Avloppsrening inom pappers- och massaindustrin

• 1. Pappers- och massaindustrin
• 2. Avloppsvattenproduktion inom pappersindustrin
• 3. Avloppsrening inom pappers- och massaindustrin
• 4. Återanvändning av renat avloppsvatten
• 5. Slutsats

1. Pappers- och massaindustrin

Papperstillverkningen kräver stora mängder vatten. Det är därför som pappers- och cellulosatillverkare historiskt sett har etablerat sig i närheten av vattenkällor, till exempel floder.  

Vatten är en viktig komponent i tillverkningen av papper och pappersprodukter, eftersom det spelar en avgörande roll i flera olika steg i produktionsprocessen:

• Fungerar som en länk mellan fibrerna.
• Det används som lösningsmedel i tillverkningsprocessen.
• Används vid rengöring, siktning och blekning.
• Tillför tillför tillför tillför tillför tillför tillför tillför tillför tillför tillför tillför tillför tillför tillför tillför tillför tillför tillför tillför tillför tillför tillför tillför tillför tillför tillför tillför tillför tillför tillför tillför
• Den används i kylenheter. 

Vattnet som används i produktionsprocessen måste hålla hög kvalitet, vilket innebär att det måste renas redan från det att det tas upp.

Strävan efter ökad effektivitet, både miljömässigt och ekonomiskt, genom hela tillverkningsprocessen är ett av de viktigaste målen för massa- och pappersindustrin. 

2. Avloppsvatten från pappersindustrin

Avloppsvattnet från papperstillverkningen kommer främst från:

• Det avfallsvatten som uppstår vid bearbetningen av massan (svartlut).
• Det vita vattnet från pappersmaskinerna, som uppstår under tillverkningsprocessen.
• Avloppsvatten från tvättning, siktning och blekning av massan. Detta avloppsvatten innehåller förorenande ämnen som måste avskiljas för att kunna återanvändas eller släppas ut.

Det går åt ungefär 1–10 m³ vatten per ton virke som används för papperstillverkning, beroende på om vattnet återanvänds eller inte. Tillförselvattnet används i huvudsak till:

• Förberedelse av råvaran.
• Transport av fibrerna.
• Papperstillverkning.

Processen inleds med att cellulosa separeras från övriga ämnen (lignin, oljor, hartser osv.), vilka utgör 50 % av den totala vikten. För att utvinna cellulosafibrerna kan två metoder användas:

• Mekanisk massa.Framställs genom malning av trä. Kvaliteten på den färdiga massan är lägre än hos kemisk massa, men det uppstår mindre flytande avfall.
• Kemisk massa. Den framställs genom att träflis utsätts för en kemisk behandling i syfte att lösa upp ligninet så att cellulosafibrerna frigörs.

De kemikalier som används kan vara:

• Alkaliska produkter.Dessa produkter ger upphov till mycket förorenande svarta avloppsvatten, som renas för att återvinna natriumsulfid och kaustisk soda.
• Natriumsulfit.Med denna metod går det också att återvinna en del av de kemikalier som använts, till exempel svavelsyra.

De kemikalier som inte kan återvinnas rinner ut med avloppsvattnet tillsammans med cellulosarester, vilket – eftersom de inte har kvarhållits – höjer avloppsvattnets kemiska syreförbrukning (KSB).

Vid blekning av pappersmassa ger de rester av lignin som finns kvar tillsammans med cellulosafibrerna massan dess färg, särskilt när det gäller mekanisk massa. För att få vit massa måste den genomgå en blekningsprocess, vilket kan ske på olika sätt:

• Väteperoxid. Det tar inte bort ligninet, men det tar bort färgen.
• Klor- eller klordioxidgas.Denna teknik är betydligt mindre miljövänlig. Dessa produkter oxiderar ligninet mycket effektivt. Eftersom det rör sig om mycket reaktiva ämnen reagerar de dock oundvikligen även med organiska föreningar i massan och bildar stora mängder klororganiska föreningar.
• Ozon.Denna metod ger inga biprodukter och ersätter därför alltmer användningen av klor.

En blandning av olika typer av våtmassa med fyllnadsämnen (kalciumkarbonat, kaolin, titandioxid m.m.) och andra tillsatser (aluminiumsulfat, färgämnen, stärkelse, latex m.m.) sprids jämnt ut på en metallram och torkas, varigenom papperet framställs.

Vid tillverkning av papper för skrivning eller tryckning slätas pappersytan ut i ett senare skede med mekaniska metoder.

Alla dessa processer kräver stora mängder vatten, som dessutom måste vara av hög kvalitet.

Som en följd av pappers- och massaproduktionen är det avloppsvatten som genereras starkt förorenat, vilket beror på att det innehåller över 250 olika ämnen. 

