در صنعت کاغذسازی، تولید لجن الیافدار به دلیل فرایندهای شیمیایی و مکانیکی، یکی از چالشهای اصلی مدیریت پساب و پسماند است. این لجنها دارای ترکیبی پیچیده از الیاف، مواد شیمیایی و آب هستند که نیازمند آبگیری با فناوریهای خاص میباشد. عملکرد بهینه سیستم آبگیری لجن نه تنها هزینههای حمل و دفع را کاهش میدهد بلکه تأثیرات زیست محیطی منفی را نیز کمینه میکند. آرایشی صحیح و انتخاب بین اسکرو پرس و بلت فیلتر یا فیلتر پرس در این زمینه، کلید اصلی موفقیت عملیات است. فناوریهای پیشرفته میبایست متناسب با ویژگیهای خاص لجن الیافدار و ظرفیت کارخانه به کار گرفته شوند.
مروری بر لجن الیافدار در صنعت کاغذسازی
لجنهای تولید شده در کارخانههای کاغذسازی غالباً حاوی ترکیبات الیاف سلولوزی، مواد شیمیایی افزودنی و ناخالصیهای صنعتی هستند. این ترکیب پیچیده باعث میشود تا جداکردن آب از لجن سنتی دشوار باشد و نیاز به تجهیزاتی با توانایی بالا و سازگاری ویژه با الیاف داشته باشد. به علت چسبندگی و خاصیت ژلشدن، لجن الیافدار معمولاً دارای ویسکوزیته بالا بوده که فرایندهای آبگیری را پیچیده میکند. همچنین، وجود الیاف آزاد و تودهای در لجن، باعث افزایش گرفتگی تجهیزات میشود که میبایست با فناوری مناسب مقابله شود.
واحدهای تولید کننده لجن در صنعت کاغذ سازی شامل موارد زیر است:
- سیستمهای بازیافت کاغذ
- واحدهای اسکرینینگ و کلینرها
- سیستمهای شستوشوی فیبر
- تهنشینی در DAF یا کلاریفایر
- سیستم حذف فاینها و خمیر سبک
بر اساس گزارشهای موجود، تقریباً ۱–۳٪ از تولید روزانه کارخانههای کاغذ بهصورت لجن فیبردار در پساب از دست میرود. این مواد حاوی درصد قابلتوجهی از فاینها، الیاف کوتاه، رزین، فیلر و برخی پسماندهای شیمیایی هستند. در جدول 1، ترکیب معمول لجن صنایع کاغذ سازی درج شده است.
جدول1- ترکیب معمول لجن صنایع کاغذ سازی
| مؤلفه | درصد تقریبی از کل | درصد تقریبی از جزء |
| الیاف کوتاه | 5-30% | 20-40% |
| فاینها | 10-25% | |
| فیلرها (کربنات، رس) | 15-30% | |
| مواد آلی محلول | 5-10% | |
| آب | 70-95% | 70-95% |
فناوریهای آبگیری لجن
روشهای متنوعی برای آبگیری لجن در صنعت کاغذسازی به کار میروند که شامل سانتریفیوژ، پرسهای تسمهای (بیلت فیلتر)، اسکرو پرس و فیلتر پرس است. در سالهای اخیر، اسکرو پرس به دلیل عملکرد قابل اعتماد، مصرف انرژی کمتر و نگهداری آسان، در اولویت قرار گرفته است. این سیستمها با اعمال فشار مکانیکی کنترل شده، باعث کاهش قابل توجه حجم و وزن لجن میشوند. البته انتخاب فناوری مناسب باید براساس شناخت دقیق ویژگیهای لجن، حجم و شرایط عملیاتی کارخانه صورت گیرد تا کارایی و هزینهها بهینه شود.
