Syftet med denna studie är att undersöka inverkan av förbehandlingar på ljushetsstabiliteten av Northern Bleached Softwood Kraft (NBSK) som har blekts enligt (OO) (OP) D/Dn (PO) bleksekvensen. Effekten av förbehandling med xylanas (X), mild sur (A), DTPA (Q) samt ett kombinerad DTPA- & xylanassteg (Q+X) har studerats.  Resultaten indikerar att Q+X förbehandlingen var mest effektiv i minskningen av skadliga metalljoner i massan. Den Q+X förbehandlade massan hade dessutom lägst kappa och högst ljushetsvärde bland förbehandlingarna. Kemisk sammansättningsanalys av de förbehandlade massorna visar vidare att den Q+X förbehandlingen ledde till den högsta minskningen av såväl xylan som lignin. Det milda A förbehandlingen var inte effektivt för att avlägsna alla viktiga skadliga metalljoner och visade ingen effekt på reduktionen av xylan eller lignin. Den X behandlade massan visade ingen förmåga att ta bort metaller och är därför ofördelaktigt.  Q och Q+X förbehandlade massaströmmar har blekts vidare för att studera effekterna av dessa förbehandlingar på den slutliga massakvaliteten samt för att jämföra ett konventionellt klordioxidsteg (D) och en nästan neutral pH klordioxidsteg (Dn). Resultaten bekräftar att Dn-steget ledder till en reducerad grad av AOX.  Ljusheten direkt efter klordioxidsteget är vidare högre för de Dn-behandlade massorna, men processen är begränsad med avseende på ljushetsstabilitet, vilket är en viktig nackdel.  Q+X (OP) D (PO) blekningssekvensen visade den högsta ljushetsstabilitet, medan den Q+X (OP) Dn (PO) blekningssekvensen visade ingen förbättring jämfört med Q (OP) Dn (OP) blekningssekvensen. Slutsatsen är att den enzymatisk medförda kvalitetsförbättringen inte räcker för att kompensera för bristerna i ett Dn-steg. / This is a study on Northern Bleached Softwood Kraft (NBSK) and the (OO) (OP) D/Dn (PO) bleaching sequence. The effects of a xylanase (X), mild acidic (A), DTPA (Q), and a combined DTPA & xylanase (Q+X) pre-treatments have been studied. The results indicate that the Q+X pre-treatment most effectively reduced the presence of harmful metal ions in the pulp. The Q+X pre-treated pulp furthermore yielded the lowest kappa number and highest brightness values among the pre-treatments tested. Chemical analysis of this pulp also shows the highest reduction in xylans and lignin. The mild A stage was ineffective in removing all harmful metal ions and showed no effect on the reduction of xylans or lignin. The X stage cannot meanwhile remove metals and is thus disadvantageous. Subsequently, the Q+X pre-treated pulp as well as a Q-treated pulp stream were further bleached to study the effects of these pre-treatments on the final pulp quality as well as to compare these streams of pulp bleached using a conventional chlorine dioxide stage (D) and a near neutral pH chlorine dioxide (Dn) stage. The results confirmed that the Dn stage causes a reduced degree of AOX in the effluent. Furthermore, the brightness directly after the chlorine dioxide stage is higher for the Dn-treated pulps but the process is limited in brightness stability which is a significant drawback. The Q+X (OP) D (PO) bleaching sequence showed the highest brightness stability while the Q+X (OP) Dn (PO) bleaching sequence displayed no improvement over the Q (OP) Dn (OP) bleaching sequence. The conclusion can be made that the enzymatic boost in bleaching is not enough to compensate for the shortcomings of a Dn stage.

Munksunds pappersbruk är ett integrerat massa- och pappersbruk som består av två fiberlinjer, en barr- och en lövlinje där båda kokarna är kontinuerliga med efterföljande tvättsteg. En kartering av COD (eng. Chemical Oxygen Demand) och natrium utfördes för båda linjerna för att utvärdera tvätteffektiviteten. COD anger hur mycket syre som krävs för att bryta ned det kvarvarande organiska materialet och natrium används som en indikator på tvättförlusten av kokkemikalierna. Karteringen utfördes genom att analysera in- och utgående flöden vid varje tvättsteg, exklusive kokarna. En förenklad metod användes, där tre flöden analyserades och den fjärde beräknades genom flödes- och massbalanser. Modellen som användes för att beskriva tvätteffektiviteten för respektive utrustning var tvättutbytet Y, som erhölls genom en massbalans. Studien visade att halten COD och Natrium minskar mest från början för respektive linje och når ett gränsvärde runt 8,2 kg COD/adt och 6,6 kg Na/adt för barrlinjen, respektive 8,5 kg COD/adt och 4,8 kg Na/adt för lövlinjen, där ytterligare substans inte kan tvättas bort. Båda linjerna tvättar likvärt med avseende på COD, men lövlinjen tvättar bättre med avseende på natrium. I det sista tvättsteget hade båda fiberlinjerna eliminerat 98% av den inkommande COD-mängden med massan från kokarna. Vidare hade barrlinjen eliminerat 86% och lövlinjen 93% med avseende på natrium i det sista tvättsteget. Utvärderingen av de olika tvättutrustningarna visade att DD-filtret i lövlinjen var effektivast både med avseende på COD och natrium, följt av PO-pressen. På barrlinjen var filter 1 mest effektivt med avseende på COD och natrium. / A mapping of COD (Chemical oxygen demand) and sodium will be done to evaluate the different washing steps. COD describe the amount of oxygen needed to dissolve the organic matter left in the pulp and sodium is used as an indicator of the washing loss of the cooking chemicals. The in- and outgoing streams of the washing steps was analyzed to examine the efficiency. A simplified method was applied where three streams were analyzed and the fourth was calculated through flow-and mass balances. The model used to describe the wash efficiency in this study was the wash yield, which can be obtained by mass balances. The study showed that the content of COD and sodium decreased most in the beginning and reaches a limit value of 8,2 kg COD/adt and 6,6 kg Na/adt in the softwood pulp line and 8,5 kg COD/adt and 4,8 kg Na/adt in the soft wood pulp line, where no more content could be removed. Both pulp lines washed efficient with aspect of COD, but the hardwood pulp line washed more efficient in the aspect of natrium compared to the softwood pulp line. In the last washing step, both pulp lines had