Projekt 20635/01

Verbesserung der Umweltsituation bei der Furnierherstellung unter besonderer Berücksichtigung der Wasseraufbereitung

Projektträger

Furnierwerk Winsen GmbH
Tönnhauser Weg 100 - 106
21423 Winsen
Telefon: 04171/659-0

Zielsetzung und Anlass des Vorhabens

Bei der Furnierherstellung muss das Holz vor der Verarbeitung zu Furnieren im Wasserbad mehrere Tage unter Einhaltung artenspezifischer Temperaturprofile erwärmt (gekocht) werden. An die Wasserqualität werden hohe Anforderungen gestellt, um ungleichmäßige Farbreaktionen im Holzgewebe zu vermeiden. Üblicherweise wurde das Wasser bisher nach einmaliger Verwendung im Kochprozess verworfen, da sich im Wasser während des Kochvorgangs aus dem Holz herausgelöste organische und anorganische Inhaltsstoffe anreichern, die zu Verfärbungen beim Kochprozess führen können. Die Furnierindustrie zeichnet sich deshalb durch einen hohen Frischwasserbedarf aus. Im Furnierwerk Winsen GmbH wurde eine Anlage zur Aufbereitung des Kochwassers durch Reduktion der Eisenionen mittels chemischer Fällung/Flockung installiert, mit dem Ziel, das aufbereitete Wasser für den Kochprozess wiederholt einsetzen zu können. Eine zusätzliche Reduktion der aromatischen Verbindungen im Kochwasser ist jedoch notwendig. Im Rahmen des Forschungsvorhabens sollen praktikable und effektive Prozesssteuerungen und -strategien entwickelt werden, die durch die Einsparung von Reinwasser und einer Reduzierung des Abwassers den Kochprozess bei der Furnierherstellung aus ökologischer und ökonomischer Sicht optimieren.


Darstellung der Arbeitsschritte und der angewandten MethodenIm Projekt sollte zunächst erstmalig die stoffliche Zusammensetzung des Kochwassers von 40 unterschiedlichen Holzarten analysiert werden. Diese Untersuchungen erfolgten schwerpunktmäßig am Institut für Holzchemie der Bundesforschungsanstalt für Forst- und Holzwirtschaft (BFH). Auf Grundlage der erhaltenen Befunde sollten Maßnahmen zum integrierten Umweltschutz konzipiert und eine Reinigung der Kochwässer insbesondere im Teilstrom mit physikalischen und chemisch-physikalischen Aufbereitungsmethoden (Fällung/Flockung, Membranfiltration, Ozonung) im Hinblick auf ihre Wirksamkeit und Effizienz untersucht werden. Mit dem aufbereiteten Wasser wurden Kochprozesse simuliert, bei denen die Auswirkungen der Wasserbelastung auf die Holzfarbe untersucht werden können. Die Versuche zur Wasseraufbereitung wurden im Furnierwerk Winsen in Kooperation mit Fa. EUWA GmbH durchgeführt. Auf Grundlage einer mehrwöchigen Betriebsanalyse der Kochprozesse und der Wasserverunreinigungen wurde eine teilstromgeführte Abwasserbehandlung konzeptioniert.


