SE465040B - Saett att behandla bakvatten fraan en pappersmaskin och/eller anlaeggning foer tillverkning av pappersmassa - Google Patents

Description

465 040 tränger igenom membranen och därvid befrias från vissa beståndsdelar, och i en del, rejectet, som förflyttas längs membranen och uppkoncentreras på nämnda beståndsdelar.

Vad som närmare kännetecknar uppfinningen framgår av patentkrav 1. Fördel- aktiga utföringsformer av uppfinningen framgår av underkraven.

K» Den vattengenomsläppliga membranen kan bestå av ett enda element i form av en vävd eller filtad produkt med genomgående hål, t ex ett nät eller en matta uppbyggd av fibrer av ett polymermaterial såsom polypropen, poly- etylenglykoltereftalat, polyamid, polysulfon eller polyuretan eller fibrer av ett metalliskt material, såsom rostfritt stål. Skiktet kan bland annat också ha formen av en sintrad porös (genomgående porer) eller perforerad homogen platta av metall såsom rostfritt stål eller av keramiskt material såsom aluminiumoxid. De genomgående hålen i ett sådant skikt har lämpligen en storlek av 0,005-5 pm.

Den vattengenomsläppliga membranen kan också bestå av ett element av det beskrivna slaget som stödmatris och ett eller flera på denna anordnade, dynamiskt applicerade skikt av partikelmaterial. I en på detta sätt sam- mansatt membran har de genomgående hålen i stödmatrisen lämpligen en storlek av 10-200 pm. Vid användning av enbart ett skikt av det nämnda slaget består detta av ett finfördelat, företrädesvis i kolloidal form föreliggande partikelmaterial, t ex i form av kiseldioxid, diatomer, kiselgur, zirkoniumaioxia, aluminiumoxia, uišandioxid, glas eller en: polymermaterial. Vid flera skikt, t ex två skikt, består det yttersta skiktet, som är det vid separeringen väsentligen verksamma skiktet, av ett finfördelat partikelmaterial av nyss exemplifierat slag, medan det andra skiktet, mellanskiktet, som är beläget mellan nämnda verksamma skikt och stödmatrisen av ett partikelmaterial med en partikelstorlek som är större än partikelstorleken hos partiklarna i det verksamma skiktet. Enligt en fördelaktig utföringsform av den föreliggande uppfinningen utgöres mate- rialet i det yttersta verksamma skiktet av ett i bakvattnet olösligt material med en partikelstorlek som är väsentligt mindre än storleken på hålen i stödmatrisen och materialet i mellanskiktet av ett i bakvattnet olösligt men i ett upplösningsmedel lösligt material med en median- partikelstorlek som är större än medianpartikelstorleken hos partiklarna i det verksamma skiktet. Hålen i stödmatrisen har företrädesvis en storlek av 10-200 pm, partiklarna i mellanskiktet en medianpartikelstorlek av 465 C140 1-100 pm och partiklarna i det verksamma skiktet en medianpartikelstorlek av under 1 pm. Genom att bygga upp den sammansatta membranen på detta sätt kan stödmatrisen friläggas för regenerering genom behandling av membranen med upplösningsmedlet under upplösning av partiklarna i mellan- skiktet och bortföring_av det verksamma skiktet genom stödmatrisens hål.

Bakvatten från en pappersmaskin eller en anläggning för tillverkning av pappersmassa har normalt ett pH-värde av ca 7 eller däröver. Som exempel på lämpliga partikelmaterial i mellanskiktet kan nämnas jordalkalikarbo- nater såsom kalciumkarbonat, vissa hydroxider såso¿ järnhydroxid, vissa oxalater såsom kalciumoxalat och vissa fosfater såsom kalciumpyrofosfat.

Rotorn i separationsanordningen är lämpligen anordnad med en mot den vattengenomsläppliga membranen vinkelrät rotationsaxel och är utformad med delar, t ex vingar, som är rörliga längs och parallella med membranens yta och åstadkommer att blandningen av vatten och partiklar skjuvas_över membranen. Rotorn kan också utnyttjas för regenerering av membranen, var- vid beläggningar och eventuellt skikt i membranen avlägsnas och de nämnda skikten ersättes med nytt material. För att vid regenerering bringa härför verksamma delar, såsom avskrapare på rotorn, i mekanisk kontakt med membranen kan rotorn göras förskjutbar relativt membranen i rotations- ax “ns riktning. Man kan alternativt förse rotorn med rörliga avskrapare as fdnade så att de bringas i mekanisk kontakt med membranen vid en rota- tionsriktning hos motorn, medan de vid motsatt rotationsriktning spärras från kontakt med membranen.

