Woda w przemyśle papierniczym to surowiec niemal tak samo ważny jak celuloza. Jest wykorzystywana jako matryca do reakcji chemicznych zachodzące podczas produkcji, ale służy także do mycia i chłodzenia maszyn. Jak zatem wygląda uzdatnianie wody dla przemysłu papierniczego?
Z czego produkuje się papier?
Podaje się, że początki masowej produkcji papieru sięgają nawet około 105 roku n.e., kiedy to kancelista chińskiego cesarza wynalazł własny sposób na jego wytwarzanie. Współczesne metody produkcji papieru diametralnie różnią się od pierwszych technologii, ale najważniejsze surowce pozostają niezmienne. Bazowym składnikiem papieru są bowiem włókna pozyskiwane z naturalnych surowców roślinnych oraz woda.
Jak wykorzystywana jest woda w przemyśle papierniczym?
Woda, jako jeden z najważniejszych czynników procesowych i nośników energii, jest wykorzystywana w przemyśle papierniczym na różne sposoby, w tym jako surowiec do produkcji papieru, medium w procesach technologicznych, układach chłodniczych, systemach przeciwpożarowych i oczywiście na cele socjalne dla pracowników zakładu przemysłowego. Wodę wykorzystywaną w przemyśle papierniczym można również zaklasyfikować do trzech grup:
- Woda technologiczna – stosowana do obróbki surowca, wchodzi w skład produktu, lub stanowi czynnik myjący
- Woda techniczna – stosowana do celów pośrednich
- Woda wtórna – uzdatniona ciecz pochodząca z odzysku z procesów technologicznych
Przemysł papierniczy a środowisko naturalne i kurczące się zasoby wody
Podczas produkcji papieru szczególnie istotną kwestią jest ochrona środowiska naturalnego, w tym zracjonalizowane zużycie wody i odpowiednie podejście do oczyszczania ścieków powstających na różnych etapach produkcji.
Ponieważ woda jest kluczowym zasobem dla przemysłu papierniczego, większość zakładów znajduje się w pobliżu dużych zbiorników wodnych. W Europie duża część tego typu przedsiębiorstw wykorzystuje wody powierzchniowe, takie jak rzeki i jeziora. Część pobierana jest z własnych ujęć wód podziemnych, a reszta z wodociągów publicznych.
Należy też podkreślić, że pobór dla zastosowań w przemyśle papierniczym nie jest równy zużyciu, ponieważ większość wody zostaje zwrócona do środowiska. 93% wody wykorzystywanej w europejskim przemyśle papierniczym jest zwracane w dobrej jakości (po ponownym użyciu w papierni przed ostateczną obróbką), a pozostała część odparowuje, pozostaje w produkcie lub stanowi składnik odpadów stałych.
Skąd pochodzi woda stosowana w przemyśle papierniczym?
Przemysł papierniczy cechuje się dużym zużyciem wody o zróżnicowanym pochodzeniu. Najważniejsze źródła, z których pozyskiwany jest jeden z najważniejszych surowców do produkcji papieru, to:
- ujęcia rzeczne
- wody podziemne
- sieci wodociągowe
W praktyce, tylko woda pobierana z sieci może być wykorzystana bezpośrednio do produkcji papieru i jego wyrobów. W pozostałych dwóch przypadkach należy ją odpowiednio uzdatniać.
Jak uzdatniać wodę do produkcji papieru?
