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Von Herbert Watzkarsch (Machowetz & Partner Consulting Ziviltechniker GmbH) und Nikolaus Kaindl (SCA Graphic Laakirchen AG) AUSGANGSSITUATION Dem internationalen Trend folgend stieg in den letzten Jahren auch bei der „SCA Graphic Laakirchen AG“ das Käuferinteresse an weißeren Papiersorten an. Zur Erlangung höherer Weiße werden die Halbstoffbleiche erhöht und Hilfsmittel wie optische Auf- heller und Komplexbildner eingesetzt. Dadurch wird allerdings die biologische Abbaubarkeit des Abwassers deutlich ver- schlechtert. Durch höhere Bleiche im Holz- schliff wird zudem mehr Lignin aus dem Halbstoff herausgelöst, welches in einer biologischen Abwasserbehandlungsanlage schwer abzubauen ist. Zur Klärung dieses Abwassers in Laakirchen, zusätzlich erschwert durch einen sensiblen Vorfluter, wurde in Zusammenarbeit von „SCA Graphic Laakirchen AG“ und dem Ingenieurbüro „Machowetz & Partner Con- sulting Ziviltechniker GmbH“ bereits im Jahr 1996 das bis heute gültige Konzept einer Kläranlage mit vorgeschalteten Schwebe- bettreaktoren und einer Ozonstufe als letz- ten Reinigungsschritt erstellt. In den Jahren 1996/97 wurden halbtechnische Versuche durchgeführt, um die Eignung der gewählten Konfiguration zu testen und Grundlagen für die Auslegung der Anlage zu erhalten, die im Folgenden dargestellt wird. MECHANISCHE UND BIOLOGISCHE REINIGUNGSSTUFE Das Abwasser aus der Papierproduktion wird nach dessen Vergleichmäßigung in einem Zulaufpuffer auf zwei Abwasserrei- nigungslinien aufgeteilt. Die erste biologi- sche Reinigungsstufe bildet eine Hochlast- biologie nach dem MBBR-Verfahren (moving bed biofilm reactor) (vgl. den Artikel „Hoch- last – Bioreaktoren als Antwort auf die erhöhten Abwasserfrachten in der Papier- industrie“). In dieser Reinigungsstufe wer- den leicht abbaubare Abwasserinhaltsstoffe durch Kontakt mit Biofilmen abgebaut. Die zweite biologische Reinigungsstufe arbei- tet nach dem Belebtschlammverfahren. Nach der Klärung verbleibt aus dieser Stufe ein Restgehalt an schwer abbaubarem CSB, dessen Eliminierung Ziel der nachfolgen- den Ozonbehandlung ist. ABWASSERKÜHLUNG & OZONSTUFE Um die zu erwartende Erwärmung des Abwassers in der Ozonstufe auszugleichen und die Ablaufgrenzwerte einzuhalten, wurde eine Abwasserkühlanlage, beste- hend aus 5 Kühlzellen errichtet (vgl. den Artikel „Abwasserkühltürme für die Papier- industrie“). Diese speziell für die Papier- industrie entwickelten einbautenlosen und wartungsarmen Kühltürme können durch verstopfungsfreie Düsen von unten be- schickt werden. Sie besitzen eine Wärme- übertragungsleistung von 13 MW. „Macho- wetz & Partner Consulting“ hat mit diesem Konzept somit den speziellen Anforderun- gen in der Papierindustrie Rechnung getra- gen. Nach der Kühlung wird das Abwasser über einen Ausgleichsbehälter (V = 300 m 3 ) der Ozonbehandlung zugeführt. Innovativer Umweltschutz in der Papierindustrie Weitergehende Abwasserreinigung mit Ozon und nachfolgender Biofiltration bei der SCA GRAPHIC LAAKIRCHEN AG Abwasserkühlung und Ozonstufe in der SCA Laakirchen AG

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Von Herbert Watzkarsch (Machowetz & Partner

Consulting Ziviltechniker GmbH) und Nikolaus

Kaindl (SCA Graphic Laakirchen AG)