Uppfinningen skall förklaras närmare genom beskrivning av utföringsexempel under hänvisning till bifogade ritning, i vilken fig 1 visar en separa- tionsanordning för utförande av sättet enligt uppfinningen i ett mot den vattengenomsläppliga membranen vinkelrätt snitt genom rotorns axel, fig 2 en liten del av en vattengenomsläpplig membran i stark förstoring, fig 3 den vattengenomsläppliga membranen och rotorn sedd i rotoraxelns riktning från separationsanordningens inre, fig Ä en utföringsform av rotorn i samma snitt som i fig 1, fig 5 en utföringsform av rotorn i ett däremot vinkelrätt snitt och fig 6 visar schematiskt användning av anordningar av i fig 1-5 illustrerat slag för behandling av bakvatten från en pappers- maskin och/eller anläggning för tillverkning av pappersmassa enligt den föreliggande uppfinningen. ('4e5 040 " “ Separationsanordningen enligt fig I omfattar en kammare 10 med cylindrisk form och två cirkulära vattengenomsläppliga membran 11 och 12 anordnade vid kammarens ändytor. Membranen är vid sina kanter tätande infästa i kammarens väggar med icke visade tätningar. Varje membran består av en stödmatris 11a resp 12a av finmaskig vävduk med en central rund urtagning llal resp 12al, och av skikt av partikelmaterial såsom illustreras i fig 2. Stödmatrisen har genomgående hål 22. I det exemplifierade fallet användes ett yttre verksamt skikt llbb resp 12bb och ett mellanskikt llba resp l2ba av tidigare nämnt slag (skikten llba och 11bb är tillsammans betecknade 11b och skikten 12ba och 12bb tillsammans 12b i fig 1). Kam- maren är vid en punkt på mantelytan försedd med ett inlopp 13 för det vatten, bakvatten från en pappersmaskin resp en anläggning för tillverk- ning av pappersmassa eller ett med avseende på föroreningar koncentrerat sådant bakvatten, som skall behandlas i separationsanordningen, och vid en diametralt motsatt punkt på mantelytan försedd med ett utlopp lfl för av- ledning av en del av de tillförda vattnet. Nämnda del, rejectet, uppkon- centreras med avseende på föroreningar då den förflyttas längs membranen 11 och 12. Inloppet 13 och utloppet 14 är anordnade i separationsanord- ningens sidoväggar 15 och 16. Den del, permeatet, av det tillförda vatt- net, som passerar genom membranen 11 och 12, befrias från föroreningar vid passagen av membranen och går ut i utrymmen 17a och 17b mellan membranen 11 resp 12 och separationsanordningens ändväggar 18 resp 19. Utrymmet 17a är med en icke visad förbindelse (i annat plan än det i fig 1 visade) an- ordnat i förbindelse med utrymmet 17b. Utrymmet 17b (och därmed utrymmet 17a) är försett med ett utlopp 21 för permeatet. Membranen 11 och 12 stö- des av glesa stödnät 25 resp 26 och med veckade stödplåtar 27 resp 28 mot ändväggarna 18 och 19. I kammaren 10 är, såsom också visas i fig 3, anord- nad en rotor 23, i det exemplifierade fallet omfattande en rotationsaxel 23a, vars centrumlinje sammanfaller med den cylindriska kammarens 10 sym- metriaxel, och två vingar eller blad 23b. Rotoraxeln är med icke visade tätande lager lagrad i kammarens väggar.

Då separationsanordningen är i funktion ledes det bakvatten som skall behandlas via inloppet 13 kontinuerligt in i kammaren 10, under det att rejectet kontinuerligt ledes ut genom utloppet 14 med en högre koncentra- tion av åtminstone fasta föroreningar än i det tillförda vattnet och per- meatet ledes ut genom utloppet 21, åtminstone i allt väsentligt befriat från fasta föroreningar. Mellan membranens 11 och 12 båda sidor upprätt- hålles en tryckskillnad som kan uppgå till 0,03-1 MPa (högre på bakvatt- nets inloppssida). Genom att rotera rotorn parallellt med membranen under behandlingen av bakvattnet i separationsanordningen åstadkommas som tidi- 5 465 040 gare nämnts skjuvkrafter över membranytan, vilket kraftigt ökar genomflö- det genom membranen och möjliggör en kraftig uppkoncentration av förore- ningar i rejectet.

