DE102006022892B3

DE102006022892B3 - Verfahren zur Herstellung von Papier

Info

Publication number: DE102006022892B3
Application number: DE200610022892
Authority: DE
Inventors: Jürgen Dr. Koppe; Helmut Dr. Lausch; Alexander Reichert; Axel Plenkner
Original assignee: ThyssenKrupp VDM GmbH; Mol Katalysatortechnik GmbH
Current assignee: VDM Metals GmbH; Mol Katalysatortechnik GmbH
Priority date: 2006-05-15
Filing date: 2006-05-15
Publication date: 2007-12-13
Anticipated expiration: 2026-05-16
Also published as: DE102006022892B8

Abstract

Verfahren zur Herstellung von Papier, dadurch gekennzeichnet, dass das zur Papierherstellung eingesetzte Wasser und/oder das Wasser von Zusatzkomponenten in Kontakt mit einem Vollmetallkatalysator gebracht wird, und dass diesem Wasser einmal wöchentlich bis einmal stündlich eine peroxidhaltige Lösung zugegeben wird, so dass nach der Zugabe der peroxidhaltigen Lösung die Peroxidkonzentration im Prozesswasser 1 bis 100 ppm beträgt.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Papier.
Die Herstellung von Papier verläuft dergestalt, dass Altpapier und/oder Zellstoff und/oder andere geeignete Ausgangsmaterialien in einen intensiven Kontakt mit Wasser gebracht werden, so dass es zur Ausprägung von Verbindungen kommt, die in der Lage sind, untereinander in relativ feste Verbindungen – insbesondere Wasserstoffbrückenbindungen – zu treten.
Die Ausprägung derartiger Verbindungen stellt jedoch gleichzeitig eine geeignete Basis für das Auftreten und die Ausbildung von Biofilmen dar. Derartige Biofilme bewirken Störungen in der Papierherstellung, Materialschädigungen und durch Freisetzung von Schwefelwasserstoff auch ernsthafte gesundheitliche Schädigungen.
Eine Beseitigung der Biofilme mit konventionellen Bioziden ist nur bedingt möglich und kann zudem zu unkontrollierten Abplatzungen von Biofilmfragmenten führen, verbunden mit dramatischen Auswirkungen auf die Papierherstellung, d. h. Verklebungen und Rissen in der Papierbahn, die eine Unterbrechung des Produktionsprozesses zur Folge haben.
Die DE 101 28 129 A1 offenbart ein Verfahren zum Abbau biologischer und/oder organischer Substanzen in flüssiger Phase, insbesondere zur Entkeimung von Flüssigkeiten indem ein Vollmetallkatalysator in Wirkverbindung mit einem Oxidationsmittel gebracht wird. Der Vollmetallkatalysator wird auf folgenden Bestandteilen zusammengesetzt:
mindestens einem Legierungselement einer Gruppe I,
mindestens einem Legierungselement einer Gruppe II,
mindestens einem Legierungselement einer Gruppe III,
wobei die zur Gruppe I gehörenden Legierungselemente unterhalb der Tammantemperatur in sauerstoffhaltiger Atmosphäre ausschließlich zweiwertige Oxide bilden
und wobei die zur Gruppe II gehörenden Legierungselemente unterhalb der Tammantemperatur in sauerstoffhaltiger Atmosphäre ausschließlich dreiwertige Oxide bilden,
und wobei die zur Gruppe III gehörenden Legierungselemente in Abhängigkeit von Temperatur und Gasatmosphäre, insbesondere dem Sauerstoffpartialdruck, Oxide in unterschiedlichen Oxidationsstufen ausbilden
und der so erhaltene Vollmetallkatalysator in Wirkverbindung mit dem Oxidationsmittel sowie der Substanz gebracht wird.
Der DE 103 16 921 B4 ist ein Verfahren zur Vermeidung biologischer Verblockungen von Filtern und/oder Membranen bei der katalytischen Wasserbehandlung zu entnehmen, indem das zu behandelnde Wasser zunächst mindesten ein Vorfilter bzw. eine -membran mit geringem Druckabfall durchströmt, ehe es mindestens einem Katalysatorelement zugeführt wird und anschließend mindestens einem Hauptfilter bzw. mindestens eine -membran mit einem hohen Druckabfall durchströmt. Dem zu behandelnden Wasser wird als Aktivierungsmittel für das Katalysatorelement vor der Durchströmung des Vorfilters bzw. der -membran eine geringe Menge an Peroxiden, insbesondere Wasserstoffperoxid, in Gehalten bis zu 500 ppm, insbesondere 1 bis 50 ppm, zugesetzt.
