Utvärdering av kloratutsläpp i samband med växlingar mellan TCF- och ECF-blekning – En studie vid SCA Östrands massafabrik

• Main Author: Granbom, Linn
• Format: Others
• Language: Swedish
• Published: KTH, Skolan för kemi, bioteknologi och hälsa (CBH) 2021
• Subjects: ECF; TCF; Klorat; Klordioxid; Reduktionsgrad; Chemical Engineering; Kemiteknik
• Online Access: http://urn.kb.se/resolve?urn=urn:nbn:se:kth:diva-299646

SCA Massa, Östrands massafabrik har två produktionslinjer, fiberlinjen som tillverkar NBSK (blekt barrsulfatmassa) och CTMP-linjen som tillverkar CTMP (kemisk termomekanisk massa). Massaindustrin har trotts övergången från klorblekning till klordioxidblekning fortfarande en påtaglig miljöpåverkan, då tillverkningsprocessen medför både restavfall och förorenade utsläpp. Barrsulfatmassan bleks antingen med ECF (Elemental Chlorine Free) eller TCF (Total Chlorine Free) metoden. Under tillverkningsprocessen av ECF-massa så tillsätts klordioxid som blekkemikalie, vilket leder till att avloppsvattnet som bildas innehåller stora mängder kloratjoner och måste renas innan det släpps ut till recipienten. Under 2014 ansökte SCA om nytt verksamhetstillstånd i Mark- och Miljödomstolen, för att kunna bygga ut Östrands massafabrik och producera upp till 1,1 miljon ton pappersmassa per år. Under 2015 beslutade domstolen om ett nytt tillstånd och för kloratutsläpp sattes ett provisoriskt villkor på 0,5 kg klorat/ ton ECF-massa, som kombinerades med två utredningsnivåer. Utredningsnivå 1 på 0,15 kg klorat/ton ECF-massa och utredningsnivå 2 på 0,05 kg klorat/ton ECF-massa.  Syftet med studien var att undersöka hur det biologiska reningssteget påverkas vid växlingar mellan TCF- och ECF-blekning, och vilka möjligheter det finns att reducera risken för ökade kloratutsläpp. Syftet var också att undersöka om SCA uppfyller det provisoriska villkoret med avseende på utgående mängd klorat per tillverkad ton ECF-massa, och vart SCA ligger i förhållande till utredningsnivå 1 respektive 2. Dygnsmedelvärdesprover har sammanställts och utvärderas för totalt fem månader, från december 2020 till april 2021. Dessa har använts för att undersöka den ingående och utgående mängden klorat från reningen och faktorer som kan påverka reningen. Parametrar som undersökts är pH, temperatur, flöde, syrehalt i kloratsteg A och B och pumpgropen. Stickprover har tagits ur blekeriavloppet, bärarsteg 1A och 1B i samband med växlingar från TCF- till ECF-massa för att undersöka hur kloratsteg A och B påverkas.  Resultatet av undersökningen visade att reningsanläggning har en reduktionsgrad av klorat på ca 89 % i de kloratreducerande stegen, och att reduktionsgraden från bärarsteg 1A till 1B är på ca 31 %. Den största reduktionen av klorat sker i blekerireningen men det sker även en viss reduktion i selektorsteget och de fyra seriekopplade aktivslambassängerna. SCA Östrand ligger som medeltal på ett utsläpp av 0,11 kg klorat/ton ECF-massa. Detta innebär att det provisoriska villkoret på 0,5 (kg klorat/ton ECF-massa) och utredningsnivå 1 på 0,15 (kg klorat/ton ECF-massa) uppnås under den undersökta perioden. SCA Östrand uppfyller inte vid något tillfälle under den undersökta perioden utredningsnivå 2 på 0,05 (kg klorat/ ton ECF- massa). Syrehalten i kloratsteg A och B har en avgörande roll för reduktionen av klorat. Under en tidpunkt uppstod ett handhavande fel på syrgasgivaren och syrehalten reglerades inte till en lägre nivå trotts ECF-massa tillverkning, detta bidrog till högre kloratutsläpp på grund av den minskade reduktionen. I bärarsteg 1A visade det sig att 48 % av mängden klorat i härstammade från pumpgropen. För att minimera risken för ökade kloratutsläpp till recipienten bör inkommande processberört vatten från samlingsavloppet ses över, vilket innebär att kontrollera och minska mängderna klorat till pumpgropen kraftigt. SCA Östrand bör se över breddningen av filtertank 8 som bidrar till ökade mängder klorat till pumpgropen, i samband med klordioxidblekning i blekeriet. För att SCA Östrand ska uppnå utredningskrav 2 måste processinterna åtgärder ses över för att minimera risken att processberört vatten med stora mängder klorat inte passerar kloratsteg A och B i blekerireningen.  === SCA Massa, Östrand pulp mill is covered by two production lines, the fiber line producing NBSK and the CTMP line producing CTMP. The pulp industry, despite the transition from chlorine bleaching to chlorine dioxide bleaching, still has a significant environmental impact, as the manufacturing process generates both residual waste and polluted emissions. The sulphate mass is bleached using either the ECF (Elemental Chlorine Free) or TCF (Total Chlorine Free) method. During the production process of the sulphate pulp ECF, chlorine dioxide is added as a bleaching chemical, which results in the wastewater produced containing large amounts of chlorate ions and must be treated before being discharged to the recipient. In 2014, SCA applied to the Land and Environmental Court for a new operating permit to expand the Östrand pulp mill and produce up to 1.1 million tons of pulp. In 2015, the court decided on a new permit and a provisional condition of 0.5 kg chlorate/ton ECF-mass was set for chlorate emissions, which was combined with two investigation levels: investigation level 1 of 0.15 kg chlorate/ton ECF-mass and investigation level 2 of 0.05 kg chlorate/ton ECF-mass.  The aim of the study was to investigate how the biological purification step is affected by changes between TCF and ECF bleaching, and what opportunities there are to reduce the risk of increased chlorate emissions. It also aimed to investigate whether SCA meets the provisional requirement with respect to the output of chlorate per tons of ECF mass produced, and where SCA stands in relation to investigation levels 1 and 2. Daily average samples were compiled and evaluated for a total of five months, from December 2020 to April 2021. These were used to investigate the input and output of chlorate from the purification process and factors that may affect the purification. Parameters investigated include pH, temperature, flow, oxygen supply in chlorate stages A and B and the pump pit. Samples were taken from the bleach drainer, carrier stages 1A and 1B, during changes from TCF to ECF mass to investigate the influence of chlorate stages A and B.  The results of the study showed that the facility of purification has a chlorate reduction degree of 89 % in the chlorate-reducing stages, and that the degree of reduction from carrier step 1A to 1B is about 31 %. The largest reduction of chlorate occurs in the bleaching purification, but there is also some reduction in the selector stage and the four series-connected activated sludge units. SCA Östrand has an average emission of 0.11 kg chlorate/ton ECF-mass. This means that the provisional condition of 0.5 (kg chlorate/ton ECF-mass) and investigation level 1 of 0.15 (kg chlorate/ton ECF-mass) are achieved during the periods under investigation. SCA Östrand does not meet investigation level 2 of 0,05 (kg chlorate/ton ECF-mass) at any time during the period under investigation. The oxygen supply in chlorate steps A and B plays a decisive role in the reduction of chlorate. During one point in time a handling error occurred on the oxygen sensor and the oxygen content was not regulated to a lower level despite ECF- mass production, this error contributed to higher chlorate emissions due to the reduced reduction. To minimize the risk of increased chlorate emissions to the recipient, incoming process treated water from collection drains to carrier stage 1A of the bleach plant should be reviewed. It was found that 48 % of the amount of chlorate in carrier stage 1A originated from the pump pit. In order to minimize the risk of increased chlorate discharge, the amounts of chlorate entering the pump pit must be controlled and greatly minimized. SCA Östrand should review the widening of filter tank 8, which contributes to increased amounts of chlorate to the pump pit, in connection with chlorine dioxide bleaching in the bleaching plant. In order for SCA Östrand to meet investigation requirement 2, in-process measures must be reviewed to minimize the risk that process contaminated water with large amounts of chlorate does not pass through chlorate stages A and B in the facility of purification.