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Dr. Christian H. Möbius, Muesmannstr. 15 g, DE-86199 Augsburg , Tel. +49 821 994120, Fax +49 821 994121, Mobiltel. +49 171 1244284, E-Mail: cm@cm-consult.de
Dipl.-Ing. Alfred Helble, Lehenstraße 48, DE-70180 Stuttgart, Tel. +49 711 6071381, Fax +49 711 6071389, Mobiltel. +49 160 97931254, E-Mail: ah@cm-consult.de
Partnerschaftsgesellschaft Sitz Augsburg Niederlassung
Stuttgart Internet www.cm-consult.de,
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Dieser Bericht soll eine Information über unsere Tätigkeit im Jahr 2010 geben.
Im Auftrag unserer Klienten beschäftigten wir uns fortlaufend auch im Jahr 2010 mit folgenden Bereichen:
Einige Firmen und Firmengruppen wurden von uns laufend in allen Belangen des technischen Umweltschutzes und des Umweltmanagements, insbesondere auch bei der Risikoanalyse und dem Risikomanagement, beraten (bitte beachten Sie unsere Referenzliste im Internet). Konzepte zur Sanierung, Leistungssteigerung und Erweiterung bestehender Abwasserreinigungsanlagen sowie für neue Anlagen zur Reinigung von Abwasserteilströmen wurden ausgearbeitet. Zunehmend werden produktionsintegrierte Konzepte („Nierensysteme”) erarbeitet, weiterhin auch unter Verwendung der MBR-Technik.
Die Umsetzung solcher Konzepte wurde begleitet (Ausschreibung, Angebotsvergleich, technologische Vertragsbedingungen, verfahrenstechnische Begleitung der Auftragsabwicklung, Abnahme und Leistungsnachweise). Gesamtkostenbetrachtungen für unterschiedliche Wege zur Erfüllung gesetzlicher Auflagen, Machbarkeitsstudien zur Umsetzung neuer Konzepte für die Erfüllung geltender Anforderungen bei produktionsseitig steigenden Eingangsbelastungen sowie Bewertungen der Umweltemissionsdaten im Vergleich zu den Angaben des BREF-Dokuments zur besten verfügbaren Technik wurden durchgeführt
Reinigungsanlagen: Variantenstudien, Konzeptentwicklung, Dimensionierung, Angebotsbewertung, Begutachtung von Konzeption und Reinigungsleistung, Begutachtung der vorhandenen Kapazität in Hinsicht auf Planungen für geänderte Stoffzusammensetzung und/oder höhere Produktionskapazität, Betrachtungen zur wirtschaftlichen und ökologischen Effizienz von Anlagen zur Behandlung von Abwasserteilströmen. Die Leistung von Abwasserreinigungsanlagen wurde bewertet, Optimierungsmöglichkeiten wurden gezeigt. Bewertung neuer Verfahren (z. B. MBR, EGSB) im Hinblick auf Eignung für die Aufgabe, zu erwartende Betriebssicherheit und Betriebskosten. Begleitung der Inbetriebnahme und Optimierung der von uns konzipierten Anlagen. Konzepte zur Vorreinigung bei Indirekteinleitern sowie alternativ Vollreinigungsanlagen zur Umstellung auf Direkteinleitung wurden erarbeitet.
Abwasserkühlung: Kühlkonzepte für Teilströme und das Gesamtabwasser bei Abwägung der Wirtschaftlichkeit, des Energieeinsatzes und der Umweltbelastung (Schwaden, Geruch).
Störungen der Reinigung: Untersuchung auftretender Probleme mit der Betriebssicherheit und Reinigungsleistung sowie Ausarbeitung von verfahrenstechnischen und anlagentechnischen Vorschlägen zur Verbesserung. Ursachenfindung, Sofortmaßnahmen und langfristige Abhilfemaßnahmen, Stabilisierung durch Änderung der Betriebsdaten der Anlagen, Hinweise zur Verbesserung der technischen Ausrüstung, Konzeptentwicklung zur dauerhaften Sanierung. Vorschläge für produktionsinterne Vermeidungsmaßnahmen. Analyse möglicher rechtlicher Auswirkungen aus technischer Sicht.