removed 98% of the ingoing COD from the digester. With aspect to natrium the softwood pulp line had removed 86% and the hardwood pulp line 93% in the last washing step. The evaluation of the different washing equipment showed that the DD-filter in the hardwood pulp line was the most efficient with aspect of both COD and Sodium, followed by the PO-press. In the softwood pulp line, filter 2 was the most efficient regarding both COD and Sodium. The flow- and mass balances turned out to be complicated at some of the washing steps, especially around the Q1-press in the hardwood pulp line and press 1-3 and filter 2 in the softwood pulp line. The reason for this could be that different functional chemicals are added before the Q1-press, which was not considered in this study, additional causes could be unidentified flows that affect the balances. The study was limited to only analyze three streams and calculate the fourth, an analyze of all the streams would give a more accurate result. However, the study provides a good overview of the wash efficiency in the pulp mill.

Paper is used in a wide range of applications, each of which has specific requirements on mechanical and surface properties. The role of paper strength on paper performance is still not well understood. This work addresses the mechanical properties of paper by utilizing fiber network simulation and consists of two parts.In the first part, we use a three-dimensional model of a network of fibers to describe the fracture process of paper accounting for nonlinearities at the fiber level (material model and geometry) and bond failures. A stress-strain curve of paper in tensile loading is described with the help of the network of dry fibers; the parameters that dominate the shape of this curve are discussed. The evolution of network damage is simulated, the results of which are compared with digital speckle photography experiments on laboratory sheets. It is concluded that the original strain inhomogeneities due to the structure are transferred to the local bond failure dynamics. The effects of different conventional and unconventional bond parameters are analyzed. It has been shown that the number of bonds in paper is important and that the changes in bond strength influence paper mechanical properties significantly.In the second part, we proposed a constitutive model for a fiber suitable for cyclic loading applications. We based the development of the available literature data and on the detailed finite-element model of pulp fibers. The model provided insights into the effects of various parameters on the mechanical response of the pulp fibers. The study showed that the change in the microfibril orientation upon axial straining is mainly a geometrical effect and is independent of material properties of the fiber as long as the deformations are elastic. Plastic strains accelerate the change in microfibril orientation. The results also showed that the elastic modulus of the fiber has a non-linear dependency on a microfibril angle,with elastic modulus being more sensitive to the change of microfibril angle around small initial values of microfibril angles. These effects were incorporated into a non-linear isotropic hardening plasticity model for beams and tested in a fiber network in cycling loading application model, using the model we estimated the level of strains that fiber segments accumulate at the failure point in a fiber network.The main goal of this work is to create a tool that would act as a bridge between microscopic characterization of fiber and fiber bonds and the mechanical properties that are important in the papermaking industry. The results of this work provide a fundamental insight on mechanics of paper constituents in tensile as well as cyclic loading. This would eventually lead to a rational choice of raw materials in paper manufacturing and thus utilizing the environment in a balanced way. / <p>QC 20130605</p>

Fluffmassa är ett förnybart material bestående av cellulosafiber som utvinns under massakokning. Dessa fiber används för att tillverka olika absorberande produkter som till exempel servetter. Fluffmassa används även för att tillverka absorptionskärnor i damhygienprodukter, inkontinensprodukter och blöjor. Vissa av dessa absorptionskärnor (speciellt i ultratunna bindor) tillverkas med airlaid. Airlaid är en tillverkingsteknik som ger fiberstrukturer med slumpmässig orientering genom att applicera ett undertryck.  Syftet med detta examensarbete var att utveckla metoder för att tillverka servetter och absorptionskärnor till damhygienprodukter i laboratoriemiljö genom att använda en airlaid maskin i laboratorieskala. Detta utfördes genom att analysera viktiga egenskaper som exempelvis ytvikt, tjocklek, densitet, böjlängd och förmågan att absorbera vätska i kommersiella servetter och absorptionskärnor inom damhygien. Även dragprov och SEM-analys utfördes. Resultatet från dessa analyser användes som ett riktvärde under metodutvecklingen.  Två metoder utvecklades - en för att tillverka en servettstruktur och en för att tillverka en absorptionskärna för damhygien. De olika tillverkningsstegen inkluderar defibrering, formering, pressning, prägling, latexsprayning samt härdning. Båda strukturerna tillverkades, och dess egenskaper analyserades och jämfördes med de kommersiella produkterna. Analyserna visade att de utvecklade metoderna genererade struktuer vars ytvikt stämde väl överrens med de kommersialla produkterna. Strukturerna var dock tjockare och hade en lägre densitet än de kommmersiella produkterna. Den minskade densiteten påverkade förmodligen resultatet från de andra analyserna som utfördes i detta projekt. Servettstrukturen hade en lägre böjlängd än de kommersiella servetterna och damhygienstrukturen hade bättre absorption än de kommersiella produkterna.  Båda strukturerna hade en ytfinish som överensstämmde väl med de kommersiella produkterna. Dock visade SEM-analysen att latex saknades i mitten av de båda tillverkade strukturerna. / Fluff pulp is a renewable material consisting of pure cellulose fibers which are obtained during pulping. These fibers are commonly used to form Airlaid-nonwoven products such as napkins and wipes. Fluff pulp is also used in absorbent cores in femcare products, incontinence products and diapers. Some of these absorbent core structures (especially in ultrathin pads) are produced through airlaid. Airlaid is a manufacturing technique which forms a randomly oriented fiber structure by using an applied suction.  