DE69330652T2

DE69330652T2 - Verfahren und vorrichtung zum zirkulieren von faserbreiabwasser in einer papiermaschine.

Info

Publication number: DE69330652T2
Application number: DE69330652T
Authority: DE
Inventors: Paul Olof Meinander
Original assignee: POM Technology Oy AB
Current assignee: POM Technology Oy AB
Priority date: 1992-05-19
Filing date: 1993-05-19
Publication date: 2002-04-18
Anticipated expiration: 2013-05-20
Also published as: FI89728C; EP0641404B1; PT641404E; WO1993023612A1; FI89728B; JPH08500637A; CA2118506A1; FI922285A0; DE69330652D1; JP3354151B2; ATE199270T1; US5567278A; ES2156125T3; AU4071493A; EP0641404A1; CA2118506C

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung für die Recyclisierung von Abwasser aus einer Papiermaschine, s. z. B. US-A 4,504,358. Insbesondere bezieht sich die Erfindung auf ein Verfahren, welches eine schnelle und exakte Regelung des Papierherstellungsprozesses gewährleistet und welches signifikant die Zeit reduziert, die für den Wechsel der Papierqualität erforderlich ist. Das Verfahren gemäß der Erfindung stellt insbesondere Maßnahmen vor, durch welche die Recyclingzeit für das Abwasser beträchtlich verkürzt wird. Die erfindungsgemäße Vorrichtung ist dazu ausgelegt, dem Ziel eines geregelten und schnellen Recycling von Abwasser zu dienen.
In einem herkömmlichen Papierherstellungsverfahren durchläuft die Papierpulpe (Stammlösung), welche in einem separaten Pulpezubereitungsabschnitt hergestellt wird, die nachfolgenden Phasen, die den primären Prozeß bilden nach der Konsistenzkontrolle wird die Pulpe in konstantem Fluß zu einem System nahe der Papiermaschine gefördert, wo sie nahe zu einer Mischpumpe gelangt, in welcher sie verdünnt und zu einer Konsistenz abgemischt wird, die für eine Reinigung in Zentrifugenreinigern geeignet ist; die Mischpumpe pumpt diese dünne Pulpe zu ersten Zentrifugalreinigern, wo Verunreinigungen mit Hilfe von Zentrifugalkraft abgetrennt werden; das Akzept wird entweder direkt oder über eine zweite Mischpumpe zu einem oder mehreren unter Druck stehenden Primärsieben gebracht, von wo es zu der Kopfbox der Papiermaschine über ein geeignetes Verdünnungssystem weitergeleitet wird; die Kopfbox verteilt die verdünnte Stammlösung gleichmäßig an einen endlosen Formdraht, oder in manchen Fällen zwischen zwei solcher Drähte, wodurch der Hauptanteil der dünnen Pulpe abgezogen wird unter Zurücklassen einer verdichteten Fasermatte auf dem Draht, von welchem es an die unteren Phasen der Papierherstellung, typischerweise Pressen und Trocknen weitergegeben wird.
Beim herkömmlichen primären Faserprozeß werden Teile der Stammlösung ausgeschleust und in Kreisläufen geführt. Dies geschieht typischerweise mit den Rückständen von Reinigern und Sieben, welche wegen der geringen Selektivität solcher Geräte gute Fasern enthalten, typischerweise 10-30% des im ersten Abschnitt behandelten Materials. Diese Rückstände werden in Mischpumpen verdünnt und in sekundären Reinigungsstufen wiedergewonnen, welche zahlreich sein können, wobei jede den Rückstand einer vorherigen Stufe erfaßt und die Akzepte stromauf zu einer vorhergehenden Stufe oder in den primären Faserprozeß rückführt.
Ein signifikanter Anteil, typischerweise 5-50% der Feststoffe der dünnen Stammlösung folgen dem aus dem Formdraht abgezogenen Wasser, welche mit dem Abwasser in den Faserprozeß recyclisiert werden. Bei einem traditionellen Papierprozeß gelangt das Abwasser über Abwasserpfannen und Kanäle in einen Abwassertank, wo das Wasser gesammelt wird und welches die oben genannten Mischpumpen speist. Das Abwasser enthält eine deutliche Menge an Luft, die den Faserprozeß und die Mattenbildung stören würde und welche demzufolge entfernt werden muß. Dies wird durch Stehenlassen in den Abwassertanks und darunter befindlichen Kanälen oder durch Hindurchleiten durch separate Entlüftungstanks bewerkstelligt.
Der Prozeß, in welchem das Abwasser aus der Mattenbildung in den Faserprozeß unmittelbar vor der Papierbildung rückgeführt wird und dicke Stammlösung aus der Pulpeherstellung verdünnt wird, um die Konsistenz einzustellen, welche in die Kopfbox gespeist wird und wie oben erklärt, entwässert wird, bildet den "Kurzkreislauf". Dank des Konsistenzunterschiedes zwischen dicker Pulpe und der Fasermatte, die die Bildungsstufe der Papiermaschine verlassen und verschiedenen anderer Additionen von Wasser in das Verfahren resultiert ein Überschuß an Abwasser, welcher durch die Pulpebereitung als "Langkreislauf" umläuft. Meist wird Feststoff aus dem zum Langkreislauf fließenden Wasser gewonnen und in den Kurzkreislauf oder in den Faserprozeß mit Hilfe von Sammlern retourniert.
