- 58 —
Jätevesien puhdistuksen simulointirnallilla voidaan tutkia erilaisten puhdistamon mitoitustapojen vaikutusta puhdistuskustannuksfln. Sa’
moin voidaan selvittää satunnaispäästöjen Ja kuormitusvaihteluiden vaikutuksia puhdistuskustannuksiin ja puhdistustulokseen. Mallilla.
voidaan laskea myös puhdistuksen rajakustannuksia, jollofn sitä voi daan käyttää prosessiteknisten toimenpiteiden ja ulkoisen jäteveden käsittelyn optimoinnissa. Puhdistamomallien antamia tuloksia on käy tetty myös kohdan 5.2 yritysmalliesimerkissä lähtötietoina. Vielä viimeksi voidaan puhdistamomallin avulla laskea prosessiteknillisbn toimenpiteiden kustannuksista vesiensuojelun osuus laskemalla kuå&
mituskevenemää vastaava säästö jäteveden puhdistuskustannuksissa, jon ka voidaan katsoa olevan yhtä suuri kuin prosessitoimenpiteen kustan nuksen vesiensuojeluosuus.
6. JOHTOPÄÄTökSIÄ JA SUOSITUKSIA JATKOTUtKIMUSKOHTEIKSI
1. Tutkimuksessa on selvitetty metsäteollisuuden vesiensu6jåluiis-tannuksia kirjallisuustietojen ja mallitarkastelujen avulla. Vee siensuojelukustannuksista esitetyt arviot vaihtelevat laajoissa fa joissa riippuen oleellisesti tarkastelunäkökulmasta. Vesiensuo jelukustannukset ovat yksikäsitteisiä vasta kun kustannuslukujen lisäksi esitetään myös tehdyt lähtöolettamukset. Tutkimuksessa selvitetään erilaisia vesiensuojelukustannusten laskentatapoja yritys tasolla.
2. Kustannuksiltaan edullisin tapa hoitaa vesiensuojelua riippuu oleellisesti siitä, miten tiukat vaatimukset päästöille asete
taan. Mikäli vaatimustaso on lievä, saattavat pelkästään proses sien sisäiset toimenpiteet olla riittäviä. Vaatimustason kasva essa optimiratkaisuksi tulee prosessin sisäisten toimenpiteiden ja ulkoisen jäteveden käsittelyn yhdistelmä. Tällä tuloksella on merkitystä erityisesti Suomessa, jossa vesiensuojelua on pyritty toteuttamaan lähinnä prosessien sisäisillä toimenpiteUlä.
3. Ulkoisen jätevesien käsittelyn tuomat kustannusedut tulevat eri tyisen selvästi esiin suurten tuotantointegraattien vesiensuoje lussa, koska ulkoinen käsittely sallii enenän Joustavuutta tuo tannossa ja lisää täten itse tuotantoprosessien tehokkuutta. Pie nikin lisä tehokkuudessa kattaa jo huomattavan osan jäteveden kä sittelyn kustannuksista.
— 59 — KIRJALLISUUSLUETTELO
Aalto, 1968. Puumassateollisuuden korjaus- ja kunnossapito toiminta. Puumassan valmistus, Suomen Paperi-insinöörien Yhdistyksen oppi- ja käsikirja II (toim. E. Aaltio, Hel sinki 1968; 32 s. 6.
Boyie, T.J. & Tobias, M.G. 1972. A kraft miii mathernaticai model.
Tappi 55 (1972): 8; 1247—52.
Brecht, W. & Daipke, H.L. Basic considerations of the closed miii system. Paper 181 (1974): 8; 4i3—42i
Carrol, C W 1960 An Operations Research Apnroach to the Economic Optimization of a Kraft Pulping Process, Tappi 43 (l960):
4; 305—313.
Eckenfelder, W.W. Jr. 1970, Water quality engineering for practicing engineers Barnes and Noble, New York 1970
Eerikäinen, J.M. 1975. Paperitehtaan jätevesien kemiallinen puh distus Diplomityo Helsingin teknillisen korkeakoulun kemian osastolle 1975.
Ehrnrooth, 1977. Skogsindustrins höga investeringskostnader — kan vi sänka dem? Svensk Papperstidning 80 (1977):ll; 325—327.
EKONO, 1972. Study of puip and paper industry’s effluent treatment.
A report prepared for FAO Advisory Committee on pulp and paper.
Helsinki 1972.