Weitergehende Reinigung: Zunehmend werden zur Erfüllung von Anforderungen Konzepte zur Reinigung über das durch biologische Verfahren erreichbare Maß hinaus erforderlich. Wir entwickeln diese Konzepte und vergleichen unterschiedliche Verfahren, wie den Einsatz von Membranbioreaktoren, Membranverfahren, die chemisch-biochemische Oxidation und die Eindampfung, je nach Einsatzort. Die Prüfung des von uns langfristig mitentwickelten Verfahrens Ozon plus Biofilm-Reaktor als weitergehende Abwasserreinigung bleibt aktuell. Das Verfahren wird betrieblich in Deutschland und österreich angewendet. Im Jahr 2010 wurden von uns mehrere Konzepte zum Einsatz des Verfahrens ausgearbeitet.
Indirekteinleiter: Gutachtliche Prognose zu erwartender Einleitwerte; Diskussion der Abhängigkeit der Konzentrationen von der momentanen Abwassermenge; Bewertung der Umstellung auf Direkteinleitung und Entwicklung dafür geeigneter Anlagenkonzepte; Unterstützung bei Genehmigungsverfahren und Festlegung von Bedingungen; Unterstützung bei fachlichen Diskussionen mit den Betreibern der öffentlichen Anlagen und den Gremien. Vorstellung von Konzepten bei den öffentlichen Gremien.
Abwasserabgabe: Erklärung einzuhaltender Werte (statistische Ermittlung, Prognose); Einsparung von Abgabe durch konsequente Anwendung des geltenden Rechts; Ausschöpfung der Möglichkeiten der Verrechnung der Abwasserabgabe mit Investitionskosten und geeignet Konzepte dazu; überprüfung von Abgabebescheiden und Berechnung der Abwasserabgabe für die Folgejahre; Entwicklung langfristiger Konzepte zur stufenweisen Implementierung neuer emissionsmindernder Verfahren bei weitestgehender Verrechnung der Investitionskosten.
Berichtswesen: Regelmäßige Weiterentwicklung und Anpassung von Auswertungsdateien auf Basis von standardisierter Anwendersoftware, die bis zur weitgehend automatischen Erstellung von Jahresberichten einschließlich der Eigenüberwachungsberichte geht. Die Auswertungsdateien liefern aus den in der Eigenkontrolle erfassten Daten alle verfahrenstechnisch erforderlichen Berechnungen und statistische Auswertungen sowie graphische Darstellungen. Dies erlaubt einerseits die erleichterte regelmäßige Bewertung des Anlagenbetriebs wie auch die Ursachenermittlung bei Störungen, andererseits die mühelose umfassende Information der Behörden (in den meisten deutschen Bundesländern werden Jahresberichte gefordert). Wo Umweltmanagementsysteme angewendet werden, ist dieses Berichtswesen unerlässlicher Bestandteil des Systems. Die Auswertungsdateien gehören bei einigen unserer Klienten zum festen Inventar der Managementinstrumente und werden unter Einbeziehung der Möglichkeiten neuester Softwareversionen ständig verbessert.
Technische Konzepte zur Schlammbehandlung und Trocknung, Konzepte zur Verminderung des Anfalls biologischer Überschussschlämme, Gesamtkostenvergleiche; Auswahl von Verwertungswegen; Vermeidung von Geruchsbelästigung.
Verminderung der spezifischen Abwassermenge durch gezielte Maßnahmen ohne Produktions- und Qualitätsbeeinträchtigung. Untersuchungsprogramm, Bewertung, Umsetzung. Diskussion innerbetrieblicher Vermeidungsmaßnahmen. Bewertung der Kennziffern und daraus abgeleitete Sanierungsprogramme. Entwicklung von Konzepten zur weitgehenden oder vollständigen Schließung der Wasserkreisläufe mit technisch-wirtschaftlichem Vergleich von internen und externen Behandlungskonzepten zur Gewinnung des zurückzuführenden Wassers. Erstellen von Prognosen über die Veränderung der Abwasserqualität und -temperatur bei Kreislaufwasserreinigungsmaßnahmen oder der Rückführung von gereinigtem Abwasser.
Mitarbeit beider Partner im ZELLCHEMING
Fachausschuss für Umweltfragen (FA ENVI); A. Helble im FUA „Wasser
/ Abwasser” und „Abfall”; Mitarbeit beider Partner als
Projektbegleiter laufender INFOR- und AIF-Projekte. Mitarbeit von C.H.
Möbius und A. Helble in der IWA Specialist Group on Forest Industry. A.
Helble tätig und registriert als Referee für IWA.
Mitarbeit von C.H. Möbius in der DWA-Arbeitsgruppe IG-2.20
„Abwasser und Abfälle aus der Papierindustrie”.
C.H.Möbius hat eine Blockvorlesung über „Gewässerschutz und Abwasserreinigung” im Rahmen der Berufsakademie Karlsruhe/Gernsbach gehalten.
