NO176406B - Fremgangsmåte for bleking av masse - Google Patents

Description

Foreliggende oppfinnelse angår en fremgangsmåte for bleking av masse der det benyttes et oksyderende blekekjemikalium inneholdende klor.

Spesielt masse oppnådd fra en sulfatkokeprosess har en brun farve, noe som hovedsakelig skyldes lignin som er tilbake i massen. Lignin fjernes fra massen ved bleking, en prosess som består av flere trinn. Under denne prosess blir massen behandlet alternativt med oksyderende, 1ignin-nedbrytende kjemikalier og kjemikalier som oppløser nedbrytningsproduktene. Oksydasjonsmidler som hyppig benyttes er oksygen og klorholdige kjemikalier som ren klorgass, klordioksyd og natrium- og kalsiumhypokloriter, mens alkalioppløsninger benyttes for å fjerne nedbrytningsproduktene.

I de reaksjoner som inntrer ved bleking ved bruk av klorholdige kjemikalier blir lignin omdannet til organiske klorforbindelser som oppløses i blekeavløpet. Blekeavløpet er et problem med henblikk på miljøvern på grunn av den toksiske natur av klorfenoler og andre mulige organiske klorforbindelser i væskene. I tillegg når det kjemiske oksygenbehov i blekeavløp skadelige nivåer. Da forholdsreg-ler som er tatt sikte på å redusere omgivelses forurensnings-belastning på grunn av sulfatmassefremstilling til nu har vært konsentrert på andre deler av prosessen og ikke blekingen, har den relative betydning av blekingen som en forurensningsfaktor fått økende betydning.

Blekeavløp som forårsaker de verste omgivelsesforurensninger fremstilles under vaskingen som følger den første klorering og den første alkalibehandling i blekeprosessen. For å redusere utslippet av avløp er det benyttet forskjellige metoder, for eksempel den såkalte utvidede fermentering, bruk av klordioksyd som oksyderende blekekjemikalium, oksygenblek-ing og biologisk rensing av den brukte blekevæske. Imidler-tid er de resultater som til nu har vært oppnådd ved disse metoder ikke fullt ut tilfredsstillende. Selv om mengden klorfenoler og andre toksiske klorforbindelser i blekeavløpet vesentlig er redusert ved å benytte klordioksyd- og oksy-genbleking, har det ikke vært mulig å oppnå en tilstrekkelig reduksjon i det kjemiske oksygenbehov for avløpene. Derfor har de angitte metoder krevet anvendelse av effektiv biologisk rensing.

Gjenstand for foreliggende oppfinnelse er å tilveiebringe en fremgangsmåte som muliggjør at det toksiske innholdet og det kjemiske oksygenbehov for blekeavløpet kan reduseres for derved å redusere behovet for rensing av væsken.

Oppfinnelsen angår således en fremgangsmåte av den inn-ledningsvis nevnte art og denne fremgangsmåte karakteriseres ved at det i oksydasjonstrinnet benyttes et kjemikalium med et klordioksydinnhold på minst 70 %, at massen underkastes enzymbehandling før oksydasjon og at massen efter oksydasjon og enzymbehandlingen behandles med et alkali.

Det er ved tidligere undersøkelser observert at ved å benytte enzymer er det mulig å separere lignin og/eller hemicellulose fra cellulose og derved gi massen en mere svamplignende kvalitet. Dette rettferdiggjør den antagelse at hvis massen som oppnås fra fermenteringsprosessen først underkastes en enzymbehandling er det mulig å redusere mengden av kjemikalier som benyttes i det neste bleketrinn. I henhold til oppfinnelsen er det nu observert at enzymbehandlingen vesentlig reduserer mengden organiske klorforbindelser i blekeavløpet mens man samtidig reduserer det kjemiske oksygenbehov, spesielt når minst 50$ og fortrinnsvis minst 70$ av blekekjemikaliene som benyttes i oksydasjonstrinnet, består av klordioksyd. Hvis ren klorgass benyttes har enzymbehandlingen en vesentlig svakere virkning på kvaliteten av blekeavløpet.