This degree project aimed at developing methods for producing napkins and femcare absorbent cores on a laboratory scale by using an airlaid former. Important properties such as grammage, thickness, density, bending length and absorption capacity were therefore measured on commercial napkins and femcare absorbent cores. Other analyses which were performed include tensile testing and SEM. Findings from these analyses were then used as a target reference during the method development.  Two methods were developed; one for producing a napkin structure and one for producing a femcare absorbent core structure. The different manufacturing steps included fiber defiberization, sample formation, pressing, embossing, latex spraying and curing. Napkin structures and femcare absorbent core structures were produced by using the developed methods, and their properties were analyzed and compared with the commercial products.  Analysis showed that the developed methods generated structures with grammages that corresponded well with the grammages in the commercial products. However, both developed structures were thicker and had lower density than the commercial products. This decreased density probably influenced the results in other analyses performed in this project. The developed napkin structure had a shorter bending length compared to the commercial napkins and the developed femcare structure had a better absorption capacity compared to the commercial femcare absorbent cores. Both developed structures obtained nice surface finish which corresponded well with the surface finish in the commercial products. However, SEM analysis indicated that no latex managed to reach the center in the developed structures.

Delignifiering under sulfat koket innefattar både kemisk nedbrytning och fysisk upplösning av lignin, för vilket närvaron av oorganiska salter, oorganiska anjoner samt oorganiska katjoner (sammantaget benämnda som "Non-process elements", NPEs på engelska) kan ha inverkan på delignifieringens hastighet. Tidigare studier har funnit att ved med högt kalciuminnehåll är svårdelignifierad och att kalcium har potentiell inverkan på ligninlöslighet och kappatal. Att avlägsna kalcium från ved är svårt, men vissa studier har visat att detta kan motverka ovannämnda2(4)inverkan och öka delignifieringen. Denna studie har studerat effekten av kalcium under delignifieringen på fyra prover av Eucalyptus dunnii tagna från olika marktyper, åldrar, kalciumhalt samt geografisk plats (i Uruguay). Målet har varit att undersöka kalciumets inverkan under delignifieringen och dess effekt på massautbytet. Fyra satser av vardera vedmat erial kokades i stålautoklaver med följande parametrar: 18 % effektiv alkali, 35 % sulfiditet, 1 h impregnering vid 110 °C, 2,75 h, 3 h, 3,25 h respektive 3,5 h koktider (för vardera sats) vid 145 °C. Provet med den högsta kalciumhalten om 4668 mg/kg kunde dock inte delignifieras, vare sig vid dessa kokparametrar eller vid en temperaturökning till 155 °C och en resulterande H-faktor på 735 enheter – motsvarande 7 h koktid vid 145 °C – och analyserades inte vidare i studien. Resultaten visar på en negativ effekt från kalcium avseende både delignifieringshastighet och utbyte: Eucalyptus med en lägre kalciumhalt på 705 mg/kg gav massa med kappatal 13 efter kokning, medan eucalyptus med 1500 mg/kg kalcium efter samma kokning gav massa med kappatal 17. Motsvarande utbyte för dessa massor var 48 % för provet med lägre kalciumhalt och 46 % för provet med högre kalciumhalt. Kvantifiering av modifierat kappa och uronsyror bekräftade att ovannämnda effekter inte berodde på inverkan från hexennuronsyra i massan. / Delignification during sulphate cooking involves both chemical degradation and physical solubilization of lignin where the presence of non-process elements (NPEs), inorganic salts, anions or cations in the process could affect the rate of delignification. Previous studies also indicate that wood with higher calcium content is challenging to delignify which would affect the lignin solubility and increase kappa number. Besides, the removal of calcium from Eucalyptus is difficult. However, some study suggests that removal of calcium before the process increases the rate of delignification. This work studies the effect of calcium in four Eucalyptus dunnii samples of different soil type, age, different calcium content and Uruguayan geographical areas during the delignification process. The aim is to study the influence of calcium during the delignification in kraft cooking and its effects on pulp yield in Eucalyptus dunnii. Four batches of each material were cooked in a steel autoclaves with the following parameters: 18% effective alkali, 35% sulphidity, 1 h impregnation at 110 ° C, 2.75 h, 3 h, 3.25 h and 3.5 h cooking times, respectively (for each batch) at 145 ° C. Besides, sample with Ca-4668 mg/kg were not able to defibrate at common cooking conditions and even after altering the cooking conditions to higher temperature 155℃, H-Factor to be 735 (cooking time of 7 hours) and were not analyzed further in the study. Results suggest that there is a detrimental influence of calcium on delignification during the kraft cooking process, and it also affects the pulp yield in Eucalyptus dunnii. Eucalyptus with a lower calcium content of 705 mg / kg gave pulp with kappa number 13 after cooking, while eucalyptus at 1500 mg / kg calcium after the same cooking time gave pulp with kappa number 17. Corresponding yield for these pulps were 48% for the lower calcium sample and 46% for the higher sample calcium content. A slower rate of delignification with higher kappa number and lower overall pulp yield are the results of higher calcium content in Eucalyptus dunnii. Quantification of modified kappa and uronic acids confirm that the effect of calcium on kappa is due to residual lignin and not by the presence of hexenuronic acids.