Ergebnisse und Diskussion

Durch eine Langzeitbeobachtung im Klärwerk und über Abwasseranalytik wurde belegt, dass die Inhaltsstoffe des anfallenden Abwassers biologisch gut abbaubar bzw. eliminierbar sind (CSB : BSB5 = 2,5).
In einer bestehenden Fällungs-/Flockungsanlage kann die Eisenkonzentration des Kochwassers von häufig über 1 mg/l auf 0,2 mg/l gesenkt werden. Gleichzeitig ist jedoch für den CSB-Wert als Leitparameter für die organischen Inhaltsstoffe, wie z. B. Phenole im Kochwasser, nur eine Reduktion um etwa 15 % festzustellen. Der Phenolindex wird durch die Wasseraufbereitung um 25 % gesenkt.
Bei einer optimal geführten Fällung/Flockung und einem durchschnittlichen Produktionsprogramm, das einem ausgewogenen Verhältnis von hellen und dunklen Hölzern entspricht, kann eine Recyclingquote von 60 % erreicht werden.
Mit Hilfe einer Versuchsanlage im halbtechnischen Maßstab wurde der Einfluss einer unterschiedlichen Belastung der Kochwässer verschiedener Holzarten auf die Menge der Flockungsmittel und die Flockungsbedingungen untersucht. Wie erwartet, wird im Vergleich zu hellen Hölzern etwa fünfmal so viel Flockungsmittel (Aluminiumsulfat) für die Reinigung des Kochwassers dunkler Hölzer benötigt. Die Farbzahl der Kochwässer wird bei den dunklen Hölzern von ca. 200 m-1 auf ca. 40 m-1 und bei den hellen Hölzern von durchschnittlich 50 m-1 auf weniger als 20 m-1 reduziert. Der Eisengehalt kann um bis zu 90 %, der Phenolgehalt um ca. 50 % und die CSB-Konzentration um ca. 25 % gesenkt werden. Wenn man anstelle der Natronlauge Natriumaluminat einsetzt, so ist dies mit einer Reduktion der Fällungs-/ Flockungszusätze verbunden, die sich in einer Kostenreduktion von ca. 25 % äußert.
Eine vor die Fällung/Flockung geschaltete Ozonbehandlung führt zu keiner Verbesserung der Fällung/Flockung. Eine Ozonung im Anschluss an die Fällung/Flockung bewirkt eine weitergehende Entfärbung und CSB-Reduktion, hat sich aber bei näherer Betrachtung als unwirtschaftlich erwiesen.
Auch eine Enzymbehandlung, mit der zwar eine Polymerisation aromatischer Holzinhaltsstoffe bewirkt wird, erwies sich aufgrund der damit verbundenen Erhöhung der Farbigkeit als unpraktikabel.
Auch die Ultrafiltration, deren Anwendung im Abwasserteilstrom ein direktes Recycling des Kochgrubenwassers erbringen sollte, erwies sich als ungeeignet. Die Reduktion des Gehaltes an Eisenionen und des Gehaltes an phenolischen Stoffen sowie des CSB ist vergleichbar mit der, die durch eine optimierte Fällung/Flockung erreicht wird. Ausschlaggebendes Kriterium ist jedoch die Farbigkeit, die sich nicht in der erhofften Weise beseitigen ließ. Die Filtratrate nimmt entsprechend der Erfahrung mit Membranfiltrationen von anfänglich 100 l/m2h auf etwa 25 l/m²h rasch ab. Sie lässt sich durch eine periodische Rückspülung mit Filtrat nicht wesentlich verbessern. Eine alkalische Behandlung als (zwischenzeitliche) Standreinigung führt zu einer guten Erholung der Filtratrate. Jedoch wird durch geringe Verschleppung der alkalischen Reinigungslösung in das Filtrat die Farbigkeit erheblich erhöht. Zur Untersuchung der Einsatzbreite des Recyclingwassers wurde eine Probekochgrube geschaffen, in der ein Stammabschnitt unter realistischen Bedingungen gekocht werden konnte. Durch eine große Anzahl von Versuchen an unterschiedlichen Holzarten konnte gezeigt werden, dass ein Recyclingwasser, das einen Eisengehalt kleiner 0,6 mg/l, einen Gehalt an phenolischen Stoffen kleiner 15 mg/l und eine maximale Farbzahl von 20 m-1 aufweist, für die Kochprozesse aller Holzarten einzusetzen ist. Das konnte in der Zwischenzeit in der Praxis der Furnierherstellung belegt werden. Allerdings weist das Recyclingwasser eine zu hohe Temperatur auf, um es für Abkühlprozesse und Kochprozesse empfindlicher Hölzer in den Wintermonaten einsetzen zu können. Ohne Abkühlung des Recyclingwassers kann eine Recyclingquote von bis zu 60 % erreicht werden. Steigt der Anteil an Holzarten, die einen Abkühlprozess benötigen, so kann die Recyclingquote auf unter 40 % sinken. Es wird empfohlen, durch geeignete Untersuchungen und Einrichtungen nach Möglichkeiten zur erweiterten Ausschöpfung dieses großen Potenzials zu suchen.


Öffentlichkeitsarbeit und Präsentation

Manuskript zur Publikation in der Fachzeitschrift Holz als Roh- und Werkstoff in Vorbereitung. Poster-Präsentation in den beteiligten Institutionen und Firmen. Vortrag auf Verbandstagung.


Fazit

Der Recyclinganteil konnte durch eine verbesserte Fällung/Flockung von 30 % auf etwa 60 % gesteigert werden. Eine höhere Recyclingquote setzt voraus, dass die Temperatur des Recyclingwassers stabil verringert werden kann, damit ein Einsatz auch in den Abkühlprozessen möglich ist. Eine Ozonung als Vorbehandlung des Rohwassers führt zu keiner wesentlichen Verbesserung der Fällung/Flockung. Eine Teilstrombehandlung des Kochwassers mittels Ultrafiltration wird beeinträchtigt durch eine zu geringe Entfärbung. Weitere Untersuchungen zur Steigerung des Wasserrecyclings sind geplant.