Bei Wechsel der Zusammensetzung der dicken Stammlösung, welche die Pulpeherstellung verläßt oder bei anderen Verfahrensbedingungen, die die Zusammensetzung des Abwassers beeinflussen, verzögert die große Menge des im Abwasser umlaufenden Materials das Erreichen eines Gleichgewichtszustandes. Jedesmal, wenn das Wasser des Kurz- oder Langkreislaufs die Mattenbildungszone passiert, wird ein bestimmter Anteil des umlaufenden Materials entsprechend dem sogenannten Retentionsfaktor durch den Draht zurückgehalten. Das Entfernen des absitzenden Materials und damit die Reaktion auf eine Verfahrensmaßnahme hängt direkt von der Umlaufzeit des Abwasserkreislaufs ab. Große Volumina an Kreislaufwasser und ausgedehnte Umlaufzeiten verzögern damit die Einregelung des Verfahrens und damit das Erreichen akzeptabler Produktqualität nach Qualitätswechsel oder Regeleingriff.
Die zahlreichen Recyclingschleifen machen das System kompliziert und langsam. Dies wird weiter verschärft durch die großen Volumina der offenen Abwassertanks. Obwohl bekanntlich eine Fließgeschwindigkeit von 3 und mehr Metern pro Sekunde Schleim und Schmutz daran hindert, sich an der Rohrwandung abzusetzen, sind niedrige Strömungsgeschwindigkeiten nötig, um ein Vermischen von Luft mit dem Abwasser zu vermeiden und sie beim Mischen entweichen zu lassen. Dies schafft ideale Bedingungen für biologische Aktivität zur Schleimbildung und für das Absetzen von Ablagerungen in toten Ecken des Systems. Wegen der oft und undefiniert veränderlichen offenen Oberflächen der Tanks ist das Systemvolumen nicht genau genug definiert, um die Strömungen präzise regeln zu können.
Ein derartiger Papierherstellungsprozeß ist sehr kompliziert und empfindlich gegen Störungen und ist daher traditionell dazu ausgelegt, höchstmögliche Stabilität zu erreichen. Als Konsequenz daraus ist das Verfahren nur sehr langsam regelbar. Tatsächlich wirken Prozeßstörungen langsam, sind aber auch nur langsam zu korrigieren. Die große Menge an umlaufendem Material in den Kreisläufen ist besonders störend beim Wechsel der herzustellenden Papierart. Die Stabilisierung der Produktqualität dauert mehrere Minuten, ein Wechsel der Papierfarbe kann länger als eine Stunde und sogar Tage dauern. Dies macht eine "Just On Time"-Produktion, wie sie in der Industrie allgemein eingeführt wurde, bei der Papierherstellung unmöglich. Ebenso sind normale Verfahrenseinstellungen oft schwierig aufgrund der inhärenten Trägheit. Darüber hinaus ist das System in regelmäßigen Intervallen zu waschen, was Kosten und Produktionsausfall mit sich bringt.
Die vielen Verzweigungen und Rückführungsschleifen eines konventionellen Papierherstellungsverfahrens führen zu einer Erschwerung der Prozeßüberwachung, insbesondere deswegen, da die verschiedenen Kreisläufe einander die Fließvolumina begrenzen.
Im Stand der Technik wurden unterschiedliche Anstrengungen unternommen, die Papierherstellung zu verbessern.
In einer Internationalen Patentanmeldung, veröffentlicht unter der Nummer WO92/03613, Kaj Henricsson et al. ist ein Verfahren offenbart, in welchem Luftabzugspumpen zur Einspeisung der Pulpe und im Kurzkreislauf der Papiermaschine verwendet werden, was die Notwendigkeit der Entlüftung durch andere Mittel verringert. In diesem Verfahren wird ein erster Anteil an Weißwasser durch eine Luftabzugspumpe aus einer Saugbox unter der sich bildenden Matte zum Kurzkreislauf gepumpt, wohingegen ein zweiter Teil an Weißwasser in einem offenen Wassersammeltrog gesammelt wird.
Henrik Nisser, in "Das Papier" 39 (1985) 10 A, p. V151 bis V159 beschreibt einen Papiergewebebildner, in welchem die Blattbildung in einem hydraulisch geschlossenen Raum vorgenommen wird. Die Apparatur wurde zur Verbesserung der Blattbildung entwickelt. Diese Apparatur hat jedoch nicht befriedigend funktioniert und das Verfahren erlaubt keine Entwässerung zu einer Trockne, welche der Trockne der dicken Pulpe entsprecht. Die von Nisser vorgeschlagene Methode ist daher ohne praktische Anwendung geblieben.
Hans Joachim Schulz, in "Das Papier" 43 (1989) 10 A, p. V 192 bis V 193 beschreibt ein Verfahren zur Verteilung der Fasersuspension quer zur Maschinenrichtung, vorzugsweise hinter dem Druckpulsdämpfer einer hydraulischen Kopfbox. Dieses Verfahren wurde in der Praxis benutzt, wenn zur Papiergewebebildung Schaum als Medium verwendet wurde.
Ziel der vorliegenden Erfindung ist die Verbesserung eines herkömmlichen Papierherstellungsverfahrens durch Reduzierung der Wasservolumina und die Vermeidung des Bedarfs an Wassertanks.
