廢紙纖維長(cháng)度短，在造紙過(guò)程中容易隨白水流失。為了充分利用原料、節約成本、減少排水量、改善紙張性能，利用廢紙為原料的造紙企業(yè)一般都采用添加填料及助留助濾劑、提高白水回用率、添加增強劑等措施，這就導致造紙車(chē)間排出的多余廢水濃度更高，含有更多的細小纖維、填料以及大量的溶解和膠體物質(zhì)(DCS)。細小纖維和填料是車(chē)間排出廢水中的固體懸浮物(SS)，使廢水渾濁，如果不妥善處理，對后續的廢水處理及回用產(chǎn)生不利影響。若對其進(jìn)行有效的資源化利用，如收集回收用于生產(chǎn)低檔紙產(chǎn)品，則可以節約原料成本，產(chǎn)生一定的經(jīng)濟效益。對造紙企業(yè)來(lái)說(shuō)，廢水中細小纖維和填料的合理利用不僅是造紙廢水資源化利用的方式之一，也是造紙企業(yè)減污增效的重要途徑。故造紙車(chē)間排出的多余廢水一般先通過(guò)過(guò)濾、氣浮、沉淀等方法對其中細小纖維和填料進(jìn)行回收利用。然而車(chē)間廢水中的細小纖維和原料中的細小纖維種類(lèi)不同，纖維形態(tài)不同，表面性能不同，會(huì )對紙張質(zhì)量產(chǎn)生不利的影響。因此，對造紙廢水中回收的細小纖維需進(jìn)行分析，在保證產(chǎn)品質(zhì)量的基礎上合理回用。
浙江榮晟環(huán)保紙業(yè)股份有限公司主要以國產(chǎn)廢紙和進(jìn)口廢紙生產(chǎn)高檔牛皮箱紙板、高強瓦楞原紙和紗管原紙等，通過(guò)對造紙廢水處理系統的改造，目前噸紙排水量小于5t。造紙車(chē)間多余廢水先經(jīng)過(guò)80目斜篩過(guò)濾，再經(jīng)氣浮池回收細小纖維，降低廢水的SS含量，然后送厭氧和好氧系統處理后部分回用，部分再經(jīng)超濾和反滲透雙膜系統處理后回用到各用水點(diǎn)。本文以廢紙造紙企業(yè)斜篩過(guò)濾和氣浮池回收的細小纖維為原料，研究了不同部位回收的細小纖維的特性及配抄瓦楞原紙和紙管原紙時(shí)對產(chǎn)品質(zhì)量的影響，在保證產(chǎn)品質(zhì)量的基礎上合理利用造紙廢水中的細小纖維。
1、實(shí)驗
1.1 實(shí)驗原料
實(shí)驗用細小纖維和污泥取自浙江榮晟環(huán)保紙業(yè)股份有限公司生產(chǎn)現場(chǎng)，主要取樣地點(diǎn)為廢水處理過(guò)程中出斜篩細小纖維和氣浮池細小纖維。用于配抄紙管原紙和瓦楞原紙的原料為國產(chǎn)舊瓦楞箱紙板。實(shí)驗過(guò)程中所用的聚丙烯酰胺(CPAM)助留助濾劑和陽(yáng)離子淀粉(CS)增強劑均由造紙企業(yè)提供。
1.2 實(shí)驗儀器
MorfiCompact纖維形態(tài)分析儀，ZQS2-23L打漿機， TD15-A疏解機， ZQJ1-200型紙樣抄取器，厚度儀、抗張強度、耐破度和環(huán)壓強度測定儀。
1.3 實(shí)驗方法
(1)細小纖維形態(tài)分析
取相當于400mg絕干漿樣的漿料，在8L水中稀釋?zhuān)〈蠹s800mL漿樣，利用MorfiCompact纖維形態(tài)分析儀分別對斜篩和氣浮池回收纖維的形態(tài)進(jìn)行分析。
(2)細小纖維配抄瓦楞原紙
把廢瓦楞紙板箱面層撕成小碎片，用4L溫水浸泡，浸泡完全后倒入Valley打漿機中進(jìn)行疏解，收集疏解后的漿料，并平衡水分備用。用廢瓦楞紙板漿料與斜篩回收的細小纖維分別以100:0，98:2，96:4，94:6，92:8，90:10的比例混合，疏解均勻后加入0.2%的CPAM作為助留助濾劑，利用實(shí)驗室紙樣抄片器抄制100g·m-2的瓦楞原紙。每種配比的紙樣抄制10張以備檢測。
(3)細小纖維配抄紙管原紙
取廢瓦楞箱紙板芯層撕成小碎片，用4L溫水浸泡，浸泡完全后倒入Valley打漿機中進(jìn)行疏解，收集疏解后的漿料，并平衡水分備用。取廢瓦楞紙板芯層漿料與氣浮池回收的細小纖維分別以100:0，98:2，96:4，94:6，92:8，90:10的比例混合，疏解均勻后，加入0.2%的CPAM作為助留助濾劑，1.5%的陽(yáng)離子淀粉溶液為增強劑，利用實(shí)驗室紙樣抄片器抄制145g·m-2的紙管原紙。每種配比的紙樣抄制10張以備檢測。
