Paperin päällystyksessä syntyvän jäteveden sisältämän kiintoaineen hyötykäyttö ja sen merkitys vesiensuojeluun
Paperin valmistusprosessissa päällystyksessä paperin pintaan levitetään päällystyskerros, joka tasaa sen pinnan muotoja. Paperi päällystetään optisten ominaisuuksien sekä painettavuuteen vaikuttavien seikkojen vuoksi. Paperitehtaan pastakeittiöllä valmistetaan päällystyspasta, joka levitetään paperin toiselle tai molemmille puolille.
Pastaa valmistettaessa ja käsitellessä syntyy erilaisia pasta- ja pigmenttipitoisia vesiä, jotka sisältävät päällystyspastan komponentteja. Päällystyspastan pääkomponentit ovat kaoliini ja kalsiumkarbonaatti. Jätevesien sisältämät pastan komponentit ovat hyödynnettävissä, koska näitä komponentteja pystytään hyödyntämään uuden päällystyspastan valmistuksessa.
Päällystyspastaa sisältävä kiintoaine on myös jätevedenpuhdistuksen kannalta hyvä saada talteen, koska se vähentää puhdistamolle kulkeutuvaa kiintoainekuormaa. Isot määrät kiintoainetta vaikeuttavat kiintoaineen poistoa jätevedenpuhdistusprosessissa sekä saattavat aiheuttaa erilaisia häiriötilanteita. Häiriötilanteissa kiintoaine voi jatkaa matkaa prosessissa, ja tällöin isojakin määriä kiintoainetta voi joutua ympäristöön.
Sappi Kirkniemen paperitehtaalla pigmentti- ja pastapitoiset vedet ajetaan ultrasuodatuslaitteistoon, missä vesistä saadaan talteen päällystyspastaa sisältävä kiintoaine, niin kutsuttu konsentraatti. Konsentraatti sisältää pastan raaka-aineita, joten sitä pystytään käyttämään hyödyksi uuden päällystyspastan valmistuksessa. Konsentraatin käyttö vähentää pastan raaka-ainekustannuksia sekä tehtaan jätevedenpuhdistamon kiintoainekuormaa.
Opinnäytetyön tavoitteena oli yrittää keksiä ratkaisu Sappi Kirkniemen paperitehtaan paperikone 1 ja paperikone 2-alueella syntyvän konsentraatin laajempaan hyödyntämiseen. Konsentraatin kuiva-ainepitoisuus on tällä hetkellä alhainen verrattuna paperikoneilla käytettävään päällystyspastaan, joten konsentraattia pystytään käyttämään vain pieniä määriä uuden pastan valmistuksessa. Tämä tarkoittaa, että konsentraattia syntyy enemmän kuin sitä käytetään. Tällöin pastapitoisia vesiä tyhjentyy kanaaliin isompia määriä kuin tilanteessa, jossa kaikki konsentraatti saataisi hyödynnettyä. Konsentraatti on tärkeä saada mahdollisimman hyvin hyödynnettyä, koska sen käyttö vähentää päällystyspastan raaka-ainekustannuksia ja vähentää tehtaan jätevedenpuhdistamolle menevää jätevesi- ja kiintoainekuormaa.
Ratkaisut päällystyksessä syntyvän jäteveden sisältämän kiintoaineen hyötykäyttöön
Ratkaisuna päällystyspitoisen kiintoaineen hukkaan menemiseen on se, että konsentraattia käytetään uuden päällystyspastan valmistuksessa isompia määriä huolimatta konsentraatin alhaisemmasta kuiva-ainepitoisuudesta. Konsentraatin alhainen kuiva-ainepitoisuus laskee päällystyspastan kuiva-ainepitoisuutta ja viskositeettiä. Viskositeettiä pystytään nostamaan lisäämällä pastan joukkoon paksuntajaa. Alhainen kuiva-ainepitoisuus päällystyspastassa vähentää kiiltoa, ja siksi pastan sekaan tarvitsee lisätä sideaineita ja paksuntajia. Konsentraatin käytön lisääminen nostaa sideaineiden ja paksuntajien käytön määrää, mutta kaoliinin ja kalsiumkarbonaatin käyttö vähenee.
Toinen ratkaisu päällystyspitoisen kiintoaineen aiheuttamiin ongelmiin on pastapitoisten vesien esikäsittely. Esikäsittelyn voisi toteuttaa esimerkiksi flotaatioselkeyttimellä tai lamelliselkeyttimellä pastapitoiseille vesille. Näiden avulla pigmenttipitoinen kiintoaine saataisiin poistettua jätevesistä esimerkiksi polymeerin avulla ennen kuin ne johdetaan jätevedenpuhdistamolle. Tämän ratkaisun huono puoli on se, että jäteveden sisältämää kiintoainetta ei saada hyödynnettyä uuden pastan valmistuksessa. Tällöin esikäsittelyssä poistettu kiintoaine luultavasti menisi vain polttoon voimalaitokselle. Päällystyspasta on tuhkapitoista, joten lietteen lämpöarvo on alhainen. Tuhkapitoinen liete aiheuttaa ongelmia lietteen polttoprosessissa.
Kolmas vaihtoehto olisi ajaa päällystyspastaa sisältävät jätevedet kolmannen paperikoneen ultrasuodatuslaitteistoon. Paperikone 3:lla paperi päällystetään kaksi kertaa, joten konsentraatin alhainen kuiva-ainepitoisuus ei vaikuta paperin laatuun samalla tavalla kuin paperikone 1:llä ja paperikone 2:lla. Positiivisia puolia tässä ratkaisussa on se, että konsentraatti saadaan hyödynnettyä ilman sideaineiden ja paksuntajien määrän lisäämistä. Tämän ratkaisun huonot puolet taas ovat välimatka paperikone 3:lle ja se, ettei tiedetä, aiheuttaako kolmen paperikoneen päällystyspastaa sisältävien jätevesien yhdistäminen ongelmia esimerkiksi ultrasuodatuslaitteistossa.
Kirjoitus perustuu opinnäytetyöhön: Pigmenttipitoisen kiintoaineen vähentäminen paperitehtaan jätevesissä, Tennosmaa, Emma (2023). Opinnäytetyön voi lukea osoitteessa: https://urn.fi/URN:NBN:fi:amk-2023052413737