DE60014169T2

DE60014169T2 - Verfahren zur entfernung von schädlichen bestandteilen aus einer behandlungsflüssigkeit

Info

Publication number: DE60014169T2
Application number: DE60014169T
Authority: DE
Inventors: Anette Karlsson; Liviu Haias
Original assignee: Linde GmbH
Current assignee: Linde GmbH
Priority date: 1999-07-09
Filing date: 2000-07-05
Publication date: 2005-11-17
Anticipated expiration: 2020-07-06
Also published as: WO2001004415A1; SE9902636L; NO20020061L; SE514687C2; JP2003504534A; DE60014169D1; US20020134519A1; EP1246965B1; ATE277228T1; NO20020061D0; SE9902636D0; EP1246965A1; CA2377695A1; AU6042600A

Description

TECHNISCHES GEBIET
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Entfernung von schädlichen Bestandteilen aus einer Behandlungsflüssigkeit, wobei die schädlichen Bestandteile gelöstes oder suspendiertes organisches Material oder synthetisches organisches Material, wie Holzharz, Fibrillen, biologische Polymere oder Latex umfassen.
Außerdem können die schädlichen Bestandteile gelöstes oder suspendiertes anorganisches Material umfassen, das sich von Ca, P, Si, Mg, Mn, Fe, Cu, Al, Zn, Si oder K ableitet.
Die Behandlungsflüssigkeit ist vorzugsweise Frischwasser, eine Behandlungsflotte in einem Zellstoffaufschlussverfahren, ein Behandlungswasser in einem Papierherstellungsverfahren, eine Flüssigkeit zur Herstellung einer Papierbeschichtungszusammensetzung oder Abwasser.
HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Im Gebiet der Zellstoff- und Papierherstellung ist es bekannt, der Behandlungsflotte oder dem Behandlungswasser durch den Zusatz von Kohlendioxid (CO₂) bestimmte Vorteile zu verleihen.
Dementsprechend ist es bekannt, Kohlendioxid während des Waschverfahrens von alkalischem Ganzstoff zuzusetzen, um eine verbesserte Waschleistung und einen verbesserten Betrieb zu erreichen. Des Weiteren wird angenommen, dass ein solcher Kohlendioxidzusatz das Korrosionsrisiko und die Wartungskosten senkt, die Produktion steigert, die Verschleppung von CSB und Natrium in die nachfolgenden Verfahrensschritte und damit die Umweltbelastung senkt und außerdem den Verbrauch an Waschwasser und/oder Bleichchemikalien im anschließenden Bleichverfahren senkt.
Der Zusatz von Kohlendioxid während des Waschverfahrens führt wahrscheinlich zu einem lokal verringerten pH-Wert am Zusatzpunkt und zu einem erhöhten Carbonatgehalt im Waschsystem. Ein geringerer pH-Wert während des Waschens führt infolge des Ionenaustausches und einer geringeren Quellung der Fasern zu einer besseren Entfernung von anorganischen Substanzen. Die geringere Quellung verbessert auch die Entwässerung des Ganzstoffs. Aufgrund des höheren Carbonatgehalts wird die Menge ausgefällte Calciumseife im Ganzstoff und auf den Oberflächen der Ausrüstung verringert. Stattdessen wird ein Teil dieser Seifen löslich und wirkt im System als "Detergens", indem sie zur Senkung der Oberflächenspannung der Flotte und einer verbesserten Löslichkeit und Dispersion der gelösten organischen Substanzen beitragen, wodurch Probleme mit Harzablagerungen und Schaum gemindert werden. Man geht davon aus, dass dies teilweise darauf zurückzuführen ist, dass das Kohlendioxid Calciumseifen in Natriumseifen umwandelt. Der Zusatz von Kohlendioxid soll aufgrund der Pufferwirkung von Hydrogencarbonationen, die durch das Kohlendioxid gebildet werden, auch zu einem stabileren pH-Wert führt.
WO 98/56988 beschreibt ein Verfahren zur Stabilisierung des pH einer Ganzstoffsuspension durch Erhöhung der Alkalinität mittels Zusatz einer Kombination aus einem Alkalimetallhydroxid und Kohlendioxid in einer Menge, die zum Erreichen einer Pufferwirkung zur Stabilisierung des pH ausreicht. Ein Vorteil dieses Verfahrens soll die Vermeidung des Platz beanspruchenden und schwierigen Umgangs mit festem Natriumbicarbonat sein.
WO 88/04706 offenbart ein Verfahren zum Waschen von alkalischem Zelluloseganzstoff, beispielsweise Sulfatganzstoff, CTMP und CMP, wobei das Waschen in wenigstens einer Stufe durchgeführt wird. Laut dieser Schrift kann durch den Zusatz von Kohlendioxid ein wesentlich geringerer Verlust anorganischer Ionen beim Waschen sowie ein besseres Auswaschen von Substanzen erreicht werden, die den chemischen Sauerstoffbedarf (CSB) erhöhen.
