FI85293C - Förfarande för rening och återföring av cellulosafabrikers blekeriavva tten - Google Patents

Description

1 85293 Förfarande för rening och äterföring av cellulosafabrikers blekeriawatten - Menetelmä sellutehtaiden valkaisimojätevesien puhdistamiseksi ja kierrättämiseksi 5 Föreliggande uppfinning avser ett förfarande för rening och äterföring av cellulosafabrikers blekeriawatten. Spe-ciellt avser föreliggande uppfinning ett förfarande för separering av klorhaltiga kemikalier ur vätska erhällen 10 frän det första bleksteget utfört med dessa klorhaltiga blekkemikalier pä cellulosamassa som tvättats och delvis awattnats.

Ändamälet med föreliggande uppfinning är säledes att ästad-15 komma en metod att rena och äterföra de awatten, som upp-stär vid blekning av pappersmassa pä sä sätt, att awattnen separeras i olika fraktioner, av vilka en fraktion kan äterföras tili fabrikens kemikalieätervinningssystem och en annan leds tili apparater, med vilka förorenande ämnen 20 separeras ur vattnet, som därefter kan äteranvändas i pro-cessen, och föroreningarna överförs i en för miljön oskad-lig form.

Vid framställning av till full ljushet blekt pappersmassa 25 enligt sulfat- eller sulfitmetoden är man tvungen att använ-da klorbaserade oxidativa blekkemikalier. Dessa blekkemikalier är främst molekylär klor, klordioxid och hypoklorit.

Vid blekningsprocessen övergär tili följd av kemiska reak-tioner kloren i huvudsak till kloridjon, men ca 10 % av 30 kloren binds till organiskt material. Blekningen av kemisk pappersmassa uppdelas i steg med olika kemikaliesatsningar. Klorföreningarna används dels i det första bleksteget som ett reagens för att bryta ned i den oblekta massan ingäende lignin och dels i de sista blekstegen för att eliminera 35 s.k. kromofora grupper ur massan och därmed ge den dess slutliga ljushet. All oxidativt nedbrutet lignin är inte vattenlösligt i det första blekstegets sura miljö. Därför extraheras i det andra bleksteget nedbrutet lignin ur massan 2 85293 med hjälp av natriumhydroxid, samtidigt som en ytterligare oxidativ ligningnedbrytning sker med hjälp av syrgas och eventuellt väteperoxid.

5 I de första blekstegen utlöses huvudsakligen massans rest-lignin, som sälunda äterfinns i avlutarna frän dessa blek-steg. T.ex. vid tillverkning av helblekt barrsulfatmassa är den utlösta organiska substansen 3-5 % av massaproduktionen. Denna organiska substans har en hög biologisk syreförbruk-10 ning BOD (biologic oxygen demand), är starkt mörkfärgad och innehäller huvudparten av det klororganiska material-et, mätt t.ex. som AOX (adsorbable organic halogen). Det klorerade organiska materialet är dels högmolekylärt med en i stort sett okänd sammansättning, och dels lägmoleky-15 lärt. Den lägmolekylära delen innehäller substanser, som visats vara toxiska, mutagena och ha en tendens att bioacku-muleras i ekosystemet.

Avvattnet frän blekerierna leds tillsvidare ut i en vat-20 tenrecipient, oftast dock via en processextern vattenrening i en luftad damm eller en aktivslamanläggning. Vattenrenin-gen reducerar effektivt halten BOD men inte biologiskt inaktivt organiskt material. Även de mest effektiva biolo-giska vattenreningsanläggningarna förmär reducera totalhal-25 ten organiskt material och även halten organiskt bunden klor med endast ca 50 %. Utsläppen av blekeriavvattnen är sälunda ett väsentligt miljöproblem för cellulosafabrikerna.

