Das Abwasser aus Papierfabriken entsteht in großen Mengen und enthält eine Vielzahl von Verunreinigungen, die durch die unterschiedlichen Produktionsprozesse verursacht werden. Ein besonderes Merkmal dieses Abwassers ist der hohe Gehalt an Lignin, einem organischen Stoff, der beim Aufschluss von Holz freigesetzt wird. Neben Lignin enthält das Abwasser auch Faserreste, Füllstoffe, Chemikalien (wie Bleichmittel und Farbstoffe) sowie organische Verbindungen. Die Abwasseraufbereitung in Papierfabriken stellt aufgrund dieser Zusammensetzung besondere Anforderungen, und der hohe Wasserverbrauch der Branche macht den Einsatz von Flusswasseraufbereitungsanlagen häufig erforderlich.
Inhaltsverzeichnis
Technische Hintergründe
Das Abwasser in Papierfabriken variiert in seiner Zusammensetzung je nach verwendetem Rohstoff und der Art des Herstellungsverfahrens. Neben den organischen Stoffen wie Zellulose und Lignin finden sich auch Chemikalien, die während des Produktionsprozesses eingesetzt werden, um das Papier zu bleichen, zu färben oder zu stärken. Aufgrund des hohen Wasserbedarfs nutzen viele Papierfabriken Wasser aus natürlichen Gewässern, das vor der Nutzung in Flusswasseraufbereitungsanlagen gereinigt und für den Produktionsprozess geeignet gemacht wird.
Verfahren zur Abwasserbehandlung in Papierfabriken
Die Behandlung des Abwassers erfolgt durch eine Kombination aus mechanischen, biologischen und chemisch-physikalischen Verfahren. Ziel ist es, die organischen und chemischen Belastungen zu reduzieren und die gesetzlichen Vorgaben für die Abwassereinleitung einzuhalten.
1. Mechanische Vorreinigung
Die mechanische Vorbehandlung ist der erste Schritt der Abwasserbehandlung und dient dazu, größere Feststoffe wie Faserreste und Schwebstoffe zu entfernen. Diese Rückstände werden durch Rechen und Siebungen zurückgehalten, um das nachfolgende biologische und chemische Behandlungsverfahren zu entlasten.
2. Flotationsanlagen
Die Druckentspannungsflotation wird häufig zur Entfernung von fein dispergierten Feststoffen und Faserpartikeln aus dem Abwasser eingesetzt. Bei diesem Verfahren werden Luftblasen in das Abwasser eingeleitet, die sich an die Feststoffe anlagern und sie an die Oberfläche transportieren. Dort können sie abgeschöpft werden. Diese Methode ist besonders wirksam, um feste organische Partikel und Schwebstoffe zu entfernen und das Abwasser für die biologische Behandlung vorzubereiten.
Foto: Unsere Flotationsanlage ALMA NeoDAF
3. Biologische Behandlung
Die biologische Behandlung zielt darauf ab, die organische Belastung im Abwasser zu reduzieren. Verschiedene Verfahren werden eingesetzt, um die organischen Verunreinigungen wie Lignin und andere pflanzliche Rückstände abzubauen.
Belebtschlammverfahren
- In diesem Verfahren wird das Abwasser in einem belüfteten Becken mit Mikroorganismen vermischt, die die im Abwasser enthaltenen organischen Stoffe abbauen. Der entstandene Belebtschlamm wird teilweise zurückgeführt, um die mikrobielle Aktivität und den Abbauprozess kontinuierlich aufrechtzuerhalten.
Foto: Belebungsbecken für große Abwasserströme (ALMA BHU BIO)
Moving Bed Biofilm Reactor (MBBR)
- Eine weitere Möglichkeit zur Behandlung von Abwasser aus der Papierindustrie ist der Einsatz von Moving Bed Biofilm Reactor (MBBR)-Systemen. In diesen Reaktoren bieten spezielle Kunststoffträger eine größere Ansiedlungsfläche für Biofilme, die die Effizienz des biologischen Abbaus steigern. Der MBBR ermöglicht durch die beweglichen Biofilmträger eine höhere Belastungskapazität und eine verbesserte Abbaurate organischer Substanzen, wodurch das Verfahren besonders bei stark belasteten Abwässern aus der Papierproduktion vorteilhaft ist.
