DE4116557A1

DE4116557A1 - Verfahren zur behandlung von abwasser in anlagen zur aufbereitung von altpapier

Info

Publication number: DE4116557A1
Application number: DE19914116557
Authority: DE
Inventors: Josef Maier; Harald Selder; Wolfgang Dr Matzke; Wolfgang Bassler
Original assignee: Sulzer Escher Wyss GmbH; Escher Wyss GmbH
Current assignee: Voith Paper Fiber and Environmental Solutions GmbH and Co KG
Priority date: 1991-05-21
Filing date: 1991-05-21
Publication date: 1992-11-26

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Behandlung von Abwasser in Anlagen zur Aufbereitung von Altpapier, insbesondere zur Entfernung von Druckfarben und anderen unerwünschten Bestandteilen.

Auf dem Gebiet der Zellstoff-, Halbstoff- und Papierherstellung ist es bekannt, Störstoffe aus dem Kreislaufwasser zu entfernen, insbesondere kolloid dispergierte Substanzen organischer und anorganischer Natur. Zur Einhaltung der vielfach strengen Vorschriften zum Umweltschutz ist es unerläßlich, sauerstoffzehrende Verbindungen, insbesondere kolloidale cellulosische Bestandteile, Lignine, Bindemittel, etc., die in den vorstehend genannten Bereichen anfallen, aus den Wasserkreisläufen zu entfernen oder zumindest zu reduzieren.

Der chemische Sauerstoffverbrauch (CSB) ist eine Meßgröße, der die Gesamtheit der im Kreislaufwasser oder Abwasser gelösten oxidierbaren Substanzen umfaßt.

Die biologische Abwasserklärung stellt zur Zeit eine wirkungsvolle Technologie zur Reduzierung des CSB dar. Die ausgeprägte Eigenschaft des Bioschlammes beruht darauf, kolloiddisperse Stoffe zur Koagulation zu bringen. Davon wird aber nur der biologisch abbaubare Kohlenstoff umfaßt, während der biologisch nicht abbaubare CSB im Abwasser verbleibt.

Von den CSB-verursachenden Substanzen sind vor allem die unerwünscht, die biologisch mit Hilfe bekannter, wirtschaftlicher Verfahren nicht ohne weiteres abbaubar sind. Diese nicht biologisch abbaubaren Störfaktoren müssen entfernt bzw. reduziert werden. Man spricht in diesem Zusammenhang von dem biologisch, mit Hilfe üblicher bekannter und wirtschaftlicher Verfahren nicht abbaubaren CSB.

Der durch die grobdisperse Stoffe und Kolloide verursachte CSB ist im allgemeinen durch chemisch-mechanische Reinigung zu entfernen. Anders ist dies bei den echt oder kolloidal gelösten organischen Substanzen, die einen großen Anteil an biologisch nicht abbaubaren CSB enthalten.

Es ist bekannt, zur Entfernung gelöster organischer Stoffe Adsorptionsmittel einzusetzen. Die dabei erzielte Verringerung der gelösten organischen Stoffe ist jedoch in der Mehrzahl der Fälle nicht ausreichend, um eine weitergehende Abwasserreinigung ersetzen zu können.

Unter der Bezeichnung "Wasserkreisläufe", wie sie hier verwendet wird, sind innerbetriebliche und äußere Kreisläufe zu verstehen, wie z. B. der Primär-, Sekundär- und Tertiär-Kreislauf in der Papierherstellung. Auch eine Vorreinigung des Wassers ist vorgesehen, das der Kläranlage zugeführt wird, wie auch eine Aufbereitung des Restwassers, das der Kläranlage entnommen und eventuell recyclisiert wird.

In den Altpapier-verarbeitenden Papierfabriken ist die Art der Abwasserinhaltsstoffe sehr vielgestaltig: Infolge von Wellpappenabfällen kommt es zu einer Anhäufung von Klebstoffen im Abwasser, die heute weitgehend auf Stärke und CMC basieren. Durch die Oberflächenveredelung gelangen z. B. Latices, Kasein, Gelatine und durch die Papierverarbeitung Druckfarben in das Abwasser. Nicht zuletzt kann verrottetes Altpapier bei schlechter und zu langer Lagerung zu einem hohen CSB beitragen. Bei den genannten Stoffen handelt es sich weitgehend um Makromoleküle, die solvatisiert und deshalb schwer zu flocken sind und außerdem gegenüber Dispersionskolloiden als Schutzkolloide wirken können.

