SE1000219A1 - Metod och system för behandling av ett avlopp - Google Patents

Abstract

Uppfinningen hänför sig till en metod för behandling av ett avloppsflöde (E) från en industriell process, innefattande stegen att: föra avloppsflödet (E) genom ett separationssteg (1) för att åstadkomma en första fraktion (Fl) och en andra fraktion (F2), där den första fraktionen är den fraktion som passerar genom separations steget och den andra fraktionen är den fraktion som kvarhålls i separationssteget; föra den första fraktionen (Fl) till ett biologiskt behandlingssteg (2) och föra den andra fraktionen (F2) till ett förbränningssteg (3). Uppfinningen hänför sig vidare till ett system för att utföra en sådan metod.(Fig. 1)

Description

15 20 25 30 allt som kan oxideras kemiskt snarare än enbart nivåer av biologiskt aktiv organisk substans. I den lignocellulosiska massaindustrin är COD den vanligaste mätmetoden.

I WO 90/15028 beskrivs att högmolekylära resistenta ämnen från avlopp o fran massablekningsfabriker kan separeras medelst membranseparationstekniker och att koncentratet kan skaffas undan medelst, exempelvis, förbränning eller dumpning, båda teknikerna beskrivna som orsakandes allvarliga miljöproblem. Som en innovativ metod föreslås att behandla avloppet i ett biologiskt reningssteg före separation av resistenta ämnen och att sedan återföra de resistenta ämnena till det biologiska reningssteget för en förlängd behandling.

Ett ytterligare problem, vid användning av den för avlopp från en kemisk massatillverkningsprocess konventionella förbränningen, år behovet av en särskild sodapanna för att utföra förbränningen. En sodapanna tar hand om biprodukten svartlut som bildas under sulfatkokning av cellulosainnehållande massa och genererar samtidigt stora mängder användbar energi liksom utför återvinning av värdefulla kemikalier. Denna dubbla funktion hos sodapannan kräver en soñstikerad struktur och gör driften av sodapannan avsevärt mycket mer krävande än en kraftverkspanna som använder “normala” bränslen. Svartlut är en tjärliknande vätska som innehåller lignin, hemicellulosa och vedextraktivämnen. Eftersom svartluten som ska förbrännas i sodapannan innehåller en avsevärd mängd av mycket korrosiva ämnen, såsom t.ex. natrium (Na), klor (Cl) och svavel (S) måste pannans innerväggar vara av ett korrosionsbeständigt material- Innerväggarna i en sodapanna består ofta av tuber som fungerar som värmeväxlare och eftersom kraven på sådana tuber är mycket höga, tenderar de att bli väldigt dyra. Dessutom ställer hanteringen av natrium som en del av återvinningsprocessen också speciella krav på konstruktionen av pannan.

En sodapanna är således mycket kostsam som en initial investering. 10 15 20 25 30 Vad gäller en fabrik för mekanisk massatillverkning är en sodapanna inte normalt en del av fabriken, vilket är fallet för en kemisk massafabrik som baseras på sulfatkokning, dvs. en sulfatmassafabrik. I några fall, där den mekaniska massatillverkningen är integrerad med en sulfatmassafabrik kan en teknik med samåtervinning tillämpas, vilket innebär att sulfatfabrikens sodapanna också används för slutlig indunstning och förbränning av avloppet från den mekaniska massatillverkningen. Dock är detta inte en möjlighet för fristående fabriker för mekanisk massatillverkning. Det är tekniskt möjligt att ha en separat indunstningsanläggning liksom en sodapanna för en fristående fabrik för mekanisk massatillverkning, men eftersom en sodapanna är en mycket dyr investering är det inte ekonomiskt ett genomförbart alternativ.

Det finns således ett behov av en förbättrad metod och ett system som övervinner eller åtminstone reducerar nackdelarna med de tidigare kända metoderna och systemen.

