In Zellstoff- und Papierbetrieben kann es zu Expositionen gegenüber zahlreichen Stoffen kommen, die von der International Agency for Research on Cancer (IARC) als bekannte, wahrscheinliche und mögliche Karzinogene eingestuft wurden. Asbest, das bekanntermaßen Lungenkrebs und Mesotheliom verursacht, wird zur Isolierung von Rohren und Boilern verwendet. Talkum wird in großem Umfang als Papieradditiv verwendet und kann mit Asbest kontaminiert sein. Andere Papierzusatzstoffe, einschließlich Farbstoffe auf Benzidinbasis, Formaldehyd und Epichlorhydrin, gelten als wahrscheinliche menschliche Karzinogene. Sechswertige Chrom- und Nickelverbindungen, die beim Edelstahlschweißen entstehen, sind bekannte Lungen- und Nasenkarzinogene. Holzstaub wurde kürzlich von der IARC als bekanntes Karzinogen eingestuft, hauptsächlich basierend auf Hinweisen auf Nasenkrebs bei Arbeitern, die Laubholzstaub ausgesetzt waren (IARC, 1995). Dieselabgase, Hydrazin, Styrol, Mineralöle, chlorierte Phenole und Dioxine sowie ionisierende Strahlung sind andere wahrscheinliche oder mögliche Karzinogene, die im Mühlenbetrieb vorhanden sein können.

Es wurden nur wenige epidemiologische Studien speziell für Zellstoff- und Papierbetriebe durchgeführt, und sie weisen auf wenige konsistente Ergebnisse hin. Expositionseinstufungen in diesen Studien haben oft die breite Industriekategorie „Zellstoff und Papier“ verwendet, und selbst die spezifischsten Einstufungen gruppierten Arbeiter nach Art der Zellstoffherstellung oder großen Werksbereichen. Die drei Kohortenstudien in der bisherigen Literatur umfassten jeweils weniger als 4,000 Beschäftigte. Derzeit laufen mehrere große Kohortenstudien, und die IARC koordiniert eine internationale multizentrische Studie, die wahrscheinlich Daten von mehr als 150,000 Zellstoff- und Papierarbeitern umfassen wird, was viel spezifischere Expositionsanalysen ermöglicht. In diesem Artikel wird das verfügbare Wissen aus bisher veröffentlichten Studien überprüft. Ausführlichere Informationen können früheren veröffentlichten Übersichten von IARC (1980, 1987 und 1995) und von Torén, Persson und Wingren (1996) entnommen werden. Die Ergebnisse für Lungen-, Magen- und hämatologische Malignome sind in Tabelle 1 zusammengefasst.

Tabelle 1. Zusammenfassung von Studien zu Lungenkrebs, Magenkrebs, Lymphomen und Leukämie bei Zellstoff- und Papierarbeitern

C = Kohortenstudie, CR = fallbezogene Studie, PM = proportionale Mortalitätsstudie.
* Statistisch signifikant. ^§ = Wo getrennt berichtet, NHL = Non-Hodgkin-Lymphom und HD = Morbus Hodgkin. X = 0 oder 1 Fall gemeldet, keine Risikoschätzung berechnet, — = Keine Daten gemeldet.

Eine Risikoschätzung über 1.0 bedeutet, dass das Risiko erhöht ist, und eine Risikoschätzung unter 1.0 weist auf ein verringertes Risiko hin.

Quelle: Adaptiert von Torén, Persson und Wingren 1996.

Krebserkrankungen der Atemwege

Wartungsarbeiter in Papier- und Zellstofffabriken sind einem erhöhten Risiko für Lungenkrebs und bösartige Mesotheliome ausgesetzt, wahrscheinlich aufgrund ihrer Exposition gegenüber Asbest. Eine schwedische Studie zeigte ein dreifach erhöhtes Risiko für Pleuramesotheliom bei Zellstoff- und Papierarbeitern (Malker et al. 1985). Als die Exposition weiter analysiert wurde, waren 71 % der Fälle Asbest ausgesetzt, die meisten davon in der Mühlenwartung. Ein erhöhtes Lungenkrebsrisiko bei Wartungsarbeitern wurde auch in schwedischen und finnischen Zellstoff- und Papierfabriken nachgewiesen (Torén, Sällsten und Järvholm 1991; Jäppinen et al. 1987).

In derselben finnischen Studie wurde auch ein zweifach erhöhtes Risiko für Lungenkrebs sowohl bei Arbeitern in Papierfabriken als auch bei Arbeitern in Kartonfabriken beobachtet. Die Forscher führten eine anschließende Studie durch, die sich auf Arbeiter in Zellstofffabriken beschränkte, die Chlorverbindungen ausgesetzt waren, und stellten ein dreifach erhöhtes Risiko für Lungenkrebs fest.

Nur wenige andere Studien mit Zellstoff- und Papierarbeitern haben ein erhöhtes Risiko für Lungenkrebs gezeigt. Eine kanadische Studie zeigte ein erhöhtes Risiko bei Papierstaubexponierten (Siemiatycki et al. 1986), und US-amerikanische und schwedische Studien zeigten ein erhöhtes Risiko bei Papierfabrikarbeitern (Milham und Demers 1984; Torén, Järvholm und Morgan 1989).

