Für die Herstellung von Papier braucht man im Wesentlichen Holz, Wasser und Energie. Um ein Kilogramm Magazinpapier zu produzieren, werden zehn bis zwölf Liter Wasser benötigt. Dieses Wasser ist nach dem Herstellungsprozess stark belastet, denn die Papier- und Zellstoffindustrie emittiert zum Teil persistente Inhaltsstoffe, welche sich auf biologischem Weg nicht ohne weiteres abbauen lassen. „Da wir das Wasser in die Isar einleiten, müssen wir uns darauf verlassen können, dass die Ablaufwerte deutlich unter den behördlichen Einleitwerten liegen“, so Wolfgang Haase, Umweltschutzbeauftragter des Standortes in Plattling.
Für die Konzeptfindung war es für UPM Plattling wichtig, dass das zu wählende Reinigungsverfahren voll automatisch an die stark wechselnden Abwassersituationen anpassbar ist, um die geforderten Einleitgrenzwerte mit möglichst geringen Betriebs- und Entsorgungskosten sicher einzuhalten. Dafür eignet sich ein Verfahren, das sich sehr schnell auf wechselnde Abwassersituationen einstellt und über die dementsprechende Online-Messtechnik sicher regelbar ist.
Unterschiedliche Abwasserströme
Die Abwasserströme der Papierfabrik Plattling stammen aus zwei Produktionslinien, in denen hochwertige Magazinpapiere hergestellt werden: LWC-Papier (Light Weight Coated) und SC-Papier (super-calendered). Bisher erfolgte die Behandlung der beiden Abwasserströme in zwei getrennten Abwasserreinigungsanlagen (ARA). Im Ablauf der ARA für ungestrichene Papiere (SC) wurde eine weitergehende Abwasserreinigung in einer nachgeschalteten Druckentspannungsflotation vorgenommen. Durch Umstellung der Produktion auf höhergebleichte LWC-Papiere erhöht sich in diesem Abwasserstrom der Anteil an persistentem CSB (chemischer Sauerstoffbedarf) und damit an Rest-CSB im Kläranlagenablauf. Um die geforderten Einleitgrenzwerte einhalten zu können, muss der persistente CSB teilweise entfernt werden.
Für das Projekt UPM Plattling wählten die Abwasserspezialisten das Biofit.F-Verfahren von Hager + Elsässer erweitert durch die zweistufige Ozonung, um eine Verbesserung der Wasserqualität zu erzielen. „Durch die Kombination haben wir ein verbessertes AOP-Verfahren entwickelt, das durch eine Reduzierung des Energieeintrags und des spezifischen Ozoneinsatzes die Betriebskosten senkt und damit umweltfreundlicher als herkömmliche Systeme ist“, sagt Ingulf Schroeter, Market Manager Pulp and Paper bei Hager + Elsässer.
Bei dem Advanced Oxidation Process werden schwer abbaubare Inhaltsstoffe, der sogenannte harte CSB, unter Einsatz von Ozon teiloxidiert. „Im Gegensatz zu AOP-Verfahren, die auf eine chemische Totaloxidation oder alternativ auf Adsorptions- oder Fällungsverfahren mit jeweils sehr hohen Reststoffmengen setzen, nutzen wir eine Kombination aus chemisch-oxidativen und biologischen Verfahren“, erläutert Schroeter.
Dazu werden die schwer abbaubaren Inhaltsstoffe im ersten Schritt mit reduziertem Energie- und Oxidationsmitteleinsatz lediglich soweit gecrackt, dass sie wieder einem biologischen Abbau zugänglich sind. H+E setzt dazu mehrstufige Ozon-Niederdruckeintragssysteme ein, die sich durch einen geringen Energiebedarf auszeichnen und gleichzeitig so geregelt werden, dass der spezifische Ozonbedarf minimal gehalten wird. Die bei diesem Prozess gewonnenen Bruchstücke können dann in einem zweiten Schritt kostengünstig durch das Biofit.F-Verfahren biologisch abgebaut werden – zurück bleiben CO2 und Wasser sowie wenig Biomasse.
