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Die
Erfindung betrifft ein Verfahren zur Chemikalien-Rückgewinnung
aus Abwasser, das bei der Herstellung von Faserstoff aus lignocellulosischem Rohstoff
mittels Schwefelverbindungen entsteht.
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Die
Herstellung von Faserstoff aus lignocellulosischem Rohstoff zur
Herstellung von z. B. Papier oder Pappe erfolgt in großem
industriellem Maßstab. Bei der Mehrzahl der Verfahren zur
Herstellung von z. B. CTMP, Hochausbeute- oder Vollzellstoff werden Schwefelsalze
in wässriger Lösung, ggf. unter Zusatz von organischen
Lösungsmitteln wie insbesondere Alkohol, zum Erweichen
und/oder Lösen des Lignins eingesetzt. Hauptsächlich
werden Sulfite oder Sulfide für den Aufschluss von Holz
oder Einjahrespflanzen eingesetzt. Als Basen werden meist Natrium, Calcium,
Magnesium und/oder Ammonium eingesetzt. Je nach Aufschluss-Verfahren
werden zusätzlich Säuren, Laugen oder Additive
wie Chinon-Komponenten zugesetzt. Ein typisches Beispiel für
eine Aufschluss-Chemikalie ist Natriumsulfit, z. B. eingesetzt in
einem Faserstoff-Aufschluss, der bei Anfangs-pH-Werten von 9–10
geführt wird, zum Erzeugen von Kiefer-Hochausbeutefaserstoff.
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Sowohl
wegen der Kosten als auch aus Gründen des Umweltschutzes
müssen die eingesetzten Chemikalien, insbesondere die Schwefelsalze,
-sofern nicht sehr geringe Mengen eingesetzt werden-zurückgewonnen
werden. Dies geschieht heute, indem das Abwasser der Faserstoff-Herstellung
zunächst durch Eindampfen aufkonzentriert wird. Dann wird
das konzentrierte Abwasser bei Temperaturen über 1000°C
verbrannt. Die organischen Bestandteile (Kohlenhydrate, Lignin)
werden während der Verbrennung zersetzt, die anorganischen Bestandteile
werden aufgefangen und zum erneuten Einsatz für die Herstellung
von Faserstoff aufbereitet. Nachteilig hierbei sind vor allem die
erheblichen Investitionskosten für die Anlagen, in denen
die Rückgewinnung durchge führt wird. Weiter nachteilig
ist die komplexe und aufwändige Verfahrensführung
bei der Aufbereitung der Aufschlusschemikalien. Insbesondere das
Eindampfen und Verbrennen des Abwassers ist energieaufwändig
und erfordert teure Anlagen.
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Es
besteht also Bedarf, ein Verfahren zur Rückgewinnung von
Chemikalien für den Aufschluss von Faserstoff aus lignocellulosischem
Rohstoff unter Einsatz von Schwefelsalzen vorzuschlagen, das geringe
Investitionskosten verursacht.
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Erfindungsgemäß wird
ein Verfahren nach Anspruch 1 zur Lösung der vorstehenden
Aufgabe vorgeschlagen.
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Das
Verfahren setzt die Behandlung von Abwässern aus der Faserstoff-Herstellung
mittels anaerober Mikroorganismen voraus. Abwässer, die
Substanzen enthalten, deren Abbau Sauerstoff verbraucht, werden
als Abwässer mit einer CSB-Belastung bezeichnet (CSB =
Chemischer Sauerstoff-Bedarf). Solche Abwässer kommen vielfältig
vor, sei es als gewerbliche, kommunale oder industrielle Abwässer.
Bei der anaeroben Abwasserbehandlung wird die CSB-Belastung durch
Einwirkung von Mikroorganismen (Bakterien) abgebaut, die unter Sauerstoff-Abschluss,
meist im Dunkeln und bei Temperaturen von 15°C bis 25°C
(psychrophile Mikroorganismen), von 25°C bis 45°C
(mesophile Mikroorganismen) oder von 45°C bis 70°C,
vereinzelt auch bei höheren Temperaturen, (thermophile
Mikroorganismen) diese sauerstoffzehrenden Substanzen, meist organische
Materie, abbauen.