Användningen av pappersförpackningar ökar drastiskt världen över, vilket gör förmågan att återvinna dessa material mycket viktig. I detta examensarbete testades återvinningen av en ny biobaserad förpackningslösning, där papper är en del av barriären och barriärerna appliceras på utsidan av förpackningen. För att bedöma återvinningsbarheten testades materialen med olika barriärer: baspapper 1, baspapper 1 med vattenbarriär, baspapper 1 med syrebarriär, baspapper 1 med både vatten- och syrebarriärer samt ett tätskikt, samt baspapper 2 med samma barriärer, men inklusive ett extra material bestående av baspapper 2 med vatten- och syrebarriärer utan förseglings skikt. Alla material slogs upp enligt första steget i CEPI-metoden d.v.s. med 30 000 varv (NoR) och 40 °C, justeringar av dessa parametrar gjordes vid den utökade studien. Efter uppslagning silades materialen och utbytet beräknades. Det observerades att baspapper 1 med eller utan barriärer inte uppnådde det 80% utbyte som krävs enligt CEPI -metoden. Trots justeringar av parametrarna nådde utbytet aldrig 80%, så fokus skiftade till prov med baspapper 2, vilka konsekvent gav ett utbyte över 80%. Baspapper 2 ensam uppnådde ett utbyte på 85%, medan baspapper 2 med barriärer nådde cirka 100%.  Den kompletta CEPI-metoden, med alla dess komponenter, dvs även vidhäftningstest och test för visuella orenheter tillämpades på två material: baspapper 2 med vatten- och syrebarriärer, samt baspapper 2 med vatten- och syrebarriärer och försegligsskikt. Vidhäftningstestet och bedömningen av visuella föroreningar var godkänt för båda materialen d.v.s. ingen betydande vidhäftning eller visuella föroreningar i form av polymer- eller fiberklumpar noterades.  Fibertester visade skillnader mellan baspapper 2 ensam och baspapper 2 med barriärer. Fibrerna i baspapper 2 var längre, bredare och rakare än i materialen med barriär.  Den kompletta CEPI-metoden, med alla dess komponenter, tillämpades på två material: baspapper 2 med vatten- och syrebarriärer, samt baspapper 2 med vatten- och syrebarriärer och tätskikt. Vid häftningstester och bedömningar av visuella föroreningar visade godkänd vidhäftning för båda materialen och inga betydande visuella föroreningar i form av polymer- eller fiberklumpar. Dragtester genomfördes på baspapper 2 med vatten- och syrebarriärer, både före och efter uppslagning, och jämförde färdiga ark och labb-tillverkade ark. Resultaten jämfördes för tre färdiga ark: baspapper 2 med vatten- och syrebarriärer, baspapper 2 ensam och baspapper 2 med syrebarriären. Färdiga ark av baspapper 2 med vatten- och syrebarriärer jämfördes också med labb-tillverkade ark av samma material. Resultaten visade att när det gäller dragstyrka och styvhet hade baspapper 2 med syrebarriären högst värde, baspapper 2 utan barriär hade högst brottöjningsvärde och baspapper 2 med vatten- och syrebarriärer hade högst TEA. När färdiga ark jämfördes med labb-tillverkade ark hade de färdiga arken högre värden för dragstyrka och styvhet, medan de labb-tillverkade arken hade högre brottöjningsvärde och TEA. Detta visar som förväntat att tillverkningsprocessen har stor betydelse för de mekaniska egenskaperna hos ett pappersark. Att fibrerna i det ena fallet även är återvunna spelar också in. I detta test var det inte möjligt att separera effekten från de två bidragande faktorerna.  Luftpermeabilitetstester genomfördes också på de färdiga och labb-tillverkade arken av baspapper 2 med vatten- och syrebarriärer för att mäta porositeten hos materialen. De färdiga arken var så täta att de låg utanför instrumentets mätningsområde, vilket indikerade att de var mer ogenomträngliga än de labb-tillverkade arken. / recycle these materials crucial. In this thesis, the recyclability of a new bio-based packaging solution is tested, where paper is part of the barrier, and the barriers are applied on the outside of the packaging. To assess recyclability, two different base papers in combination with oxygen and/or water barriers were tested: base paper 1, base paper 1 with a water barrier, base paper 1 with an oxygen barrier, base paper 1 with both water and oxygen barriers plus a sealing layer, and base paper 2 with the same combinations as base paper 1, but also with water and oxygen barriers without a sealing layer. All materials were subjected to the first step in the CEPI-method i.e. pulped using 30,000 revolutions (NoR) at 40 °C, with adjustments to these parameters in some extended studies. After pulping, the materials were screened, and the yield was calculated. It was observed that base paper 1 with or without the barriers did not achieve the 80% yield required for acceptable recyclability. Despite adjusting the NoR and/or temperature, the yield never reached 80%, so the focus shifted to base paper 2, which consistently yielded above 80%. Base paper 2 alone achieved an 85% yield, while base paper 2 with other barriers reached approximately 100%. The complete CEPI method, with all its components, sheet forming, adhesion test and visual impurity assessments, was applied to two materials: base paper 2 with water and oxygen barriers, and base paper 2 with water and oxygen barriers plus a sealing layer. Adhesion tests and visual impurity assessments showed low to no adhesion for both materials and no significant visual impurities in the form of polymer or fiber clumps.  