废纸纤维长度短，在造纸过程中容易随白水流失。为了充分利用原料、节约成本、减少排水量、改善纸张性能，利用废纸为原料的造纸企业一般都采用添加填料及助留助滤剂、提高白水回用率、添加增强剂等措施，这就导致造纸车间排出的多余废水浓度更高，含有更多的细小纤维、填料以及大量的溶解和胶体物质(DCS)。细小纤维和填料是车间排出废水中的固体悬浮物(SS)，使废水浑浊，如果不妥善处理，对后续的废水处理及回用产生不利影响。若对其进行有效的资源化利用，如收集回收用于生产低档纸产品，则可以节约原料成本，产生一定的经济效益。对造纸企业来说，废水中细小纤维和填料的合理利用不仅是造纸废水资源化利用的方式之一，也是造纸企业减污增效的重要途径。故造纸车间排出的多余废水一般先通过过滤、气浮、沉淀等方法对其中细小纤维和填料进行回收利用。然而车间废水中的细小纤维和原料中的细小纤维种类不同，纤维形态不同，表面性能不同，会对纸张质量产生不利的影响。因此，对造纸废水中回收的细小纤维需进行分析，在保证产品质量的基础上合理回用。
浙江荣晟环保纸业股份有限公司主要以国产废纸和进口废纸生产高档牛皮箱纸板、高强瓦楞原纸和纱管原纸等，通过对造纸废水处理系统的改造，目前吨纸排水量小于5t。造纸车间多余废水先经过80目斜筛过滤，再经气浮池回收细小纤维，降低废水的SS含量，然后送厌氧和好氧系统处理后部分回用，部分再经超滤和反渗透双膜系统处理后回用到各用水点。本文以废纸造纸企业斜筛过滤和气浮池回收的细小纤维为原料，研究了不同部位回收的细小纤维的特性及配抄瓦楞原纸和纸管原纸时对产品质量的影响，在保证产品质量的基础上合理利用造纸废水中的细小纤维。
1、实验
1.1 实验原料
实验用细小纤维和污泥取自浙江荣晟环保纸业股份有限公司生产现场，主要取样地点为废水处理过程中出斜筛细小纤维和气浮池细小纤维。用于配抄纸管原纸和瓦楞原纸的原料为国产旧瓦楞箱纸板。实验过程中所用的聚丙烯酰胺(CPAM)助留助滤剂和阳离子淀粉(CS)增强剂均由造纸企业提供。
1.2 实验仪器
MorfiCompact纤维形态分析仪，ZQS2-23L打浆机， TD15-A疏解机， ZQJ1-200型纸样抄取器，厚度仪、抗张强度、耐破度和环压强度测定仪。
1.3 实验方法
(1)细小纤维形态分析
取相当于400mg绝干浆样的浆料，在8L水中稀释，取大约800mL浆样，利用MorfiCompact纤维形态分析仪分别对斜筛和气浮池回收纤维的形态进行分析。
(2)细小纤维配抄瓦楞原纸
把废瓦楞纸板箱面层撕成小碎片，用4L温水浸泡，浸泡完全后倒入Valley打浆机中进行疏解，收集疏解后的浆料，并平衡水分备用。用废瓦楞纸板浆料与斜筛回收的细小纤维分别以100:0，98:2，96:4，94:6，92:8，90:10的比例混合，疏解均匀后加入0.2%的CPAM作为助留助滤剂，利用实验室纸样抄片器抄制100g·m-2的瓦楞原纸。每种配比的纸样抄制10张以备检测。
(3)细小纤维配抄纸管原纸
取废瓦楞箱纸板芯层撕成小碎片，用4L温水浸泡，浸泡完全后倒入Valley打浆机中进行疏解，收集疏解后的浆料，并平衡水分备用。取废瓦楞纸板芯层浆料与气浮池回收的细小纤维分别以100:0，98:2，96:4，94:6，92:8，90:10的比例混合，疏解均匀后，加入0.2%的CPAM作为助留助滤剂，1.5%的阳离子淀粉溶液为增强剂，利用实验室纸样抄片器抄制145g·m-2的纸管原纸。每种配比的纸样抄制10张以备检测。
