Wet Oxidation of TMP Concentrated Paper Mill Process Water. Kinetics of the reaction

Abstract

Työn tarkoituksena oli tutkia lämpötilan, paineen, pH:n ja katalyytin vaikutusta paperitehtaan TMP-konsentroidun prosessiveden märkähapetuksessa.

Teoriaosio sisältää katsauksen sellu- ja paperiteollisuuteen, jätevesien käsittelyyn, nanosuodatuksen ja märkähapetusprosessin toimintaperiaatteet ja sovellukset hybriditeknologialle nanosuodatus-märkähapetuksessa.

Empiirinen osa koostuu märkähapetuskokeista eri lämpötiloissa, paineissa, pH:ssa ja eri katalyyseillä. Työssä tutkittiin näiden vaikutusta kemialliseen hapenkulutukseen (COD), Biologiseen hapenkulutukseen (BOD), Välittömästi saatavana olevan biologisen hapenkulutukseen (IABOD), ligniiniin, täysin orgaanisen hiileen (TOC) ja rasvaliukoisten uuteaineiden (LWEs) pitoisuuteen.

Tuloksina kokeellisesta työstä saatiin korkeimmat COD:n alenemat ja BOD/COD (biohajoavuus) suurimmilla lämpötilaolosuhteilla (COD:n alenema 70 % ja BOD/COD 97 % 200 °C:ssa ja hapen 10 bar osapaineella). Tutkimuksessa, jossa selvitettiin hapen osapaineen vaikutusta saatiin tuloksena, että hapen osapaineen kasvu parantaa orgaanisen kuormituksen poistoa: COD poisto oli olosuhteilla130°C, 5bar 5 %, olosuhteilla 130 °C, 15bar 15 %, olosuhteilla 170 °C, 5bar 20 % ja olosuhteilla 170 °C, 15bar 50 %. Lähes täydellinen LWEs –poisto saavutettiin 150 °C ja 10bar olosuhteilla, vaikka tässä lämpötilassa ei saavutettu korkeata orgaanisen kuormituksen poistoa. Emäksinen pH vaikutti suosivan hapettavia reaktioita, koska korkein COD:n poisto saavutettiin näissä olosuhteilla; kuitenkin alkalisen väliaineen tehokkuudelle löydettiin tärkeä lämpötilariippuvuus.

The aim of this work was to study the influence of temperature, pressure, pH and catalyst in the wet oxidation of TMP concentrated paper mill process water.

The literature review includes a description of the pulp and paper industry, wastewater treatments, principles of the nanofiltration and wet oxidation processes, and applications of the hybrid techonogy nanofiltration-wet oxidation.

The experimental part consists of wet oxidation experiments carried out at different temperatures, pressures, pH and catalyst. The dependence of the Chemical Oxygen Demand (COD), Biochemical Oxygen Demand (BOD), Immediately Available Biochemical Oxygen Demand (IABOD), Lignin, Total Organic Carbon (TOC) and Lipophilic Wood Extractives (LWEs) content of the water on the varied parameters was studied.

As a result of the experimental work, the highest COD removal and BOD/COD (biodegradability) was achieved under the highest conditions of temperature (COD removal of 70 % and BOD/COD of 97 % at 200 oC and 10 bars of oxygen partial pressure). The results of the study on the influence of the partial oxygen pressure have shown that the higher the operating pressure, the higher the organic load removal: COD removal at 130 oC and 5 bar = 5 %, at 130 oC and 15 bar = 15 %, at 170 oC and 5 bar = 20 % and at 170 oC and 15 bar = 50 %. Near complete elimination of LWEs occurred at 150 oC and 10 bars, although at this temperature no high organic load removal was observed. Basic pH seemed to be more favorable for the oxidative reaction, since the highest COD removal was achieved under these conditions; however, an important dependence of the effectiveness of the alkali medium on the temperature was found.