Kartläggning och nedbrytning av komplexbildare i ett integrerat kartongbruk

Sammanfattning: Skoghalls Bruk fick i juni 2005 tillstånd av miljödomstolen att öka kartongproduktionen från 665 000 till 800 000 ton kartong per år. Villkoren för tillståndet var att under en prövotidsperiod bl.a. utreda möjligheten att minska utsläpp till omkringliggande vatten. Syftet med examensarbetet var att kartlägga Skoghalls Bruks avloppssystem med avseende på komplexbildarna EDTA (etylendiamintetraättiksyra) och DTPA (dietylentriaminpentaättiksyra), kväve samt fosfor. Dessutom genomfördes nedbrytningsförsök i luftade dammar i laboratorieskala. För att få en klarare bild av nedbrytningen i Skoghalls Bruks luftade damm gjordes även en molekylviktsfraktionering på inkommande och utgående avloppsvatten. Komplexbildare används inom pappers- och massaindustrin för sin förmåga att binda till sig metalljoner som kan vara skadliga i processen. Metalljoner katalyserar nedbrytningen av väteperoxid i blekningen och påskyndar bildandet av aldehyder i kartongen vilket kan leda till lukt- och smakpåverkan. EDTA och DTPA anses vara stabila ämnen, vilket innebär att de är biologiskt svårnedbrytbara. Under den litteraturstudie som genomfördes fanns motsägande uppgifter angående nedbrytningen av komplexbildare, där vissa menade att de genomgår biologisk nedbrytning, men att det sker mycket långsamt. Andra påstod att komplexbildare inte bryts ner överhuvudtaget. Komplexbildare kan elimineras genom fotokemisk oxidativ nedbrytning. Då EDTA och DTPA bildar komplex med Fe3+ blir de fotokemiskt labila och oxideras till mindre föreningar vid belysning med ultraviolett ljus. Sammanfattningsvis gav litteraturstudien att det mest effektiva sättet att minska komplexbildare i avloppsvatten innan det släpps till recipienten är att UV-bestråla vid optimala förhållanden, dvs. rätt pH och eventuellt tillsats av Fe3+ om det behövs. Provtagning av avloppsvatten i Skoghalls Bruks reningsanläggning gjordes under 6 veckor för att kartlägga utsläppen och de olika delströmmarnas bidrag. Nedbrytningsförsök genomfördes i två luftade dammar i laboratorieskala. För att studera temperaturens inverkan konstruerades en sommar- och en vinterdamm med temperaturerna 27 respektive 16°C. Efter referensförsöket, som gjordes för att se eventuella skillnader mellan försöken, undersöktes inverkan av ultraviolett ljus på nedbrytningen av komplexbildare. Sedan tillsattes Fe3+ i form av järnklorid i ett försök att öka den fotokemiska nedbrytningen. Alla försök pågick under två veckor vardera. I syfte att undersöka partikelstorleksfördelningen före och efter nedbrytning i Skoghalls Bruks luftade damm gjordes en molekylviktsfraktionering. Inkommande och utgående avloppsvatten från dammen ultrafiltrerades och analyserades med avseende på COD (Chemical Oxygen Demand), komplexbildare, kväve och fosfor. Kartläggningen visade att EDTA bröts ner effektivt i reningsanläggningen medan nedbrytningen av DTPA var obetydlig. EDTA reducerades med 88 % över den luftade dammen. Avlopp från kartongmaskinerna samt CTMP-fabriken var de avlopp som innehöll mest EDTA. Största mängden DTPA återfanns i blekerifiltratet och i KM 8:s avlopp. Skoghalls Bruk släppte ut komplexbildare motsvarande 0,188 kg/ton kartong, i form av 100 % syra i obunden form, under karteringsperioden vilket var klart lägre än gränsvärdet som är 1,6 kg 100 % syra/ton kartong. Kväve reducerades med 67 % över den luftade dammen. Det nuvarande gränsvärdet för kväveutsläpp till recipient är 500 kg/dygn, men ett av målen med prövotidsutredningen är att minska utsläppen till 300 kg/dygn. Enligt resultaten från karteringsperioden var kväveutsläppet 204 kg/dygn vilket uppfyller målet för prövotidsutredningen. Av det totala kväveutsläppet kom 39 kg/dygn från komplexbildare. Utsläppet av kväve från mixeriavloppet var 56 kg/dygn till recipient vilket var klart högre än förväntat. Den totala fosforreduceringen över reningsanläggningen var 78 %. Utsläppet av fosfor till recipient var 19 kg/dygn vilket är klart lägre än gränsvärdet som är 50 kg/dygn. På grund av komplexbildaranalysens mätosäkerhet var det svårt att få entydiga resultat från laboratorieförsöken. Det fastställdes dock att DTPA var svårare att bryta ner än EDTA och att järntillsats i kombination med ultraviolett ljus gav en positiv effekt på nedbrytningen av båda komplexbildarna. Även nedbrytningen av COD, kväve och fosfor ökade vid järntillsats. Att DTPA är svårare att bryta ner än EDTA framkom även av resultaten från molekylviktsfraktioneringen. Det visade sig också att EDTA och DTPA inte är helt vattenlösliga utan kan binda till fast material. Största delen av komplexbildarna fanns dock i fraktionen med partiklar med molekylvikt mindre än 1 kDa. Kväve och fosfor fanns i de låg- och högmolekylära fraktionerna.