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Die
Mikroorganismen werden als Schlamm mit dem zu behandelnden Abwasser
versetzt, wobei verschiedene Verfahren bekannt sind, von Durchmischungsreaktoren über
Festbettreaktoren bis zu Reaktoren, die als Schlammbett- oder Pellet-Reaktoren z.
B. nach dem UASB-Verfahren (upflow anaerob sludge blanket-Verfahren)
arbeiten, wie z. B. in der
WO
99/51 532 (Zeppelin Silo- und Apparatetechnik GmbH) oder
in der
DE 10 2005 050 997 (Aquatyx GmbH)
beschrieben. Auch das EGSB-Verfahren (Expanded Granulated Sludge
Blanket-Verfahren) ist zur Durchführung des erfindungsgemäßen
Verfahrens geeignet. Die Beschreibung der in den angegebenen Schriften
offenbarten Bau- und Verfahrensweise von UASB-Reaktoren machen wir
hiermit zum Gegenstand dieser Patentanmeldung. Es wird ausdrücklich angemerkt,
dass die Erfindung nicht auf bestimmte Verfahren oder Reaktoren
der anaeroben Abwasserbehandlung beschränkt ist.
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Zu
Beginn der anaeroben Abwasserbehandlung werden Abwasser und Mikroorganismen
miteinander in Berührung gebracht. Am Ende der Abwasserbehandlung
entstehen Schlamm, Filtrat und gasförmige Bestandteile.
Der Schlamm macht mit ca. 10% der abgebauten CSB-Belastung nur einen
verhältnismäßig kleinen Bestandteil aus.
Das Gas, in der Regel Methan und Kohlendioxid, wird als Biogas bezeichnet
macht 90% der abgebauten CSB-Belastung aus und wird zur Energieerzeugung
eingesetzt. Das Filtrat wird als gereinigtes Abwasser dem Vorfluter zugeführt.
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Die
anaerobe Abwasserbehandlung verläuft in vier Haupt-Reaktionsschritten.
Zunächst werden die organischen Substanzen, die als CSB-Belastung erfasst
werden, hydrolysiert. Die Hydrolyseprodukte, z. b. Oligomere oder
Monomere werden nach Acidogenese in organische Säuren und/oder
Alkohole umgewandelt. Diese organischen Säuren oder Alkohole werden
durch Acetogenese in Wasserstoff und Acetate umgesetzt. Actetate
und Wasserstoff werden infolge Methanogenese zu Methan umgesetzt.
Die zur Herstellung von Methan führenden Reaktionen werden
bei den bekannten Verfahren der Abwasserbehandlung bevorzugt. Gleichzeitig
laufen unerwünschte, konkurrierende Reaktionen ab, die
z. B. zur Freisetzung von Kohlendioxid und/oder Schwefelwasserstoff
führen. Die organischen Substanzen werden durch die Einwirkung
anaerober Mikroorganismen also reduziert. Zur Reduzierung des CSB
tragen alle der oben genannten Reaktionen bei. Dabei dienen insbesondere
Acetat-Verbindungen als Nährstoff für Bakterien,
sowohl für Schwefel reduzierende Bakterien als auch für
Methan erzeugende Bakterien.
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Im
Umfeld der Faserstoff-Herstellung und -Verarbeitung ist der Einsatz
der anaeroben Abwasserbehandlung beschrieben worden für
den Abbau der CSB-Belastung von Abwässern von schwefelfreien
Soda-Aufschlüssen von landwirtschaftlichen Rohstoffen,
für den Abbau der CSB-Belastung von Abwässern
aus der Papierherstellung und für den Abbau der CSB-Belastung
von Brüdenkondensaten der Viskoseherstellung.
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Für
die bekannte, vorbeschriebene anaerobe Abwasserbehandlung wird stets
ange merkt, dass die aufzubereitenden Abwässer frei von
Schwefelverbindungen sein sollen, weil die Umsetzung von Schwefelverbindungen
in Schwefelwasserstoff gegenüber der erwünschten
Umsetzung von Kohlenstoffverbindungen in Methan bevorzugt abläuft.
In Gegenwart von Schwefelverbindungen wird also die Ausbeute an
Methan beeinträchtigt. Außerdem bereitet Schwefelwasserstoff
bei der Nutzung von Biogas Korrosionsprobleme.