SAMMANFATTNING Ett generellt syfte med uppfinningen är att tillhandahålla en förbättrad metod för att hantera ett avlopp från en industriell process. Ett särskilt syfte är att tillhandahålla en metod som kan möta de ökade kraven på att minimera avloppsbelastningen och samtidigt ha relativt små investeringskostnader liksom låga underhållskostnader. Ytterligare ett syfte är att tillhandahålla ett system som möter de ökade kraven nämnda ovan.

Dessa syften åstadkoms i enlighet med de bifogade kraven.

I korthet baseras uppfinningen på insikten att en separation i två fraktioner möjliggör en effektiv efterföljande hantering av avloppet från en industriell process. Det har särskilt insetts att ett speciellt sätt att utföra separationen i två fraktioner är nödvändig för att möjliggöra en enklare och mer kostnadseffektiv hantering av avloppet. 10 15 20 25 30 I enlighet med uppfinningen tillhandahålls således en metod för behandling av avlopp från en industriell process, innefattande stegen att: a) föra avloppsflödet genom ett separationssteg för att åstadkomma en första fraktion och en andra fraktion, där den första fraktionen är den fraktion som passerar genom separationssteget och den andra fraktionen den fraktion som kvarhålls i separationssteget; b) föra den första fraktionen till ett biologiskt behandlingssteg; c) föra den andra fraktionen till ett förbränningssteg.

Enligt en utföringsforrn föregås förbränningssteget av ett indunstningssteg i vilket en huvuddel av vätskeinnehållet i den andra fraktionen indunstas före förbränning.

Enligt en annan utföringsform innefattar separationssteget separation genom ett membranfilter och den första fraktionen är ett permeat och den andra fraktionen ett koncentrat.

Membranfiltret kan vara ett filter anpassat för att separera biologiskt relativt lättnedbrytbara lågmolekylära ämnen i den första fraktionen och biologiskt relativt svårnedbrytbara högmolekylära ämnen i den andra fraktionen.

Enligt en utföringsform utförs separationen så att den andra fraktionen innehåller huvuddelen av de ämnen som ger upphov till avloppsflödets kemiska syreförbrukning.

Separationssteget kan med fördel vara anpassat att utföras så att endast en minimal mängd natrium kvarhålls inom den andra fraktionen, koncentratet.

Detta kan åstadkommas genom att använda ett membranfilter med en “cut- off' (uteslutningsgräns) inom intervallet 5000-lO00OOg/mol, företrädesvis IOOOO-QOOOOg/mol. Eftersom natriuminnehållande ämnen smälter vid de höga temperaturer som används vid förbränning och då orsakar problem då de fastnar på insidan av förbränningsanordningen, möjliggör ett borttagande av huvuddelen av natrium att ett förbränningssteg kan utföras i en relativt enkel 10 15 20 25 30 förbränningspanna. En sådan förbränningspanna är väldigt billig i förhållande till en konventionell sodapanna och tillhandahåller således en metod för avloppshantering som är långt mer ekonomisk.

Uppfinningen är speciellt användbar i samband med en massatillverkningsprocess, exempelvis för tillverkning av en termomekanisk massa. Uppfinningen är också användbar när massan som tillverkas år en kemitermomekanisk massa (CTMP) eller en kemimekanisk massa (CMP).

Massatillverkningsprocessen kan vidare vara en process som tillverkar en neutral sulfit halvkemisk massa (NSSC). Uppfinningen år speciellt användbar när en dylik process utförs som en fristående fabrik, dvs. inte integrerad med en kemisk massafabrik med sodapanna.

I enlighet med uppfmningen tillhandahålls vidare ett system för att utföra den innovativa metoden. Systemet för behandling av avlopp från en massatillverkningsprocess innefattar en separationsanordning, en anordning för biologisk behandling och en förbränningsanordning, där separationsanordningen år anpassad för att separera avloppet i en första fraktion och en andra fraktion och där den biologiska behandlingsanordningen är anpassad för att behandla den första fraktionen och förbränningsanordningen anpassad för att behandla den andra fraktionen Enligt en utföringsform innefattar systemet ett membranfilter som separationsanordning, med en ”cut-off” (uteslutningsgräns) hos membranet vald så att en minimal mängd natrium kvarhålls på membranfiltret. Enligt en annan utföringsform används en relativt enkel förbrånningspanna som förbränningsanordning.

