OCC廢紙制漿廢渣處理系統(tǒng)及資源化利用

文 艾

（中國輕工業(yè)長沙工程有限公司，湖南長沙，410114）

近十幾年來我國造紙行業(yè)高速發(fā)展，其中包裝紙產(chǎn)量及消費(fèi)量伴隨著電子商務(wù)及快遞物流行業(yè)的發(fā)展壯大更是增長迅猛[1]。箱紙板與瓦楞原紙等包裝紙主要由廢舊瓦楞箱紙板（Old Corrugated Container，OCC）回收后再次抄造而成。回收的OCC原料中夾帶著包裝膠帶、塑料薄膜、訂書針以及打包廢紙用的鐵絲等雜質(zhì)，在制漿過程中這些雜質(zhì)需盡可能地去除干凈，其主要通過水力碎漿機(jī)絞繩或轉(zhuǎn)鼓碎漿機(jī)排渣、圓筒篩輕渣以及粗篩尾渣等主要形式排出。以1000 t/d（絕干計(jì)，下同）產(chǎn)能的OCC制漿線為例，其水力碎漿機(jī)絞繩、圓筒篩輕渣、粗篩尾渣的排出量約有60 t/d，但由于排渣干度較低，實(shí)際質(zhì)量約為上述數(shù)值的好幾倍，可見OCC廢紙制漿廢渣的排出量十分巨大。

早先國內(nèi)制漿造紙企業(yè)對于上述廢渣的處理模式相對簡單，經(jīng)人工簡單分揀其中可回收的金屬后作為垃圾填埋處理，或?qū)⒔g繩及輕渣整體當(dāng)作廢塑料或廢金屬出售以解決大量廢渣的堆存及占地問題。隨著環(huán)保政策的日益嚴(yán)格，未經(jīng)處理的潮濕廢紙制漿廢渣很難運(yùn)出廠區(qū)，同時(shí)廢紙制漿廢渣中未經(jīng)處理的廢塑料、廢金屬也變得難以銷售，加之低密度、潮濕廢渣高昂的運(yùn)輸成本以及日益上漲的能源成本，在廠區(qū)內(nèi)實(shí)現(xiàn)廢渣的資源化分解利用越來越受到造紙企業(yè)的重視；另一方面，水力碎漿機(jī)絞繩、轉(zhuǎn)鼓碎漿機(jī)排渣、輕渣中還含有部分纖維、可利用的廢舊金屬及塑料，同時(shí)廢渣本身也是一種高熱值的能源資源。近年來越來越多的國內(nèi)造紙企業(yè)在解決廢紙制漿廢渣堆積問題的同時(shí)，已開始發(fā)掘制漿廢渣的附加價(jià)值，具體方法為廢紙制漿廢渣處理系統(tǒng)與制漿生產(chǎn)線同步建設(shè)亦或?qū)ΜF(xiàn)有生產(chǎn)線進(jìn)行增加及改造。相信未來廢紙制漿廢渣處理系統(tǒng)及資源化利用將成為制漿造紙企業(yè)的主流選擇。本文對現(xiàn)今國內(nèi)外OCC廢紙制漿廢渣處理系統(tǒng)及資源化利用情況予以簡要介紹。

1 OCC廢紙制漿廢渣組成

OCC廢紙制漿過程中產(chǎn)生的廢渣根據(jù)生產(chǎn)工序及位置的不同主要分為表1所示[2]的幾類。若以廢渣的密度來分類，又分為輕渣和重渣。輕渣主要包括塑料、片狀雜質(zhì)、纖維等；重渣主要包括砂石、玻璃、金屬、鐵絲等。在以廢紙為原料生產(chǎn)箱紙板及瓦楞原紙的制漿過程中，重渣排渣率約為1%～2%，輕渣排渣率約為3%～6%[3]。

