Water consumption in board machine and possibilities for optimization
Rimpeläinen, Aino-Maria (2021)
Diplomityö
2021
School of Engineering Science, Kemiantekniikka
Kaikki oikeudet pidätetään.
Julkaisun pysyvä osoite on
https://urn.fi/URN:NBN:fi-fe2021060233140
https://urn.fi/URN:NBN:fi-fe2021060233140
Tiivistelmä
The aim of this thesis was to determine the water consumption optimization opportunities in a board machine. Water consumption was determined, and an optimization possibility was discovered in disc filter’s super-clear filtrate. Disc filter is used in the broke system, and three water fractions are obtained from it of which the super-clear filtrate is the purest. Currently, super-clear filtrate is used in board machine white water loop. The purpose of the thesis is to determine if super-clear filtrate could be applied in the board machine heat recovery loop to replace fresh water.
In the literature review of the thesis, board production process is briefly addressed and water use in the production is reviewed. The composition of white water, that contains the super-clear filtrate, is then described followed by the analysis methods and quality requirements for reusable water. Last, internal water treatment technologies to purify the board machine waters are reviewed and the board machine in question is introduced. In the experimental part, the water consumption survey is addressed. The quality of super-clear filtrate is analyzed, and the effect of water use optimization is estimated based on the analysis. Membrane technology and filtration with filter cloth is applied to treat the filtrate to determine the required treatment to achieve the target purity of filtrate.
It was concluded that by applying 50 % of the produced super-clear filtrate to the heat recovery loop, water consumption could be reduced by 30%. Based on the results, it was recommended to treat the filtrate before utilizing in the heat recovery loop to remove solids and decrease COD and conductivity. From the filtration experiments it was concluded that only with RO membrane the quality of fresh water was achieved although high retentions were achieved also with NF and UF membranes. Also, conventional filtration technologies, such as sand or pressure filtration, could be applied in treatment of super-clear filtrate to reduce the costs of treatment. With these technologies solids can be removed from the filtrate. Työn tarkoituksena oli selvittää vedenkulutuksen optimointimahdollisuudet kartonkikoneella. Kartonkikoneen vedenkulutus määritettiin, ja kiekkosuotimen superkirkassuodoksen käytössä havaittiin optimointimahdollisuus. Kiekkosuodinta käytetään kartonkikoneen hylkyjärjestelmässä. Kiekkosuotimelta erotetaan kolme vesijaetta, joista superkirkassuodos on puhtain. Superkirkassuodos käytetään tällä hetkellä kartonkitehtaalla kartonkikoneen 0-vesikierrossa. Työn tavoitteena oli selvittää, voisiko superkirkassuodosta hyödyntää kartonkikoneen lämminvesikierrossa korvaamaan tuorevettä.
Työn kirjallisuusosassa kartonginvalmistusprosessi kuvataan lyhyesti ja vedenkäyttö kartongin valmistusprosessissa esitellään. 0-veden laatu, 0-veden analyysimenetelmät ja laatuvaatimukset esitellään. Kirjallisuusosan lopussa käsitellään kartonkitehtaan sisäisiä vedenpuhdistusmenetelmiä ja tutustutaan kartonkikoneeseen, jota käsitellään työn kokeellisessa osassa. Kokeellisessa osassa suoritettiin vedenkulutuksen kartoitus. Superkirkassuodoksen laatu analysoitiin ja vedenkäytön optimoinnin vaikutuksia arvioitiin mittauksiin perustuen. Superkirkassuodosta suodatettiin membraanitekniikalla ja suodatuskankaalla, jotta voidaan määrittää tarvittava käsittely tavoitepuhtauteen yltämiseksi.
Tulosten perustella kartonkikoneen vedenkulutusta voisi vähentää 30 %, jos 50 % kiekkosuotimella syntyvästä superkirkassuodoksesta ohjattaisiin lämminvesikiertoon. Tuloksien perusteella olisi suositeltavaa käsitellä suodosta ennen lämminvesikiertoon johtamista kiintoaineen poistamiseksi ja kemiallisen hapenkulutuksen sekä johtokyvyn pienentämiseksi. Suodatuskokeista vain RO membraanilla saavutettiin tuoreveden puhtaus, vaikka myös NF ja UF membraaneilla yllettiin korkeisiin retentioihin. Myös perinteisen suodatuksen menetelmiä, kuten hiekka- ja painesuodatusta, voisi hyödyntää suodoksen puhdistukseen, jolloin vedenpuhdistuksen kulut olisivat alhaisemmat. Näillä menetelmillä suodoksesta saadaan poistettua kiintoainetta.
In the literature review of the thesis, board production process is briefly addressed and water use in the production is reviewed. The composition of white water, that contains the super-clear filtrate, is then described followed by the analysis methods and quality requirements for reusable water. Last, internal water treatment technologies to purify the board machine waters are reviewed and the board machine in question is introduced. In the experimental part, the water consumption survey is addressed. The quality of super-clear filtrate is analyzed, and the effect of water use optimization is estimated based on the analysis. Membrane technology and filtration with filter cloth is applied to treat the filtrate to determine the required treatment to achieve the target purity of filtrate.
It was concluded that by applying 50 % of the produced super-clear filtrate to the heat recovery loop, water consumption could be reduced by 30%. Based on the results, it was recommended to treat the filtrate before utilizing in the heat recovery loop to remove solids and decrease COD and conductivity. From the filtration experiments it was concluded that only with RO membrane the quality of fresh water was achieved although high retentions were achieved also with NF and UF membranes. Also, conventional filtration technologies, such as sand or pressure filtration, could be applied in treatment of super-clear filtrate to reduce the costs of treatment. With these technologies solids can be removed from the filtrate.
Työn kirjallisuusosassa kartonginvalmistusprosessi kuvataan lyhyesti ja vedenkäyttö kartongin valmistusprosessissa esitellään. 0-veden laatu, 0-veden analyysimenetelmät ja laatuvaatimukset esitellään. Kirjallisuusosan lopussa käsitellään kartonkitehtaan sisäisiä vedenpuhdistusmenetelmiä ja tutustutaan kartonkikoneeseen, jota käsitellään työn kokeellisessa osassa. Kokeellisessa osassa suoritettiin vedenkulutuksen kartoitus. Superkirkassuodoksen laatu analysoitiin ja vedenkäytön optimoinnin vaikutuksia arvioitiin mittauksiin perustuen. Superkirkassuodosta suodatettiin membraanitekniikalla ja suodatuskankaalla, jotta voidaan määrittää tarvittava käsittely tavoitepuhtauteen yltämiseksi.
Tulosten perustella kartonkikoneen vedenkulutusta voisi vähentää 30 %, jos 50 % kiekkosuotimella syntyvästä superkirkassuodoksesta ohjattaisiin lämminvesikiertoon. Tuloksien perusteella olisi suositeltavaa käsitellä suodosta ennen lämminvesikiertoon johtamista kiintoaineen poistamiseksi ja kemiallisen hapenkulutuksen sekä johtokyvyn pienentämiseksi. Suodatuskokeista vain RO membraanilla saavutettiin tuoreveden puhtaus, vaikka myös NF ja UF membraaneilla yllettiin korkeisiin retentioihin. Myös perinteisen suodatuksen menetelmiä, kuten hiekka- ja painesuodatusta, voisi hyödyntää suodoksen puhdistukseen, jolloin vedenpuhdistuksen kulut olisivat alhaisemmat. Näillä menetelmillä suodoksesta saadaan poistettua kiintoainetta.