01ikä vägar har sökts för att lösa detta problem. Huvudsak-30 ligen har undersökts möjligheterna att äterföra blekeriavvattnen i fabrikernas kemikalieätervinningssystem för de-struktion av den organiska substansen i t.ex. sulfatfabri-kens sodapanna. Välkänt är det försök i fabriksskala, som gjordes för drygt 10 är sedan vid Great Lakes Paper Co's 35 cellulosafabrik i Thunder Bay, Kanada. Svärigheten med äterföringen av blekeriavvattnen är att kloriderna i vattnet anrikas i processen och förorsakar bäde processtörningar och accelererad korrosion av apparaturen. För att klara 3 85293 detta problem infördes i den nämnda cellulosafabriken en indunstning av vitlut och en partiell utkristallisation av natriumklorid. Härvid hade emellertid den kloridhaltiga svartluten passerat lutens indunstningsanläggning och bränts 5 i sodapannan. Stora svärigheter tvingade fabriken att ätergä till gängse praxis att leda ut blekeriawattnena till en yttre vattenrecipient.

Välkänd är ocksä ultrafiltreringstekniken för rening av 10 vatten, som innehäller högmolekylär substans. Härvid leds vattnet over mikroporösa membran, som släpper igenom lägmo-lekylärt material men kvarhäller högmolekylärt material. Denna teknik används bl. a. vid Taio Paper Co i Japan för separering av den högmolekylära substansen ur det andra 15 (alkaliska) blekstegets awatten. Huvudparten av det or-ganiska materialet ävensom kloridjonerna i awattnet frän bleksteget där klorblekmedel används passerar emellertid de membran, som kommersiellt kommer ifräga, varför denna teknik inte är lämpad för rening av klorhaltiga blekeriav-20 vatten i fabriksskala.

Med nu känd teknik kan man sälunda inte med processinterna medel separera föroreningarna i blekeriawattnet ak att vattnet kan äterföras till processen och föroreningarna 25 destrueras p& ett för miljön oskadligt sätt. Att sä är fallet inses av det faktum, att samtliga cellulosafabriker i världen i dag leder ut sitt blekeriawatten tili en yttre vattenrecipient.

30 Föreliggande uppfinning avser en ny metod att med en pro-cessintern koppling av för sig tidigare kända apparater möjliggöra en delvis eller total äterföring av blekeriav-vattnen med samtidig överföring av i blekeriet utlöst bäde klorerad och icke-klorerad organisk substans i en för miljön 35 ofarlig form.

Uppfinningens huvudsakliga kännetecken framgär av det nedan angivna patentkravet 1.

4 85293

Enligt en föredragen utföringsform av uppfinningen avvattnas cellulosamassan genom att pressa vätska därifrän, t.ex. med en skruvpress, lämpligen tili en torrhalt av 25-35 5 vikt-%.

Den frän bleksteget utkommande vätskan indunstas lämpligen i flera parallell- eller seriekopplade steg ooh fördelakti-gen vid en relativ läg temperatur, som ligger under 70°C.

10

Det genom äterkompression av den avdrivna ängan erhällna kondensatet äterförs lämpligen helt eller delvis frän in-dunstningen tili nägot efterföljande bleksteg för användning som tvättvatten. Indunstningen utförs fördelaktigen tili 15 en s& hög torrhalt att indunstningsäterstoden kan torkas och förbrännas till oorganiskt material.

Föreliggande uppfinning beskrivs nedan närmare med hänvis-ning tili bifogade ritningar, i vilka 20 figur 1 visar ett kopplingsskema av ett typiskt modernt cellulosablekeri i förenklad form, medan figur 2 illustrerar ett kopplingsskema för tillämpning av förfarandet enligt föreliggande uppfinning.

25 Det är för en fackman självklart att beskrivningen och ritningarna endast utgör ett exempel pä uppfinningens till-lämpning och omfattar sälunda inte alla de alternativ som täcks av patentkraven.