لجن الیافدار به دلیل خصوصیات زیر آبگیری را دشوار میکند:
- فیلتر شدن سخت (Poor Filterability)
- وجود الیاف شناور (Floating Fibers)
- بافت ژلاتینی ناشی از فاینها
- تمایل به گرفتگی فیلترها
به همین دلیل، بسیاری از تجهیزات سنتی مانند فیلترپرسها یا سانتریفیوژها، راندمان مناسب و اقتصادی ندارند و باعث مصرف انرژی و هزینههای بالای نگهداری میشوند. برای مطالعه مقالات در خصوص روشهای مختلف آبگیری لجن، لطفا به مقالات زیر مراجعه گردد.
در دهه اخیر، یکی از مؤثرترین فناوریها برای آبگیری این لجنها، اسکروپرس با سبد وج وایر (Screw Press Wedge Wire) است که در شرکتهایی مانند ANDRITZ، Fanghi، Voith و Teknofanghi بهعنوان فناوری اصلی Dewatering برای صنایع کاغذ سازی معرفی شده است.
مهمترین ویژگیهای چالشزا در آبگیری لجنهای مورد نظر شامل موارد زیر است:
- الیافها شبکهای ایجاد میکنند که مانع خروج آب میشود.
- فاینها فضاهای بین الیاف را پر کرده و آبگیری را سخت میکنند.
- وجود رزین و چسب باعث چسبندگی لجن میشود.
این ویژگیها سبب میشود تجهیزات معمول به سرعت دچار کلوگه (Clogging) و افت راندمان شوند.
اسکروپرس وج وایر چیست؟
اسکروپرس وج وایر (Screw Press with Wedge Wire Basket) دستگاهی است برای:
- تغلیظ لجن رقیق(۱–۵٪DS )
- آبگیری لجن نیمهغلیظ (5–15٪DS )
- تولید کیک با 20–50٪ جامدات بسته به نوع لجن
این دستگاه از یک مارپیچ چرخان درون یک سبد استوانهای با شکافهای مثلثی (وج وایر) ساخته شده است. شکافهای مثلثی شکل Self-Cleaning هستند و اجازه عبور آب را میدهند بدون اینکه الیاف باعث گرفتگی شوند. جهت مطالعه بیشتر در خصوص این تجهیز و عملکرد آن، لطفا به مقاله های زیر مراجعه شود:
- مکانیزم خودتمیزشوندگی در آبگیری لجن با اسکرو پرس وج وایر سیلندری
- راهنمای جامع ظرفیت سنجی دستگاه اسکرو پرس
- راهنمای جامع راهاندازی و بهرهبرداری اسکرو پرس وج وایر سیلندری
- اسکرو پرس وج وایر سیلندری
عملکرد اسکرو پرس وج وایر در تغلیظ لجن صنایع کاغذ
- گام ۱: ورود لجن رقیق: لجن با ۱ تا ۵ درصد مادهخشک وارد ورودی میشود. الیاف شناور توسط جریان آرام ورودی بهخوبی در مارپیچ پخش میشوند.
- گام ۲: فشردگی تدریجی: چرخش اسکرو باعث انتقال پیوسته لجن، افزایش فشار محوری و در نهایت کاهش حجم و خروج آب از شکافهای وج وایر میشود.
- گام ۳: عبور آب از شکافهای وج وایر: شکافهای مثلثی بهگونهای طراحی شدهاند که، الیاف در سطح گیر نمیکنند، آب بدون ایجاد گرفتگی تخلیه میشود و عمل عمل Self-cleaning رخ میدهد.
- گام ۴: تولید کیک خروجی: در انتها، کیک فیبردار با غلظت ۲۵–۴۵٪ خارج میشود که قابل سوزاندن، استفاده بهعنوان سوختRDF ، فروش به کارخانههای کارتنسازی و غیره است.
برای مطالعه مقاله برای کاربرد اسکرو پرس وج وایر در آبگیری لجم صنایع کاغذ و مقوا به مقاله کاربرد اسکروپرس وج وایر در آبگیری لجن صنایع کاغذ و کارتن سازی مراجعه فرمائید.