表1 箱紙板制漿不同處理工段的廢渣

高濃除渣器排渣主要為砂石、玻璃等重渣，由提渣機(jī)從收集槽中分離提出，而精篩及低濃除砂系統(tǒng)排出的廢渣，主要富含細(xì)小的砂石、塑料、泡沫及膠黏物，這些都屬于漿料凈化過程中必須要排出系統(tǒng)的物質(zhì)，再利用的價(jià)值低。因此本文中所描述的OCC廢紙制漿中可資源化利用的廢渣主要針對水力碎漿機(jī)絞繩、轉(zhuǎn)鼓碎漿機(jī)排渣及圓筒篩輕渣。具體地:絞繩中主要包括35%～40%鐵，35%～40%塑料（其中25%為聚烯烴），20%～30%纖維；輕渣中主要包括45%～50%塑料（其中35%為聚乙烯/聚丙烯），35%～40%纖維，10%～20%的織物、木塊、金屬[4]。

2 廢渣處理方法及操作單元

OCC廢紙制漿渣處理系統(tǒng)主要包括傳送帶輸送、壓榨脫水、破碎、鐵性金屬分離、非鐵性金屬分離、震動(dòng)分離、近紅外分選及最終分選廢渣打包輸送等處理方法及操作單元。

2.1 壓榨脫水

在廢紙制漿過程中，除從水力碎漿機(jī)出來的絞繩干度略微較高外，其余設(shè)備排出的廢渣都非常潮濕。轉(zhuǎn)鼓碎漿機(jī)端部排出的廢渣、圓筒篩輕渣及粗篩尾渣的干度大約在15%，并且排出的廢渣十分蓬松不便于后續(xù)處理工序。廢渣經(jīng)過壓榨脫水后體積顯著縮小，一方面有利于傳送帶輸送，另一方面干度進(jìn)一步提升可避免潮濕廢渣黏結(jié)在傳送帶及后續(xù)處理設(shè)備上。螺旋壓榨通常用于廢渣的進(jìn)一步脫水，其主要原理是依靠旋轉(zhuǎn)的螺旋將廢渣從進(jìn)料端輸送到出料端，在輸送到出料端的過程中螺旋葉片的節(jié)距漸漸縮小，廢渣被逐步擠壓，廢渣中水分在受壓過程中排出。

2.2 破碎

從水力碎漿機(jī)出來的絞繩長度可達(dá)數(shù)米，最大直徑可達(dá)700～800 mm，必須對絞繩進(jìn)行進(jìn)一步破碎后才能進(jìn)入后續(xù)處理工序。目前較為常見的設(shè)備為剪切式破碎機(jī)，其作用原理是通過安裝在軸上相互嚙合的特殊合金刀具的相向旋轉(zhuǎn)實(shí)現(xiàn)對物料的剪切、擠壓和撕扯等動(dòng)作，從而將物料破碎成小尺寸，同時(shí)可對物料尺寸進(jìn)行規(guī)格均一化處理。對于絞繩的破碎通常分為粗破碎和細(xì)破碎兩部分。粗破碎通常使用雙軸剪切破碎機(jī)，其破碎速度較慢；細(xì)破碎使用剪切尺寸規(guī)格縮小的雙軸剪切破碎機(jī)，破碎速度較快，可將物料進(jìn)一步破碎至小于40 mm的細(xì)塊，同時(shí)對細(xì)塊物料進(jìn)行疏解松散以便后續(xù)處理。

2.3 鐵性金屬及非鐵性金屬分離

利用廢渣中各種物質(zhì)的磁性差異，可在非均勻磁場中利用磁選設(shè)備將廢渣中的磁性物質(zhì)（主要為鐵性金屬）與非磁性物質(zhì)進(jìn)行分離。在制漿廢渣處理系統(tǒng)中常見的磁選設(shè)備包括磁力滾筒與懸掛帶式永磁分離機(jī)兩種。磁力滾筒通常作為運(yùn)輸皮帶的傳動(dòng)滾筒，當(dāng)物料在運(yùn)輸帶上經(jīng)過磁力滾筒時(shí)，磁性物料移動(dòng)到滾筒頂部時(shí)即被吸引，轉(zhuǎn)到底部時(shí)自動(dòng)脫落并被收集，而非磁性物料沿水平拋物線軌跡直接落下。懸掛帶式永磁分離機(jī)通常布置在輸送物料的輸送帶上方，當(dāng)物料通過時(shí)，通過磁力吸引能夠有效地分離出物料層中的磁性金屬物，再由皮帶拖離磁場，在廢金屬收集槽上方脫離磁場而落下，如與永磁輸送皮帶配合使用，物料中的磁性金屬物分離效果更佳。