C.H. Möbius hat sein Buch „Abwasser der Papier- und Zellstoffindustrie - Biologische Reinigung von Abwässern aus der Erzeugung von Papier- und Zellstoff” mit umfangreichen gesetzlichen Neuerungen aktualisiert und überarbeitet. Die neue Version sowie die überarbeite Informationsschrift „Gewässerschutz und Abwasserreinigung” stehen auf der Website www.cm-consult.de unter Publikationen zum kostenlosen Download zur Verfügung.
Manuskript (Kurzbericht 2010d) als Kopie
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Das Membranbioreaktor (MBR)-Verfahren ist entwickelt und erprobt. Die Membranmaterialien und Modulsysteme wurden in den letzten Jahren kontinuierlich weiterentwickelt. In der kommunalen und industriellen Abwasserreinigung sind bereits viele großtechnische MBR-Anlagen in Betrieb. In der Papierindustrie wird das Verfahren aber bisher nur in Einzelfällen angewendet.
Als Alternative zu den heute als Stand der Technik zu betrachtenden biologischen Standardverfahren zur Papierfabriksabwasserreinigung ist für den aeroben Fall das System der Membranbioreaktoren (MBR) zu sehen. MBR-Anlagen können mit gleicher Reinigungsleistung und Stabilität des Prozesses die beiden aeroben Stufen (Hochlast und Schwachlast) ersetzen. Als aerobe Hochlaststufe werden Schwebebettreaktoren mit fluidisiertem Bett aus Kunststoffträgermaterialien für die Biomasse, als anaerobe Hochlaststufe weiterentwickelte leistungsfähige Pelletreaktoren (EGSB) eingesetzt, jeweils gefolgt von einer konventionellen schwach belasteten Belebung mit Nachklärung.
Das MBR-Verfahren für industrielle Anwendungen besteht aus einem Belebtschlammreaktor mit extern angeordneter und betriebener (auch als side stream bezeichnet) Membranstufe zur Biomasseabtrennung. Wesentliche Vorteile des MBR-Verfahrens stellen die hohe Betriebssicherheit aufgrund eines gesicherten Schlammrückhalts, der geringe Platzbedarf durch hohe Raumbelastungen und Wegfall des Nachklärbeckens sowie ein nahezu feststofffreier Ablauf dar, womit auch beste Voraussetzungen für eine Rückführung gereinigten Abwassers in die Produktion gegeben sind.
Bei der Anwendung des MBR-Verfahrens zur Papierfabriksabwasserreinigung müssen bei der Planung der chem./mech. Vorreinigung und des Bioreaktors die Besonderheiten von produktionsabhängigen charakteristischen Abwasserinhaltsstoffen wie Art und Länge von Fasern, organische und anorganische Anteile sowie übliche produktionsbedingte Belastungsschwankungen beachtet werden. Die Ausführung und der stabile Betrieb des Bioreaktors beeinflussen die Leistung und Betriebssicherheit der Gesamtanlage erheblich.
In der Membranstufe werden großtechnisch getauchte Membransysteme oder klassische horizontale cross-flow Rohrmodule sowie als neue Entwicklung auch vertikale belüftete cross-flow Rohrmodule eingesetzt. Die Ausführung und technischen Merkmale der Systeme werden untersucht und verglichen. Allgemeine Planungshinweise werden genannt. Die Anlagenkosten werden anhand eines Fallbeispiels ermittelt. Als Grundlage der Betrachtung wird ein der mitteleuropäischen Praxis bei der Erzeugung grafischer Massenpapiere hinsichtlich Produktionsmenge, Roh- und Halbstoffeinsatz sowie spezifische Abwassermenge entsprechendes Modellabwasser festgelegt. Für dieses Modellabwasser werden die verschiedenen MBR-Systeme detailliert technisch ausgeführt und die Investitions- und Betriebskosten ermittelt.
Die spezifischen Gesamtbetriebskosten für MBR-Systeme mit getauchten Membranen sowie für belüftete cross-flow Rohrmodule liegen in dem Fallbeispiel bei 0,22 €/m3. MBR-Systeme mit klassischen cross-flow Rohrmodulen liegen mit 0,33 €/m3 deutlich höher, was hauptsächlich aus dem deutlich größeren Energieverbrauch resultiert. Die ermittelten spezifischen Gesamtjahreskosten (Kapital- und Betriebskosten) liegen zwischen 0,56 bis 0,59 €/m3 in einem relativ engen Bereich.