مزایای اسکروپرس وج وایر در صنعت کاغذ
مزایای تکنیکی
- مقاومت عالی در برابر الیاف بلند و کوتاه
- حداقل گرفتگی نسبت به فیلترپرس و ممبران
- قابلیت کار مداوم
- نیاز به کمترین مصرف انرژی (تا ۷۰٪ کمتر از سانتریفیوژ)
- امکان کار با لجن کمغلظت، بدون نیاز به پیشتغلیظ کنندهها
مزایای اقتصادی
- کاهش هزینه دفع لجن تا ۵۰٪
- جلوگیری از هدررفت الیاف و بازگشت آنها به چرخه تولید
- کاهش مصرف پلیمر و یا عدم نیاز به آن
- کاهش هزینه تعمیر و قطعات مصرفی
- مزایای زیستمحیطی
- کاهش حجم نهایی لجن
- بهبود کیفیت فاضلاب خروجی
- قابلیت بازیافت الیاف
مقایسه اسکروپرس وج وایر با فیلترپرس در صنایع کاغذ سازی
در جدول 2 یک مقایسه دقیق از اسکرو پرس وج وایر با فیلتر پرس آورده شده است.
جدول 2 مقایسه فنی – لجن الیافدار صنعت کاغذ
| ویژگی | اسکروپرس وج وایر | فیلترپرس |
| گرفتگی | بسیار کم | بسیار زیاد |
| نیاز به اپراتور | کم | زیاد |
| مصرف انرژی | کم | متوسط |
| مصرف پلیمر | کم | زیاد |
| ظرفیت پیوسته | دارد | ندارد |
| زمان توقف | بسیار کم | زیاد |
| غلظت خروجی | 20–50٪ | ۲۰–۳۵٪ |
| مناسب لجن الیافدار | عالی | ضعیف |
| هزینه نگهداری | کم | زیاد |
| نیاز به شستشوی مداوم | ندارد | دارد |
تأثیر استفاده از اسکروپرس وج وایر بر راندمان کارخانه
در کارخانههایی که از این تکنولوژی استفاده کردهاند کردهاند (طبق گزارشات:WaterWorld 2022)، موارد زیر گزارش شده است.
- کاهش مصرف برق 35–60٪
- افزایش راندمان سیستم تصفیه
- کاهش هزینه حمل لجن تا ۵۰٪
- بازگشت سرمایه 12–18 ماه
سوالات متداول
آیا اسکرو پرس برای آبگیری لجن در کارخانه کاغذسازی مناسب است؟
پاسخ: بله، اسکرو پرس به دلیل توانایی عملکرد پیوسته، مصرف انرژی پایین، و قابلیت خودتمیزشوندگی، یکی از بهترین گزینهها برای آبگیری لجن الیافدار در کارخانههای کاغذسازی است.
مزایای اصلی اسکرو پرس نسبت به دیگر روشها چیست؟
پاسخ: اسکرو پرس حجم لجن را تا بیش از 90 درصد کاهش میدهد، انرژی کمتری مصرف میکند، قطعات متحرک کمتری دارد و نگهداری سادهتری نسبت به فیلتر پرس و سایر روشها دارد.
آیا وایر پرس برای لجن الیافدار کاملاً مناسب است؟
پاسخ: وایر پرس ظرفیت بالایی دارد و برای حجم زیاد لجن گزینه خوبی است ولی مواردی نظیر گرفتگی تسمه و مصرف انرژی نسبتا بالا میتواند محدودیت ایجاد کند که نیاز به تنظیمات دقیق دارد.
غلظت لجن خروجی از اسکرو پرس وج وایر و وایر پرس چقدر است؟
پاسخ: درصد خشک شدن لجن در اسکرو پرس معمولاً تا 50 درصد است در حالی که در وایر پرس ۱۸ تا ۲۸ درصد متغیر است.
هزینه نگهداری و سرمایهگذاری اولیه برای هر دستگاه چگونه است؟
پاسخ: اسکرو پرس هزینه نگهداری پایین و سرمایهگذاری متوسط دارد اما وایر پرس سرمایهگذاری اولیه بالاتری نیاز دارد و نگهداری آن پیچیدهتر است.
