Rening av avloppsvatten från tryck- och efterbehandlingsprocesser inom pappersindustrin

• 1. Utsläpp av avloppsvatten inom pappersindustrin
• 2. Egenskaper hos avloppsvattnet som genereras vid tryck- och efterbehandlingsprocesser
• 3. Anläggning för avfallsbehandling
• 4. Återanvändning av vatten inom pappersindustrin
• 5. Slutsatser

1. Produktion av avloppsvatten inom pappersindustrin

Avloppsvattnet som uppstår under tryck- och efterbehandlingsfaserna inom pappersindustrin har en heterogen sammansättning, som kännetecknas av förekomsten av tryckfärger, pigment, kemiska tillsatser, upplösta organiska föreningar och suspenderade fasta ämnen.

Dessa utsläpp uppvisar stora variationer i flöde och föroreningsbelastning. Reningen av dessa avloppsvatten sker vanligtvis genom en kombination av fysikalisk-kemiska, biologiska och filtreringsprocesser för att säkerställa att miljöbestämmelserna uppfylls och, i vissa fall, möjliggöra en delvis återanvändning inom samma industri.

Avloppsvattnet uppstår under följande steg i produktionsprocessen:

Färgtillverkning. Omfattar formulering, omfyllning och rengöring av färgsystem som genererar avloppsvatten med hög halt av färgämnen, hartser, lösningsmedel och ytaktiva ämnen. Rengöring av tankar, rörledningar och utrustning bidrar med betydande mängder organiskt material och färg till det totala avloppsvattnet.

Tryckning. Omfattar utsläpp från rengöring av valsar och cylindrar, från avluftning av återcirkulationssystem samt från tvättvatten från olika produktionssteg, såsom flexotryck, djuptryck eller offsettryck. Dessa avloppsvatten kännetecknas av sin starka färg, höga COD-värde och förekomsten av organiska föreningar.

Ytbehandling. Vid ytbehandlingar som putsning eller lackering uppstår avloppsvatten som innehåller lim, polymerer och mineralfyllmedel (främst kaolin och kalciumkarbonat). Vid rengöring av maskinerna tillförs stora mängder suspenderade fasta ämnen.

Man måste också ta hänsyn till utsläpp från tvätt av utrustning och underhållsarbeten, som innehåller rester av kemikalier, fina fasta partiklar, oljor och fetter; å andra sidan.

Slutligen måste man också ta hänsyn till avloppsvatten som härrör från golvrengöring, läckage i produktionsområden och avluftning av kretslopp.

2. Egenskaper hos avloppsvattnet som genereras vid tryck- och efterbehandlingsprocesser

Avloppsvattnet från tryck- och efterbehandlingsprocesserna inom pappersindustrin kännetecknas av en heterogen sammansättning och stora variationer över tid, vilket hänger samman med förändringar i sammansättningen av tryckfärger, ytbehandlingar och rengöringsåtgärder.

I allmänhet innehåller de en blandning av organiska och oorganiska föroreningar samt suspenderade fasta partiklar, vilket påverkar utformningen av reningssystemet.

Här följer några av de vanligaste egenskaperna hos dessa avloppsvatten:

• Kraftig färgning.
• Hög turbiditet på grund av förekomsten av suspenderade fasta ämnen såsom pigment, mineralfyllmedel eller pappersfibrer. Den kolloidala halten är oftast hög, vilket försvårar separationen av de fasta ämnena om koagulerings- och flockningsprocessen inte doseras med precision.
• Användningen av hartser, lim, lösningsmedel och tillsatser som ingår i tryckfärger och beläggningar medför höga halter av organiska ämnen.
• Avloppsvattnets biologiska nedbrytbarhet varierar beroende på balansen mellan nedbrytbara och svårnedbrytbara ämnen.
• Spår av metaller från vissa pigment, liksom tensider och biocidföreningar som används vid rengöring, kan medföra en kronisk toxicitet som försvårar den biologiska nedbrytningen.

I regel är dessa avloppsvatten lämpliga för biologisk rening efter en lämplig fysikalisk-kemisk förbehandling.

De viktigaste kontrollparametrarna ligger inom följande intervall:              

PARAMETER	ENHET	SAMLING
pH	–	5,5 – 9,0
COD	mg/l	1 000 – 5 000
DBO5	mg/l	300 – 1 500
SST	mg/l	200 – 1 500
Ledningsförmåga	µS/cm	1 000 – 4 000
Oljor och fetter	mg/l	20 – 150
Temperatur	°C	20–40

Dessa värden varierar beroende på vilken typ av papper som tillverkas och vilka trycktekniker som används. Därför är det absolut nödvändigt att noggrant kartlägga avloppsvattnets sammansättning för att kunna dimensionera reningsanläggningen på rätt sätt.

3. Anläggning för avfallsbehandling

Behandlingen av avloppsvatten som uppstår vid tryck- och efterbehandlingsprocesser inom pappersindustrin omfattar vanligtvis följande steg:

Förbehandling

Förbehandlingen, som syftar till att skydda de efterföljande stegen och utjämna avloppsvattnet, omfattar:

• Galler och silar för att fånga upp grova fasta partiklar.
• Homogeniseringsbehållare med pH-justering

Fysikalisk-kemisk behandling

Detta är det avgörande steget för att avlägsna en del av färgen och de suspenderade fasta ämnena. Det består av:

• Koagulering och flockning med hjälp av järn- och aluminiumsalter samt polymerer, för att separera de kolloider som finns i avloppsvattnet.
• Reningen sker vanligtvis med hjälp av system för flotation med upplöst luft (DAF), som separerar slam med hög koncentration (mellan 3 och 5 % torrsubstans) genom flotation och har en separationsgrad för suspenderade fasta ämnen på över 90 %.
• Slamhantering genom mekanisk avvattning, antingen med dekanter, avvattningstrumma eller filterpress för att uppnå högre torrhalt (upp till 30–35 %).