Fiber tests revealed differences between base paper 2 alone and base paper 2 with barrier coating. The fibers from base paper 2 alone were longer, wider, and straighter than those from the coated paper.  Tensile tests were conducted on base paper 2 with water and oxygen barriers, both before and after pulping, comparing finished sheets and lab-manufactured sheets. The results were compared for three finished sheets: base paper 2 with water and oxygen barriers, base paper 2 alone, and base paper 2 with the oxygen barrier. Finished sheets of base paper 2 with water and oxygen barriers were also compared to lab-manufactured sheets of the same material. Results showed that base paper 2 with the oxygen barrier had the highest tensile strength and stiffness, base paper 2 alone had the highest breaking elongation, and base paper 2 with water and oxygen barriers had the highest TEA. When comparing finished sheets to lab-manufactured sheets, the finished sheets had higher tensile strength and stiffness, while the lab-manufactured sheets had higher breaking elongation and TEA. This shows, as expected, that the manufacturing process together with the use of virgin or recycled fibers has a great effect on the mechanical properties of a paper sheet. From the presented data it was not possible to separate the impact from those two different factors.  Air permeability tests were also conducted on the finished and lab-manufactured sheets of base paper 2 with water and oxygen barriers to measure the porosity of the different samples. The finished sheets were so dense that they were beyond the instrument's measurement range, indicating that they were more impermeable than the lab-manufactured sheets.

En nedgång har setts i Sverige och Europa när det gäller luftföroreningar de senast årtiondena. Nedgången beror bland annat på minskade emissioner från industrier, övergång från uppvärmning med olje- och kolpannor till fjärrvärme och förbättrad bränslekvalitet. Denna studie utvärderar lufthalts- och nedfallsmätningar gjorda i närheten av pappers- och massaindustrin Korsnäs i Gävle. Mätserierna startar vid sent 1970-tal och går fram till årsskiftet 2009/2010. Nedfall av stoft, sulfat, natrium, kalcium och lufthalter av svaveldioxid samt sot studerades. Jämförelser gjordes med Korsnäs miljöförbättrande åtgärder och emissioner under tidsperioden och med andra mätningar gjorda i Sverige och Gävleborgs län. Studien visade en nedgång av svaveldioxidhalterna i luften. Detta stämmer bra med en kraftig reduktion av svavelemissionerna från fabriksområdet under tidigt 1990-tal då installationer av reningsanläggningar skedde på de största emissionskällorna av svaveldioxid. En minskning av svavelhalten i eldningsoljan från Karskär Energi AB, ett energikombinat ägt av Korsnäs på samma fabriksområde, bidrog under samma tidperiod även till emissionsminskningen. Sothalten visade ingen nedåtgående trend under perioden men var säsongsberoende med i genomsnitt högre halter på vinterhalvåret. Troligtvis berodde detta på förbränningsanläggningar i närområdet, så som enskild förbränning och Karskär Energi AB. Fördelning av de högsta lufthalterna visade inte högre halter av svaveldioxid och sot när medelvindriktningen var ostlig och därmed blåste från fabriksområdet mot mätstationen utan när vindriktningen var sydvästlig och blåste från inlandet. Det totala stoft- och kalciumnedfallet visade ingen nedgång men hade i genomsnitt högre uppmätta halter på sommarhalvåret. Sulfatnedfallet visade högre halter under sent 1980-tal för att därefter minska och natriumnedfallet minskade något under perioden. Inga tydliga kopplingar kunde ses mellan lufthalter respektive nedfall och emissionerna från fabriksområdet när dataserierna sorterades efter vindriktning, vindhastighet och efter sommar- respektive vinterhalvår. Nedfall och lufthalter var inte högre, förutom för svaveldioxid, när jämförelser gjordes med andra mätningar i Sverige och Gävleborgs län och samtliga mätningar låg under periodens gällande nationella gränsvärden. / A decline has been seen in Sweden and Europe when it comes to air pollution the last decades. The decline is partly due to reduced emissions from industries, switching from heating using oil and coal boilers to district heating and better fuel quality. This study evaluates deposition and air concentration measurements made in the vicinity of the pulp and paper industry Korsnäs in Gävle. The measurement series starts at the late 1970s and goes up to year-end 2009/2010. Deposition of dust, sulphate, sodium, calcium and air concentrations of sulphur dioxide and soot were studied. Comparisons were made with Korsnäs environmental measures and emissions during the same time period and with other measurements made in Sweden and Gävleborgs County. The study showed a decrease in sulphur dioxide concentrations in the air. This fits well with a major reduction of sulphur emissions from the factory area in the early 1990s when installations of treatment plants were made at the largest emission