Manuskript (184_m2903) als Kopie
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Nach einer kurzen Beschreibung der Situation vor 30 Jahren und unserer Erkenntnisse aus der Untersuchung der zu dieser Zeit betriebenen Abwasserreinigungsanlagen wird die beste verfügbare Technik zur Reinigung von Abwässern der Papier- und Zellstoffindustrie beschrieben. Bei der Suche nach den wichtigen Informationen fanden wir drei besonders zu beachtende Punkte:
Die beste verfügbare Technik ist gekennzeichnet durch zweistufige biologische Reinigungsanlagen, in denen das Risiko der Blähschlammbildung in der abschließenden Belebung vermieden werden kann, und in der diese mit einer niedrigen BSB-Schlammbelastung betrieben werden kann, welche Voraussetzung für eine gute CSB-Elimination ist.
In manchen Fällen reicht die bestmögliche biologische Elimination nicht aus um das aufnehmende Gewässer zu schützen. Dann ist eine weitergehende Reinigung erforderlich. Dies tritt gewöhnlich nur dann ein, wenn die Produktion an einem Standort wesentlich gesteigert wird.
Neue Aufgaben sind nicht nur aus neuen Regulierungen und strengeren Grenzwerten, sondern auch aus neuen Parametern zur Beschreibung der Qualität von Papier- und Zellstofffabriks-Abwässern zu erwarten.
Manuskript (183_m2902) als Kopie
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Stetige Kapazitätssteigerungen, steigende Qualitätsanforderungen, Änderungen auf der Rohstoff- und Hilfsmittelseite und in den Produktionsprozessen können zu einer Minderung der Reinigungsleistung von umwelttechnischen Anlagen führen und (massive) Störungen zur Folge haben. Die Ursachen sind vom Betreiber allein durch die Bewertung von Betriebsdaten zum Zeitpunkt der Störung häufig schwer erkennbar. Ungeplante Sofortmaßnahmen bis hin zur Produktionsdrosselung erhöhen betriebliche Risiken bei der Störfallbehebung.
Technische Optimierungs- oder Erweiterungsmaßnahmen von Anlagen erfordern Zeit und erhöhen das Risiko der Nichteinhaltung von gesetzlichen Anforderungen. Mit der Implementierung eines Umweltrisikomanagementsystems kann die Gefahr technischer und technologischer Risiken aus den Prozessen mit möglicher Auswirkung auf die Umwelt durch die Anwendung geeigneter Risikoanalysemethoden laufend bewertet und deren unkontrollierte Entstehung vermieden werden. Eine bewährte Methode hierfür ist die Risiko-Beurteilung durch die Bildung von Einschätzungskategorien für mögliche Risiken und deren Einordnung in einer Häufigkeits- / Auswirkungsmatrix.
Anhand von Beispielen aus dem Abwasser- und Entsorgungsbereich sowie aus der betrieblichen Störfallsicherheit wird die Kategorisierungsmöglichkeit der betreffenden Risikobereiche aufgezeigt und die am konkreten Fall vorzusehenden Maßnahmen zur Risikovermeidung erläutert.
Manuskript (182_m2803) als Kopie
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Abwasserreinigungskonzepte für Zellstoff- und Papierfabriks-Abwässer können unter Berücksichtigung der aus langjährigen Erfahrungen abgeleiteten Dimensionierungsregeln angepasst an die produktionsspezifischen Bedingungen und die Anforderungen des Standorts entwickelt und umgesetzt werden.
Zu den heute als Stand der Technik zu betrachtenden Standard-Prozessen, bestehend aus Vorbehandlung und biologischer Stufe, meist als aerobe oder anaerobe Hochlaststufe und Schwachlastbelebung, kann aufgrund der stetigen Weiterentwicklung das System der Membranbioreaktoren (MBR) als rein aerobes, in der Regel einstufiges, Verfahren gezählt werden.
Als aerobe Hochlaststufe werden Schwebebettreaktoren mit einem fluidisierten Bett aus Kunststoffträgermaterialien für die Biomasse, als anaerobe Hochlaststufe weiterentwickelte leistungsfähige Pelletreaktoren (EGSB) eingesetzt, jeweils gefolgt von einer konventionellen schwach belasteten Belebung mit Nachklärung. Im Fall der anaeroben Vorreinigung gewinnen die Biogasnutzung (Verwertungsmöglichkeit nach EEG) und die geringere Überschussschlammproduktion (Anforderungen TA Siedlungsabfall) zunehmend an Bedeutung.
Beim MBR-Verfahren werden deutlich größere Belebtschlammkonzentrationen in der Belebungsstufe durch Aufkonzentrierung bei vollständiger Feststoffabtrennung über Ultrafiltrationsmembranen eingestellt, wobei die Nachklärstufe komplett entfällt und sich eine besonders kompakte und platzsparende Aufstellung ergibt.