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Es
ist die besondere Leistung der Erfinder, die Eignung der anaeroben
Abwasserbehandlung zur Rückgewinnung von Chemikalien aus
Faserstoff-Abwasser erkannt zu haben, das Schwefelsalze enthält.
Die Erfinder schlagen gegenüber dem Stand der Technik ganz
abweichende Prioritäten bei der Durchführung des
erfindungsgemäßen Verfahrens vor. Es kommt erfindungsgemäß nicht
auf eine maximierte Erzeugung von Biogas oder auf einen maximierten
Abbau der CSB-Belastung an. Vielmehr sollen die im Abwasser enthaltenen
Schwefelsalze von der Base (z. B. Natrium, Calcium, Magnesium oder Ammonium)
getrennt und zu Schwefel und/oder Schwefelverbindungen umgesetzt
werden. Bevorzugt wird die Erzeugung von Schwefel, Schwefelwasserstoff
und/oder Schwefeldioxid. Schwefel schwimmt auf dem Filtrat auf,
Schwefelwasserstoff wird als Gas freigesetzt, Schwefeldioxid liegt
entweder gasförmig oder in Wasser bzw. Filtrat gelöst
vor. Die Rückgewinnungsrate der Schwefelsalze des Abwassers
beträgt mit dem erfindungsgemäßen Verfahren
mindestens 10%, bevorzugt bis zu 50%, in der Regel bis zu 70%.
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Um
die Rückgewinnung der Aufschlusschemikalien zu optimieren,
wird erfindungsgemäß vorgeschlagen, dass die anaerobe
Abwasserbehandlung mindestens eine Stufe zur bevorzugten Erzeugung von
Schwefel und/oder Schwefelverbindungen und mindestens eine Stufe
zur bevorzugten Erzeugung von Methan und/oder Kohlendioxid aufweist.
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Dadurch,
dass zwei Stufen vorgesehen sind, die zur Erzeugung unterschiedlicher
Abbauprodukte ausgelegt sind, können jeweils gesondert
Mikroorganismen für jede Stufe konditioniert werden, die
einerseits bevorzugt auf die Erzeugung von Schwefel und/oder Schwefelverbindungen
konditioniert sind, und die andererseits bevorzugt auf die Erzeugung von
Methan und/oder Kohlendioxid konditioniert sind. Konkurrierend ablaufende
Reaktionen werden so gezielt getrennt, was insgesamt zu einer verbesserten Effizienz
des Verfahrens und zu einer stabileren Betriebsweise der Abwasserbehandlung
führt. Die weitgehende Trennung der Erzeugung von Schwefel und/oder
Schwefelverbindungen, vorwiegend Schwefelwasserstoff, von der Erzeugung
von Biogas ermöglicht zudem eine einfachere Verarbeitung
der von den anaeroben Mikroorganismen freigesetzten Gase. Auch die
Anlagen können, z. B. hinsichtlich der zu verwendenden
Baustoffe für die je nach Stufe mehr oder weniger korrosiven
Gase an die unterschiedlichen Stufen besser angepasst werden.
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Da
die Umsetzung zu Schwefel und/oder Schwefelverbindungen bevorzugt
gegenüber der Erzeugung von Methan und/oder Kohlendioxid
abläuft, hat es sich als vorteilhaft erwiesen, die mindestens eine
Stufe zur Erzeugung von Schwefel und/oder Schwefelverbindungen vor
der mindestens einen Stufe zur Erzeugung von Methan und/oder Kohlendioxid
anzuordnen. Auf diese Weise ist es möglich, mindestens
10%, vorzugsweise bis zu 50%, vorteilhaft bis zu 70% des Schwefels,
der in Form von Schwefelsalzen im Abwasser vorliegt, in Form von Schwefel
und/oder Schwefelverbindungen zurückzugewinnen.
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Weiter
ist es von Vorteil, wenn bei der anaeroben Abwasserbehandlung die
vom Schwefel getrennte Base, die in Wasser gelöst vorliegt,
mit dem Filtrat ausgetragen wird. Bevorzugt ist die Base zu Carbonat
oxidiert, z. B. Natrium-, Calcium-, Magnesium- oder Ammoniumcarbonat.