(4)物理强度检测
按照国标方法测试各种纸样的定量、厚度、环压指数、耐破指数及抗张指数等各项物理指标。
2、结果与讨论
2.1 细小纤维特性分析
用MorfiCompact纤维形态分析仪测定经斜筛和气浮池回收的细小纤维形态，结果图1和图2所示，其纤维特性如表1。
纤维的长度、宽度是评价造纸原料优劣的一项重要依据。由图1和图2可直观地看出，斜筛收集到的纤维相对较长一些，而气浮池回收的纤维很短。从表1看出，斜筛回收的纤维的数均长度和重均长度分别为0.845mm和1.436mm，而气浮池回收的纤维的数均长度和重均长度分别为0.423mm和0.517mm。从纤维重均长度分布图来看，斜筛纤维的重均长度分布较分散，在0.20~1.13mm之间的比例约占到一半左右，而大于3mm的占到11.2%。气浮池回收的纤维重均长度在0.20~0.51mm范围中占52.2%，0.20~1.44mm之间的占95.7%，气浮池回收的纤维总体比较短小，分布集中。斜筛和气浮池回收纤维的宽度分别为29.4μm和24.3μm，差别不大。
纤维粗度与纤维细胞壁的厚度和纤维宽度有关，常用作纤维细胞壁厚度的间接指标。当纤维粗度大于30dg时，成纸厚，纸页粗糙，小于10dg时，成纸较为细腻。斜筛和气浮池收集的纤维粗度分别为0.2298mg·m-1和2.3184mg·m-1，相差约10倍。因此，气浮池的纤维只能用于配抄较厚的表面粗糙的低档纸板。
纤维扭结是指程度很严重的方向改变，用角度来表示。扭结率是发生扭结的纤维数占总纤维数的比值。纤维扭结率在一定程度上会影响纸张的耐破指数和抗张指数，扭结纤维减少，有利于提高纸张相对结合面积，从而提高耐破指数和抗张指数。从表1看出，两者的扭结角相同，斜筛和气浮池纤维的扭结率分别为31.1%和20.0%，气浮池回收纤维由于短小，扭结率明显较低。
纤维卷曲是指纤维平直方向的弯曲，即两点之间的距离与纤维长度的比值，C(%)=100×(1-Arc/L)，如图3所示。
纤维卷曲可提高成纸的松厚度和透气度，并在一定程度上提高成纸的伸长率和撕裂指数。由表1可知，两种纤维的卷曲率分别为8.8%和8.0%，两者差别不大。
纤维帚化和切断主要与打浆过程有关，在打浆过程中，纤维受到剪切作用，被切断并发生扭曲，并使纤维两端帚化，游离出羟基，纤维变得柔软可塑。纤维切断率是指纤维切断末端总数与纤维总数的比例。由表1可知，斜筛和气浮池回收纤维的帚化率分别为1.215%和0.688%，从改善纸张强度来讲，前者明显优于后者。两种回收纤维的切断率分别为38.83%和38.36%，两者相差不大。
纤维长度<200μm，宽度<5μm的都定义为细小纤维。斜筛和气浮池回收纤维中细小纤维占纤维总量的比例分别为38.5%和97.3%。由此可知，斜筛回收纤维总体明显优于气浮池回收纤维。
2.2 细小纤维配抄瓦楞原纸的研究
将斜筛回收的细小纤维与瓦楞纸箱废纸按一定的比例混合，加入0.2%的CPAM作为助留助滤剂，在实验室抄造定量为100g·m-2的瓦楞原纸，测定其性能指标，结果如表2所示。实验室抄造的瓦楞原纸紧度略低于机制纸，此外，实验室抄取的纸样纤维无纵横向之分，强度指标均为平均值。