EP 0 281 273 B1 offenbart ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Herstellung von Papier aus alkalischem Zellulosezellstoff durch Ligninentfernung aus zellulosehaltigem Material. Der Zellulosezellstoff wird in einem Refiner unter Bildung von Papier bildendem Zellstoff zerfasert, wobei dem Zellstoff gasförmiges Kohlendioxid zugesetzt wird. Das Verfahren umfasst darüber hinaus den Zusatz des gasförmigen Kohlendioxids strömungsaufwärts von der Zerfaserungsstufe in einer Menge, mit der ein pH zwischen 8,5 und 6,5 im Zellstoffstrom erreicht wird, wobei der Zusatz von Kohlendioxid anhand von pH-Messungen im Zellstoffstrom reguliert wird. Das offenbarte Verfahren soll mit Vorteilen verbunden sein, wie verbesserter und stabilerer pH-Regelung, verbesserten physikalischen Eigenschaften des fertigen Papiers, weniger Korrosion, verbessertem Betrieb der Papiermaschine, weniger Ausschuss und geringeren Erfordernissen für bestimmte chemische Zusätze, wie Alaun oder Aluminiumsulfat. Außerdem soll die Verwendung von Schwefelsäure zur pH-Regelung ausgeschaltet werden können, was zu einem höheren Weißgrad des fertigen Papiers führt. Die Verwendung von Kohlendioxid soll auch Bariumsulfatansammlungen und Probleme mit Ablagerungen auf der Ausrüstung zur Papierherstellung verringern. Laut EP 0 281 273 B1 bietet die Verwendung von gasförmigem Kohlendioxid auch bei der Verarbeitung von Altpapiererzeugnissen erhebliche Vorteile, da der Betrieb der Papiermaschine und der damit verbundenen Ausrüstung verbessert werden kann.
Weiter offenbart US-A-5,262,006 ein Verfahren zur Herstellung von Papier. Das offenbarte Verfahren umfasst die Herstellung eines Ganzstoffes mit einem pH-Wert von mehr als 6,5, der ganz oder teilweise Zellulosefaser-Material umfasst, das 0,5–70 Gew.-% Calciumsulfat (Gips) enthält, wobei das Zellulosefaser-Material ausgewählt ist aus Ausschusspapier oder Altpapier. Das Verfahren umfasst weiterhin die Bildung einer Suspension in einem wässrigen Medium mit dem Ganzstoff, wobei dem wässrigen Medium wenigstens eines der Ionen Carbonation und Hydrogencarbonation zugesetzt wird und wobei der pH des wässrigen Mediums auf einen alkalischen Wert im pH-Bereich 7,3–14,3 bei einer Temperatur von 25 °C eingestellt wird, sodass Calciumcarbonat ausfällt und einen Teil der Suspension bildet. Das Verfahren umfasst außerdem das Ausbreiten der Suspension auf einem Drahtsieb zur Ausbildung von Papier auf dem Drahtsieb und zum Ablaufen, Pressen und Trocknen des Papiers. Gemäß US-A-5,262,006 bietet das Verfahren eine Reihe von Vorteilen, beispielsweise die Möglichkeit der Wiederverwendung von Ausschusspapier aus gipsbeschichtetem Papier ohne problematisches Ausfällen von Gips. Außerdem soll das offenbarte Verfahren die Herstellung einer neuen Qualität beschichteten Papiers mit einem erhöhten Anteil Füllstoff und besseren optischen Eigenschaften ermöglichen, wobei der Füllstoff im Grundpapier ganz oder teilweise aus ausgefälltem Calciumcarbonat (CaCO₃) besteht und das Pigment der Beschichtungsschicht ganz oder teilweise aus Calciumsulfat (CaSO₄) besteht.
Darüber hinaus offenbart US-A-5,378,322 die Verwendung von Kohlendioxid in Verbindung mit dem nicht sauren Leimen von Papier. In dem beanspruchten Verfahren soll die Leimungsreaktion zwischen dem Alkylketendimer-Leimungsmittel und den Zellulosefasern durch Kohlendioxid, das die Reaktion katalysierende Bicarbonationen bildet, katalysiert werden. Die Bicarbonationen könnten dabei durch Dissoziation des Kohlendioxids in Wasser erzeugt werden oder durch die Reaktion des Kohlendioxids mit dem Calciumcarbonat, das im Ganzstoff als Füllstoff für das Papier inkorporiert oder zusammen mit anderen Alkalien gegenwärtig ist.
Eine weitere bekannte Anwendung von Kohlendioxid ist die Herstellung so genannter Stofffasern "mit Füllstoff". Dies kann dadurch erreicht werden, dass eine Mischung aus Ganzstoff, Calciumhydroxid und Kohlendioxid durch einen Refiner mit offen Platten geleitet wird. Dadurch wird das Calciumcarbonat ausgefällt und in den Faserlumen der einzelnen Fasern abgelagert.
Diese Art von Stofffasern "mit Füllstoff" können zur Erhöhung der Opazität des Papierbogens ohne Verlust der Reißfestigkeit des Papiers verwendet werden.
