OCC廢紙制漿廢渣處理系統及資源化利用

文 艾

（中國輕工業長沙工程有限公司，湖南長沙，410114）

近十幾年來我國造紙行業高速發展，其中包裝紙產量及消費量伴隨著電子商務及快遞物流行業的發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，在制漿過程中這些雜質需盡可能地去除干凈，其主要通過水力碎漿機絞繩或轉鼓碎漿機排渣、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，下同）產能的OCC制漿線為例，其水力碎漿機絞繩、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，實際質量約為上述數值的好幾倍，可見OCC廢紙制漿廢渣的排出量十分巨大。

早先國內制漿造紙企業對于上述廢渣的處理模式相對簡單，經人工簡單分揀其中可回收的金屬后作為垃圾填埋處理，或將絞繩及輕渣整體當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。隨著環保政策的日益嚴格，未經處理的潮濕廢紙制漿廢渣很難運出廠區，同時廢紙制漿廢渣中未經處理的廢塑料、廢金屬也變得難以銷售，加之低密度、潮濕廢渣高昂的運輸成本以及日益上漲的能源成本，在廠區內實現廢渣的資源化分解利用越來越受到造紙企業的重視；另一方面，水力碎漿機絞繩、轉鼓碎漿機排渣、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造紙企業在解決廢紙制漿廢渣堆積問題的同時，已開始發掘制漿廢渣的附加價值，具體方法為廢紙制漿廢渣處理系統與制漿生產線同步建設亦或對現有生產線進行增加及改造。相信未來廢紙制漿廢渣處理系統及資源化利用將成為制漿造紙企業的主流選擇。本文對現今國內外OCC廢紙制漿廢渣處理系統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廢紙制漿過程中產生的廢渣根據生產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、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，由提渣機從收集槽中分離提出，而精篩及低濃除砂系統排出的廢渣，主要富含細小的砂石、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的物質，再利用的價值低。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絞繩、轉鼓碎漿機排渣及圓筒篩輕渣。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，除從水力碎漿機出來的絞繩干度略微較高外，其余設備排出的廢渣都非常潮濕。轉鼓碎漿機端部排出的廢渣、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處理工序。廢渣經過壓榨脫水后體積顯著縮小，一方面有利于傳送帶輸送，另一方面干度進一步提升可避免潮濕廢渣黏結在傳送帶及后續處理設備上。螺旋壓榨通常用于廢渣的進一步脫水，其主要原理是依靠旋轉的螺旋將廢渣從進料端輸送到出料端，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

從水力碎漿機出來的絞繩長度可達數米，最大直徑可達700～800 mm，必須對絞繩進行進一步破碎后才能進入后續處理工序。目前較為常見的設備為剪切式破碎機，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實現對物料的剪切、擠壓和撕扯等動作，從而將物料破碎成小尺寸，同時可對物料尺寸進行規格均一化處理。對于絞繩的破碎通常分為粗破碎和細破碎兩部分。粗破碎通常使用雙軸剪切破碎機，其破碎速度較慢；細破碎使用剪切尺寸規格縮小的雙軸剪切破碎機，破碎速度較快，可將物料進一步破碎至小于40 mm的細塊，同時對細塊物料進行疏解松散以便后續處理。

2.3 鐵性金屬及非鐵性金屬分離

利用廢渣中各種物質的磁性差異，可在非均勻磁場中利用磁選設備將廢渣中的磁性物質（主要為鐵性金屬）與非磁性物質進行分離。在制漿廢渣處理系統中常見的磁選設備包括磁力滾筒與懸掛帶式永磁分離機兩種。磁力滾筒通常作為運輸皮帶的傳動滾筒，當物料在運輸帶上經過磁力滾筒時，磁性物料移動到滾筒頂部時即被吸引，轉到底部時自動脫落并被收集，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通常布置在輸送物料的輸送帶上方，當物料通過時，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。當含有非磁性金屬（如鋁、銅等物質）的碎物料以一定的速度通過一個非均勻磁場時，這些非磁性金屬中會產生感應渦流，由于物料流與磁場有一個相對運動的速度，從而對產生渦流的金屬片、塊有一個推力，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，如圖1所示。在渦電流分選器的前端同時配備震動給料器可使物料均勻、疏松上料。

2.4 震動分離

震動分離器最初用在固體廢棄物及城市垃圾處理領域，其原理是基于物料不同的拋物運動曲線及彈跳特性將物料分離，主要部件為1塊震動并可調節角度的傾斜篩板。具體應用在制漿廢渣處理領域中，輕質和扁平的廢料（如紙張、塑料片和纖維織物）向上運動并匯集到輕組分區；重質和圓形或方形的物料（如石頭、磚塊和其他重質物料）向下運動并匯集到重渣出口；細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 震動分離原理

