Combustibility of Paper Mill Rejects

Abstract

Tämän työn tarkoituksena oli selvittää mekaanisen massan valmistuksen käsittävän paperitehtaan rejektija jätevirtojen poltettavuutta, jos paperitehtaan vesikiertojen sulkemisastetta lisätään. Jotta prosessin tilannetta sulkemisen jälkeen saatiin arvioitua, Anjalan paperitehtaan nykypäivän PK3:n prosessia tutkittiin kuorimolta jätevesilaitokselle. Kirjallisuusosassa käsiteltiin rejekti- ja jätevirtojen alkuperää mekaanista massaa käyttävässä paperitehtaassa. Myös tämän päivän jätevedenkäsittelyprosessit sekä sulkemisessa mahdolliset prosessiveden puhdistustekniikat esiteltiin lyhyesti. Lisäksikäytiin läpi nykypäivänä metsäteollisuudessa käytössä olevat polttotekniikat sekä polttoaineiden karakterisointi kattilan käytettävyyden ja päästöjen kannalta. Anjalan PK3:lla käytetään sekä peroksidi- että ditioniittivalkaistua tai pelkästään ditioniittivalkaistua hioketta riippuen tuotannossa olevasta lajista. PK3-prosessissa syntyneet jätevesi-, liete- ja muut jätevirrat selvitettiin molemmissa valkaisuolosuhteissa. Prosessin eniten liuennutta orgaanista ainesta sisältävät jätevesijakeet, 3-hiomon kuumankierron ja kirkassuodoksen ulosajot sekä kuoripuristimen suodos, valittiin puhdistettaviksi virroiksi prosessin sulkemista arvioitaessa. Kun peroksidivalkaisua käytettiin 3-hiomolla, TOC-kuorma jokeen oli 30 % suurempi kuin pelkällä ditioniittivalkaisulla. Jos prosessin sulkemisastetta lisättäisiin, TOC-kuorma olisi 30 %pienempi kuin tänäpäivänä peroksidivalkaisua käytettäessä (80 % puhdistustehokkuudella). Prosessin sulkemisastetta lisättäessä biolietettä muodostuisi n. 30 % vähemmän verrattuna nykytilanteeseen, sillä mikrobien ravintona käyttämää orgaanista ainesta päätyisi vähemmän jäteveteen. 3-hiomon peroksidivalkaisun vaikutus kattilan käytettävyyteen ja päästöihin oli pieni, sillä biolietteen osuus polttoaineen syötöstä oli vain 4 %. Vain osa biolietteestä muodostui 3-hiomolta peräisin olevaa orgaanista ainesta poistettaessa. Jos nykyisen pääpolttoaineen, PDF:n,osuuden jättää huomioimatta, SO2- ja NOx-päästöt sekä leijupedin sintrautuvuus ovat hiukan suuremmat käytettäessä peroksidivalkaisua 3-hiomolla kuin pelkästään ditioniittivalkaisulla. Jos kuoripuristimen ja hiomon suodosten puhdistuksen konsentraatit johdetaan poltettaviksi BFB-tyyppiseen kattilaan, leijupedin sintrautuminen tulisi olemaan suurin ongelma. Myös raskasmetalli-, SO2- ja NOx-päästöt lisääntyisivät merkittävästi verrattuna nykyiseen tilanteeseen. Sen sijaan kattilan korroosioriski tuskin lisääntyisi. Lisäksi konsentraattien kosteuspitoisuus olisi korkea, mikä tekisi poltosta kannattamatonta veden haihdutuksen vaatiessa paljon energiaa. Yksityiskohtaisempaa tutkimusta tarvitaan vielä prosessin sulkemisen vaikutuksista päästöihin ja kattilan käytettävyyteen. Myös muita konsentraattien hävittämismahdollisuuksia tulisi tutkia lisää.

The aim of this study was to estimate the combustibility of waste and reject streams of an integrated mechanical pulping and papermaking process if the process closure was increased.In order to estimate the situation of process and wastes after process closure,the today's PM3 process of Anjala paper mill were examined from debarking plantto wastewater treatment. The literature survey presented the origins of reject streams formed in an integrated mechanical pulp and paper mill. Short descriptions were given about today's wastewater treatment practices, process water cleaning possibilities, and combustion techniques in the forest industry. In addition, the basic principles for characterization of fuels regarding availability and emissions of the boiler were presented. In Anjala PM3 process PGW is bleached periodically both with peroxide anddithionite, or only with dithionite depending on the produced grade. Wastewater, sludge, and solid waste streams were studied in Anjala PM3 process in both pulp bleaching conditions. The process closure was estimated by choosing the most dissolved organic matter containing effluents, clear filtrate and hot circulationoutflows in PGW H3 plant and bark press filtrate in debarking plant, for the wastewater fractions to be cleaned. When peroxide bleaching was used in the grinding room producing pulp for PM3 (PGW H3), TOC load to river was 30 % greater compared to pulp bleaching with dithionite only. If the process closure wasincreased and the separation efficiency of the kidney was 80 %, the TOC load toriver would be 30 % lower than in today's case with peroxide bleaching. The formation of biosludge would be reduced if the process closure was increased. The reason for reduced biosludge formation is that less organic matter, i.e., nutrition for microbes, would end up in wastewaters. The effect of PGW H3 peroxide bleaching on availability and emissions of the boiler was insignificant dueto the share of biosludge of the total fuel feed was only 4 %. Only a small share of biosludge was formed from the organic matter derived from PGW H3. However,if the share of today's main fuel PDF was ignored, the SO2 and NOx emissions, and fluidized bed sintering tendency were higher in peroxide bleaching case. The fluidized bed agglomeration would be the most serious problem if bark press filtrate and PGW filtrates were cleaned in the kidney and the concentrates were led to incineration into BFB type boiler. Also the heavy metal, SO2, and NOx emissions would increase considerably in comparison to today's emissions. On the contrary, the corrosion risk of furnace walls and superheater tubes would notincrease. The high moisture content of concentrates would also be a problem; the vaporization of water consumes lots of energy making incineration not feasible. More investigation is still needed to figure out the effects of process closure on emissions and availability of the boiler in more detail. Also other possibilities to get rid of these concentrates should be considered and investigated more.