SE440095B - Sett vid tillverkning av stark mekanisk och kemimekanisk massa - Google Patents

Description

791o2s2-a 2 pa 3,5 - 8, förvärmes 15 - 30 minuter vid ca 17o°c och defibre- ras därefter vid hög massakoncentration, s.k. högtemperatursul- fit eller HTS.

Ett annat exempel på kemimekaniska massaframställningsmetoder är lågtemperatur-alkalisk-sulfit, LTAS. Flisen impregneras med alkalisk sulfit vid pH 11-13, förvärmes 5 minuter vid ca 12o°c och defibreras vid hög koncentration.

Massautbytena för de två sulfitmetoderna styres med den satsade mängden kemikalier, och ligger i regel mellan 82 och 95 % varvid energiförbrukningen ligger mellan 500 och 1000 kWh/ton. Som jäm- förelse kan nämnas att energiförbrukningen för termomekanisk massa är ca 2000 kWh/ton vid samma freeness.

Ljusheten på HTS-massa är ca 65 % ISO och på LTAS-massa ca 55-60 % ISO: ' För fullständighetens skull skall också den s.k. kallsodaprocessen ' nämnas. Härvid impregneras flisen med natronlut vid ca 90-110°C mellan 10 och 30 minuter före defibreringen. Processen kan med hjälp av alkalisatsningen och förvärmningsbetingelserna styras till att ge en mycket stark massa i utbytesområdet 75-85 %, men ljusheten blir' oacceptabel för de flesta användningsområden.

En stor begränsning vid tillämpningen av kemimekaniska processer är, att de tillförda kemikalierna åstadkommer en markant ökning av mängden utlöst vedsubstans. Generellt gäller att en sänkning av vedutbytet med ca 10%-enheter från termomassans utbyte på ca 95 % till HTS- eller LTAS-massans ca 85 % ger en ökning av utlöst och därigenom även till omgivande vattendrag utsläppt, kemiskt syre- förbrukande substans, KS, från ca 40-50 kg/ton till ca 100-130 kg/ ton. BS-utsläppet ökar i motsvarande grad till en storleksordning av 50-60 kg/ton. Även mängden toxiska hartsämnen ökar.

En tillverkare av mekanisk massa ställes därför inför ett mycket besvärligt miljöproblem om han vill ta det i och för sig enkla och investeringsmässigt ytterst gynnnsamma steget från termomekanisk till kemimekanisk massa genom att mängden biologiskt icke ned- brytbart material i avloppen blir så hög.

Denna mängd representeras av skillnaden KS-BS och uppgår i de ovan- 3 7910282-s nämnda fallen till minst 50 kg/ton, som till yttermera visso är mycket miljömässigt besvärande och som helt opåverkat passerar genom dagens reningsanläggningar, dvs. den biologiska reningen i form av exempelvis luftade dammar.

Analyser av avloppen har visat att den biologiskt onedbrytbara delen huvudsakligen består av högmolekylära ligninrester och hartsämnen, och vår föreliggande uppfinning grundar sig på att föroreningarnas molekylvikt är relativt hög, dvs. medelmolekyl- vikten är högre än 1000.

Det är känt sedan länge att man kan separera komponenter med oli- ka molekylvikt från varandra genom att låta lösningarna passera genom olika typer av semipermeabla membran. Separationseffekten grundar sig på att membranet har hål eller porer som medger mo- lekyler mindre än en viss storlek att passera, men som utestänger större molekyler. Eftersom förhållandena vid molekylernas passage genom porerna är komplicerade, brukar membranens prestanda icke anges som funktion av molekyldiametrar och pordiametrar utan man anger som membranets "cut off" den minsta molekylvikt som icke kan passera. Detta innebär att ett och samma membran kan uppvisa variation i cut off data för olika molekylslag beroende på mole- kylernas geometri.

Membranets cut off eller täthet påverkar också en annan viktig teknisk parameter, nämligen det tryck som erfordras för att pressa lösningsmedlet genom membranet. Självfallet krävs högre tryck med lägre cut off eller med tätare membran. Man brukar för mycket täta membran som kräver tryck större än ca 20 bar beteckna processen omvänd osmos, RO och för tryckfall mellan 5 och 20 bar ultrafiltre- ring, UF.

Det avgörande för membranteknikens användning i fabriksprocesser har varit, att det utvecklats membran tillräckligt motståndskraf- tiga för att stå emot de aggressiva miljöer med avseende på pH och kemikalier som förekommer i massafabrikers avlopp. Det finns också apparatur tillgänglig på marknaden som baserar sig på denna teknik.

Det flöde av lösningsmedel och lågmolekylärt material som passerar membranet betecknas permeat och det betydligt mindre flödet av lösningsmedel och kvarhâllet högmolekylärt material på membranet 7910282~8 kallas koncentrat. Koncentrationsfaktorn definieras som kvoten mellan ingående vätskas volym och koncentratets volym.

