紙パルプ産業は天然資源 (すなわち、木材、水、エネルギー) を大量に消費するため、水、大気、土壌の汚染問題の主な原因となり、近年、多くの調査が行われています。 この懸念は、パルプ 55 トンあたりに発生する水質汚染物質の量 (たとえば、70 kg の生物学的酸素要求量、8 kg の浮遊物質、最大 180 kg の有機塩素化合物) と世界的に生産されるパルプの量を考慮すると、正当化されるように思われます。年間ベースで (1994 年には約 35 億 150 万トン)。 さらに、古紙の約 500% しかリサイクルされておらず、古紙は世界全体の固形廃棄物 (年間 XNUMX 億トンのうち約 XNUMX 億 XNUMX 万) の主要な原因となっています。

歴史的に、公害防止はパルプおよび製紙工場の設計では考慮されていませんでした。 業界で使用されるプロセスの多くは、排水量と汚染物質濃度を最小限に抑えることをほとんど考慮せずに開発されました。 1970 年代以降、公害防止技術は、ヨーロッパ、北米、および世界の他の地域で工場設計の不可欠な構成要素になりました。 図 1 は、1980 年から 1994 年までのカナダのパルプおよび製紙工場におけるこれらの環境問題への対応の傾向を示しています。 廃水中の酸素需要と塩素化有機物の減少。

図 1. 1980 年から 1994 年までのカナダのパルプおよび製紙工場の環境指標。生産における木材廃棄物とリサイクル可能な紙の使用、および排水中の生物学的酸素要求量 (BOD) と有機塩素化合物 (AOX) を示しています。

この記事では、パルプと紙のプロセスに関連する主要な環境問題について説明し、プロセス内の汚染源を特定し、外部処理とプラント内の変更の両方を含む制御技術について簡単に説明します。 木材廃棄物と抗腐敗殺菌剤から生じる問題は、この章でより詳細に扱われます。 木材。

大気汚染問題

パルプおよび製紙工場からの酸化硫黄化合物の大気排出は植生に損害を与え、還元硫黄化合物の排出は「腐った卵」臭についての苦情を引き起こしました。 パルプ工場コミュニティの居住者、特に子供たちを対象とした研究では、微粒子の排出に関連する呼吸器への影響、および硫黄化合物の減少に関連すると考えられる粘膜の刺激と頭痛が示されています。 パルプ化プロセスの中で、大気汚染問題を引き起こす可能性が最も高いのは化学的方法、特にクラフトパルプ化です。

硫黄酸化​​物は、特にカルシウムまたはマグネシウム塩基を使用する亜硫酸塩操作から最高速度で放出されます。 主な発生源には、バッチ式蒸解缶のブロー、蒸発器、および液体の調製が含まれますが、洗浄、スクリーニング、および回収操作による影響はより少なくなります。 クラフト回収炉も二酸化硫黄の発生源であり、高硫黄の石炭または石油を燃料として使用する動力ボイラーも同様です。

硫化水素、メチルメルカプタン、硫化ジメチル、二硫化ジメチルなどの還元硫黄化合物は、ほぼ例外なくクラフトパルプ製造に関連しており、これらの工場に特有の臭気を与えています。 主な発生源には、回収炉、消化槽ブロー、消化槽逃がし弁、ウォッシャー ベントなどがありますが、蒸発器、製錬タンク、スレーカー、石灰窯、廃水も寄与している可能性があります。 一部の亜硫酸塩操作では、回収炉で還元環境を使用しており、関連する硫黄臭の問題が減少している可能性があります。

回収ボイラーから排出される硫黄ガスは、発生源での排出を削減することによって最適に制御されます。 制御には、黒液の酸化、液の硫化度の低減、低臭気の回収ボイラー、および回収炉の適切な操作が含まれます。 消化槽のブロー、消化槽のリリーフ バルブ、液の蒸発による硫黄ガスは、収集して焼却することができます。たとえば、石灰窯で焼却します。 燃焼排ガスは、スクラバーを使用して収集できます。