Vissa är naturligt förekommande, till exempel de som härrör från trä (lignin, tanniner osv.). Andra är syntetiska, eftersom de tillförs avloppsvattnet under tillverknings- och blekningsprocesserna av cellulosamassa, vilket gäller fenoler, dioxiner och furaner.

Det är viktigt att påpeka att tillverkningsprocessen blir betydligt enklare när man använder återvunnet papper och produkter därav som råvara. Avfallet är också betydligt mindre miljöbelastande och reningen av avloppsvattnet förenklas.

3. Avloppsrening inom pappers- och massaindustrin

Avloppsvattnet från pappersindustrin består av en blandning av processavloppsvatten och tvättvatten. Sammansättningen varierar beroende på vilken typ av massa som används och de specifika produktionsprocesserna. De viktigaste föroreningarna i detta avloppsvatten är bland annat lignin, pappersfibrer, kemikalier som används vid blekningsprocessen samt alkaliska ämnen.

Avloppsreningsanläggningarna vid pappersfabriker består i huvudsak av tre steg:

• Primärbehandling. Processen går i korthet ut på att homogenisera, neutralisera och separera de suspenderade fasta partiklarna i avloppsvattnet. I detta steg ingår vanligtvis följande etapper:
  • Försiktig siktning av grova fasta partiklar.
  • Homogenisering och pH-justering.
  • Koagulering och flockning av mindre suspenderade fasta partiklar och partiklar i kolloidal form.
  • Flotation med upplöst luft (DAF).

Flotation med upplöst luft (DAF) är en mycket effektiv reningsprocess för att rena avloppsvatten med hög halt av fibrer och flytande material, samt oljor och hartser.

Processen går ut på att separera suspenderade partiklar och koagulerade samt flockulerade kolloidala material, vilka stiger upp till utrustningens yta tack vare mikrobubblor från den luft som tillförs under tryck. De separerade fasta ämnena flyter och dras till en tratt med hjälp av en ytskrapa, vilket gör att vattenvolymen i slammet är mycket mindre än den som erhålls vid en sedimenteringsprocess (cirka 3–4 % i en DAF, jämfört med 0,5–1 % i en sedimenteringsbehållare).

• Sekundär rening. När de suspenderade ämnena har separerats återstår fortfarande de upplösta ämnena, vilka måste avlägsnas genom oxidation. Den vanligaste metoden är biologisk oxidation, som sker anaerobt vid höga COD-halter (≥3000 ppm) och aerobt vid lägre halter.

Aerob biologisk rening är den vanligaste metoden vid behandling av avloppsvatten med låg föroreningsbelastning, såsom det som härrör från pappersåtervinning. Avloppsvattnet har ofta brist på näringsämnen (N + P), vilka tillförs i form av urea och fosfater.

Efter den biologiska oxidationen måste ett system för rening och återcirkulation av aktivt slam finnas. DAF-systemen har visat sig vara mycket effektiva tack vare sin höga separationsgrad (över 90 % SS) och sina höga driftsbelastningar, vilket innebär att mindre utrymme krävs för installationen. Dessutom har det erhållna slammet en koncentration på omkring 3–4 %, vilket är betydligt högre än vad som kan uppnås med sedimenteringssystem.

• Tertiär rening. Beroende på slutanvändningen (utsläpp eller återanvändning) kan en tertiär reningsprocess med UF- och RO-membran installeras.

Här följer ett praktiskt exempel på avloppsrening vid ett medelstort pappersföretag som använder återvunnet papper som råvara.

Uppgifterna för denna anläggning är följande:

• Daglig utsläppsmängd: 5 000^m³
• Genomsnittligt flöde: 210 m³/h
• Konstruktionstemperatur: 30 °C

Data som samlats in under driften av anläggningen:

Provtagningspunkt	SS (mg/l)	COD (mg/l)	BOD5 (mg/l)
Avfall som ska behandlas	1200	1200
Utsläpp efter FQ	50	240	120
Slutlig utsläpp	≤20	≤150	≤25

Det angivna resultatet är ett medelvärde, som alltid ligger under utsläppsgränsen. DAF-systemet gör det möjligt att få renat vatten av hög kvalitet, som kan återanvändas på flera ställen i pappersfabrikens produktionsanläggningar.

Den angivna anläggningen består av följande reningssteg:

Blockschema över ett avloppsreningsverk inom pappersindustrin

I detta projekt ingår två DAF-anläggningar, varav den ena fungerar som primärsedimenteringsanläggning före den biologiska reningen och den andra som sekundärsedimenteringsanläggning efter den biologiska reningen. Denna konfiguration minskar halten av suspenderade ämnen vid ingången till den biologiska oxidationen, vilket ger större stabilitet i detta processsteg.

Dessutom uppnås en minskning av föroreningarna, vilket gör att avloppsvattnet kan släppas ut, och till och med återanvändas i vissa mindre krävande processer i fabriken, efter en enkel sandfiltrering eller genom mikrofiltrering.