Inledningsvis har nämnts, att de högmolekylära komponenterna i avloppen är biologiskt onedbrytbara och därmed omöjliga att be- handla i vanliga biologiska reningsanläggningar. Varje ökad ke- mikaliemodifiering vid massaframställningen för att åstadkomma bättre massastyrka och lägre energiförbrukning medför därigenom oundvikligen en ökad miljöpåverkan.

Dessa nackdelar undanröjes på ett effektivt sätt av föreliggande uppfinning som kännetecknas av att avlopp från tillverkningen le- des till ett semipermeabelt membran med en cut off på ca 1000, där det separeras i ett koncentrat innehållande högmolekylära sub- stanser som bortledes, och ett permeat innehållande lågmolekylära substanser som återcirkuleras till processen.

Med uppfinningen nås flera fördelar. För det första löses fabri- kens miljöproblem med biologiskt onedbrytbara utsläpp genom att de högmolekylära komponenterna avskiljes som ett koncentrat som lätt kan destrueras, exempelvis genom förbränning. Det har visat sig möjligt att nyttiggöra vissa delar av koncentratet. För det andra har det visat sig att de i veden ingående harts- och extrak- tivämnena avskiljes i koncentratet. Därmed kan man alltså på ett enkelt sätt sluta bakvattensystemet även för fabriker som arbetar med hartsrika vedslag, exempelvis olika arter av tall, som råvara* för den mekaniska massaframställningen. Detta har tidigare omöjlig- gjorts på grund av återadsorption av harts och färgade substanser såväl på massan som på utrustningen för massans vidare förädling.

Detta gäller framför allt för processer av typ LTAS.För det tredje minskas fabrikens färskvattenbehov i samma grad som permeatet återanvändes. f Uppfinningen skall beskrivas utförligare i samband med nâgra ut- föringsexempel och de åtföljande ritningarna, som visar på fig 1 en principritning av en ultrafiltermodul, fig. 2 UF-moduler sam- mankopplade till en anläggning, och fig. 3 en anläggning för mas- satillverkning enligt uppfinningen.

För körningarna användes en UF-anläggning av typ Ultraseö:>till- verkad av DDS-Eka. Uppfinningen är emellertid icke begränsad till UF-membran med sina specifika cut off data och koncentrationsför- 5 7910282-8 hâllanden, utan även andra membran av RO- eller UF-typ, precoat- filter, dynamiska membran etc. kan likaväl användas.

I försöksanläggningen var membranen utformade som plattor och tillverkade av ett polysulfonmaterial. För att ge mekanisk stad- ga åt de tunna membranen moteras de på perforerade bärare, utfor- made så att permeat kan avledas. Membran och bärare monteras växelvis i s.k. moduler, se fig. 1, där modulen 1 är uppbyggd av skivor av membran och bärare 2 mellan vilka inmatningsströmmen 3 ledes. Permeatet 4 passerar membranen och ledes ut genom dräne- ringsrör inifrån bärarna medan koncentratet 5 går i en labyrint- väg mellan skivorna och ledes ut efter sista skivan.

Fig. 2 visar tre moduler sammankopplade till en reningsanläggning.

Avluten 3 tryckes med en pump 6 genom UF-modulen 1 varifrån per- meatet 4 bortledes genom röret 7. Koncentratet ledes genom röret 8 tillbaka till det avsmalnande inloppsröret 9 på en punkt efter intaget för pumpen 6. Efteråt i strömningsriktningen följer nästa modul 1 med sin motsvarande pump 6 och utlopp 7 och 8. Anläggning- en på fig. 2 visas med tre moduler men godtyckligt antal kan givet- vis anordnas. Efter hand anrikas avluten mer och mer för att bort- gå som koncentrat. Av pumparna 6 bringas det inkommande avloppet att cirkulera med hög strömningshastighet över membranytorna och därigenom undvikes mekanisk igensättning av de fina porerna. Vi har arbetat med en anläggning med en kapacitet av 600 l/h inkom- mande avlopp och ett koncentrationsförhållande på ca 12. Koncent- ratströmmen har alltså uppgått till i medeltal 50 l/h och permeat- strömmen till 550 l/h. Cut off molekylvikten för membranet är no- minellt 1000 för ligninmaterialet. Massatillverkningen har gjorts i en anläggning för kemimekanisk massa av det slag som visas på fig. 3. I figuren är icke inritat de sandfilter som är inkopplat omedelbart före UF-anläggningen för att minska halten av suspende- rade, fasta partiklar, småfibrer etc.