Bei der Herstellung von holzhaltigen Papierqualitäten wird ein so genanntes Lignin nicht zerstörendes Bleichen verwendet. Heute wird das Lignin nicht zerstörende Bleichen in einem oder mehreren Bleichschritten mit Wasserstoffperoxid durchgeführt. Nach dem Bleichen wird die Ganzstoffsuspension zu einem Reaktionsturm oder dergleichen geleitet, von wo aus sie zu einer oder mehreren Papiermaschinen geleitet wird. Dabei besteht ein häufig auftretendes Problem darin, dass der Weißgrad des Ganzstoffs während der Verweilzeit im Reaktionsturm abnimmt. Die Verweilzeit kann 24 h oder mehr betragen, wobei ein Verlust des Weißgrads von 4–7 ISO%-Einheiten nicht ungewöhnlich ist.
Ähnliche Probleme mit dem Verlust des Weißgrads bei Ganzstoff während der Zwischenlagerzeit können auch in Verbindung mit der Wiederverwendung von Ausschuss aus beschichtetem Papier auftreten. Dabei hat sich herausgestellt, dass der Weißgrad um bis zu 10 ISO%-Einheiten abnehmen kann, wenn Ganzstoff aus wiedergewonnenem Ausschuss nach der Zwischenlagerzeit oder Verweilzeit auf dem Weg zum Auflaufkasten der Papiermaschine schließlich in die Ganzstoffsuspension eingeleitet wird.
Bei der Herstellung von Papierqualitäten mit Kaolin (Porzellanerde) als Füllstoff oder Beschichtungsbestandteil ist in der Regel die Zugabe von Natriumhydroxid (NaOH) erforderlich, um eine passende Viskosität für die Dosierung der Kaolinsuspension zu erreichen. Der sich daraus ergebende hohe pH-Wert hat jedoch den Nachteil, dass das Entwässerungsvermögen der Suspension verschlechtert wird. Ein weiteres Problem von Kaolin ist, dass es gewöhnlich unerwünschte Unreinheiten enthält, wie Phosphor (P), die sich im Behandlungswasser der Beschichtungs- oder Papiermaschine ansammeln oder als Abwasser abgeleitet werden, was vom Umweltgesichtspunkt aus gesehen natürlich unerwünscht ist.
Beim Recyceln von Altpapier in so genannten De-Ink-Verfahren wird der Rohstoff Altpapier in einer Drehtrommel oder einem Pulper zerkleinert, um eine Stoffsuspension zu bilden, die anschließend deinkt oder auf andere Weise mittels Flotation und/oder Sedimentation gewaschen wird. Nach dem ersten Waschen wird die Stoffsuspension in einer oder mehreren Siebschritten gesiebt. Nach dem Sieben wird der Stoff üblicherweise mit einer Kombination aus Wasserstoffperoxid und einem Komplexbildner, beispielsweise EDTA, gebleicht. Dabei besteht ein häufig auftretendes Problem darin, dass die Stoffsuspension trotz der vorherigen Wasch- und Bleichschritte immer noch verschiedene schädliche Bestandteile, wie Teilchen aus dem so genannten Toner, und anderes suspendiertes oder gelöstes organisches oder anorganisches Material enthält. Wenn diese schädlichen Bestandteile unbehandelt in der Stoffsuspension bleiben, können sie die Bleichreaktionen stören und das Erreichen des Weißgrads erschweren, der für ein fertiges Recycling-Papiererzeugnis erforderlich ist.
So genannter Thermo-Holzstoff wird normalerweise mit einem Lignin nicht zerstörenden Bleichmittel und üblicherweise mit Wasserstoffperoxid gebleicht. Die hohe Temperatur des Holzschliffverfahrens führt zwar sicherlich zu einer sorgfältigeren Zerfaserung als bei der Herstellung herkömmlichen Holzstoffes, aber auch zu einem hohen Anteil gelösten organischen Materials im Behandlungswasser. Dabei hat sich herausgestellt, dass dieses gelöste organische Material, wenn es unbehandelt in der Stoffsuspension bleibt, einen hohen Bleichmittelverbrauch verursacht und ein erhebliches Risiko eines Weißgradverlusts des Stoffs während der Zwischenlagerzeit oder Verweilzeit und das Risiko einer ausgeprägten Vergilbungsneigung des fertigen Papiers birgt.
Es ist bekannt, dass bei der Aufbereitung von Abwasser aus Zellstoff- oder Papierherstellungsverfahren Aktivschlamm, d. h. verschiedene Mikroorganismuskulturen oder organisches Material ihrer Stoffwechselreaktionen, für die Aufbereitung von Abwasser aus Zellstoff- oder Papierherstellungsverfahren zu verwenden. Wenn eine Abwasseraufbereitungsanlage eine gewisse Zeit lang in Betrieb war, ist es üblicherweise notwendig, überschüssigen Aktivschlamm zu entfernen. Eine vorteilhafte Entsorgungsmöglichkeit für Aktivschlamm ist die Verbrennung des Schlamms zur Gewinnung von Wärmeenergie. Die Verbrennung verlangt jedoch einen relativ hohen Anteil Trockenmasse im Schlamm. In vielen Fällen ist es schwierig oder sehr kostspielig, eine so hohe Trockenmasse zu erreichen, da der Aktivschlamm aufgrund einer hohen Konzentration an gelöstem organischem Material schwer zu entwässern ist und deswegen die Verwendung eines geeigneten Entwässerungs- oder Retentionsmittels erfordert. Außerdem birgt ein herkömmliches Schlammentwässerungsverfahren das Risiko unerwünschter Einleitungen von gelöstem oder suspendiertem organischem Material oder Schwermetallen in die Umwelt.