4. Återanvändning av renat avloppsvatten

Det mest hållbara alternativet är att bygga en avloppsreningsanläggning vars syfte är att återvinna vattnet för återanvändning.

Eftersom tillverkningen av papper och pappersmassa kräver vatten i många olika steg i produktionsprocessen, gör införandet av teknik för avloppsrening i produktionskedjan det möjligt att återanvända samma vattenström i samma processsteg, eller att leda vidare och utnyttja den i ett annat steg. Detta ger en dubbel fördel:

• Minskning av vattenförbrukningen
• Minskning av vätskeavfall

Denna förvaltningsmodell kallas för ”slutet kretslopp”, vilket motsvarar ett system med nollutsläpp. Syftet med att införa denna typ av system är att eliminera, eller i största möjliga utsträckning minska, processens totala miljöpåverkan genom att minimera både utsläppen av avloppsvatten och förbrukningen av dricksvatten.

För att återvinna vatten av tillräcklig kvalitet för återanvändning måste vattnet från den biologiska reningen genomgå en filtreringsprocess i sandbädd eller genom ultrafiltreringsmembran. Om den process som vattnet är avsett för kräver högre kvalitet (ångframställning, kylkretsar etc.) används system med omvänd osmosmembran eller jonbytarhartser.  

När avloppsvattnet innehåller komplexa organiska ämnen (lignin, fenoler osv.), som kan utgöra ett COD som är svårt att oxidera genom aeroba eller anaeroba biologiska processer, är det mer lämpligt med en avancerad oxidationsbehandling, såsom fotofenton eller ozonisering , som bryter ned dessa organiska kedjor och gör det möjligt för avloppsvattnet att brytas ned av bakterier i de biologiska systemen.

En annan teknik som används i allt större utsträckning för att uppnå nollutsläpp är vakuumindunstare, som separerar vattnet och koncentrerar avfallet samtidigt som volymen minskas till ett minimum. Det vatten som återvinns vid indunstningen kan också återanvändas, medan koncentratet hanteras som avfall.        

Det slam som uppstår vid den primära och sekundära reningen (slam från DAF-systemet) samt det slam som bildas vid anaerob rening förbränns i en panna tillsammans med vegetabiliskt avfall såsom bark, sågspån etc. Både den värme som alstras av det organiska avfalletoch den värme som genereras vid utnyttjandet av biogasen kan användas som energikälla.

På detta sätt får man ett mycket hållbart miljöledningssystem:

• Största delen av det vatten som används i processen återvinns.
• Det uppstår endast en minimal mängd avfall som måste hanteras externt.
• När det gäller energianvändningen uppstår stora synergieffekter mellan olika processer.

Det är värt att notera att införandet av ett nollutsläppssystem blir desto mer komplicerat ju högre föroreningsbelastningen i avloppsvattnet är. För att säkerställa att ett nollutsläppssystem blir framgångsrikt är det avgörande att man i tillverkningsprocessen för papper och massa inför de förbättringar som gör det möjligt att generera färre förorenande ämnen. Ett exempel är ersättningen av klor och dess derivat i blekningsprocessen av massan med syreföreningar (väteperoxid eller ozon).

5. Slutsats

Pappersindustrin och tillverkningen av pappersprodukter förbrukar stora mängder vatten i sina produktionsprocesser. Dessutom genererar de starkt förorenade utsläpp som härrör från den råvara som används, liksom från de kemikalier som används i processens olika behandlingssteg.                                                  

Mot bakgrund av den ökande efterfrågan på papper och den därmed förknippade vattenförbrukningen är det nödvändigt att optimera reningsprocesserna för det avloppsvatten som uppstår, samtidigt som de industriella processerna inom papperstillverkningen måste anpassas.                     

Trenden inom branschen är ”nollutsläpp”, eftersom detta minimerar miljöpåverkan genom minskad vattenförbrukning och minskad avfallsmängd. Detta innebär införande av högpresterande teknik, såsom de fysikalisk-kemiska och biologiska system som utvecklats och tillverkas av Sigmadaf.

Det renade vattnet som erhålls efter ett DAF-system minskar kraven på förbehandling i de membransystem som används i tertiära reningsprocesser för att uppnå vatten av hög kvalitet. Denna teknik bidrar dessutom till att minska avfallsmängden genom att öka torrhalten i det slam som separeras genom flotation, samt till att minska storleken på indunstningsanläggningarna.

Litteraturlista och källor

DAF-teknik inom pappersindustrin för återvinning av avloppsvatten – Nyheter – Wuxi Gongyuan Environmental Equipment&Technology Co., Ltd

PPT – PowerPoint-presentation, gratis nedladdning – ID:2632688

Vilken miljöpåverkan har pappersförbrukningen?