30 I fig. 1 visas en typisk koppling av ett modernt cellulosablekeri i förenklad form. Här betecknar W det tvätteri, i vilket avluten frän cellulosakokarna separeras frän den oblekta massan. Det bestär i allmänhet av flere i motström kopplade tvättfilter eller kombinationsapparater, där mot-35 strömstvätten kan ästadkommas. Den oblekta tvättade massan överförs tili ett steg med syrgasdelignifiering, i figur 1 betecknat 0. Detta steg saknas i m&nga applikationer och är inte väsentligt i denna uppfinning. Efter eventuell 5 85293 syrgasdelignifiering med efterföljande tvätt leds den oblek-ta massan till blekeriet. Blekningen sker i fyra eller fem seriekopplade bleksteg. Vart och ett av dessa bestär av anordningar för inblandning av blekkemikalierna i massasus-5 pensionen, en blekreaktor för att ästadkomma tillräcklig uppehällstid för reaktionen, och en anordning för tvättning av massan. Det första bleksteget är i figur 1 betecknat DC. Tili detta leds klorgas och klordioxid i varierande propor-tioner. Efter tvättning, som normalt resulterar i en massa-10 konsistens av 10-12 % efter tvättsteget, förs massan vidare tili det alkaliska bleksteget, i figur 1 betecknat EO. Tili detta leds natriumhydroxid och ofta även syrgas. Efter kemikaliebehandlingen sker ocksä i EO-steget en tvätt av massan, med massakonsistensen 10-12 % efter tvättsteget.

15 Massan leds nu tili slutblekning i blekstegen, som betecknas Dl, E och D2. Tili Dl och D2 tillförs normalt klordioxid och tili E natriumhydroxid. I vissa fall utelämnas E-steget, vilket är oväsentligt för denna uppfinning.

20 I figur 1 är vissa huvudströmmar mellan de olika apparaterna angivna. Strömmarna betecknade 1-4 anger massasuspensionen, som strömmar genom anläggningen, 1 är den oblekta massasuspensionen frän kokeriet och 4 är den blekta massasuspensionen. I varje bleksteg ingär en massatvätt och i figur 1 är 25 angivna de huvudtvättvätskeströmmar, som transporterar löst material i blekeriet. Med 5 och 10 betecknas rent tvättvat-ten - ofta nollvatten frän fabrikens eftersileri - som kommer tili blekeriet. Frän D2-steget utkommande tvättvat-ten 6, som innehäller klorsubstanser och relativt smä mäng-30 der utlöst organiskt material, leds som inkommande tvättvat-ten tili Dl-steget, varifrän utkommande tvättvatten 8 ofta används som tvättvatten i DC-steget. Tvättvattnet 9 frän detta steg är starkt förorenat med bäde organiskt material och klorsubstanser, och leds i konventionella blekerier 35 tili en sur avloppsvattenkanal.

I konventionella blekerier används som tvättvatten 10 i E-steget rent vatten. Frän detta steg utkommande tvättvatten 6 85293 12 används som inkommande tvättvatten i EO-steget, varifrän utkommande tvättvatten 13 är starkt förorenat och leds i konventionella blekerier tili en alkalisk avloppsvatten-kanal. Vattnen i den sura och den alkaliska avloppskanalen 5 förenas och leds via processextern awattenrening tili yttre recipient.

I denna beskrivning av tvättvattenföringen i blekeriet har inte medtagits de tvättvattenströmmar, som överförs frän 10 ett tvättsteg tili det föregäende, emedan detta tvättvatten endast förtränger i massan befintligt vatten och inte i väsentlig grad blandas med frän detta steg utkommande tvättvatten. För transport och bildning av filterkaka i vissa tvättapparater sker dessutom en intern vätskecirkulation 15 inom blekstegen. Denna har inte angivits i figur 1 och är oväsentlig för denna uppfinning.