Für den Vergleich werden die jeweiligen Konzepte zur Reinigung von typischen Modellabwässern aus der Papierproduktion entwickelt. Für alle Verfahren wird eine nach dem Stand der Technik (Anhang 28, BREF) vergleichbare Reinigungsleistung vorausgesetzt, woraus sich die erforderliche Dimensionierung ergibt.
Ziel dieser Arbeit ist es, die prozesstechnischen Merkmale, die Investitions- und Betriebskosten sowie den Raum- und Platzbedarf der Verfahren auf einheitlicher Basis ermittelt gegenüberzustellen und neue Entwicklungen aufzuzeigen. Zusätzliche Aspekte, die sich für den Fall einer Abwasserrückführung in die Produktion oder der Erfordernis einer weitergehenden Abwasserreinigung ergeben, werden qualitativ dargestellt. Mit den Ergebnissen sollen der Branche aktuelle Informationen über die Einsatzmöglichkeiten und Wirtschaftlichkeitsgrenzen heutiger Abwasserreinigungsverfahren zur Verfügung gestellt werden.
Manuskript (181_m2802) als Kopie
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Als Alternative zu dem heute als Stand der Technik zu betrachtenden Standard-Prozess zur Reinigung von Papierfabriks-Abwässern in Form der Reinigungskette chemisch-mechanische Stufe, Hochlaststufe und Schwachlastbelebung (wobei die Hochlaststufe anaerob oder aerob sein kann) ist für den aeroben Fall das System der Membranbioreaktoren (MBR) zu sehen. Diese könnten einerseits lediglich die Belebung nach der Hochlaststufe ersetzen, sind aber andererseits auch in der Lage, mit gleicher Reinigungsleistung und Stabilität des Prozesses die beiden aeroben Stufen (Hochlast und Schwachlast) zu ersetzen.
Beim MBR-Verfahren erfolgt die Abtrennung der Biomasse über im Belebungsbecken getauchte oder außerhalb angeordnete Membranmodule. Wesentliche Vorteile dieses Verfahrens stellen die hohe Betriebssicherheit aufgrund eines gesicherten Schlammrückhalts, der geringe Platzbedarf durch hohe Raumbelastungen und Wegfall des Nachklärbeckens sowie ein nahezu feststofffreier Ablauf dar, womit auch beste Voraussetzungen für eine Rückführung gereinigten Abwassers in die Produktion gegeben sind.
Das MBR-Verfahren ist entwickelt und erprobt, wird allerdings bisher in der Papierindustrie nur in Einzelfällen angewendet. Generell ist davon auszugehen, dass Investitions- und Betriebskosten für den MBR höher sind als für das Standardverfahren. Diese höheren Kosten sind gegen die nachweisbaren Vorteile abzuwägen.
Ziel dieser Arbeit ist es, einen detaillierten technischen und wirtschaftlichen Vergleich des Standard-Systems – bestehend aus Schwebebett-Reaktor als Hochlaststufe und konventioneller Belebung mit Nachklärung als Schwachlaststufe (SB-BB) – mit dem MBR-Verfahren zu bieten. Dabei wird die zu erzielende Reinigungsleistung für beide zu prüfende Verfahren gleichermaßen durch den Stand der Technik (Anhang 28, BREF) vorgegeben.
Als Grundlage der Betrachtung wird ein der mitteleuropäischen Praxis bei der Erzeugung grafischer Massenpapiere hinsichtlich Produktionsmenge, Roh- und Halbstoffeinsatz sowie spezifische Abwassermenge entsprechendes Modellabwasser festgelegt.
Für dieses Modellabwasser und die oben definierte geforderte Reinigungsleistung werden das Standard-System und der MBR detailliert technisch ausgeführt und die Investitions- und Betriebskosten ermittelt.
Der Vergleich ergibt für das System MBR um 30 % höhere Investitions- und um 67 % höhere Gesamtjahreskosten gegenüber dem Standardsystem SB-BB als 100 %. Diesen Mehrkosten stehen als wesentliche Vorteile für das System MBR der erheblich geringere Flächenbedarf und die für eine Rückführung in die Produktion gut geeignete Ablaufqualität bei hoher betriebssicherheit gegenüber.
Für die Alternative Schwebebett-Reaktor plus MBR wird lediglich eine qualitative Betrachtung angestellt, da Vorüberlegungen ergeben haben, dass hier die höheren Kosten des Alternativsystems durch die Vorteile bei weitem nicht kompensiert werden.