Es kann aber auch eine Umsetzung zu Hydroxiden erfolgen; auch eine Mischung
von Oxidationsprodukten ist möglich, beispielsweise in
der Form, dass Carbonate und Hydroxide nebeneinander vorliegen.
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Das
erfindungsgemäße Verfahren kann im einfachsten
Fall mit jeweils einer Stufe zur Erzeugung von Schwefel und/oder
Schwefelverbindungen einerseits und Methan und Kohlendioxid andererseits durchgeführt
werden. Um wirtschaftliche Größenordnungen für
die Abwasserbehandlungs-Reaktoren zu erreichen, können
mehrere Reaktoren parallel zueinander betrieben werden. Es ist aber
auch möglich, jeweils mehrere der beiden erfindungsgemäß vorgeschlagenen,
anaeroben Behandlungsstufen nacheinander durchzuführen,
insbesondere dann, wenn dadurch die Rückgewinnungsrate
der Chemikalien gesteigert wird.
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Mit
dem Schwefel, den gasförmigen und/oder in Wasser gelösten
Schwefelverbindungen und ggf. dem alkalischen Filtrat stehen aus
Abwasser zurückgewonnene Chemikalien zur Verfügung.
Das erfindungsgemäße Verfahren arbeitet bei Temperaturen
von deutlich unter 100°C. Die für die Aktivität
der psychrophilen, mesophilen oder thermophilen Mikroorganismen
geeigneten Temperaturen liegen bei maximal 70°C, also weit
unter den Temperaturen, bei denen die bekannten Rückgewinnungs-Verfahren
arbeiten.
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Es
ist als besonderer Vorteil des erfindungsgemäßen
Verfahrens anzusehen, dass eine Eindampfung des aufzubereitenden
Abwassers nicht erforderlich ist. Die Einsparung der Eindampfung
bewirkt eine erhebliche Verringerung der Betriebs- und Investitionskosten
und eine wesentlich vereinfachte Verfahrensführung. Auch
das Einsparen der Ablaugen-Verbrennung reduziert die Betriebs- und
Anlagenkosten und vermeidet einen kritischen und aufwändigen
Verfahrensschritt.
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Nach
einer bevorzugten Ausführung des erfindungsgemäßen
Verfahrens werden in der mindestens einen Stufe zur bevorzugten
Erzeugung von Schwefel und/oder Schwefelverbindungen auch niedermolekulare
sauerstoffzehrende Substanzen umgesetzt. Monomere und/oder Oligomere,
die im Abwasser der Faserstoff-Herstellung enthalten sind, werden
von den anaeroben Mikroorganismen, die bevorzugt auf die Umsetzung
von Schwefelsalzen zu Schwefel und/oder Schwefelverbindungen konditioniert
sind, mit abgebaut.
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Nach
einer bevorzugten Ausführung des erfindungsgemäßen
Verfahrens werden in der mindestens einen Stufe zur bevorzugten
Erzeugung von Methan und/oder Kohlendioxid auch höhermolekulare sauerstoffzehrende
Substanzen umgesetzt. Höhermolekulare sauerstoffzehrende
Substanzen, typischerweise Lignin oder Ligninabbauprodukte, aber auch
höhermolekulare Kohlenhydrate werden von den anaeroben
Mikroorganismen, die bevorzugt auf die Umsetzung von sauerstoffzehrenden
Substanzen zu Methan und/oder Kohlendioxid konditioniert sind, abgebaut.
Durch diese spezielle Konditionierung der anaeroben Mikroorganismen
jeweils auf den Abbau von nieder- oder höhermolekularer
sauerstoffzehrender Substanzen wird insgesamt ein verbesserter Abbau der
CSB-Belastung des Abwassers erreicht.
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Die
Erzeugung von Methan und/oder Kohlendioxid ist in Ergänzung
zur Umsetzung der Schwefelverbindungen eine vorteilhafte Option
des erfindungsgemäßen Verfahrens, weil gegenüber
der konventionellen Chemikalien-Rückgewinnung überschüssige
Energie nicht nur in Form von Strom und Wärme bereitgestellt
werden kann. Vielmehr wird ein primärer Energieträger
erzeugt, der weitaus vielfältiger eingesetzt und genutzt
werden kann. Besonders vorteilhaft ist es, dass dieser Energieträger
bei Bedarf auch gespeichert werden kann.