EKONO, 1975. Kalsiumsuifjiittjseliutehtaan ympäristönsuojelukus tannukset. Vesihallituksen tiedotuksja n:o 117. Helsinki 1976.
facht, J. 1976. Emission control costs in Swedish Industry. In dustrins Utredningsinstitut. Aimqvist & Wikseli Int. Stockholm 1976. 227 p.
— 60
-Göttsching, L. & Dalpke, H.L. 1977. Ober die Wasserkreis1aufschliessg in der Papierindustrj1 A Paper presented in l7th EUCEPA Conference 10.—14.1o.1977. Wien.
Henri-Robert, M.P. & Toulemonde, M. 1974. L’Epuration biologique d’effluents de
pate
kraft blanchie. A.T.I.P. Rene 28 (1974): 5;275.
Honko, 1969. Liiketaloustiede. Weilin & G6*s. Helsinki. Siv. 41.
Hornke, R. 1977. Technjscher Stand der Abwasserfrei Arbeitenden Sulfitzellstoffabrik 17. EUCEPA-Konferenz. Wien. 10.-14.10.1977.
Jaakko Pöyry & Co 1974. Saimaan alueen puunjalostusteollisuuden kehi tys vv. 1973—2000. Vesihallitus 1974. (julkaisematon).
Koistinen, 0. 1976. Kirjallinen tiedonanto.
Nevalainen, II. 1969. Yritysmaj].in käyttö integroittmeessa puunjalos tusteoljjsuude Paperi ja Puu 51. (1969): 8; 606-609.
Nikitin, J.V. 1976. Esitelmä suomalals—neuvostoljittolaisessa vesi—
symposiupiissa Oy Koskuslaboratoriossa 22.11.1976.
Norrström, H., Nideil, L. & Wohlfahrt, G. 1977. Energy and
enviropment. A Paper prepared for FAO Advisory Committee on Pulp an Paper. Presented in Tunis 20.-22. Sept. 1977.
OECD, 1973. Pollution by the pulp and paper industry. Paris 1973.
Papermakers resist tougher rules on pollution, 1976. Business Week 9.2.1976, pp. 48—50.
Rintekno, 1975. Laitoskustann,indeksi kemian prosessiteollisuuden Ins inööriuutiset 31.10•1975.
Russel, C.S. 1972. & Spofford, Jr. W.O. 1972. Quantitatiye framework for residuals management decisions. Kneese & Bower (ed.):
Environmnj Quality Analysis. Johns Hopkins Press, Baltimore (1972). pp. 115—179.
- 61
-Ryti, N. & Kirjasniemi, M. 1968. Puunjalostusteollisuuden op
1 timiohjelman etsiminen tilanteessa, jossa puuraaka-aine on toimintaa rajoittava tekijä. Paperi ja Puu 50 (1968): 3;
109—116.
Schotte, L. 1977. Impact of forestry, energy and environment on the pulp and paper industry. Svensk Papperstidning 80
(1977): 16; 503—507.
Seppovaara, 0. 1974. Woody solids discharged into watercourses by the forest products industry. Paperi ja Puu 56 (1974):
12; pp. 1013—1025.
Sikes, J.E.G. 1975 A perspective on the environmental protection situation in the pulp and paper industry. Introductory
report prepared for UNBP Pulp an Ppaper meeting, Paris, 19—21 March 1975.
SSVL 1974. The SSVL Environmental Care Project. Technical Summary.
Stiftelsen Skogindustriernas Vatten- och luftvårdforskning, Stockholm (1974). p. 227.
Stevens, P. 1976. Great LakesjflTree tomorrow’s technology.
Pulp and Paper Canada 77 (1976): 11.; 27-42.
Vamvakias, J. G. & Vogt, C. 1975. Advanced internal and external waste treatment systems for the pulp and paper industry. Paper presented at the Znd international Congress on industrial wastewater and wastes, Stockholm. Peb. 6. 1975.
Virkola, N.E. 1978. Suullinen tiedonanto.
