en ru

Nástin technologie recyklace papíru

20.4.2004 - Ing. Josef Polívka | Články
Článek provází čtenáře-laika jednotlivými kroky při recyklaci papíru (rozvláknění suroviny, operace hrubého třídění, deinking procesy, zesvětlování a bělení). Posuzuje postupy a chemikálie, jež se v technologii používají, z hlediska ochrany životního prostředí. Zmiňuje problém odpadů a čištění odpadních vod, hledá odpověď na otázku, co se zahuštěným kalem. Nejzajímavější je závěr, kdy autor vyjmenovává výhody recyklace papíru oproti výrobě nového papíru z primárních surovin.
Při recyklaci papíru je potřeba vzít v potaz kvalitu dodávané suroviny. Tou můžou být například odřezky z tiskáren, kde jedinými nečistotami jsou barvy známého složení, prach, písek, případně sponky. Surovinou ovšem může být i papír ze sběrny surovin, či dokonce z kontejneru na papír. Zde se může nacházet cokoliv. Pro papírnu bude přirozeně náročnější zpracovat druhou surovinu. A proto se jí budu zabývat.

Prvním krokem je namočení vstupní suroviny a její následné rozvláknění. To se děje v nádrži opatřené míchadlem. Obvykle se jedná o čistě o mechanickou záležitost. Jen občas se přidává malé množství hydroxidu sodného (NaOH), který usnadní rozvlákňování (tj. sníží délku pobytu suspenze v nádrži, čímž sníží spotřebu energie).

Po rozvláknění nadcházejí operace hrubého třídění. Již v rozvlákňovací nádrži obvykle bývá lano (nazývané „cop“), na něž se při míchání suspenze navazují tzv. spřádatelné nečistoty. Jedná se o nitě, fólie pásky izolepy atp. Další fáze hrubého třídění probíhají na samostatných zařízeních, která vždy odstraní určitý typ nečistot.

U třídění se využívá rozdílné hustoty, či velikosti nečistot a papíroviny či vlákna. Třídiče pracují obvykle na principu cezení skrz síta s otvory (či štěrbinami) o takové velikosti, aby jimi prošla (nebo neprošla) dobrá vlákna. Anebo se v kónické nádobě vyvolá průchodem suspenze vír, a pak se nečistoty o vyšší hustotě dostávají ke kraji víru a naopak nečistoty s nižší hustotou zůstávají ve středu.

Po hrubém třídění (ale někdy i před ním) se dovlákňují nerozvlákněné smotky vláken. Děje se tak ryze mechanicky na dovlákňovacích zařízeních. Po nich následuje třídící linka, která odstraní nerozvlákněné zbytky.

Pak následuje odstraňování velmi malých či rozpustných nečistot (barviv, pigmentů, plniv atp.) – nastávají operace jemného třídění, obvykle nazývané jako deinking procesy. Těmi jsou obvykle flotace či praní. Při flotaci (obvykle za přítomnosti flotačního činidla, které bývá detergentem schopným se jedním koncem molekuly zachytit nečistoty a druhým koncem bublinky vzduchu - tj. druhý konec je špatně smáčivý) se suspenze vláken probublává vzduchem, který vynese nečistoty na povrch v podobě pěny, která se následně odstraňuje. Druhý způsob je praní vláken. Při něm se suspenze zředí větším množstvím vody, aby byla následně zahuštěnana na filtrační přepážce. Nutno ovšem dodat, že vzniklý kal je velice zředěný a dá se vyčistit jen za použití většího množství energie, či chemikálií (viz níže).

Při deinking procesech se využívají nejčastěji tyto chemikálie: NaOH, siřičitan sodný (Na2SO3), komplexon DTPA, mýdlo, vodní sklo (směs oxidů křemičitých a sodných). Žádná z těchto chemikálií nepředstavuje naštěstí pro životní prostředí hrozbu (neuniknou-li ovšem ve větším množství při havárii – NaOH je silná alkálie, mýdlo a vodní sklo jsou alkáliemi slabými, siřičitan by mohl zapříčinit eutrofizaci vody).