چگونه مصرف انرژی در اسکرو پرس بهینه میشود؟
پاسخ: طراحی مارپیچی پیچ، موتورهای بهینه و تنظیم فشار دقیق باعث کاهش مصرف انرژی در اسکرو پرس میشود که نسبت به روشهای دیگر مزیت محسوب میشود.
آیا اسکرو پرس دارای سیستم شستشوی اتوماتیک است؟
پاسخ: بله، دستگاههای جدید اسکرو پرس مجهز به سیستم شستشوی خودکار در حین کار هستند که گرفتگی را به حداقل میرساند.
ظرفیت دستگاه اسکرو پرس چقدر است؟
پاسخ: ظرفیت آن بسته به مدل و سایز دستگاه متفاوت است که میتواند مطابق با نیاز کارخانههای کاغذسازی، در مقایسهای کوچک تا بزرگ و به صورت تک محور یا مدولار ساخته شود.
آیا اسکرو پرس وج وایر میتواند با لجن دارای شن و ذرات سنگین کار کند؟
پاسخ: اسکرو پرس وج وایر در قیاس با مولتی دیسک اسکروپرس در لجن حاوی شن یا ذرات سنگین عملکرد بهتری دارد.
میزان صدای عملیاتی اسکرو پرس چقدر است؟
پاسخ: اسکرو پرس معمولاً صدای کمتری نسبت به فیلتر پرس و وایر پرس دارد و برای محیطهای صنعتی آرامتر است.
چه تفاوتی بین عملکرد اسکرو پرس و فیلتر پرس وجود دارد؟
پاسخ: فیلتر پرس لجن را تا ۳۰ تا ۴۰ درصد خشک میکند ولی مصرف انرژی و هزینه نگهداری بالاتری دارد. اسکرو پرس عملکرد پیوسته، مصرف پایین انرژی و نگهداری ساده دارد.
کاربرد ویژه اسکرو پرس در کدام صنایع بیشتر است؟
پاسخ: علاوه بر کاغذسازی، در صنایع داروسازی، غذایی، و کشاورزی برای آبگیری لجنهای مختلف کاربرد زیاد دارد.
سیستم کنترل فشار در اسکرو پرس چگونه عمل میکند؟
پاسخ: فشار اعمالی به لجن از طریق سیستمهای هیدرولیک و مکانیکی قابل تنظیم است تا راندمان آبگیری بهینه شود.
چه تمهیداتی برای کاهش گرفتگی در اسکرو پرس اندیشیده شده است؟
پاسخ: طراحی وج وایر، سیستم شستشوی خودکار و انتخاب مواد مقاوم از اقدامات کلیدی هستند.
نحوه عملکرد مکانیسم مارپیچی اسکرو پرس چگونه است؟
پاسخ: پیچ مارپیچی لجن را به پیش رانده و تحت فشار تدریجی فشرده میکند و آب از منافذ مخصوص جدا میشود.
میزان راندمان بازیابی آب در این فناوری چقدر است؟
پاسخ: راندمان بازیابی آب در اسکرو پرس بیش از ۹۰ درصد بوده که نشان از کارایی بالاست.
آیا حضور الیاف تاثیر منفی بر کارکرد دستگاهها دارد؟
پاسخ: خیر، دستگاه اسکروپرس وج وایر برای جداسازی الیاف از لجنهای دارای الیاف طراحی شده است.
چگونه میتوان از طول عمر دستگاههای آبگیری محافظت کرد؟
پاسخ: نگهداری منظم، تعویض قطعات فرسوده و رعایت شرایط کارکرد توصیههای اساسی است.
آیا تمام کارخانهها باید یک تکنولوژی خاص را انتخاب کنند؟
پاسخ: نه، انتخاب دستگاه باید بر اساس شرایط خاص کارخانهها، ترکیب لجن و نیازمندیها صورت گیرد.
کدام فناوری برای صرفهجویی اقتصادی بهتر است؟
پاسخ: اسکرو پرس به خاطر مصرف انرژی پایین و نگهداری سادهتر در بیشتر موارد اقتصادیتر است.