AUSGANGSSITUATION

Dem internationalen Trend folgend stiegin den letzten Jahren auch bei der „SCAGraphic Laakirchen AG“ das Käuferinteressean weißeren Papiersorten an. Zur Erlangunghöherer Weiße werden die Halbstoffbleicheerhöht und Hilfsmittel wie optische Auf-heller und Komplexbildner eingesetzt.Dadurch wird allerdings die biologischeAbbaubarkeit des Abwassers deutlich ver-schlechtert. Durch höhere Bleiche im Holz-schliff wird zudem mehr Lignin aus demHalbstoff herausgelöst, welches in einerbiologischen Abwasserbehandlungsanlageschwer abzubauen ist.Zur Klärung dieses Abwassers in Laakirchen,zusätzlich erschwert durch einen sensiblenVorfluter, wurde in Zusammenarbeit von„SCA Graphic Laakirchen AG“ und demIngenieurbüro „Machowetz & Partner Con-sulting Ziviltechniker GmbH“ bereits im Jahr

1996 das bis heute gültige Konzept einerKläranlage mit vorgeschalteten Schwebe-bettreaktoren und einer Ozonstufe als letz-ten Reinigungsschritt erstellt. In den Jahren1996/97 wurden halbtechnische Versuchedurchgeführt, um die Eignung der gewähltenKonfiguration zu testen und Grundlagenfür die Auslegung der Anlage zu erhalten,die im Folgenden dargestellt wird.

MECHANISCHE UND BIOLOGISCHEREINIGUNGSSTUFE

Das Abwasser aus der Papierproduktionwird nach dessen Vergleichmäßigung ineinem Zulaufpuffer auf zwei Abwasserrei-nigungslinien aufgeteilt. Die erste biologi-sche Reinigungsstufe bildet eine Hochlast-biologie nach dem MBBR-Verfahren (movingbed biofilm reactor) (vgl. den Artikel „Hoch-last – Bioreaktoren als Antwort auf dieerhöhten Abwasserfrachten in der Papier-industrie“). In dieser Reinigungsstufe wer-den leicht abbaubare Abwasserinhaltsstoffedurch Kontakt mit Biofilmen abgebaut. Diezweite biologische Reinigungsstufe arbei-

tet nach dem Belebtschlammverfahren.Nach der Klärung verbleibt aus dieser Stufeein Restgehalt an schwer abbaubarem CSB,dessen Eliminierung Ziel der nachfolgen-den Ozonbehandlung ist.

ABWASSERKÜHLUNG & OZONSTUFE

Um die zu erwartende Erwärmung desAbwassers in der Ozonstufe auszugleichenund die Ablaufgrenzwerte einzuhalten,wurde eine Abwasserkühlanlage, beste-hend aus 5 Kühlzellen errichtet (vgl. denArtikel „Abwasserkühltürme für die Papier-industrie“). Diese speziell für die Papier-industrie entwickelten einbautenlosen undwartungsarmen Kühltürme können durchverstopfungsfreie Düsen von unten be-schickt werden. Sie besitzen eine Wärme-übertragungsleistung von 13 MW. „Macho-wetz & Partner Consulting“ hat mit diesemKonzept somit den speziellen Anforderun-gen in der Papierindustrie Rechnung getra-gen. Nach der Kühlung wird das Abwasserüber einen Ausgleichsbehälter (V = 300 m3)der Ozonbehandlung zugeführt.

Innovativer Umweltschutz in der PapierindustrieWeitergehende Abwasserreinigung mit Ozon und nachfolgenderBiofiltration bei der SCA GRAPHIC LAAKIRCHEN AG

Abwasserkühlung und Ozonstufe in der SCA Laakirchen AG

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Ozon ist eines der stärksten Oxidations-mittel und eignet sich hervorragend für dieBehandlung von Wasser. Der Einsatz vonOzon ist besonders umweltfreundlich, daSchadstoffe, Farben, Gerüche und Mikro-organismen durch Oxidation ohne schäd-liche Nebenprodukte entfernt werden. DieHerstellung und Anwendung des Ozonsfindet bei der Abwasserreinigung imgeschlossenen System statt, in welchem esbei der Reaktion zu Sauerstoff zerfällt.