Im weiteren wurde festgestellt, daß der Mahlprozeß einen sehr großen Einfluß auf den CSB ausübt. In Abhängigkeit von der Mahldauer können CSB-Werte von z. B. 250 auf 1200 mg 02/1 steigen. Auch eine Peroxid- oder Hydrosulfit-Bleiche kann zur Erhöhung des CSB beitragen.

Aufgrund der behördlichen Auflagen bemühen sich insbesondere die Papierfabriken zur Zeit sehr intensiv um eine Senkung der spezifischen Abwasserlast ganz allgemein, indem sie den Kreislauf immer mehr schließen. Damit verbunden ist aber ein Anstieg des CSB innerhalb des Stoffsystems einer Papierfabrik. Die große Menge an gelösten organischen Substanzen bildet eine konzentrierte Nährlösung für Mikroorganismen und damit eine wesentliche Ursache für schwerwiegende Probleme, wie Schleimbildung, Geruchsbelästigung und Korrosion. Hohe CSB-Werte werden insbesondere bei der Altpapierverarbeitung einschließlich dem Deinking-Prozeß gemessen.

In der Publikation "Untersuchungen zur Reduzierung des chemischen Sauerstoffverbrauches von Abwässern aus Papierfabriken durch Flockung" von B. Borchers et als in "Zellstoff und Papier", 1977, Heft 10, Seiten 267 ff. wird ein Verfahren unter Zugabe von Aluminiumsulfat und einem organischen Polyelektrolyten beschrieben, wobei die ausgeflockten Störsubstanzen mit Hilfe von Filtration oder Sedimentation entfernt wurden. Dabei hat sich gezeigt, daß beim kombinierten Einsatz von Aluminiumsulfat und einem hochmolekularen Polyacrylamid eine CSB-Reduzierung erzielt wird.

In der Veröffentlichung "Advance treatment of purified sewage for the production of high-brightness pulp and paper" von H.J. Jacobs et als in Tappi, Heft 12, 1973, S. 170-174, wird ein Verfahren unter Verwendung von Alaun und einem Polyelektrolyten und anschließende Flotation der geflockten Störsubstanzen beschrieben.

H. Roediger beschreibt in "Flotation, eine wichtige Technik zur Stoffrückgewinnung, Abwasserreinigung und Schlammeindickung" in "Korrespondenz Abwasser", 23. Jahrgang, Heft 9, 1976, S. 267-273, u. a. die Anwendung der Entspannungsflotation, wobei nach erfolgter Fällung und Flockung große flotierbare Flocken gebildet werden, die auf ihrer Oberfläche weitere Kolloide und sonstige feinste Teilchen aus der Suspension adsorbieren.

Bei der Entspannungs-Flotation wird das Abwasser unter Druck mit Luft gesättigt. Dann wird es in einem offenen Flotationsbecken auf den natürlichen atmosphärischen Druck, also auf 1 bar plus der geringen darüberstehenden Wassersäule entspannt. Dabei werden, auch wenn der anfängliche Überdruck nur wenige bar ausmachte, sehr viel größere Luftmengen frei als dies z. B. bei der Vakuum-Flotation unter künstlicher Druckabsenkung der Fall ist. Baulich, maschinell und betrieblich ist die Entspannungsflotation sehr viel einfacher und kostengünstiger als die Vakuumflotation.

Aus der DE-A-36 27 407 ist ein Verfahren zur Reinigung von Wasserkreisläufen bei der Zellstoff-, Halbstoff- und Papierherstellung bekannt, das dadurch gekennzeichnet ist, daß neben der üblicherweise durchgeführten Flockung von im Kreislaufwasser vorliegenden suspendierten Feststoffteilchen und deren Abtrennung eine Ausfällung von gelösten Störsubstanzen vorgenommen wird.

Veränderungen in der Rohstoffqualität und zunehmend strengere Umweltauflagen erfordern insbesondere auch eine Anpassung der Deinking-Systeme an die jeweiligen Erfordernisse der Altpapieraufbereitung. Dies geschieht durch Modifizierung und immer weitere Aufgliederung der Systembausteine sowie durch Einführung neuer Verfahrensschritte.

Zu diesen Systembausteinen gehören unter anderem Stoffauflösung, Abtrennung störender Verunreinigungen, Ablösung der Druckfarben, differenzierte Techniken zur Entfernung der Druckfarben durch Wäsche und Flotation in unterschiedlicher Reihenfolge, Trennung und Reinigung der Wasserkreisläufe, mechanische Behandlung der nicht-abtrennbaren, störenden Verunreinigungen und die Einführung neuer Bleichtechnologien.

