DE102007054207A1 - Zweistufiges Verfahren zur Chemikalien-Rückgewinnung aus Abwasser - Google Patents

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Rückgewinnung von Chemikalien aus Abwasser, das bei der Herstellung von Faserstoff aus lignocellulosischem Rohstoff unter Einsatz von Schwefelsalzen entsteht, wobei das Abwasser einer mindestens einstufigen anaeroben Abwasserbehandlung unterzogen wird, wobei Schwefel und/oder Schwefelverbindungen erzeugt werden, dadurch gekennzeichnet, dass die anaerobe Abwasserbehandlung mindestens eine Stufe zur bevorzugdungen und mindestens eine Stufe zur bevorzugten Erzeugung von Methan und/oder Kohlendioxid aufweist.

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Chemikalien-Rückgewinnung aus Abwasser, das bei der Herstellung von Faserstoff aus lignocellulosischem Rohstoff mittels Schwefelverbindungen entsteht.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • Erfindungsgemäß wird ein Verfahren nach Anspruch 1 zur Lösung der vorstehenden Aufgabe vorgeschlagen.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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%.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • Soweit in dieser Patentanmeldung verschiedene Ausführungen des erfindungsgemäßen Rückgewinnungsverfahrens beschrieben wurden, können diese verschiedenen Ausfüh rungen auch miteinander kombiniert werden.
  • Details des erfindungsgemäßen Verfahrens werden an Hand des nachfolgenden Ausführungsbeispiels erläutert.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
  • Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
  • Zitierte Patentliteratur
    • - WO 99/51532 [0007]
    • - DE 102005050997 [0007]
    • - DE 102006027006 [0032]

Claims (13)

  1. Verfahren zur Rückgewinnung von Chemikalien aus Abwasser, das bei der Herstellung von Faserstoff aus lignocellulosischem Rohstoff unter Einsatz von Schwefelsalzen entsteht, wobei das Abwasser einer anaeroben Abwasserbehandlung unterzogen wird, wobei Schwefel und/oder Schwefelverbindungen erzeugt werden, dadurch gekennzeichnet, 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.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens eine Stufe zur Erzeugung von Schwefel und/oder Schwefelverbindungen vor der mindestens einen Stufe zur bevorzugten Erzeugung von Methan und/oder Kohlendioxid angeordnet ist.
  3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass in der mindestens einen Stufe zur bevorzugten Erzeugung von Schwefel und/oder Schwefelverbindungen auch niedermolekulare sauerstoffzehrende Substanzen umgesetzt werden.
  4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass in der mindestens einen Stufe zur bevorzugten Erzeugung von Methan und/oder Kohlendioxid auch höhermolekulare sauerstoffzehrende Substanzen umgesetzt werden.
  5. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die bei der anaeroben Abwasserbehandlung erzeugten Schwefelverbindungen, insbesondere Schwefel, Schwefelwasserstoff und Schwefeldioxid, zu Schwefelsalzen für die Herstellung von Faserstoffen umgesetzt werden.
  6. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass bei der anaeroben Abwasserbehandlung erzeugtes Methan und Kohlendioxid zur Energieerzeugung eingesetzt wird.
  7. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass bei der anaeroben Abwasserbehandlung erzeugtes Filtrat zur Herstellung von Schwefelsalzen eingesetzt wird.
  8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass Filtrat, das alkalische Verbindungen, insbesondere Karbonate, enthält, zur Herstellung von Schwefelsalzen eingesetzt wird.
  9. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die im Abwasser enthaltenen Schwefelsalze zu mindestens 10%, vorzugsweise zu mindestens 50%, bevorzugt bis zu 75% durch die anaerobe Abwasserbehandlung in Schwefel und Schwefelverbindungen umgesetzt werden.
  10. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zur anaeroben Abwasserbehandlung psychrophile, mesophile oder thermophile Mikroorganismen eingesetzt werden.
  11. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass durch die anaerobe Abwasserbehandlung mindestens 5%, bevorzugt bis zu 25%, vorteilhaft bis zu 50% des ursprünglich im Abwasser vorhandenen Chemischen Sauerstoffbedarfs (CSB) abgebaut sind.
  12. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der CSB-Gehalt des Abwassers der Faserstoff-Herstellung bis zu 150 g/l COD enthält, bevorzugt von 20 g/l bis 120 g/l, besonders bevorzugt von 40 g/l bis 100 g/l.
  13. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Abwasser, das Schwefelsalze enthält, vor der anaeroben Abwasserbehandlung eine oxidierende Vorbehandlung erfährt.
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