Durch die DE 196 41 018 A1 ist eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Reinigung kontaminierter Abwässer bekannt geworden. Kontaminierte Abwässer, die schwer abbaubare organische und anorganische Verunreinigungen in gelöstem und ungelöstem Zustand enthalten, werden in einer Vorrichtung aus Konditionierungsbehälter, Filtrationsmodul und Oxidationsmodul nach einem Dreistufenverfahren gereinigt, wobei die kontaminierten Abwässer in einer Konditionierungsstufe einer pH-Regulation, Flockung und Grobfiltration, in einer Feinfiltration und in einer Oxidationsstufe einer katalytischen Oxidation unterzogen werden. Die Vorrichtung und das Verfahren sind zur Dekontamination von Prozessabwässern aus der Reinigung von Gasrohren, aus Räucheranlagen und aus Gaswäschen geeignet.
In der DE 102 40 709 B3 wird ein Verfahren und eine Einrichtung zur Entkeimung von Wasser zur Direktbefeuchtung von Raumluft beschrieben. Bei dem Verfahren zur Entkeimung von für die Direktbefeuchtung von Raumluft einsetzbaren Flüssigkeiten, insbesondere von Wasser, wird die Flüssigkeit in einen Behälter eingebracht, wobei dem Behälter in dosierter Form Wasserstoffperoxid zugeführt wird und dieses Gemisch vor der Eindüsung der noch aufzubereitenden Flüssigkeit in die Raumluft mit einem biologisch wirksamen Vollmetallkatalysator in Wirkverbindung gebracht wird.
Der US 6,461,522 B1 ist ein Verfahren zur Behandlung von Abwasser durch katalytische Oxidation zu entnehmen. Abwasserströme, beinhaltend unterschiedliche Verunreinigungen, werden wirtschaftlich und effizient bei Umgebungstemperatur und Umgebungsdruck mit Wasserstoffperoxid, Sauerstoff oder Ozon in Gegenwart eines heterogenen Katalysators behandelt, beinhaltend ein Element, ausgewählt aus der Gruppe Ni, Ru, Co, Fe, Cu, Mn, Li oder einem Gemisch daraus, basierend auf einem Metalloxid, ausgewählt aus der Gruppe, beinhaltend MgO, CaO, SnO₂, PbO und Gemischen daraus.
Schließlich offenbart der Fachaufsatz „BG Chemie, Sichere Chemiearbeit, Nr. 07/04, Seite 83" ein neuartiges Verfahren zur Wasserentkeimung. In der Industrie wird Wasser insbesondere als Kühlmedium zur Luftbefeuchtung oder als Waschmedium in Kreisläufen eingesetzt. Die Wassertemperatur in diesen Kreisläufen bietet oftmals ideale Wachstumsbedingungen für Mikroorganismen, wie Bakterien, Pilze oder Hefen, die erhebliche gesundheitliche Risiken, z. B. Infektionen und/oder Allergien, hervorrufen können. Mit einem neuen Verfahren, das ein Mitgliedsunternehmen der BG Chemie entwickelt hat, können die Grenzwerte der Keimzahlen im Wasser zuverlässig eingehalten werden.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren für die Papierherstellung bereitzustellen, mit dem es möglich ist, eine unkontrollierte Biofilmbildung ohne unerwünschte Nebenwirkungen auf Mensch, Umwelt und Material zu unterbinden.
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass das zur Papierherstellung eingesetzte Wasser und/oder das Wasser von Zusatzkomponenten in Kontakt mit einem Vollmetallkatalysator gebracht wird, und dass diesem Wasser einmal wöchentlich bis einmal stündlich eine peroxidhaltige Lösung zugegeben wird, so dass nach der Zugabe der peroxidhaltigen Lösung die Peroxidkonzentration im Prozesswasser 1 bis 100 ppm beträgt.
Unter Zusatzkomponenten bei der Papierherstellung versteht der Fachmann Leim, Kalk, Kreide, Kaolin und andere Weißmacher.
Vorteilhafte Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Verfahrens sind den zugehörigen Unteransprüchen zu entnehmen.
Insbesondere kann die mikrobiologische Belastung des Prozesswassers erheblich reduziert werden, wenn die mikrobiologisch sehr stark belasteten Zuschlagsstoffe, insbesondere die Kreideslurry, die der Papiermasse zur Verbesserung der Oberflächenqualität des Papiers beigefügt wird, vor Eintritt in das Prozesswasser in analoger Weise durch die kombinierte Anwendung von Vollmetallkatalysator und Wasserstoffperoxid nachhaltig entkeimt wird.
