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

3

Schema der Abwasserreinigung aus dem Bleichprozess und der Papierherstellung

Anaerob

Anaerobstufe

Aerobstufe

Leicht abbaubare Abwässer

Schwer

abbaubare

Abwässer

4

Schwarze Pumpe, Gesamtansicht

5

Schwarza, Aufsicht

6

Sappi Ehingen

Methane reactors

Sedimentation basins

Aeration tanks

Lamellaseparator

Hydrolysis buffer

A

B

DC

7

2. Beispiel Bleichereiabwasser

Lignin, wasserunlöslich Ligninsulfonat, wasserlöslich

CSB-Bilanz Sappi Ehingen: Ist-Zustand

CSB-Bilanz Sappi Ehingen: Soll-Zustand

10

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

11

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

14

Laboranlage FH Gießen - Friedberg

15

Schema der Laboranlage FH Gießen

16

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

18

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

20

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