Abwasserbehandlung bei der Herstellung von Kartonverpackungen

• 1. Abwasser bei der Herstellung von Verpackungen und Kartons
• 2. Einsatz von Flotationssystemen mit gelöstem Luft in der Kartonverpackungsindustrie
• 3. Erfolgsgeschichte
• 4. Pilotanlage für die Bodenbelagsindustrie

1. Abwasser bei der Herstellung von Verpackungen und Kartons

Die bei der Herstellung von Verpackungen und Kartons anfallenden Abwässer weisen Besonderheiten auf, die sich von denen unterscheiden, die bei anderen Tätigkeiten der Papierindustrie und ähnlichen Bereichen anfallen. Diese lassen sich wie folgt zusammenfassen:

• Die zu behandelnden Wassermengen sind geringer als in Papierfabriken im Allgemeinen.
• Schadstoffbelastungen unterschiedlicher Art und hoher Konzentration.
• Vorhandensein giftiger Bestandteile wie Druckfarben, Klebstoffe, Lösungsmittel usw.

In Produktionsanlagen fallen Abwassermengen an, die in der Regel 200 m³ pro Tag nicht überschreiten, weshalb häufig eine chargenweise Behandlung zum Einsatz kommt.

Ein Batch-Prozess verläuft in folgenden Phasen:

• 1. Befüllung des Reaktors
• 2. Dosierung der Reagenzien (falls zutreffend) und Mischen
• 3. Schlammablagerung
• 4. Dekantieren
• 5. Entnahme der geklärten Phase
• 6. Entfernung des abgesetzten Schlamms

Falls das Wasser rund um die Uhr aufbereitet wird, muss ein Ausgleichsbehälter eingebaut werden, der das abgegebene Wasservolumen aufnehmen kann, während sich der Prozess in Phasen befindet, in denen die Zufuhr dieser Wassermenge nicht möglich ist.

Eine der größten Herausforderungen bei einem Batch-Prozess besteht darin, die angemessene Dauer jeder Phase und jedes Zyklus zu bestimmen, insbesondere der Dekantier- und Extraktionsphasen. Die mit einem klassischen Batch-Prozess verbundenen Risiken lassen sich wie folgt zusammenfassen:

Für den Betrieb solcher Anlagen werden qualifizierte Fachkräfte benötigt. Zu den wesentlichen Aufgaben gehören die Einstellung der Chemikaliendosierung und der Phasenzeiten sowie die Überwachung der Abwasserklärung und der Schlammablass.

Fehlerrisiken bei den Chargen, sowohl hinsichtlich der Dauer der einzelnen Phasen als auch bei der Dosierung der Reagenzien.

Lange Reaktionszeiten. Um einen reibungslosen Betrieb zu gewährleisten, neigt man dazu, die Dauer der kritischen Phasen des Zyklus großzügig anzusetzen, was Reaktoren mit größerem Volumen zur Folge hat.

Komplexität bei der Steuerung der Parameter und der Dosierung der Chemikalien aufgrund der großen Reaktorvolumina.

Probleme bei der Sedimentation oder Absetzung. Selbst bei einer angemessenen Flockung und einer guten Klärqualität ist nicht gewährleistet, dass die Sedimentierbarkeit des Schlamms in jedem Zyklus eine endgültige Klärung des Wassers ermöglicht.

Probleme bei der Abgrenzung und/oder Berechnung des geklärten Anteils. Da sich das Volumen des geklärten Wassers und des abgesetzten Schlamms nicht genau bestimmen lässt, ist die Position der Ablassventile für das geklärte Wasser ungenau. Um dieses Problem zu vermeiden, werden schwimmende oder kippbare Abscheider in Verbindung mit Trübungs- oder Schwebstoffsensoren eingesetzt, was zu komplexeren und kostspieligeren Systemen führt.

Um eine falsche Auswahl der Chemikalien zu vermeiden, werden häufig hochdosierte Mehrkomponenten- oder multifunktionale Reagenzien eingesetzt, was hohe Betriebskosten und das Risiko von Chemikalienrückständen im geklärten Wasser mit sich bringt.