Som utgångsmaterial användes vedflis av björk, Betual Alba, som i en mängd av 120 kg/h inmatades till flistvätten 1 för att befrias från sten och dylikt, varefter flisen ledes in i förvärmaren 2 sam- man med en sulfitlösning med pH 7,8 från ledningen 3 med 9,5 vikt% sulfit räknat på torrtänkt flis. Efter en uppehâllstid på 25 minu- ter vid 170°C utmatades det förbehandlade vedmaterialet till de- fibrören 4 och defibrerades i två steg vid en massakoncentration 7910282-8 av i första seget ca 32 % och i andra steget ca 25 %. Efter andra defibreringssteget tillsattes bakvatten till massan i eller ome- delbart före pressen 5, varigenom tvättverkningsgraden i pressen förbättrades. Så mycket massavätska utpressades att koncentratio- nen efter pressen blev närmare 50%. Den utpressade vätskan inne- hållande de tidigare nämnda föroreningarna leddes genom ledningen 6 till ultrafiltret 7, där flödet delades upp i ett koncentrat 8 och ett permeat 9. Koncentratmängden uppgick till ca 0,3 m3/ton och permeatmängden till 3,5 m /ton. Den renade permeatströmmen 9 innehållande lågmolekylärt material återleddes till processen och fördelades mellan flistvätten 1, impregneringssteget 2 och efter kylning defibreringen 4. Efter pressen silades massan i si- lar 10 och urvattnades i urvattnare 11 för att uttagas som rela- tivt torr massa 12. Bakvatten från urvattnaren 11 fördes genom led- ningen 13 dels till pressen 5, dels till flistvätten 1, dels till silarna 10 som spädvatten. överskottet av bakvatten bortleddes ge- nom ledning 14. Färskvatten till defibrör och sileri inleddes ge- nom ledning 15.

Under försöken bestämdes miljödata i koncentratavloppet 8 och bak- vattenavloppet 14. Vidare tvättades massan 12 med varmt vatten och analyserades och bestämdes KS och BS för att ge bästa möjliga överblick av den totala materialbalansen. Resultaten är sammanfat- tade i nedanstående tabell 1 och som jämförelseprov har gjorts ett försök med samma kemikaliesatsningar men utan ultrafilter, press och återföring. KS, kemisk syreförbrukning (COD, Chemical Oxygen Demand) är ett mått på kemisk nedbrytbart material uttryckt som kg/ton massa. BS, biologisk syreförbrukning (BOD, Biological Oxy- gen Demand) är ett mått på mängden biologiskt nedbrytbart. Kvoten (KS-BS)/KS ger således andelen svårnedbrytbart i förhållande till den totalt utlösta substansmängden. Generellt gäller att BS främst utgöres av den lågmolekylära fraktionen. 7 1910282-s Tabell 1 Koncentratavlopp Jämförelse- Utförings- KS prov exempel Koncentratavlopp KS Kg/ton ~ 68 BS7 kg/ton - 22 Svårnedbrytbart, vikt% - “ 57 Bakvattenavlopp samt kvarvarande vatten i massa KS kg/ton 114 49 BS7 kg/ton 58 32 Svårnedbrytbart, vikt% 49 34 Av tabellen framgår att mängden svârnedbrytbart material till recipienten minskar medöver 50 vikt%, samt att andelen biolo- giskt svårbehandlade föroreningar minskar från 49 till 34 vikt%.

Uppfinningen är givetvis icke begränsad till enbart kemimekanisk massa utan kan naturligtvis också tillämpas på samma sätt på van- lig termomekanisk massa och slipmassa. Anläggningen på fig. 3 är en föredragen utföringsform som bygger på att föroreningarna av- lägsnas så tidigt som möjligt ur processen. Om någon tillgång till tvättpress icke finnes kan bakvattenavloppet i stället ledas till membrananläggningen och permeatet återledas till de på fig. 3 vi- sade punkterna och dessutom användas som ersättning för färskvat- ten.

Med uppfinningen kan i princip bakvattensystemet slutas så att en- dast koncentratavloppet bortledes. Förutsättningen för detta är att all övrig vätska från processen återanvändas och får passera ge- nom ultrafiltret. I de angivna utföringsexemplen har den använda skruvpressen icke arbetat med mer än ca 70 % verkningsgrad, men självfallet kan annan, mera effektiv tvättutrustning och/eller större mängder tvättvätska i form av rent sileribakvatten användas.

Claims (5)

7910282-8 8 Patentkrav F

1. Sätt vid tillverkning av stark mekanisk och keminekanisk wassa, k ä n n e t e c k n a t av att avlopp från tillverkningen ledes till ett semipermeabelt membran med en cut off på ca 1000, där det separeras i ett koncentrat innehållande högmolekyläre sub- stanser som bortledes, och ett permeat innehållande làgmolckylära substanser som återcirkuleras till processen.

2. Sätt enligt krav 1, k ä n n e t e c k n a t av att flisen tvättas i en flistvätt, impregneras med kemikalier i en impregneringsanläggning, defibreras och tvättas i en massatvätt, varifrån tvättvattnet separeras i membrananläggningen och per- meatet återledes till flistvätten och/eller impregneringsanlägg- ningen och/eller defibreringen.

3. Sätt enligt krav 7 eller 2, k ä n n e t e c k n a t av att massan efter massatvätten ledes till silar och därifrån till nrvattnare, varvid bakvattnet från urvattnaren ledes till membran- anläggningen och permeatet àterledes som ersättning för färekvatten.

4. Sätt enligt krav 5, k ä n n e t e c k n a t av att bak- vattnet från urvattnaren delvis återledes till flistvätt, massatvätt och sileri och bakvattenöverskottet (14) ledes till membrananläggningen (7) varifrån permeatet användes som ersättning för färskvatten. 8 873810

5.000