Biologisk behandling

Efter den fysikalisk-kemiska förbehandlingen leds avloppsvattnet vidare till en biologisk rening för att avlägsna det upplösta organiska materialet:

Membranbioreaktorer (MBR) är den vanligaste metoden, eftersom man uppnår en hög biologisk nedbrytning genom mikro- eller ultrafiltrering med membran. På så sätt minskas koncentrationen av föroreningar och färgämnen i avloppsvattnet avsevärt.

Det aktiva slammet återcirkuleras till bioreaktorn, medan överskottslammet leds till slambehållaren tillsammans med det slam som separerats i den fysikalisk-kemiska processen för avvattning (mekanisk torkning), stabilisering och därefter transport till deponi.

Tertiär behandling (valfritt)

När vattnet ska återanvändas eller strikta utsläppsgränser måste uppfyllas införs ytterligare reningssteg:

• Adsorption med aktivt kol.
• Avancerade oxidationsprocesser.
• Desinfektion.

Schema över ett avloppsreningsverk för papperstryckning och efterbehandling

4. Råteranvändningvattenåtervinning inom pappersindustrin

Återanvändning av avloppsvatten som uppstår vid tryck- och efterbehandlingsprocesser inom pappersindustrin minskar vattenförbrukningen och förbättrar därmed produktionsprocessens hållbarhet. Återvinning av renat vatten kräver avancerade reningsmetoder som kan avlägsna fasta ämnen, kolloider, kvarvarande färg, upplösta salter och svårnedbrytbara organiska föreningar.

De vanligaste metoderna för återvinning av renat avloppsvatten är:

Membranfiltrering: Processerna nanofiltrering (NF) och omvänd osmos (RO) används för att minska koncentrationen av upplösta salter, organiska föreningar med låg molekylvikt och kvarvarande färg. Man kan uppnå ett permeat av hög kvalitet som är lämpligt för återanvändning i industriella processer eller som bruksvatten.

Filtrering i aktivkolbäddar: Aktivkol, antingen i granulatform eller som pulver, avlägsnar svårnedbrytbara organiska föreningar, mikroföroreningar och spår av färg genom adsorption, vilket förbättrar den återvunna vattnets fysikaliska och kemiska kvalitet.

Avancerad oxidation: Vissa tekniker, såsom ozonbehandling, UV/peroxid eller Fenton-processen, gör det möjligt att bryta ned svårnedbrytbara organiska föreningar och minska restfärgningen. Dessa processer används när höga kvalitetskrav ställs på det renade avloppsvattnet.

Desinfektion: Det är vanligt att använda system för kemisk oxidation eller UV-strålning för att säkerställa att det återanvända vattnet inte orsakar mikrobiologisk kontaminering i de process- eller försörjningskretsar som det är avsett för.

Valet och kombinationen av reningsmetoder beror på det återvunna vattnets slutliga användningsområde, systemets ekonomiska och energimässiga balans samt de fastställda kvalitetskraven. I många fall möjliggör en delvis återanvändning av det renade vattnet i interna verksamheter, såsom rengöring, kyltorn eller beredning av pasta, betydande minskningar av vattenförbrukningen från ledningsnätet och av utsläppsmängden, vilket påverkar försörjningskostnaden och utsläppsavgiften.

5. Slutsatser

Komplexiteten och variationen hos de utsläpp som uppstår vid tryck- och efterbehandlingsprocesserna inom pappersindustrin kräver att man tillämpar kombinerade reningslösningar som säkerställer att utsläppsbestämmelserna följs eller att vattnet återanvänds

När det gäller avloppsrening behandlas dessa flöden vanligtvis i ett gemensamt system som omfattar:

• Förbehandlingar för homogenisering och pH-justering.
• Fysikalisk-kemiska koagulations- och flockningsprocesser.
• Fast-vätskeavskiljning genom DAF-flotation, för avlägsnande av färg och fasta ämnen.
• Biologiska reningsmetoder för att minska halten av löst organiskt material.
• I vissa fall, tertiär rening som syftar till återanvändning av vattnet eller till att uppfylla strängare utsläppsgränser.

Systemen för återvinning av avloppsvatten i tryck- och efterbehandlingsprocesserna inom pappersindustrin gör det möjligt att återanvända mellan 40 och 85 % av det renade vattnet, beroende på vilken reningsmetod som används.

Genom en kombination av filtrering, membranprocesser och avancerade reningsmetoder erhålls vatten som är lämpligt för användning vid rengöring, kylning eller processförberedelse. Även om dessa system kräver en större initialinvestering minskar de förbrukningen av färskvatten, avloppskostnaderna och miljöpåverkan, vilket förbättrar anläggningens totala vatteneffektivitet.

Genom en korrekt karakterisering av avloppsvattnet, en lämplig utformning av reningsanläggningen och en effektiv hantering av det därmed förknippade avfallet går det att avsevärt minska miljöpåverkan, optimera vattenförbrukningen och förbättra anläggningarnas totala effektivitet.

I detta sammanhang är avloppsreningen inte bara ett krav enligt lagstiftningen, utan har också etablerat sig som ett strategiskt verktyg för en renare och effektivare pappersproduktion som ligger i linje med principerna för den cirkulära ekonomin.

Litteraturlista och källor

Metcalf & Eddy. Avloppsteknik: Rening och återvinning av resurser. McGraw-Hill.

Pappers- och kartongindustrin – Adiquimica

Avloppsrening inom tryck- och färgindustrin