Rotorn 23 kan användas för att regenerera membranen 11 och 12. Den är i enlighet med fig 4 och 5 företrädesvis försedd med avskrapare 23d för avlägsnande av på membranen 11 och 12 bildade beläggningar och av fin- fördelat partikelmaterial 11bb och llba resp 12bb och 12ba om ett eller flera sådana partikelmaterial användes och behöver bytas ut. Avskraparna kan vara av gummi och ha formen av blad eller klaffar. De kan via leder 25e vara fästa på rotorn på sådant sätt att de fälls ut vid rotorns rota- tion i en riktning (vid regenerering) men fälls in vid rotation i motsatt riktning (vid behandlingen av bakvattnet). Vid regenerering ledes vatten eller annan vätska in vid ettdera av in- och utloppen 13 och lå och ut genom det andra av dem samtic ft som rotorn roteras med utfällda klaffar.

Vid användning av ett partikelmaterial i skikten llba resp 12ba som kan lösas upp i ett upplösningsmedel, kan som tidigare nämnts skikten llbb resp 12bb och 11ba resp 12ba avlägsnas utan användning av rotorn.

Fig 1-5 illustrerar en separationsanordning med endast en kammare. I regel är det lämplig att använda ett paket av ett flertal sådana anordningar staplade intill varandra med inloppen 13 anslutna till en gemensam stam- ledning, utloppen IU anslutna till en gemensam stamledning och utloppen 21 likaledes anslutna till en gemensam stamledning. En sådan separations- anordning omfattande flera på varandra staplade enheter är beskriven i den svenska patentansökningen 87OÄ422-8.

I enlighet med fig 6 tillföras friskvatten till en pappersmaskin och/eller anläggning för tillverkning av pappersmassa 30 via ledningen 31 och avle- des bakvatten via ledningen 32. Anordningen i fig 6 omfattar förutom pappersmaskinen resp anläggningen för tillverkning av pappersmassa i en utföringsform (heldragna linjer och punkt-streckade linjer) två separa- tionsanordningar 33 och 34 " i en annan utföringsform (heldragna linjer och streckade linjer) tre separationsanordningar 33, 34 och 35. Var och en av separationsanordningarna 33, SÅ och 35 omfattar ett flertal separa- tionsenheter av i fig 1-5 visat slag. För var och en av dem består stöd- matrisen 11a (l2a) i det exemplifierade fallet av ett nät av polypropen med en maskvidd av 74 pm och mellanskiktat 11ba resp 12ba av kalcium- 465 040 'l 6 karbonat med en medianpartikelstorlek av 5-10 pm. Det yttersta, verksamma skiktet llbb resp 12bb består i samtliga fall av kolloidal kiseldioxid. I anordningen 33 har partiklarna i skiktet llbb och 12bb en medianpartikel- storlek av 0,005-0,05 pm och i anordningarna 34 och 35 en medianpartikel- storlek av 0,025-0,1 pm. Skikten llba och llbb resp 12ba och 12bb appli- ceras dynamiskt från suspensioner innehållande resp partikelmaterial. I separationsanordningarna 34 och 35 kan ett permeatflöde av 100-1000 l/m2 h upprätthållas, vilket ger en effektiv avvattning av det tillförda vattnet, medan i separationsanordningen 33 ett flöde av 30-100 l/m2 h upprätt- hålles, vilket tillsammans med de av rotorn 23 alstrade skjuvkrafterna möjliggör en uppkoncentrering av det till denna anordning tillförda vattnet och som reject avledda vattnet så att dess torrhalt uppgår till åtminstone 25-40 X.

Anordningen i fig 6 omfattar också en förbränningsanordning 36, t ex i form av en konventionell panna eller en fluid bed panna, samt ett filter 37 med förmåga att avlägsna lågmolekylära organiska salter och till en del oorganiska salter ur vatten, såsom ett filter i form av en spirallindad membranmodul, s k nano-filter eller RO-filter, t ex i form av ett filter med handelsnamnet DESAL 5 från Desalination Systems Inc., USA.

Vid användning av den förstnämnda utföringsformen av anordningen enligt fig 6 ledes bakvattnet, som bl a innehåller fibrer, samt hög- och låg- molekylära organiska substanser, varav en stor del i form av hartssyror och oorganiska salter, via ledningen 32 till separationsanordningen 34.