sources of sulphur dioxide. Reducing the sulphur content of fuel oil from Karskär Energi AB, an energy combine owned by Korsnäs in the same factory area, contributed to the decrease during the same time period. Air concentrations of soot showed no downward trend over the years, but were seasonal, with higher average soot concentrations in the winter. This was most likely caused by the burning of fuel oil from both the private sector and Karskär Energi AB. The largest air concentrations did not show higher levels of sulphur dioxide and soot when the mean wind direction was easterly and thus blew from factory area toward the monitoring station but when the wind direction was southwesterly and blew from inland. The total dust and calcium deposition showed no decline but had higher average measured levels in the summer. Sulphate deposition showed high levels during the late 1980s but has thereafter decreased. The sodium deposition decreased a little during the time period. No clear connection was found between deposition/air concentrations and emissions from the factory area when the data series were sorted by wind direction, wind speed and after the summer and winter months. Depositions and air concentrations were not higher except for sulphur dioxide when the comparison was made with other measurements in Sweden and Gävleborg County. All measurements were below the then current national limits.

The biological sludge formed in the pulp and paper wastewater treatment constitutes a costlyproblem to dispose off due to poor dewaterability. It is often incinerated or used as soilconditioner improvement. By using anaerobic digestion of the biological sludge, thedewaterability can be increased. Thanks to the formation of biogas, the sludge volume isdecreased and energy can be recovered as methane. By pre-treating the sludge, the biogasproduction can be increased, making the anaerobic digestion more economically feasible. Eleven samples of biological sludges from six Swedish pulp and paper mills, chosen torepresent different types and sizes of mills available in Sweden, were pre-treated with alkali(NaOH, pH12), heat (80˚C, 1 hr) and electroporation (2000 pulses, 10 kV/cm). Initialmethane production rate and methane potential of all sludges and pre-treatments weredetermined using batch experiment. A combination of two sludges (from the same mill) pretreatedwith alkali and heat was further investigated in a semi-continuous digester experiment. The batch experiments showed that alkali pre-treatment had the greatest positive effect onmethane production. Heat treatment performed second best, whereas electroporation had no orlittle effect. Overall, pre-treatments increased the initial methane production rate, but withinsignificant effects on the methane potential. Heat pre-treatment showed no difference inbiogas production compared to the control in the semi-continuous digester experiment. Alkalitreatment was shown to inhibit biogas production and cause high accumulation of acetate. Itcould not be concluded whether it was an effect from hydroxide or sodium ion addition.Further analysis of the NaOH impact on floc structure, toxicity and bioavailability issuggested to determine the suitability of alkali-treated sludge for anaerobic digestion. / Bioslam, som bildas vid vattenreningen på pappers- och massabruk, utgör en kostnad attomhänderta på grund av avvattningssvårigheter. Kvittblivning sker oftast genom förbränningeller användning som jordförbättringsmedel. Genom rötning kan slammet bli merlättavvattnat och tack vare att det bildas biogas minskar slamvolymen samtidigt som energikan utvinnas från metanet. Produktionen av biogas kan ökas genom att förbehandla slammetinnan rötning, vilket skulle innebära ekonomiska fördelar. Denna studie har undersökt effekten av förbehandling för elva bioslam från sex svenskapappers- och massabruk, valda att representera olika typer och storlekar på svenska bruk.Behandlingen gjordes med alkali (NaOH, pH12), värme (80˚C, 1 h) och elektroporering(2000 pulser, 10 kV/cm). Effekten av förbehandling på initial metanproduktionshastighet ochmetanpotential undersöktes med hjälp av satsvis utrötning (batch) av alla slam. Enkombination av två slam från samma burk utvärderades i ett semi-kontinuerligt rötningsförsökefter förbehandling med värme och alkali. Resultatet från utrötningsförsöket visade att den alkaliska förbehandlingen hade störst positivinverkan på metanproduktionen. Värmebehandlingen presterade näst bäst, medanelektroporeringen visade sig ha liten eller ingen effekt. Generellt sett ökade den initialametanproduktionshastigheten till följd av förbehandling, medan metanpotentialen förblevoförändrad. Värmebehandling gav ingen effekt på biogasproduktionen i det semikontinuerligarötningsförsöket jämfört med kontroll, medan alkalisk förbehandling inhiberadebiogasproduktionen och orsakade höga koncentrationer av ackumulerat acetat. Det kunde inteavgöras huruvida det var natrium- eller hydroxidjoner, som orsakade inhiberingen. För attkunna utvärdera möjligheten att röta slam, som förbehandlats med NaOH, rekommenderasvidare analys av dess påverkan på flockstruktur, toxicitet och biotillgänglighet.

