Otsonin käyttö paperin ja kartongin valmistuksen kiertovesien mikrobiologisen tilan hallintaan

Diplomityössä tutkittiin otsonin käytön soveltuvuutta ja etsittiin optimaalista soveltamistapaa kartonki- ja paperikoneen kiertoveden mikrobiologisen tilan hallintaan. Kirjallisuusosassa selvitettiin otsonin tuotannon nykytekniikkaa sekä otettiin selvää saatavilla olevista kapasiteetiltaan riittävistä otsonigeneraattoreista. Kirjallisuuden perusteella selvitettiin myös otsonin reaktioita paperi- ja kartonkikoneen kiertovesissä olevien orgaanisten ja epäorgaanisten aineiden kanssa. Lisäksi käsiteltiin otsonin käytön eri sovelluksia vedenpuhdistuksessa sekä perehdyttiin aikaisemmin tehtyihin tutkimuksiin otsonin käytöstä mikrobitorjuntaan paperi- ja kartonkikoneiden kiertovesistä. Kokeellisessa osassa määritettiin sopiva otsoniannos valkaisematonta sellua käyttävän koneen kiekkosuotimen kirkkaalle ja samealle suodokselle. Vesien otsonointi suoritettiin otsonipilotlaitteistolla. Työssä tutkittiin otsonoinnin vaikutusta kiertoveden mikrobiologisiin ja kemiallisiin ominaisuuksiin. Lisäksi tarkasteltiin kiertoveden otsonoinnin vaikutuksia koepaperikoneella valkaisemattomasta sel-lusta ja hylkymassasta valmistettujen lopputuotteiden laatuun. Työssä arvioitiin myös otsonin käytön mahdollisuutta osittain korvaamaan jo käytössä olevia hapettavia biosidejä. Samealle suodokselle sopivaksi otsoniannokseksi osoittautui 120 mg O3/l (0,3 mg O3/mg CODCr) ja kirkkaalle suodokselle riittävä annos olisi 60 mg O3/l (0,2 mg/mg CODCr). Näillä annoksilla kiertoveden mikrobireduktiot olivat 98–100 %. Kiertoveden hapetuskyky kasvoi 9-14 % ja pH laski yhdellä yksiköllä otsonoinnin vaikutuksesta. Kiertoveden kemiallisiin ominaisuuksiin otsonoinnilla oli edullinen vaikutus, sillä veden sameus, kiintoaine- ja CODCr-pitoisuudet laskivat. Koepaperikoneella havaittiin perälaatikon ilmapitoisuuden vähentyneen jopa 49 % käytettäessä ot-sonoitua kiertovettä. Mikrobiologiset analyysit suoritettiin koepaperikoneen massalle, viiravedelle ja lopputuotteelle. Tutkimusten perusteella mikrobientorjunnan kannalta parhaimmaksi otsonin annos-telupaikaksi osoittautui samea suodos. Massan, viiraveden ja lopputuotteen mikrobimäärät alenivat selvästi. Kemialliset analyysit osoittivat, että kirkasta suodosta käytettäessä oli koepaperikoneen vii-raveden kemiallinen tila parantunut LK-aineen muuttuessa hydrofiilisemmäksi ja sen sitoutumisky-vyn parantuessa. Samealla suodoksella ei muutosta havaittu. Valkaisemattomasta sellusta ja päällystetystä hylystä koepaperikoneella valmistettujen lopputuotteiden lujuus- ja aistinvaraisissa ominaisuuksissa ei tapahtunut merkittävää muutosta. Tulosten perusteella otsonia voisi käyttää korvaamaan hinnaltaan kalliimpia hapettavia biosidejä. Otsonin etuna on, ettei sille resistenttejä mikrobikantoja ole. Kirjallisuuden perusteella otsonin heikkoutena on sen tehon paikallisuus eli otsonin lisänä on käytettävä jotain muuta sekundääristä biosidia ylläpitämään matala mikrobitaso otsonoinnin jälkeen.

This thesis investigated the suitability of ozonation and the optimal method of application for the microbiological quality of the white water of a paper and board machine. The aim of the literature part was to find out the latest technology of ozone production and the most potential manufacturers of ozone generators. The reactions of ozone with organic and inorganic substances were defined. In addition, the applications of water purification with ozone and the earlier studies of ozone as biocide in paper and board machines white water were introduced. The aim of the experimental part of this thesis was to find out the most appropriate ozone dose for the clear and cloudy filtrates of the disc filter. The ozonation was performed with the ozone pilot-scale apparatus. The purpose was to research the effects of ozonation on the microbiological quality and chemical properties of the white water of a machine using unbleached pulp. The unbleached stock and coated broke were pulped with ozonated and unozonated white water in the pilot paper machine and the influence of ozonated white water on end product quality was studied. Also the possibility of using ozone as a substitutive biocide in a paper or board machine was ascertained. The most appropriate ozone dose for the cloudy filtrate was 120 mg O3/l (0.3 mg O3/mg CODCr), and for the clear filtrate 60 mg O3/l (0.2 mg O3/mg CODCr) seemed to be enough. The reductions of microbes in the white water with these doses were from 98 % to 100 %. The oxidizing power of the white water was increased 9–14 % and the pH was decreased one unit. The chemical properties of white water were improved because, for example, the turbidity, CODCr and solids content were decreased. In the pilot paper machine the air content in the head box was lowered as much as 49 % due the ozonation of the white water. The reductions of microbes were investigated from the mass, tail water and end product of the pilot paper machine. The best reduction of microbes occurred when using a cloudy filtrate as raw water in the pilot paper machine. The reduction of microbes for the mass, for the tail water and for the end product was obvious. Also the chemical quality of the tail water was improved when using a clear filtrate. This was due to fine matter, which became more hydrophilic, and thus the binding power was improved. In the cloudy filtrate this effect of ozonation was not rec-ognized. The strength and organoleptic properties of end products made from unbleached pulp and coated broke were not significantly changed. Ozone could substitute some other oxidizing biocide which is more expensive than ozone. There are no microbes resistant to ozone in white water, but based on the literature the disinfectional impact of ozone is local. Thus some other secondary biocide is needed.