Den föreslagna metoden och det föreslagna systemet leder till ett antal fördelar, däribland: o möjlighet att möta de tuffare kraven på avloppsbelastning. o möjlighet att möta de tuffare kraven på avloppsbelastning med låga investeringskostnader såväl som låga driftskostnader. 10 15 20 25 30 o möjlighet att tillhandahålla en effektiv och billig metod och ett system för att hantera avloppet från en fristående fabrik för mekanisk massatillverkning. o möjlighet att konstruera och driva massatillverkningsprocesser med lägre massautbyte, dvs. göra massor med högre styrka eller högre ljushet.

Den sist listade fördelen beror på effekten att en bättre avloppsbehandling möjliggör att massatillverkningsprocessen kan tillåtas generera en högre mängd COD utan att detta påverkar kvaliteten på det renade avlopp som släpps ut från massafabriken.

KORT BESKRIVNING AV RITNINGARNA Uppfinningen, tillsammans med fler syften och fördelar, förstås bäst med hänvisning till följande beskrivning och bifogade ritning, i vilken: Fig. l är en schematisk figur som illustrerar systemet och metoden enligt en utföringsform av uppfinningen; DETALJERAD BESKRIVNING Både metoden och systemet beskrivs med hänvisning till figur 1 och hånvisningsbeteckningar i figuren kan således relatera såväl till metodsteg som systemkomponenter.

Fig. 1 visar schematiskt ett system 500 för behandling av ett avlopp enligt en utföringsform av uppfinningen och metoden är beskriven med hänvisning till systemet. Det ska noteras att metoden kan utföras även i andra system än det som, om än mycket schematiskt, visas i figuren.

I ett första steg 1 behandlas ett avlopp E från en industriell process, exempelvis en massatillverkningsprocess, i en separationsanordning 100 som separerar avloppsflödet E i en första fraktion Fl och en andra fraktion 10 15 20 25 30 7 F2. I en föredragen utföringsform är separationsanordningen 100 ett membranfilter 101 som kan separera avloppsflödet E i två fraktioner, där den första fraktionen Fl innehåller huvudsakligen lågmolekylära organiska ämnen som är relativt lättnedbrytbara medan den andra fraktionen F2 innehåller huvudsakligen högmolekylära organiska ämnen som är kända som relativt svärnedbrytbara. Det finns ingen exakt definition av termen “relativt lättnedbrytbar”, men i avloppshantering används termen “lättnedbrytbar” generellt och vanligt förekommande för att benämna sådana ämnen som på kort tid kan brytas ned medelst biologiska processer.

Separationsanordningen 100 kan dock vara vilken anordning som helst som klarar av att separera flödet i sådana fraktioner. Anordningen kan också vara anpassad att utföra separationen på så sätt att huvuddelen av de ämnen som ger upphov till den kemiska syreförbrukningen hos avloppsflödet E återfinns i den andra fraktionen.

I ett andra steg 2 förs den första fraktionen Fl till och behandlas i en biologisk behandlingsanordning 200. Den biologiska behandlingsanordningen kan ha en konventionell konstruktion. I en utföringsform bryter mikroorganismer ner det organiska materialet i en anaerob behandling (dvs. utan närvaro av syre). Alternativt kan den biologiska behandlingen utföras med ett aktivt slam i vilken mikroorganismer i närvaro av syre biologiskt oxiderar det organiska materialet. Syret kan tillsättas i form av ett luftflöde. I den illustrerade utföringsformen indikeras ett sådant valfritt luftflöde 201 som kan tillsättas till anordningen med den streckade pilen i ñguren. Alternativt kan rent syre tillsättas till anordningen. Ett renat flöde av vatten 202 som lämnar den biologiska behandlingsanordningen 200 kan återföras till massaprocessen eller släppas ut till den omgivande miljön. Den första fraktionen är således effektivt behandlad för att uppfylla de krav som ställs med avseende på utsläpp av skadliga ämnen till miljön. Om separationen utförs på så sätt att huvuddelen av de ämnen som ger upphov till den kemiska syreförbrukningen i avloppsflödet E återfinns i den andra fraktionen kan den 10 15 20 25 30 8 biologiska behandlingsanordningen 200 i det andra steget 2 vara jämförelsevis liten.

