Thermophile aerobic treatment of paper mill wastewater : Pre-treatment to an aerated lagoon

Vid framställning av papper och pappersmassa krävs en stor mängd energi och även stora mängder vatten som med fördel tas från en närliggande sjö eller vattendrag. Avloppsvattnet passerar flera olika reningssteg såsom mekanisk, kemisk och biologisk rening innan det återinförs till recipienten. Vid aerob biologisk rening sker en nedbrytning och oxidation av det organiska materialet som utförs av mikroorganismer. Aeroba mikroorganismer kräver närvaro av syre varvid luft tillsätts till dammen. Luftningen utgör drygt hälften av det externa reningsverkets totala energibehov och försvåras av extraktivämnen som finns i träden. Vid Stora Enso Skoghalls bruk används en luftad damm som biologisk rening. Det finns problem med att få syret att räcka till i hela dammen. Om ett försteg placeras innan dammen skulle detta kunna bryta ned en del av de syreförbrukande ämnena. Förstegets utformning skulle vara en MBBR (Moving Bed Biofilm Reactor) innehållande bärare där termofila bakterier bildar biofilm. Två olika försöksuppställningar byggdes upp i ett laboratorium på Karlstads Universitet innehållande MBBR och luftade dammar. De luftade dammarna skulle likna Skoghalls bruks luftade damm med samma uppehållstid och innehålla samma sorts mikroorganismer. Processvattnet hämtades från Skoghalls bruk och pumpades kontinuerligt in till försöksuppställningarna. Vattnet togs från två olika ställen på bruket och innehöll dels CTMP och dels CTMP blandat med vatten från blekeriet och indunstningen. För utvärderingar av försöken utfördes analyser av COD, TOC, SÄ, SVI, ytspänning, extraktivämnen samt mikroskopering. Resultatet uppvisade en relativt jämn COD-och TOC-reduktion för de luftade dammarna på runt 70 %, vilket är jämförbara värden med Skoghalls bruks luftade damm. För det termofila MBBR-försteget med temperaturen 45 °C uppvisades en reduktionskapacitet på 30 – 40 %. Resultatet vid körning med vatten innehållande endast CTMP påvisades en reduktion på 30 %. Mätning av ytspänning och extraktivämnen ger en indikation på om syresättningen av avloppsvattnet kan bli effektivare. Det visade sig att biofilmen i de termofila stegen är mycket känslig och relativt enkel att slå ut om förhållandena för de termofila bakterierna inte är optimala eller om inkommande vatten innehåller någon giftig substans. Bioslammet i samtliga luftade dammar bestod av både bakterier, protozoer och metazoer. I referensdammen uppvisades stora och kompakta flockar medan det för dammarna som föregicks av termofila MBBR påvisade mindre slam och mindre kompakta flockar. För dammen innehållande endast CTMP påvisades förutom att flockarna var små även flytslam och skumproblem.The production of pulp and paper requires a large amount of energy and also large amounts of water which, by advantage, can be taken from a nearby lake or river. The wastewater passes through several different purification steps, such as mechanical, chemical and biological treatment before being reintroduced to the recipient. During aerobic biological treatment, a degradation and oxidation of the organic material occurs and is performed by microorganisms which require oxygen. Aeration consumes about half of the external plant's total energy and is aggravated by extractives present in the trees. At Stora Enso Skoghall mill an aerated pond is used as biological treatment, but there are troubles to get the oxygen to last for the entire pond. If a pre-treatment is placed before the pond this would be able to reduce the substances which demands oxygen. The implementation of the pre-treatment would be a MBBR (Moving Bed Biofilm Reactor) containing carriers and where thermophilic bacteria form biofilms. The experimental setups were built up in a laboratory at the University of Karlstad. The aerated ponds would resemble the aerated pond at Skoghall mill, with an identical retention time and contain equivalent microorganisms. The wastewater was continuously pumped into the experimental setups and was received from Skoghall mill and contained only CTMP water and CTMP mixed with water from the bleach plant and evaporation plant. As evaluation of the experiments analyzes of COD, TOC, SS, SVI, surface tension, extractives and microscopy were done. The results showed a relatively uniform COD and TOC reduction for the aerated ponds at around 70 %, which is comparable with the real pond at Skoghall mill. For the thermophilic MBBR with a temperature of 45° C and with probe 10-water, a capacity of reduction at 30 - 40% was noticed. The result with water containing only CTMP showed a reduction of 30%. Measurements of surface tension and extractives show if the concentration of extractives is decreasing in the thermophilic pre-treatments and also in the aerated ponds, which indicates a more effective oxygenation of the water. It was also found that the biofilm in the thermophilic stages are very sensitive and relatively easy to decimate if the conditions for the thermophilic bacteria are not optimal or if the incoming water contains any toxic substance. The sludge in all aerated ponds consisted of bacteria, protozoa and metazoa. The reference pond showed large and dense flocks while for the ponds that were preceded by thermophilic MBBR indicated less sludge and less dense flocks. For pond containing CTMP-water the flocks were small, but in addition, floating sludge was detected and foam problems arose