Validation of plant dynamic model by online and laboratory measurements – a tool to predict online COD loads out of production of mechanical printing papers

COD discharges out of processes have increased in line with elevating brightness demands for mechanical pulp and papers. The share of lignin-like substances in COD discharges is on average 75%. In this thesis, a plant dynamic model was created and validated as a means to predict COD loading and discharges out of a mill. The assays were carried out in one paper mill integrate producing mechanical printing papers. The objective in the modeling of plant dynamics was to predict day averages of COD load and discharges out of mills. This means that online data, like 1) the level of large storage towers of pulp and white water 2) pulp dosages, 3) production rates and 4) internal white water flows and discharges were used to create transients into the balances of solids and white water, referred to as “plant dynamics”. A conversion coefficient was verified between TOC and COD. The conversion coefficient was used for predicting the flows from TOC to COD to the waste water treatment plant. The COD load was modeled with similar uncertainty as in reference TOC sampling. The water balance of waste water treatment was validated by the reference concentration of COD. The difference of COD predictions against references was within the same deviation of TOC-predictions. The modeled yield losses and retention values of TOC in pulping and bleaching processes and the modeled fixing of colloidal TOC to solids between the pulping plant and the aeration basin in the waste water treatment plant were similar to references presented in literature. The valid water balances of the waste water treatment plant and the reduction model of lignin-like substances produced a valid prediction of COD discharges out of the mill. A 30% increase in the release of lignin-like substances in the form of production problems was observed in pulping and bleaching processes. The same increase was observed in COD discharges out of waste water treatment. In the prediction of annual COD discharge, it was noticed that the reduction of lignin has a wide deviation from year to year and from one mill to another. This made it difficult to compare the parameters of COD discharges validated in plant dynamic simulation with another mill producing mechanical printing papers. However, a trend of moving from unbleached towards high-brightness TMP in COD discharges was valid.

Ultraäänen käyttö ligniinin ja hemiselluloosan ertuksessa puu-uutteesta

Puusta valmistetussa puu-uutteessa on puun polymeerejä, ligniiniä ja hemiselluloosaa, joiden käyttöä halutaan lisätä biojalostamoissa. Polymeerit tulisi erottaa mahdollisimman puhtaasti jatkojalostusta varten. Erotus voidaan tehdä ultrasuodatuksella. Puu-uutetta pitää kuitenkin esikäsitellä, sillä polymeerit ovat lähes samankokoisia. Ultraäänikäsittelyn on osoitettu kasvattavan ligniinin moolimassaa, jolloin myös erotus parantuisi. Ultraäänikäsittely on aikaisemmin käytettyihin esikäsittelymenetelmiin verrattuna ympäristöystävällisempi, sillä sen käytössä ei tarvita erillisiä kemikaaleja. Tämän työn tavoitteena oli selvittää, kuinka ultraäänikäsittely vaikuttaa ligniinin ja hemiselluloosan erotukseen PHWE-puu-uutteesta. Näytteen pH säädettiin emäksiseksi, näyte ultraäänikäsiteltiin eri koeolosuhteissa ja ultrasuodatettiin. Ultraäänikäsiteltyä näytettä verrattiin käsittelemättömään referenssinäytteeseen. Näytteet analysoitiin UV- ja TOC-analyyseillä konsentraattien ligniini- ja hiilipitoisuuksien selvittämiseksi. Lisäksi tarkasteltiin suodatusprosessin parametreja. Tulosten perusteella ultraäänikäsittely paransi ligniinin ja hemiselluloosan erotusta erilleen. Erotus parani eniten pH 12 -näytteessä, joka ultraäänikäsiteltiin 65 °C lämpötilassa, 45 minuutin ajan laiteteholla 175 W.

Elintarvikepakkauskartongin vettyminen

Elintarviketeollisuudessa tärkeimpiä pakkausmateriaaleja ovat erilaiset kartonkipakkaukset ja erityisesti niiden kuljetuksessa käytettävät aaltopahvipakkaukset. Aaltopahvilta vaadittavia ominaisuuksia ovat muun muassa puristuslujuus ja kosteudenkestävyys. Elintarvikekäyttöön tarkoitetuilla aaltopahveilla on myös tiettyjä vaatimuksia niissä käytettävistä yhdisteistä. Erilaiset kuitumateriaalit käyttäytyvät vettyessään eri tavalla ja niistä voi liueta yhdisteitä pakattavaan elintarvikkeeseen. Työn tavoitteena oli selvittää vettymiseen vaikuttavia tekijöitä ja veden vaikutus aaltopahvin rakenteeseen. Havaittiin, että ligniiniä tai uuteaineita sisältävä mekaanisesti valmistettu kartonkimateriaali ei sido vettä yhtä paljon kuin kemiallisesti valmistettu tai valkaistu kartonki. Aaltopahvissa tapahtuvan kapillaariabsorptio sai veden nousemaan pääasiassa aallotuskartonkiin. Vesi imeytyi korkeammalle puolikemiallisesti valmistetuissa aaltopahveissa kuin keräyskartonkipahveissa, jotka eivät myöskään turvonneet yhtä voimakkaasti. Työssä kartoitettiin myös elintarvikekäyttöä rajoittavia liukoisia yhdisteitä, jotka löytyivät paperiteollisuudessa yleisesti käytetyistä liimoista. Tällaisia yhdisteitä olivat märkälujaliimojen formaldehydiyhdisteet ja polyamidoamiini-epikloorihydriinihartsi. Keräyskartongin joukossa olevat raskasmetallit rajoittavat myös niiden käyttöä elintarvikepakkauksissa.