Po tomto třídění zůstávají v suspenzi papíroviny převážně jen jemné nečistoty o hustotě blízké hustotě celulózy. Jedná se obvykle o polymerní materiály. Mají-li tyto látky nízký bod tání (cca. 30-140 °C) nazývají se stickies. Při recyklaci papíru se jedná o jedny z nejproblematičtějších látek. Mohou totiž zalepovat otvory papírenského síta nebo se lepit na sušící válce (tím snižovat přestup tepla, či způsobovat přetrhy pásu papíru), mění i koloidní vlastnosti papíroviny (ty mění jen rozpustné stickies), čímž mohou způsobovat vznik pěny, špatné zachycování plniv v nově vyrobeném papíru aj. Kromě technologických problémů nerozpustné stickies způsobují ve vyrobeném papíru i vznik skvrn se sklovitým průhledem. Bohužel stickies obvykle nejdou odstranit. Pouze dispergovatelné stickies se dají rozptýlit pod hranici viditelnosti, čímž se zvýší kvalita vyrobeného papíru.

Dispergovat (tj. rozptýlit) se dají postupy chemickými (ty se ale moc nepoužívají), termickými (zahřátím cca na 150 °C a následnou dispergací), či termomechanickými (suspenze se zahřeje na teplotu pod 100 °C a následným mechanickým působením se částice rozbíjí).

V rámci třídění se někdy samotná suspenze rozdělí na frakci s krátkými a dlouhými vlákny. Toto třídění je zatím ale v plenkách a používá se málokde.

Po vyčištění papíroviny může (ale nemusí) následovat její zesvětlování, či bělení. Zesvětlovací operace spočívá v maskování chromoforních (barvu způsobujících) chemických skupin. K tomuto účelu se obvykle využívá thiosíran sodný (Na2S2O3), či peroxid vodíku (H2O2). Bělí-li se papírovina, využívá se obdobných postupů, jako při bělení buničiny vyrobené čerstvě ze dřeva – tj. využívá se oxid chloričitý (ClO2), NaOH, kyslík (O2), ozón (O3), peroxid vodíku atp.

Z hlediska ochrany životního prostředí je thiosíran celkem neškodná chemikálie, která v malém množství může nanejvýš přispět k eutrofizaci vody, při úniku při havárii by se však mohl zapříčinit jednorázový úhyn vodních/půdních živočichů. Nemá však tendence se v životním prostředí akumulovat. Peroxid vodíku je velmi agresivní látka. Je však velice nestálá a při běžném provozu zreaguje prakticky veškeré její použité množství, za vzniku vody. Při havárii by byl průběh podobný havárii thiosíranu (jen by okolí místa havárie nebylo pohnojeno). Ozón je jedovatý plyn a to již při nízké koncentraci. Oxid chloričitý je z přírody je hůře odbouratelný. Podle mě není příliš nebezpečný (oproti chlororganickým sloučeninám), ale jeho přesnou toxikologickou a biologickou charakteristiku neznám. Kyslík, jako silné oxidační činidlo, může při úniku (tj. při vyšší koncemtraci v ovzduší v těsném okolí místa úniku způsobit hoření, či popálení dýchacího ústrojí (ale oproti rizika jeho exploze v závodě je toto zcela zanedbatelné).

Následně se s recyklovanou papírovinou zachází prakticky stejně jako s nerecyklovanou. Doplní se o různá plniva, klížidla, pomocné papírenské prostředky (odpěňovače, biocidy – pro zabránění vzniku slizů, stabilizátory pH či koloidního systému atd.), případně barviva. Poté se vpustí na papírenský stroj a vzniklý papír pak prochází různými dokončovacími operacemi.

Papír je nyní vyroben, ale zbývá vyřešit problém odpadů (zbývá jen obrazně – papírny jej musí mít, na rozdíl od jaderných elektráren, vyřešen ještě před zahájením provozu). Odpady jsou různé tuhé části zachycené na třídičích jejich suspenze s vodou a odpadní vody.