Förfarandet enligt denna uppfinning beskrivs med hjälp av figur 2. Denna skiljer sig frän ovan beskrivna kända process 20 främst däri att man infört i blekeriet tre nya apparater, i figur 2 betecknade PI, P2 och EV. PI och P2 är avvatt-ningsapparater, med vilka konsistensen hos massasuspensio-nen tili och frän DC-steget höjs utöver det normala, t.ex. frän 10-12 % tili 25-35 %. Avsikten med dessa apparater är 25 att minska vattenmängden, som med massan förs tili och avleds frän DC-steget. Utpressad vätska returneras tili föregäende steg och används där som utspädningsvätska. Dä överbäringen av i vätskan lost material är proportionell med mängden överförd vätska, kommer höjningen av massakon-30 sistensen i P2 att minska överbäringen av klorhaltigt material till EO-steget, speciellt dä en lämplig mängd av EO-stegets avvatten används för att förtränga huvudparten av det klorhaltiga awattnet tili DC-stegets normala tvättappa-rat. Dä överbäringen av klorhaltigt material i EO-steget 35 sälunda väsentligen elirainerats kan tvättvätskeströmmen 13 frän detta steg returneras tili fabrikens kemikalieätervin-ningssystem. Enligt exemplet i figur 2 skulle det ske sä, att denna Ström förenas med avvattenströmmen 14 frän syrgas- ’ 85293 delignifieringen till strömmen 15 och används pä lämpligt sätt tillsammans med den normala tvättvattenströmmen 16 i tvätteriet W.

5 För att balansera vattenströmmarna i blekeriets tre sista bleksteg kan ett visst överlöp 7 av tvättvätska frän Dl-steget förekomma. Detta leds dä i avloppsvattenkanalen. Halten organiskt material i avvattnet frän slutblekstegen är emellertid väsentligen mindre än frän de första tvä 10 blekstegen, varför ett dylikt överlöp - om det förekommer - inte minskar uppfinningens värde som ett förfarande att rena blekeriavloppsvatten.

Awattningsapparaten PI har tili funktion att minska pä 15 inkommande vatten tili DC-steget. Om vattenmängden i strömmen 2 in tili DC-steget är större än vattenmängden i strömmen 3 frän steget, kommer differensen ut i avvattenströmmen 9. För att väsentligt minska pä denna vattenmängd, vilken skulle helasta apparaten EV, behövs avvattningsanordningen 20 Pl.

Anordningarna PI och P2 kan vara separata apparater, t.ex. välkända skruvpressar eller deras funktion kan vara inbyggd i tvättapparaten säsom i välkända tvättpressar.

25

Apparaten EV är en indunstningsenhet. I denna indunstas tillfört avvatten sä att värme tas frän kondenserande änga för förängning av i avvattnet ingäende vatten och bildad änga komprimeras tili ett högre tryck och används som värme-30 källa för förängning av ytterligare vatten. Den kondenserande ängan och det kokande avvattnet separeras av ett icke-permeabelt värmeledande membran. Kondensatet som bildas dä ängan kondenseras innehäller inga icke-flyktiga beständsde-lar och är sälunda rent frän salter och även allt organiskt 35 material med kokpunkter over den temperatur, vid vilken förängningen sker i apparaten.

8 85293

Apparaten EV är sälunda en tidigare, t.ex. frän Fl-utläägg-ningsskriften 79948, välkänd indunstningsapparat. Anordnin-gen EV kan bestä av en dylik apparat men i allmänhet behövs flere sädana apparater, kopplade parallellt eller i serie.

5 Dylika kopplingar är tidigare kända. För denna uppfinning är emellertid lämpligt att indunstningsenheten fungerar medelst termisk rekompression och sälunda inte har ett kon-tinuerligt ängbehov. Vidare är det fördelaktigt men icke nödvändigt att arbeta vid en läg temperaturnivä, föräng-10 ningstemperaturer typiskt under 70°C, för att undvika onödig uppvärmning av avvattnet och att förhindra förängning av organiska material och avdrivning av klorväte. Detta inne-bär, att apparaten i sä fall arbetar vid ett tryck under atmosfärstryck och att tryckdifferenserna över de icke-15 permeabla värmeledande membranen i apparaten är smä. Dessa kan därför göras tunna och t.ex. av plastmaterial.