LIIIE 1
Tutkimu ok t ty r tysmalh. Mallina on kkytattynuraavia merkhtöji:
valnuate tu n my ntitu t d n milhlt Ii=1
aX6 u tt leo almL uksena t’rvt avat raaka aiieirya ttuotetvksikkdk koh i
=tuotc den vahtusnibeci aysryvätjätetnagrtt tunteyka kko’ kohti
ci ider u sesa aoyvattalrctnottokelp iaetja emäkrät tuoteyksikKöä 1 ohti
=energi kulucia t ot iden valmistuksessa tuoteyksikkö kohti au den r ura en d ivalmistuks’ s a uote aikk ä kohti r =te eeno ‘on tu cv ja ccä
b talteero sais nvvay enåärätalteenotettua jateyksikkda knht
ar talteeroto ta 1’ rt ocpalautettu jdternaärä talteenotettuaja eykskkC.. Lohti
• eneipn te talteen toaiajiiteyks kköä kohti vihconettyea kehitnyllä energiallajäteyksikköl kt
=muid i ci tatteenotocaa ‘itteyksikköä kohti
=kaaittel tt a raara
klaittelyssäjaynr v stemaarä käsitti y a äteykaii koe kohti tyj =cccgiar t kls .e sajjiteykdkköd kohti
Wyj mu dc” raiur t’ r ialrlvsäjjäteykakoäkuhti E =käsite n p v’ tusteto
=ymparrtdöc a 1 ynjjal’ en outo ajåtemäc
‘taotteer i y tihaita saa naine ksik d mta C erers,a’ sikitoti ts
rtursier a hna
Cz tuiät en sir • & i t ana 1 tta ateyks köskolti
64 LIITE 2 Kalle Noukka
SELLUTEHTAAN MATEMAATTINEN HALLI
1. YLEISTÄ
Sellun valmistuksessa noin puolet puun kuiva-aineesta liukenee keit toliuokseen. Jäteliuoksen talteenotto on tärkeää sekä taloudellisis ta että ympäristönsuojelusyistä. Talteenotettua puun kuiva-ainetta voidaan käyttää energian tuotantoon ja talteenotettuja kemikaaleja uuden keittofluoksen valmistukseen. Ensimmäisen ongelmaa kuvaavan matemaattisen optimointimallin esitti Carrol (1960). Schmied (1967)
täydensi tätä mallia jätevesien nuhdistuksella ja jätevesimaksulla.
Norden (l965a, 1965b, 1966) on esittänyt parannetun mallin sellun pesusta ja Kommonen (1968) kehittänyt pesemöiden edullisuusvertailun metodiikkaa.
Koska sellutehtaan kemikaalikierron tarkka kuvaaminen optimointi mallilla on erittäin vaik6aa, ovat Westerberg ym. (1970), Boyle ja Tobias (1972) ja Muratore ym. (1973) esittäneet simulointinalleja va taavaan tarkoitukseen. Näistä Westerbergin ym. malli on tarkoitettu si-tehtaan kemikaalikierron simulointiin ja kaksi muuta mainittua sa-prosessin simulointiin. Simulointimalleistakin tulee helposti eril täin laajoja ja hankalasti käytettäviä. Arhinvainen ja Venho (1974) ovat esittäneet simulointimenetelmän, jolla voidaan yksityiskohtai sesti tutkia erilaisia osaprosessien kytkentöjä. Menetelmän etima on, että malli voidaan koota yhdistelemällä valmiita yksikköprosessi malleja.
Sa-prosessin mallin säätöteknisiin tarkoituksiin ovat esittäneet Adler ja Goodson (1975).
Männistö ja Sebbas (1976) ovat tutkineet prosessimalleilla massa»
ja paperin valmistuksen kuitu-, vesi— ja energiataloutta. Edwards ym. (1976) ovat sa-prosessin mallilla tutkineet happivalkaisim tuo mia etuja täysin suljetun prosessin kannalta.
Voidaankin todeta, että sellutehtaan matemaattisia malleja on run saasti käytetty haettaessa uusia ratkaisuja ymnäristönsuojeluongel mun ja pyrittäessä parantamaan tuotantonrosessin taloudellisuutta, Malleja ei kuitenkaan voida pitää yleisesti hyväksyttyinä, koska nii den käyttöön liittyy useita rajoituksia. Mallien suurin ansio sa-sel lun tapauksessa on, että ne osoittavat optimiratkaisuksi mahdollisim
L..____
..____ ____ ____ ____ ____
..
..