(4)物理強度檢測
按照國標方法測試各種紙樣的定量、厚度、環(huán)壓指數、耐破指數及抗張指數等各項物理指標。
2、結果與討論
2.1 細小纖維特性分析
用MorfiCompact纖維形態(tài)分析儀測定經(jīng)斜篩和氣浮池回收的細小纖維形態(tài)，結果圖1和圖2所示，其纖維特性如表1。
纖維的長(cháng)度、寬度是評價(jià)造紙原料優(yōu)劣的一項重要依據。由圖1和圖2可直觀(guān)地看出，斜篩收集到的纖維相對較長(cháng)一些，而氣浮池回收的纖維很短。從表1看出，斜篩回收的纖維的數均長(cháng)度和重均長(cháng)度分別為0.845mm和1.436mm，而氣浮池回收的纖維的數均長(cháng)度和重均長(cháng)度分別為0.423mm和0.517mm。從纖維重均長(cháng)度分布圖來(lái)看，斜篩纖維的重均長(cháng)度分布較分散，在0.20~1.13mm之間的比例約占到一半左右，而大于3mm的占到11.2%。氣浮池回收的纖維重均長(cháng)度在0.20~0.51mm范圍中占52.2%，0.20~1.44mm之間的占95.7%，氣浮池回收的纖維總體比較短小，分布集中。斜篩和氣浮池回收纖維的寬度分別為29.4μm和24.3μm，差別不大。
纖維粗度與纖維細胞壁的厚度和纖維寬度有關(guān)，常用作纖維細胞壁厚度的間接指標。當纖維粗度大于30dg時(shí)，成紙厚，紙頁(yè)粗糙，小于10dg時(shí)，成紙較為細膩。斜篩和氣浮池收集的纖維粗度分別為0.2298mg·m-1和2.3184mg·m-1，相差約10倍。因此，氣浮池的纖維只能用于配抄較厚的表面粗糙的低檔紙板。
纖維扭結是指程度很?chē)乐氐姆较蚋淖�，用角度�?lái)表示。扭結率是發(fā)生扭結的纖維數占總纖維數的比值。纖維扭結率在一定程度上會(huì )影響紙張的耐破指數和抗張指數，扭結纖維減少，有利于提高紙張相對結合面積，從而提高耐破指數和抗張指數。從表1看出，兩者的扭結角相同，斜篩和氣浮池纖維的扭結率分別為31.1%和20.0%，氣浮池回收纖維由于短小，扭結率明顯較低。
纖維卷曲是指纖維平直方向的彎曲，即兩點(diǎn)之間的距離與纖維長(cháng)度的比值，C(%)=100×(1-Arc/L)，如圖3所示。
纖維卷曲可提高成紙的松厚度和透氣度，并在一定程度上提高成紙的伸長(cháng)率和撕裂指數。由表1可知，兩種纖維的卷曲率分別為8.8%和8.0%，兩者差別不大。
纖維帚化和切斷主要與打漿過(guò)程有關(guān)，在打漿過(guò)程中，纖維受到剪切作用，被切斷并發(fā)生扭曲，并使纖維兩端帚化，游離出羥基，纖維變得柔軟可塑。纖維切斷率是指纖維切斷末端總數與纖維總數的比例。由表1可知，斜篩和氣浮池回收纖維的帚化率分別為1.215%和0.688%，從改善紙張強度來(lái)講，前者明顯優(yōu)于后者。兩種回收纖維的切斷率分別為38.83%和38.36%，兩者相差不大。
纖維長(cháng)度<200μm，寬度<5μm的都定義為細小纖維。斜篩和氣浮池回收纖維中細小纖維占纖維總量的比例分別為38.5%和97.3%。由此可知，斜篩回收纖維總體明顯優(yōu)于氣浮池回收纖維。
2.2 細小纖維配抄瓦楞原紙的研究
將斜篩回收的細小纖維與瓦楞紙箱廢紙按一定的比例混合，加入0.2%的CPAM作為助留助濾劑，在實(shí)驗室抄造定量為100g·m-2的瓦楞原紙，測定其性能指標，結果如表2所示。實(shí)驗室抄造的瓦楞原紙緊度略低于機制紙，此外，實(shí)驗室抄取的紙樣纖維無(wú)縱橫向之分，強度指標均為平均值。