Einem weiteren Gedanken der Erfindung gemäß kommt ein edelmetallfreier Vollmetallkatalysator zum Einsatz.
Der Vollmetallkatalysator kann in unterschiedlicher Form vorliegen. Denkbar sind Ausgangsmaterialien wie Draht, Blech, Folie, Schaum. Diese Ausgangsmaterialien können als Gestricke, Gewebe, Wabenformkörper oder strukturierte Packungen ausgeführt sein.
Die peroxidhaltige Lösung besteht, einem weiteren Gedanken der Erfindung gemäß, aus Wasserstoffperoxid, das unmittelbar vor oder am Vollmetallkatalysator zudosiert wird.
Der Vollmetallkatalysator kann entweder direkt in einen Behälter der Produktionslinie eingebaut oder aber in eine Kartusche platziert werden, die in die Prozess- oder Zulaufwasserleitung eingebaut wird.
Vorteilhaft einsetzbare Vollmetallkatalysatoren haben eine chemische Zusammensetzung, bei der die Elemente Ni, Cr und Fe mit > 70% vertreten sind.
Begleitelemente, wie V, Nb, Mo, W, Ti, Cu, Mn, Co, Al in einer Größenordnung von 0,05 bis 10% je Element sind ebenfalls denkbar.
Alternativ zu Wasserstoffperoxid können als peroxidhaltige Lösung auch wässrige Lösungen von Peroxiden, Hyperoxiden, Peroxidsulfaten, -carbonaten, Perboraten oder ähnlichen Wasserstoffperoxid abspaltende Verbindungen eingesetzt werden.
Die Erfindung wird durch nachfolgende Beispiele näher erläutert.
Beispiel 1:
In einer Anlage zur Herstellung von Papier durchläuft das Wasser, welches mit Altpapier in Kontakt gebracht wurde, einen Siebwasserkreislauf mit 700 m³ Systeminhalt und einem Volumenstrom von ca. 50 m³/h. In dem Siebwasserkreislauf wurden 4 Stück Katalysatorelemente mit den Maßen 0,5 × 1,0 m je Element mit insgesamt 4 m² Vollmetallkatalysator derart platziert, dass das gesamte Wasser in Kontakt mit dem Katalysator gerät. Dem Wasser im Siebwasserkreislauf wird alle 10 Stunden eine wasserstoffperoxidhaltige Lösung zugegeben, wobei unmittelbar nach der Zugabe die Wasserstoffperoxidkonzentration ca. 10 ppm beträgt. Der Vollmetallkatalysator beinhaltet hierbei als wesentliche Elemente Ni, Cr und Fe in einer Größenordnung von 92 Gewichtsprozent.
Dadurch konnte die Gesamtkoloniezahl im System von 10⁶ KBE/ml auf < 10⁴ KBE/ml vermindert werden, die Belastung mit Pilzen ging von mäßig auf schwach zurück. Gerüche, insbesondere nach H₂S, waren nicht mehr wahrnehmbar.
Weiterhin wurde beobachtet, dass aufgrund der Verminderung der Gesamtkeimzahl des Systems der Schleimanfall (Biofilm) deutlich zurückgedrängt wurde.
Beispiel 2:
Zur Herstellung von Papier werden ca. 1000 m³/h Wasser benötigt. Das Wasser wird in einem Reinwasserbecken gesammelt und anschließend je nach Bedarf den einzelnen Stufen und Aggregaten, welche zur Papierherstellung nötig sind, zugeleitet. Im Reinwasserbecken wurden 15 Stück Katalysatorelemente mit den Maßen 0,5 × 1,0 m je Element mit insgesamt ca. 120 m² Vollmetallkatalysator derart platziert, dass das gesamte Wasser in Kontakt mit dem Katalysator gebracht wird. Dem Wasser wird 2 bis 4-mal täglich eine wasserstoffperoxidhaltige Lösung zugegeben, so dass unmittelbar nach der Zugabe die Wasserstoffperoxidkonzentration ca. 5 ppm beträgt. Die Gesamtkoloniezahl des so behandelten Wassers ging von 10⁴ KBE/ml auf < 10² KBE/ml zurück. Außerdem erfolgte eine nahezu vollständige Eliminierung der Biofilme in den Anlagen, verbunden mit der Unterdrückung der Neubildung von Biofilm.
Beispiel 3
Eine Kreideslurry, die der Papiermasse zur Verbesserung der Oberflächenqualität des Papiers beigefügt wird, ist mit ca. 10⁷ KBE/ml biologisch belastet. Im Laborversuch wurden einem Liter dieser Slurry 2 g Vollmetallkatalysator zugefügt und anschließend die Slurry unter Rühren mit 1,6 ml 30%iger Wasserstoffperoxidlösung versetzt. Bereits nach 4 Stunden war die Gesamtkoloniezahl auf << 10³ KBE/ml gesunken.