The Swedish pulp and paper industry is the third largest exporter of pulp and paper products worldwide. It is a highly energy-demanding and water-utilising industry, which generates large volumes of wastewater rich in organic material. These organic materials are to different extents suitable for anaerobic digestion (AD) and production of energy-rich biomethane. The implementation of an AD process within the wastewater treatment plant of a mill would increase the treatment capacity and decrease the overall energy consumption due to less aeration and lower sludge production and in addition produce biomethane. Despite the many benefits of AD it is only applied at two mills in Sweden today. The reason for the low implementation over the years may be due to problems encountered linked to the complexity and varying composition of the wastewaters. Due to changes in market demands many mills have broadened their product portfolios and turned towards more refined products. This has increased both the complexity and the variations of the wastewaters´ composition even further, as the above changes can imply an increased pulp bleaching and utilisation of more diverse raw materials within the mills. The main aim of this thesis was therefore to generate knowledge needed for an expansion of the biomethane production within the pulp and paper industry. As a first step to achieve this an evaluation of the biomethane potential and the suitability for AD of wastewaters within a range of Swedish pulp and paper mills was performed. Thus, around 70 wastewater streams from 11 different processes at eight mills were screened for their biomethane potential. In a second step, the impact of shifts in wood raw material and bleaching on the AD process and the biomethane production was investigated and further evaluated in upflow anaerobic sludge bed (UASB) reactors. The screening showed that the biomethane potential within the Swedish pulp and paper industry could be estimated to 700 GWh, which corresponds to 40% of the Swedish biomethane production during 2014. However, depending on the conditions at each specific mill the strategy for the establishment of AD needs to differ. For mills producing kraft pulp the potential is mainly found in wastewaters rich in fibres, alkaline kraft bleaching wastewaters and methanol-rich condensates. The biomethane potential within thermo-mechanical pulp- (TMP) and chemical thermo-mechanical pulp (CTMP) mills is mainly present in the total effluents after pre-sedimentation and in the bleaching effluents as these holds high concentrations of dissolved organic material. The screening further showed that the raw material used for pulp production is an important factor for the biomethane potential of a specific wastewater stream, i.e. hardwood (HW) wastewaters have higher potentials than those from softwood (SW) pulp production. This was confirmed in the lab-scale UASB reactor experiments, in which an alkaline kraft bleaching wastewater and a composite pulping and bleaching CTMP wastewater were used as substrates. AD processes were developed and maintained stable throughout shifts in wastewater composition related to changes in the wood raw materials between SW and HW for the kraft wastewater and spruce, aspen and birch for the CTMP wastewater. The lower biomethane production from SW- compared to HW wastewaters was due to a lower degradability together with a higher ratio of sulphuric compounds per TOC for the SW case. The impact of shifts between bleached and unbleached CTMP production could not be fully  evaluated in the continuous process mainly due to technical problems. However, due to the large increase in dissolved organic material when bleaching is applied, the potential biomethane production will increase during the production of bleached pulp compared to unbleached pulp. Based on the biomethane potentials obtained for one of the included CTMP mills, their yearly production of biomethane was estimated to 5-27 GWh with the lowest and the highest value corresponding to the production of unbleached spruce pulp vs. bleached birch pulp. Thus, the results of the investigations presented in this thesis show that the UASBreactor is suitable for AD of wastewaters within the pulp and paper industry. The results also show that challenges related to variations in the organic material composition of the wastewaters due to variations in wood raw materials could be managed. The outcome of the thesis work also imply that the production of more refined products, which may include the introduction of an increased number of raw materials and extended bleaching protocols, could increase the potential biomethane production, especially if the pulp production will make use of more HW. / Den svenska pappers- och massaindustrin är den tredje största exportören av massa och pappersprodukter och en viktig industriell aktör i Sverige. Det är en industri med hög energi- och vattenanvändning, som genererar stora mängder avloppsvatten rika på organiskt material. Detta organiska material kan via anaerob nedbrytning användas för att producera energirik biometan. Användandet av anaerob behandling, som ett steg i brukens vattenrening, genererar inte bara biometan utan kan också öka reningskapaciteten och minska energiförbrukning och kostnader tack vare minskat behov av luftning och minskad slamproduktion. Trots de många fördelarna med anaerob behandling är den idag bara tillämpad på två bruk i Sverige. En av orsakerna till detta kan vara processproblem som relaterats till avloppsvattnens komplexitet samt varierande sammansättning och flöden. Många pappers- och massabruk har utökat sina produktportföljer