Modelling of COD balance in TMP and RCF processes

Abstract

Tässä diplomityössä tarkasteltiin kemiallista hapenkulutusta (COD) termomekaanisessa- (TMP) ja kierrätyskuituprosessissa (RCF). Työn tavoitteena oli kehittää luotettavampi COD-tase TMP- ja RCF-prosessien prosessisimulaatioon.

Kirjallisuusosassa tarkasteltiin COD:ta, sen ominaisuuksia ja vaikutuksia. COD-analyysi määrittää vapautuneen orgaanisen aineksen määrän, mutta ei kerro mitä orgaanisia yhdisteitä on läsnä. COD:n koostumus vaihtelee, jolloin myös sen käyttäytyminen prosessissa vaihtelee. Yleensä COD-yhdisteet haittaavat prosessia ja heikentävät lopputuotteen laatua. Kirjallisuusosassa on esitelty myös TMP- ja RCF-prosessit ja niiden yleisimmät osaprosessit. Lisäksi on tarkasteltu sisäistä ja ulkoista jäteveden käsittelyä ja simulointia.

TMP- ja RCF-prosesseista valittiin erilaisia laitteita tarkasteltavaksi. Valittujen laitteiden syöttö-, suodos- ja ulostulovirrasta otettiin näytteitä. Lisäksi paperikoneelta tulevista suodoksista (hakuvesistä) otettiin näytteitä. Näytteistä mitattiin standardin mukaan COD (SFS 5504) ja sakeus (ISO 4119:1995) tai kuiva-ainepitoisuus (ISO 638). Johtopäätöksiä tehtäessä käytettiin suodoksista saatuja tuloksia, sillä sopivaa menetelmää korkeassa sakeudessa olevien massojen COD:n määrittämiseen ei löytynyt.

Kaikki tarkastelun alla olleet kiekkosaostimet TMP- ja RCF-prosesseista näyttivät käyttäytyvän samalla tavalla. Kiekkosaostimessa muodostuu suodattava kuitumatto, joka pidättää kiintoainepartikkelit ja vähemmän COD:ta poistuu suodoksen mukana. COD jakautui tasaisesti samea- ja kirkassuodoksen välillä ja oli lähes kokonaan liuenneessa muodossa. TMP-laitoksella käytetyllä raaka-aineella on vaikutus kiekkosaostimen syöttövirtauksen COD-pitoisuuteen. Ruuvipuristimessa massa sekoittuu ja suodattavaa kuitumattoa ei muodostu, jolloin suodokseen kulkeutuu enemmän kiintoainetta. Tämän vuoksi ruuvipuristimen suodoksen COD-pitoisuus on korkeampi verrattuna kiekkosaostimen tai kaksoisviirapuristimen suodokseen. Kaksoisviirapuristimessa suodattavalla kuitumatolla on hyvä retentio ja COD:n poisto ei ole tehokasta. Käytetty raaka-aine ja paperin valmistusprosessin sulkemisaste vaikuttavat COD-pitoisuuteen paperikoneen suodoksessa. Mikroflotaatio pienentää liuenneen COD:n määrää vain vähän.

RCF-prosessista rakennettiin ensin simulointimalli ja COD lisättiin malliin jälkikäteen. COD-tuloksien ja mallissa olevien massavirtausten perusteella jokaiselle laitteelle laskettiin kerroin liuenneen COD:n muodostumiselle. Osa kertoimista on ristiriidassa tuloksista tehtyjen johtopäätöksien ja aiemmista tutkimuksista saatujen tulosten kanssa. Useassa tapauksessa oli vaikeaa saada lasketut kertoimet ja mitatut arvot vastaamaan toisiaan.

Suodoksista ja pipetoitavista näytteistä saadut tulokset olivat loogisia ja vastasivat kirjallisuutta. Verrattaessa kokonais- ja liuenneen COD:n pitoisuutta, huomattiin, että kuidut ja kiintoaine nostivat COD-pitoisuutta huomattavasti. Massan COD-pitoisuuden seuraaminen oli vaikeaa, koska COD:n määrittäminen korkeassa sakeudessa olevista massoista oli epävarmaa. Olisi hyödyllistä kehittää sopiva menetelmä korkeassa sakeudessa olevien massojen COD:n määrittämiseen. Dynaaminen simulointimalli antaisi enemmän tietoa kuin staattinen COD-tase. Lisäksi kokonais-COD:n lisääminen simulointiin auttaisi prosessissa kulkevien COD-virtausten ennustamista.