Bei der Herstellung von Papierqualitäten für Verpackungsmaterial, z. B. Testliner, ist die Temperatur des Behandlungswassers häufig relativ niedrig und häufig niedriger als +40 °C. Das bedeutet, dass auch die Löslichkeit verschiedener Ionen im Behandlungswasser relativ gering ist. Dabei können, falls das Rohwasser der Papierfabrik einen hohen Härtegrad aufweist, Probleme mit Ablagerungen großer Mengen Calciumcarbonat während des Verfahrens auftreten.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Die erste Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist die Bereitstellung eines Verfahrens zur Lösung der vorstehend genannten Probleme.
Gemäß Anspruch 1 wird dies mittels eines Verfahrens zur Entfernung von schädlichen Bestandteilen erreicht, wobei eine Behandlungsflüssigkeit einen ersten pH-Wert aufweist und neben den schädlichen Bestandteilen Metallionen und suspendiertes Material umfasst. Dann wird der Behandlungsflüssigkeit Kohlendioxid zugesetzt, um die Behandlungsflüssigkeit auf einen zweiten pH-Wert einzustellen, der niedriger ist als der erste pH-Wert. Erfindungsgemäß umfassen die Metallionen Hydroxid-Gerüststoffe, wobei das Kohlendioxid in einer Menge zugesetzt wird, die den zweiten pH auf einen Wert zwischen 8 und 6,5 einstellt, sodass das Kohlendioxid in erster Linie Bicarbonationen mit pH-Pufferwirkung bildet und die Metallionen in erster Linie Metallhydroxide bilden. Danach flocken die schädlichen Bestandteile mit den Metallhydroxiden aus oder agglomerieren und haften am suspendierten Material an, sodass sie inaktiviert werden.
GENAUE BESCHREIBUNG BEVORZUGTER AUSFÜHRUNGSFORMEN
Die vorliegende Erfindung ist nachstehend ausführlicher beschrieben. Das erfindungsgemäße Verfahren wird zur Entfernung von schädlichen Bestandteilen in einer Behandlungsflüssigkeit verwendet. Dabei umfassen die schädlichen Bestandteile vorzugsweise gelöstes oder suspendiertes organisches Material oder synthetisches organisches Material, wie Holzharz, Fibrillen, biologische Polymere oder Latex oder Toner, und/oder gelöstes oder suspendiertes anorganisches Material, das sich von Ca, P, Si, Mg, Mn, Fe, Cu, Al, Zn, Si oder K ableitet. Außerdem können auch andere Bestandteile, die auf irgendeine Art für das fragliche Verfahren schädlich sind, mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens entfernt werden.
Die Behandlungsflüssigkeit hat einen ersten pH-Wert und ist vorzugsweise Frischwasser, eine Behandlungsflotte in einem Zellstoffaufschlussverfahren, ein Behandlungswasser in einem Papierherstellungsverfahren, eine Flüssigkeit zur Herstellung einer Papierbeschichtungszusammensetzung oder Abwasser.
Neben den schädlichen Bestandteilen umfasst die Behandlungsflüssigkeit Metallionen und suspendiertes Material, wobei die Metallionen Hydroxid-Gerüststoffe umfassen. Die Metallionen umfassen vorzugsweise Al³⁺, Fe³⁺, Fe²⁺, Zn²⁺, Cu²⁺ oder eine Kombination davon. Die Metallionen können jedoch auch andere Metalle umfassen, die Hydroxide bilden können.
Das suspendierte Material umfasst vorzugsweise Zellulosefasern, Kaolinteilchen oder Aktivschlamm, es sind aber auch andere geeignete "Trägermaterialien" denkbar, wie Fasern, Füllstoffe oder Pigmente anderer Art.
Im erfindungsgemäßen Verfahren wird der Behandlungsflüssigkeit Kohlendioxid zugesetzt, um die Behandlungsflüssigkeit auf einen zweiten pH-Wert einzustellen, der niedriger ist als der erste pH-Wert. Erfindungsgemäß wird das Kohlendioxid in einer Menge zugesetzt, die den zweiten pH auf einen Wert zwischen 8 und 6,5 einstellt. Das Kohlendioxid wird vorzugsweise in einer Menge zugesetzt wird, die den zweiten pH auf einen Wert zwischen 7 und 7,5 einstellt.
Das Einstellen des pH auf einen Wert in dem/den vorstehend genannten Bereich(en) führt dazu, dass das Kohlendioxid in erster Linie Bicarbonationen mit pH-Pufferwirkung bildet und die Metallionen in erster Linie Metallhydroxide bilden. Dadurch können die schädlichen Bestandteile mit den Metallhydroxiden ausflocken oder agglomerieren, wonach die schädlichen Bestandteile (und die Metallhydroxide) am suspendierten Material anhaften, um anschließend aus der Behandlungsflüssigkeit entfernt zu werden. Demgemäß werden auch die "Hydroxid-Gerüststoff"-Metallionen aus der Behandlungsflüssigkeit entfernt. Somit wird mit dem erfindungsgemäßen Verfahren eine unerwünschte Ansammlung der vorstehend genannten Metallionen in der Behandlungsflüssigkeit vermieden.