Med anordning EV kan sälunda den starkt förorenade och kloridhaltiga avvattenströmmen 9 uppdelas i en väsentligen 20 ren vattenström och en koncentratström. Koncentrationen av lost material i denna Ström är typiskt över 10 %. Renvat-tenfraktionen är tillräckligt ren för att användas som processvatten i fabriken, enligt figur 2 exempelvis som tvättvattenströmmen 10 tili blekeriets E-steg (eller EO-25 steg ifall E-steget ej finns). I vissa fall kan en avrykning av gasformigt klorväte ske tillsammans med förängningen av vattnet dä koncentrationen av lösta ämnen vid indunstningen blir högre. För att undvika en störande äterföring av klorid till blekeriet kan anordningen EV utgöras av pä vattensidan 30 i serie kopplade indunstningsenheter, alla arbetande med rekompression av avdriven, kondenserande vattenänga men med olika koncentrationsniväer i lösningen som indunstas. Kondensatet frän de apparater, som arbetar p& hög koncentra-tionsnivä och är kontaminerat med kloridjoner men inte med 35 organiskt material avleds tili avloppskanal, och endast det icke-kontaminerade kondensatet returneras tili blekeriet .

9 85293

Koncentratet innehäller klorföreningarna, i huvudsak klorid-joner, och det icke-flyktiga organiska materialet. Det tas ut som strömmen 17 f rän anordningen EV. Detta koncentrat leds tili en incinerator IN, där det torkas och förbränns 5 med hjälp av luftströmmen 18. Vid torkningen av det sura kloridhaltiga koncentratet sker en avdrivning av gasforxnigt klorväte. Detta klorväte kan absorberas i en tillförd Ström 21 av vatten eller lutlösning. Avdrivet klorväte äterfinns dä i utkommande absorptionsvatten 22. Det organiska mate-10 rialet förbränns fullständigt och kommer ut som koldioxid och vattenänga med rökgasströmmen 19 f rän incineratorn.

Ali organiskt bunden klor övergär i oorganisk form och tas ut som askströmmen 20 frän incineratorn. Tekniken med in-cinerering av väta material är välkänd och för dess utföran-15 de finns mänga varianter, t.ex. det som är beskrivet i patentet U.S. Patent 4 159 682. Vilken av dessa som kommer tili användning är inte väsentligt för denna uppfinning.

Claims (8)

10 85293

1. Förfarande för separering av klorhaltiga kemikalier ur vätska erhällen frän det första bleksteget (DC) utfört med dessa klorhaltiga blekkemikalier p& cellulosamassa (2) som 5 tvättats (W) och delvis awattnats (Pl), kännetecknat av att cellulosamassan (3) frän nämnda bleksteg (DC) med klorhaltiga blekkemikalier awattnas (P2) tili en i stort sett lika hög torrhalt pä minst 25 % som nämnda därtill inkomman-de cellulosamassa (2) och att vätskan frän den andra avvatt-10 ningen (P2) och frän bleksteget (DC) utkommande vätska (9) indunstas (EV) genom indirekt uppvärmning med änga erhällen genom rekompression av vid indunstningen avdriven änga.

2. Förfarande enligt patentkravet 1, kännetecknat av att 15 cellulosamassan awattnas (PI, P2) tili en torrhalt av 25- 35 vikt-%.

3. Förfarande enligt patentkravet 1 eller 2, kännetecknat av att cellulosamassan (2, 3) awattnas (PI, P2) genom att 20 pressa vätska därifrän.

4. Förfarande enligt patentkravet 1, 2 eller 3, kännetecknat av att indunstningen (EV) utförs i flera parallell-eller seriekopplade steg. 25

5. Förfarande enligt patentkravet 4, kännetecknat av att indunstningen (EV) utförs vid en temperatur under 70°C.

6. Förfarande enligt nägot av de föregäende patentkraven, 30 kännetecknat av att det genom äterkompression av den av- drivna ängan erhällna kondensatet (10) äterförs ätminstone delvis frän indunstningen (EV) tili nägot efterföljande bleksteg (E) för användning som tvättvatten. 35 7. Förfarande enligt nägot av de föregäende patentkraven, kännetecknat av att indunstningen (EV) utförs tili en s& hög torrhalt att indunstningsäterstoden (17) kan torkas och förbrännas (IN) till oorganiskt material (20, 22). 11 85293

8. Förfarande enligt nägot av de föregäende patentkraven, kännetecknat av att vätskan f rän den andra avvattningen (P2) äterförs tili nämnda första bleksteg (DC) med klorhal-tiga blekkemikalier. 5