Ziel der Ozonbehandlung in der Kläranla-ge der „SCA Graphic Laakirchen AG“ ist diesichere Einhaltung der maximal zulässigenCSB-Tagesablauffracht. Für die Dimensio-nierung der Ozonanlage wurden daher diehöchsten aufgetretenen Frachten einesJahres herangezogen. Für Spitzenfrachtenwurde damit ein CSB-Abbau von weiteren36 % in der Ozonstufe und auf Basis deroben erwähnten Versuche ein benötigterspezifischer Ozoneintrag von 0,33 g O3

gelöst / g CSB-Zulauf errechnet.

Für den Betrieb der Ozonbehandlung istein gleichmäßiger Abwasserzufluss not-wendig, der in der vorliegenden Konzep-tion bei Bedarf Abwasser aus dem Ozon-

reaktor in das Ozon – Eintragssystemzurückführt. Kern der Ozonanlage ist derInjektor, eine Flüssigkeitsstrahlpumpe, dieeine intensive Durchmischung von Abwas-ser und Gasstrom erreicht. Das Abwas-ser/Gas-Gemisch wird nun über Radialbe-gaser in die Reaktoren eingebracht, welchedurch die Ausbildung einer Blasensäule einebestmögliche Nutzung des eingetragenenOzons ermöglichen. Das nach der Reakti-on des Ozons mit den Abwasserinhalts-stoffen, im wesentlichen aus Sauerstoffbestehende Offgas, wird aus dem Dom desReaktors abgezogen und nach Passiereneines thermisch-katalytischen Restozon-vernichters in der Biofilteranlage genutzt.Für Reaktionen, welche mehr Zeit brauchen,wird das Abwasser noch über einen Ver-weilzeitbehälter (V = 200 m3) geführt,bevor es in die nächste Reinigungsstufe,die Biofiltration, weitergeleitet wird.

BIOFILTRATION

In der Ozonstufe wurden neben der Tota-lentfernung von Abwasserinhaltsstoffen,auch schwer abbaubare Inhaltsstoffe(gemessen als CSB) in leichter abbaubare

Stoffe (gemessen als BSB5) umgewandelt.Diese können nun in der Biofiltration opti-mal entfernt werden.

Zur Erreichung dieser BSB5-Abbauleistungwurde die in Laakirchen bestehende Auf-strom-Biofilteranlage federführend durchdas Ingenieurbüro „Machowetz & PartnerConsulting“ an den Stand der Technikangepasst. Der wichtigste Schritt war, diedefekte Prozessluftbegasung oberhalb desDüsenbodens zu entfernen und die Biofilterauf Luftpolsterbegasung umzubauen.Dabei werden Prozessluft und Offgas (O2)aus dem Ozonreaktor unterhalb desDüsenbodens gleichmäßig verteilt einge-bracht. (1)

Ein weiterer Vorteil der hier verwendetenProzesslufteinbringung ist die Vergrößerungdes Filterbettvolumens durch den Verzichteiner Stützkiesschichte, in der normaler-weise ein Prozessluftsystem situiert wer-den muss. Im vorliegenden Fall wurde dasaktive Festbett um mehr als 20 % vergrößertund somit die notwendige biologische Kapa-zität sichergestellt. Nach Passieren der Bio-filtration wird das Abwasser über Auslauf-düsen in den Vorfluter eingemischt.

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VERFAHREN ZUR MINIMIERUNG DESOZONEINSATZES

Der Ozoneinsatz soll vor allem aus Kosten-gründen auf das unbedingt notwendigeMaß reduziert werden. Es wurde dahereine mehrstufige automatische Regelungimplementiert, die über Online-CSB-Son-den an den Zu- und Abläufen den be-nötigten spezifischen Ozoneinsatz vor-

ausberechnet und stündlich automatischkorrigiert. Die Anlagensteuerung regelt dieOzondosierung so, dass die vorgewählteSoll-Tages-Ablauffracht sicher eingehaltenwird. Dabei werden Schwankungen in derAbwassermenge ebenso berücksichtigtwie sich verändernde CSB-Zulauf-Kon-zentrationen; sogar kurzfristige Anlagen-stillstände werden automatisch ausge-glichen.

REGELUNG DER TAGES-ABLAUFFRACHT: Oberes Diagramm: vorgewählte Tages-Ablauffracht (rot) und die Entwicklungder automatisch geregelten Ist-Ablauffracht (orange).Mittleres Diagramm: CSB-Zulauffracht zur Ozonanlage (rot) und die danach vonder Anlagensteuerung automatisch gewählte Ozonmenge(grün);Unteres Diagramm: Abwassermenge (blau) und die CSB-Konzentration imZulauf zur Ozonanlage (rot).