Bei UPM wurde die neue AOP-Anlage nach der bestehenden biologischen Reinigung so eingebunden, dass die Abwässer aus beiden bestehenden Behandlungslinien zur AOP-Anlage geleitet werden können. Dies erlaubt eine maximale Flexibilität im Abwassermanagement. Eine Sicherheitssiebung schützt das Ozoneintragssystem vor Verstopfungen. Der Ozoneintrag erfolgt vollständig im energetisch günstigen drucklosen, zweistufigen System. Dadurch wird das Ozon vollständig ins Abwasser eingetragen. Das hierfür notwendige Ozongas erzeugt ein Ozongenerator aus Reinsauerstoff in einem Lagertank vor Ort. Dabei wird lediglich ein Anteil von 10 bis 12 Prozent des Sauerstoffs in Ozon umgewandelt. Der restliche Reinsauerstoff fällt als sogenanntes Offgas an den Ozoneintragsreaktoren an.
Biofiltration der Inhaltsstoffe
Um diesen Wertstoff bestmöglich weiter zu nutzen, wird das sauerstoffreiche Offgas mit einer eigenen Verdichterstation in die Hochlaststufe der bestehenden Biologie eingetragen, wo es zur Sauerstoffversorgung beiträgt. Zum Abklingen der Ozonkonzentration sowie für das Ermöglichen von Reaktionen, die mehr Zeit erfordern, wird das Abwasser noch über einen Verweilzeitbehälter geführt. Die Biofiltrationsanlage Biofit.F übernimmt im nächsten Schritt die aerobe biologische Elimination der nun wieder dem biologischen Abbau zugänglichen Abwasserinhaltsstoffe.
Diese Biofiltration basiert auf dem Gleichstromprinzip von flüssiger und gasförmiger Phase. Das Abwasser und die Prozessluft durchströmen dabei das spezielle Filtermaterial von unten nach oben, auf welchem der Biofilm aufwächst und an dem gleichzeitig Feststoffe zurückgehalten werden. Der im Biofit-F gebildete biologische Überschussschlamm wird regelmäßig vollautomatisch in ein Spülabwasserbecken ausgespült und gleichmäßig zur existierenden ARA zurückgefördert. Aufgrund seiner Vielseitigkeit und Anpassungsfähigkeit zur Kohlenstoff- und Nährstoffelimination sowie zur Feststoffabscheidung eignet sich der Biofit.F zum platzsparenden und emissionsarmen Neubau, ebenso wie zur Erweiterung bestehender Anlagen.
In Summe reduziert das kombinierte AOP-Verfahren der H+E den Energie- und Ozonbedarf erheblich. Bei der Erzeugung des Ozons aus Reinsauerstoff bleibt zudem eine hohe Menge an Sauerstoff zurück. Dieser wird bei der AOP-Anlage in Plattling zur Sauerstoffversorgung im biologischen Prozess genutzt. Auch dies erhöht die Gesamtwirtschaftlichkeit des Verfahrens. Bezogen auf die eliminierte CSB-Fracht fallen die Betriebskosten deshalb um zirka 45 Prozent geringer aus als bei vergleichbaren Referenzangaben.
Durch die Effizienz, Verfügbarkeit und Regelbarkeit der neuen AOP-Anlage konnte die Betriebszeit der vorhandenen tertiären Fällungsstufe um 80 Prozent reduziert werden. Entsprechend niedriger war der Schlammanfall, der für die Entsorgung weitere Kosten verursachen würde. „Die Gesamtkosten liegen auf lange Sicht unter denen vergleichbarer AOP-Verfahren“, sagt Wolfgang Haase von UPM Plattling. „Trotz höherer Anfangskosten rechnet sich die Investition langfristig.“
