از کاه گندم مورد بررسی قرار میگیرد.