Magen-Darm-Krebs

In vielen Studien wurde auf ein erhöhtes Magenkrebsrisiko hingewiesen, aber die Risiken sind keinem Bereich eindeutig zugeordnet; daher ist die relevante Exposition nicht bekannt. Der sozioökonomische Status und die Ernährungsgewohnheiten sind ebenfalls Risikofaktoren für Magenkrebs und können Störfaktoren sein; diese Faktoren wurden in keiner der überprüften Studien berücksichtigt.

Der Zusammenhang zwischen Magenkrebs und Pulpa- und Papierarbeit wurde erstmals in einer US-amerikanischen Studie in den 1970er Jahren festgestellt (Milham und Demers 1984). Das Risiko war noch höher, fast doppelt so hoch, wenn Sulfitarbeiter separat untersucht wurden. In einer späteren Studie wurde auch festgestellt, dass Sulfit- und Holzschliffarbeiter in den USA ein erhöhtes Risiko für Magenkrebs haben (Robinson, Waxweiller und Fowler 1986). Ein Risiko in gleicher Größenordnung wurde in einer schwedischen Studie unter Zellstoff- und Papierfabrikarbeitern aus einem Gebiet festgestellt, in dem nur Sulfitzellstoff hergestellt wurde (Wingren et al. 1991). Amerikanische Papier-, Karton- und Zellstofffabrikarbeiter in New Hampshire und im Bundesstaat Washington hatten eine erhöhte Sterblichkeit durch Magenkrebs (Schwartz 1988; Milham 1976). Die Versuchspersonen waren wahrscheinlich eine Mischung aus Sulfit-, Sulfat- und Papierfabrikarbeitern. In einer schwedischen Studie wurde eine dreifach erhöhte Sterblichkeit aufgrund von Magenkrebs bei einer Gruppe von Sulfit- und Papierfabrikarbeitern gefunden (Wingren, Kling und Axelson 1985). Die Mehrheit der Zellstoff- und Papierstudien berichtete über Exzesse von Magenkrebs, obwohl einige dies nicht taten.

Aufgrund der geringen Fallzahl sind die meisten Studien zu anderen Magen-Darm-Krebsarten nicht schlüssig. In einer finnischen Studie (Jäppinen et al. 1987) wurde über ein erhöhtes Darmkrebsrisiko bei Arbeitern im Sulfatprozess und in der Kartonherstellung sowie bei Zellstoff- und Papierarbeitern in den USA (Solet et al. 1989) berichtet. Die Inzidenz von Gallengangskrebs in Schweden zwischen 1961 und 1979 wurde mit Berufsdaten aus der Volkszählung von 1960 verknüpft (Malker et al. 1986). Bei männlichen Papierfabrikarbeitern wurde eine erhöhte Inzidenz von Gallenblasenkrebs festgestellt. Ein erhöhtes Risiko für Bauchspeicheldrüsenkrebs wurde in einigen Studien an Papierfabrikarbeitern und Sulfitarbeitern (Milham und Demers 1984; Henneberger, Ferris und Monson 1989) sowie an der breiten Gruppe der Zellstoff- und Papierarbeiter (Pickle und Gottlieb 1980; Wingren et al. 1991). Diese Ergebnisse wurden in anderen Studien nicht belegt.

Hämatologische Malignome

Das Problem der Lymphome bei Zellstoff- und Papierfabrikarbeitern wurde ursprünglich in einer US-amerikanischen Studie aus den 1960er Jahren behandelt, in der bei Zellstoff- und Papierarbeitern ein vierfach erhöhtes Risiko für Morbus Hodgkin festgestellt wurde (Milham und Hesser 1967). In einer Folgestudie wurde die Sterblichkeit unter Zellstoff- und Papierfabrikarbeitern im Bundesstaat Washington zwischen 1950 und 1971 untersucht, und es wurde ein doppeltes Risiko sowohl für die Hodgkin-Krankheit als auch für das multiple Myelom beobachtet (Milham 1976). Auf diese Studie folgte eine, die die Sterblichkeit unter den Mitgliedern von Zellstoff- und Papiergewerkschaften in den Vereinigten Staaten und Kanada analysierte (Milham und Demers 1984). Es zeigte sich ein fast dreifach erhöhtes Risiko für Lymphosarkome und Retikulumzellsarkome bei Sulfitarbeitern, während Sulfatarbeiter ein vierfach erhöhtes Risiko für Hodgkin-Krankheit hatten. In einer US-amerikanischen Kohortenstudie wurde bei Sulfatarbeitern ein zweifaches Risiko für Lymphosarkom und Retikulosarkom beobachtet (Robinson, Waxweiller und Fowler 1986).

