Abstract Paper recycling is an ecological strategy for disposing of waste paper, but more importantly, recovered paper is an important source of raw material in the paper and board industry. Deinked pulp production from recovered paper has proved economically viable by comparison with virgin fibre pulp manufacturing, but this viability is now threatened by increasing waste disposal costs, as up to 25% of the raw material available for deinked pulp production can end up in the reject streams, which then have to be disposed of. The most common practice at present is incineration and disposal of the resulting ash in landfills, but tightening legislation has meant that landfills have become very expensive and are likely to be completely banned in the near future. Thus new ways have to be sought for managing the waste problem in deinked pulp production in order to ensure that the recycled paper production remain both economically and environmentally feasible. The aim of this thesis was to study means of improving the material efficiency of a deinked pulp mill without excessively detracting from end product quality or the performance of the combined sludge dewatering stage. First, an analytical procedure was developed for determining the utilisation potential of reject streams, and a considerable potential for material recovery from these streams was identified. The results presented here show that 80% of the most valuable long fibres from the fine-screening rejects and 15% of the fine material from the flotation froth reject can be recovered. Altogether, with the simultaneous recovery of both categories of reject, it would be possible to improve the material efficiency at the deinked pulp mill by a total of about 5 percentage units, which can be considered significant for process efficiency. Moreover, this would enable the fibre content of the combined sludge to be kept above a certain limit, so that the combined sludge dewatering properties would not be affected. Consequently, the results presented in this thesis provide several widely applicable means for improving the resource efficiency of a deinked pulp mill. / Tiivistelmä Paperin kierrätys uusiksi paperituotteiksi on ympäristöystävällinen tapa jätepaperin käsittelemiseksi. Uusiomassan valmistus on myös taloudellisesti kannattavaa verrattuna paperimassan valmistukseen neitseellisistä raaka-aineista. Taloudellinen kannattavuus on kuitenkin vaarassa jätemaksujen alati kasvaessa, sillä siistausmassan valmistuksessa jopa 25 % kierrätyspaperiraaka-aineesta päätyy jätejakeisiin, jotka hävitetään yleisesti polttamalla ja läjittämällä syntynyt tuhka kaatopaikalle. Lainsäädäntö on rajoittanut kaatopaikkasijoittamista ja se on nykyään hyvin kallista. Tulevaisuudessa jätteiden kaatopaikkasijoittaminen voi olla jopa täysin kiellettyä. Jäteongelman ratkaisemiseen tarvitaan siis uusia menetelmiä, jotta kierrätyspaperin valmistus säilyisi sekä taloudellisista että ympäristöllisistä näkökulmista kannattavana toimintana. Tämän väitöskirjatyön tavoitteena oli etsiä keinoja parantaa siistausmassan valmistuksen resurssitehokkuutta palauttamalla käyttökelpoisia materiaaleja jätevirroista takaisin prosessiin siten, ettei heikennetä lopputuotteen laatua eikä lietteidenkäsittelyprosessin toimintaa. Väitöstyön alussa kehitettiin analyysiproseduuri rejektivirtojen hyötykäyttöpotentiaalin arvioimiseksi ja siistamon rejektijakeissa havaittiin merkittävästi hyödynnettävää materiaalia. Tulokset osoittavat, että 80 % hienolajittelun rejekteissä poistuneista arvokkaista pitkistä kuiduista voidaan palauttaa takaisin prosessiin. Lisäksi flotaation vaahtorejektistä voidaan palauttaa 15 % hienoainetta. Palauttamalla yhtäaikaisesti sekä kuituja hienolajittelun rejekteistä että hienoainetta flotaation vaahtorejektistä, voidaan siistausmassan valmistuksen materiaalitehokkuutta parantaa yhteensä noin 5 prosenttiyksikköä, mikä on merkittävä parannus prosessitehokkuuteen. Kuitujen ja hienoaineen samanaikainen palauttaminen pitää lisäksi lietteiden käsittelyssä seoslietteen kuitupitoisuuden tarpeeksi korkeana, jotta sen vedenerotusominaisuudet säilyvät hyvinä. Tämän tutkimuksen tuloksena löydettiin siis useita laajalti sovellettavissa olevia keinoja siistausmassan valmistuksen resurssitehokkuuden parantamiseksi.