____ ____ ____ ____
—
65
man täydellisen mustalip talteenoton Nykyaikaisessa sa-tehtaassa pesuhäviöt edustavat kuitenkin Vain nientä osaa iätevesikuol_flitukses sa. Suurimmat hilviöt syntyvflt valkaisussa ja eri PUOlilla prosessia. Toistaiseksi eivät matemaattiset mallit ole 50-velteet tarkastelemaan ongelmaa koko laajuudessaan
Teoreettisesti suljetut vesikierrot sellu- ja Paperitehtaissa tuovat huomattavia säästö energia.. ja materiaahitaloudessa puhumattakaan sääst Jätevesien Puhdistuskustannuksissa Tiillaiset laskelmat perustij kuitenkin. yleensä staattisiin Prosessimalleihin. Prosessien sulkemisen taloudellisuus tulee väheinjijän ilmeiseksi kun dynaams
tekijöitä otetaan huomioon Vesikertoj sulkemjnen Ja satunnaispääs..
töjen talteenotto vaativat Säiliötjlavuutta ja ylimänrä5 kapasi teettia eri flsikköprosessei1t Tämä saattaa Puolestaan huomattavasti kohottaa prosessin sulkemisesta aiheutuvaa investoifltitarveta verrat twia staattisefla mallilla suoritettuihin arvioihin.
Huolimatta näin korostetiisti esiintuoduista staattisen Prosessimallin puutteista on seuraavassa esitetty sellutehtaan matemaattinen malli staattinen.
Dynaamj mallin rakentaminen on mielekästä vain jossakin konkreet..
tisessa tilanteessa jotakin todellista suunnittelutilannett varten.
Esitetyssä muodossa sellutehtaan mallia voidaan nitää ongelman kartoi—
tuksena jossa mainitaan tärkeinunät muuttujat ja Parametrit sekä näi den väliset riippuvuudet tasapainotilassa
KUVAUS
Kuvasta 1. ilmenee mallin Yleisrakenne Sellutehtaan eri osastoille on laadittu omat malhinsa ja nämä kytketgj yhteen aine- ja energia..
taseyhtjjl1 Aine- ja energiataseet on laskettu tuoteyksi koh ti. Tuoteyksi1 on 1 metrinen tonni ilmakuivaa sellua sisältäen 90 % kuiva•ainetta ja 10 %.kosteutta
..-..
---“...
66
4
•TTiELdSKU
Keittäifiön ja pesemön ainetase
Koiton ainetaseen laskemiseksj on tiedettävä hakkeen kosteus, keitto saanto, kemikaaliannos a neste/nuu-suhde keitossa. Neste/nuur
suhde säädetään mustalienäannoksella keittoon (kuva 2L
w
___
3 Keittämö Littamoon
Haihduttamoon Kuva 1.
ww
Kuva 2. 1
67
Puskulauhdenibari lasketaan keittimen lämpösisällöstii. Massan mukana lajittamoon potstuva iosi saadaan noi3tosakeudesta.
Åinetiscen avulla laskotain neruslicmimafträ se» laihalinehvirtaaina pesembstä haihduttanoo.
XeitQssa ijuennut puunnc
XL —
( r
— 1) 0,9Kemikaalivi rtaukse t
Valkolipeän koostumus mäkntelfl’tn seuraavasti:
NaOH kg Na20/ts
Na2SO4 x3
Sa2 03 14
Make-up kemikaalit ovat:
NaS04
x kp Na20/ts Na2CO3 x6
Kemjkaaliärat ilmoitetaan ekvivalenttimflrinä Na20:ta sellutonnia kohti.
NaOH:n ja Na,S.n suhteen määräävät kemikaaljannos (tehollinen alkali per puuraaka aine) ja suifiditeetti.
Xeittokemjkaaj todellincn m’tdrä nustanneässä
LJCa = fl,29oici + l,258x2 + 2,290x3 + l,7l0x4
}
Perusliemen kuiva-ainengjäys:
XML - XL + EXa
68
?erusljemjrnäärä:
Lo=KL+VVLrvL+WIvGB
rVL = yalkolipeän tiheys rIL = mustalipeän tiheys Keitto- ja tuotantoriippuvuudet
Keittoajka ilmoitetaan seuraavien muuttujien lineaarisena funktio na: tehollinen alkaliannos ner puu, suifidiannos per nuu ja neste!
puu-suhde, Riippuvuus on emniirinen ja sen nätevyysalue rajoittuu suppealle alalle toimintapisteen ympärille.