I ett tredje steg 3, som kan utföras samtidigt med det andra steget 2, förs den andra fraktionen till och behandlas i en förbränningsanordning 300.

Valfritt kan förbränningsanordningen föregås av en indunstningsanordning 310 för att i ett indunstningssteg 3a indunsta åtminstone en del av en mängd vatten som fortfarande kan finnas i den andra fraktionen F2. I figuren är indunstningsanordningen 310 illustrerad med streckade linjer för att understryka att detta är ett valfritt steg som kan uteslutas. I förbränningsanordningen 300 förbränns, om en indunstningsanordning 310 används, en rest 312 av den andra fraktionen efter avlägsnande av en vattenmängd 31 1 eller, om ingen indunstning utförs, hela fraktionen F2. De högmolekylära organiska ämnena som fanns i fraktionen F2 blir således omvandlade till energi som kan användas i den industriella process som skapade avloppet, eller i andra processer i behov av energi.

I en föredragen utföringsform är förbränningsanordningen 300 en enkel förbränningspanna. Ordet förbränningspanna används generellt, och speciellt i detta sammanhang, för att särskilja en sådan förbränningsanordning från en mer sofistikerad sodapanna. Det ska förstås att en förbränningspanna enbart är en destruktionsanordning utan medel för återvinning eller annan hantering av ämnen som finns i avloppet, t.ex. natrium.

Natrium är generellt ett problem vid förbränning vid höga temperaturer, eftersom de natriuminnehållande ämnena smälter och sen tenderar att fastna på förbränningspannans innerväggar vilket skapar problem som t.ex. ökad korrosion och ett ökat underhållsbehov. I en sodapanna tas natriumet, i form av natriumkarbonat och natriumsulfid, ut som en smälta i botten, vilket kräver en rätt så komplicerad struktur på pannan. För att erhålla natriumsulfid istället för natriumsulfat måste förbränningen dessutom ske i en reducerande miljö, dvs. med ett syreunderskott. 10 15 20 25 30 9 Genom att minimera mängden natrium i koncentratet som ska förbrännas är det möjligt att använda en mindre komplicerad anordning i förbränningssteget 3, vilket således är en mycket billigare anordning. En relativt enkel förbränningspanna, utan medel för att hantera problemen som är kopplade till natrium, kan i den uppfinningsenliga metoden användas för att förbränna koncentratet, fraktion F2.

Ett membran 101 i separationsanordningen 100 bör således företrädesvis väljas så att membranet 101 släpper igenom de lägmolekylära organiska föroreningarna och en huvuddel av natiumjonerna till perrneatet, så att mängden av natrium som kvarhålls i koncentratet, fraktion F2, är så liten som möjligt. Ett mått på “cut-off” (avskiljningsgränsen) ges ofta i g/mol, vilket indirekt motsvarar den molekylvikt som kommer att kvarhällas på membranet.

Om filtrets “cut-ofí” väljs för vitt för att säkerställa att alla natriuminnehållande ämnen passerar membranet ökar risken för att högmolekylära organiska ämnen passerar. Det är således en balansgäng mellan att separera de högmolekylära ämnen som inte är lämpliga för biologisk rening och att kvarhålla så lite natrium som möjligt i koncentratet. En “cut- off” på 5000-1000O0g/mol, företrädesvis 1000O-2000Og/mo1 verkar möjliggöra en adekvat balans.

Som ett exempel på en separationsanordning som är lämplig för att utföra separationssteget hänvisas till den publicerade PCTansökan WO 92 / 03216, i vilken en anordning för membranseparation är beskriven.