Die Betrachtung bietet eine Grundlage für Entscheidungen, in welchen Fällen das MBR-Verfahren gegen das Standard-Verfahren genauer zu untersuchen ist.
Manuskript (179_m2601) als Kopie
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A process of advanced oxidation treatment discussed here has been developed in the last seven years. A technical plant for treatment of paper mill wastewater started operation in 1999. Advanced oxidation treatment is defined here as a combination of chemical and biochemical oxidation applied to a completely biodegraded effluent. The process is a combination of ozonation with following biodegradation in a biofilm reactor. The combination makes use of the effect of partial oxidation in which with reduced use of expensive chemical oxidants persistent COD becomes biodegradable. A far-reaching elimination of AOX, colour and other disturbing substances like complexing agents is achieved simultaneously. The partially oxidized compounds, now biodegradable, are eliminated in a following biofilm reactor.
Using single stage systems, COD elimination rates of up to 60 % are achieved with 0.4 to 1.0 g ozone per g COD eliminated in the combined process. With a two stage system COD elimination of 85 % with 0.65 g/g has been achieved in pilot tests.
The quality of the treated effluent suites fresh water requirements for most types of paper production, so that either a total closure of the water circuits or – due to increasing concentrations of electrolytes, which are not eliminated by this process – a substantial closure to about 20 % of the original amount of fresh water can be achieved.
Manuskript (172_m2301) als Kopie
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Anlagen zur Reinigung von Zellstoff- und Papierfabriks-Abwässern werden nach dem St. d. T. entsprechenden Regeln konzipiert, wobei abhängig von der Art der Produktion und des daraus resultierenden Abwassers bestimmte bevorzugte Verfahrenskombinationen zur Anwendung kommen. Soweit bestehende Abwasserreinigungsanlagen (ARA) hinter dem St. d. T. zurück bleiben, muss eine Sanierung vorbereitet werden. Unter Berücksichtigung des Anlagenbestandes, der vorhersehbaren zukünftigen Entwicklung des zu behandelnden Abwassers und vor allem der örtlichen Situation ist bei den zu prüfenden Konzeptvarianten das erforderliche Potential zur Leistungssteigerung und Optimierung der Gesamtreinigungsleistung einer ARA stets zu beachten. Vor diesem Hintergrund wurden Anlagen in den letzten Jahre häufig unter Einsatz des Schwebebettverfahrens mit Biomasseträgern konzipiert und erweitert. Einsatzmöglichkeiten dieses Verfahrens werden vorgestellt.
Über die aktuellen Betriebsergebnisse einer mit dem Schwebebettverfahren zur Leistungssteigerung umgerüsteten ARA einer großen Papierfabrik wird berichtet. In diesem Werk wurde das Sortenprogramm in den letzten Jahren kontinuierlich in Richtung auf hochweiße LWC (Tiefdruck)-Sorten entwickelt. Zur Einstellung der erforderlichen hohen Helligkeit der Rohpapiere wird der TMP-Anteil mit Wasserstoffperoxid unter Zusatz von NaOH gebleicht, was zu einer verstärkten Extraktion von schwerer abbaubarem CSB aus dem Holzstoff TMP und zu einer höheren Belastung der ARA mit organischen Stoffen (BSB und CSB) führt. Das zu entwickelnde Konzept erforderte daher eine deutliche Verbesserung der Gesamtreinigungsleistung, damit die Einleitqualität der vergangenen Jahre unter diesen Bedingungen erreicht werden konnte. Über die Umrüstungsmaßnahmen wird berichtet. Die Investitionskosten können mit der Abwasserabgabe der letzten 3 Jahre verrechnet werden, womit ein hoher Anteil der Investitionskosten gedeckt werden kann.
Manuskript (170_m2204) als Kopie
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Das Sortenprogramm der Norske Skog Walsum GmbH wurde in den letzten Jahren kontinuierlich in Richtung auf hochweiße LWC (Tiefdruck)-Sorten entwickelt. Zur Einstellung der erforderlichen hohen Helligkeit der Rohpapiere wird der TMP-Anteil mit Wasserstoffperoxid unter Zusatz von NaOH gebleicht. Beides, insbesondere aber die Alkalität, führt zu einer verstärkten Extraktion von schwerer abbaubarem CSB aus dem Holzstoff TMP und zu einer höheren Belastung der Abwasserreinigungsanlage (ARA) mit organischen Stoffen (BSB und CSB).