Bekannte Deinking-Systeme arbeiten in der Regel auf der Grundlage von
1. einem reinen Flotationssystem ohne Wasserreinigung, oder
2. einem kombinierten Flotations- und Waschsystem mit Reinigung des Waschfiltrats.

Der übliche Ablauf der Prozesse ist dabei der folgende: Hochkonsistenz-Auflösung - Vorsortierung - Entstippung - Flotation - Cleaner- Behandlung - Feinsortierung - Wäsche/Eindickung - Filtratreinigung bei Wäsche - weitere Eindickung - Dispergierung - Nachbleiche mit Hydrosulfat oder Peroxid.

In der Arbeit von E. Linck et als "Systemüberlegungen beim Deinking von Altpapier", Wochenblatt für Papierfabrikation 6 (1990), Seite 227 bis 232, wird der Aufbau von modernen Deinking-Verfahren und -Anlagen dargestellt. Es werden Ansatzpunkte zur Weiterentwicklung von Deinking-Systemen auf der Basis einer Verbesserung einer oder mehrerer an sich bekannter Verfahrensstufen gemacht, wie z. B. Altpapier-Auflösung, Sortierung, Druckfarben- und Störstoff-Entfernung, Cleaner-Behandlung, Wasserkreisläufe, Dispergierung und/oder Bleichprozeß.

Aufgabenstellung der vorliegenden Erfindung ist die Bereitstellung eines Verfahrens zur Behandlung von Abwasser in Anlagen zur Aufbereitung von Altpapier unter Verwendung von Papiermaschinen-Rückwasser, das sich insbesondere zur Entfernung von Druckfarben und anderen unerwünschten Bestandteilen aus dem aufzuarbeitenden Altpapier eignet, das sich auf einfache Weise und unter weitgehender Verwendung bestehender Deinking-Verfahrenssysteme durchführen läßt, und mit dem insbesondere der chemische Sauerstoffbedarf (CSB), der Gehalt an kolloidalen Bestandteilen und Salzen sowie die mikrobiologische Belastung weiter verringert werden können. Diese Aufgabenstellung wird mit der vorliegenden Erfindung gelöst.

Gegenstand der Erfindung ist ein Verfahren zur Behandlung von Abwasser in Anlagen zur Aufbereitung von Altpapier unter Verwendung von Papiermaschinen-Rückwasser nach Patentanspruch 1, das die Verfahrensschritte enthält:

a) Vorflotation,
b) Wäsche und/oder Eindickung,
c) Zerkleinerung und Ablösung verbleibender unerwünschter und nicht faseriger Bestandteile,
d) oxidierende und/oder reduzierende Bleiche im Hochkonsistenz- und/oder Mittelkonsistenz-Bereich bei erhöhter Temperatur,
e) Entfernung von Druckfarben und anderen unerwünschten Bestandteilen mittels nachfolgender Flotation, Wäsche und/oder Eindickung, und
f) Reinigung der Wasch- und/oder Eindickfiltrate nach Zugabe von Flockungshilfsmitteln mittels Entspannungsflotation,

dadurch gekennzeichnet, daß

g) die Wasch- und/oder Eindickfiltrate nach Stufe (f) einer nachfolgenden weiteren Wasserreinigung unterworfen werden.

Zweckmäßige Ausgestaltungen davon sind Gegenstand der Ansprüche 2 bis 12. Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren ist es möglich, unter weitgehender Verwendung an sich bekannter Verfahrensstufen und Deinking-Anlagen den chemischen Sauerstoffbedarf (CSB), den Gehalt an kolloidalen Bestandteilen und Salzen sowie die mikrobiologische Belastung gegenüber bekannten Systemen weiter zu verringern.

Erfindungsgemäß bevorzugte Verfahren zur nachfolgenden weiteren Wasserreinigung nach Verfahrensschritt (g) sind: Fällung und Flockung; Adsorption; Adsorption sowie Fällung und/oder Flockung. Eine Fällung/Flockung mittels Elektrolyse und die Entfernung der Niederschläge durch Entspannungsflotation sind ebenfalls möglich.

In einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens wird dem Verfahrensschritt (g) eine (h) Mikrofiltration (Partikelfiltration) nachgeschaltet, um nachgeflockte oder sonstige noch vorhandene Feststoffe zu entfernen. Dem Verfahrensschritt (g) und/oder (h) ist vorzugsweise noch eine Ultrafiltration (Membranfiltration) nachgeschaltet, um zusätzliche Wasserinhaltsstoffe, insbesondere kolloidales Material von kleinster Partikelgröße und Mikroorganismen zu entfernen.