Från denna avledes via ledningen 40 permeat, som är helt befriat från fasta partiklar, såsom fibrer, och tillnärmelsevis helt befriat från hög- molekylära organiska substanser, såsom bl a hartssyror, och via ledningar- na 41, 42 och 43 reject, som i förhållande till vattnet i ledningen 32 är uppkoncentrerat med avseende på fasta partiklar och högmolekylära orga- niska substanser. Den med avseende på nämnda föroreningar uppkoncentre- rade delen av bakvattnet, rejectet, i ledningarna 41, 42 och 43 ledes till separationsanordningen 33. Från denna avledes via ledningen 44 permeat, som är befriat från fasta partiklar och åtminstone tillnärmelsevis helt från högmolekylära substanser, och via ledningen 45 reject, som i för- hållande till vattnet i ledningen 43 är uppkoncentrerat med avseende på fasta partiklar och högmolekylära, organiska substanser, så att det utan indunstning kan ledas till pannan 36 för förbränning. <- 465 040 Vid användning av den andra utföringsformen enligt fig 6 ledes rejectet från separationsanordningen 34 via ledningarna 41 och 46 till separations- anordningen 35. Från denna avledes via ledningen 47 permeat, som är befriat från fasta partiklar och tillnärmelsevis helt från högmolekylära, organiska substanser, och via ledningarna 48 och 43 reject, som i för för- hållande till vattnet i ledningen 46 är uppkoncentrerat med avseende på fasta partiklar och högmolekylärn organiska substanser. Detta reject be- handlas sedan i separationsanordningen 33 på samma sätt som rejecte~ 41 från separationsanordningen 34 i den först beskrivna utföringsforr , vilket leder till avledning av ett med avseende på brännbara föroreningar uppkoncentrerat vatten via ledningen 45 till pannan 36. Permeaten från ledningarna 40 och 44 i den förstnämnda utföringsformen resp från led- ningarna 40, 44 och 47 i den sistnämnda utföringsformen ledes via led- ningen 49 genom filtret 37 och till ledningen 31 för färskvatten för åter- användning i pappersmaskinen och/eller anläggningen för tillverkning av pappersmassa. På analogt sätt kan mer än en separationsanordning anordnas mellan separationsanordningarna 33 och 34.

Regenerering av membranen 11 och 12 kan lämpligen tillgå så att de sköljes med vatten via resp tillförselledning och tvättas med en mineralsyra, t ex saltsyra, salpetersyra, svavelsyra eller fluorvätesyra med ett pH av omkring 1. Därvid löses mellanskiktet 11ba resp 12ba upp och kan spolas bort tillsammans med partiklarna i det yttersta skiktet llbb resp l2bb så att stödmatrisen lla resp l2a frilägges. De sistnämnda partiklarna kan filtreras från den därvid erhållna lösningen och återanvändas i form av en av dem framställd lämplig suspension. Sedan stödmatrisen frilagts på detta sätt kan nya skikt llba och llbb resp 12ba och 12bb anbringas på den.

Claims (2)

465 040 s ' PATENTKRAV

1. Sätt att behandla bakvatten (32) från en pappersmaskin och/eller anläggning för tillverkning av pappersmassa (30), k ä n n e t e c k - n a t av att bakvattnet (32) underkastas behandling i en separations- anordning (34) med en i en kammare (10) anordnad vattengenomsläpplig membran (11, 12) under det att bakvattnet uppdelas i en del (21, 40), permeatet, som tränger igenom membranen och i allt väsentligt befrias från åtminstone olösta, fasta föroreningar, och i en del (14, 41), rejectet, som förflyttas längs membranen och uppkoncentreras på åtminstone olösta fasta beståndsdelar och under det att vattnet med en i kammaren på membra- nens inloppssida anordnad rotor (23) skjuvas över membranen, att det upp- koncentrerade rejectet (41), underkastas en behandling av samma slag som den för bakvattnet angivna för àstadkommande av ett mer uppkoncentrerat reject (48, 45) och ytterligare permeat (47, 44), att det mer uppkoncent- rerade rejectet (48) eventuellt underkastas ytterligare koncentrering på samma sätt för åstadkommande av ett ännu mer uppkoncentrerat reject (45) och ytterligare permeat (44) samt att det mer uppkoncentrerade rejectet (45) respektive det ännu mer uppkoncentrerade rejectet (45) underkastas förbränning utan föregående indunstning och ett eller flera av permeaten (40, 44, 47) återanvändas som färskvatten (31) för pappersmaskinen och/ eller anläggningen för tillverkning av pappersmassa.

2. Sätt enligt patentkrav 1, k ä n n e t e c k n a t av att ett eller flera erhållna permeat (40, 44, 47) underkastas filtrering (37) för av- lägsnande av eventuellt förekommande làgmolekylära organiska substanser. (I