Nejprve se oddělí větší tuhé části pomocí různých zahušťovacích filtrů, kalolisů apod. Poté následuje čištění odpadních vod. U toho se může využívat různých sedimentačních zařízení, odstředivek, flotačních zařízení, koagulačních zařízení (za využití oxidu hlinitého – Al2O3, oxidu železitého – Fe2O3, či síranu vápenatého – CaSO4) nebo pěnových separací (za využití tenzidů). Koagulace je proces, kdy pomocí chemického činidla se mikročástečky, či molekuly shlukují do větších celků, které se dají daleko snáze odstranit (většinou filtrací, či sedimentací). S nečistotami se tak odstraní i použitá chemická činidla. Ta ale většinou nejsou problémem pro životní prostředí. Jen oxid hlinitý by do životního prostředí zanesl nebezpečný kov (ale v prakticky neškodné formě) a síran vápenatý by přispěl k eutrofizaci vody.

K dočišťování odpadních vod se pak používají fyzikálně chemické procesy, jako jsou reverzní osmóza (za tlaků až 10 MPa) či ultrafiltrace (obvykle za tlaků 0,1-0,5 MPa), nebo se používají čistě chemické metody, jimiž jsou oxidace (za použití manganistanu draselného KMnO4, peroxidu vodíku, chloru, ozónu atp.) či fotochemická čištění (oxidace pomocí UV záření). Na závěr se dá zařadit sorpce na aktivní uhlí, což je proces, při němž se používá speciálně upravený uhlík (o velikém povrchu a velmi malém objemu), který je na sebe schopen vázat různé chemické látky – stejný proces nasává ve střevech člověka, poté co si vezme živočišné uhlí.

Ziskem z těchto operací je voda obsahující minimum nečistot a zahuštěný kal. A nadchází čas pro nerudovskou otázku „Kam s ním?“ Kal se dá pálit, ale obsahuje ještě příliš mnoho vody (asi 40 %) a příliš mnoho nespalitelných podílů (více než 50 % pevných částí) – muselo by se dodávat mnoho pomocného paliva za relativně nízkého snížení množství odpadu. Dá se využít jako hnojivo. Problém je, že jej nikdo nechce. Vždycky totiž hrozí riziko přítomnosti těžkých kovů. Navíc málokdo má však peníze na kontinuální chemickou analýzu kalu. A tak, bohužel, zbývá skládkování. Ale na skládku by šel i popel z pálení papíru. Jen by nebyl vlhký.

Nabízí se otázka, stojí-li veškerá ta námaha s recyklací za to. Na to můžou různí lidé odpovědět různě. Každý dle svých zájmů. Pravdou ale zůstává, že bez recyklace papíru by se muselo vyrábět daleko více papíru nového. A to obnáší celou složitou technologii, při níž je potřeba velké množství energie (elektrické i tepelné) a agresivních chemikálií (které se navíc zahřívají na vysoké teploty – okolo 170 °C) a jejíž výstupem jsou vody, které je potřeba čistit často obtížněji, než vody po recyklační lince (i když tyto vody mívají známé složení odpadních látek, což je jejich výhodou) a celulózku poznáte po čichu už na míle daleko (kdo někdy projížděl Štětím, ví, o čem píšu). Navíc bez recyklování papíru by bylo potřeba kácet daleko více stromů (to nepopře nikdo, ale jsou tací, co budou tvrdit, že to lesu prospívá – někteří z nich tomu i věří). Proto i přes veškeré složitosti má recyklace smysl a o jejích alternativách (jako je kompostování či pálení papíru) má v současné době smysl uvažovat jen u druhů papírů nevhodných pro recyklaci.

Ing. Josef Polívka, Calla – sdružení pro záchranu prostředí, České Budějovice

Sledujte nás:

Přehled zpráv emailem

captcha 
kniha Jak žít dobře
Objednejte si rozšířené vydání praktického průvodce při každodenním rozhodování za příznivou cenu.…
183 Kč Vstoupit do e-shopu