Der letzten Verfahrensstufe kann zweckmäßigerweise auch noch eine Umkehrosmose oder eine damit äquivalente Verfahrensmaßnahme, wie z. B. Salzausfällung, gefolgt von Ultrafiltration, nachgeschaltet sein, um weitere Wasserinhaltsstoffe, insbesondere chemisch gelöste Inhaltsstoffe, zu entfernen.

In einer weiteren bevorzugten erfindungsgemäßen Ausführungsform wird das saure Klarwasser zur Verdünnung in den Disperger geführt, um Agglomerationen zu erzeugen, die in der nachfolgenden Flotationsstufe entfernbar sind.

Im Verfahrensschritt (c) wird die Zerkleinerung und Ablösung verbleibender unerwünschter und nicht faseriger Bestandteile insbesondere mittels einer an sich bekannten Dispergiermaschine durchgeführt. Dabei wird der Disperger zweckmäßigerweise gleichzeitig als Bleichmittel-Mischer verwendet.

Im Verfahrensschritt (d) wird die Bleiche vorzugsweise z. B. mit Peroxid, Natriumdithionit und/oder Formamidinsulfinsäure (FAS) durchgeführt. Bei der Bleiche mit Formamidinsulfinsäure (FAS) wird dabei vorzugsweise durch geeignete stochiometrische Verhältnisse von FAS/Alkali am Ende des Bleichvorgangs ein Milieu erzeugt, das nahezu neutral ist, und insbesondere einen pH-Wert von 6.5 bis 7.5 besitzt, und in erster Linie einen pH-Wert von (6.5).

Die einzelnen Verfahrensstufen können dabei auf aus dem Stand der Technik an sich bekannte Weise durchgeführt werden, z. B. nach den in der Arbeit von E. Linck et al "Systemüberlegungen beim Deinking von Altpapier", l.o., beschriebenen Arbeitsweisen und Systemen und/oder unter Verwendung von für die einzelnen Verfahrensschritte üblichen Vorrichtungen.

Bei den Reinigungsstufen ist dabei grundsätzlich zu unterscheiden zwischen der einfachen "Flockung", nach der größere Bestandteile dazu gebracht werden, z. B. flotierbar zu sein, und der "Fällung", bei der zusätzliche chemische Mittel eingesetzt werden, um auch sehr feine, kolloidal gelöste Teile einer Flotation, Sedimentation oder Filterung zugänglich zu machen. Mit den bevorzugten, mitverwendeten Verfahrensschritten der Ultrafiltration und/oder Umkehrosmose können dann selbst noch Salze, die gelöst sind, entfernt werden.

Unter Bezugnahme auf die Zeichnung werden nachfolgend zwei Verfahren gemäß dem Stand der Technik (Fig. 1 und 2), die zum Vergleich angegeben sind, und eine Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens (Fig. 3) beispielhaft beschrieben, ohne die Erfindung darauf zu beschränken.

In den Figuren bedeuten:

1 Stofflöser
2, 3 Grobsortierer
4 Sortierer
5, 14 Flotationsanlage
6 Hydrozyklone (Reiniger)
7, 15, 17 Eindicker
8 Siebpresse
9 Heizschnecke
10 Disperger
11, 13 Bleichturm
12 Dickstoffpumpe
16, 21 Purgomat (Klärflotation)
18 Mikrofilter
19 Umkehrosmose oder äquivalente Verfahrensmaßnahmen.

Die Fig. 1 zeigt schematisch ein gemäß dem Stand der Technik übliches Verfahren zur Behandlung von Abwasser in Anlagen zur Aufbereitung von Altpapier unter Verwendung von Papiermaschinen-Rückwasser (Schließung von Wasserkreisläufen).

Die Fig. 2 zeigt ein ähnliches Aufbereitungsverfahren für die Erzeugung von Tissue-Papier; die Wasserreinigung wird dort an den ersten Kreislauf angehängt.

Die Fig. 3 zeigt schematisch eine Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Aufbereitungsverfahrens (Deinking-System für allgemein Papiersorten), bei dem die Wasserreinigung an den zweiten Kreislauf angeschlossen ist. Das Deinking-System gemäß Fig. 3 wird im vorderen und hinteren Bereich alkalisch und/oder neutral gefahren. Beim erfindungsgemäßen Deinking-System findet zwar auch eine Wasserreinigung im vorderen Teil der Aufbereitungsanlage statt, diese ist aber nicht so weitgehend wie die Reinigung des von der Papiermaschine kommenden, sauren Klarfiltrats.

