L'esperienza della cartiera Hallsta con le soffianti per il trattamento delle acque
Hallsta Pappersbruk si trova a Hallstavik, fuori Norrtäljein Svezia. La cartiera Hallsta sviluppa e produce carta per riviste e libri di qualità.
Insieme, abbiamo avviato il viaggio verso una struttura più efficiente con nuove tecnologie.
Holmen: massima attenzione alla sostenibilità
Il processo di produzione della carta
In Hallsta Pappersbruk, il processo inizia dal legname per cartiere proveniente da foreste gestite in modo sostenibile. Per prima cosa, la corteccia viene rimossa in una scortecciatrice a tamburo e i tronchi vengono tagliati in trucioli. La fibra di legno viene estratta e separata macinando i trucioli in grandi frantoi, raffinerie, in un cosiddetto processo termomeccanico. Le fibre vengono quindi miscelate con grandi quantità di acqua da pulire e per ottenere la giusta consistenza in modo da poter essere pompate nei grandi macchinari per la carta. I macchinari per la carta rimuovono l'acqua e garantiscono che le fibre siano assemblate correttamente. La carta finita viene arrotolata su un grande cilindro in acciaio. La carta viene tagliata alla giusta larghezza e arrotolata su rotoli più piccoli, imballata e consegnata ai clienti.
Consumo e riciclaggio di energia
La cartiera di Holmen a Hallstavik è una delle più grandi consumatrici di energia della Svezia in cui viene costantemente riesaminato e studiato il modo per ridurre il consumo energetico e riciclare di più, tra cui:
- La fabbrica non utilizza caldaie a combustibile solido e non ha emissioni fossili.
- Le raffinerie dell'impianto TMP (Thermo Mechanical Pulp) generano molto calore e vapore, l'80% del quale viene riciclato. Sono autosufficienti nel vapore che viene utilizzato, tra le altre cose, per riscaldare l'acqua necessaria nel processo di produzione e asciugare la carta nei macchinari per la carta.
- Utilizzando il termoriscaldamento per l'acqua di raffreddamento, i compressori d'aria compressa contribuiscono a circa 600-700 kW/h che vengono utilizzati per riscaldare le scuole dell'infanzia e le scuole di Hallstavik.
- Il fango con residui di fibre provenienti dal processo di trattamento delle acque reflue viene compostato e diventa terreno ricco di fibre contenente molti nutrienti e viene venduto come ammendante organico.
- La segatura e la corteccia sono vendute come biocombustibile per impianti di riscaldamento esterni dove vengono utilizzati per produrre il termoriscaldamento.
- Affinché la foresta continui a crescere, Holmen pianta almeno due alberi nuovi per ogni albero che viene tagliato.
All'interno della cartiera, l'aria compressa viene utilizzata per una varietà di processi quali il controllo, la pulizia, l'aria per strumenti e la produzione di carta attraverso una macchina nota come pantografo.
Per questi processi sin dagli anni '80 sono stati utilizzati diversi compressori a vite (ZR) di Atlas Copco di varie dimensioni. Per il trattamento biologico delle acque reflue di processo, le soffianti ( ZS e ZB) di Atlas Copco vengono utilizzate per l'ossigenazione nei bacini.
Soffianti: una parte importante del processo di trattamento delle acque
Per la produzione di carta e cellulosa vengono utilizzate grandi quantità di acqua. Presso la cartiera Hallsta, al giorno vengono puliti circa 24.500 m3 di acqua di processo. L'acqua di processo utilizzata viene trattata in diverse fasi, in tre bacini con TR biologico del tipo MBBR e fanghi attivi. È importante disporre di aria sufficiente per il processo di trattamento, per mantenere la giusta qualità e il giusto tipo di batteri per ottenere un funzionamento ottimale.