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Nach
einer bevorzugten Ausführung des erfindungsgemäßen
Verfahrens wird durch die anaerobe Abwasserbehandlung mindestens
5%, bevorzugt aber mehr als 25%, besonders bevorzugt bis zu 50% der
ursprünglich im Abwasser vorhandenen CSB-Belastung abgebaut.
Das erfindungsgemäße Verfahren gibt zwar der Rückgewinnung
der Chemikalien Vorrang, trägt aber trotzdem zur Reduktion
der CSB-Belastung bei. Auch die Umsetzung von Schwefel-Verbindungen,
die nicht zu einer entsprechenden Methan-Erzeugung führt,
trägt zu einer weiter verbesserten Energiebilanz des Verfahrens
bei.
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Es
erweist sich weiter als vorteilhaft, wenn die CSB-Belastung des
Abwassers aus der Faserstoff-Herstellung bis zu 150 g/l CSB enthält,
weil dann die Rückgewinnungsrate der Chemikalien und die
Abbaurate des CSB besonders hoch sind und das Verfahren entsprechend
wirtschaftlich durchgeführt werden kann. Bevorzugt werden
Abwässer eingesetzt, die eine CSB-Belastung von 20 g/l
bis 120 g/l, insbesondere von 40 g/l bis 100 g/l aufweisen. Insbesondere
die Abwässer von CTMP-Faserstoff oder von Hochausbeute-Faserstoff,
die unter Einsatz von Schwefelverbindungen erzeugt werden, weisen CSB-Belastungen
in dem vorgenannten Rahmen auf.
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Es
ist als besonderer Vorteil des erfindungsgemäßen
Verfahrens anzusehen, dass die zurückgewonnenen Chemikalien
nach einer bevorzugten Weiterbildung mit nur wenigen, einfachen
und nicht energieaufwändigen Schritten in Chemikalien umgesetzt werden
können, die für eine erneute Verwendung in einem
Faserstoff-Aufschluss mittels Schwefelsalzen eingesetzt werden können.
Je nach Zusammensetzung der Ablauge liegt als Reaktionsprodukt der
anaeroben Abwasseraufbereitung Schwefel vor. Schwefel wird insbesondere
dann erzeugt, wenn im Rahmen der anaeroben Abwasseraufbereitung
die Natrium-Komponente der Ablauge nicht zu Natriumcarbonat sondern
zum wesentlich alkalischeren Natriumhydroxid umgesetzt wird. Der
Schwefel kann mittels Sauerstoffzufuhr, beispielsweise durch Verbrennen,
zu Schwefeldioxid oxidiert werden und dann weiter mit alkalischem
Filtrat zu Alkalisulfit umgesetzt werden.
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Alternativ
kann während der anaeroben Abwasseraufbereitung Schwefelwasserstoff
entstehen, der mit Sauerstoff zu Schwefeldioxid und anschließend
mit alkalischem Filtrat zu Alkalisulfit umgesetzt werden kann. Außerdem
kann gasförmiges oder in Wasser gelöstes Schwefeldioxid
mit alkalischem Filtrat zu Alkalisulfit umgesetzt werden. Es kann
auch eine direkte Umsetzung des Schwefelwasserstoffs mit Wasser
und Alkali, z. B. mit Filtrat im Rahmen einer Gaswäsche,
zu Alkalisulfid erfolgen. Hier zeigt sich die Einfachheit der Verfahrensführung,
die ohne aufwändige Verfahrensschritte wieder gebrauchsfertige
Aufschlusslösung bereitstellt.
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Um
die Effizienz der anaeroben Abwasserbehandlung zu verbessern kann
nach einer bevorzugten Ausführung des erfindungsgemäßen
Verfahrens der anaeroben Abwasserbehandlung eine aerobe und/oder
anaerobe Vorbehandlung des Abwassers vorgeschaltet werden. Eine
solche Vorbehandlung, beispielsweise eine Vorversäuerung,
erweist sich als vorteilhaft, wenn das Abwasser die Bildung unerwünschter,
die Methanogenese störender Substanzen verhindert oder
minimiert werden soll. Die Vorversäuerung ist eine anaerobe
Abwasserbehandlung, die im sauren pH-Bereich abläuft, und
die bevorzugt zur Bildung von Acetaten führt.