DAF-Systeme: Eine effiziente Alternative zu Absetzbecken

Eine Alternative zu herkömmlichen Batch-Dekantierungssystemen sind Systeme zur Flotation mit gelöstem Luft (DAF). Diese Lösung bietet zahlreiche Vorteile, darunter insbesondere:

• Der Hauptvorteil besteht darin, dass die DAF-Kläranlage über einen Mechanismus verfügt, der die Trennung von Feststoffen und Flüssigkeiten durch kontinuierliche Flotation erzwingt. Dadurch entfallen die Phasen eines zyklischen Prozesses und somit auch das Ausfallrisiko. Zudem sind die Verweilzeiten kürzer, wodurch sich die Abmessungen der Anlage verringern.
• Die Einstellung der Chemikaliendosierung ist einfach. Man ermittelt eine dem Abwasservolumen angemessene Dosierung und konfiguriert das Steuerungssystem. Anschließend legt das Reagenzdosiersystem selbst den Dosierdurchfluss der Dosierpumpe fest und gewährleistet so eine präzise Reaktion.
• Die Risiken einer unzureichenden Feststoff-Flüssigkeits-Trennung entfallen, da die DAF-Anlage die Aufwärtsgeschwindigkeit der Flocken erhöht und deren Abscheidung gewährleistet. Darüber hinaus verfügen unsere DAF-Anlagen über einen Sedimentauffangbehälter, der die absetzbaren Feststoffe zeitgesteuert abführt.
• Es sind keine speziellen chemischen Reagenzien erforderlich; stattdessen werden handelsübliche Chemikalien wie Koagulierungsmittel auf Basis von Eisen- und/oder Aluminiumsalzen sowie Flockungsmittel verwendet, die leicht im Handel erhältlich sind.

Die DAF-Anlagen (Dissolved Air Flotation) von SIGMADAF vereinfachen den Aufbau von Kläranlagen und benötigen deutlich weniger Platz. Sie sind mit einem Homogenisierungsbecken ausgestattet, sodass keine weiteren großvolumigen Nachreaktoren erforderlich sind.

Eine weitere Möglichkeit, die Prozesssicherheit zu erhöhen, besteht darin, die Anlage mit zwei Ausgleichsbehältern gleichen Volumens auszustatten, da in dem einen Behälter die Auslegungsmenge behandelt wird, während im anderen Behälter das zusätzliche Abwasser aufgefangen wird.

2. Einsatz von Flotationssystemen mit gelöstem Luft in der Kartonverpackungsindustrie

Unsere DAF-Systeme arbeiten mit einem kontinuierlichen Sättigungssystem zur Erzeugung von Mikrobläschen. Das Prinzip der Luftsättigung basiert auf der Einleitung eines Luftstroms in einen Wasserstrom. Dieser Luftstrom wird unter konstantem Druck an der Stelle mit maximaler Turbulenz im Klärwasserrücklauf eingeleitet. Ab diesem Punkt ist das Wasser mit Luft gesättigt. Dies wird unter optimalen Bedingungen bei einem Druck von 6 bar und einem Luftsättigungsgrad von 10 % erreicht.

Ältere Systeme verwenden große Behälter (Sättigungsbehälter), in denen die Umwälzpumpe Turbulenzen erzeugen muss, indem sie das Wasser gegen statische mechanische Elemente schleudert. Diese Systeme sind schwer zu handhaben, da sie in hohem Maße vom Wasser-Luft-Gleichgewicht und vom Füllstand im Behälter abhängen.

Unsere DAF-Anlagen mit hoher Sättigung machen den Einsatz eines herkömmlichen Kessels überflüssig, indem sie dieselbe Pumpe als Punkt maximaler Turbulenz nutzen und die Luft dort einblasen. Diese Konstruktion bietet klare technische Vorteile:

• Das Gerät ist kompakter und verfügt über weniger mechanische Teile.
• Eine Automatisierung des Systems ist möglich.
• Der für die Belüftung ausgeübte Druck beträgt höchstens 1 bar.

Verfügbare DAF-Fahrzeugmodelle

Produkt	Anwendungen	Kapazität	Eigenschaften
FPBC	Trinkwasserversorgung, Kraftwerke, MBBR-Klärbecken, Fleischverarbeitungsbetriebe und Schlachthöfe (Geflügel, Schweine und Rinder), Fischverarbeitung, Bergbau, Petrochemie und Papierindustrie, unter anderem.	5 – 175m³/h	Gegenstrom-System. Ideal für physikalisch-chemische Prozesse und Wasser mit mittlerer bis hoher Schadstoffbelastung, einfache Bedienung, geringer Wartungsaufwand, kompakte Anlage, einzigartiges Skimmer-System.
FPAC	FBR (biologische Flotationsreaktoren), Schlammverdicker, Tierkörperverwertung, Fleisch- und Schlachtindustrie (Geflügel-, Schweine- und Rinderhaltung), Lebensmittelindustrie, Bergbau, Petrochemie und Papierindustrie u. a.	5 – 160m³/h	Kreuzstromsystem. Ideal für die Vorbehandlung und sehr hohe Feststofffrachten. Statischer Eindicker, einfache Bedienung, geringer Wartungsaufwand, exklusives Skimmer-System.
FPHF	Trinkwasser, BFR (biologische Flotationsreaktoren), MBBR-Klärbecken, Industrie im Allgemeinen, Textilindustrie, Erdölraffinerien, Milchindustrie und Papierindustrie.	200 – 1000m³/h	Kombination aus Gegenstrom- und Querstromsystem. Ideal für große Wassermengen, einfache Bedienung, geringer Wartungsaufwand, kompakte Maschine, einzigartiges Skimming-System.