Zur Erreichung der Einleitqualität der vergangenen Jahre unter diesen Bedingungen wurde ein Konzept zur Leistungssteigerung der ARA entwickelt, mit dem die Reinigungsleistung verbessert wird und die Frachten bei der Einleitung weiterhin deutlich unter den wasserrechtlichen Anforderungen gehalten werden können.
Wesentlicher Engpass in der biologischen Reinigungskapazität der Gesamtanlage vor dem Umbau stellte die unzureichende Abbauleistung in der Hochlastbelebung mit Flotation zur Zwischenklärung dar, was häufig eine Überlastung der zweiten Belebungsstufe und nachgeschalteten (tertiären) Biofiltrationsanlage zur Folge hatte. Zur Entlastung der Gesamtanlage wurde die Hochlastbelebung zu einem in zwei Stufen betriebenen Schwebebettreaktor mit Biomasseträgern umgerüstet. Die frei werdende Zwischenklärung wurde zur Verbesserung des Feststoffrückhaltes zwischen die chemisch-mechanische Vorreinigung und die neue Abwasserkühlstufe im Zulauf zum Schwebebettreaktor geschaltet. Neben weiteren Modifikationen im Bereich der Belebung und Schlammentwässerung erfolgte die Umrüstung der tertiären Biofilter.
Der BSB-Abbauwirkungsgrad in der Schwebebettreaktorstufe liegt (von Phasen technischer Störungen abgesehen) zwischen 60 und 80 %, so dass die nachfolgenden Stufen im vorgesehenen Umfang entlastet werden. Die tertiäre Biofilterstufe eliminiert gelösten CSB aus dem Ablauf der Belebung im erwarteten Umfang.
Im Bereich des Schwebebettreaktors werden derzeit noch Optimierungen geplant, die zu einer weiteren Vereinfachung und Stabilisierung des Betriebes beitragen werden, aber keinen Einfluss auf die Leistung haben.
Die Investitionskosten können aus heutiger Sicht mit der Abwasserabgabe der letzten 3 Jahre verrechnet werden, womit ein hoher Anteil der Investitionskosten gedeckt werden kann.
Manuskript (168_m2201) als Kopie
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Die generelle Zielsetzung, eine möglichst weitgehende Entlastung des aufnehmenden Gewässers zu erreichen, erfordert die Rückführung des nach dem St. d. T. gereinigten Abwassers nach der Anwendung von weitergehender Abwasserreinigung. Aus Sicht der Produktion muss dabei eine unkontrollierte Anreicherung von Störstoffen und Elektrolyten im Wasserkreislauf vermieden werden. Gelingt dies, wird ein erheblicher Ausbau der Produktionskapazität ohne erhöhte Gewässerbelastung ermöglicht.
Für Papierfabriken mit integrierter Halbstofferzeugung (DIP, SGW, TMP) ergibt sich die Möglichkeit einer Teilstrombehandlung des mengen- und frachtmäßigen Haupanteils am Restabwasser (und Rückführung des gereinigten Abwassers) mit ergänzender Reinigung des verbleibenden Restabwassers, im Vergleich zur Gesamtabwasserbehandlung in einer externen Anlage.
Wie jüngst veröffentlichte eigene Modellbetrachtungen gezeigt haben, erreicht man das gesetzte Ziel bei der Gesamtabwasserbehandlung in Kombination mit weitergehenden (tertiären) Abwasserbehandlungsverfahren und systematischer Abwasserrückführung in das Prozesswasser- und Frischwassersystem am weitgehendsten und effektivsten, geht man von einem stufenweisen Gesamtausbau unter Nutzung der vorhandenen Reinigungskapazität aus. Die Gesamtabwasserbehandlung verliert dabei den Charakter einer end of pipe Lösung vollständig, eine vorausgehende Wasser- und Stoffkreislaufoptimierung vorausgesetzt. Die Unterscheidung von internen und externen Reinigungsmaßnahmen verliert ihre Bedeutung. Teilreinigungskonzepte könnten kurzfristige geringere Kosten verursachen (bei geringerer Entlastungswirkung), verbauen aber möglicherweise eine wirtschaftliche Gesamtlösung zur Erreichung des mittelfristigen Ziels einer weitgehenden Entlastung.
Plant eine Papierfabrik vorausschauend die zur Bewältigung künftiger Kapazitätssteigerungen erforderlichen abwasserseitigen Maßnahmen, können die Möglichkeiten der Verrechnung von Investitionen mit der Abwasserabgabe optimal genutzt werden.