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Alternativ
kann auch eine aerobe Vorbehandlung erfolgen, z. B., indem Weißfäulepilze
auf die Ablauge einwirken. Diese biologische Vorbehandlung trägt
dazu bei, dass die Effizienz und Stabilität der anaeroben
Abwasserbehandlung gesteigert wird, wenn die Chemikalien im Abwasser
vor der erfindungsgemäßen anaeroben Abwasserbehandlung so
weit wie möglich oxidiert sind. Schwefelverbindungen werden
zu Sulfat oxidiert, Kohlenstoffverbindungen werden, soweit sie oxidiert
werden, zu Carbonaten oxidiert.
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Soweit
in dieser Patentanmeldung verschiedene Ausführungen des
erfindungsgemäßen Rückgewinnungsverfahrens
beschrieben wurden, können diese verschiedenen Ausfüh rungen
auch miteinander kombiniert werden.
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Details
des erfindungsgemäßen Verfahrens werden an Hand
des nachfolgenden Ausführungsbeispiels erläutert.
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Einer
Anlage zur anaeroben Abwasserbehandlung von Abwasser einer Altpapier-Aufbereitung wird
Schlamm entnommen, der anaerobe Mikroorganismen enthält.
Dieser Schlamm wird über einen Zeitraum von ca. 3 bis 6
Monaten mit einem Abwasser versorgt, das, ausgehend von dem Abwasser
der Altpapier-Aufbereitung, in Schritten von jeweils 5 Volumenprozent
zunehmend durch Abwasser eines alkalischen Sulfitverfahrens zur
Herstellung von Hochausbeute-Faserstoff ersetzt wird, so dass die
Mikroorganismen am Ende des genannten Zeitraums vollständig
auf das neue Abwasser-Substrat umgestellt sind.
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Das
alkalische Sulfitverfahren ist in der
DE 10 2006 027 006 beschrieben.
Wir erklären ausdrücklich, dass der Inhalt dieser
Patentanmeldung auch zur Offenbarung dieser Patentanmeldung zählen
soll. Nach einer typischen Ausführung dieses Verfahrens
wird Natriumsulfit zum Aufschluss von Holz eingesetzt. Die Ausbeute
des Verfahrens liegt bei 85% bezogen auf die ursprünglich
eingesetzte, ofentrockene Holzmasse. Es gehen also während
des Aufschlusses Ca. 15% der Holzsubstanz in Lösung und
werden mit dem Abwasser ausgetragen. Das Abwasser eines solchen
Aufschlusses von lignocellulosischem Rohstoff, hier Holz, weist
eine CSB-Belastung von 55 g/l auf. Der pH-Wert des Abwassers liegt zwischen
6,5 und 7,0 und ist damit ideal für eine effiziente Wirkung
der anaeroben Mikroorganismen. Das Abwasser verlässt die
Faserstoff-Wäsche mit einer Temperatur von ca. 60°C
und kann damit unmittelbar der aeroben oder der anaeroben Abwasserbehandlung
zugeführt werden.
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Das
Abwasser des Hochausbeute-Sulfitaufschlusses enthält Lignin,
darunter sulfonierte Ligninbausteine, Kohlenhydrate, darunter Cellulose
und Hemicellulosen sowie Reaktionsprodukte der Aufschlusschemikalien
und unverbrauchte Chemikalien. Dieses Abwasser wird dann einer ersten
Stufe der anaeroben Abwasserbehandlung zugeführt. Das Abwasser
wird unten in einen UASB-Reaktorturm eingeführt und steigt
in dem Turm aufwärts und dringt dabei durch den darin enthaltenen
Schlamm/die darin ent haltenen mesophilen Mikroorganismen. Die auf
die Behandlung dieses Abwassers konditionierten anaeroben Mikroorganismen
erzeugen bevorzugt Schwefel und/oder Schwefelverbindungen, vor allem Schwefelwasserstoff
und Schwefeldioxid. Da die Umsetzung der Sulfate zu Schwefelwasserstoff
bevorzugt abläuft, werden zunächst die Sulfate
umgesetzt. Überwiegend entweicht Schwefelwasserstoff als Gas,
ein Teil wird aber auch mit Wasser zu Schwefeldioxid umgesetzt,
dass teilweise gasförmig entweicht, teilweise in Wasser
gelöst bleibt. Gleichzeitig werden niedermolekulare sauerstoffzehrende
Substanzen, typischerweise Monomere oder Oligomere z. B. Lignin
oder Kohlenhydrate) abgebaut. Wenn die alkalische Komponente des
Abwassers statt zu Natriumcarbonat anteilig oder überwiegend
zu Natriumhydroxid umgesetzt wird, entsteht bei der Umsetzung von
Schwefelverbindungen auch elementarer Schwefel.