(X1 ÷ 0,512)
= tehollinen alkaliannos per puu S
x
SE = sulfidiannos er nuu S
VVL + VML +
RNP = = neste/puu-suhde keitossa
tk = t1 ÷ t2( AEAEN
÷ 3
S5S +
_______
EN EN NPN
Keittolämpötila otetaan vakioksi,
Tehtaan tuotannon määräävät keittimien lukumäärä (N) ja kapasiteetti (C) sekä keiton kokonajskjertoajka kannesta kanteen (tk + tt)
1440 NC R tk ÷ t
69 Pesen3n talteenottoaste
Käytetään Nordenin kehittmi1 kaayoa:
1 w1
J
RN1
Y=1—E +1RiI+•L
Y kuiva-ainesaanto pesussa W = määräkerroin
= pesunestesuhde vaiheessa i vaiheen i tehokkuuskerroin
1
Haihdutukseen menevä kiivaainemäärä:
KTQ KML
Laiha liemen väkevyys:
s KTQ 1 WL0 Pesuhäviö (kg Na2SO4/ts):
Lw = 2,290(X_ 4 12 + 13 4 14) (1 Y)
O
p
70 Haihduttamo ja soodakattila Hailidutettava vesimflril:
QHOKT0 (!e
- vahvaliemen väkevyys
Haihduttamon höyryn- ja sähkönkulutukset lasketaan ominaiskäyttömää rien perusteella.
Soodakattilan kehittämä lämpö saadaan lämnötaseesta, jolloin otetaan huomioon veden höyrystymislämpö, reaktiolämmöt palamisessa ja sulan pelkistyksessä sekä soodakattilan lämpöhäviöt. Muut tekijät otetaan huomioon empiirisellä korjaustekijällä.
Kaustistamo ja meesauuni
Kun valkolipeän koostumus on määritelty, tarvittava natriumsulfaatti annos saadaan rikkitaseesta. Natriumin lisätarve määrätään natrium taseesta ja lisätään soodana.
Kierrossa oleva sulfaattimäärä lasketaan soodasulan pelkistysastees ta. Vastaavasti kierrossa oleva karbonaattimäärä lasketaan kausti sointitehosta.
Kulutettu kemikaalimäärä 900 . A 1
Sulfiditeetti
x2 xl +
Soodakattilan reduktioaste x2
D
71
x c
Rikk ias te
L5(X2 + X3)
Nat ri umtäydenny5
+ X6 Ljq(X_ + + + X)
Taloudelliset riipputnjudet
Sellutehtaan kustannukset ilmoitetaan kiintejn ja muuttuvina kus tannuksina Kiinteitä kustannuksia ovat ne kustannustekijät joihin lyhytaikaiset tuotantovaihte_ut eivät vaikuta (Pääomakustannukset, hoitopalkat jne). Muuttuvia kustannuksia ovat sellaiset kustannusteki..
jät, jotka vaihtelevat tuotantoärien mukaan (Puuraaka....aine ja apu kemikaalit, häviöt jne).
Kiinteät kustannukset ilmoitetaan yhtenä lukuna (mk/d). Muuttuvat kus tannukset ilmoitetaan tuotantomäärän funktiona.
Talteenotet lämmön ja vastapainehöyryn hinta määräytyy lisäpo0..
aineen ja ostet,, 5ähköenergj hintojen avulla. Tuotetusta lAmpi mästä vedestä annetaan hyvitystu, mikäli sille on kAyttötarv
3. SELLUTEHTAAN HÄVIOIDEN OPTIMOINTI
Sellutehtaan materiaalihäviöt ovat kiinteitä nestemäisiä ja kaasu maisj Häviöt voivat joutua ilmaan, jätevesiin tai kaatopaikalle Häviöiden minimointi tarkoittaa materiaalihfltysu parantamista, jolloin käyttökep05 jätteet orosessissa. Tal teenottoon liittyy kuitenkin kustannuksia ja ongelmaa voidaan tarkas tella optimointimallin muodossa, jolloin talteenottohytyj verra taan talteenottokustankii
———————
— —
— .
72
.-
n&flfl0
tnn nt I$l fli 1 ii
OIt0DhI3zI a cc..v.oIMe•0O• .4 —0 arnookCO c • o
t•: t;. .4.4 0
MM hOvI leO
ei — . a — a •
OOTMOOjOO
IIM fi11fl
0 ei.4 ‘s 5p.4C.4CU .SOCa
4..OOICOIOI0M)b014
a o.ca.—apq 0 0005
0 .4 lblJeO_OHN4S
OUlU O4)s4a sig
.4.4 4) .0.410 .00010 5 .004)•iv 0 0.4— — 0 0aöei0 0OO#4000 8 $ 0 0 O0• 0