2.5 近紅外分選

廢塑料燃燒時會釋放出多種有毒化學氣體，特別是未加分選處理的塑料燃燒會造成嚴重的環境污染。其燃燒過程中產生的環境污染物如多氯代多環芳烴、多氯代二苯并二英等都會對環境造成危害，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）可實現對不同類型塑料的分選，目前近紅外分選設備可實現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。物料通過傳送帶進入分選設備，探測器安裝在傳送帶上方，在原料通過探測器時，物料被近紅外探測器探測，如果被探測識定的物體材質與預先設定的分選物體參數相符，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 絞繩處理及轉鼓漿渣處理系統

在OCC廢紙制漿線中，廢渣的產生主要集中在碎漿工段以及水力清渣、粗篩工段，碎漿工段碎漿機處產生的廢渣占總排渣量的大部分，具體又可分為水力碎漿機絞繩以及轉鼓碎漿機排渣兩種形式。對于水力碎漿機絞繩及轉鼓碎漿機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。絞繩通過機械抓手或者輸送帶進入粗破碎機進行破碎，破碎后的物料經輸送帶輸出并在輸送帶上方通過懸吊磁鐵器進行第一次鐵性金屬分離，之后再經細破碎及第二次鐵性金屬分離后進入渦電流分選器分離出非鐵性金屬得到最終廢渣。某紙業公司絞繩處理系統流程如圖4所示，另一紙業公司絞繩處理系統流程如圖5所示。

圖4 某紙業公司絞繩處理系統流程

與直徑粗大的絞繩相比，轉鼓碎漿機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，可不經過粗破碎直接進行第一次鐵性金屬分離，經過震動分離去除較大體積重質廢料后再經螺旋壓榨脫水提高干度后進入破碎機進行破碎，之后的處理流程根據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分離、渦電流分選及NIR分選。國內某紙業公司轉鼓排渣處理系統流程如圖6、圖7所示。

圖5 另一紙業公司絞繩處理系統流程

圖6 國內某紙業公司轉鼓排渣處理系統流程

圖7 國內某紙業公司轉鼓排渣處理系統流程

圖8 國內某紙業公司OCC廢紙制漿渣處理系統流程

對于同時擁有水力碎漿與轉鼓碎漿的造紙企業而言，水力碎漿機排出的絞繩與轉鼓碎漿機排出的廢渣也可合并在一起進行處置。國內某紙業公司OCC廢紙制漿渣處理系統流程如圖8所示。

4 輕渣處理系統

除碎漿工段水力碎漿機排出的廢渣外，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，可單獨進行處理也可與其他排渣合并處理。單獨處理流程一般為:輕渣經螺旋壓榨進一步脫水后，經鐵性金屬分離后進行破碎，再經第二次鐵性金屬分離及渦電流分選。輕渣亦可與絞繩或轉鼓碎漿機排渣合并處理，其他處理流程在圖5、圖6及圖8中均有體現。

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行進一步處理，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成熟，其一般處理過程有:清洗、干燥、塑煉、擠出及切粒。但應注意，最終分選廢渣中的廢塑料在高溫塑煉過程中會產生大量有毒有機廢氣，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，這部分有機廢氣需經過有效處理后排放。具備自備電廠的造紙企業可采取管網收集，將廢氣送至煙氣凈化室，在經過噴淋降溫、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行焚燒，實現煙氣的無害化處理[5]。

5.2 裂解

最終分選廢渣經進一步提升干度后送至裂解裝置，加溫、添加催化劑進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品油和油氣[6]。但該處理過程復雜，設備成本大，同時還需投入二次能源對廢渣脫水，生產成本高，不利于普遍推廣使用。

5.3 垃圾衍生燃料

經過近紅外分選出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，這是一種較為經濟的處理模式。因含氯塑料只占廢渣一部分，也有未經PVC分選直接進行RDF燃燒的，經過配套的脫硫、脫氯處理，煙氣排放可達到國家排放標準，二英等污染物在燃料棒的燃燒特質及爐溫的穩定控制之下排放量較少。RDF技術將處理后的制漿廢渣在造粒機中最終制成直徑在25～250 mm之間的固體燃料棒。在循環流化床、沸騰爐、回轉窯爐等皆可燃燒RDF。RDF可單獨燃燒，也可與煤、油等混和燃燒[7]。

以上3種處理方式的具體應用范圍及特性如表2所示[8]。

表2 造粒、裂解、RDF燃燒應用范圍及特性

6 結 語

OCC廢紙制漿廢渣含有可利用的廢舊金屬及塑料，同時可作為一種高熱值的能源資源，適合進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、震動分離、近紅外分選等工序可對制漿過程中產生的水力碎漿機絞繩、轉鼓碎漿機排渣、圓筒篩輕渣實現集中綜合處理，可根據制漿廢渣產出部位的不同，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現資源的最大程度回收利用。OCC廢紙制漿廢渣處理系統及資源化利用有效地解決了造紙廠廢渣大量堆存及現場“臟、亂、差”的生產環境，制漿廢渣的資源化在保護環境的同時節約了資源，造紙企業還可從中獲得一定的經濟利益。