Claims

Verfahren zur Herstellung von Papier, wobei das zur Papierherstellung eingesetzte Wasser und/oder das Wasser von Zusatzkomponenten in Kontakt mit einem Vollmetallkatalysator gebracht wird, und dass diesem Wasser einmal wöchentlich bis einmal stündlich eine peroxidhaltige Lösung zugegeben wird, so dass nach der Zugabe der peroxidhaltigen Lösung die Peroxidkonzentration im Prozesswasser 1 bis 100 ppm beträgt.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass ein Vollmetallkatalysator aus einer edelmetallfreien Legierung verwendet wird.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Vollmetallkatalysator in form von Draht, Blech, Folie oder Schaum verwendet wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass ein Vollmetallkatalysator verwendet wird, dessen Oberfläche so ausgeführt ist, dass bei der Aktivierung von Peroxiden keine Korrosion des Metalls erfolgt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Vollmetallkatalysator in Form von Gestricken, Geweben, Wabenformkörpern oder strukturierten Packungen verwendet wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Katalysatorformlinge in einem Behälter der Produktionslinie eingebaut werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Katalysatorformlinge in einer Kartusche, die in eine Zulauf- oder Prozesswasserleitung eingebaut ist, platziert werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Zugabe der peroxidhaltigen Lösung unmittelbar vor oder am Vollmetallkatalysator erfolgt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass als peroxidhaltige Lösung Wasserstoffperoxid eingesetzt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass ein Vollmetallkatalysator eingesetzt wird, dessen wesentliche Bestandteile aus Ni, Cr und Fe in einer Größenordnung > 70 Gewichtsprozent gebildet sind.