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Das
in der ersten Stufe der anaeroben Abwasserbehandlung weitgehend
von schwefelhaltigen Verbindungen gereinigte Abwasser (das Filtrat
der ersten Stufe) wird im Anschluss in einer zweiten anaeroben Stufe
einer weiteren Abwasserbehandlung unterzogen. Darin erfolgt der
Abbau der CSB-Belastung durch die Umsetzung zu Methan über
die Schritte der Hydrolyse, der Acidogenese, der Acetogenese und
der Methanogenese. Neben dem überwiegend gebildeten Methan
wird auch Kohlendioxid gebildet. Auch für diese zweite
Stufe der anaeroben Abwasserbehandlung erfolgt eine Konditionierung
der Mikroorganismen in der für die erste anaerobe Stufe
beschriebenen Weise.
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Schwefelwasserstoff,
Methan und Kohlendioxid entweichen gasförmig jeweils am
oberen Ende des Turms der ersten bzw. der zweiten Stufe der anaeroben
Abwasserbehandlung. Die Gase, die beim Aufsteigen des Abwassers
im Turm zunächst an die Schlammpellets gebunden bzw. in
diese eingelagert sind, werden jeweils durch Abstreifer von den
Pellets getrennt und aufgefangen. Die vom Gas befreiten Pellets
verlieren an Auftrieb und sinken wieder zum Boden des Turms, wo
der Kreislauf der chemischen Umsetzung erneut beginnt. Das Filtrat,
das noch einen Rest der CSB-Belastung und das Natriumkarbonat und/oder
-hydroxid enthält, wird jeweils an Überläufen
am oberen Ende des Turms entnommen. Das Filtrat, das am Überlauf
des ersten, zum Erzeugen von Schwefelverbindungen ausgelegten UASB-Turms
entnommen wird, wird unten in den zweiten UASB-Turm eingeleitet,
um die CSB-Belastung des Abwassers weiter zu senken und die wirtschaftliche
Effizienz des Verfahrens durch die Erzeugung von Bio gas weiter zu
steigern.
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Es
ist anzumerken, dass eine Trennung von Schwefelwasserstoff und Schwefeldioxid
einerseits und Methan und Kohlendioxid andererseits hier entfällt.
Schwefel und Schwefelverbindungen können am oberen Ende
des ersten UASB-Turms entnommen werden und unmittelbar in das Filtrat
eingeleitet werden, das am Überlauf des zweiten UASB-Turms anfällt.
Aufwändige Leitungs- oder Speichersysteme, die auf den
korrosiven Schwefelwasserstoff ausgelegt sein müssen, können
so nahezu vollständig vermieden werden. Elementarer Schwefel
schwimmt auf dem Filtrat der ersten Stufe auf. Er kann dort abgezogen
werden und wird ebenso wie Schwefelwasserstoff durch Verbrennung
in Schwefeldioxid umgesetzt, das weiter in wässriger Lösung
mit alkalischem Filtrat zu Natriumsulfit umgesetzt werden kann.
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Das
Filtrat weist eine gegenüber dem Abwasser um 50% reduzierte
CSB-Belastung auf. Der in Form von Schwefelsalzen im Abwasser vorliegende
Schwefel wurde zu 75% zu Schwefelwasserstoff, Schwefeldioxid (und
in der Folge unter Verwendung des alkalischen Filtrats zu Natriumsulfat)
umgesetzt.
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Für
einen Sulfid-Aufschluss wird zur Aufbereitung des Abwassers die
gleiche Verfahrensführung (1. Stufe: bevorzugte Erzeugung
von Schwefel, 2. Stufe: bevorzugte Erzeugung von Methan) gewählt.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- - WO 99/51532 [0007]
- - DE 102005050997 [0007]
- - DE 102006027006 [0032]