I henhold til oppfinnelsen blir massen underkastet enzymbehandling og vasking før det første oksydasjonstrinn. Enzymet bryter ned hemicellulose og/eller lignin inneholdt i massen og gjør massen mere svampaktig og øker derved virkningen av kjemikaliene i efterfølgende oksydasjons- og alkalibehandlingstrinn. Ved vasking av massen efter enzymbehandlingen blir nedbrytningsproduktene fjernet og kan brennes slik at de ikke bidrar til avløpsutslipp i det hele tatt.

Bortsett fra enzymbehandlingen kan blekingen av massen ved oppfinnelsens fremgangsmåte gjennomføres på konvensjonell måte ved å benytte alternerende oksydasjons- og alkalibehand-lingsfaser og vasking av massen efter hver av disse faser for å fjerne blekekjemikaliene og nedbrytningsproduktene.

Enzymbehandlingen som beskrevet ved oppfinnelsen gjennomføres fortrinnsvis innen et temperaturområde av 10 til 90° C, fortrinnsvis 40 til 75°C og med pH verdier innen området 3 til 10 og fortrinnsvis 4 til 9. Det benyttede enzym kan være hemicellulase, cellulase, pektinase, esterase eller en blanding derav.

Oppfinnelsens fremgangsmåte anvender et enzym for å redusere klorinnholdet i blekeavløpet som dannes ved bleking av masse når det benyttes et oksyderende blekekjemikalium inneholdende minst 50% klordioksyd. Enzymet er fortrinnsvis hemicellulase, cellulase, pektinase, esterase eller en blanding derav. Enzymet benyttes i det vesentlige på den måte som er beskrevet ovenfor i blekeprosedyren.

Oppfinnelsen skal beskrives i større detalj nedenfor ved hjelp av eksempler på utførelsesformer, basert på labora-torieforsøk .

Eksempel 1

En fortynnet enzymblanding (streptomyces hemicellulase) ble satt til 220 g tørrstoff fra bjerkesulfatmasse (med et tørrstoffinnhold på 30$) slik at det ble oppnådd en blanding med en konsistens på 10% og xylanaseaktivitet på 5 U/g tørrmasse. Temperaturen ved enzymbehandlingen var 55°C, behandlingens varighet var 2 timer og pH verdien var 8,0.

Efter enzymbehandlingen ble massen underkastet en oksyderende blekebehandling ved bruk av en blanding inneholdende 90% klordioksyd og 10$ klorgass, i en dosering tilsvarende 1,4 x post-enzymbehandlings X, -tallet for massen. Behandlingstemperaturen var 55°C og behandlingens varighet var 45 minutter. Efter oksydasjonsfasen ble massen vasket i en Biichner-trakt med 20 ganger sin mengde av vann.

Derefter ble massen underkastet en alkalibehandling ved bruk av 5% natriumhydroksydoppløsning i en dosering på 0,8 x Konsistensen for blandingen var 10$, behandlingstemperaturen 60"C og behandlingsvarigheten 90 minutter. Efter alkali-behandlingen ble massen vasket på samme måte som efter oksydasjonsfasen.

Efter dette ble blekingen fortsatt ved å gjenta oksydasjon-og alkalifåsene og så nok en gang oksydasjonsfasen og vasking av massen mellom disse faser som beskrevet ovenfor. For de kombinerte vaskevann bestemte man mengden organisk bundet klor (A0X) og det kjemiske oksygenbehov (COD), de oppnådde verdier er gitt i tabell 1 (forsøk 3) nedenfor.

I tillegg til det ovenfor angitte forsøk (forsøk 3) som illustrerer oppfinnelsen ble det gjennomført to referanse-forsøk (forsøkene 1 og 2) og et ytterligere forsøk (forsøk 4), og Å0X- og COD-verdiene for de kombinerte vaskevann oppnådd fra forskjellige trinn av forsøkene er også angitt i tabell 1. Forsøkene ble gjennomført som følger.