med bl a mer förfinade produkter, som en följd av en förändrad marknad. Dessa förändringar har ökat avloppsvattnens komplexitet och variation än mer, då ovan exempelvis kan medföra en ökad produktion av blekt massa samt att fler typer av träråvaror används vid ett och samma bruk. Huvudsyftet med föreliggande avhandling är att bidra med kunskap för en ökad produktion av biometan inom pappers- och massaindustrin. Som ett första steg genomfördes en övergripande utvärdering av ca 70 avloppsvattenströmmar från totalt 11 olika processer vid åtta svenska pappers- och massabruk med fokus på biometanpotential samt lämplighet för anaerob behandling. I ett andra steg utvärderades hur skiften i träråvara samt blekning påverkar biometanproduktionen samt processtabiliteten för en kontinuerlig anaerob nedbrytningsprocess i en UASBreaktor. Den initiala utvärderingen visade att den svenska pappers- och massaindustrin skulle kunna bidra med 700 GWh biometan per år, vilket motsvarar 40% av biometanproduktionen i Sverige under 2014. Beroende på utformningen av det enskilda bruket kommer strategier för implementering av anaeroba processer att se olika ut. För bruk som producerar sulfatmassa återfanns huvuddelen av biometanpotentialen i fiberrika avloppsvattenstömmar, alkaliska blekeriavlopp samt metanolrika kondensat. För bruk som producerar termomekanisk- (TMP) eller kemitermomekanisk (CTMP) massa föreligger biometanpotentialen framförallt i avloppsvatten rika på löst organiskt material såsom totalavlopp efter sedimentering och blekeriavlopp. Den initiala utvärderingen visade också att användandet av lövved ger en högre biometanpotential jämfört med barrved. Dessa resultat kunde bekräftas vid kontinuerliga experiment med anaerob nedbrytning i UASB-reaktorer, där ett alkaliskt blekeriavlopp från ett sulfatmassabruk och ett kombinerat massaproduktions- och blekeriavlopp från ett CTMP-bruk användes som substrat. Stabila anaeroba processer etablerades och bibehölls vid förändrad avloppsvattensammansättning på grund av skiften i träråvara (löv- och barrved för sulfatmassabruket samt gran, asp och björk för CTMP bruket). Den lägre produktionen av biometan för barrved jämfört med lövved kunde förklaras med en lägre nedbrytbarhet samt ett ökat svavelinnehåll i relation till mängden organiskt material. Skiften mellan avloppsvatten från blekt- och oblekt CTMP massa kunde inte utvärderas fullständigt i den kontinuerliga processen på grund av tekniska problem. Produktionen av blekt massa ökar dock mängden organiskt material i  avloppsvattnet, vilket medför att mer biometan kan produceras jämfört med då oblekt massa produceras. Baserat på biometanpotentialerna för ett av i studien ingående CTMP bruk uppskattas den årliga produktionen av biometan till 5-27 GWh, där den lägsta produktionen motsvarar oblekt granmassa och den högsta produktionen motsvarar blekt björkmassa. Sammanfattningsvis visar studien att UASB-reaktorer är lämpliga för anaerob behandling av avloppsvatten inom pappers- och massaindustrin. Vidare visar resultaten från de kontinuerliga försöken att de utmaningar som medförs av den varierande sammansättningen av avloppsvattnens organiska material knutet till träråvaran kan hanteras. Slutligen, breddade produktportföljer samt produktionen av mer förfinade produkter, vilket kan innebära en ökad massablekning och ett ökat användande av olika träråvaror, kan öka brukens potentiella biometanproduktion, särskilt om mer lövved används för massaproduktion.

Thermal insulation materials made from natural fibrous materials, such as cellulose fibers, have advantages over others from a sustainability point of view. However, cellulosic materials are generally prone to mold and absorb moisture, and these have negative effects on the insulation properties, the durability of insulation materials, and interior air quality. In this thesis, cellulose-fiber-based insulation foams were prepared from bleached chemithermomechanical softwood pulp, and these foams showed promising thermal insulation properties and fungal resistance. Hydrophobic extractives were isolated from birch (Betula verrucosa) outer bark and used to improve the water resistance of the foams, which were impregnated in solutions of extractives and then dried. The modified foams showed greater water resistance, and the modification had no negative effects on the thermal insulation, fungal resistance, and compressive strength of the foams. Another potential problem with low density cellulosic thermal insulation materials is their poor reaction-to-fire properties. Cellulose-fiber-based insulation foams were prepared from formulations containing bleached chemithermomechanical softwood pulp and commercial fire retardants to improve the reaction of the foams to fire. Single-flame source test results showed that the foams containing 20% expandable graphite (20% EG) or 25% synergetic (25% SY) fire retardant had significantly improved reaction-to-fire properties and passed class E, which reflected that they can resist a small flame attack without substantial flame spreading for a short period according to EN 13501-1. Compared with the reference without any fire retardant, the peak heat release rate (Peak-HRR) of the 20% EG and 25% SY decreased by 62% and 39% respectively when the samples were subjected to a radiance heat flow of 25 kW m-2 in a Cone Calorimeter. The thesis demonstrates that it is possible to produce cellulose-fiber-based insulation materials with improved properties in terms of fungal, improved water resistance and reaction-to-fire properties. / <p>QC 20170428</p> / Energy-efficient cellulosic insulation products/panels for green building solutions