Im Folgenden finden Sie Erfolgsbeispiele für die Abwasserbehandlung von Papier, Karton und ähnlichen Materialien mit SIGMADAF-Anlagen.

3. Erfolgsgeschichte

Im Rahmen dieses Projekts, das 2021 in Portugal durchgeführt wurde, wurde ein kompaktes Dissolved-Air-Flotationssystem installiert, das eine physikalisch-chemische Aufbereitungsanlage umfasst.

Die folgenden Daten stammen sowohl aus dem Zulauf als auch aus dem Klärwasser des DAF-Systems sowie aus dem Aktivkohle-Nachbehandlungssystem. Die Daten zeigen die durchschnittliche Schadstoffkonzentration seit Erreichen des stationären und stabilen Betriebszustands der Anlage. Diese Anlage verfügt über ein Aktivkohle-Filtersystem zur Entfernung von Mikroschadstoffen.

Die Reinigungsleistung des DAF-Systems beträgt bei der Entfernung von SST 97 % und bei der Entfernung von CSB 78 %. Der CSB-Gehalt entspricht aufgrund der geltenden strengen Vorschriften noch nicht den Einleitungsgrenzwerten, weshalb eine biologische Behandlung erforderlich ist, um organische Schadstoffe und Nährstoffe zu entfernen.

Parameter	Sie	Einflussreich	DAF-Klärung	DAF-Bericht	Aktivkohle-Abwasser
pH-Wert	-	9,2	7,0		6,9
SST	mg/l	1.495	45	97%	34
DOQ	mg/l	3.688	817	78%	673
DBO5	mg/l	#n/a	#n/a		149

4. Pilotanlage für die Bodenbelagsindustrie

Die Abwässer der Bodenbelagsindustrie weisen aufgrund der Beschaffenheit der in der flüssigen Abwassermatrix enthaltenen Feststoffe und Partikel viele Ähnlichkeiten mit den Abwässern der Papier- und Kartonindustrie auf. Die organische Zusammensetzung, die Druckfarben und der Fasergehalt können mit den in der Papier- und Kartonindustrie anfallenden Abwässern vergleichbar sein.

Dieses Projekt, bei dem es sich um eine Pilotanlage für einen bedeutenden französischen Hersteller von Bodenbelägen handelt, umfasst ein DAF-System und eine Filterpresse zur Schlammentwässerung. Nachfolgend sind die wichtigsten bisher erzielten Ergebnisse aufgeführt.

Vorher und nachher: Foto 1: 10.09.2024 – Foto 2: 17.09.2024

Die folgende Tabelle zeigt die Leistungsergebnisse für die besten chemischen Zusammensetzungen:

Parameter	Sie	Einflussreich	DAF-Klärung	DAF-Leistung
pH-Wert	-	6,7	7,6
SST	mg/l	420	36	92%
COD	mg/l	2.767	1130	59%
DBO5	mg/l	420	180	57%

• Die SST-Entfernung beträgt 92 %
• Die CSB-Abbauleistung beträgt 59 %
• Die BSB5-Abbauleistung beträgt 57 %

Die Indikatoren für organische Schadstoffe (CSB und BSB5) liegen über den gesetzlich festgelegten Einleitungsgrenzwerten, weshalb eine biologische Behandlung erforderlich ist, um die organischen Schadstoffe und Nährstoffe zu entfernen.

Zur Schlammentwässerung werden Benchmark- Tests mit Filterpressen durchgeführt, die zu folgenden Ergebnissen führen:

• Der Schlamm wird mit einem verzweigten kationischen Polyelektrolyten, der speziell für Filterpressen entwickelt wurde, wirksam ausgeflockt.
• Der geflockte Schlamm kann in einer mit einem Druckmembransystem ausgestatteten Filterpresse behandelt werden, wodurch ein Filterkuchen mit einem Trockensubstanzgehalt von 10,54 % entsteht, der sich als kompakter Rückstand leicht handhaben lässt.
• Das während der Entwässerung aus der Presse abgezogene geklärte Wasser weist eine Trübung von 138,3 NTU auf.

Von links nach rechts: ausgeflockter Schlamm; geklärte Phase; mittels Filterpresse entwässerter Schlammkuchen.