Forsøk 2 (referanse): Det ble ikke benyttet noen enzymbehandling. Doseringen av blekekjemikaliene i de forskjellige trinn av behandlingen under blekingen var to x , den vanligvis benyttede dosering. I andre henseende var forsøket analogt det som var beskrevet ovenfor, altså forsøk 3.

Forsøk 1 (referanse): Det ble ikke benyttet noen enzymbehandling. Det benyttede blekekjemikalium i oksydasjonstrinnene var ren klorgass i en dosering på 2 x <2>fC .1 andre henseende var forsøket analogt det ovenfor beskrevne, (forsøk 3).

Forsøk 4: Massen ble behandlet med et enzym og bleket som beskrevet ovenfor (forsøk 3). I tillegg ble massen vasket efter enzymbehandlingen før den første oksydasjonsbehandling med en blanding av klordioksyd og klorogass. Oppfinnelsen omfatter en fremgangsmåte som benytter prinsippet ifølge dette forsøk.

Resultatene antyder at, sammenlignet med tilsvarende bleking uten enzymbehandling, enzymbehandlingen kombinert med klordioksydbleking som tilveiebragt ifølge oppfinnelsen, vesentlig reduserer forurensningsbelastningen som forårsakes av blekeavløp målt uttrykt ved AOX- og COD-verdiene. Sammenlignet med den vanligvis benyttede klorbleking er forbedringen som oppnås ennu mere distinkt. Videre er det verdt å merke seg at i forsøkene som representerer oppfinnelsen ble den samme blekningsgrad oppnådd som i referanse-forsøkene, noe som betyr at enzymbehanding ikke har noen ugunstig virkning på blekeresultatet.

Eksempel 2

En fortynnet enzymblanding (streptomyces hemicellulase) ble satt til 220 g tørrstoff fra nåletre-sulf atmasse (med et tørrstoffinnhold på 30$) slik at det ble oppnådd en blanding med en konsistens på 10$ og en xylanase-aktivitet på 5 U/g masse tørrstoff. Temperaturen ved enzymbehandlingen var 55° C, behandlingsvarigheten 2 timer og pH verdien 8,5.

Efter enzymbehandl ingen ble massen vasket i en Btichnertrakt med en 20 ganger så stor mengde vann.

Efter vaskingen ble massen underkastet en oksydasjonsblekebe-handling ved bruk av en blanding som inneholdt 80$ klordioksyd og 20$ klorgass. Doseringen av blandingen var 1,4 x tallet for massen efter enzymbehandlingen. Behandlingstemperaturen var 57°C og behandlingsvarigheten var 45 minutter. Efter oksydasjonsfasen ble massen vasket i en Btichnertrakt med 20 ganger mengden vann. Derefter ble massen underkastet en alkalibehandling ved bruk av en 5$ natrium-hydroksydoppløsning i en mengde på 0,10 x kappa. Konsistensen i blandingen var 2%, behandlingstemperaturen 45 - 55"C og behandlingsvarigheten var 90 minutter. Efter alkalibehand-1 ingen ble massen vasket på samme måte som efter oksydasjonsfasen.

Efter dette ble blekingen fortsatt ved gjentagelse av oksydasjons- og alkalifasene og derefter nok en gang oksydasjonsfasen og vasking av massen mellom disse faser som beskrevet ovenfor. For de kombinerte vaskevann bestemte man mengden organisk bundet klor AOX og det kjemiske oksygenbehov COD og resultatene er anført i tabell 2, forsøk 4, nedenfor.

