Processer

Detaljer

Senast uppdaterad onsdag, 25 mars 2020 18:51

Sulfatprocessen 
Sulfitprocessen
Mekanisk massa
Blekning av massaBlekning av massa
Övriga
Referenser

Omvandlingen av träråvara till papper och pappersprodukter är en gammal process som förädlats genom årtusenden. Processen bygger på att cellulosan i veden separeras från övriga ämnen för att bilda det fibernätverk som utgör papper. Utsläppen av suspenderat material, som på många platser bildat fibersediment, härstammar i huvudsak från massafabriker eller pappersfabriker med integrerad massaproduktion. Fibersediment kan även förekomma vid andra industrier som släppt ut träfibrer i vatten, till exempel sågverk, returpappfabriker och träskivetillverkning.

Pappersmassa framställs med två huvudmetoder: kemisk och mekanisk. Till den kemiska metoden hör sulfit- och sulfatmetoden där sulfitmetoden fasats ut genom åren till förmån för den mer effektiva sulfatmetoden. Vid kemisk massaproduktion bryts träråvaran ner genom upplösning av lignin, ämnet som håller samman cellulosafibrerna i en växt. Upplösningen sker genom att träflis kokas i en blandning av kemikalier under hög temperatur och tryck tills önskad massakvalitet har uppnåtts (1). Vid massaframställning genom mekanisk metod krossas träflisen på mekanisk väg. För mer information om de föroreningar som förknippas med fibersediment och bakomliggande processer se även kapitel Föroreningar.

Sulfatprocessen

Sulfatprocessen uppfanns 1879 men det dröjde fram till 40-talet innan det blev den vanligaste förekommande massakokningsmetoden i Sverige. Vid framställning av sulfatmassa kokas veden i en basisk lösning (vitlut) av natriumhydroxid och natriumsulfid.

Natriumhydroxiden tillverkas vid massafabrikerna genom att blanda natriumkarbonat med bränd kalk. Natriumkarbonat omvandlats till natriumhydroxid och den brända kalken fälls ut kalciumkarbonat, så kallad mesa. Före 1950 lades mesan på deponi eller spolade ut i recipienten vilket gav upphov till utsläpp av kalciumkarbonat och spårämnen såsom svavel, koppar, zink och bor. Efter 1950 började mesan brännas och omformas då till bränd kalk igen.

När veden kokas i vitluten frigörs lignin, hemicellulosa och andra ämnen som inte ska vara med i pappersmassan och som därför tvättas bort senare i processen. Koklösningen med de utfällda ämnena samt de använda kemikalierna kallas svartlut och indunstas i en sodapanna för energiförbränning. Vid denna förbränning bildas kondensat (grönlutslam) som i huvudsak består av natriumsulfid och natriumkarbonat och även till viss del metaller såsom barium, krom, koppar, bly och zink (2). Först på 60-talet blev rening av grönlutslam vanligt förekommande och utsläppen minskade . Under 60-talet gick också systemen för tvätt av massan från att vara öppna till slutna vilket innebar att processvattnet började återcirkuleras och endast små mängder processvatten spolades ut i avloppet. Detta i kombination med ökad återvinning av kokkemikalier och minskat spill av svartlut ledde till fortsatt minskade utsläpp av både organiskt material och oorganiska komponenter såsom kväve och fosfor från veden (1).

Figur 1. Visar en modern sulfatprocess, tyvärr i låg upplösning. Källa: Skogssverige 2020. 

Sulfitprocessen

1867 uppfanns sulfitprocessen, idag utkonkurrerad av sulfatprocessen, som innebär separering av cellulosafibrerna i träråvaran genom kokning i en vätska bestående av svavelsyra (H₂SO₃) och vätesulfit (HSO^3-). Tidigare användes oftast kalciumvätesulfit (sulfitlut) i koket medan de flesta bruk som fortfarande använder sulfitprocessen använder magnesium som bas. Innan 1930-talet fanns inga metoder för återvinning av kokvätskan, utan den spolades utan rening ut i avloppen vid sulfitfabrikerna (1). I mitten av 40-talet började indunstning av kokvätskan att implementeras på flertalet fabriker som använde sulfitprocessen vilket resulterade i upp till 75% minskning av utsläpp av syreförbrukande ämnen till vatten vid dessa fabriker. Nackdelen med lutindunstningen var dock att svavlet i kokvätskan bildade svaveldioxid vid indunstningen och denna gas släpptes ut i luften och orsakade försurning. Mer info om modern rening av sulfitprocessen finns på https://www.skogssverige.se/papper/fakta-om/massa-och-papperstillverkning/sulfitmassaprocessen.  

Fram till senare delen av 1900-talet framställdes svaveldioxid (för produktion av svavelsyra till kokningen) genom rostning av malmen svavelkis som till största delen består av mineralet pyrit (FeS). Restprodukten efter förbränningen kallas kisaska och innehåller tungmetaller såsom järn, koppar, zink, nickel, kobolt, kvicksilver samt metalloiden arsenik (1,3,4). År 1989 beräknade Naturvårdsverket att omkring 40 ton kvicksilver släppts ut till vatten från svavelkisrostningen mellan åren 1890 och 1980 (1). Halten av metaller i avloppsvatten från gamla sulfitfabriker beräknas också ha varit högre jämfört med sulfatfabriker då kokningen i sulfitfabrikerna skedde i syra istället för lut vilket ökade urlakningen av metaller från veden (muntlig kommunikation Hans Norrström, processingenjör AFRY).