窒素酸化物は、高温燃焼の生成物として生成され、運転条件に応じて、回収ボイラー、動力ボイラー、または石灰キルンを備えた工場で発生する可能性があります。 窒素酸化物の形成は、温度、空燃比、および燃焼ゾーン内の滞留時間を調整することによって制御できます。 その他のガス状化合物は、工場の大気汚染のわずかな原因である (例えば、不完全燃焼による一酸化炭素、漂白操作によるクロロホルム、消化槽のリリーフと液の蒸発による揮発性有機物)。

微粒子は主に燃焼操作から発生しますが、製錬溶解タンクもマイナーな発生源になる可能性があります。 パルプ工場の微粒子の 50% 以上が非常に細かい (直径 1 μm 未満)。 この上質な素材には硫酸ナトリウム (Na₂SO₄)および炭酸ナトリウム(Na₂CO₃)、回収炉、石灰キルン、製錬タンクからの NaCl、および塩水に保管された丸太の燃焼副産物からの NaCl。 ライム キルン​​の排出物には、カルシウム塩の同伴とナトリウム化合物の昇華による大量の粗粒子が含まれます。 粗粒状物質には、特に発電ボイラーからのフライアッシュや有機燃焼生成物も含まれる場合があります。 煙道ガスを電気集塵機またはスクラバーに通すことで、粒子濃度を下げることができます。 動力ボイラー技術の最近の革新には、非常に高温で燃焼する流動層焼却炉が含まれており、より効率的なエネルギー変換を実現し、不均一な木材廃棄物の燃焼を可能にします。

水質汚染問題

パルプおよび製紙工場からの汚染された廃水は、水生生物の死を引き起こし、魚の有毒化合物の生物蓄積を可能にし、下流の飲料水の味を損なう可能性があります. パルプおよび製紙廃水は、物理的、化学的、または生物学的特性に基づいて特徴付けられます。最も重要なのは、固形分、酸素要求量、および毒性です。

廃水の固形分は、典型的には、懸濁している画分 (溶解されているものに対して)、沈降性である懸濁固形物の画分、および揮発性であるいずれかの画分に基づいて分類されます。 沈降性画分は、排水ポイントの近くで高密度の汚泥ブランケットを形成する可能性があるため、最も好ましくないものです。これにより、受水水中の溶存酸素が急速に枯渇し、メタンと還元硫黄ガスを生成する嫌気性細菌の増殖が可能になります。 沈降しない固形物は、通常、受け入れ水によって希釈されるため、それほど問題ではありませんが、有毒な有機化合物を水生生物に運ぶ可能性があります。 パルプおよび製紙工場から排出される浮遊固形物には、樹皮粒子、木材繊維、砂、機械パルプ粉砕機からのグリット、製紙添加剤、酒かす、水処理プロセスの副産物、および二次処理操作からの微生物細胞が含まれます。

オリゴ糖、単糖、低分子量リグニン誘導体、酢酸、可溶化セルロース繊維など、パルプ化液に溶解した木材誘導体は、生物学的酸素要求量 (BOD) と化学的酸素要求量 (COD) の両方の主な要因です。 水生生物にとって有毒な化合物には、塩素化有機物 (AOX; 漂白、特にクラフト パルプから) が含まれます。 樹脂酸; 不飽和脂肪酸; ジテルペンアルコール（特に皮剥ぎおよび機械的パルプから）; ジュバビオン（特に亜硫酸塩および機械的パルプから）; リグニン分解生成物（特に亜硫酸パルプから）; 殺虫剤、オイル、グリースなどの合成有機物。 プロセス化学薬品、製紙添加剤、酸化金属。 塩素化有機物は、海洋生物に急性毒性があり、生物蓄積する可能性があるため、特に懸念されています。 このグループの化合物には、ポリ塩化ジベンゾ-p-ダイオキシンは、パルプ漂白における塩素の使用を最小限に抑えるための主要な原動力となっています。