Fastän uppfinningen har beskrivits med hänvisning till en speciñk visad utföringsform understryks att den också täcker ekvivalenter till de visade särdragen, liksom ändringar och varianter som är uppenbara för fackmannen. Skyddsomfånget begränsas således enbart av de bifogade kraven .

Claims (15)

10 15 20 25 30 10 PATENTKRAV

1. En metod för behandling av ett avloppsflöde (E) från en industriell process, innefattande stegen att: föra avloppsflödet genom ett separationssteg (1) för att åstadkomma en första fraktion (Fl) och en andra fraktion (F2), där den första fraktionen är den fraktion som passerar genom separationssteget och den andra fraktionen är den fraktion som kvarhålls i separationssteget; föra den första fraktionen (Fl) till ett biologiskt behandlingssteg (2) för biologisk nedbrytning; föra den andra fraktionen (F2) till ett förbränningssteg (3) för förbränning.

2. En metod enligt krav 1, kännetecknad av att förbränningssteget (3) föregås av ett indunstningssteg (Sa) i vilket en huvuddel av vätskeinnehållet i den andra fraktionen (F2) indunstas före förbränning.

3. En metod enligt krav 1 eller 2, kännetecknad av att separationssteget (1) innefattar separation genom ett membranfilter, där den första fraktionen (Fl) är ett perrneat och den andra fraktionen (F2) är ett koncentrat.

4. En metod enligt krav 3, kännetecknad av att genom membranfiltret separera biologiskt relativt lättnedbrytbara lågmolekylära ämnen i den första fraktionen (Fl) och biologiskt relativt svårnedbrytbara ämnen i den andra fraktionen (F2).

5. En metod enligt krav 4, kännetecknad av att separationssteget (1) utförs så att den andra fraktionen (F2) innehåller huvuddelen av de ämnen som ger upphov till den kemiska syreförbrukningen hos avloppsflödet (E). 10 15 20 25 30 11

6. En metod enligt något av kraven 3-5, kännetecknad av att separationssteget utförs så att endast en minimal mängd natrium kvarhålls inom den andra fraktionen (F2), koncentratet.

7. En metod enligt krav 6, kännetecknad av att ett membranfilter med en “cut-off' inom intervallet 5000-100000g/mol, företrädesvis 10000-20000 g/mol, används.

8. En metod enligt krav 6 eller 7, kännetecknad av att förbränningssteget (3) utförs i en relativt enkel förbränningspanna.

9. En metod enligt något av föregående krav, kännetecknad av att den industriella processen är en massatillverkningsprocess.

10. En metod enligt krav 8, kännetecknad av att massatillverkningsprocessen är en termomekanisk massatillverkningsprocess.

11. En metod enligt krav 8, kännetecknad av att massatillverkningsprocessen är en kemitermomekanisk eller en kemimekanisk massaprocess.

12. En metod enligt krav 8, kännetecknad av att massatillverkningsprocessen är en neutral sulfit halvkemisk massaprocess.

13. Ett system (500) för behandling av avlopp från en massatillverkningsprocess innefattande en separationsanordning (100), en biologisk behandlingsanordning (200) och en förbränningsanordning (300), kännetecknat av att separationsanordningen är anpassad att separera avloppet i en första fraktion (Fl) och en andra fraktion (F2) och att den biologiska behandlingsanordningen är anpassad att behandla den första fraktionen så att en huvuddel av innehållet i den första fraktionen bryts ned biologiskt och att 10 15 12 förbränningsanordningen är anpassad att behandla den andra fraktionen så att en huvuddel av innehållet i den andra fraktionen förbränns.

14. Ett system (500) för behandling av avlopp från en massatillverkningsprocess enligt krav 13, kännetecknat av att separationsanordningen (100) är ett membranfilter med en “cut-ofí” vald så att endast en minimal mängd natrium kvarhålls inom den andra fraktionen (F2).

15. Ett system (500) för massatillverkningsprocess enligt krav 14, kännetecknat av att behandling av avlopp från en förbränningsanordningen (300) är en relativt enkel förbränningspanna.