Weitergehende Reinigung von mechanisch und biologisch vorgereinigtem Abwasser der Papierindustrie mittels Ozonbehandlung und nachfolgender Biofiltration

Abstract

In der Dissertationsschrift, ausgeführt von Dipl.-Ing. Nikolaus Kaindl, wird die weitergehende Reinigung von mechanisch und biologisch vorgereinigtem Abwasser der Papierindustrie mittels Ozonbehandlung und nachfolgender Biofiltration untersucht. Zu diesem Zweck wurden in den Jahren 1996-97 umfangreiche Pilotversuche bei der Papierfabrik SCA Graphic Laakirchen AG durchgeführt. Die vielversprechenden Ergebnisse führten im Jahr 2004 zum Bau einer Großanlage bei SCA Laakirchen.<br />Der erste Teil besteht aus einer Abhandlung über den Stand der Technik und einer Zusammenfassung der Grundlagen zu Ozon und den Reaktionen von Ozon mit in Wasser gelösten Substanzen. Dann werden die Ergebnisse von Labor- und Pilotversuchen vorgestellt und daraus Schlußfolgerungen für die Planung einer Großanlage gezogen. Unter Beachtung dieser Erkenntnisse wurde schließlich eine Großanlage bei SCA Laakirchen errichtet. Für diese Großanlage werden Planungsüberlegungen und Betriebserfahrungen vorgestellt.<br />Ozonbehandlung mit nachfolgender Biofiltration von biologisch vorgereinigtem Abwasser aus der Papierproduktion ermöglicht:<br />*) Weitergehende, durch mechanische und biologische Abwasserreinigung alleine nicht erreichte, CSB-Reduktion durch Oxidation biologisch schwer abbaubarer Substanzen.<br />*) Die Steuerung der CSB-Reduktion in einem sehr weiten Bereich und dadurch die Möglichkeit, produktionsbedingte CSB-Spitzenfrachten gezielt zu reduzieren.<br />*) Minimierung der Behandlungskosten durch Konzentration auf CSB-Spitzenfrachten und die Kombination von Ozonbehandlung und nachfolgender Biofiltration.<br />*) Entfärbung des Abwassers durch die Ozonbehandlung und damit die Erfüllung einer Vorbedingung für die Wiederverwertung von Abwasser im Produktionsprozeß.<br />Die Großanlage bei SCA Graphic Laakirchen AG wurde für die weitergehende Reinigung von 26.000 m3/d von mechanisch und biologisch vorbehandeltem Abwasser ausgelegt. Mit einer Kapazität von 75 kg/h Ozon ist es möglich, den in der vorangegangenen Biologie nicht abgebaute Substanzen verursachten Rest-CSB um weitere 1.830 kg/d zu reduzieren. Der maximale elektrische Leistungsbedarf der installierten Geräte (Ozongenerator, Pumpen) beträgt 1.600 kW. Insbesondere die Möglichkeit zur exakten Steuerung der CSB-Reduktion ermöglicht die Minimierung des Strom- und Sauerstoffbedarfes und damit vertretbare Kosten in Relation zur Papierproduktion. Im Jahresmittel 2005 wurden mit der Großanlage für die weitergehende Abwasserreinigung Behandlungskosten von 1,40 EUR je kg CSB eliminiert beziehungsweise 0,56 EUR je tonne Papier erzielt (bei einem Anteil von 30 % an hochweißen Produkten). Die Investitionskosten für die Ozonstufe betrugen 3,508 Mio. EUR.<br />

In the doctoral thesis, submitted by Dipl.-Ing. Nikolaus Kaindl, advanced treatment of mechanical and biological pre-treated paper mill effluent by ozonation and subsequent biofiltration has been investigated. For this purpose extensive pilot trials were performed at SCA Graphic Laakirchen AG in 1996/97 to evaluate the system for enhanced COD degradation. The promising results led to a full scale installation in 2004 at the same site.<br />The first part is a treatise about the state of the art and a summary of fundamentals of Ozone and Ozone reactions with dissolved substances in water. Then the results of laboratory trials and pilot trials are given and conclusions for the planning of a full scale plant are derived. By the use of this results a full scale plant has been realised. Design considerations for the plant are given and the experience from the running of the plant is documented.<br />Ozonation and subsequent bio-filtration of mechanical and biological pre-treated wastewater from the paper production provide:<br />*) Enhanced COD-reduction, which cannot be obtained by using conventional mechanical and biological treatment alone.<br />*) Controllable COD-reduction in a very wide range and therefore elimination of COD peaks which go along with special production situations.<br />*) Reduction of the treatment costs by concentration to COD-peaks and the combination of ozonation and subsequent bio-filtration.<br />*) Decrease of the color of the ozonated wastewater and therefore better possibilities for reuse of the treated effluent in the paper mill.<br />The full scale plant at SCA Graphic Laakirchen AG has been designed to treat 26,000 m3/d of biological pre-treated wastewater. With a capacity of 75 kg/h of ozone it is possible to eliminate 1,830 kg/d of previous biologically not degraded hard COD. The installed electrical equipment (ozone generator, pumps) has a maximum power consumption of 1,600 kW.<br />Especially the possibility for excellent control of the COD-removal rate allows for economical usage and therefore acceptable operational costs in relation to the paper production. The average values for 2005 of the full scale plant show costs of 1.40 EUR per kg COD eliminated or 0.56 EUR per ton of paper produced (when 30 % of the production is of brighter grade). Investment costs for the ozonation step amounted to 3.508 Mio.<br />EUR.<br />