Das suspendierte Material mit den daran anhaftenden Metallionen und schädlichen Bestandteilen wird vorzugsweise zur Papierherstellung verwendet oder unter Wärmerückgewinnung verbrannt.
In besonders bevorzugten Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Verfahrens wird der Weißgrad des suspendierten Materials, gemessen nach SCAN-P3:93, mittels des Verfahrens stabilisiert oder verbessert. In derartigen Ausführungsformen werden mit dem erfindungsgemäßen Verfahren schädliche Bestandteile und Metallionen entfernt, die ansonsten im Laufe der Zeit eine Verfärbung oder Vergilbung des suspendierten Materials verursachen oder die Wirkung eines Bleichmittels in einem nachfolgenden Bleichverfahren aufheben oder abschwächen können.
In einer ersten bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens umfasst das suspendierte Material holzhaltige Zellstofffasern, die einem Lignin nicht zerstörenden Bleichen mit wenigstens einem Bleichschritt unterworfen und anschließend in einem Lagerbehälter für eine Verweilzeit gelagert werden. In dieser Ausführungsform wird das Kohlendioxid stromaufwärts oder im Lagertank zugesetzt, sodass der Verlust an Weißgrad der holzhaltigen Zellstofffasern, gemessen nach SCAN-P3:93, während der Verweilzeit weniger als 3 ISO%-Einheiten beträgt. In dieser Ausführungsform werden die vorstehend definierten schädlichen Bestandteile und/oder Metallionen in der Behandlungsflüssigkeit mithilfe des erfindungsgemäßen Verfahrens entfernt. Wenn Wasserstoffperoxid als Bleichmittel verwendet wird, wird die Zersetzung von Peroxidresten in der Stoffsuspension durch diese Entfernung verhindert oder zumindest verlangsamt. Unbehandelt können die vorstehend genannten schädlichen Bestandteile und/oder Metallionen über an sich bekannte chemische Verfahren eine Verfärbung oder Vergilbung der Zellstofffasern verursachen. Derartige chemische Verfahren sind beispielsweise im Journal of Pulp and Paper Science, S. 47–51, Band 25, Nr. 2, Februar 1999, beschrieben.
In einer alternativen zweiten bevorzugten erfindungsgemäßen Ausführungsform umfasst das suspendierte Material Kaolinteilchen, die in der Behandlungsflüssigkeit, die eine Natriumhydroxidflotte umfasst, suspendiert sind. Hier wird Natriumhydroxid (NaOH) zur Einstellung der Viskosität der Kaolinsuspension verwendet. In dieser Ausführungsform umfassen die schädlichen Bestandteile wenigstens Phosphor (P). Es ist bekannt, dass Phosphor eine häufige Verunreinigung von Kaolin ist, das als Füllstoff oder Pigment in Papierbeschichtungszusammensetzungen verwendet wird. Phosphor und andere metallische Verunreinigungen sind selbstverständlich im Abwasser der Produktion von beschichtetem Papier unerwünscht. In dieser alternativen Ausführungsform wird das Kohlendioxid der Behandlungsflüssigkeit, d. h. der Natriumhydroxidflotte, zugesetzt und ermöglicht das Entfernen von Phosphor zusammen mit den von den Metallionen gebildeten Metallhydroxiden aus der Behandlungsflüssigkeit mittels des vorstehend genannten Verfahrens des Ausflockens/Agglomerierens/Anhaftens. Damit wird dem suspendierten Material ein besseres Entwässerungsvermögen und ein höherer Metallgehalt verliehen, wohingegen die Behandlungsflüssigkeit einen geringeren Metallgehalt aufweist, d. h. einen niedrigeren Gehalt an sowohl Phosphor als auch anderen Metallionen.
In einer dritten bevorzugten erfindungsgemäßen Ausführungsform umfasst das suspendierte Material Zellstofffasern aus Recyclingpapier, die in der Behandlungsflüssigkeit, umfassend Wasser, suspendiert sind, wobei das suspendierte Material einem Lignin nicht zerstörenden Bleichen unterworfen wird. In diesem Fall umfassen die schädlichen Bestandteile wenigstens synthetisches organisches Material, wie Toner, wobei das Kohlendioxid der Behandlungsflüssigkeit vor dem Bleichen zugesetzt wird, sodass das synthetische organische Material an dem suspendierten Material anhaftet.