Figur 2. Visar en modern sulfitprocess med kemikalieåtervinning och koksyraberedning med magnesiumsulfit. Källa: Skogssverige 2020. 

Mekanisk massa (träsliperi)

Träsliperier, som producerar massa på mekanisk väg genom att slipa loss träfibrer, är de fabriker som oftast kopplats ihop med fiberbankar i Sverige. Under tidigt 1900-tal gick produktionen av denna typ av massa upp till följd av att elektrisk kraft ersatte mekanisk vattenkraft. Vid framställning av våt mekanisk massa separeras cellulosafibrerna på mekanisk väg utan kokning i kemikalier. Själva utbytet från ved till fibrer är mycket högt, upp till 100 % men då inga kemikalier användes, fanns inga incitament att återvinna eller rena vattnet från processen vilket ledde till att fiberhaltigt vatten spolades ut i stora mängder och bildade fiberbankar.

Den förorening som är starkast förknippad med träsliperier är kvicksilver. Den våta slipmassan utgör en gynnsam miljö för mögel och bakterier vilket medför missfärgning och försämrad styrka hos massan (1). Innan andra världskriget upptäcktes kvicksilverpreparatens positiva effekter mot mikrobiell nedbrytning av massa. Under 1940-talet blev det vanligt att i processen använda Lignasan och Pulpasan innehållande omkring 6 % etylkvicksilverklorid. Analyser av den behandlade massan visade att den innehöll omkring 10 mg kvicksilver per kg våt slipmassa. Totalt sett bedöms omkring 20 % av tillsatt kvicksilver ha gått ut till recipienten (1).

Figur 3. Mekanisk massa. Källa: Skogssverige 2020. 

Blekning av massa

Blekning av pappersmassa görs på kemisk väg för att pappret ska få önskad ljushetsgrad. Före blekningen kvarstår lignin som missfärgar massan. Vid blekningsprocessen avlägsnas detta kvarvarande lignin så selektivt som möjligt för att undvika nedbrytning av cellulosan (5). Nuförtiden är processen fri från klorgas men historiskt användes ofta klor i blekningsprocessen och de föroreningar som i första hand förknippas med blekerier är halogenerade organiska föreningar (AOX) såsom dioxiner/ furaner och klorolignin. Största delen av kloret till blekningen framställdes med amalgammetoden i klor-alkalifabriker. Amalgammetoden är en elektrolytisk metod där kvicksilver utgör ena polen i den elektrolytiska cellen, och en andra polen i cellen utgörs av grafit. Vid kvicksilverpolen bildas klor och natriumhydroxid Metoden innebar även att kvicksilver släpptes ut från klor-alkalifabrikerna vid avluftning av cellen. En del kvicksilver fanns också kvar i natriumhydroxiden som användes i blekningen och spolades ut i avloppet med blekerivattnet. Spill av kvicksilverhaltigt material från underhållet av de elektrolytiska cellerna ska också ha förekommit (1).

Figur 4: Visar ett i dag vanligt blekeri med syrgasblekning och enbart klordioxid i första steget (D). Sådan blekning utan klorgas kallas ECF (Elementary Chlorine Free). Källa: Skogssverige 2020. 

Övriga

Förutom vid fabriker som använt ovan beskrivna processer så kan även fibersediment förekomma i vattenområden utanför sågverk, industrier för träskivetillverkning och returpappersfabriker. Vid sågverk kan bland annat föroreningar som klorfenoler, dioxin, tungmetaller (framförallt koppar krom och arsenik), PAH, oljeprodukter och DDT påträffas. Vid returpappersfabriker där PCB-bestruket papper hanterats förekommer ofta PCB som förorening i sediment, samt även kvicksilver om det använts för att förhindra tillväxt i rörsystem. För mer information om de föroreningar som förknippas med fibersediment och bakomliggande processer se även kapitel Föroreningar

Figur 5. Modern returpapperprocess. Källa: Skogssverige 2020. 

Referenser

(1) Jerkeman, P., Norrström, H., 2018. Historien om skogsindustrins miljöarbete - Vägen mot hållbarhet, 312 sid.
(2) Monte, M.C., Fuente, E., Blanco, A., Negro, C., 2009. Waste management from pulp and paper production in the European Union. Waste Manag. 29, 293–308. https://doi.org/http://dx.doi.org/10.1016/j.wasman.2008.02.002 
(3) Nordbäck, J., Tiberg, C., Lindström, Å., 2004. Karaktärisering av kisaska - Kisaskeförorenade områden i Sverige. SGI Varia 550, 42 sid.
(4) Tugrul, N., Derun, E.M., Piskin, M., Piskin, S., 2003. Evaluation of pyrite ash wastes obtained by the sulfuric acid production industry. Int. Conf. Environ. Sci. Technol. 2003.
(5) Bajpai, P., 2013. Bleach Plant Effluents from the Pulp and Paper Industry, SpringerBriefs in applied sciences and technology. Springer, 88 sid.