Als typische Modelle werden Anlagen aus der Erzeugung der Hauptsorten Tissue (holzfrei), holzfreie Schreib- und Druckpapiere, holzhaltige Druckpapiere, Zeitungsdruck aus DIP und Holzstoff sowie Verpackungspapiere aus 100 % Altpapier jeweils für eine Kapazität von 600 t/d Bruttomaschinenerzeugung (BME) dargestellt. Für die Gesamtabwasserbehandlungskonzepte wird detailliert untersucht, welche minimale spezifische Abwasserfracht und -menge erreichbar erscheint. Die erforderliche Qualität des rückgeführten Abwassers und die Reinigungsziele für das abzuleitende Restabwasser erfordern bei den gewählten Konzepten nach einer biologischen Vollreinigung die Anwendung von weitergehenden Verfahren wie die chemisch-biochemische Oxidation sowie - bei erhöhter Rückführrate - die Nanofiltration.
Hinsichtlich der zum Vorfluter abgeleiteten spezifischen CSB-Fracht erreicht man für alle untersuchten Sortenprogramme eine deutliche Reduzierung auf unter 1 kg/t CSB. Die verbleibende spezifische Abwassermenge kann auf 1 - 2 m3/ t reduziert werden. Die spezifischen Gesamtkosten liegen für eine biologische (nach St. d. T.) und tertiäre Reinigungsstufe insgesamt zwischen 0,7 - 1,4 EUR/ m3 bzw. 7 - 13 EUR/ t Papier je nach Sortenprogramm. Bei einer angenommenen mittelfristigen Umsetzung dieser Maßnahmen zur Erreichung der oben genannten Werte innerhalb von 6 Jahren ergibt die verrechenbare Abwasserabgabe einen Anteil von rund 20 - 30 % der Investitionskosten für die tertiären Behandlungsstufen.
Manuskript (165_m2101) als Kopie anfordern oder als PDF-Datei downloaden.
Für Anlagen zur Reinigung von Zellstoff- und Papierfabriks-Abwässern wurden aus der langjährigen Erfahrung mit solchen Anlagen bei unterschiedlichen Konzeptionen Regeln für die Dimensionierung und den Betrieb abgeleitet, die zusammenfassend dargestellt werden. Es handelt sich dabei um die wesentlichen Parameter für hauptsächlich angewendete Verfahren wie Anaerobreaktoren, Tropfkörper, Schwebebettreaktoren, Biofilter und Belebtschlammanlagen. Die Berücksichtigung dieser Regeln gewährleistet eine Reinigung nach dem Stand der Technik (St. d. T.), womit gleichzeitig die Anforderung der Europäischen Union zur Anwendung der besten verfügbaren Technik ( BVT) erfüllt wird. Nur in Ausnahmefällen wird eine chemisch-mechanische Reinigung diesen Anforderungen gerecht.
Neue Anlagen werden nach diesen dem St. d. T. entsprechenden Regeln konzipiert, wobei abhängig von der Art der Produktion und des daraus resultierenden Abwassers bestimmte bevorzugte Verfahrenskombinationen zur Anwendung kommen.
Basierend auf diesen Regeln sind bestehende Anlagen zu überprüfen. Soweit sie hinter dem St. d. T. zurück bleiben, muss eine Sanierung vorbereitet werden. Der Zeitpunkt der Durchführung hängt dann von verschiedenen Faktoren ab (Anforderungen, Finanzierung). Für die Anpassung an den St. d. T. bei bestehenden Anlagen ist stets unter Berücksichtigung des Anlagenbestandes, der vorhersehbaren zukünftigen Entwicklung des zu behandelnden Abwassers und der gestellten Anforderungen und vor allem der örtlichen Situation aus mehreren zu prüfenden Konzeptvarianten die vorteilhafteste auszuwählen.
Bei der Auswahl verfügbarer Prozesse und Systeme ist unbedingt die Neigung der Papierfabriks-Abwässer zur Blähschlammbildung zu berücksichtigen. Konzepte, welche geeignet sind, diese Entwicklung zu unterdrücken, sind zwingend erforderlich. Grundlage der meisten Konzepte ist das Belebtschlammverfahren als Hauptbestandteil der Reinigungskette. Ist dies die einzige Reinigungsstufe, muss ein Selektor- oder Kaskadensystem entwickelt werden. Bevorzugt ist aber die Vorschaltung einer anaeroben oder aeroben Hochlaststufe. Soweit erforderlich ist eine weitergehende Reinigung nachzuschalten, wofür aus bestehender betrieblicher Erfahrung Beispiele genannt werden. Damit wird eine über den St. d. T. (BVT) hinausgehende Reinigung erzielt.
Manuskript (167_m2105) als Kopie anfordern oder als PDF-Datei downloaden.