In vielen Studien, in denen das Auftreten maligner Lymphome untersucht werden konnte, wurde ein erhöhtes Risiko festgestellt (Wingren et al. 1991; Persson et al. 1993). Da das erhöhte Risiko sowohl bei Sulfat- als auch Sulfitarbeitern auftritt, weist dies auf eine gemeinsame Expositionsquelle hin. In den Abteilungen Sortierung und Zerkleinerung sind die Belastungen ziemlich ähnlich. Die Belegschaft ist Holzstaub, Terpenen und anderen aus dem Holz extrahierbaren Verbindungen ausgesetzt. Darüber hinaus wird bei beiden Aufschlussverfahren mit Chlor gebleicht, wodurch möglicherweise chlorierte organische Nebenprodukte entstehen, darunter geringe Mengen an Dioxinen.

Im Vergleich zu Lymphomen zeigen Studien zu Leukämien weniger konsistente Muster und die Risikoschätzungen sind niedriger.

Andere bösartige Erkrankungen

Unter US-Papierfabrikarbeitern mit vermuteter Formaldehyd-Exposition wurden nach 30-jähriger Latenz vier Fälle von Harnwegskrebs gefunden, obwohl nur einer erwartet wurde (Robinson, Waxweiller und Fowler 1986). Alle diese Personen hatten in den Papiertrocknungsbereichen der Papierfabriken gearbeitet.

In einer Fall-Kontroll-Studie aus Massachusetts wurden Tumoren des Zentralnervensystems im Kindesalter mit einer nicht näher bezeichneten väterlichen Tätigkeit als Arbeiter in einer Papier- und Zellstofffabrik in Verbindung gebracht (Kwa und Fine 1980). Die Autoren betrachteten ihre Beobachtung als zufälliges Ereignis. Allerdings wurden in drei Folgestudien auch erhöhte Risiken gefunden (Johnson et al. 1987; Nasca et al. 1988; Kuijten, Bunin und Nass 1992). In Studien aus Schweden und Finnland wurde bei Arbeitern in Zellstoff- und Papierfabriken ein zwei- bis dreifach erhöhtes Risiko für Hirntumoren beobachtet.

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Da die Zellstoff- und Papierindustrie ein großer Verbraucher natürlicher Ressourcen (dh Holz, Wasser und Energie) ist, kann sie einen großen Beitrag zu Wasser-, Luft- und Bodenverschmutzungsproblemen leisten und wurde in den letzten Jahren sehr genau untersucht. Angesichts der Menge an Wasserschadstoffen, die pro Tonne Zellstoff erzeugt werden (z. B. 55 kg biologischer Sauerstoffbedarf, 70 kg Schwebstoffe und bis zu 8 kg chlororganischer Verbindungen) und der weltweit produzierten Zellstoffmenge scheint diese Sorge gerechtfertigt jährlich (etwa 180 Millionen Tonnen im Jahr 1994). Außerdem werden nur etwa 35 % des Altpapiers wiederverwertet, und Altpapier trägt wesentlich zum gesamten weltweiten Feststoffabfall bei (etwa 150 Millionen von 500 Millionen Tonnen jährlich).

In der Vergangenheit wurde der Umweltschutz bei der Planung von Zellstoff- und Papierfabriken nicht berücksichtigt. Viele der in der Industrie verwendeten Verfahren wurden mit wenig Rücksicht auf die Minimierung des Abwasservolumens und der Schadstoffkonzentration entwickelt. Seit den 1970er Jahren sind Technologien zur Verringerung der Umweltverschmutzung zu integralen Bestandteilen des Mühlendesigns in Europa, Nordamerika und anderen Teilen der Welt geworden. Abbildung 1 zeigt Trends in kanadischen Zellstoff- und Papierfabriken im Zeitraum 1980 bis 1994 als Reaktion auf einige dieser Umweltbedenken: verstärkte Verwendung von Holzabfallprodukten und wiederverwertbarem Papier als Faserquellen; und verringerter Sauerstoffbedarf und chlorierte organische Stoffe im Abwasser.

Abbildung 1. Umweltindikatoren in kanadischen Zellstoff- und Papierfabriken, 1980 bis 1994, die die Verwendung von Holzabfällen und wiederverwertbarem Papier in der Produktion sowie den biologischen Sauerstoffbedarf (BSB) und Organochlorverbindungen (AOX) im Abwasser zeigen.

Dieser Artikel diskutiert die wichtigsten Umweltprobleme im Zusammenhang mit dem Zellstoff- und Papierprozess, identifiziert die Verschmutzungsquellen innerhalb des Prozesses und beschreibt kurz Kontrolltechnologien, einschließlich sowohl externer Behandlung als auch innerbetrieblicher Modifikationen. In diesem Kapitel werden Fragen zu Altholz und Fungiziden gegen Bläue ausführlicher behandelt Holz.

Probleme mit der Luftverschmutzung

Luftemissionen von oxidierten Schwefelverbindungen aus Zellstoff- und Papierfabriken haben die Vegetation geschädigt, und Emissionen von reduzierten Schwefelverbindungen haben zu Beschwerden über Gerüche nach „faulen Eiern“ geführt. Studien unter Bewohnern von Zellstofffabriken, insbesondere Kindern, haben Auswirkungen auf die Atemwege im Zusammenhang mit Partikelemissionen sowie Schleimhautreizungen und Kopfschmerzen gezeigt, von denen angenommen wird, dass sie mit reduzierten Schwefelverbindungen zusammenhängen. Von den Aufschlussverfahren sind chemische Verfahren, insbesondere Kraftaufschluss, diejenigen mit dem größten Potenzial, Luftverschmutzungsprobleme zu verursachen.

