SE507066C2 - Förfarande för behandling och återvinning av blekeriavlopp från massafabriker - Google Patents

Description

lO l5 20 25 30 35 507 oss 2 massan, vilket således ingår i avloppsvätskorna från dessa bleksteg. Vid t ex framställning av fullständigt blekt barr- vedskraftmassa utgör den extraherade organiska substansen 3- 5% av massaproduktionen. Denna organiska substans har ett högt biologiskt syrebehov (BOD) och mycket mörk färg och innehåller större delen av det klorerade organiska materia- let, uppmätt exempelvis som adsorberbar organisk halogen (AOX). Det klorerade organiska materialet är delvis högmole- kylärt med en mer eller mindre okänd sammansättning och del- vis lågmolekylärt. Den lågmolekylära delen innehåller sub- stanser, som har visat sig vara toxiska, mutagena och har en tendens att bioackumuleras i det ekologiska systemet.

Blekeriavloppen har hittills avletts till en vattenrecipient, för det mesta således via en processextern avloppsbehandling till en luftad lagun eller aktiverad uppslamanläggning. Av- loppsbehandlingen minskar effektivt BOD-koncentrationen men inte det biologiskt inaktiva organiska materialet. Inte ens de mest effektiva biologiska anläggningar för avloppsbehand- ling förmår minska totala koncentrationen av organiskt mate- rial och även koncentrationen av organiskt bundet klor med mer än 50%. Blekeriavloppen utgör således ett betydande miljöproblem för massafabrikerna.

Olika metoder har utvecklats för att lösa detta problem. Vad som huvudsakligen har undersökts är möjligheterna att åter- vinna blekeriavloppen inom massafabrikens kemiska återvin- ningssystem för nedbrytning av den organiska substansen i t ex sodapannan hos en kraftmassafabrik. Väl känt är det försök i fabriksskala som utförts vid Great Lakes PaperïCo's massafabrik i Thunder Bay, Kanada för tio år sedan. Svårig- heten med återvinning av blekeriavlopp är att kloriderna i vattnet koncentreras i processen och således förorsakar processbesvär eller -missöden och accelererad korrosion hos utrustningen. För att lösa detta problem infördes i ovan nämnda massafabrik indunstning av vitlut och en delvis kris- tallisering av natriumklorid. I detta stadium hade emellertid den kloridhaltiga svartluten redan passerat genom lutindunst- ningsanläggningen och förbränts i sodapannan. Stora svårig- lO l5 20 25 30 35 f“so7 oss 3 heter tvingade fabriken att återgå till vanlig praxis med utsläpp av blekeriavloppen till en yttre vattenrecipient.

Väl känd är även ultrafiltreringstekniken för behandling av avlopp, innehållande högmolekylär substans. I detta fall strömmar avloppen över mikroporösa membran, som släpper igenom lågmolekylärt material men kvarhåller högmolekylärt matrial. Denna teknik används t ex vid Taio Paper Co i Japan för separering av den högmolekylära substansen från avloppen från det andra (alkaliska) bleksteget. Huvuddelen av det or- ganiska materialet liksom klorjonerna i avloppen från blek- steget, där klorhaltiga blekmedel används, passerar således igenom de kommersiellt relevanta membranen. Denna teknik lämpar sig därför inte för behandling i fabriksskala av klorhaltiga blekeriavlopp.

SE 435 302 B beskriver ett förfarande att ta tillvara avlutar från blekning med klor/klordioxid. Avluten från bleksteget med klor/klordioxid förs till den oblekta massans sista tvättsteg (6, 9). Därefter indunstas (18) det kloridinnehål- lande avloppet från tvätten innan det förbränns (ex A och Fig. A).

Enligt föreliggande uppfinning leds all sur klorhaltig bleke- riavlut (i figuren betecknad ström 9) till separat indunst- ning medan i SE 435 302 den sura "avluten (17) från klorste- get (7) leds till avlopp" (sid. 9, rad 35), såsom även fram- går av bild A. Den "blekavlut" som i SE 435 302 underkastas termisk oxidation är avlut från brunmassatvätten, vilket* avlut förträngts från massan medelst alkalisk avlut från blekeriets E-steg.

Det i SE 435 302 beskrivna förfarandet är sålunda väsentligt annorlunda än förfarandet enligt föreliggande uppfinning.

Med f n befintlig teknologi är det således omöjligt att se- parera föroreningarna i blekeriavloppen med processinterna mått och steg så att vattnet kan återföras till processen och föroreningarna nedbrytes på ett sätt som ej medför skada på lO l5 20 25 30 35 507 066 * 4 miljön. Detta framgår av det faktum, att alla massafabriker i hela världen i dag släpper ut sitt blekeriavlopp till en yttre vattenrecipient.

