Analysing the potential of water cycle closure at eucalyptus kraft pulp mills

Abstract

The pulp industry consumes a lot of water during the manufacturing of pulp. The water cycle closure has been under research for many years, and it is still encountering challenges before fully closed water circulation in a mill is reached. There are many parameters affecting the process and the end-product when less raw water and mill water is consumed, and more treated wastewater is used in the process to replace the mill water. These parameters are, for instance, non-process elements (NPEs), suspended solids and dissolved solids. These elements can cause corrosion, plugging, scaling and deposit formation.

This thesis aimed to study the possibility of water cycle closure in non-integrated bleached eucalyptus kraft pulp mills by literature review and modelling. This thesis focused on the recycling of treated wastewater, and other water flows as well as their chemical oxygen demand (COD) concentrations in different cases.

In the experimental part, three cases were modelled, and the water flows and COD concentrations were calculated and compared to literature values. The cases were recycling of treated wastewater back to the process (case A), recycling of EOP-filtrate to brownstock washing and secondary condensate A to bleaching (case B) and using secondary condensate A in brownstock washing and drying machine (case C). The hypothesis was that water circulation in a pulp mill can be closed and a rough estimate regarding the COD concentration in a eucalyptus kraft pulp mill process can be modelled with Microsoft Excel.

All cases showed a decrease in water flow values and mostly in COD concentrations. The results were comparable to literature and existing mills. The hypothesis was partially achieved. Water circulation in a pulp mill was able to be closed according to the experimental part, in reality, more parameters need to be taken into account when considering water cycle closure. Nevertheless, rough estimates regarding the COD concentrations can be modelled with Microsoft Excel.

Selluteollisuus käyttää paljon vettä sellun valmistuksen aikana. Vesikierron sulkemista on tutkittu useiden vuosien ajan, ja se kohtaa edelleen haasteita, ennen kuin täysin vesikierroltaan suljettu tehdas saavutetaan. Prosessiin ja lopputuotteeseen vaikuttavat monet parametrit, kun raakavettä ja prosessivettä kulutetaan vähemmän ja prosessissa käytetään enemmän käsiteltyä jätevettä korvaamassa prosessivettä. Näihin parametreihin lukeutuu esimerkiksi vierasaineet (NPEs), suspensoituneet kiintoaineet ja liuenneet aineet. Nämä elementit voivat aiheuttaa korroosiota, tukkeutumista, kalkkeutumista ja kerrostuman muodostumista.

Tämän työn tavoitteena oli selvittää kirjallisuuden ja mallinnuksen avulla vesikierron sulkemisen mahdollisuutta integroimattomissa valkaistua eukalyptus kraftsellua valmistavissa tehtaissa. Työssä keskityttiin puhdistetun jäteveden ja muiden vesivirtojen kierrätykseen sekä niiden kemialliseen hapenkulutukseen (COD) eri tapauksissa.

Kokeellisessa osassa mallinnettiin kolme tapausta ja laskettiin vesivirrat ja COD-pitoisuudet ja verrattiin niitä kirjallisuuden arvoihin. Tapaukset olivat käsitellyn jäteveden kierrättäminen takaisin prosessiin (tapaus A), EOP-suodoksen kierrätys ruskeanmassanpesuun ja sekundäärilauhteen käyttö valkaisussa (tapaus B) ja sekundääri lauhde A:n käyttö ruskeamassapesussa ja massan kuivauskoneella (tapaus C). Hypoteesi oli, että sellutehtaalla vesikierto voidaan sulkea ja karkea arvio COD-pitoisuudesta eukalyptus kraftsellu tehtaasta voidaan mallintaa Microsoft Excelillä.

Kaikissa tapauksissa veden virtaukset ja enimmäkseen myös COD-pitoisuudet laskivat. Tulokset olivat verrattavissa kirjallisuuteen ja olemassa oleviin tehtaisiin. Hypoteesi toteutui osittain. Vesikierto sellutehtaalla pystyttiin laskennallisesti sulkemaan kokeellisessa osassa, todellisuudessa vesikierron sulkemista harkittaessa on otettava huomioon useampi parametri. Karkeat arviot COD-pitoisuuksista voidaan kuitenkin mallintaa Microsoft Excelillä.