廢紙纖維長度短，在造紙過程中容易隨白水流失。為了充分利用原料、節(jié)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(DCS)。細小纖維和填料是車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(xù)的廢水處理及回用產生不利影響。若對其進行有效的資源化利用，如收集回收用于生產低檔紙產品，則可以節(jié)約原料成本，產生一定的經濟效益。對造紙企業(yè)來說，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。故造紙車間排出的多余廢水一般先通過過濾、氣浮、沉淀等方法對其中細小纖維和填料進行回收利用。然而車間廢水中的細小纖維和原料中的細小纖維種類不同，纖維形態(tài)不同，表面性能不同，會對紙張質量產生不利的影響。因此，對造紙廢水中回收的細小纖維需進行分析，在保證產品質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廢紙和進口廢紙生產高檔牛皮箱紙板、高強瓦楞原紙和紗管原紙等，通過對造紙廢水處理系統(tǒng)的改造，目前噸紙排水量小于5t。造紙車間多余廢水先經過80目斜篩過濾，再經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(tǒng)處理后部分回用，部分再經超濾和反滲透雙膜系統(tǒng)處理后回用到各用水點。本文以廢紙造紙企業(yè)斜篩過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對產品質量的影響，在保證產品質量的基礎上合理利用造紙廢水中的細小纖維。
1、實驗
1.1 實驗原料
實驗用細小纖維和污泥取自浙江榮晟環(huán)保紙業(yè)股份有限公司生產現場，主要取樣地點為廢水處理過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舊瓦楞箱紙板。實驗過程中所用的聚丙烯酰胺(CPAM)助留助濾劑和陽離子淀粉(CS)增強劑均由造紙企業(yè)提供。
1.2 實驗儀器
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，取大約800mL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%的陽離子淀粉溶液為增強劑，利用實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。
纖維的長度、寬度是評價造紙原料優(yōu)劣的一項重要依據。由圖1和圖2可直觀地看出，斜篩收集到的纖維相對較長一些，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度和重均長度分別為0.845mm和1.436mm，而氣浮池回收的纖維的數均長度和重均長度分別為0.423mm和0.517mm。從纖維重均長度分布圖來看，斜篩纖維的重均長度分布較分散，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，常用作纖維細胞壁厚度的間接指標。當纖維粗度大于30dg時，成紙厚，紙頁粗糙，小于10dg時，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嚴重的方向改變，用角度來表示。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，即兩點之間的距離與纖維長度的比值，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程有關，在打漿過程中，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。實驗室抄造的瓦楞原紙緊度略低于機制紙，此外，實驗室抄取的紙樣纖維無縱橫向之分，強度指標均為平均值。
由表2可知，當不添加回收纖維時，紙張的定量為102g·m-2，隨著回用纖維比例的遞增，抄制的紙頁定量逐漸下降，這與回用纖維比較細短，抄造時容易隨水流失有關。此外，由于回收的纖維比較短，高度切斷，粗度較大，隨著其用量的增加，會使紙頁的松厚度提高，緊度下降。與GB/T13023-2008瓦楞原(芯)紙的技術指標相對比，當回用纖維添加比例為4%時，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，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)，進一步提高回用纖維添加量，紙張環(huán)壓指數進一步下降，但在實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，實驗室抄制的瓦楞原紙的裂斷長均未達到GB/T13023-2008中縱向裂斷長(2.50km)的要求。對于機制紙來說，尤其是長網紙機來說，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差別較大。一般來說，機制紙的縱向裂斷長遠高于橫向。由于實驗室抄紙無縱橫向之分，故不對此指標進行評判。但從表2可知，紙張裂斷長存在一個趨勢，即隨著回用纖維添加量的增加，紙張的裂斷長下降，這是由于裂斷長與纖維的平均長度有關，纖維平均長度大，裂斷長高，回用纖維的添加導致紙張平均纖維長度下降，故裂斷長降低。綜合考慮，配抄瓦楞原紙時，細小纖維回用量最好不要超過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%，所以只能用來配抄質量要求更低的厚紙板。由于實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，所以考慮在抄紙時添加1.5%的陽離子淀粉作為增強劑，以改善紙管原紙的物理性能，滿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，紙張的定量為143g·m-2，隨著回用纖維比例的遞增，抄制的紙頁定量逐漸下降，這與回用纖維比較細短，抄造時容易隨水流失有關。與QB/T1475-2006紙管原紙的技術指標相對比，當回用纖維添加比例為2%時，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，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)，進一步提高回用纖維添加量，紙張環(huán)壓指數進一步下降，當實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。耐破指數也是隨著回用纖維添加量增加而下降，當回用纖維添加量為2%時，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%時只能達到合格品的要求，當回用纖維添加量為10%時，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，在配抄紙管原紙時，回用纖維的添加量不應超過8%，否則產品將達不到強度要求。
3、結論
通過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，成紙強度均隨著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，回用細小纖維的比例最好不超過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，回用纖維比例不能超過8%。(來源：浙江科技學院生化/輕工學院，浙江榮晟環(huán)保紙業(yè)股份有限公司)