Abstract The amount of printing ink in a pulp suspension produced from recovered paper and its impact on overall brightness is commonly estimated from the reflectance-based ink content measured at a wavelength of 700 nm or 950 nm. The method uses a light scattering coefficient that can be measured from a slightly translucent test medium, i.e. of an opacity less than 97%. This is the case with machine-made papers in most instances. Alternatively, suitable opacity can be achieved by preparing a standard low-grammage sheet on a wire screen, but this results in poor retention of fibre fines, mineral fillers and printing inks, which is especially detrimental to ink measurement when the pulp suspension contains substantial amounts of printing inks. Hence opaque pads are often prepared on filter paper to achieve high retention. Unfortunately their high opacity prevents measurement of the light scattering coefficient, and thus a constant coefficient must be used for the determination of ink content. The aim of this thesis was to clarify the effects of retention and fine material changes on the light scattering coefficient in ink content measurement. The results showed that the light scattering properties of pulp in the wavelength region used for ink content analysis do not remain constant when the fine material content varies. The grade of the recovered paper, hyperwashing and flotation alter the fine material content and thus affect the light scattering. Printing ink also affects light scattering, but its practical impact is smaller than that of fibre fines and mineral fillers. The light scattering coefficient used for each ink content measurement needs to be representative, otherwise a systematic bias in ink content measurements may result from changes in the nature of the fine material and in its content. It is recommended that the light scattering coefficient should be measured in order to avoid this. The measurement should preferably be performed from a low-grammage sheet prepared on filter paper, as this ensures high retention and a measured value that represents better the initial state of the pulp suspension. / Tiivistelmä Mustepitoisuusmittaus perustuu hajaheijastukseen joko 700 nm tai 950 nm aallonpituudella ja sitä käytetään usein arvioitaessa keräyspaperista valmistetun massasuspension soveltuvuutta painopaperien valmistukseen ja painomusteen vaikutusta massan vaaleuteen. Mustepitoisuuden mittauksessa käytetään valonsirontakerrointa, joka voidaan mitata hieman läpikuultavasta näytteestä eli näytteen opasiteetin on oltava pienempi kuin 97 %. Tämä opasiteettiraja toteutuu useimmiten paperikoneella tehdyille painotuotteille. Riittävän alhainen opasiteetti saavutetaan myös valmistamalla standardin mukainen matalaneliömassainen arkki viiralle, mutta tämä johtaa kuitumaisten hienoaineiden, mineraalisten täyteaineiden ja painomusteiden alhaiseen retentioon. Matala retentio on erityisen haitallinen piirre mustemittauksen kannalta massoilla, jotka sisältävät huomattavia määriä painomusteita. Siten usein valmistetaan läpikuultamattomia arkkeja suodatinpaperin päälle, joiden retentio on korkea. Korkeasta opasiteetista johtuen näistä arkeista ei voida määrittää valonsirontakerrointa, jolloin mustepitoisuuden määritys perustuu vakiokertoimeen. Tämän väitöskirjan tavoitteena oli selvittää retention ja hienoaineiden muutoksien vaikutuksia valonsirontakertoimeen ja mustemittaustulokseen. Tutkimuksen tulokset osoittivat että valonsirontakerroin, joka mitataan mustepitoisuuden yhteydessä, ei pysy vakiona hienoainepitoisuuden muuttuessa. Hienoainepitoisuuteen ja siten valonsirontakertoimeen vaikuttavat keräyspaperin laji, hyperpesu ja vaahdotus. Myös painomuste vaikuttaa valonsirontakertoimeen, mutta käytännössä vaikutuksen suurusluokka on pienempi kuin hieno- ja täyteaineilla. Mustepitoisuuden määrityksessä käytetyn valonsirontakertoimen on oltava edustava, muutoin arvot voivat olla systemaattisesti virheellisiä hienoainemäärän tai laadun muuttuessa. Virheen välttämiseksi olisi suositeltavaa määrittää valonsirontakerroin mustepitoisuusanalyysin yhteydessä. Tämä olisi mahdollista tehdä suodatinpaperin päälle valmistetusta matalaneliömassaisesta arkista, jolloin saavutetaan korkea retentio ja näin mitattu arvo edustaa paremmin massasuspension alkuperäistä tilaa.