Schwefeloxide werden mit den höchsten Raten aus Sulfitbetrieben emittiert, insbesondere solchen, die Calcium- oder Magnesiumbasen verwenden. Zu den Hauptquellen gehören Chargenkocherblasen, Verdampfer und Laugenzubereitung, wobei Wasch-, Sieb- und Rückgewinnungsvorgänge geringere Mengen beitragen. Kraftrückgewinnungsöfen sind ebenfalls eine Quelle für Schwefeldioxid, ebenso wie Kraftwerkskessel, die Kohle oder Öl mit hohem Schwefelgehalt als Brennstoff verwenden.

Reduzierte Schwefelverbindungen, einschließlich Schwefelwasserstoff, Methylmercaptan, Dimethylsulfid und Dimethyldisulfid, werden fast ausschließlich mit Kraftzellstoff verbunden und verleihen diesen Mühlen ihren charakteristischen Geruch. Zu den Hauptquellen gehören der Rückgewinnungsofen, Kocherausblas, Kocherentlastungsventile und Wäscherentlüftungen, obwohl auch Verdampfer, Schmelztanks, Löschanlagen, der Kalkofen und Abwasser beitragen können. Einige Sulfitbetriebe verwenden reduzierende Umgebungen in ihren Rückgewinnungsöfen und können damit verbundene Probleme mit reduziertem Schwefelgeruch haben.

Vom Rückgewinnungskessel emittierte Schwefelgase lassen sich am besten durch Reduzierung der Emissionen an der Quelle kontrollieren. Zu den Kontrollen gehören die Oxidation der Schwarzlauge, die Verringerung der Sulfidität der Lauge, geruchsarme Rückgewinnungskessel und der ordnungsgemäße Betrieb des Rückgewinnungsofens. Schwefelgase aus Kocherausblas, Kocherentlastungsventilen und Laugenverdampfung können aufgefangen und verbrannt werden – zum Beispiel im Kalkofen. Verbrennungsabgase können mit Wäschern gesammelt werden.

Stickoxide entstehen als Produkte der Hochtemperaturverbrennung und können je nach Betriebsbedingungen in jeder Mühle mit Rückgewinnungskessel, Kraftkessel oder Kalkofen entstehen. Die Bildung von Stickoxiden kann durch Regulieren von Temperaturen, Luft-Brennstoff-Verhältnissen und Verweilzeit in der Verbrennungszone gesteuert werden. Andere gasförmige Verbindungen tragen in geringem Umfang zur Luftverschmutzung in der Mühle bei (z. B. Kohlenmonoxid aus unvollständiger Verbrennung, Chloroform aus Bleichvorgängen und flüchtige organische Stoffe aus Kocherentlastung und Laugenverdampfung).

Feinstaub entsteht hauptsächlich bei Verbrennungsvorgängen, aber Schmelzlösebecken können auch eine untergeordnete Quelle sein. Mehr als 50 % der Partikel in Zellstofffabriken sind sehr fein (kleiner als 1 μm im Durchmesser). Dieses feine Material enthält Natriumsulfat (Na₂SO₄) und Natriumcarbonat (Na₂CO₃) aus Rückgewinnungsöfen, Kalköfen und Schmelzlösebecken sowie NaCl aus Verbrennungsnebenprodukten von in Salzwasser gelagerten Baumstämmen. Die Emissionen aus Kalköfen enthalten eine beträchtliche Menge an groben Partikeln aufgrund des Mitreißens von Calciumsalzen und der Sublimation von Natriumverbindungen. Grobe Partikel können auch Flugasche und organische Verbrennungsprodukte enthalten, insbesondere aus Kraftwerkskesseln. Eine Reduzierung der Partikelkonzentrationen kann erreicht werden, indem Rauchgase durch elektrostatische Abscheider oder Wäscher geleitet werden. Jüngste Innovationen in der Kraftkesseltechnologie umfassen Wirbelschichtverbrennungsöfen, die bei sehr hohen Temperaturen verbrennen, zu einer effizienteren Energieumwandlung führen und das Verbrennen von weniger gleichförmigen Holzabfällen ermöglichen.

Probleme der Wasserverschmutzung

Kontaminiertes Abwasser aus Zellstoff- und Papierfabriken kann das Absterben von Wasserorganismen verursachen, eine Bioakkumulation toxischer Verbindungen in Fischen ermöglichen und den Geschmack von nachgeschaltetem Trinkwasser beeinträchtigen. Zellstoff- und Papierabwässer werden auf der Grundlage physikalischer, chemischer oder biologischer Eigenschaften charakterisiert, wobei die wichtigsten Feststoffgehalt, Sauerstoffbedarf und Toxizität sind.