浮遊固形物の量と発生源、酸素要求量、および有毒物質の排出は、プロセスによって異なります (表 1)。 化学薬品や樹脂酸の回収がほとんどまたはまったくない木材抽出物の可溶化により、亜硫酸塩と CTMP パルプの両方で、BOD が高い急性毒性の排水が生成されます。 クラフト工場は歴史的に漂白に多くの塩素を使用しており、その排水はより有毒でした。 ただし、Cl を除去したクラフト工場からの排水₂ 漂白および使用中の二次処理は通常、急性毒性があったとしてもほとんど示さず、亜急性毒性は大幅に減少しました。

表 1. さまざまなパルプ化プロセスの未処理 (生) 廃液に関連する総浮遊固形物と BOD

ほとんどの工場が一次清澄（例えば、重力沈降または溶解空気浮遊選鉱）を利用しているため、浮遊固形物の問題は少なくなりました。 曝気ラグーン、活性汚泥システム、生物ろ過などの二次廃水処理技術は、排水中の BOD、COD、および塩素化有機物を削減するために使用されます。

沈降性固形物、BOD、および毒性を低減するためのプラント内プロセスの変更には、乾式皮剥きおよび丸太運搬、均一な加熱を可能にする改善されたチップ選別、パルプ化中の脱リグニンの延長、消化薬品回収操作の変更、代替漂白技術、高効率パルプ洗浄が含まれます。ホワイトウォーターから繊維を回収し、こぼれた封じ込めを改善します。 ただし、プロセスの混乱 (特に、意図的に酒類を下水する場合) や操作上の変更 (特に、抽出物の割合が高い乾燥していない木材の使用) は、定期的な毒性のブレークスルーを引き起こす可能性があります。

水質汚染を完全になくすための比較的最近の汚染防止戦略は、「クローズドミル」のコンセプトです。 このようなミルは、プロセスの供給または排水を受け取るストリームとして機能する大きな水源がない場所では、魅力的な代替手段です。 クローズド システムは、CTMP およびナトリウム ベースの亜硫酸ミルで成功裏に実装されています。 クローズドミルの特徴は、液体流出物が蒸発し、凝縮液が処理され、ろ過されてから再利用されることです。 クローズドミルのその他の特徴は、密閉されたスクリーンルーム、漂白プラントでの逆流洗浄、および塩制御システムです。 このアプローチは水質汚染を最小限に抑えるのに効果的ですが、工場内のすべての汚染物質の流れを集中させることによって労働者の曝露がどのように影響を受けるかはまだ明らかではありません. 腐食は閉鎖システムを使用する工場が直面する主要な問題であり、リサイクルされたプロセス水ではバクテリアとエンドトキシンの濃度が上昇します。

固形物の取り扱い

廃液処理システムから排出される固形物（汚泥）の組成は、発生源によって異なります。 一次処理による固形物は、主にセルロース繊維で構成されています。 二次処理による固形物の主成分は微生物細胞です。 工場が塩素系漂白剤を使用している場合、一次固体と二次固体の両方に塩素系有機化合物が含まれている可能性があり、必要な処理の程度を決定する上で重要な考慮事項となります。

汚泥は廃棄前に重力沈降装置で濃縮され、遠心分離機、真空フィルター、ベルト プレスまたはスクリュー プレスで機械的に脱水されます。 一次処理汚泥は比較的脱水しやすい。 二次汚泥は、大量の細胞内水分を含み、粘液のマトリックスに存在します。 したがって、化学凝集剤の添加が必要です。 十分に脱水されると、汚泥は土地ベースの用途 (例えば、耕地や森林に散布され、堆肥や土壌改良剤として使用される) で処分されるか、焼却されます。 焼却はより費用がかかり、大気汚染の問題を引き起こす可能性がありますが、有毒物質 (塩素化有機物など) が陸上での用途から地下水に浸出すると深刻な環境問題を引き起こす可能性があるため、それらを破壊または削減できるため、有利な場合があります。 .

固形廃棄物は、他の工場操作で発生する可能性があります。 発電ボイラーからの灰は、路盤、建設資材、防塵剤として使用できます。 石灰窯からの廃棄物は、土壌の酸性度を調整し、土壌の化学的性質を改善するために使用できます。

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