Projekt 26510/01

Prozessintegriertes mehrstufiges Membranverfahren zur Reduzierung schwer abbaubarer Stoffe im Bleichereiabwasser der Sulfitzellstofferzeugung und energetische Nutzung der abgetrennten Lignine

Projektträger

BAMAG Waste to Energy Germany GmbH
Zum Oberwerk 6
35510 Butzbach
Telefon: 06033-83 419

Zielsetzung und Anlass des Vorhabens

Das Forschungsprojekt zielte auf die Entwicklung eines mehrstufigen und integrierten Membranverfahrens zur Abtrennung des persistenten CSBs - insbesondere Lignine aus dem EPP-Abwasserstrom (E: Extraktion mit NaOH; P: Bleiche mit Peroxid) der Zellstoff- und Papierindustrie - mittels keramischer Ultra-, und Nanofiltrationsmembranen ab. Im Rahmen des Projekts sollte die generelle Eignung, die Leistungsfähigkeit und Energieeffizienz der eingesetzten anorganischen Membranen im Vergleich zu organischen Membranen untersucht werden. Das Ziel der Verfahrensentwicklung war es, einen möglichst hohen Konzentrationsfaktor des Lignins im Retentat (> 50 %) und eine Reduzierung der CSB-Fracht (> 35 %) im Permeat zu erreichen. Ferner sollte das innovative Verfahren seine optimale Energieeffizienz unter Beweis stellen, da das konzentrierte Lignin als Brennstoff zur internen Energiebereitstellung der Zellstoff- bzw. Papierfabrik (Zellstoffausschlussverfahren und damit verbundene Ligninabtrennung, Chemikalienrückgewinnung etc.) wieder eingesetzt werden kann.


Darstellung der Arbeitsschritte und der angewandten MethodenLiteratur-, Patentrecherche und regelmäßige Aktualisierung während der Laufzeit
Erstellung eines Anforderungsprofils an das Projekt insbesondere unter Berücksichtigung der Wirtschaftlichkeit des Verfahrens
Etablierung der analytischen Methoden, Definition und Festlegung der analysierten Parameter zur Untersuchung der komplexen Zusammensetzung des Abwassers, des Konzentrats, des Permeats sowie der Zielgrößen und Einflussparameter zur Bewertung, Steuerung und Überwachung des Aufreinigungsprozesses (CSB, BSB5, TOC, pH, T, Trübung, Leitfähigkeit)
Umbau/Vorbereitung der Versuchsanlagen im Labormaßstab für die technische Realisierung
Identifizierung der geeigneten Membranen durch Vorversuche mit realem Bleichereiabwasser
Untersuchungen alternativer Konzepte zur Vor-, und Nachbehandlung des Bleichereiabwassers
Vorreinigungsversuche: Untersuchungen zum Einfluss der Effizienz der Vorbehandlungsstufe auf die Permeabilität und auf die Filtrierbarkeit
Aufreinigungsversuche (mehrstufig) mit unterschiedlichen keramischen Ultra-, und Nanofiltrationsmembranen zur selektiven Abtrennung der biologisch schwerabbaubaren CSB-Fraktion (Kurz-, und Langzeitversuche) - Zielgrößen: Permeatflux der Membranen, CSB-Rückhalt, Rest-CSB im Permeat, Salzgehalt (Na), Konzentrierungsfaktor
Teil- und Gesamtkostenkalkulation der großtechnischen Anlage
Entwicklung geeigneter Reinigungsstrategien für die Membranen
Überprüfung der Bioverfügbarkeit des Feeds, des Retentats bzw. des Permeats durch Bestimmung des BSB5/CSB-Verhältnisses
Untersuchungen verschiedener Möglichkeiten und Konzepterstellung der energetischen Verwertung des Konzentrates
Know-how Transfer zwischen der Projektpartnern
Versuche zur Untersuchung und Validierung der im Labor ermittelten optimalen Parametereinstellungen vor Ort und Optimierung der Reinigungsprozedur der Membranen
Wissenschaftliche Berichterstattung sowie Zwischen- und Abschlussbericht


Ergebnisse und Diskussion

Die erzielten Ergebnisse, sowohl im Labormaßstab als auch bei der Pilotierung, zeigen, dass das angestrebte Ziel des Projektes erreichbar und deren Umsetzung aus technologischer Sicht realisierbar ist. Mit den untersuchten ein- (MF, UF) und mehrstufigen Prozesskonfigurationen (MFUF, UFNF sowie MFUFNF) mittels keramischer Membranen wurde insgesamt eine CSB-Reduzierung von bis zu 45 % und eine Lignin-Reduzierung von bis zu 73 % erzielt.


Öffentlichkeitsarbeit und Präsentation

Die Ergebnisse des Forschungsvorhabens wurden im Rahmen von insgesamt fünf Veröffentlichungen, sechs Vorträgen und vier Posterpräsentationen auf internationalen Fachkongressen veröffentlicht und diskutiert.


Fazit

Der Einsatz von hier untersuchten Membranen zur Abwasserbehandlung bietet ökonomische sowie ökologische Vorteile, da die erzielte Reduzierung der CSB-Fracht im Teilstrom die Entlastung der Umwelt und eine deutliche Einsparung der Abwasserabgaben bedeutet. Somit rechnet sich, je nach anfallender Abwassermenge, der Einsatz der Membrananlage für den Anwender.