Suodatuskalvojen toimivuuden arviointi paperiteollisuuden sovelluksissa

Työn tavoitteena oli etsiä vaihtoehtoja paperiteollisuuden kiertovesien ja pastapitoisten jätevesien suodatusprosesseissa tällä hetkellä käytössä oleville kalvoille. Työssä pyrittiin myös määrittämään tekijöitä, joiden avulla voitaisiin ennustaa polymeerikalvon käyttäytymistä erilaisissa paperiteollisuuden kalvosovelluksissa. Työn kirjallisessa osassa tarkasteltiin polymeerikalvojen ominaisuuksia, jotka vaikuttavat kalvojen käyttäytymiseen suodatusprosesseissa. Työssä esiteltiin myös tavallisimmat kalvomateriaalit ja polymeerikalvojen valmistustavat sekä paperiteollisuuden kalvosovelluksia. Paperiteollisuuden kalvosuodatussovellukset eroavat toisistaan huomattavasti toimintaolosuhteiltaan ja käyttötarkoituksiltaan. Tästä johtuen on hankalaa löytää yhteisiä tekijöitä, joiden perusteella voitaisiin ennustaa kalvon käyttäytymistä eri sovelluksissa. Kalvon hydrofiilisyyden todettiin kuitenkin vaikuttavan positiivisesti suodatustapahtumaan useissa sovelluksissa. Kokeellisessa osassa verrattiin erilaisten polymeerikalvojen ja referenssikalvojen toimintaa happaman kirkkaan suodoksen ja pastapitoisen veden suodatuksessa. Kirkkaan suodoksen suodatuskokeet tehtiin UPM-Kymmene Oy:n Kaukaan tehtailla. Pastapitoista jätevettä mallinnettiin syöttöpanoksilla, jotka tehtiin laimentamalla CTC:n valmistamaa LWC-pastaa. Suodatukset tehtiin CR 200/1- ja CR 550/10 -suodattimilla. Kirkkaan suodoksen suodatuksissa käytettiin referenssikalvona regeneroidusta selluloosasta ja pastapitoisen veden suodatuksessa aromaattisesta polyamidista valmistettua kalvoa. Kirkkaan suodoksen koesuodatusten perusteella todettiin, ettei minkään vertailtavan ultrasuodatuskalvon suodatuskapasiteetti ollut yhtä korkea kuin referenssikalvon. Referenssikalvon toiminta suodatuksessa oli myös vakaata syötön laadun muutoksista huolimatta. Todennäköisesti referenssikalvon erittäin hydrofiilinen luonne tekee siitä vertailtavia kalvoja sopivamman kirkkaan suodoksen suodatukseen. Pastapitoisen veden suodatustulosten perusteella referenssikalvolle löytyi useita potentiaalisia korvaajia. Näistä parhaan kalvon valitseminen edellyttää kuitenkin jatkotutkimuksia. SEM-analyysituloksista huomattiin, että tietyntyyppinen kalvorakenne parantaa kalvon toimintaa pastapitoisen veden suodatuksessa.

The aim of this thesis was to search alternative membranes for the currently used membranes in clear filtrate and coating effluent applications in the pulp and paper industry. Also the factors that influence filtration performance were tried to define to predict the membrane performance in different pulp and paper applications. In the literature part the membrane characteristics which have an influence on membrane performance in filtration applications were discussed. In addition, the most commonly used membrane materials and manufacturing methods, as well as, different filtration applications in the pulp and paper industry were introduced. Membrane filtration applications in the pulp and paper industry differ much from each other. As a result, it is difficult to find the factors by whom the membrane performance in different applications could be predicted. In most of the applications membrane hydrophilicity has been found to have a positive influence on the membrane performance. The performance of different polymeric membranes was compared in test filtrations of two different waters; the acidic clear filtrate from UPM-Kymmene Oy Kaukas Mill and the diluted coating colour made at CTC. The reference membrane in filtration of the clear filtrate was made of regenerated cellulose and in the coating colour effluent filtration of aromatic polyamide. The experiments were done by CR-filters 200/1 and 550/10. Results of clear filtrate filtration indicate that none of the tested ultrafiltration membranes has as high filtration capacity as the reference membrane. Moreover, the performance of the reference membrane is very stable despite of the changes in the feed quality. This is probably due to its hydrophilicity. According to the results obtained from filtration experiments of diluted coating colour there are several alternatives for the reference membrane. However, some pilot tests have to be done in order to choose the best membranes from these alternatives. SEM-analyses of the membranes used in the diluted coating colour filtration demonstrate that a certain membrane structure has a positive influence on the membrane performance.