由表2可知，当不添加回收纤维时，纸张的定量为102g·m-2，随着回用纤维比例的递增，抄制的纸页定量逐渐下降，这与回用纤维比较细短，抄造时容易随水流失有关。此外，由于回收的纤维比较短，高度切断，粗度较大，随着其用量的增加，会使纸页的松厚度提高，紧度下降。与GB/T13023-2008瓦楞原(芯)纸的技术指标相对比，当回用纤维添加比例为4%时，纸张的环压指数为5.3N·m·g-1，达到瓦楞原纸一等品的环压指数(5.3N·m·g-1)要求，而当回用纤维添加比例为6%时，纸张环压指数为5.2N·m·g-1，低于一等品的环压指数，但优于合格品(3.5N·m·g-1)，进一步提高回用纤维添加量，纸张环压指数进一步下降，但在实验所采用的最大回用纤维添加量下，均可达到合格品的环压指数要求。然而，实验室抄制的瓦楞原纸的裂断长均未达到GB/T13023-2008中纵向裂断长(2.50km)的要求。对于机制纸来说，尤其是长网纸机来说，纤维沿纸机运行方向(即纵向)排列远多于垂直纸机运行的方向，从而使纸张纵横向裂断长差别较大。一般来说，机制纸的纵向裂断长远高于横向。由于实验室抄纸无纵横向之分，故不对此指标进行评判。但从表2可知，纸张裂断长存在一个趋势，即随着回用纤维添加量的增加，纸张的裂断长下降，这是由于裂断长与纤维的平均长度有关，纤维平均长度大，裂断长高，回用纤维的添加导致纸张平均纤维长度下降，故裂断长降低。综合考虑，配抄瓦楞原纸时，细小纤维回用量最好不要超过6%。
2.3 细小纤维配抄纸管原纸的研究
由图1和图2可知，气浮池回收的纤维更短小，粗度更大，细小纤维比例高达97.3%，所以只能用来配抄质量要求更低的厚纸板。由于实验中抄造的纸管原纸所用主要原料是瓦楞箱纸板的芯层，强度较低，而其配抄所用的是气浮池回收的细小纤维，纤维短，强度差，所以考虑在抄纸时添加1.5%的阳离子淀粉作为增强剂，以改善纸管原纸的物理性能，满足纸张强度的基本要求。纸管原纸的性能指标如表3所示。
由表3可知，当不添加回收纤维时，纸张的定量为143g·m-2，随着回用纤维比例的递增，抄制的纸页定量逐渐下降，这与回用纤维比较细短，抄造时容易随水流失有关。与QB/T1475-2006纸管原纸的技术指标相对比，当回用纤维添加比例为2%时，纸张的环压指数为6.1N·m·g-1，略高于纸管原纸一等品的环压指数(6.0N·m·g-1)要求，而当回用纤维添加比例为4%时，纸张环压指数为5.9N·m·g-1，略低于一等品的环压指数，但优于合格品(5.0N·m·g-1)，进一步提高回用纤维添加量，纸张环压指数进一步下降，当实验所采用的回用纤维添加量为10%，纸张环压指数达不到合格品的要求。耐破指数也是随着回用纤维添加量增加而下降，当回用纤维添加量为2%时，纸张耐破指数可达到一等品的要求(1.60kPa·m2·g-1)，而添加量为4%~8%时只能达到合格品的要求，当回用纤维添加量为10%时，纸张耐破指数为1.28kPa·m2·g-1，达不到合格品的要求(1.30kPa·m2·g-1)。由此可见，在配抄纸管原纸时，回用纤维的添加量不应超过8%，否则产品将达不到强度要求。
3、结论
通过对造纸废水处理中斜筛和气浮池回收纤维的形态分析，发现斜筛回收的纤维质量较好，细小纤维占比38.5%，而气浮池回收的纤维粗短，细小纤维占比达到97.3%，只能限量回用于质量要求很低的纸种。
废水中回收的纤维配抄瓦楞原纸和纸管原纸时，成纸强度均随着回用纤维添加量的增加而不断下降。斜筛回收的纤维与瓦楞纸箱废纸配抄瓦楞原纸时，回用细小纤维的比例最好不超过6%;气浮池回收的纤维与瓦楞芯层废纸配比抄造纸管原纸时，回用纤维比例不能超过8%。(来源：浙江科技学院生化/轻工学院，浙江荣晟环保纸业股份有限公司)
