Increasing paper mill sludge biodegradation from paper recycling process with biomass liquefaction

摘要

Papirna industrija je ena od večjih porabnikov vode in energije na svetu in eden največjih proizvajalcev odpadne vode. Posebno ravnanje z odpadno vodo je zelo pomembno zaradi zaostrovanja okoljskih omejitev za ta sektor industrije. Aerobni, anaerobni in kombinirani sistemi se uporabljajo za čiščenje odpadne papirniške vode. Sodobna uporaba in obdelava papirniškega mulja običajno zajema sežiganje ali uporabo v gradbene namene ter produkcijo encimov. Ker je papirniški mulj biološko skoraj nerazgradljiv smo poskušali s hidrolizo izboljšati anaerobno razgradnjo mulja, kar bi ob produkciji biometana omogočilo energetski povratek procesu utekočinjanja mulja. S tem bi tudi bistveno zmanjšli količino primarnega in sekundarnega odpadnega papirniškega mulja iz odpadne papirniške vode. Namen naloge je bil preučiti postopek utekočinjanja papirniškega mulja v majhnem visokotlačnem reaktorju pri različnih temperaturah, različnih zadrževalnih časih in koncentracijah klorovodikove kisline (HCl). Optimalno utekočinjanje smo dosegli pri 280 ºC z učinkovitostjo 94 % (7 % HCl), sledijo učinkovitosti 91 % (6 % HCl), 87 % (5 % HCl) ter 71 % (4 % HCl). Po predhodnih raziskavah smo predvideli, da bosta anaerobno razgradnjo zavirala toluen in vinil krotonat, ki sta prisotna kot kemikaliji v proizvodnem procesu papirja. Za kvalitativno in kvantitativno določanje prisotnosti toluena in vinil krotonata - kot potencialna inhibitorja biorazgradnje - smo uporabili plinsko kromatografijo sklopljeno z masno spektrometrijo (GC-MS). Rezultati so pokazali da v mulju ni prisotnosti vinil krotonata, koncentracija toluena pa je nihala med 6,5±0,6 in 5±0,8 ppm, s čem smo dokazali da teh dveh inhibitorjev ni v mulju. Nadaljnja obdelava utekočinjenega mulja je potekala z anaerobno razgradnjo, kjer smo uporabili suspendirano in granulirano biomaso. Najboljši rezultat biometanskega potenciala je znašal 182 L/kgKPK, z 52 % biorazgradljivostjo. Z upoštevanjem porabe energije za izvedbo procesa utekočinjenja, je neto kurilna vrednost utekočinjenega mulja v najboljšem primeru znašala 2075 kJ/kg, kar je nižje kot običajna metoda sežiganja dehidriranega papirniškega mulja, ki daje energijsko vrednost med 2800 in 3600 kJ/kg.