渦電流分選（Eddy Current Separation，ECS）器則用于非鐵性金屬的分離。當(dāng)含有非磁性金屬（如鋁、銅等物質(zhì)）的碎物料以一定的速度通過一個(gè)非均勻磁場時(shí)，這些非磁性金屬中會(huì)產(chǎn)生感應(yīng)渦流，由于物料流與磁場有一個(gè)相對運(yùn)動(dòng)的速度，從而對產(chǎn)生渦流的金屬片、塊有一個(gè)推力，利用此原理可使一些非磁性金屬從混合物料流中分離出來。利用渦電流分選器可將廢渣物料分成3種組分——鐵性金屬、非鐵性金屬及非金屬物質(zhì)，如圖1所示。在渦電流分選器的前端同時(shí)配備震動(dòng)給料器可使物料均勻、疏松上料。

2.4 震動(dòng)分離

震動(dòng)分離器最初用在固體廢棄物及城市垃圾處理領(lǐng)域，其原理是基于物料不同的拋物運(yùn)動(dòng)曲線及彈跳特性將物料分離，主要部件為1塊震動(dòng)并可調(diào)節(jié)角度的傾斜篩板。具體應(yīng)用在制漿廢渣處理領(lǐng)域中，輕質(zhì)和扁平的廢料（如紙張、塑料片和纖維織物）向上運(yùn)動(dòng)并匯集到輕組分區(qū)；重質(zhì)和圓形或方形的物料（如石頭、磚塊和其他重質(zhì)物料）向下運(yùn)動(dòng)并匯集到重渣出口；細(xì)小組分則通過篩板后匯合收集，其原理如圖2所示。

圖1 渦電流分選原理

圖2 震動(dòng)分離原理

2.5 近紅外分選

廢塑料燃燒時(shí)會(huì)釋放出多種有毒化學(xué)氣體，特別是未加分選處理的塑料燃燒會(huì)造成嚴(yán)重的環(huán)境污染。其燃燒過程中產(chǎn)生的環(huán)境污染物如多氯代多環(huán)芳烴、多氯代二苯并二英等都會(huì)對環(huán)境造成危害，對于廢渣中不便直接燃燒的含氯高分子材料（如聚氯乙烯（PVC））必須從中分選出來。近紅外分選（Near In?frared，NIR）可實(shí)現(xiàn)對不同類型塑料的分選，目前近紅外分選設(shè)備可實(shí)現(xiàn)對聚對苯二甲酸乙二醇酯（PET）、聚乙烯（PE）、聚丙烯（PP）、PVC、聚苯乙烯（PS）等塑料的分選。物料通過傳送帶進(jìn)入分選設(shè)備，探測器安裝在傳送帶上方，在原料通過探測器時(shí)，物料被近紅外探測器探測，如果被探測識定的物體材質(zhì)與預(yù)先設(shè)定的分選物體參數(shù)相符，檢測信號傳送至分選單元，分選單元指示空氣閥釋放壓縮空氣將識定的物體分離開來，其分選原理如圖3所示。

圖3 近紅外分選原理示意圖

3 絞繩處理及轉(zhuǎn)鼓漿渣處理系統(tǒng)

