Projekt 23061/01

Realisierung des Wasserkreislaufes in einem Furnierwerk

Projektträger

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

Zielsetzung und Anlass des Vorhabens

Im Rahmen des interdisziplinären (technisch orientierten) Forschungsvorhabens wurden Prozesssteuerungen und -strategien entwickelt, mit denen der Einsatz des Recyclingwassers einer bestehenden Wasseraufbereitungsanlage in Prozessen bei der Furnierherstellung, die besonders hohe Ansprüche an die Wasserqualität und Maximaltemperatur stellen, aus ökologischer und ökonomischer Sicht optimiert werden kann. Dabei muss die Qualitätserhaltung der Furniere -unter besonderer Berücksichtigung der u. a. von der Prozesswassertemperatur abhängigen Farbe der Furnieroberflächen- gewährleistet sein. Die stofflichen Voraussetzungen für eine Wiederverwendung des Recyclingwassers im Produktionsprozess werden erfüllt, jedoch ließen die hohen und schwankenden Temperaturen des Recyclingwassers keine uneingeschränkte Nutzung des Wassers zu.


Darstellung der Arbeitsschritte und der angewandten MethodenZu Beginn des Projektes wurde über die Installation einer Verdunstungskühlung im Recyclingwasserstrom in Kombination mit der bestehenden Wasseraufbereitungsanlage die Voraussetzung für die Bereitstellung von gekühltem Recyclingwasser geschaffen. Im weiteren Verlauf des Forschungsprojekts wurde der Einsatz dieses gekühlten Recyclingwassers sowohl in den Kochprozessen von rissgefährdeten Holzarten, als auch in den Abkühlprozessen untersucht, um die Quote der Wasserkreislaufführung weiter zu erhöhen. Hierzu wurden umfangreiche Prozessbeobachtungen, insbesondere zum Temperaturverlauf während der Koch- und Abkühlprozesse bei Verwendung des gekühlten Recyclingwassers durchgeführt. Die Wassertemperaturen wurden im Verlauf der Abkühlprozesse bestimmt und aufgezeichnet. Über eine Auswertung der Daten konnten die Strömungsverhältnisse im Abkühlprozess dargestellt werden. Durch begleitende intensive Begutachtung der Furnieroberflächen durch Farbwertmessungen wurden die Auswirkungen der veränderten Prozessführung auf die Holzqualität untersucht. Für das optimierte Konzept zum Einsatz des gekühlten Recyclingwassers wurde eine ökologische und ökonomische Bilanzierung erarbeitet und der bisherigen Vorgehensweise gegenübergestellt.


Ergebnisse und Diskussion

Durch die Untersuchung der Temperaturprofile der Abkühlprozesse können erhebliche Abweichungen des Temperaturgradienten an Abkühlprozessen in den verschiedenen Gruben festgestellt werden. Neben dem unterschiedlich hohen Zulauf an Frischwasser sind vor allem die Grubenabmessung und die Anzahl und die Positionierung der Stammteile in der Kochgrube für den Verlauf des Temperaturgradien-ten verantwortlich. Bei ungünstigen Strömungsverhältnissen können erhebliche Unterschiede in der Temperatur des Kochwassers während des Abkühlprozesses an verschiedenen Stellen der Grube auftreten (kurzfristig bis ?t=20K). Bei gleichmäßig positionierten Stammteilen in den Kochgruben betragen die Temperaturschwankungen allerdings meist weniger als 5°C.
Durch einen geänderten Zulauf des Abkühlwassers könnten die Temperaturunterschiede verringert und die Ausnutzung des Abkühlwassers effektiver gestaltet werden. Die baulichen Begebenheiten der Kochgruben und die Handhabung der Stammteile erschweren jedoch erheblich eine konstruktive Veränderung des Wasserzulaufs.
Eine rechnerische Betrachtung des Abkühlvorganges belegt die Notwendigkeit, kühles Wasser zur Abkühlung der Stammteile einzusetzen, um die zeitlichen Vorgaben seitens der Produktion zu erfüllen und insbesondere auch die Menge des Abkühlwassers für die Prozesse möglichst klein zu halten.
Durch die Installation einer Kühlvorrichtung in Kombination mit der bestehenden Aufbereitungsanlage wurden die Voraussetzung für die Bereitstellung von gekühltem Recyclingwasser geschaffen. Die Verdunstungskühlung nach dem Kühlturmprinzip im offenen Kreislauf ermöglicht eine Absenkung des meist über 35°C warmen Recyclingwassers auf unter 20°C. Dabei führt die Wärmeabgabe des Wassers durch Verdunstung zu einem Wasserverlust von bis zu 4%. Die Anforderungen an die Temperatur im Recyclingwasser zum Einsatz in Kochprozessen rissgefährdeter Holzarten und in den Abkühlprozessen werden erfüllt. In der warmen Jahreszeit könnte ein Anstieg der Außentemperaturen möglicherweise zu einer Temperatur des gekühlten Recyclingwassers >20°C und damit zu einer Einschränkung bei der Verwendung als Abkühlwasser führen.
Beim Einsatz des unter 20°C gekühlten Recyclingwassers als Abkühlwasser werden nur geringe -und tolerierbare- Temperaturabweichungen zu vergleichbaren und mit Frischwasser durchgeführten Prozessen gemessen. Die begleitende Prozessbeobachtungen und Untersuchungen zur Farbe der Furnieroberflächen belegen die Einsetzbarkeit des gekühlten Recyclingwassers hinsichtlich der Furnierqualität.
Durch den Einsatz des Recyclingwassers in den Abkühlprozessen konnte die Recyclingquote bislang auf 75% (gemessen) gesteigert werden. Dies geht einher mit einer Verringerung des Frischwasserbedarfes und des Abwasseranfalls. Es führt aber zu einem erhöhten Verbrauch an Flockungschemikalien und elektrischer Energie bei der Wasseraufbereitung.
Die Investition des Verdunstungskühlers amortisiert sich bei einer Steigerung der durchschnittlichen Recyclingquote von 60 auf 70% innerhalb von 2 Jahren. Trotz der verbesserten Wirtschaftlichkeit ist die Wasseraufbereitung insgesamt erst dann nicht mehr defizitär, wenn es gelingt, bei einem monatlich durchschnittlichen Prozesswasserbedarf von 11.000 m³ einen Anteil von fast 80% mit Recyclingwasser abzudecken. Dies hängt vor allem von den Temperaturbedingungen im Wasserkreislauf in den warmen Sommermonaten und von der dann gegebenen Einsetzbarkeit des Recyclingwassers in den Koch- und Abkühlprozessen ab.


Öffentlichkeitsarbeit und Präsentation

Manuskript zur Publikation in Fachzeitschrift in Vorbereitung.
Posterpräsentation im beteiligten Institut und beim Furnierhersteller.


Fazit

Der Recyclinganteil konnte durch den Einsatz des gekühlten Recyclingwassers in den Kochprozessen rissempfindlicher Holzarten und in den Abkühlprozessen von etwa 60% auf bis zu 75% gesteigert werden. Der Einsatz des gekühlten Recyclingwasser besitzt keinen nachteiligen Einfluss auf die Produkteigenschaften der Furniere. In den warmen Sommermonaten kann der Recyclingwasseranteil aufgrund von Temperaturerhöhung im Wasserkreislauf leicht zurückgehen.