Kalvosuodatus sellutehtaan kuitulinjalla

Abstract

Uusiutuvien energialähteiden hyödyntäminen kestävällä tavalla on nyt ja tulevaisuudessa välttämättömyys. Sellu- ja paperiteollisuus on tehnyt paljon ympäristön suojelun hyväksi, mutta edelleen on mahdollista tehokkaampaan raaka-aineiden ja jätevedenveden kierrätykseen sekä jätemäärien vähentämiseen. Se kuitenkin vaatii uusia entistä tehokkaampia suodatus- ja erotusmenetelmiä ja siinä kalvosuodatus on varteenotettava vaihtoehto. Mikro- ja ultrasuodatuksen käyttöä sellutehtailla on toistaiseksi rajoittanut menetelmien vähäinen tuntemus ja sellutehdasympäristön haasteellisuudesta johtuva suodatuslaitteistojen kalleus.

Tässä työssä tutkittiin mikro- ja ultrasuodatuksen käytön mahdollisuuksia orgaanisen aineen erottamiseen laihamustalipeästä. Suodatuksen tavoitteena on kemikaalien ja energian säästö. Työssä perehdyttiin syvällisesti kalvosuodatukseen, suodatuslaitteistoihin, erilaisiin membraaneihin ja niiden valmistusmenetelmiin. Tarkoituksena oli siten saada hyvä käsitys millaisia kalvomateriaaleja ja suodatuslaitteistoja on saatavilla ja miten ne soveltuvat mustalipeän suodatukseen. Työssä tehtiin suodatuskokeita riittävän erottelukyvyn omaavien membraanien löytämiseksi. Parhaimmiksi valikoituivat polyeetterisulfoni-kalvot, joiden katkaisukyky oli mikro- ja ultrasuodatuksen alueelta. Niillä saatiin riittävä COD:n ja kuiva-aineen poisto lipeästä kohtuullisella virtaamalla. Laitteistolle tehtiin alustava suunnittelu ja mitoitus, jotta saatiin tarvittavat tiedot investointilaskelmia varten.

Tarvittavan laitteiston hankintaan vaadittavan investoinnin kannattavuutta tarkasteltiin. usealla eri tavalla. Työssä tutkittu ratkaisu osoittautui kannattavaksi tietyin edellytyksin sisäisen koron (IRR), nykyarvon (NPV) ja pääoman tuottoprosentin (ROI) mukaan tarkasteltuna. Investoinnin takaisinmaksuaika oli kuitenkin yli seitsemän vuotta. Kannattavuuden kannalta kriittisin oli herkkyysanalyysin mukaan suodatuksesta saatavien nettotuottojen suuruus.

The sustainable utilization of renewable energy sources is a necessity now and in the future. The pulp and paper industry has done a lot for the environment, but there are still options for more efficient raw material and waste water recycling and reducing of amount of effluents. However, it requires new, more efficient filtering and separation methods, and membrane filtration offers a viable option. The use of micro- and ultrafiltration in pulp mills has so far been limited by lack of knowledge of the methods and the high cost of filtration equipment due to operational challenges of the pulp mill environment.

In this thesis, the possibilities of using micro- and ultrafiltration to separate the organic matter from the weak black liquor were studied. The aim of the filtering is to save chemicals and energy. In the thesis, was carefully studied membrane filtration, filtering equipment, various membranes and their manufacturing methods. The purpose was thus to get a good understanding of what kind of membrane materials and filtering equipment is available and how they are suitable for filtering of black liquor. Dead end filtration tests were executed to find membranes with sufficient performance. The preferred polyether sulfone membranes with molecular weight cut-off in a range of the micro- and ultrafiltration pro-vided sufficient removal of COD and dry matter from the black liquor with a moderate flux. The filtering apparatus was preliminary engineered and sized to obtain required information for the investment calculations.

The profitability of the investment required to procure the necessary filtering equipment were studied by several methods. The solution examined proved to be profitable under certain conditions, in terms of internal rate of return (IRR), net present value (NPV) and return of investment percent (ROI). However, the payback time of the investment was over seven years. According to sensitivity analysis done, the amount of net incomes from filtering was the most critical in respect of profitability.