Föreliggande uppfinning avser således en ny metod för att möjliggöra en delvis eller total återvinning av blekeriavlopp genom processintern sammankoppling av var för sig kända anordningar och med samtidig omvandling av både klorerad och icke-klorerad organisk substans, som extraheras i blekeriet, till en för miljön ofarlig form.

De huvudsakliga kännetecknen på uppfinningen framgår av krav l i nedan följande patentkrav.

Enligt en utföringsform av uppfinningen avvattnas massan genom utpressning av vätska från densamma med t ex en skruv- press, företrädesvis till en torrhet av 25-35 vikt-%.

Den från blekeriet avdragna vätskan kan indunstas i flera parallella eller på varandra följande steg, företrädesvis vid en relativt låg temperatur av under 7OOC.

Det genom återkompression av den avdrivna ångan uppnådda kondensatet återföres företrädesvis fullständigt eller delvis från indunstningen till något efterföljande bleksteg för an- vändning som tvättvätska. Indunstningen utföres företrädesvis till en torrhet som är tillräckligt hög för att möjliggöra torkning och förbränning av indunstningsàterstoden till oorganiskt material.

Uppfinningen beskrives nedan mera i detalj med hänvisning till bifogade ritningar, där Fig. l visar ett kopplingsschema för ett typiskt modernt massablekeri i ett förenklat utföran- de medan Fig. 2 visar ett kopplingsschema för tillämpning av metoden enligt föreliggande uppfinning.

För fackmannen är det uppenbart att beskrivningen och rit- ningarna utgör endast ett exempel på uppfinningens användning 10 15 20 25 30 35 5 É' sn? oss och således inte innefattar alla alternativ som täcks av patentkraven.

Typiska kopplings- eller ledningsscheman för ett modernt massablekeri visas i Fig. l i ett förenklat utförande. I figuren betecknar W tvättrummet, där avlut från kokarna av- skiljes från den oblekta massan. Tvättrummet består vanligen av flera motströms-tvättfilter eller kombinerade anordningar där motströmstvättning kan genomföras. Den tvättade brun- massan ledes till ett processteg med syredelignifiering, som i Fig. l anges med O. Detta steg kan undvaras i många till- lämpningar och är inte väsentligt enligt föreliggande upp- finning. Efter en eventuell syredelignifiering med ett efter- följande tvättsteg ledes brunmassan till blekeriet. Blekning- en utföres i fyra eller fem på varandra följande bleksteg.

Vart och ett av dessa består av anordningar för dosering av blekkemikalier till massasuspensionen, ett blekningskärl för åstadkommande av tillräcklig retentionstid för reaktionen och en anordning för tvättning av massan. I Fig. l betecknas det första bleksteget med DC. Klorgas och klordioxid matas till detta steg i olika proportioner. Efter tvättning, som normalt leder till en massakoncentration av 10-12% efter tvättste- get, matas massan till det alkaliska bleksteget, i Fig. 1 betecknat EO. Natriumhydroxid och ofta även syrgas matas till detta steg. Efter den kemiska behandlingen tvättas massan i BO-steget, vilket resulterar i en massakoncentration av 10- 12% efter tvättsteget. Massan ledes därefter till slutblek- ning i blekstegen, som betecknas Dl, E och D2. Normalt matas klordioxid till Dl och D2 och natriumhydroxid till E. I några fall utelämnas steg E, som inte är väsentligt för upp- finningen.

I Fig. l visas några huvudflöden mellan olika anordningar.

Flödet, som betecknas med l-4, visar massasuspensionen, som strömmar genom fabriken, varvid flöde l är brunmassasuspen- sionen från kokeriet och flödet 4 betecknar den blekta massa- suspensionen. Varje bleksteg innehåller ett massatvättsteg och Fig. l visar huvudflödena för tvättvätska, som trans- lO 15 20 25 30 35 507 oss * 6 porterar lösta fasta substanser i blekeriet. 5 och 10 anger rent tvättvatten - ofta bakvatten från tvättningen av blekt massa - som kommer till blekeriet. 6 betecknar tvättvätska, som avgår från steget D2 och innehåller klorsubstanser och relativt små mängder extraherat organiskt material, en vätska vilken matas som inkommande tvättvätska till steget Dl, var- vid härifrån utgående tvättvätska betecknas med 8 och ofta används som tvättvätska i steget DC. Tvättvätska 9 från detta steg är starkt förorenad av både organiskt material och klor- substanser och i konventionella blekerier ledes den till en sur avloppsvattenkanal.

I konventionella blekerier används färskvatten som tvättvat- ten 10 till E-steget. Med 12 betecknas tvättvätska, avgående från detta steg, en vätska som matas som inkommande tvätt- vätska till steget BO, varifrån den utströmmande tvättvätskan betecknas med 13 och är starkt förorenad och, i konventionel- la blekerier, ledes till en alkalisk avloppsvattenkanal.

