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Abwasserreinigung und Wasserkreislaufführung in der Papierindustrie - Weiterentwicklung deutscher Techniken für den chinesischen Markt

Zhang, Guomin:
Abwasserreinigung und Wasserkreislaufführung in der Papierindustrie - Weiterentwicklung deutscher Techniken für den chinesischen Markt.
222 (222). Hrsg.: Verein zur Förderung des Instituts IWAR der TU Darmstadt e.V. Eigen Verlag , Darmstadt . ISBN 978-3-940897-20-6
[Book], (2013)

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Abwasserreinigung und Wasserkreislaufführung in der Papierindustrie Weiterentwicklung deutscher Techniken für den chinesischen Markt.pdf
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Item Type: Book
Title: Abwasserreinigung und Wasserkreislaufführung in der Papierindustrie - Weiterentwicklung deutscher Techniken für den chinesischen Markt
Language: German
Abstract:

Aufgrund der Rohstoffzusammensetzung zur Zellstoffherstellung und veralteten Fertigungstechniken ist in China die Papierindustrie eine typische Branche mit hoher Umweltbelastung und niedrigem Wasserwiederverwendungsgrad. Im Jahr 2009 betrug der spezifische Frischwasserbedarf in China bei der Herstellung von Papier 55,1 m3/t und der Wasserwiederverwendungsgrad nur 57,0 %. Im Vergleich dazu gelang es in Deutschland innerhalb der letzten 30 Jahre durch Mehrfachnutzung des Prozesswassers den durchschnittlichen spezifischen Frischwasserbedarf auf 14 m3/t Papier zu reduzieren. Der Wasserwiederverwendungsgrad bei der Papierherstellung betrug in Deutschland im Jahr 2000 ca. 98 %.

Im Jahr 2008 wurden von der Zentralregierung in China die Einleitungsgrenzwerte von Abwässern aus der Zellstoff- und Papierproduktion verschärft. Seitdem muss direkt in die Vorflut eingeleitetes Abwasser einen Grenzwert von 90 mg/L CSB unterschreiten, sodass die meisten Zellstoffhersteller in China die vorhandenen Kläranlagen auf den neuesten Stand umrüsten müssen. Aufgrund der oben genannten Hintergründe soll in dieser Arbeit ein optimiertes und effizientes Behandlungsverfahren bzw. eine Verfahrenskombination zur Papierabwasserbehandlung mit Hilfe moderner deutscher Abwasserbehandlungstechnologien in China entwickelt werden.

Im Rahmen dieser Arbeit wurde eine halbtechnische Verfahrenskombination bestehend aus den Verfahrensschritten Mikro-Elektrolyse Verfahren (MEV) - Hochlastbelebung - Biofilter und UASB-Reaktor - Biofilter untersucht. Bei der CSB-Eingangskonzentration des Abwassers von ca. 1.000-2.300 mg/L konnte mit keiner der Verfahrensketten die staatlich geforderte Ablaufkonzentration von CSB < 90 mg/L [GB 3544-2008] eingehalten werden. Die typischen Ablaufkonzentrationen betrugen 140 -180 mg/L. Mit der Verfahrenskombination (MEV - UASB-Reaktor - Hochlastbelebung - Biofilter) konnten im Labormaßstab CSBAblaufkonzentrationen von ca. 100 mg CSB/L erreicht und somit die regional geforderte CSB-Ablaufkonzentration von 120 mg/L [DB37/336-2003] eingehalten werden. Die staatlich geforderte CSB-Ablaufkonzentration von 90 mg/L [GB 3544-2008] konnte nicht erreicht werden. Es ist jedoch zu erwarten, dass mit einer betrieblichen Optimierung die vorgegebenen Ablaufkonzentrationen eingehalten werden können.

Das Abwasser bei der Zellstoff- und Papierherstellung enthält viele schwer biologisch abbaubare organische Verbindungen, wie z.B. Lignine, Cellulose und Hemicellulose. Die biologische Abbaubarkeit des Papierabwassers beeinflusst die Effizienz der Abwasserbehandlung und die Wirtschaftlichkeit im besonderen Maße. Die biologische Abbaubarkeit des Papierabwassers konnte durch MEV und UASB-Reaktor verbessert werden. Die Versuche im Labormaßstab sowie im halbtechnischen Maßstab zeigten, dass mit dem Mikro-Elektrolyse- Verfahren (MEV) das Verhältnis von BSB5 zu CSB des Papierabwassers durchschnittlich von 0,13 auf 0,28 (Labormaßstab) und von 0,29 auf 0,36 (halbtechnischer Maßstab) erhöht werden konnte. Mit dem UASB-Reaktor (halbtechnischer Maßstab) konnte das Verhältnis BSB5/CSB von 0,36 auf 0,45 gesteigert werden. Die Untersuchung der Molekulargewichtsverteilungen mittels Gel-Filtration-Chromatographie-Verfahren (GFC-Verfahren) zeigte, dass nach der Elektrolysereaktion große organische Moleküle (> 5.000 Dalton (g/mol)) im Kurzfassung III Abwasser in kleine Moleküle (2.500-4.000 g/mol) gespalten und mit dem UASB-Reaktor große organische Moleküle (> 5.500 Dalton (g/mol)) in kleine Moleküle (2.500-3.500 g/mol) umgewandelt wurden. Die Anzahl der kleinen Moleküle stieg nach dem UASB-Reaktor deutlich an.