La piscina più grande ha una profondità di dieci metri e le due piscine più piccole hanno una profondità di cinque metri. In passato, per ossigenare l'acqua nelle piscine venivano utilizzate principalmente soffianti a lobi. I risultati variavano, ma in ultima analisi, le macchine a lobi non hanno dato buoni risultati. Si sono verificati diversi guasti, in particolare nel bacino più profondo, perché era presente troppa contropressione. L'aria calda è stata spinta all'indietro, la macchina si è surriscaldata e una macchina si è addirittura incendiata. Dal punto di vista tecnico operativo, è stato necessario trovare macchine per soffiatura in grado di sopportare una contropressione superiore a 1 bar(e).
Risparmio energetico potenziale del 25-30% e migliore pressione nel bacino profondo
In precedenza, per l'ossigenazione del bacino profondo venivano utilizzate solo le soffianti a lobi e quando era il momento di sostituirne una, veniva scelta una soffiante a vite (ZS) di Atlas Copco.
In cinque occasioni, la cartiera Hallsta ha condotto dei test in cui sono stati messi a confronto la tecnologia e il consumo energetico tra le macchine con soffianti a lobi e le macchine con soffianti a vite. I test hanno dimostrato un potenziale risparmio energetico del 25-30% utilizzando la soffiante a vite Atlas Copco.
Un altro vantaggio è che la soffiante a vite è in grado di spingere l'aria verso il basso fino al fondo del bacino, un problema che in precedenza era dovuto alle sole macchine a lobi. Gradualmente, tutte le soffianti a lobi sono state sostituite da soffianti a vite (ZS) nel bacino profondo.
Maggiore capacità e ossigenazione nelle piscine poco profonde
Per i due bacini meno profondi, in precedenza venivano utilizzate macchine a lobi e due macchine turbo più piccole. Queste sono state sostituite dalle turbo soffianti (ZB) di Atlas Copco con maggiore potenza e maggiore aumento del volume d'aria.
Poiché la produzione presso la cartiera Hallsta si è sviluppata e modificata nel tempo, mentre i requisiti sulle emissioni sono diventati sempre più stringenti, era necessaria una maggiore capacità della macchina per soffiaggio per poter pulire l'acqua in modo corretto.
Queste turbo soffianti sono collegate al sistema di controllo Optimizer 4.0, un sistema di controllo centrale per controllare e ottimizzare i tempi di funzionamento e il consumo energetico delle macchine.
È necessario disporre della capacità corretta e di un'elevata disponibilità delle soffianti, per poter garantire la piena produzione in fabbrica.
Gestione delle acque reflue
Bacini di sedimentazione presso la cartiera Hallsta. Foto: Holmen
Con una maggiore produzione, il carico organico sul trattamento delle acque reflue aumenta. I materiali organici, come i residui di cellulosa, vengono scomposti nell'acqua con l'aiuto di microrganismi che necessitano di ossigeno.
Durante il processo di sedimentazione, è importante avere un tipo di batteri buono e adeguato, che si ottiene con la temperatura, il valore del pH, i nutrienti e i livelli di ossigeno corretti.
Durante il trattamento delle acque reflue, viene esaminata la quantità di TOC (carbonio organico totale) presente nell'acqua. I requisiti di emissione per il TOC sono elevati, ma con un'efficienza del 90%, vista come riduzione del TOC, vengono soddisfatti presso Hallsta Pappersbruk.
Non avere la giusta capacità nel processo di trattamento delle acque ha un costo elevato
Risultati dopo 10 anni con soffianti a vite e turbo soffianti
Dopo aver sostituito tutte le macchine a lobi in un periodo di dieci anni, si noteranno costi di manutenzione ridotti, maggiore affidabilità e maggiore disponibilità.
La durata delle soffianti a vite nel bacino profondo è decisamente migliore rispetto a quella delle macchine a lobi. Il primo compressore a vite della cartiera Hallsta è stato acquistato nel 2012 ed è ancora in funzione. Ha un costo d'investimento più elevato rispetto a una macchina a lobi, ma la redditività nel tempo è migliore.
Il motivo per cui sono state scelte le soffianti a vite e le turbo soffianti di Atlas Copco è la combinazione di consumo energetico, prezzo, tecnologia e contratto di assistenza.