Membraanitekniikan potentiaali päästöjen vähennyksessä kemiallisessa puunjalostusteollisuudessa
Hiltunen, Konsta (2022)
Diplomityö
2022
School of Engineering Science, Kemiantekniikka
Kaikki oikeudet pidätetään.
Julkaisun pysyvä osoite on
https://urn.fi/URN:NBN:fi-fe2022112867309
https://urn.fi/URN:NBN:fi-fe2022112867309
Tiivistelmä
Työn tarkoituksena oli selvittää membraanien käyttökelpoisuutta päästöjen vähentämisessä kemiallisen puunjalostusteollisuuden sovelluksissa. Työssä keskityttiin erityisesti biotuotelaitosten nestevirtoihin. Päästörajojen tiukentuessa tällä hetkellä käytössä olevien puhdistustekniikoiden tehokkuutta tulisi arvioida ja selvittää, voisiko uudet tekniikat parantaa puhdistustehokkuutta. Tämän takia on tarpeellista koostaa raportti, jossa keskitytään membraanitekniikan mahdollisuuksiin kemiallisen puunjalostusteollisuuden päästöjen vähentämisessä. Tämä työ on kohdennettu luvittajille, valvojille, konsulteille ja asiantuntijoille teollisuuden päästövähennyksiin tähtäävään toimintaan hyödynnettäväksi.
Kirjallisuusosassa kuvataan membraanien ominaisuuksia ja toimintaa teoriassa. Lisäksi membraanien yleisimpiä käyttökohteita esitellään ja pohditaan membraanitekniikan tarjoamia mahdollisuuksia metsäteollisuudelle päästörajojen tiukentuessa. Lopuksi metsäteollisuuden päästöjä tutkitaan tarkemmin ja pohditaan membraanien soveltuvuutta päästöjen vähentämiseen nyt ja tulevaisuudessa. Etenkin sulfaattipäästöt osoittautuivat mielenkiintoisiksi, sillä niille ei ole asetettu päästörajoja Suomessa, ja ne vaikuttavat negatiivisesti vesistön ekosysteemiin. On kuitenkin odotettavissa, että teollisuudessa asetetaan sulfaatille päästörajat tulevaisuudessa.
Kokeellisessa osassa tavoitteena on osoittaa membraanisuodatuksen olevan mahdollinen teknologia kemiallisen puunjalostusteollisuuden suolapäästöjen vähentämiseksi. Kokeet osoittivat, että nanosuodatusmembraaneja voidaan hyödyntää ainakin sulfaatin vähentämiseen metsäteollisuudessa tertiäärisenä puhdistusmenetelmänä jäteveden käsittelyssä. Sulfaatin määrä saatiin vähennettyä jäteveden 1 855 mg/L:sta 178 mg/L:n, mikä on vähemmän kuin muissa maissa asetettu 250–500 mg/L sulfaatin päästöraja puhdistetussa jätevedessä. Jätevettä pystyttiin myös konsentroimaan membraanilla, jolloin mahdollisesti talteen kerättävien yhdisteiden konsentraatio oli suurempi ja ne voitaisiin hävittää tai käyttää uudelleen. The purpose of this study was to examine how membranes can be utilized in emission reduction in chemical wood processing applications. The study focused on liquid streams in bioproduct plants. As emission standards get stricter, the efficiency of current technologies should be evaluated and determined whether new technologies could improve the cleaning efficiency. Therefore, it is necessary to prepare a report that focuses on the possibilities of membrane technology in reducing emissions of the chemical wood processing industry. This study is aimed at licensers, supervisors, consultants, and experts to utilize in activities aimed at industrial emission reduction.
The literature part describes the characteristics and performance of membranes in theory. In addition, the most common applications for membranes are presented and the opportunities offered by membrane technology for the forest industry are considered as emission limits get stricter. Finally, emissions from the forest industry are studied in detail and the suitability of membranes now and in the future are considered. Especially sulfate emissions were intriguing as there are no emission standards for them in Finland, and they can have a negative effect on the ecosystem. However, it is expected that emission limits will be set for sulfate in the future.
The goal of the experimental part is to demonstrate that membrane filtration is a viable technology for reducing salt emissions in the chemical wood processing industry with demonstrative experiments. The experiments showed that nanofiltration membranes are suitable in sulfate reduction in the forest industry as a tertiary purification method in wastewater treatment. The amount of sulfate in wastewater was reduced from 1 855 mg/L to 178 mg/L, which is less than the emission standard of 250–500 mg/L sulfate in treated wastewater set in other countries. Concentrating the wastewater was also possible, which enables easier waste recycling and management due to higher concentration of the collected compounds.
Kirjallisuusosassa kuvataan membraanien ominaisuuksia ja toimintaa teoriassa. Lisäksi membraanien yleisimpiä käyttökohteita esitellään ja pohditaan membraanitekniikan tarjoamia mahdollisuuksia metsäteollisuudelle päästörajojen tiukentuessa. Lopuksi metsäteollisuuden päästöjä tutkitaan tarkemmin ja pohditaan membraanien soveltuvuutta päästöjen vähentämiseen nyt ja tulevaisuudessa. Etenkin sulfaattipäästöt osoittautuivat mielenkiintoisiksi, sillä niille ei ole asetettu päästörajoja Suomessa, ja ne vaikuttavat negatiivisesti vesistön ekosysteemiin. On kuitenkin odotettavissa, että teollisuudessa asetetaan sulfaatille päästörajat tulevaisuudessa.
Kokeellisessa osassa tavoitteena on osoittaa membraanisuodatuksen olevan mahdollinen teknologia kemiallisen puunjalostusteollisuuden suolapäästöjen vähentämiseksi. Kokeet osoittivat, että nanosuodatusmembraaneja voidaan hyödyntää ainakin sulfaatin vähentämiseen metsäteollisuudessa tertiäärisenä puhdistusmenetelmänä jäteveden käsittelyssä. Sulfaatin määrä saatiin vähennettyä jäteveden 1 855 mg/L:sta 178 mg/L:n, mikä on vähemmän kuin muissa maissa asetettu 250–500 mg/L sulfaatin päästöraja puhdistetussa jätevedessä. Jätevettä pystyttiin myös konsentroimaan membraanilla, jolloin mahdollisesti talteen kerättävien yhdisteiden konsentraatio oli suurempi ja ne voitaisiin hävittää tai käyttää uudelleen.
The literature part describes the characteristics and performance of membranes in theory. In addition, the most common applications for membranes are presented and the opportunities offered by membrane technology for the forest industry are considered as emission limits get stricter. Finally, emissions from the forest industry are studied in detail and the suitability of membranes now and in the future are considered. Especially sulfate emissions were intriguing as there are no emission standards for them in Finland, and they can have a negative effect on the ecosystem. However, it is expected that emission limits will be set for sulfate in the future.
The goal of the experimental part is to demonstrate that membrane filtration is a viable technology for reducing salt emissions in the chemical wood processing industry with demonstrative experiments. The experiments showed that nanofiltration membranes are suitable in sulfate reduction in the forest industry as a tertiary purification method in wastewater treatment. The amount of sulfate in wastewater was reduced from 1 855 mg/L to 178 mg/L, which is less than the emission standard of 250–500 mg/L sulfate in treated wastewater set in other countries. Concentrating the wastewater was also possible, which enables easier waste recycling and management due to higher concentration of the collected compounds.