I tillegg til det ovenfor angitte forsøk 4 som illustrerer oppfinnelsen ble det gjennomført tre referanseforsøk, forsøkene 1 til 3, og AOX- og COD-verdiene for de kombinerte vaskevann oppnådd fra de forskjellige trinn i forsøkene, er også presentert i tabell 2. Forsøkene ble gjennomført som følger: Forsøk 3: Det ble ikke benyttet noen enzymbehandling. Doseringen av blekekjemikalier i forskjellige trinn av behandlingen under blekingen var 2 x , den vanligvis benyttede dosering. I andre henseende var forsøket analogt det som var beskrevet ovenfor (forsøk 4).

Forsøk 2: Massen ble behandlet med et enzym som beskrevet ovenfor. Blekekjemikaliet som ble benyttet i oksyda-sjonsfasene var ren klorgass i en dosering på 2 x Ml • I andre henseende var forsøket analogt det som var beskrevet ovenfor (forsøk 4).

Forsøk 1: Det ble ikke benyttet noen enzymbehandling. Blekekjemikaliet som ble benyttet i denne oksydasjonsprosess var ren klorgass i en dosering på 2 x ^fC . I andre henseende var forsøket analogt det som var beskrevet ovenfor (forsøk 4)-

Disse resultater antyder at, sammenlignet med tilsvarende bleking uten enzymbehandling, enzymbehandling kombinert med klordioksydbleking ifølge oppfinnelsen i vesentlig grad reduserer forurensningsbelastningen forårsaket av brukte blekevaesker målt ved AOX- og COD-verdiene. Sammenlignet med den vanligvis benyttede klorbleking er forbedringen som oppnås ennu mere utpreget. Det kan også sees at benyttet sammenlignet med klordioksydbleking gir enzymbehandlingen en meget mer distinkt forbedring enn når den benyttes i forbindelse med den konvensjonelle klordioksydbleking. Det skal være klart at også i dette tilfelle oppnås den samme blekegrad for massen i forsøket som representerer oppfinnelsen som i referanseforsøket, noe som betyr at enzymbehandlingen ikke hadde noen ugunstig virkning på blekeresultåtet.

Det skal være åpenbart for en fagmann at forskjellige utførelsesformer av oppfinnelsen ikke er begrenset til de ovenfor gitte eksempler men at disse kan varieres innefor rammen av de ledsagende krav. For eksempel kan i alkalibe-handlingstrinnene i blekeprosessen, oksygen være tilstede i tillegg til alkali, og enzymbehandlingsvarigheten kan variere fra noen minutter til flere timer, for eksempel fra 5 minutter til 10 timer.

Claims (5)

1. Fremgangsmåte for bleking av masse der det benyttes et oksyderende blekekjemikalium inneholdende klor, karakterisert ved at det i oksydasjonstrinnet benyttes et kjemikalium med et klordioksydinnhold på minst 70 56, at massen underkastes enzymbehandling før oksydasjon og at massen efter oksydasjon og enzymbehandlingen behandles med et alkali.
2. 2. Fremgangsmåte ifølge krav 1, karakterisert ved at blekekjemikaliet som benyttes i oksydasjonstrinnet er en blanding inneholdende klorgass i tillegg til klordioksyd .
3. 3. Fremgangsmåte ifølge krav 1 og 2, karakterisert ved at massen behandles med et enzym og vaskes før det første oksydasjonstrinn.
4. 4. Fremgangsmåte ifølge et hvilket som helst av de foregående krav, karakterisert ved at massen efter oksydasjonstrinnet vaskes hvorefter blekeprosessen fortsetter med en alkalibehandling.
5. 5. Fremgangsmåte ifølge et hvilket som helst av de foregående krav, karakterisert ved at enzymbehandlingen gjennomføres i et temperaturområde fra 10 til 90°C, fortrinnsvis 40 til 75°C, med pH-verdier i området 3,0 til 10,0 og fortrinnsvis 4,0 til 9,0. 6.

   Fremgangsmåte ifølge et hvilket som helst av de foregående krav, karakterisert ved at enzymet som brukes er en hemicellulase, en cellulase, en pectinase, en esterease eller blandinger derav.