Gegenstand der Erfindung ist weiterhin ein Papierherstellungsverfahren, welches signifikant schneller zu regeln ist als konventionelle Verfahren und weiches Faserverluste beim Wechseln der Papierqualität oder der Regelung des Verfahrens reduziert.
Gegenstand der Erfindung ist damit, Feststoffe, die den primären Faserprozeß verlassen, so schnell und so direkt wie möglich zurückzubringen.
In bevorzugter Ausführung der Erfindung wird der Faserprozeß des Kurzkreislaufs durch Vermeidung einer Stromaufrückführung des Hauptfaserprozesses ebenso wie seine Verzweigungen und Abflüsse verbessert, um so einen klaren und logischen Prozeß ohne die Probleme mit vielen Rückführungsschleifen zu schaffen.
Ziel der Erfindung ist auch, einen Papierherstellungsprozeß zu schaffen, der keine Schleim- und Schmutzbildung aufweist und daher deutlich weniger Reinigungsbedarf hat als herkömmliche Verfahren.
Das Ziel der Erfindung wird erreicht durch Aufteilen mindestens eines Teils des abgezogenen Abwassers durch ein sich bildendes Gewebe in der Papiermaschine in wenigstens zwei und vorzugsweise drei oder mehr separate Ströme und direktes Einspeisen dieser, ohne offene Gefäße zu passieren, als luftfreie separate Ströme zu mindestens zwei und vorzugsweise drei und mehr im wesentlichen getrennten Stellen der Stammlösungsverdünnung im Faserprozeß des Kurzkreislaufs der Papiermaschine.
Obwohl wesentliche Vorteile durch die vorliegende Erfindung erzielt werden können, sogar wenn nur ein Teil des Abwassers erfindungsgemäß behandelt wird, wird vorzugsweise das gesamte oder im wesentlichen alles Abwasser durch das sich bildende Gewebe in den Kurzkreislauf geführt in direkter und luftfreier Weise der Erfindung.
Das Abwasser wird bevorzugt in einigen, wie z. B. fünf bis zehn separate Ströme direkt zum Faserprozeß gepumpt. In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird das Abwasser in 15 oder mehr separate Ströme aufgeteilt. In manchen Fällen kann es jedoch vorteilhaft sein, zwei oder mehr der aufgeteilten Ströme wieder zu vereinigen, um sie mit einer gemeinsamen Pumpe in den Kurzkreislauf zu fördern.
Das Abwasser, das zuerst durch das sich bildende Gewebe gefiltert wird, enthält die größte Menge an abgezogenen Fasern. In der am meisten bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird das Abwasser, welches zuerst durch das genannte Gewebe gefiltert wird, zu der letzten oder nächst der letzten signifikanten Verdünnungsstation des Kurzkreislaufs geleitet. So wird eine große Menge abgezogener Fasern schnell in den Faserprozeß zurückgebracht.
Ein besonders bevorzugtes Merkmal der Erfindung wird erreicht, wenn das Abwasser als separate Ströme zurück in den Kurzkreislauf gebracht wird in aufeinanderfolgender Ordnung der Filtration der aufeinander folgenden Verdünnungsstufen, so daß das erste Abwasser zur letzten Verdünnungsstufe, das zweite Abwasser zur zweiten Verdünnungsstufe geht und so weiter. Für bestimmte Zwecke, so wie das Waschen der zuletzt gereinigten Fraktion vor der Kopfbox, mag es vorteilhaft sein, das Wasser mit dem geringsten Fasergehalt oder reines Wasser zu verwenden.
In ganz besonders günstiger Ausführungsform der Erfindung wird das Abwasser direkt zu der rückgeführten Verdünnung eines integrierten mehrstufigen Zentrifugalreinigers und einem Drucksieb mit interner Verdünnung gegeben, um derart Verzweigungen und Stromaufrückführung in den Faserprozeß zu vermeiden.
Die Vorrichtung gemäß der Erfindung weist im Kurzkreislauf der Papiermaschine mindesten zwei Pulpeverdünnungsvorrichtungen, eine Kopfbox und eine Schleife bei der Gewebebildung sowie Mittel zum Sammeln des Abwassers bei der genannten Gewebebildung und zu dessen Rückführung in den Faserprozeß auf. Um eine schnelle, luftfreie Rückleitung zu ermöglichen, besitzt die Vorrichtung mindestens zwei und vorzugsweise drei oder mehr separate Mittel zur Sammlung des Abwassers an der Gewebebildungsstelle, wobei vorzugsweise drei oder mehrere von ihnen in direkter Fließverbindung mit einer eigenen Pumpe stehen, um das Abwasser direkt unter im wesentlichen luftfreien Bedingungen ohne offene Gefäße durch separate Abwasserrückleitungsrohre zu mindestens zwei separaten Pulpeverdünnungsvorrichtungen oder deren im wesentlichen getrennte Wasserverteilungsmittel zurückzuleiten.
In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung liegen entlang der Maschine mindestens drei und vorzugsweise eine Vielzahl von bis zu 50 oder mehr Abwassersammelmittel. Vorzugweise sind auch einige wie etwa 2 bis 20 Abwassersammelmittel quer zur Maschinenrichtung angeordnet. Separate Ströme von gesammeltem Abwasser werden über separate Pumpen zu separaten Pulpeverdünnungsvorrichtungen im Kurzkreislauf gepumpt. Die Abwasserzirkulation ist dabei vorzugsweise so ausgerichtet, daß die Abwasserrückführleitung aus dem ersten Abwassersammelmittel, d. h. das eine oder diejenigen stromab nächst der Kopfbox in Verfahrensreihenfolge mit der letzten Pulpeverdünnungsvorrichtung, d. h. derjenigen stromauf nächst der Kopfbox verbunden ist.
