Behandlung von Abwässern aus dem Druck- und Veredelungsprozess in der Papierindustrie

• 1. Abwasseranfall in der Papierindustrie
• 2. Eigenschaften der bei Druck- und Veredelungsprozessen anfallenden Abwässer
• 3. Abwasserbehandlungsanlage
• 4. Wasserwiederverwendung in der Papierindustrie
• 5. Schlussfolgerungen

1. Abwassererzeugung Abwasseranfall in der Papierindustrie

Die in den Druck- und Veredelungsphasen der Papierindustrie anfallenden Abwässer weisen eine heterogene Zusammensetzung auf, die durch das Vorhandensein von Druckfarben, Pigmenten, chemischen Zusatzstoffen, gelösten organischen Verbindungen und Schwebstoffen gekennzeichnet ist.

Diese Einleitungen weisen große Schwankungen hinsichtlich Durchflussmenge und Schadstoffbelastung auf. Bei der Behandlung dieser Abwässer werden in der Regel physikalisch-chemische, biologische und Filterverfahren kombiniert, um die Einhaltung der Umweltvorschriften und gegebenenfalls die teilweise Wiederverwendung innerhalb desselben Industriebetriebs zu gewährleisten.

Die Abwässer entstehen in den folgenden Phasen des Produktionsprozesses:

Herstellung von Druckfarben. Dazu gehören die Formulierung, das Umfüllen und die Reinigung von Farbversorgungssystemen, bei denen Abwasser mit einem hohen Gehalt an Farbstoffen, Harzen, Lösungsmitteln und Tensiden anfällt. Das Spülen von Behältern, Rohrleitungen und Anlagen trägt erheblich zur organischen Belastung und zur Färbung des gesamten Abwassers bei.

Druckindustrie. Dazu gehören Abwässer aus der Reinigung von Walzen und Zylindern, aus der Entleerung von Kreislaufsystemen sowie aus den Waschwässern verschiedener Produktionsstufen wie Flexodruck, Tiefdruck oder Offsetdruck. Diese Abwässer zeichnen sich durch eine starke Färbung, einen hohen CSB-Wert und das Vorhandensein organischer Verbindungen aus.

Oberflächenbehandlung. Bei Beschichtungsverfahren wie Verputzen oder Lackieren fallen Abwässer an, die Klebstoffe, Polymere und mineralische Füllstoffe (hauptsächlich Kaolin und Kalziumkarbonat) enthalten. Bei der Reinigung der Maschinen gelangen große Mengen an Schwebstoffen in das Abwasser.

Zu berücksichtigen sind auch die Abwässer aus der Reinigung von Geräten und Wartungsarbeiten, die Rückstände von Chemikalien, feine Feststoffe, Öle und Fette enthalten; andererseits.

Schließlich sind auch die Abwässer zu berücksichtigen, die bei der Bodenreinigung, durch Leckagen in Produktionsbereichen und bei der Entleerung von Kreisläufen entstehen.

2. Eigenschaften der bei Druck- und Veredelungsprozessen anfallenden Abwässer

Die Abwässer aus den Druck- und Veredelungsprozessen in der Papierindustrie zeichnen sich durch eine heterogene Zusammensetzung und eine hohe zeitliche Variabilität aus, die mit Änderungen bei den Rezepturen von Druckfarben, Beschichtungen und Reinigungsvorgängen zusammenhängt.

Im Allgemeinen weisen sie eine Kombination aus organischen, anorganischen und suspendierten Feststoffen auf, die die Auslegung des Klärsystems beeinflussen.

Hier sind einige der typischen Merkmale dieser Abwässer:

• Starke Färbung.
• Hohe Trübungswerte aufgrund von Schwebstoffen wie Pigmenten, mineralischen Füllstoffen oder Papierfasern. Der Gehalt an kolloidalen Partikeln ist in der Regel hoch, was die Abscheidung der Feststoffe erschwert, wenn der Koagulations- und Flockungsprozess nicht präzise dosiert wird.
• Die Verwendung von Harzen, Klebstoffen, Lösungsmitteln und Additiven, die in Druckfarben und Beschichtungen enthalten sind, führt zu hohen organischen Belastungen.
• Die biologische Abbaubarkeit des Abwassers ist variabel und hängt vom Verhältnis zwischen abbaubaren und schwer abbaubaren Stoffen ab.
• Spuren von Metallen aus bestimmten Pigmenten sowie Tenside und biozide Verbindungen, die bei Reinigungsvorgängen zum Einsatz kommen, können eine chronische Toxizität verursachen, die den biologischen Abbau erschwert.