Vattnen i den sura och i den alkaliska avloppsvattenkanalen kombineras och ledes via processextern avloppsvattenbehand- ling till en yttre recipient.

Denna beskrivning av tvättvätskefördelningen i blekeriet innefattar inte flödena av tvättvätska från ett tvättsteg till föregående steg eftersom denna tvättvätska endast er- sätter vattnet, ingående i massan, och inte nämnvärt blandas med den från detta steg avdragna tvättvätskan. Det finns dessutom en inre vätskecirkulation inom blekstegen för trans- port och bildning av filterkakan i några tvättanordningar.

Denna cirkulation har inte angivits med siffra i Fig. l och är oväsentlig enligt uppfinningen.

Förfarandet enligt föreliggande uppfinning beskrives med hänvisning till Fig. 2. Detta förfarande skiljer sig från den kända processen som beskrivits ovan i första hand med av- seende på tre nya anordningar, som har införts i blekeriet, i Fig. 2 betecknade med Pl, P2 och EV. Pl och P2 är avvatt- ningsanordningar, med vilka konsistensen hos massasuspension- en till och från DC-steget höjes över det normala, t ex från 10 15 20 25 30 35 507 066 7 10-12% till 25-35%. Syftet med dessa anordningar är att mins- ka volymen av vatten som medföres massan och tas från DC- steget. Den utpressade vätskan återföres till föregående steg och används där som utspädningsvätska. Eftersom överföringen av lösta fasta substanser i vätskan är proportionell med volymen transporterad vätska kommer en höjning av massa- konsistensen i P2 att minska överföringen av klorhaltigt material till EO-steget, speciellt eftersom en lämplig mängd av avloppsvattnet från BO-steget används för att ersätta större delen av det klorhaltiga avloppet till den normala tvättanordningen hos DC-steget. Då överföringen av klorhalt- igt material till EO-steget således har i väsentlig grad eliminerats kan tvättvätskeflöde 13 från detta steg återföras till fabrikens kemiska återvinningssystem. Enligt exemplet i Fig. 2 realiseras detta genom att kombinera flödet i fråga med avloppsflöde 14 från syredelignifieringen till flöde 15 att användas på ett lämpligt sätt tillsammans med det normala tvättvätskeflödet 16 till tvättrummet W.

För balansering av vattenflödena i de tre sista stegen i blekeriet kan ett visst överflöde 7 av tvättvätska från Dl- stget förekomma. Detta ledes sedan till avloppsvattenkanalen.

Koncentrationen av organiskt material i avloppsvattnet från de slutliga blekstegen är emellertid väsentligt lägre än från de tvâ första blekstegen och ett sådant överflöde - i den mån det förekommer - minskar därför inte uppfinningens värde som en metod för rening av avlopp från blekeriet.

Funktionen för avvattningsanordningen Pl är att minska det inkommande vattnet till DC-steget. Om vattenvolymen i flödet 2 till DC-steget är större än vattenvolymen i flödet 3 ut från steget kommer skillnaden att avledas till avloppsvatten- flödet 9. För att väsentligt minska.denna vattenvolym, som skulle belasta anordningen EV, behövs avvattningsanordningen Pl.

Anordningarna Pl och P2 kan vara separata anordningar, t ex väl kända skruvpressar, eller deras funktion kan integreras med tvättanordningen såsom i välkända trycktvättare. 10 15 20 25 30 35 507 oss i 8 Anordningen EV är en indunstningsenhet. I denna enhet in- dunstas tillsatt avloppsvatten. Värme tas från kondenserande ånga för att indunsta vattnet i avloppsvattnet och den så- ledes bildade ångan komprimeras till ett högre tryck och an- vänds som värmekälla för indunstning av mera vatten. Konden- seringsångan och det kokande avloppsvattnet separeras medelst ett icke-permeabelt värmeledande membran. Det bildade konden- satet då ångan kondenseras innehåller inga icke-flyktiga för- eningar och är således fritt från salter och även allt organ- iskt material med koktemperatur över temperaturen, vid vilken indunstningen äger rum i anordningen.

Anordningen EV är således en väl känd, t ex genom patent- ansökan FI 79948, indunstningsanordning. EV kan bestå av en sådan anordning men i allmänhet erfordras flera anordningar av denna typ, kopplade parallellt eller i serie. Dessa typer av sammankopplingar är väl kända. Enligt uppfinningen är det emellertid lämpligt att indunstningsenheten fungerar genom termisk rekompression, varvid således ingen kontinuerlig ånga erfordras. Vidare är det fördelaktigt men ej nödvändigt att anordningen fungerar vid en låg temperaturnivå, vid typiska indunstningstemperaturer av under 7OOC, för undvikande av onödig värmning av avloppsvattnet och för att förebygga av- dunstning av organiskt material och avdrivning av klorväte- syra. Detta betyder att anordningen i detta fall arbetar vid ett tryck under atmosfärstryck och att tryckskillnaderna över de icke-permeabla värmeledande membranen i anordningen är ringa. Membranen kan därför vara tunna och framställda exem- pelvis av plast.