Anhand der beiliegenden Figuren wird die Erfindung näher beschrieben, dabei zeigen
Fig. 1 eine Anordnung, wie sie herkömmlich in der Papierherstellung verwendet wird;
Fig. 2 ein Sankey-Diagramm eines bevorzugten Verfahrens gemäß Erfindung;
Fig. 3 eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung;
Fig. 4 ein Fließdiagramm des Verfahrens gemäß einer Ausführungsform der Erfindung mit einer partiell geschlossenen Bildungszone;
Fig. 5A und 5B alternative Ausführungsformen von Formboxen, welche in der Ausführung nach Fig. 4 verwendet werden;
Fig. 5C eine Ansicht der Formbox gemäß Fig. 5A, von oben gesehen;
Fig. 6 ein Fließdiagramm eines Verfahrens gemäß einer Ausführungsform der Erfindung, wobei im wesentlichen die herkömmliche Ausstattung im Faserprozeß verwendet wird.
Zum besseren Verständnis des erfindungsgemäßen Verfahrens wird zunächst ein herkömmlicher Papierherstellungsprozeß erläutert unter Bezugnahme auf die konventionelle Papierherstellung, wie in Fig. 1 gezeigt. Der Haupt-Faserprozeß ist mit einer fetten Linie in Fig. 1 markiert. Danach wird Pulpe aus der Pulpeherstellung 10 durch eine Pulpespeiseleitung 11 in den Abwasserkreislauf bei der Mischpumpe 112 eingebracht und weiter zu einer ersten Reinigungsstation 31. Die rückbehaltene Pulpe aus der Station 31 wird zur Mischpumpe 111 und weiter durch ein Primärsieb 41 zu einer Kopfbox 50 geleitet, von wo die Pulpe auf ein Bildegewebe oder -draht 60 aufgegeben wird. Ein signifikanter Teil des durch den Draht 60 gefilterten Abwassers wird im Abwassertank 121 gesammelt, von wo es in die Mischpumpen des Faserprozesses fließt. Das am stromab liegenden Ende des Drahtes gefilterte Abwasser wird in einem gemeinsamen Weißwassertank 122 gesammelt und zur Pulpeherstellung 10 im Langkreislauf der Papiermaschine zusammen mit überschüssiger Pulpe zurückgefördert.
Das aus der ersten Reinigungsstufe 31 zurückgehaltene Material wird in das Abwassersystem zurückgebracht und gelangt weiter in eine zweite Reinigungsstufe 32. Das Ausgeschiedene (Reject) der zweiten Reinigungsstufe 32 wird möglicherweise zusammen mit einem Teil von deren zurückgehaltenem Akzept über Abwasserleitungen zu einer dritten Reinigungsstufe 33 geleitet. In ähnlicher Weise wird das Ausgeschiedene des Primärsiebes 41 über Abwasserrohrleitungen an ein zweites Sieb 42 geleitet.
Wegen des übermäßigen Kreislaufsystems und großer undefinierter offener Oberflächen ist der Prozeß stabil, aber extrem langsam und reagiert nur langsam auf Änderungen der Prozeßparameter. Bei langsamen Prozessen herrscht auch die Gefahr von Schmutzansammlungen und Verstopfung.
Fig. 2 zeigt ein Sankey-Diagramm der bevorzugten Ausführung der Erfindung, welches klar deren Vorteile zeigt. Die Zahlen in Fig. 2 beziehen sich auf Konstruktionsmerkmale, die im einzelnen Zusammenhang mit Fig. 3 beschrieben werden. Somit wird im erfindungsgemäßen Verfahren Abwasser schnell und rein ohne Stromaufrückführung recyclisiert. Verzweigungen, offene Tanks und Belüftung von Abwasser sind vermieden. Die Stammlösung 10 wird schrittweise mit Rücklaufwasser in verschiedenen Misch- und Reinigungsstufen 12, 30, 40 verdünnt. Das Abwasser mit dem höchsten Faseranteil wird am schnellsten aus der Bildezone 61 zurück zum Verdünnungspunkt 40 nächst der Kopfbox 50 gebracht.
Angesichts der Weite der Papiermaschine von etwa 2 bis 10 Metern und einer Länge des Drahttisches von etwa 8 bis 20 Metern und weiterhin Strömungsgeschwindigkeiten von etwa 5 bis 15 Metern pro Sekunde sind die Umlaufzeiten für die Kreisläufe grob etwa 5 bis 20 Sekunden. Der Fachmann weiß, daß eine große Menge des gesamten Abwassers durch das Bildungsgewebe nahe der Kopfbox gezogen wird.
Darüber hinaus enthält das zuerst über den Formdraht abgezogene Abwasser den überwiegenden Teil aller durch das Gewebe abgezogenen Fasern. Die oben erwähnten kürzeren Umlaufzeiten beziehen sich auf die kürzesten Schleifen, d. h. das Abwasser mit den meisten Fasern.
Das Abwassersystem nach dem Diagramm der Fig. 2 hat keine Verzweigungen und daher kann das Volumen an umlaufendem Wasser klein gehalten werden, Totzonen sind vermieden und eine schnelle Strömung hält die Rohre rein. Bei einem Wechsel der Papiersorte wird ein neues Gleichgewicht schnell und auf geregelte Weise erreicht und die relativ hohe Fließrate hält das System rein, ohne die Notwendigkeit zu waschen.