Der Feststoffgehalt von Abwasser wird typischerweise auf der Grundlage der Fraktion, die suspendiert (im Vergleich zu gelöst), der Fraktion der suspendierten Feststoffe, die sich absetzt, und der Fraktionen von beiden, die flüchtig sind, klassifiziert. Die absetzbare Fraktion ist am störendsten, weil sie eine dichte Schlammdecke in der Nähe der Einleitungsstelle bilden kann, die gelösten Sauerstoff im aufnehmenden Wasser schnell verarmt und die Vermehrung von anaeroben Bakterien ermöglicht, die Methan und reduzierte Schwefelgase erzeugen. Obwohl nicht absetzbare Feststoffe normalerweise durch das aufnehmende Wasser verdünnt werden und daher weniger besorgniserregend sind, können sie giftige organische Verbindungen zu Wasserorganismen transportieren. Schwebstoffe, die aus Zellstoff- und Papierfabriken ausgetragen werden, umfassen Rindenpartikel, Holzfasern, Sand, Grieß aus mechanischen Zellstoffmühlen, Zusatzstoffe für die Papierherstellung, Laugenrückstände, Nebenprodukte von Wasseraufbereitungsprozessen und mikrobielle Zellen aus Sekundärbehandlungsvorgängen.

In den Aufschlusslaugen gelöste Holzderivate, einschließlich Oligosaccharide, einfache Zucker, niedermolekulare Ligninderivate, Essigsäure und solubilisierte Zellulosefasern, tragen hauptsächlich zum biologischen Sauerstoffbedarf (BSB) und zum chemischen Sauerstoffbedarf (CSB) bei. Verbindungen, die für Wasserorganismen toxisch sind, umfassen chlorierte organische Stoffe (AOX; aus Bleichen, insbesondere Kraftzellstoff); Harzsäuren; ungesättigten Fettsäuren; Diterpenalkohole (insbesondere aus Entrindung und mechanischem Aufschluss); Juvabiones (insbesondere aus Sulfit und mechanischem Aufschluss); Ligninabbauprodukte (insbesondere aus dem Sulfitaufschluss); synthetische organische Stoffe wie Schleimbekämpfungsmittel, Öle und Fette; und Prozesschemikalien, Zusatzstoffe für die Papierherstellung und oxidierte Metalle. Die chlorierten organischen Stoffe sind besonders besorgniserregend, da sie für Meeresorganismen akut toxisch sind und sich bioakkumulieren können. Diese Gruppe von Verbindungen, einschließlich der polychlorierten Dibenzo-p-Dioxine, waren der Hauptantrieb für die Minimierung des Chloreinsatzes beim Zellstoffbleichen.

Menge und Quellen von Schwebstoffen, Sauerstoffbedarf und toxischen Austrägen sind verfahrensabhängig (Tabelle 1). Aufgrund der Solubilisierung von Holzextrakten mit geringer oder keiner Chemikalien- und Harzsäurerückgewinnung erzeugen sowohl der Sulfit- als auch der CTMP-Aufschluss akut toxische Abwässer mit hohem BOD. Kraftmühlen verwendeten historisch mehr Chlor zum Bleichen und ihre Abwässer waren giftiger; jedoch Abwässer aus Kraftmühlen, die Cl eliminiert haben₂ beim Bleichen und bei der Verwendung als Zweitbehandlung zeigen typischerweise wenig akute Toxizität, wenn überhaupt, und die subakute Toxizität wurde stark reduziert.

Tabelle 1. Gesamte suspendierte Feststoffe und BOD im Zusammenhang mit dem unbehandelten (rohen) Abwasser verschiedener Aufschlussverfahren

Schwebstoffe sind weniger ein Problem geworden, da die meisten Mühlen eine Primärklärung (z. B. Schwerkraftsedimentation oder Flotation mit gelöster Luft) verwenden, die 80 bis 95 % der absetzbaren Feststoffe entfernt. Sekundäre Abwasserbehandlungstechnologien wie belüftete Lagunen, Belebtschlammsysteme und biologische Filtration werden zur Reduzierung von BSB, CSB und chlorierten organischen Stoffen im Abwasser eingesetzt.

Werksinterne Prozessmodifikationen zur Reduzierung von absetzbaren Feststoffen, BSB und Toxizität umfassen Trockenentrindung und Rundholztransport, verbesserte Schnitzelsiebung, um ein gleichmäßiges Kochen zu ermöglichen, erweiterte Delignifizierung während des Aufschlusses, Änderungen an den Rückgewinnungsvorgängen von Aufschlusschemikalien, alternative Bleichtechnologien, hocheffiziente Zellstoffwäsche, Faserrückgewinnung aus Wildwasser und verbesserte Eindämmung von Verschüttungen. Prozessstörungen (insbesondere wenn sie zu einem absichtlichen Ablassen von Laugen führen) und Betriebsänderungen (insbesondere die Verwendung von nicht abgelagertem Holz mit einem höheren Prozentsatz an Extraktstoffen) können jedoch immer noch periodische Toxizitätsdurchbrüche verursachen.