Med anordningen EV kan således det svårt förorenade och klor- haltiga avloppsvattenflödet 9 uppdelas i ett i huvudsak rent vattenflöde och ett koncentratflöde. Koncentrationen av lösta fasta substanser i detta flöde är i typiska fall över 10%.

Den renade vattenfraktionen är tillräckligt ren för att an- vändas som processvatten i fabriken, enligt Fig. 2 t ex som tvättvätskeflöde 10 till E-steget i blekeriet (eller EO- steget, om det inte finns något E-steg). I några fall kan avdrivning av klorvätegas ske tillsammans med förångning av 10 l5 20 25 9 T' 507 066 vattnet, om koncentrationen av lösta fasta substanser i in- dunstningen blir högre. För undvikande av varje störande återgång av klor till blekeriet kan anordningen EV bestå av indunstningsenheter, kopplade i serie i vattensektionen, var- vid det hela drivs med rekomprimering av avdragen, kondense- rad vattenånga men med skilda koncentrationsnivåer för lös- ningen som skall indunstas. Kondensatet som kommer från an- ordningarna som drivs med en hög koncentrationsnivå och som är förorenat med klorjoner men ej med organiskt material, avdras till avloppsvattenkanalen och endast det icke-föro- renade kondensatet återföres till blekeriet.

Koncentratet innehåller klorföreningarna, i huvudsak klorid- joner, och det icke-flyktiga organiska materialet. Det avdras som flöde 17 från anordningen EV. Detta koncentrat ledes till förbränningsugnen IN, där det torkas och förbrännes med an- vändning av luftströmmen 18. Då det sura klorhaltiga kon- centratet torkas sker en avdragning av klorvätegas. Denna klorvätesyra kan absorberas i ett tillfört flöde 2l av vatten eller vätskelösning. Avdragen klorvätesyra ingår därvid i det utgående absorptionsvattnet 22. Det organiska materialet för- brännes fullständigt och det avgår som koldioxid och vatten- ånga med förbränningsgasströmmen 19 från förbranningsugnen.

Allt organiskt bundet klor överföres till oorganisk form och avdras som en ström 20 av aska från förbranningsugnen. Tek- niken med förbränning av vått material är väl känd och det finns många varianter för dess realiserande, t ex den som beskrives i US-patentet 4 159 682. Vilken av dessa varianter som skall användas är inte väsentligt för uppfinningen.-

Claims (8)

10 15 20 25 30 35 507 066 10 gaggntkgav

1. Förfarande för separering av klorhaltiga kemikalier från vätska, som erhålles från det första bleksteget (DC), som ut- föres med dessa klorhaltiga blekkemikalier på massa (2), som har tvättats (W) och delvis avvattnats (P1), varvid massan (3) från nämnda bleksteg (DC), med klorhaltiga blekkemikali- er, avvattnas (P2) till ungefär samma torrhet av minst 25% som för nämnda därtill inkommande massa (2) och varvid vätskan från den andra avvattningen (P2) och den utgående vätskan (9) från bleksteget (DC) indunstas (EV) genom in- direkt värmning med ånga, erhållen genom rekomprimering av ånga som avdras vid indunstningen.

2. Förfarande enligt krav 1, varvid massan avvattnas (P1, P2) till en torrhet av 25-35 vikt-%.

3. Förfarande enligt krav 1 eller 2, varvid massan (2, 3) avvattnas (P1, P2) genom utpressning av vätska från densamma.

4. Förfarande enligt krav 1, 2 eller 3, varvid indunstningen (EV) utföres i flera steg, vilka är kopplade parallellt eller i serie.

5. Förfarande enligt krav 4, varvid indunstningen (EV) ut- föres vid en temperatur av under 70°C.

6. Förfarande enligt något av föregående krav, varvid konden- satet (10) som erhålles genom rekomprimering av den avdragna ångan, återcirkuleras åtminstone delvis från indunstningen (EV) till något efterföljande bleksteg (E) för användning som tvättvatten.

7. Förfarande enligt något av föregående krav, varvid in- dunstningen (EV) utföres till sådan torrhet, att indunst- ningsåterstoden (17) kan torkas och förbrännas (IN) till oorganiskt material (20, 22). d'5o? oss 11 “

8. Förfarande enligt något av föregående krav, varvid vätskan från den andra avvattningen (P2) återcirkuleras till nämnda första bleksteg (DC) med klorhaltiga blekkemikalier.