Die Erfindung wird weiter erläutert unter Bezugnahme auf eine günstige Ausführungsform gemäß Fig. 3. Erfindungsgemäß wird die Stammlösung exakt nach den Qualitätsanforderungen auf bekannte Weise in der Pulpeherstellung 10 bereitgestellt und als geregelter Fluß 11 bei einer Konsistenz von etwa 3 bis 5% oder höher dem Kurzkreislauf zugeleitet. Der Hauptfaserprozeß ist durch eine fette Linie gekennzeichnet, welche, wie unten erläutert, durch die Konstruktionsteile Nummer 10, 11, 12, 30 und 40 läuft.
Der Kurzkreislauf in dieser Beschreibung und den begleitenden Ansprüchen ist beabsichtigt als Verfahrensschritte nach der Pulpeeinspeisung bis zum letzten Punkt der Gewebebildung, von wo das abfiltrierte Weißwasser in die Pulpeeinspeisung oder nachfolgenden Prozeßstufen gelangt. Ebenso sind die Maßnahmen zum Einspeisen des jeweiligen Abwassers zur Pulpeeinspeisung oder nachfolgenden Verfahrensstufen Teil des Kurzkreislaufs. In Fig. 3 deckt der Kurzkreislauf somit den Prozeß zwischen dem Fluß 11, dem Papiergewebe 99 und dem Rückfluß 91 ab. Die Faserrückgewinnungseinheit 90 ist in den Kurzkreislauf eingeschlossen, was besonders günstig ist, da in herkömmlichen Systemen dies lediglich Teil des Langkreislaufs ist oder mindestens einen eigenen langen Umlauf bildet.
Im Mischer 12 wird Pulpe bis zu einer Konsistenz verdünnt, die zu einer Überführung in den Zentrifugalreiniger 30 geeignet ist, typischerweise von 0,5 bis 1,5%. Der Mischer kann eine einfache Pulpeleitung oder bedarfsweise mit mechanischen Mischorganen ausgestattet sein. Dem Mischer können auch verschiedene Additive zugegeben werden, die bei der Papierherstellung gebraucht werden. Nach der Verdünnung wird die Pulpe in den Zentrifugalreiniger 30 gespeist, welcher vorzugsweise gemäß der parallelen Patentanmeldung FI-922282 desselben Anmelders ausgeführt ist. Der genannte Reiniger funktioniert einstufig ohne Recycling des Rückstandes. Die gereinigte und im Zentrifugalreiniger verdünnte Pulpe wird zu einem Drucksieb 40 verbracht, welches vorzugsweise nach der parallelen Patentanmeldung FI- 922284 desselben Anmelders ausgebildet ist. Das genannte Sieb ist einstufig ohne Recycling des Rückstandes. Andere Reiniger und Siebe können selbstverständlich ebenfalls im Verfahren eingesetzt werden.
Die gereinigte und weiter verdünnte Pulpe gelangt zur Kopfbox der Papiermaschine 50. Das Fördern zur Kopfbox wird vorzugsweise durch einen Stromverteiler 45, welcher aus einer Mehrzahl von Akzeptleitungen des Siebes 40 besteht, die so angeordnet sind, daß sie alle gleicher Länge sind und weiterhin derart, daß Anzahl und Krümmungen im wesentlichen identisch sind. Dadurch kann eine einheitliche Verteilung von Pulpe über die Weite der Papiermaschine garantiert werden.
Aus der Kopfbox 15 wird die Pulpe auf den Formdraht 60 verteilt und Abwasser läuft in mehrere aufeinanderfolgende Ablaufboxen 51-54. Erfindungsgemäß sind wenigstens zwei Ablaufboxen vorgesehen, vorzugsweise ist ihre Zahl bedeutend größer, möglicherweise fünfzig oder mehr. In Verbindung mit der vorliegenden Erfindung und den Patentansprüchen wird der Bereich des Bildegewebes (forming fabric), welcher vollständig mit Wasser bedeckt ist und wo die Fasern noch im Wasser suspendiert sind, die Formzone 61 genannt.
Hier wird das Papier gebildet und die Fasern finden ihre endgültige Lage im Gewebe. Die Ablaufboxen sind so gestaltet, daß das Abwasser schnell und mit zunehmender Geschwindigkeit zum Boxauslaß fließt, welcher direkt an eine Gasabtrennpumpe 20 angeschlossen ist. Die Pumpe ist vorzugsweise derart, wie sie in der Anmeldung desselben Anmelders FI-922283 beschrieben ist. Diese Pumpe beinhaltet einen Rotor, welcher innerhalb eines hohlen Gehäuses rotiert, das im wesentlichen aus einem gestreckten Gasseparationsteil und einer an diese angeschlossenen Pumpenkammer mit größerem Durchmesser besteht. Die innere Wand des Gasseparationsteils umfaßt eine große Gasabtrennoberfläche zur im wesentlichen vollständigen Abtrennung von Luft aus einer Mischung von Luft und Flüssigkeit, welche als dünne Schicht an der Wandung rotiert. Die Schaufeln des Rotors zeigen im wesentlichen dieselbe Konfiguration als Gasabtrennoberfläche und erstrecken sich bis nahe an die genannte Oberfläche, um eine im wesentlichen laminare Strömung der · Flüssigkeit längs der Abtrennoberfläche zu gewährleisten.
Die Luft wird aus dem Abwasser abgetrennt und dieses wird als separater direkter Strom in den Faserprozeß gepumpt. Die Gasabtrennpumpen sind selbstjustierend, so daß alles ankommende Wasser weitergepumpt wird, es besteht keine weitere Notwendigkeit für eine Flußregelung, jedoch ist dieser Fluß bestimmt durch die Drainage in jede Ablaufbox. Falls andere Gasabtrennpumpen verwendet werden, kann eine Strömungsregelung notwendig sein.
