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Prozessintegriertes mehrstufiges Membranverfahren zur Reduzierung schwer abbaubarer Stoffe im Bleichereiabwasser der Sulfitzellstofferzeugung und energetische Nutzung des abgetrennten Lignins Dr. A. Ante , BAMAG M. Hilpert: Sappi Ehingen M. Ebrahimi: FH Gießen – Friedberg Prof. Dr. P. Czermak: FH Gießen – Friedberg
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Prozessintegriertes mehrstufiges
Membranverfahren zur Reduzierung schwer abbaubarer Stoffe im Bleichereiabwasser
der Sulfitzellstofferzeugung und energetische Nutzung des abgetrennten
Lignins
Dr. A. Ante, BAMAGM. Hilpert: Sappi Ehingen
M. Ebrahimi: FH Gießen – FriedbergProf. Dr. P. Czermak: FH Gießen – Friedberg
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Inhalt� Einleitung
► Abwasserreinigung in der Papierindustrie► Produktion von Sulfitzellstoff für die Papierherste llung► Abwässer aus der Bleicherei
� Aufgabenstellung► Prozessintegrierte Abtrennung von persistentem CSB ► Vorbehandlung► Reststoffentsorgung
� Lösungsansatz► Vorfiltration► Weitergehende Abtrennung mittels keramischer Membra nen (MF/UF/NF)► Verbrennung der energetischen Reststoffe
� Ergebnisse► Einstufig: MF► Zweistufig: MF/UF► Dreistufig: MF/UF/NF► Einflussfaktoren auf den Flux und Rückhalt
� Zusammenfassung und Ausblick
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Schema der Abwasserreinigung aus dem Bleichprozess und der Papierherstellung
Anaerob
Anaerobstufe
Aerobstufe
Leicht abbaubare Abwässer
Schwer
abbaubare
Abwässer
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Schwarze Pumpe, Gesamtansicht
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Schwarza, Aufsicht
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Sappi Ehingen
Methane reactors
Sedimentation basins
Aeration tanks
Lamellaseparator
Hydrolysis buffer
A
B
DC
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2. Beispiel Bleichereiabwasser
Lignin, wasserunlöslich Ligninsulfonat, wasserlöslich
CSB-Bilanz Sappi Ehingen: Ist-Zustand
CSB-Bilanz Sappi Ehingen: Soll-Zustand
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Charakterisierung von Bleichereiabwasser
60-7065°CT
Na
Mn
TOC
Viscosity
Conductivity
pH value
COD
Parameter
1.800-3.0002.430mg/l
0 -0,20,1mg/l
3.500 – 4.5004.000mg/l
5,85 – 6,086,0pas
8 -108,0mS/cm
10,0 -11,010,5
10.300 – 12.00010.400 mg/l
VariationsbereichBleichereiabwasserEinheit
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Potential von keramischen Membranen I
Hoch (NaOCl, pH 0 bis 13)GeringChemische Beständigkeit
Hoch (UV)GeringPhysikalische Beständigkeit
Hoch (Druck, Zug, Abrasion)GeringMechanische Stabilität
60-120 °C5 to 40 °CTemperaturtoleranz
Generelle Eigenschaften
Al2O3,ZrO2,TiO2, MgAl2O4Polyamid, Polysulfon, Polyethersulfon, Celluloseacetat
Rohmaterial
Anorganische KeramikOrganische PolymereArt
InnovativKonventionellSystem
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Potential von keramischen Membranen II
10 – 15 2 – 3 (5) Lebensdauer in Jahren
mittelhochWartungsaufwand
hochgeringProduktion
Kosten
hochgeringGewicht
geringhochKontrolle
hochgeringFlux
mittelintensivVorbehandlung
Prozess
Anorganische KeramikOrganische PolymereArt
InnovativKonventionellSystem
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Industrielle Anwendung von KeramikmenbranenBleichereiabwasser
REM-Aufnahmen der Bruchfläche von keramischen Membranen(aus Czermak et. al 2005)
Atech-
Membranen
Neue Anwendungen:• Heiße Medien• Extreme pH-Werteinnovative Behandlungs-konzepte
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Laboranlage FH Gießen - Friedberg
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Schema der Laboranlage FH Gießen
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Laborergebnisse, FH Gießen- Friedberg2 stufige Prozesskonfiguration (Semi-Batch)
1. Stufe:MF, Cut-off: 0,1 µm MonokanalFeed: BleichereiabwasserVorfilter: 1 µm2 bar, 60 °C, 5,6 m/sRückspülung: ohne, 120 min, 60 min
2. Stufe:UF, Cut-off: 20 KD7-Kanal; Feed: MF - Filtrat
2 bar, 60 °C, 4 m/sRückspülung: ohne, 120 min, 60 min
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Einfluss der Rückspülung auf den Flux, MF
TMP = 2 barT = 60 °Cü= 5,6 m/s
0
100
200
300
400
500
600
0 500 1.000 1.500 2.000 2.500 3.000 3.500 4.000 4.500 5.000
Zeit [min]
Flu
x [l/
m²*
h]
Ohne
120 min
60 min
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Einfluss der Ausbeute auf den Rückhalt: Stufe 1
-10
0
10
20
30
40
50
60
70
0 5 10 15 20 25
Volumetrischer Konzentrierungsfaktor [--]
Red
uktio
n [%
]
CSB; ohne CSB; 120 min CSB 60 min
Lignin; ohne Lignin; 120 min Lignin; 60 min
MWCO= 0,1 µm, 1µm Vorfilter, TMP= 2bar, T=60°C, ü=5 ,6m/s
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Einfluss der Ausbeute auf den Rückhalt: Stufe 2
-10
0
10
20
30
40
50
60
70
0 5 10 15 20 25
Volumetrischer Konzentrierungsfaktor [--]
Red
uktio
n [%
]
CSB; ohne CSB; 120 min CSB 60 min
Lignin; ohne Lignin; 120 min Lignin; 60 min
MWCO= 20 kD, 1 µm Vorfilter, TMP= 2 bar, T=60°C, ü= 4 m/s
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Weitere Ergebnisse
�Mit der Rückspülintensität sinkt der Rückhalt
42 40
73
38 38
61
3136
57
MF UF Gesamtprozess
Ohne
120 min
60 min
Lignin-Rückhalt
27
18
40
29
11
37
21
14
32
0
20
40
60
80
100
MF UF Gesamtprozess
Rüc
khal
t [%
]
Ohne
120 min
60 min
CSB-Rückhalt
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Zusammenfassung und Ausblick
�Zusammenfassung
�Technisch machbar�Vorfiltration: Verbesserung des Flux bis 1 µm�CSB – Gesamtrückhalt: 35 %�Lignin - Gesamtrückhalt: 70 %
�Weitere Arbeitsschritte
►Testen von Zusatzstoffen►Versuche mit einstufiger UF nach Vorfiltration►Verkauf des Konzentrats
Vielen Dank für ihre Aufmerksamkeit
�Keramikmembranen ermöglichen die Sekundärrohstoffgewinnung aus schwierigen industriellen Abwässern