Eine relativ neue Strategie zur Bekämpfung der Wasserverschmutzung, um die Wasserverschmutzung vollständig zu beseitigen, ist das Konzept der „geschlossenen Mühle“. Solche Mühlen sind eine attraktive Alternative an Standorten, an denen es an großen Wasserquellen mangelt, die als Prozessversorgungs- oder Abwasseraufnahmeströme dienen könnten. Geschlossene Systeme wurden erfolgreich in CTMP- und Sulfitmühlen auf Natriumbasis implementiert. Was geschlossene Mühlen auszeichnet, ist, dass flüssiges Abwasser verdampft und das Kondensat behandelt, gefiltert und dann wiederverwendet wird. Weitere Merkmale geschlossener Mühlen sind geschlossene Siebräume, Gegenstromwäsche in der Bleichanlage und Salzkontrollsysteme. Obwohl dieser Ansatz zur Minimierung der Wasserverschmutzung wirksam ist, ist noch nicht klar, wie die Exposition der Arbeiter durch die Konzentration aller Schadstoffströme innerhalb der Mühle beeinflusst wird. Korrosion ist ein großes Problem für Mühlen, die geschlossene Systeme verwenden, und die Bakterien- und Endotoxinkonzentrationen im recycelten Prozesswasser sind erhöht.

Handhabung von Feststoffen

Die Zusammensetzung von Feststoffen (Schlämmen), die aus Behandlungssystemen für flüssiges Abwasser entfernt werden, variiert je nach ihrer Quelle. Feststoffe aus der Primärbehandlung bestehen hauptsächlich aus Zellulosefasern. Der Hauptbestandteil von Feststoffen aus der Sekundärbehandlung sind mikrobielle Zellen. Wenn die Mühle chlorierte Bleichmittel verwendet, können sowohl primäre als auch sekundäre Feststoffe auch chlorierte organische Verbindungen enthalten, ein wichtiger Gesichtspunkt bei der Bestimmung des erforderlichen Behandlungsumfangs.

Schlämme werden vor der Entsorgung in Schwerkraftabsetzanlagen eingedickt und in Zentrifugen, Vakuumfiltern oder Band- oder Schneckenpressen mechanisch entwässert. Schlämme aus der Primärbehandlung sind relativ einfach zu entwässern. Sekundärschlamm enthält eine große Menge an intrazellulärem Wasser und existiert in einer Schleimmatrix; daher erfordern sie die Zugabe von chemischen Flockungsmitteln. Sobald der Schlamm ausreichend entwässert ist, wird er landbasiert entsorgt (z. B. auf Acker- oder Waldflächen verteilt, als Kompost oder als Bodenverbesserer verwendet) oder verbrannt. Obwohl die Verbrennung kostspieliger ist und zu Luftverschmutzungsproblemen beitragen kann, kann sie vorteilhaft sein, da sie toxische Materialien (z. B. chlorierte organische Stoffe) zerstören oder reduzieren kann, die ernsthafte Umweltprobleme verursachen könnten, wenn sie von landgestützten Anwendungen in das Grundwasser gelangen würden .

Feste Abfälle können in anderen Mühlenbetrieben erzeugt werden. Asche aus Kraftwerkskesseln kann in Straßenbetten, als Baumaterial und als Staubunterdrückungsmittel verwendet werden. Abfälle aus Kalköfen können verwendet werden, um den Säuregehalt des Bodens zu modifizieren und die Bodenchemie zu verbessern.

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Entwicklung und Struktur der Industrie

Es wird angenommen, dass die Papierherstellung um 100 n. Chr. In China entstand, wobei Lumpen, Hanf und Gräser als Rohstoffe verwendet und als ursprünglicher Fasertrennungsprozess gegen Steinmörser geschlagen wurden. Obwohl die Mechanisierung im Laufe der Jahre zunahm, blieben Batch-Produktionsmethoden und landwirtschaftliche Faserquellen bis in die 1800er Jahre in Gebrauch. Kontinuierliche Papierherstellungsmaschinen wurden um die Jahrhundertwende patentiert. Zwischen 1844 und 1884 wurden Methoden zum Aufschließen von Holz entwickelt, das eine reichhaltigere Faserquelle als Lumpen und Gräser ist, und umfassten mechanischen Abrieb sowie die chemischen Methoden von Soda, Sulfit und Sulfat (Kraft). Diese Veränderungen leiteten das Zeitalter der modernen Zellstoff- und Papierherstellung ein.

Fig. 1 veranschaulicht die wichtigsten Zellstoff- und Papierherstellungsverfahren in der gegenwärtigen Ära: mechanischer Aufschluss; chemischer Aufschluss; Wiederaufbereitung von Altpapier; Papierherstellung; und konvertieren. Die Industrie kann heute je nach Art der hergestellten Produkte in zwei Hauptsektoren unterteilt werden. Zellstoff wird im Allgemeinen in großen Fabriken in denselben Regionen wie die Faserernte hergestellt (dh hauptsächlich Waldregionen). Die meisten dieser Fabriken stellen auch Papier her – zum Beispiel Zeitungs-, Schreib-, Druck- oder Seidenpapier; oder sie können Kartons herstellen. (Abbildung 2 zeigt eine solche Fabrik, die gebleichten Kraftzellstoff, thermomechanischen Zellstoff und Zeitungspapier herstellt. Beachten Sie den Rangierbahnhof und das Dock für den Versand, den Spänelagerbereich, die Späneförderer, die zum Kocher führen, den Rückgewinnungskessel (hohes weißes Gebäude) und die Abwasserklärteiche.) . Separate Verarbeitungsbetriebe befinden sich normalerweise in der Nähe von Verbrauchermärkten und verwenden Marktzellstoff oder -papier zur Herstellung von Tüten, Pappen, Behältern, Taschentüchern, Einschlagpapieren, Dekorationsmaterialien, Geschäftsprodukten usw.