Die Drainage ist sehr intensiv am Anfang der Bildungszone 61, wo auch die Retention am niedrigsten ist und folglich der Feststoffgehalt im Abwasser am höchsten. Um eine optimale Verteilung des Abwassers zu erhalten, das hier abgezogen wird und um es so schnell wie möglich zur Kopfbox 50 in den Faserprozeß zurückzuleiten, sind die Ablaufboxen 51 und 52 auch seitlich quer zum Draht aufgeteilt. Diese Teilströme werden dann direkt zu den jeweiligen Verdünnungsstellen, dem Sieb 40 und dem Zentrifugalreiniger 30 gepumpt.
Auf die Bildungszone 61 folgt eine zweite Drainagezone 62, wo Wasser noch leicht abgezogen wird und die Faserretention ansteigt. Hier wird das Wasser in zweiten Abzugsboxen 53 gesammelt und teils zu einem Mischer 12, teils zu einer Schaumniederschlagevorrichtung 86 eines Sammlers 90 und teils zu einer Faserrückgewinnung 90 gepumpt. Die Fließverteilung kann je nach Bedarf verschieden geschehen.
In einer Unterdruckdrainagezone 63, die auf die zweite Drainagezone 62 folgt, wird die Drainage durch Vakuum von Saugentwässerungsboxen 54 und einer Saugwalze 55 bewirkt. Dieses Absaugen wird vorzugsweise mit Hilfe eines üblichen Unterdrucksystems (nicht gezeigt) durchgeführt und kann durch die jeweiligen Gasabscheidepumpen bewirkt werden, um so den Fluß zu den Pumpen zu beschleunigen und die Entlüftung in den Pumpen zu erleichtern.
Überschüssiges Abwasser 91 wird aus dem Kurzkreislauf ausgeschleust und in einen Gautschenverdünnungsstrom 92 und einen Pulpenbereitungsauslaß 93 in dem Verhältnis abgeführt, wie die gebildete Matte in den Gautschenabfall 98 und die Papiermatte 99 aufgeteilt wird. Auf diese Weise bleibt die Zusammensetzung einer Gautschenabfallausschleusung 95 nahezu identisch mit der Zusammensetzung der dicken Pulpe 11, was, verglichen mit der herkömmlichen Praxis des Verdünnens und Eindickens, die Handhabung und Aufarbeitung des Gautschenabfalls 98 ganz wesentlich erleichtert.
Bei einer teilweise geschlossenen Bildung wie in Fig. 4 wird Pulpe aus der Kopfbox 50 zu einer luftfreien, geschlossenen Bildungszone 61A gebracht. In der Ausführung der Fig. 4 ist dies ein hydraulisch definierter Raum, der von den Seitenwänden der Kopfbox oder anderer geeigneter Abdichtungen seitlich und die Gewebebildung 60 der Papiermaschine bei den ersten Abzugsboxen 51A und 52A begrenzt wird. In einer Richtung parallel zum Draht wird der Raum durch ein zweites Bildetuch ähnlich zu dem Tuch 60 oder eine Wand oder die Oberlippe 56 der Kopfbox begrenzt. In dieser geschlossenen Bildezone wird ein signifikanter Anteil, 50% oder mehr, des Wassers aus der Pulpesuspension abgezogen. Der Rest des Wassers passiert mit der gebildeten Fasermatte die Lippenöffnung 57 auf eine offene Bildezone 62.
In der Ausführung, die durch Fig. 4 dargestellt wird, ist der Abwasserabzug fortgeführt auf die offenen Bildezone 62 in die Ablaufboxen 53A. Der Draht in der Bildezone ist von einem Wasserfilm abgedeckt und die Ablaufboxen 51A, 52A und 53A können geflutet gehalten werden und durch dieses Abwasser abgeschlossen, so daß keine Luft in sie eindringt. Der Abwasserfluß zu den Pumpen 21 ist so im wesentlichen luftfrei und kann direkt in den Kurzkreislauf des Faserprozesses rückgeführt werden. Es versteht sich, daß die geschlossene Bildungszone 61A länger oder kürzer sein kann und daß die Qualität des gebildeten Gewebes beeinflußt werden kann über die Länge und die Gestalt des abgeschlossenen Raumes.
Am Ende der Bildungszone 62 ist die Wassermenge so weit reduziert, daß Luft durch das sich bildende Tuch mit dem abgezogenen Abwasser hindurchtreten kann. Deshalb wird Abwasser aus den Ablaufboxen 53 mit Gasabscheidepumpen 20 luftfrei in den Kurzkreislauf gepumpt.
Die Ablaufboxen 51A ... 53A, 53 sind vorzugsweise des Typs, wie in Fig. 5A oder 5B dargestellt und speziell für einen erfindungsgemäßen Prozeß ausgelegt.
Diese Ablaufboxen 51A, 51B sind von flacher Gestalt, die es ihnen erlaubt, mit Wasser geflutet zu bleiben. Das sich bildende Tuch 60 ist bis in die Abzugsboxen unterstützt, entweder durch Flächen 64 gemäß Fig. 5A oder Stützarme 65 gemäß Fig. 5B. Aufgrund der flachen Gestalt der Ablaufboxen 51A, 51B ist die Menge des in ihnen enthaltenen Wassers klein und es wird schnell rückgeführt. Die gefluteten Boxen schaffen einen luftfreien, hydraulisch definierten Fluß, dessen Strömungsgeschwindigkeit beträchtlich hoch sein kann.