In einer vierten bevorzugten erfindungsgemäßen Ausführungsform umfasst das suspendierte Material Zellstofffasern aus Holzstoff, die in der Behandlungsflüssigkeit, umfassend Wasser mit einem Zusatz von Natriumhydroxid, suspendiert sind, wobei das suspendierte Material einem Lignin nicht zerstörenden Bleichen mit Wasserstoffperoxid (H₂O₂) unterworfen und anschließend nach einer Zwischenlagerzeit zu einer Papiermaschine gefördert wird. In diesem Fall umfassen die schädlichen Bestandteile wenigstens gelöstes organisches Material und Reste von Peroxid abbauenden Metallionen, wobei das Kohlendioxid der Behandlungsflüssigkeit vor der Zwischenlagerzeit zugesetzt wird, sodass das Natriumhydroxid (NaOH) in Natriumbicarbonat (NaHCO₃) umgewandelt wird und die Peroxid abbauenden Metallionen und das gelöste organische Material an dem suspendierten Material anhaften. In dieser Ausführungsform zeigt die Behandlungsflüssigkeit einen geringeren chemischen Sauerstoffbedarf (CSB), was vom Umweltgesichtspunkt aus gesehen vorteilhaft ist, da Natriumbicarbonat eine geringere Löslichkeit organischer Verbindungen aus den Zellstofffasern bewirkt als Natriumhydroxid. Außerdem weist die Behandlungsflüssigkeit einen höheren Gehalt an Peroxidrest, der von Wasserstoffperoxid stammt, auf, was dem fertigen Papierbogen einen höheren Weißgrad verleiht.
In einer fünften bevorzugten erfindungsgemäßen Ausführungsform umfasst das suspendierte Material Aktivschlamm, der in der Behandlungsflüssigkeit, umfassend Abwasser, suspendiert sind, wobei das suspendierte Material einer Entwässerung unterworfen wird. In diesem Fall umfassen die schädlichen Bestandteile wenigstens gelöstes organisches Material, wie biologische Polymere aus dem Aktivschlamm, wobei das Kohlendioxid der Behandlungsflüssigkeit vor der Entwässerung zugesetzt wird, sodass das gelöste organische Material an dem suspendierten Material anhaftet und die Entwässerung vereinfacht wird.
Die vorliegende Erfindung ist nachfolgend anhand von zwei Beispielen weiter veranschaulicht.
Beispiel 1
Laborproben von Suspensionen aus thermomechanisch behandeltem Holzschliff aus Weichholz wurden einer TMP-Linie in einer Abteilung für die Herstellung von Ganzstoff im Großmaßstab einer Papierfabrik zur Herstellung von Zeitungspapier nach einem Bleichschritt mit Wasserstoffperoxid entnommen. Eine Probe (CO1) wurde durch den Zusatz von gasförmigem Kohlendioxid (CO₂) behandelt, während eine zweite Probe als Vergleichsprobe (REF1) nicht behandelt wurde. Die zugesetzte Menge Kohlendioxid (CO₂) schwankte zwischen 2 und 8 kg CO₂ pro Tonne trockene Zellstofffasern mit guten Ergebnissen. Die besten Ergebnisse wurden mit einem Zusatz von 5,1 kg CO₂ pro Tonne trockene Zellstofffasern erreicht. Der Bedarf eines CO₂-Zusatzes ist insbesondere von der Natriumhydroxid-Konzentration in der Behandlungsflüssigkeit abhängig. Weißgrad in %ISO und pH-Wert des Ganzstoffs, Peroxidrest und CSB der flüssigen Phase wurden anhand von SCAN-P3:93 für Weißgrad in % ISO, pH eingestellt auf 8, bei den Stoffproben in Abhängigkeit von der Lagerzeit bestimmt. Die Ergebnisse gehen nachstehend aus Tabelle 1A hervor.
Tabelle 1A H₂O₂-Bleiche, Lagerzeit bei 75 °C und 10 % Konsistenz, h
Außerdem wurde der Gehalt einer Reihe von löslichen Metallen in der Wasserphase der Stoffsuspension (REF1 und CO1) mithilfe geeigneter Techniken, z. B., ICP, bestimmt. Die Ergebnisse, einschließlich pH, gehen nachstehend aus Tabelle 1B hervor.
Tabelle 1B
Wie vorstehend aus Tabelle 1A und 1B hervorgeht, zeigt die mit H₂O₂ gebleichte TMP-Probe, die mit Kohlendioxid (CO2) behandelt wurde, einen stabileren pH-Wert und einen geringeren Verlust des Weißgrads während der Lagerung als die nicht behandelte Stoffprobe (REF1).
Außerdem blieb der Gehalt an Restperoxid durch den Zusatz von Kohlendioxid auf einem sehr viel höheren, relativ stabilen Niveau und führte zu einem geringeren CSB in der Wasserphase. Darüber hinaus war der Gehalt mehrerer der löslichen Metalle in der Wasserphase geringer.