Abbildung 1. Darstellung des Prozessablaufs in der Zellstoff- und Papierherstellung

Abbildung 2. Moderner Zellstoff- und Papierfabrikkomplex an einer Küstenwasserstraße

Canfor-Bibliothek

In den letzten Jahren gab es einen Trend, dass Zellstoff- und Papierbetriebe Teil großer, integrierter Forstproduktunternehmen wurden. Diese Unternehmen haben die Kontrolle über die Waldernte (siehe die Forstwirtschaft Kapitel), Holzfräsen (siehe die Holzindustrie Kapitel), Zellstoff- und Papierherstellung sowie Verarbeitungsbetriebe. Diese Struktur stellt sicher, dass das Unternehmen über eine kontinuierliche Faserquelle, eine effiziente Nutzung von Holzabfällen und sichere Käufer verfügt, was häufig zu einem erhöhten Marktanteil führt. Die Integration geht Hand in Hand mit der zunehmenden Konzentration der Branche auf weniger Unternehmen und der zunehmenden Globalisierung, da Unternehmen internationale Investitionen anstreben. Die finanzielle Belastung der Anlagenentwicklung in dieser Branche hat diese Trends gefördert, um Skaleneffekte zu ermöglichen. Einige Unternehmen haben inzwischen ein Produktionsniveau von 10 Millionen Tonnen erreicht, ähnlich der Produktion der Länder mit der höchsten Produktion. Viele Unternehmen sind multinational, manche mit Werken in 20 oder mehr Ländern weltweit. Doch obwohl viele der kleineren Fabriken und Unternehmen verschwinden, hat die Branche immer noch Hunderte von Teilnehmern. Zur Veranschaulichung: Auf die 150 größten Unternehmen entfallen zwei Drittel der Zellstoff- und Papierproduktion und nur ein Drittel der Beschäftigten der Branche.

Wirtschaftliche Bedeutung

Die Herstellung von Zellstoff, Papier und Papierprodukten gehört zu den größten Industriezweigen der Welt. Fabriken sind in mehr als 100 Ländern in allen Regionen der Welt zu finden und beschäftigen direkt mehr als 3.5 Millionen Menschen. Zu den größten Zellstoff- und Papierproduzenten zählen die Vereinigten Staaten, Kanada, Japan, China, Finnland, Schweden, Deutschland, Brasilien und Frankreich (jeweils produzierte mehr als 10 Millionen Tonnen im Jahr 1994; siehe Tabelle 1).

Tabelle 1. Beschäftigung und Produktion im Zellstoff-, Papier- und Kartonbetrieb 1994, ausgewählte Länder.

* Länder eingeschlossen, wenn mehr als 10,000 Menschen in der Branche beschäftigt waren.

** Daten für 1989/90 (ILO 1992).

Quelle: Daten für Tabelle adaptiert von PPI 1995.

Jedes Land ist ein Konsument. Die weltweite Produktion von Zellstoff, Papier und Pappe belief sich 400 auf etwa 1993 Millionen Tonnen. Trotz Vorhersagen über einen geringeren Papierverbrauch angesichts des elektronischen Zeitalters gab es seit 2.5 eine ziemlich konstante jährliche Wachstumsrate von 1980 % in der Produktion (Abbildung 3). . Neben seinen wirtschaftlichen Vorteilen hat der Papierverbrauch einen kulturellen Wert, der sich aus seiner Funktion bei der Aufzeichnung und Verbreitung von Informationen ergibt. Aus diesem Grund wurden Zellstoff- und Papierverbrauchsraten als Indikator für die sozioökonomische Entwicklung eines Landes verwendet (Abbildung 4).

Abbildung 3. Zellstoff- und Papierproduktion weltweit, 1980 bis 1993

Abbildung 4. Papier- und Kartonverbrauch als Indikator der wirtschaftlichen Entwicklung

Die Hauptfaserquelle für die Zellstoffproduktion war im letzten Jahrhundert Holz aus gemäßigten Nadelwäldern, obwohl in letzter Zeit die Verwendung von tropischen und borealen Hölzern zugenommen hat (siehe Kapitel Holz für Daten zur industriellen Rundholzernte weltweit). Da bewaldete Regionen der Welt im Allgemeinen dünn besiedelt sind, besteht tendenziell eine Dichotomie zwischen produzierenden und nutzenden Gebieten der Welt. Der Druck von Umweltgruppen, die Waldressourcen durch die Verwendung von Recyclingpapier, landwirtschaftlichen Nutzpflanzen und Kurzumtriebsplantagenwäldern als Faserquellen zu erhalten, könnte die Verteilung von Zellstoff- und Papierproduktionsanlagen auf der ganzen Welt in den kommenden Jahrzehnten verändern. Es wird erwartet, dass andere Kräfte, darunter der erhöhte Papierverbrauch in den Entwicklungsländern und die Globalisierung, ebenfalls eine Rolle bei der Verlagerung der Industrie spielen werden.