Fig. 5C stellt eine Ablaufbox 51A oder 5B von oben gesehen dar und zeigt, daß der Auslaß der Box seitlich in mehrere Kanäle unterteilt ist, die ein schnelles und einheitliches Dramen fördern. Es können 2 ... 100 Kanäle vorgesehen sein. Die Kanäle verjüngen sich stromab und bilden separate Abwasserleitungen 59, die an die Kreislaufpumpen der jeweiligen Ablaufbox angeschlossen sind. Erfindungsgemäß kann das Abwasser aus separaten Auslaßkanälen zu separaten Pumpen gefördert werden, alternativ kann das Wasser von benachbarten Ablaufboxen oder Auslaßkanälen zu Gruppen zusammengefaßt werden, die eine gemeinsame Pumpe speisen.
Fig. 5C zeigt auch in Maschinenrichtung die Balken der Ablaufbox 51A oder 51B, welche die Entwässerungselemente oder Flächen 64 oder 658 stützen, die auch die Ablaufbox verstärken, ohne sich jedoch in die Nachbarschaft des sich formenden Tuches zu erstrecken, wo sie den Fluß durch und vom Tuch stören könnten.
Wenn die Auslaßrohre 59 der Ablaufbox 51A vor der Pumpe verbunden werden, ist dafür zu sorgen, daß die Durchmesser, Krümmungen, Längen und andere Faktoren, die den Strömungswiderstand beeinflussen, gleich sind, so daß ein gleicher Fluß aus jedem querliegenden Bereich resultiert.
In dem Bereich, der der Bildungszone 62 folgt, ist ein wesentlicher Wasseranteil abgezogen worden. In diesem Bereich wird Luft durch das Gewebe in das Abwasser gesaugt und muß durch Gasabscheidepumpen abgetrennt werden, wie in der Ausführung der Fig. 3. Dadurch, daß Luftzutritt in die Boxen zugelassen und diese durch Gasabscheidepumpen wieder entfernt wird, kann die Druckverteilung einheitlich sein. Darüber hinaus kann die Strömungsgeschwindigkeit des Abwassers beim Pumpen erhöht werden.
In Fig. 6 wird dieselbe Numerierung verwendet, wie in Fig. 1 und 3. Fig. 6 zeigt das Prinzip der vorliegenden Erfindung in der Anwendung zusammen mit einer herkömmlichen Reinigungsausrüstung und demselben Prozeß wie in Fig. 1
Gemäß Fig. 6 wird das Abwasser mit Hilfe von Gasabscheidpumpen als luftfreie separate Ströme direkt aus der Bildungszone in diesen herkömmlichen Faserprozeß gebracht, ohne die Verwendung offener Behältnisse, wo der Abwasserfluß gehalten oder verzögert werden könnte. Das Abwasser wird zu einer Abwasserverteilungspumpe 80 in einer Sequenz mit abnehmendem Faseranteil gepumpt und so verteilt, daß eine ausreichende Verfügbarkeit von Verdünnungswasser für jede der Mischpumpen 111 bis 116 gewährleistet ist. Überschüssiges Abwasser 91 ist zwischen dem Gautschbecken 94 und der Pulpebereitung 10 im Verhältnis des Gautschenabfalls 98 und des Papiergewebes 99 aufgeteilt.
Auf diese Weise können die großvolumigen Abwassertanks herkömmlicher Papiermaschinen vermieden werden. Der Rückfluß der Fasern, die durch das sich bildende Tuch abgezogen werden, kann optimiert werden, so daß das an Fasern reichste Abwasser den kürzesten Rücklauf erfährt.
Dieses Verfahren kann verbessert werden durch Einschluß einer oder mehrerer integrierter Einrichtungen, wie in Fig. 3 gezeigt, d. h. Reiniger 30, Sieb 40 oder Sammler 90 im Kurzkreislauf. In gleicher Weise können diese Komponenten einer herkömmlichen Papiermaschine naßendig hinzugefügt werden mit konventionellen Abwassertanks, um deren Leistung zu verbessern. In letzterem Falle kann das Abwasser in die Verdünnung des jeweiligen Teils als separater, luftfreier Fluß erfindungsgemäß eingebracht werden mit Hilfe konventioneller Pumpen, die vom Abwassersystem gespeist werden.
Es wurden das Naßende einer herkömmlichen Papiermaschine gemäß Fig. 1, das Naßende einer bevorzugten Ausführungsform gemäß Fig. 3 und eine Ausführung mit konventioneller Ausrüstung gemäß Fig. 6 verglichen. Die Langsamkeit einer Antwort auf einen Wechsel der Verfahrenseinstellungen wird in der folgenden Tabelle gemäß nachstehender Formel berechnet, wobei die Materialmenge (N) dargestellt wird, die den Wechsel verzögert:
N = Cf · Vf · Tc
worin
Cf die Faserkonzentration im Fluß (Gramm/Liter)
Vf den Durchsatz (Liter/Minute) und
Tc die Kreislaufzeit (Minuten) bedeuten Tabelle Näherungswert der außerhalb des primären Faserprozesses umlaufenden Materialmenge
Die Figuren zeigen die Verzögerung, induziert durch Rückführungen im Faserprozeß zirkulierendes Abwasser, Faserrückgewinnungskreislauf, Gautschenabfall und die totale Verzögerung. Damit schafft die bevorzugte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung eine Verbesserung von etwa dem Sechzigfachen, verglichen mit dem herkömmlichen Verfahren, wobei sogar eine Hybridausführung nach Fig. 6 eine mehrfache Verbesserung mit sich bringt. Es sind viele Variationen möglich und die Resultate können in verschiedenen Stufen und auf verschiedene Weise erreicht werden.