Uzdatnianie wody w przemyśle papierniczym i poligraficznym prowadzi się po to, aby zagwarantować wysoką jakość produktów, a także bezproblemową pracę całego zakładu produkcyjnego. W zależności od jakości surowej wody, metody uzdatniania mogą się oczywiście różnić pomiędzy poszczególnymi przedsiębiorstwami. W większości przypadków niezbędna jest jednak filtracja mechaniczna. W przemyśle poligraficznym dodatkowo stosuje się metodę odwróconej osmozy, ponieważ woda potrzebna do produkcji wymaga najwyższej czystości. Typowe procesy stosowane do uzdatniania wody w przemyśle papierniczym to:
- Filtracja (eliminacja wszelkich zanieczyszczeń mechanicznych)
- Zmiękczanie wody (obniżenie wysokiego stopnia twardości wody)
- Odwrócona osmoza (eliminacja zanieczyszczeń z dokładnością do pojedynczych jonów, produkcja wody o najwyższej czystości)
- Uzdatnianie wody chłodniczej (ochrona urządzeń i maszyn przed kamieniem kotłowym i korozją)
Przemysłowe metody uzdatniania wody w papierniach i celulozowniach
Jak już wcześniej wspomniałem, sposób uzdatniania wody dla przemysłu papierniczego zależy przede wszystkim od źródła pozyskiwania wody (a tym samym jej parametrów fizykochemicznych) oraz rodzaju produktu finalnego. Zanim podejmiesz ostateczną decyzję w kwestii montażu odpowiednich urządzeń, poznaj najpopularniejsze metody filtracji wody.
Filtracja mechaniczna
Filtry mechaniczne to pierwszy etap uzdatniania wody, również w przemyśle papierniczym czy poligraficznym. Urządzenia tego typu zabezpieczają centralną stację uzdatniania wody oraz całą instalację wodociągową zatrzymując zanieczyszczenia mechaniczne, takie jak piasek, żwir, muł, czy osady sedymentacyjne. Urządzenia tego typu montuje się bezpośrednio na rury wodociągowe, przy czym dobre jakościowo filtry mechaniczne cechuje dobry niski spadek ciśnienia wody.
Profesjonalne filtry mechaniczne są często wyposażone w system przepływu zwrotnego wody, który stosuje się do okresowego czyszczenia wkładów filtracyjnych z nagromadzonego osadu. Takie rozwiązanie przedłuża żywotność wkładów filtracyjnych, a tym samym obniża koszty eksploatacyjne takiego rozwiązania. Zawór zwrotny odprowadza wodę z popłuczynami prosto do kanalizacji, natomiast samo płukanie jest wywoływane przez specjalne automaty. Rozwinięcie tematu filtracji mechanicznej (również w ujęciu dla użytkowników prywatnych) znajdziesz w moim poprzednim artykule: Filtry mechaniczne. Po co komu?
Na rynku, oprócz filtrów mechanicznych, dostępne są także duże i wydajne kolumny filtracyjne wypełnione zazwyczaj złożem kwarcowym. Choć redukują mętność wody i eliminują z niej zanieczyszczenia mechaniczne, nie można ich traktować jako zastępstwo dla filtrów mechanicznych. Natomiast doskonale sprawdzają się w duecie. Wszystko jednak zależy od warunków panujących w danym zakładzie przemysłowym oraz wymagań procesu produkcyjnego. Więcej na ten temat pisałem w artykule: Kolumna filtracyjna czy filtr narurowy z wkładem mechanicznym? Co wybrać?
Przemysłowe zmiękczanie wody
Twardość wody to jej zupełnie naturalna cecha wynikająca z nadmiernego stężenia kationów wapnia i magnezu, a także opcjonalnie żelaza i manganu na drugim stopniu utleniania. Pisałem już o tym w artykułach: Czym jest twarda woda i jak ją zmiękczyć? oraz Co to jest kamień w wodzie?
Wysoki stopień twardości wody może być przyczyną wielu problemów w zakładach przemysłowych z sektora papiernictwa i poligrafii, zarówno w kontekście jakości procesu produkcyjnego, jak i w kwestiach technologicznych. Aby uniknąć kłopotu stosuje się przemysłowe zmiękczacze wody, które zasadą działania nie różnią się praktycznie od rozwiązań domowych, w których proces redukcji stopnia twardości wody odbywa się na drodze wymiany jonowej. Pisałem już o tym w artykułach: Czy sól zmiękcza wodę? Kilka słów o wymianie jonowej oraz Jak działa zmiękczacz wody? Zapoznaj się także z tekstem: Przemysłowe zmiękczanie wody. Jakie urządzenia zastosować?