In der Regel eignen sich diese Abwässer nach einer angemessenen physikalisch-chemischen Aufbereitung für die biologische Behandlung.

Die wichtigsten Steuerungsparameter liegen in den folgenden Bereichen:              

PARAMETER	EINHEIT	KONZENTRATION
pH-Wert	-	5,5 – 9,0
COD	mg/l	1.000 – 5.000
DBO5	mg/l	300 – 1.500
SST	mg/l	200 – 1.500
Leitfähigkeit	µS/cm	1.000 – 4.000
Öle und Fette	mg/l	20 – 150
Temperatur	ºC	20 – 40

Diese Werte variieren je nach Art des hergestellten Papiers und den eingesetzten Drucktechnologien. Daher ist eine genaue Charakterisierung des Abwassers für die korrekte Auslegung der Kläranlage unerlässlich.

3. Abwasserbehandlungsanlage

Die Aufbereitung der Abwässer, die bei den Druck- und Veredelungsprozessen in der Papierindustrie anfallen, umfasst in der Regel die folgenden Schritte:

Vorbehandlung

Die Vorbehandlung, deren Ziel es ist, die nachfolgenden Stufen zu schützen und das Abwasser auszugleichen, umfasst:

• Gitter und Siebe zum Zurückhalten grober Feststoffe.
• Homogenisierungstank mit pH-Regelung

Physikalisch-chemische Behandlung

Dies ist der entscheidende Schritt zur Entfernung eines Teils der Farbe und der Schwebstoffe. Er besteht aus:

• Koagulation und Flockung mittels Eisen- und Aluminiumsalzen sowie Polymeren zur Abscheidung der im Abwasser enthaltenen Kolloide.
• Die Klärung erfolgt in der Regel mittels Dissolved-Air-Flotation-Systemen (DAF), die hochkonzentrierten Schlamm (zwischen 3 und 5 % Trockensubstanz) durch Flotation abscheiden und eine Abscheidungsleistung von Schwebstoffen von über 90 % aufweisen.
• Schlammbewirtschaftung durch mechanische Entwässerung, entweder mit einem Dekanter, einer Entwässerungstrommel oder einer Filterpresse, um einen höheren Trockengehalt (bis zu 30–35 %) zu erreichen.

Biologische Behandlung

Nach der physikalisch-chemischen Vorbehandlung wird das Abwasser zur biologischen Behandlung weitergeleitet, um die gelösten organischen Stoffe zu entfernen:

Membranbioreaktoren (MBR) sind das am häufigsten eingesetzte Verfahren, da durch einen Mikro- oder Ultrafiltrationsprozess mittels Membranen ein hoher biologischer Abbau erreicht wird. Auf diese Weise wird die Konzentration der im Abwasser enthaltenen Schadstoffe und Farbstoffe deutlich reduziert.

Der Belebtschlamm wird in den Bioreaktor zurückgeführt, während der Überschussschlamm zusammen mit dem im physikalisch-chemischen Verfahren abgetrennten Schlamm zur Entwässerung (mechanische Trocknung), Stabilisierung und anschließenden Deponierung in den Schlammbehälter geleitet wird.

Tertiäre Behandlung (optional)

Wenn eine Wasserwiederverwendung erforderlich ist oder strenge Einleitungsgrenzwerte eingehalten werden müssen, kommen zusätzliche Aufbereitungsmaßnahmen zum Einsatz:

• Adsorption mit Aktivkohle.
• Fortgeschrittene Oxidationsverfahren.
• Desinfektion.

Schematische Darstellung einer Kläranlage für die Papierherstellung und -veredelung

4. RWiederverwendungWasseraufbereitung in der Papierindustrie

Die Wiederverwendung der bei den Druck- und Veredelungsprozessen in der Papierindustrie anfallenden Abwässer senkt den Wasserverbrauch und verbessert so die Nachhaltigkeit des Produktionsprozesses. Die Rückgewinnung des aufbereiteten Wassers erfordert den Einsatz fortschrittlicher Aufbereitungsverfahren, mit denen Feststoffe, Kolloide, Restfarbstoffe, gelöste Salze und schwer abbaubare organische Verbindungen entfernt werden können.

Die am häufigsten verwendeten Verfahren zur Rückgewinnung von geklärtem Abwasser sind:

Membranfiltration: Die Verfahren der Nanofiltration (NF) und der Umkehrosmose (RO) werden eingesetzt, um die Konzentration von gelösten Salzen, organischen Verbindungen mit niedrigem Molekulargewicht und Restfarbe zu reduzieren. So lässt sich ein hochwertiges Permeat gewinnen, das für die Wiederverwendung in industriellen Prozessen oder als Brauchwasser geeignet ist.