Claims

1. Verfahren zum Recyclisieren von Abwasser in einer Papiermaschine wobei das Verfahren das Aufspalten von mindestens einem Teil des Abwassers, welches während eines Papierherstellungsverfahrens durch ein Formgewebe (60) abläuft, in mindestens zwei getrennte Ströme umfaßt, dadurch gekennzeichnet, daß das Abwasser durch Pumpen (20, 21) direkt, ohne irgendwelche offene Gefäße zu durchströmen, als im wesentlichen luftfreie separate Ströme zu mindestens zwei im wesentlichen getrennten Punkten (12, 30, 40; 111, 112, 113, 114, 115, 116, 80) der Stammlösungverdünnung in den Faserprozeß in den kurzen Kreislauf der Papiermaschine fließt.

2. Verfahren gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß alles oder im wesentlichen alles Abwasser, welches durch die Formzone (61) aus dem Formgewebe (60) abläuft, aufgeteilt und in den kurzen Kreislauf in einer direkten, separaten und luftfreier Weise eingeleitet wird.

3. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Abwasser in verschiedene, vorzugsweise 5 bis 10, besonders bevorzugt bis zu 15 oder mehr, separate Ströme geteilt wird.

4. Verfahren gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Abwasser, welches durch das Formgewebe (60) der Papiermaschine abläuft, in der Maschinenrichtung in 3 bis 50 und in der Querrichtung zur Maschine in 2 bis 20 separate Ströme aufgeteilt wird.

5. Verfahren gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Abwasserstrom der unmittelbar stromab der Kopfbox (50) der Papiermaschine abläuft oder ein signifikanter Teil dieses Abwassers zu einem Verdünnungspunkt (40, 41) geführt wird, der unmittelbar stromauf von der Kopfbox (50) liegt.

6. Verfahren gemäß Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Abwasser direkt als separate Ströme in der aufeinander folgenden Ordnung des Abflusses in der Maschinenrichtung so zugeführt wird, daß der als erstes ablaufende Strom in die letzte Verdünnungsstufe geleitet wird, der als zweites ablaufende Strom in die auf die letzte Verdünnungsstufe folgende geführt wird und so weiter.

7. Verfahren gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein signifikanter Teil des Abwassers aus der Bildungszone (61) der Papiermaschine als separater Strom erhalten wird, der im wesentlichen frei von Luft in geflutete Ablaufboxen (51A, 51B) in Verbindung mit dem Bildungsgewebe (60) ist.

8. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß Luft aus dem ablaufenden Abwasser mittels Gas-Separationspumpen (20, 21) entfernt wird.

9. Verfahren gemäß Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß im wesentlichen das ganze Abwasser welches durch das Formgewebe (60) abfließt, über Gas- Separationspumpen (20, 21) als mehrfache separate Ströme, frei von Luft, ohne offene Gefäße in die Verfahrensstufen des Faserprozesses geführt wird.

10. Vorrichtung zum Zirkulieren von Abwasser in einem kurzen Kreislauf einer Papiermaschine, welche mindestens zwei Vorratverdünnungsvorrichtungen (12, 30, 40; 111, 112, 113, 114, 115, 116) hat, eine Kopfbox (50) und ein schleifenförmiges Formgewebe (60), sowie Vorrichtungen (51) zum Sammeln von Abwasser an dem Formgewebe besitzt, wobei das Abwasser in den Faserprozeß zurückgeführt wird, wobei die Vorrichtung mindestens zwei getrennte Abwassersammelvorrichtungen (51, 52, 53, 54; 51A, 52A, 53A, 53) an dem Formgewebe (60) besitzt, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens zwei von den Sammelvorrichtungen in direkten Strömungskontakt mit einer eigenen Pumpe (20; 20,21) sind um Abwasser, welches darin gesammelt ist, direkt in einem im wesentlichen luftfreien Zustand, separat und ohne offene Gefäße zu passieren zu den mindestens zwei getrennten Vorratsverdünnungsvorrichtungen (12, 30, 40; 111, 112, 113, 114, 115, 116) oder ihren im wesentlichen getrennten Wasserverteilungsvorrichtungen (80) zurückführen, um eine schnelle, luftfreie und getrennte Rückführung des Abwassers aus dem Formgewebe des Faserprozesses zu veranlassen.

11. Vorrichtung gemäß Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß sich 3 bis 50 Abwassersammelvorrichtungen in Maschinenrichtung und vorzugsweise 2 bis 20 Abwassersammelvorrichtungen in Querrichtung zur Maschinenrichtung befinden, wobei einige oder alle Sammelvorrichtungen mit separaten Pumpen (20, 21) verbunden sind.

12. Vorrichtung gemäß Anspruch 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens ein Teil der Pumpen (20, 21) Gas-Separationspumpen sind.

13. Vorrichtung gemäß einem der vorstehenden Ansprüche 10 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß das in Abwassersammelvorrichtungen (51) gesammelte Abwasser, welches am nächsten stromab von der Kopfbox (50) anfällt, mit einem Verdünnungspunkt (40; 41), welcher am nächsten stromauf von der Kopfbox (50) ist, verbunden wird.

14. Vorrichtung gemäß Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß das Abwasser, welches in den weiteren Abwassersammelvorrichtungen (52) stromab von der Kopfbox (50) gesammelt wird, mit einem Verdünnungspunkt (40; 41), der am nächsten oder nahe dem nächsten (30; 31) stromauf der Kopfbox (50) liegt, verbunden ist.

15. Vorrichtung gemäß Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß der Verdünnungspunkt, der am nächsten stromauf der Kopfbox ist, ein Drucksieb (40) umfaßt, welches in einer Stufe ohne Recyclisieren von Abfall funktioniert, und wobei der Verdünnungspunkt, der am nächsten stromauf von der Kopfbox ist, einen Zentrifugal-Reiniger (30) umfaßt, welcher in einer Stufe arbeitet, ohne Abfall zu recyclisieren.

16. Vorrichtung gemäß Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens ein Teil der Abwassersamnnelvorrichtungen (51A, 52A, 53A) an einer Formzone (61) flache Ablaufboxen (51A, 51 B) sind, die durch Wasser geflutet werden.