由表2可知，當不添加回收纖維時(shí)，紙張的定量為102g·m-2，隨著(zhù)回用纖維比例的遞增，抄制的紙頁(yè)定量逐漸下降，這與回用纖維比較細短，抄造時(shí)容易隨水流失有關(guān)。此外，由于回收的纖維比較短，高度切斷，粗度較大，隨著(zhù)其用量的增加，會(huì )使紙頁(yè)的松厚度提高，緊度下降。與GB/T13023-2008瓦楞原(芯)紙的技術(shù)指標相對比，當回用纖維添加比例為4%時(shí)，紙張的環(huán)壓指數為5.3N·m·g-1，達到瓦楞原紙一等品的環(huán)壓指數(5.3N·m·g-1)要求，而當回用纖維添加比例為6%時(shí)，紙張環(huán)壓指數為5.2N·m·g-1，低于一等品的環(huán)壓指數，但優(yōu)于合格品(3.5N·m·g-1)，進(jìn)一步提高回用纖維添加量，紙張環(huán)壓指數進(jìn)一步下降，但在實(shí)驗所采用的最大回用纖維添加量下，均可達到合格品的環(huán)壓指數要求。然而，實(shí)驗室抄制的瓦楞原紙的裂斷長(cháng)均未達到GB/T13023-2008中縱向裂斷長(cháng)(2.50km)的要求。對于機制紙來(lái)說(shuō)，尤其是長(cháng)網(wǎng)紙機來(lái)說(shuō)，纖維沿紙機運行方向(即縱向)排列遠多于垂直紙機運行的方向，從而使紙張縱橫向裂斷長(cháng)差別較大。一般來(lái)說(shuō)，機制紙的縱向裂斷長(cháng)遠高于橫向。由于實(shí)驗室抄紙無(wú)縱橫向之分，故不對此指標進(jìn)行評判。但從表2可知，紙張裂斷長(cháng)存在一個(gè)趨勢，即隨著(zhù)回用纖維添加量的增加，紙張的裂斷長(cháng)下降，這是由于裂斷長(cháng)與纖維的平均長(cháng)度有關(guān)，纖維平均長(cháng)度大，裂斷長(cháng)高，回用纖維的添加導致紙張平均纖維長(cháng)度下降，故裂斷長(cháng)降低。綜合考慮，配抄瓦楞原紙時(shí)，細小纖維回用量最好不要超過(guò)6%。
2.3 細小纖維配抄紙管原紙的研究
由圖1和圖2可知，氣浮池回收的纖維更短小，粗度更大，細小纖維比例高達97.3%，所以只能用來(lái)配抄質(zhì)量要求更低的厚紙板。由于實(shí)驗中抄造的紙管原紙所用主要原料是瓦楞箱紙板的芯層，強度較低，而其配抄所用的是氣浮池回收的細小纖維，纖維短，強度差，所以考慮在抄紙時(shí)添加1.5%的陽(yáng)離子淀粉作為增強劑，以改善紙管原紙的物理性能，滿(mǎn)足紙張強度的基本要求。紙管原紙的性能指標如表3所示。
由表3可知，當不添加回收纖維時(shí)，紙張的定量為143g·m-2，隨著(zhù)回用纖維比例的遞增，抄制的紙頁(yè)定量逐漸下降，這與回用纖維比較細短，抄造時(shí)容易隨水流失有關(guān)。與QB/T1475-2006紙管原紙的技術(shù)指標相對比，當回用纖維添加比例為2%時(shí)，紙張的環(huán)壓指數為6.1N·m·g-1，略高于紙管原紙一等品的環(huán)壓指數(6.0N·m·g-1)要求，而當回用纖維添加比例為4%時(shí)，紙張環(huán)壓指數為5.9N·m·g-1，略低于一等品的環(huán)壓指數，但優(yōu)于合格品(5.0N·m·g-1)，進(jìn)一步提高回用纖維添加量，紙張環(huán)壓指數進(jìn)一步下降，當實(shí)驗所采用的回用纖維添加量為10%，紙張環(huán)壓指數達不到合格品的要求。耐破指數也是隨著(zhù)回用纖維添加量增加而下降，當回用纖維添加量為2%時(shí)，紙張耐破指數可達到一等品的要求(1.60kPa·m2·g-1)，而添加量為4%~8%時(shí)只能達到合格品的要求，當回用纖維添加量為10%時(shí)，紙張耐破指數為1.28kPa·m2·g-1，達不到合格品的要求(1.30kPa·m2·g-1)。由此可見(jiàn)，在配抄紙管原紙時(shí)，回用纖維的添加量不應超過(guò)8%，否則產(chǎn)品將達不到強度要求。
3、結論
通過(guò)對造紙廢水處理中斜篩和氣浮池回收纖維的形態(tài)分析，發(fā)現斜篩回收的纖維質(zhì)量較好，細小纖維占比38.5%，而氣浮池回收的纖維粗短，細小纖維占比達到97.3%，只能限量回用于質(zhì)量要求很低的紙種。
廢水中回收的纖維配抄瓦楞原紙和紙管原紙時(shí)，成紙強度均隨著(zhù)回用纖維添加量的增加而不斷下降。斜篩回收的纖維與瓦楞紙箱廢紙配抄瓦楞原紙時(shí)，回用細小纖維的比例最好不超過(guò)6%;氣浮池回收的纖維與瓦楞芯層廢紙配比抄造紙管原紙時(shí)，回用纖維比例不能超過(guò)8%。(來(lái)源：浙江科技學(xué)院生化/輕工學(xué)院，浙江榮晟環(huán)保紙業(yè)股份有限公司)