Beispiel 2
Von einer Linie zur Rückführung von beschichtetem Ausschusspapier in einer Abteilung für die Herstellung von Ganzstoff im Großmaßstab einer Papierfabrik zur Herstellung von LWC-Papier wurden Laborstoffproben genommen. Eine Probe (CO2) wurde durch den Zusatz von gasförmigem Kohlendioxid behandelt, während eine zweite Probe als Vergleichsprobe (REF2) nicht behandelt wurde. Die zugesetzte Menge Kohlendioxid (CO₂) schwankte zwischen 2 und 8 kg CO₂ pro Tonne trockene Zellstofffasern mit guten Ergebnissen. Die besten Ergebnisse wurden mit einem Zusatz von 5,1 kg CO₂ pro Tonne trockene Zellstofffasern erreicht. Bei den Proben wurden nach 0 und 4 h Lagerzeit bei 60 °C und 5,4 % Konsistenz mithilfe geeigneter Stoffprüfverfahren, beispielsweise SCAN-P3:93 für Weißgrad in %, pH eingestellt auf 8, Weißgrad in %ISO des Ganzstoffs, pH-Wert, CSB und Farbe (Pt-Co) der flüssigen Phase bestimmt. Die Ergebnisse gehen nachstehend aus Tabelle 2A hervor.
Tabelle 2A
Wie aus den Ergebnissen in der vorstehenden Tabelle 2A hervorgeht, zeigte die mit Kohlendioxid behandelte Probe Ausschusspapier (CO2) nach 4 h Lagerzeit einen niedrigeren pH und einen höheren Weißgrad als die nicht behandelte Stoffprobe Ausschusspapier (REF2). Außerdem hatte die flüssige Phase der mit Kohlendioxid behandelten Probe Ausschusspapier (CO2) nach 4 h Lagerzeit einen sehr viel niedrigeren CSB und niedrigere Farbe als die Vergleichsprobe (REF2). Außerdem wurde in Beispiel 2 der Gehalt einer Reihe von löslichen Metallen in der Wasserphase der Stoffsuspension (REF2 und CO2) mithilfe geeigneter Techniken, z. B. ICP, bestimmt. Die Ergebnisse, einschließlich pH, gehen nachstehend aus Tabelle 2B hervor.
Tabelle 2B
Wie vorstehend aus Tabelle 2B hervorgeht, führt der Zusatz von Kohlendioxid zu einer wässrigen Suspension aus beschichtetem Papierausschuss zu einer sehr deutlichen Senkung des Gehalts der meisten löslichen Metalle im Stofffiltrat.
Wie vorstehend aus Tabelle 1B und 2B hervorgeht, hatte der Zusatz von Kohlendioxid in beiden Beispielen keine Auswirkungen auf den Natriumgehalt der wässrigen Phase. Das ist dann wichtig, wenn das erfindungsgemäße Verfahren in chemischen oder halbchemischen Aufschlussverfahren zum Einsatz kommt, bei denen Natriumverluste auf ein Minimum begrenzt werden sollten.
Die vorliegende Erfindung darf nicht so verstanden werden, dass sie auf die Offenbarung der vorstehenden Beschreibung und Beispiele begrenzt ist. Vielmehr ist der Schutzumfang durch die anhängenden Ansprüche bestimmt.

Claims

Verfahren zur Entfernung von schädlichen Bestandteilen aus einer Behandlungsflüssigkeit mit einem ersten pH, die neben den schädlichen Bestandteilen Metallionen und suspendiertes Material umfasst, wobei der Behandlungsflüssigkeit Kohlendioxid zugesetzt wird, um die Behandlungsflüssigkeit auf einen zweiten pH einzustellen, der niedriger ist als der erste pH, dadurch gekennzeichnet, dass die Metallionen Hydroxid-Gerüststoffe, ausgewählt aus Al⁵⁺, Fe³⁺, Fe²⁺, Zn²⁺, Cu²⁺ oder eine Kombination davon, umfassen und dass das Kohlendioxid (CO₂) in einer Menge zugesetzt wird, die den zweiten pH auf einen Wert zwischen 8 und 6,5 einstellt, sodass das Kohlendioxid in erster Linie Bicarbonationen (HCO₃ ^–) mit pH-Pufferwirkung bildet und die Metallionen in erster Linie Metallhydroxide bilden, wonach die schädlichen Bestandteile mit den Metallhydroxiden ausflocken oder agglomerieren und an das suspendierte Material anhaften, sodass sie inaktiviert werden.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das suspendierte Material mit den daran anhaftenden schädlichen Bestandteilen anschließend aus der Behandlungsflüssigkeit entfernt wird.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Kohlendioxid in einer Menge zugesetzt wird, die den zweiten pH auf einen Wert zwischen 7 und 7,5 einstellt.
Verfahren nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die schädlichen Bestandteile gelöstes oder suspendiertes organisches Material oder synthetisches organisches Material, wie Holzharz, Fibrillen, biologische Polymere oder Latex umfassen.
Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die schädlichen Bestandteile gelöstes oder suspendiertes anorganisches Material umfassen, das sich von Ca, P, Si, Mg, Mn, Fe, Cu, Al, Zn, Si oder K ableitet.
Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Behandlungsflüssigkeit Frischwasser, eine Behandlungsflotte in einem Zellstoffaufschlussverfahren, ein Behandlungswasser in einem Papierherstellungsverfahren, eine Flüssigkeit zur Herstellung einer Papierbeschichtungszusammensetzung oder Abwasser ist.
Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das suspendierte Material Cellulosefasern, Kaolinteilchen oder Aktivschlamm umfasst.
Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das suspendierte Material mit den daran anhaftenden Metallionen und schädlichen Bestandteilen zur Papierherstellung verwendet oder unter Wärmerückgewinnung verbrannt wird.
Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Weißgrad des suspendierten Materials, gemessen nach SCAN-P3:93, mittels des Verfahrens stabilisiert oder verbessert wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1–9, wobei das suspendierte Material holzhaltige Zellstofffasern umfasst, die in wenigstens einem Bleichstadium einem Lignin nicht zerstörenden Bleichen unterworfen und danach während einer Verweilzeit in einem Lagertank aufbewahrt werden, dadurch gekennzeichnet, dass das Kohlendioxid vor oder in dem Lagertank zugesetzt wird, sodass der Weißgradverlust der holzhaltigen Zellstofffasern, gemessen nach SCAN-P3:93, während der Verweilzeit weniger als 3 ISO%-Einheiten beträgt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1–9, wobei das suspendierte Material aus Fertigungsausschuss von mit einer Beschichtungszusammensetzung beschichtetem Papier stammt und der Papierfertigungsausschuss nach der Zersetzung vor der Weiterleitung zur Papiermaschine während einer Verweilzeit in einem Tank für Papierfertigungsausschuss aufbewahrt wird, dadurch gekennzeichnet, dass das Kohlendioxid vor oder in dem Tank für Papierfertigungsausschuss zugesetzt wird, sodass der Weißgrad der holzhaltigen Zellstofffasern, gemessen nach SCAN-P3:93, während der Verweilzeit um wenigstens 1 ISO%-Einheit erhöht wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1–8, wobei das suspendierte Material Kaolinteilchen umfasst, die in der Behandlungsflüssigkeit suspendiert sind, welche eine Natriumhydroxidflotte umfasst, dadurch gekennzeichnet, dass die schädlichen Bestandteile wenigstens Phosphor (P) umfassen, wobei das Kohlendioxid der Behandlungsflüssigkeit zugesetzt wird, so dass eine verbesserte Entwässerung und ein höherer Metallgehalt des suspendierten Materials und ein niedrigerer Metallgehalt der Behandlungsflüssigkeit erreicht wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1–9, wobei das suspendierte Material Zellstofffasern aus wieder aufbereitetem Altpapier umfasst, die in der Behandlungsflüssigkeit mit Wasser suspendiert sind, und das suspendierte Material einem Lignin nicht zerstörenden Bleichen unterworfen wird, dadurch gekennzeichnet, dass die schädlichen Bestandteile wenigstens synthetisches organisches Material umfassen, wobei das Kohlendioxid der Behandlungsflüssigkeit vor dem Bleichen zugesetzt wird, sodass das synthetische organische Material auf dem suspendierten Material fixiert wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1-9, wobei das suspendierte Material Zellstofffasern aus Holzschliff umfasst, die in der Behandlungsflüssigkeit mit Wasser, der Natriumhydroxid zugesetzt wurde, suspendiert sind, und das suspendierte Material einem Lignin nicht zerstörenden Bleichen mit Wasserstoffperoxid (H₂O₂) unterworfen wird und anschließend nach einer Zwischenliegezeit zu einer Papiermaschine weitergeleitet wird, dadurch gekennzeichnet, dass die schädlichen Bestandteile wenigstens gelöstes organisches Material und Peroxid zersetzende Metallionenrückstände umfassen, wobei das Kohlendioxid der Behandlungsflüssigkeit vor der Zwischenliegezeit zugesetzt wird, sodass das Natriumhydroxid (NaOH) in Natriumbicarbonat (NaHCO₃) umgesetzt wird und die Peroxid zersetzenden Metallionenrückstände und das gelöste organische Material auf dem suspendierten Material fixiert werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1–8, wobei das suspendierte Material Aktivschlamm umfasst, der in der Behandlungsflüssigkeit mit Abwasser suspendiert ist, und das suspendierte Material einer Entwässerung unterworfen wird, dadurch gekennzeichnet, dass die schädlichen Bestandteile wenigstens gelöstes organisches Material, wie aus dem Aktivschlamm stammende biologische Polymere, umfassen, wobei das Kohlendioxid der Behandlungsflüssigkeit vor der Entwässerung zugesetzt wird, sodass das gelöste organische Material auf dem suspendierten Material fixiert und die Entwässerung vereinfacht wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1–9, wobei das suspendierte Material Zellstofffasern umfasst, die in der Behandlungsflüssigkeit mit Wasser mit vorübergehend hohem Härtegrad suspendiert sind, und die Zellstofffasern bei einer Temperatur der Behandlungsflüssigkeit von weniger als +40 °C in einer Papiermaschine zu einem Papierbogen ausgebildet werden, dadurch gekennzeichnet, dass die schädlichen Bestandteile wenigstens gelöstes Calciumbicarbonat umfassen, wobei das Kohlendioxid (CO₂) der Behandlungsflüssigkeit vor der Papiermaschine zugesetzt wird, sodass das gelöste Calciumbicarbonat (Ca(HCO₃)₂) in Calciumcarbonat (CaCO₃) umgewandelt wird, das auf dem suspendierten Material fixiert wird.