Filtration in Aktivkohlebetten: Aktivkohle, sei es in Granulat- oder Pulverform, entfernt durch Adsorption schwer abbaubare organische Verbindungen, Mikroverschmutzungen und Farbstoffspuren und verbessert so die physikalische und chemische Qualität des aufbereiteten Wassers.

Fortgeschrittene Oxidation: Bestimmte Technologien wie die Ozonisierung, UV/Peroxid oder das Fenton-Verfahren ermöglichen den Abbau schwer abbaubarer organischer Verbindungen und die Verringerung der Restfärbung. Diese Verfahren kommen zum Einsatz, wenn hohe Qualitätsanforderungen an das behandelte Abwasser gestellt werden.

Desinfektion: Üblicherweise kommen chemische Oxidationsverfahren oder UV-Bestrahlung zum Einsatz, um sicherzustellen, dass das wiederaufbereitete Wasser keine mikrobiologischen Verunreinigungen in den Prozesskreisläufen oder Versorgungssystemen verursacht, für die es bestimmt ist.

Die Auswahl und Kombination der Aufbereitungsverfahren hängt von der Endnutzung des wiederaufbereiteten Wassers, der wirtschaftlichen und energetischen Bilanz des Systems sowie den festgelegten Qualitätsanforderungen ab. In vielen Fällen ermöglicht die teilweise Wiederverwendung des aufbereiteten Wassers für interne Prozesse wie Reinigung, Kühltürme oder die Herstellung von Pasten eine spürbare Reduzierung des Leitungswasserverbrauchs und der Einleitungsmenge, was sich auf die Versorgungskosten und die Einleitungsgebühren auswirkt.

5. Schlussfolgerungen

Die Komplexität und Vielfalt der Abwässer, die bei den Druck- und Veredelungsprozessen in der Papierindustrie anfallen, erfordern den Einsatz kombinierter Klärlösungen, die die Einhaltung der Einleitungsvorschriften oder die Wiederverwendung des Wassers gewährleisten.

Was die Abwasserbehandlung betrifft, werden diese Abwasserströme in der Regel in einem gemeinsamen System behandelt, das Folgendes umfasst:

• Vorbehandlungen zur Homogenisierung und zur Einstellung des pH-Werts.
• Physikalisch-chemische Koagulations- und Flockungsprozesse.
• Fest-Flüssig-Trennung durch DAF-Flotation zur Entfernung von Farbe und Feststoffen.
• Biologische Verfahren zur Reduzierung der gelösten organischen Belastung.
• In einigen Fällen werden Tertiärbehandlungen durchgeführt, die der Wiederverwendung des Wassers oder der Einhaltung strengerer Einleitungsgrenzwerte dienen.

Mit Hilfe von Abwasserrückgewinnungssystemen in den Druck- und Veredelungsprozessen der Papierindustrie lassen sich je nach angewandter Aufbereitungsmethode zwischen 40 und 85 % des aufbereiteten Wassers wiederverwenden.

Durch Kombinationen aus Filterverfahren, Membranprozessen und fortschrittlichen Aufbereitungsverfahren wird Wasser gewonnen, das für Anwendungen wie Reinigung, Kühlung oder die Prozessvorbereitung geeignet ist. Obwohl diese Systeme höhere Anfangsinvestitionen erfordern, senken sie den Frischwasserverbrauch, die Abwasserkosten und die Umweltbelastung und verbessern so die Gesamtwassereffizienz der Anlage.

Durch die korrekte Charakterisierung der Abwässer, die angemessene Auslegung der Kläranlage und die effiziente Bewirtschaftung der damit verbundenen Abfälle lassen sich die Umweltbelastung deutlich verringern, der Wasserverbrauch optimieren und die Gesamteffizienz der Anlagen verbessern.

In diesem Zusammenhang ist die Abwasserreinigung nicht nur eine gesetzliche Anforderung, sondern etabliert sich zunehmend als strategisches Instrument für eine sauberere, effizientere und den Prinzipien der Kreislaufwirtschaft entsprechende Papierproduktion.

Literaturverzeichnis und Quellenangaben

Metcalf & Eddy. Abwassertechnik: Behandlung und Rückgewinnung von Ressourcen. McGraw-Hill.

Papier- und Kartonindustrie – Adiquimica

Abwasserbehandlung in der Druck- und Farbstoffindustrie