在OCC廢紙制漿線中，廢渣的產(chǎn)生主要集中在碎漿工段以及水力清渣、粗篩工段，碎漿工段碎漿機(jī)處產(chǎn)生的廢渣占總排渣量的大部分，具體又可分為水力碎漿機(jī)絞繩以及轉(zhuǎn)鼓碎漿機(jī)排渣兩種形式。對于水力碎漿機(jī)絞繩及轉(zhuǎn)鼓碎漿機(jī)排渣的處理流程多種多樣，但均是由上述的操作單元組合而成，究其本質(zhì)并沒有太大的差別。目前市場上所見的絞繩處理流程均包含破碎及鐵性金屬分離等工序，輔助操作有螺旋壓榨脫水、渦電流分選等。絞繩通過機(jī)械抓手或者輸送帶進(jìn)入粗破碎機(jī)進(jìn)行破碎，破碎后的物料經(jīng)輸送帶輸出并在輸送帶上方通過懸吊磁鐵器進(jìn)行第一次鐵性金屬分離，之后再經(jīng)細(xì)破碎及第二次鐵性金屬分離后進(jìn)入渦電流分選器分離出非鐵性金屬得到最終廢渣。某紙業(yè)公司絞繩處理系統(tǒng)流程如圖4所示，另一紙業(yè)公司絞繩處理系統(tǒng)流程如圖5所示。

圖4 某紙業(yè)公司絞繩處理系統(tǒng)流程

與直徑粗大的絞繩相比，轉(zhuǎn)鼓碎漿機(jī)排出的廢渣體積較小，干度偏低，因此其處理流程與絞繩處理流程略有差異。因排出的物料松散及體積相對較小，可不經(jīng)過粗破碎直接進(jìn)行第一次鐵性金屬分離，經(jīng)過震動(dòng)分離去除較大體積重質(zhì)廢料后再經(jīng)螺旋壓榨脫水提高干度后進(jìn)入破碎機(jī)進(jìn)行破碎，之后的處理流程根據(jù)最終廢渣的去處而不同。處理過程基本操作有鐵性金屬分離、破碎，輔助操作單元有震動(dòng)分離、渦電流分選及NIR分選。國內(nèi)某紙業(yè)公司轉(zhuǎn)鼓排渣處理系統(tǒng)流程如圖6、圖7所示。

圖5 另一紙業(yè)公司絞繩處理系統(tǒng)流程

圖6 國內(nèi)某紙業(yè)公司轉(zhuǎn)鼓排渣處理系統(tǒng)流程

圖7 國內(nèi)某紙業(yè)公司轉(zhuǎn)鼓排渣處理系統(tǒng)流程

圖8 國內(nèi)某紙業(yè)公司OCC廢紙制漿渣處理系統(tǒng)流程

對于同時(shí)擁有水力碎漿與轉(zhuǎn)鼓碎漿的造紙企業(yè)而言，水力碎漿機(jī)排出的絞繩與轉(zhuǎn)鼓碎漿機(jī)排出的廢渣也可合并在一起進(jìn)行處置。國內(nèi)某紙業(yè)公司OCC廢紙制漿渣處理系統(tǒng)流程如圖8所示。

4 輕渣處理系統(tǒng)

除碎漿工段水力碎漿機(jī)排出的廢渣外，在水力清渣、粗篩凈化工段中圓筒篩及粗篩尾篩排出的輕渣為OCC廢紙制漿廢渣的第二大來源。對于輕渣的處理，可單獨(dú)進(jìn)行處理也可與其他排渣合并處理。單獨(dú)處理流程一般為:輕渣經(jīng)螺旋壓榨進(jìn)一步脫水后，經(jīng)鐵性金屬分離后進(jìn)行破碎，再經(jīng)第二次鐵性金屬分離及渦電流分選。輕渣亦可與絞繩或轉(zhuǎn)鼓碎漿機(jī)排渣合并處理，其他處理流程在圖5、圖6及圖8中均有體現(xiàn)。

5 最終分選廢渣資源化處理方法

OCC廢紙制漿廢渣去除其中大的垃圾物料、磁選及渦電流分選出可利用金屬后，最終分選廢渣還可進(jìn)行進(jìn)一步處理，主要處理方式有造粒、裂解及作為垃圾衍生燃料燃燒。