Im hinteren Teil der Stoffaufbereitung, also im Bereich der Zuleitung des Klarfiltrats der Papiermaschine, ist im Wasser die höchste Belastung an kolloidal gelösten Stoffen, die erfindungsgemäß entfernt werden. Das Klarfiltrat wird auf den Purgomat 21 gefahren. Die Menge des Klarfiltrats beträgt etwa 10 bis 30 kg pro kg erzeugtes Papier. Das am Purgomat gereinigte Wasser wird in oder kurz hinter die Dispergierung 10 eingegeben, wodurch der dort geführte Stoff abgesäuert wird. Durch das Absäuern wird die Agglomerationsbildung noch begünstigt, was in der nachfolgenden Flotation 14 zu einer effektiven Entfernung dieser Störstoffe führt. Dieses Absäuern und Agglomerieren ist ein wesentlicher Aspekt, wodurch bisherige Nachteile vermieden werden können; nach dem bisher gehandhabten Absäuern vor der Papiermaschine war es nämlich nicht mehr möglich, die Störstoffe zu entfernen, was Probleme auf der Papiermaschine mit sich bringt.

Nach dem erfindungsgemäßen Verfahren ist es auch möglich, aus dem hinteren Kreislauf auch den vorderen Kreislauf der Aufbereitung mit Wasser zu versorgen. Dazu wird im wesentlichen das Trübfiltrat aus dem Scheibenfilter für den Austausch im vorderen Kreislauf verwendet. Das Papiermaschinen-Klarfiltrat dient nach der Reinigung im Purgomat zur "Spülung" des hinteren Kreislaufs. Dies stellt somit eine Entlastung oder eine Öffnung des hinteren, hoch belasteten Kreislaufs dar.

Ein weiterer Verfahrensschritt gemäß dieser erfindungsgemäßen Ausführungsform ist die Mikro- bzw. Ultrafiltration 19 und gegebenenfalls eine Umkehrosmose 20. Der Verfahrensschritt der Umkehrosmose ist allerdings kostspielig, kann aber durch andere äquivalente Verfahrensmaßnahmen, wie z. B. Salzausfällung, gefolgt von Ultrafiltration, ersetzt werden; sie ist außerdem nicht in jedem Fall erforderlich und hängt insbesondere vom Grad der Wasser-Kreislaufschließung ab.

Claims

1. Verfahren zur Behandlung von Abwasser in Anlagen zur Aufbereitung von Altpapier unter Verwendung von Papiermaschinen-Rückwasser, das die Verfahrensschritte umfaßt:

dadurch gekennzeichnet, daß

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die nachfolgende weitere Wasserreinigung mittels Fällung und Flockung vorgenommen wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die nachfolgende weitere Wasserreinigung mittels Adsorption vorgenommen wird.

4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die nachfolgende weitere Wasserreinigung mittels Adsorption sowie Fällung und/oder Flockung vorgenommen wird.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß dem Verfahrensschritt (g) eine (h) Mikrofiltration (Partikelfiltration) nachgeschaltet ist, um nachgeflockte oder sonstige noch vorhandene Feststoffe zu entfernen.

6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß dem Verfahrensschritt (g) und/oder (h) eine Ultrafiltration (Membranfiltration) nachgeschaltet ist, um zusätzliche Wasserinhaltsstoffe zu entfernen.

7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der letzten Verfahrensstufe eine Umkehrosmose nachgeschaltet ist, um weitere Wasserinhaltsstoffe zu entfernen.

8. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß man im Verfahrensschritt (c) die Zerkleinerung und Ablösung verbleibender unerwünschter und nicht faseriger Bestandteile mittels einer Dispergiermaschine durchführt.

9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Disperger gleichzeitig als Bleichmittel-Mischer verwendet wird.

10. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß im Verfahrensschritt (d) die Bleiche mit Peroxid, Natriumdithionit und/oder Formamidinsulfinsäure (FAS) durchgeführt wird.

11. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß man bei der Bleiche mit Formamidinsulfinsäure (FAS) durch geeignete stochiometrische Verhältnisse von FAS/Alkali am Ende des Bleichvorgangs ein Milieu erzeugt, das nahezu neutral ist, insbesondere einen pH-Wert von 6.5 bis 7.5 besitzt, und in erster Linie einen pH-Wert von (6.5).

12. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das saure Klarwasser zur Verdünnung in den Disperger geführt wird, um Agglomerationen zu erzeugen, die in der nachfolgenden Flotationsstufe entfernt werden.