Die oben genannte Verfahrenskombination (MEV - UASB-Reaktor - Hochlastbelebung - Biofilter) wurde verfahrenstechnisch beispielhaft für 12.000 m3 Abwasser/d ausgelegt.

Es ist vorgesehen, die im Rahmen dieser Untersuchung ausgearbeiteten Verfahrenskombinationen und Bemessungsergebnisse auf weiteren Papierfabriken der Shandong Provinz bzw. in der gesamten V.R. China hinsichtlich ihrer Anwendbarkeit zu überprüfen und ggf. umzusetzen.

Alternative Abstract:
Alternative AbstractLanguage
China’s paper industry is a typical sector of a high environmental impact and a low degree of water re-use due to the raw material composition used for pulp production. In 2009, in China the specific fresh water consumption for the paper production and the degree of water reuse was 55.1 m3/t and 57 %, respectively. In comparison, in Germany it was possible to reduce an average specific water consumption to 14 m3/t of paper through the multiple re-use of process water within the last 30 years. In 2008, in Germany the degree of water re-use for paper production was about 98 %. In the same year, the central government in China tightened the limit values for wastewater discharge from the pulp and paper production. Since then, the limit values for discharged wastewater can’t exceed 90 mg COD/L so that most pulp producers have to retrofit the existing wastewater treatment plants. On the basis of the above-mentioned background, this work should develop an optimized and efficient treatment process or a process combination for treatment of paper mill wastewater by using modern German technologies in China. In the framework of this dissertation a pilot plant including micro-electrolysis (ME) process - high loaded activated sludge (HLAS) stage - biofilter and upflow anaerobic sludge blanket (UASB) reactor - biofilter was investigated. The government-demanded COD concentration in the effluent of less than 90 mg/L [GB 3544-2008] could not be met by any of the investigated processes for the influent COD concentrations between 1.000 and 2.300 mg/L. The typical COD concentrations in the effluent were between 140 and 180 mg/L. The following re-arrangement of the processes (ME - UASB reactor - HLAS stage), investigated in laboratory scale, led to COD concentrations in the effluent as low as 100 mg/L. Therefore, the local-demanded COD concentrations in the effluent of 120 mg/L [DB37/336-2003] could be met. Although, the government-demanded COD concentration in the effluent could not be met, as it was indicated above, it can be expected however that operational optimization of the process will result in meeting the required limit values. Pulp and paper mill wastewater contains a lot of persistent organic compounds e.g. lignin, cellulose, and hemicellulose. The biodegradability of paper mill wastewater influences the efficiency of wastewater treatment and in particular the process economy. The biodegradability of paper mill wastewater could be improved by using the ME process and UASB reactor. Both, laboratory and pilot scale experiments showed that the ME process had been able to increase a BOD5/COD ratio of paper mill wastewater on average from 0.13 up to 0.28 (laboratory scale) and from 0.29 to 0.36 (pilot scale). The UASB reactor (pilot scale) could increase the BOD5/COD ratio from 0.36 to 0.45. The examination of molecular weight distribution using a gel-filtration chromatography (GFC) analysis showed that the electrolysis reaction had converted bigger molecules (> 5.000 Da (g/mol)) into smaller ones (2.500-4.000 g/mol) in wastewater, whereas the UASB reactor had transformed big organic molecules (>5.500 Da (g/mol)) into small ones (2.500-3.500 g/mol). The number of small molecules significantly increased in the effluent of the UASB reactor. The above-mentioned processes (ME process - UASB reactor - HLAS - biofilter) exemplary was designed for a capacity of 12.000 m3/d. It is expected that the process combinations and the design results investigated in this dissertation can be tested at other paper mills in terms of their applicability in Shandong Province or in the People's Republic of China, and possibly implemented.English
Series Name: 222
Number: 222
Place of Publication: Darmstadt
Publisher: Hrsg.: Verein zur Förderung des Instituts IWAR der TU Darmstadt e.V. Eigen Verlag
Classification DDC: 600 Technik, Medizin, angewandte Wissenschaften > 620 Ingenieurwissenschaften
Divisions: 13 Fachbereich Bau- und Umweltingenieurwissenschaften
13 Fachbereich Bau- und Umweltingenieurwissenschaften > Institute IWAR
Date Deposited: 05 Dec 2013 08:36
Last Modified: 20 Jul 2016 12:48
URN: urn:nbn:de:tuda-tuprints-36881
Referees: Cornel, Professor Peter and Wagner, Professor Martin and Dai, Professor Xiaohu
Refereed: 21 June 2013
URI: http://tuprints.ulb.tu-darmstadt.de/id/eprint/3688
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