Merkmale der Belegschaft

Tabelle 1 zeigt die Größe der direkt in der Zellstoff- und Papierherstellung und in Verarbeitungsbetrieben beschäftigten Arbeitskräfte in 27 Ländern, die zusammen etwa 85 % der weltweiten Zellstoff- und Papierbeschäftigung und über 90 % der Fabriken und der Produktion ausmachen. In Ländern, die den größten Teil ihrer Produktion verbrauchen (z. B. USA, Deutschland, Frankreich), bieten Verarbeitungsbetriebe zwei Arbeitsplätze für jeden in der Zellstoff- und Papierherstellung.

Die Arbeitskräfte in der Zellstoff- und Papierindustrie haben hauptsächlich Vollzeitstellen in traditionellen Managementstrukturen, obwohl einige Fabriken in Finnland, den Vereinigten Staaten und anderswo mit flexiblen Arbeitszeiten und selbstverwalteten Jobrotationsteams erfolgreich waren. Wegen ihrer hohen Kapitalkosten laufen die meisten Zellstoffbetriebe kontinuierlich und erfordern Schichtarbeit; dies gilt nicht für Umwandlungsanlagen. Die Arbeitszeiten variieren mit den in den einzelnen Ländern vorherrschenden Beschäftigungsmustern und reichen von etwa 1,500 bis über 2,000 Stunden pro Jahr. 1991 reichten die Einkommen in der Industrie von 1,300 US-Dollar (ungelernte Arbeiter in Kenia) bis 70,000 US-Dollar pro Jahr (qualifiziertes Produktionspersonal in den Vereinigten Staaten) (ILO 1992). In dieser Branche überwiegen männliche Arbeitnehmer, wobei Frauen in der Regel nur 10 bis 20 % der Erwerbsbevölkerung ausmachen. China und Indien könnten mit 35 % bzw. 5 % Frauen das obere bzw. untere Ende der Spanne bilden.

Führungskräfte und Ingenieure in Zellstoff- und Papierfabriken verfügen in der Regel über eine Hochschulausbildung. In europäischen Ländern haben die meisten qualifizierten Arbeiter (z. B. Papiermacher) und viele ungelernte Arbeitskräfte eine mehrjährige Berufsschulausbildung. In Japan sind formelle interne Schulungen und Weiterbildungen die Norm; Dieser Ansatz wird von einigen lateinamerikanischen und nordamerikanischen Unternehmen übernommen. In vielen Betrieben in Nordamerika und in den Entwicklungsländern ist jedoch informelles Training am Arbeitsplatz für Arbeiterjobs üblicher. Umfragen haben gezeigt, dass viele Arbeitnehmer in einigen Betrieben Lese- und Schreibprobleme haben und schlecht auf das lebenslange Lernen vorbereitet sind, das in dem dynamischen und potenziell gefährlichen Umfeld dieser Branche erforderlich ist.

Die Kapitalkosten für den Bau moderner Zellstoff- und Papierfabriken sind extrem hoch (z. B. könnte der Bau einer Fabrik für gebleichten Kraftpapier mit 750 Mitarbeitern 1.5 Milliarden US-Dollar kosten; eine Fabrik für chemisch-thermomechanischen Zellstoff (CTMP) mit 100 Mitarbeitern könnte 400 Millionen US-Dollar kosten). es gibt also große Skaleneffekte bei Anlagen mit hoher Kapazität. Neue und umgerüstete Anlagen verwenden normalerweise mechanisierte und kontinuierliche Prozesse sowie elektronische Monitore und Computersteuerungen. Sie erfordern relativ wenige Mitarbeiter pro Produktionseinheit (z. B. 1 bis 1.2 Arbeitsstunden pro Tonne Zellstoff in neuen indonesischen, finnischen und chilenischen Werken). In den letzten 10 bis 20 Jahren hat sich die Leistung pro Mitarbeiter aufgrund schrittweiser Fortschritte in der Technologie erhöht. Die neuere Ausrüstung ermöglicht einfachere Umstellungen zwischen Produktläufen, geringere Lagerbestände und eine kundenorientierte Just-in-Time-Produktion. Produktivitätsgewinne haben in vielen produzierenden Ländern der entwickelten Welt zu Arbeitsplatzverlusten geführt. Allerdings hat die Beschäftigung in Entwicklungsländern zugenommen, wo neu gebaute Fabriken, selbst wenn sie nur spärlich besetzt sind, neue Vorstöße in die Industrie darstellen.

Von den 1970er bis 1990 ging der Anteil der Arbeiter in europäischen und nordamerikanischen Betrieben um etwa 10 % zurück, so dass sie heute zwischen 70 und 80 % der Erwerbstätigen ausmachen (ILO 1992). Der Einsatz von Vertragsarbeitern für Mühlenbau, Wartung und Holzernte hat zugenommen; Viele Betriebe haben berichtet, dass 10 bis 15 % ihrer Mitarbeiter vor Ort Auftragnehmer sind.

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