Przemysłowa odwrócona osmoza
Produkcja papieru, szczególnie dla sektora poligraficznego, oznacza wysokie standardy jakości wody. W tym przypadku bardzo popularne jest uzdatnianie wody z wykorzystaniem przemysłowej odwróconej osmozy. Membrana osmotyczna usuwa z wody metale ciężkie, mikroorganizmy, a także rozpuszczone w niej pochodne chloru, wszystko z dokładnością do pojedynczych jonów. Stosowany w przemysłowej odwróconej osmozie, molekularny sposób oddzielania cząsteczek osiąga skuteczność na poziomie nawet 98%. Jednocześnie, przemysłowa odwrócona osmoza charakteryzuje się świetną wydajnością oraz długą żywotnością, dlatego doskonale sprawdza się podczas produkcji papieru, gdzie zapotrzebowanie na czystą wodę jest znacznie większe niż w innych sektorach przemysłu.
W przypadku aplikacji przemysłowych, przed odwróconą osmozą niemal zawsze konieczna jest instalacja filtracji wstępnej i urządzeń zmiękczających, które mają zabezpieczać membranę. Przyjmuje się bowiem, że do systemu przemysłowej odwróconej osmozy trafia woda oczyszczona z jonów żelaza, manganu, chloru, a także wapnia i magnezu. Jeśli chcesz wiedzieć więcej na ten temat, szerzej omawiam go w jednym poprzednich tekstów: Przemysłowa odwrócona osmoza o dużych wydajnościach.
Uzdatnianie wody chłodniczej
Uzdatnianie wody chłodzącej w przemyśle papierniczym (ale nie tylko) przeprowadza się przede wszystkim po to, aby maksymalnie ograniczyć proces tworzenia się osadów mineralnych, korozji i zanieczyszczeń biologicznych. Jakość wody procesowej ma olbrzymi wpływ zarówno na koszty eksploatacji, jak i niezawodność urządzeń chłodniczych. Przepisy VDI 3803 regulują wytyczne w kwestii jakości wody obiegowej.
Oczywiście, w zależności od zastosowanych materiałów konstrukcyjnych oraz specyfiki używanych maszyn i urządzeń, zalecenia dotyczące wody obiegowej mogą się nieznacznie różnić. Mimo wszystko przyjmuje się pewne założenia.
- Woda powinna być klarowna (całkowicie pozbawiona mętności) i pozbawiona wyczuwalnego zapachu oraz czysta pod względem mikrobiologicznym
- Optymalne pH powinno mieścić się w przedziale 6,5 do 8,5
- Twardość wody musi wynosić od 35 do 70 mg/dm3 Ca w przeliczeniu na CaCO3
- Zasolenie nie powinno przekraczać 1000 mg/dm3
- Sumaryczne stężenie chlorków i siarczanów musi być niższe od 250 mg/dm3
W przemyśle papierniczym, będącym wielkim konsumentem wody, ważne jest stosowanie zamkniętego układu chłodzenia. Jest to konieczne ze względu na ograniczenie zużycia tego medium. Układy chłodzenia powinny być zatem chronione przed korozją, osadami sedymentacyjnymi, a nawet przed bakteriami, które mogą być niebezpieczne dla pracowników obsługujących linie produkcyjne i pozostałe urządzenia.
Poznaj opinię eksperta!
Niezależnie od tego, czy proces produkcji papieru w Twojej firmie jest tradycyjny, czy też opiera się na materiałach pochodzących z recyklingu, uzdatnianie wody to podstawa. Jeśli szukasz skutecznych rozwiązań, profesjonalnego serwisu urządzeń i proaktywnego podejścia do napotkanych po drodze problemów, skontaktuj się ze mną. Chętnie pomogę Ci wybrać system uzdatniania wody idealnie dopasowany do warunków panujących w zakładzie produkcyjnym oraz jakości stosowanej wody. Jednocześnie zachęcam do zapoznania się z treścią innych artykułów z zakresu uzdatniania wody do procesów technologicznych i przemysłowych: Uzdatnianie wody do przemysłu farmaceutycznego, Uzdatnianie wody do laboratorium, Redukcja cukrów na odwróconej osmozie.