Ozon InjektorOzongenerator

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KOSTEN

Die gesamten Projektkosten beliefen sichauf 7,6 Mio €, wovon ca. 1,6 Mio € derAbwasserkühlung und ca. 3,5 Mio € derOzonanlage zuzurechnen sind. Der Restteilt sich auf gemeinsamen Anlagen, Sau-erstoffversorgung und Nebenkosten auf.

Im ersten Quartal 2005 wurden für dieAbwasserbehandlung nachfolgende Be-triebskosten ermittelt:

CSB-Elimination in der biologischen Stufe:0,23 € / kg-CSBel.CSB-Elimination mit Ozon + Biofiltration:1,30 € / kg-CSBel.

Durch den relativ hohen Preis des Ozonssind die Behandlungskosten in der Ozon-stufe höher als in der biologischen Abwas-serreinigung. Daher ist es wesentlich, zuerstdie durch mechanisch/biologische Verfahrenabbaubaren Abwasserinhaltsstoffe zu ent-fernen und sodann durch präzise Steue-rung und korrekte Prozessführung nur jeneMenge Ozon einzusetzen, die nötig ist, diebehördlich vorgegebene Ablaufgrenzegenau einzuhalten. Bezogen auf die Papier-produktion (bei einem Anteil von 30 %hochweißer Produkte) ergibt sich daherauch ein wesentlich besseres Kostenver-hältnis:Abwasserreinigungskosten Mechanisch +Biologisch: 2,83 € / t-PapierAbwasserreinigungskosten Ozon + Bio-filtration: 0,55 € / t-Papier

ZUSAMMENFASSUNG

Abschließend ist festzuhalten, dass alle indie Verfahrensstufe zur weitergehendenAbwasserreinigung mittels Ozon und nach-folgender Biofiltration gesetzten Erwartun-gen voll erfüllt wurden. Erstmals in derAbwasserreinigung ist damit eine genaunach Bedarf zu regelnde CSB-Eliminationmöglich. Schließlich wird erst durch Anwen-dung dieses Verfahrens die Einhaltungstrenger wasserrechtlichen Auflagen auchbei der Produktion hochweißer Sortenmöglich.

Wichtigste Vorteile der Ozonung mit nach-folgender Biofiltration sind:■ Gesicherte Einhaltung der CSB-Ablauf-

fracht■ Reduktion schwer abbaubarer

Chemikalien wie Komplexbildner, etc.■ Abwasserparameter wie AOX und

Toxizität lassen sich signifikant verringern

■ Weitestgehende Entfärbung des Abwassers

■ Keine Abfallprodukte wie Schlamm und Ausfällungen

■ Weitgehende Entkeimung des Abwassers

KONTAKTADRESSEN

Dipl.-HTL-Ing. Herbert WatzkarschMachowetz & Partner Consulting Ziviltechniker GmbHNebingerstraße 2, 4020 Linz, AustriaFon +43-732-66 20 51-16Fax +43-732-66 20 51-12Mobil +43-664-80660216Email: [email protected]

Dipl.-Ing. TU Nikolaus KaindlSCA Graphic Laakirchen AGSchillerstraße 5, 4663 LaakirchenEmail: [email protected]

1) AnmerkungDie Kombination aus Ozonanlage und Biofiltration wur-de mit den Erfahrungen der Pilotanlage der SCA LAA-KIRCHEN und Unterstützung durch die Autoren bereitsbei der Papierfabrik „LANG PAPIER“ in Ettringen (Deutsch-land) realisiert. Diese Konzeption stellt mit weltweit zwei

erfolgreich betriebenen Anlagen eine Vorreiterrolle in derPapierindustrie dar. Das Ausbaukonzept wurde darüberhinaus mit der Nominierung zu dem von mehreren öster-reichischen Ministerien getragenen „Innovationspreis fürWasser 1999 – Neptun“ gewürdigt.

Zugangsbrücke zu Ozonreaktoren und Verweilzeitbehälter

Ozonreaktoren