5.1 造粒

造粒處理流程相對簡單且技術(shù)成熟，其一般處理過程有:清洗、干燥、塑煉、擠出及切粒。但應(yīng)注意，最終分選廢渣中的廢塑料在高溫塑煉過程中會(huì)產(chǎn)生大量有毒有機(jī)廢氣，這些廢氣主要來自廢塑料中高分子裂解及原塑料的部分添加劑，這部分有機(jī)廢氣需經(jīng)過有效處理后排放。具備自備電廠的造紙企業(yè)可采取管網(wǎng)收集，將廢氣送至煙氣凈化室，在經(jīng)過噴淋降溫、分級凈化、油水分離等處理措施后，再將尾氣送至電站高溫焚燒爐中進(jìn)行焚燒，實(shí)現(xiàn)煙氣的無害化處理[5]。

5.2 裂解

最終分選廢渣經(jīng)進(jìn)一步提升干度后送至裂解裝置，加溫、添加催化劑進(jìn)行裂解處理得到灰渣和裂解的油氣，最后將裂解油氣除塵冷卻處理得到產(chǎn)品油和油氣[6]。但該處理過程復(fù)雜，設(shè)備成本大，同時(shí)還需投入二次能源對廢渣脫水，生產(chǎn)成本高，不利于普遍推廣使用。

5.3 垃圾衍生燃料

經(jīng)過近紅外分選出PVC后，最終分選廢渣可作為垃圾衍生燃料（Refuse Derived Fuel，RDF）供電站鍋爐燃燒，這是一種較為經(jīng)濟(jì)的處理模式。因含氯塑料只占廢渣一部分，也有未經(jīng)PVC分選直接進(jìn)行RDF燃燒的，經(jīng)過配套的脫硫、脫氯處理，煙氣排放可達(dá)到國家排放標(biāo)準(zhǔn)，二英等污染物在燃料棒的燃燒特質(zhì)及爐溫的穩(wěn)定控制之下排放量較少。RDF技術(shù)將處理后的制漿廢渣在造粒機(jī)中最終制成直徑在25～250 mm之間的固體燃料棒。在循環(huán)流化床、沸騰爐、回轉(zhuǎn)窯爐等皆可燃燒RDF。RDF可單獨(dú)燃燒，也可與煤、油等混和燃燒[7]。

以上3種處理方式的具體應(yīng)用范圍及特性如表2所示[8]。

表2 造粒、裂解、RDF燃燒應(yīng)用范圍及特性

6 結(jié) 語

OCC廢紙制漿廢渣含有可利用的廢舊金屬及塑料，同時(shí)可作為一種高熱值的能源資源，適合進(jìn)一步綜合處理及資源化利用。借助壓榨脫水、破碎、鐵性金屬分離、非鐵性金屬分離、震動(dòng)分離、近紅外分選等工序可對制漿過程中產(chǎn)生的水力碎漿機(jī)絞繩、轉(zhuǎn)鼓碎漿機(jī)排渣、圓筒篩輕渣實(shí)現(xiàn)集中綜合處理，可根據(jù)制漿廢渣產(chǎn)出部位的不同，由各操作單元組成靈活多變的處理流程。制漿廢渣在去除其中大的垃圾物料、磁選及渦電流分選出可利用金屬后，其最終分選廢渣可通過造粒、裂解及作為垃圾衍生燃料燃燒等資源化利用方式實(shí)現(xiàn)資源的最大程度回收利用。OCC廢紙制漿廢渣處理系統(tǒng)及資源化利用有效地解決了造紙廠廢渣大量堆存及現(xiàn)場“臟、亂、差”的生產(chǎn)環(huán)境，制漿廢渣的資源化在保護(hù)環(huán)境的同時(shí)節(jié)約了資源，造紙企業(yè)還可從中獲得一定的經(jīng)濟(jì)利益。