Anaerobe Behandlung / Biogasanlagen
- In Papierfabriken mit hohen organischen Belastungen wird häufig eine anaerobe Abwasserbehandlung eingesetzt. Diese Verfahren laufen unter Sauerstoffausschluss ab, wobei Mikroorganismen die organischen Substanzen abbauen und Biogas (hauptsächlich Methan) erzeugen. Das produzierte Biogas kann in der Papierfabrik als Energiequelle genutzt werden, wodurch die Energieeffizienz gesteigert und die Betriebskosten gesenkt werden.
- Ein weiterer Vorteil dieser anaeroben Behandlung ist die Entstehung von Pelletschlamm, der durch die hohen Calciumkonzentrationen im Abwasser gebildet wird. Dieser Pelletschlamm zeichnet sich durch seine hohe Dichte aus und ist besonders einfach in Biogasanlagen (wie dem ALMA BHU GMR) zu handhaben. Aufgrund seiner kompakten Struktur wird der Schlamm nicht so leicht aus dem anaeroben Reaktor ausgetragen, was die Gefahr von Biomasseabtrieb deutlich reduziert. Diese Eigenschaft sorgt für eine stabile und effiziente Abwasserbehandlung, da der Verlust von Biomasse minimiert und die Prozessstabilität im Reaktor aufrechterhalten wird.
Foto: Unser Biogasreaktor speziell konzipiert für hohe Calciumkonzentrationen ALMA BHU GMR
Biofiltration
- Eine biologisch aktivierte Filtration kann als zusätzliche Stufe eingesetzt werden, um Restbelastungen im Abwasser zu verringern. Diese Technologie, wie sie in der ALMA BHU BAF-Anlage eingesetzt wird, ist besonders effektiv bei der Entfernung feiner organischer Rückstände, die nach den mechanischen und biologischen Vorreinigungen im Abwasser verbleiben.
Ein entscheidender Vorteil der Biofiltration ist, dass sie das Risiko von Biofouling in nachgeschalteten Umkehrosmoseanlagen (Produktübersicht Umkehrosmoseanlagen) deutlich reduziert. Dadurch wird der Betrieb der Umkehrosmose stabiler und effizienter. Dies ermöglicht es, das gereinigte Wasser in einem WaterReUse-Prozess für die Wiederverwendung aufzubereiten. Aufgrund der hohen Wassermengen, die in der Papierindustrie benötigt werden, bietet diese Methode eine äußerst rentable und umweltfreundliche Lösung für Papierfabriken. Wasserrecycling reduziert nicht nur die Betriebskosten, sondern trägt auch erheblich zur Nachhaltigkeit des Unternehmens bei.
Foto: Biologisch aktivierte Filtration in Betonbauweise für Abwasserströme bis zu 1.000 m³/h (ALMA BHU BAF)
Kalkproblematik
In der Papierindustrie stellt die Kalkproblematik ein häufig auftretendes Hindernis in Abwassersystemen und Behandlungsanlagen dar. Ein wesentlicher Grund dafür ist der hohe Calciumcarbonat-Gehalt im Abwasser, der aus der Verwendung von Calciumcarbonat (CaCO₃) als Füllstoff im Papier resultiert. Durch die Kreislaufführung des Produktionswassers erhöht sich die Konzentration von Calcium im Wasser zusätzlich, was zur Bildung von Ablagerungen in Rohrleitungen, Reaktoren und Armaturen führt.
Diese Ablagerungen können die Effizienz der Anlagen erheblich beeinträchtigen, indem sie den Durchfluss behindern, den Energieverbrauch erhöhen und den Verschleiß der Anlagenkomponenten beschleunigen.
Um diese Kalkablagerungen zu bekämpfen, sind häufig chemisch-physikalische Verfahren notwendig, insbesondere die Calciumcarbonatfällung. Bei diesem Verfahren wird Calcium durch Zugabe von Fällungsmitteln ausgefällt, sodass es nicht mehr in gelöster Form vorliegt und sich nicht als Kalk ablagern kann. Durch die gezielte Fällung von Calciumcarbonat können die Ablagerungen kontrolliert und im Rahmen der Abwasserbehandlung als Schlamm abgetrennt werden, bevor sie zu Betriebsstörungen führen.
Herausforderungen bei der Abwasserbehandlung in Papierfabriken
Hohe organische Belastung: Die Verarbeitung von Holzfasern und der Einsatz von Lignin führen zu einer hohen organischen Belastung des Abwassers, die eine leistungsfähige biologische Behandlung erfordert.
Chemikalien im Abwasser: Der Einsatz von Bleichmitteln, Farbstoffen und anderen Chemikalien erfordert spezifische chemisch-physikalische Verfahren, um diese Stoffe sicher zu entfernen.
Kalkablagerungen: Die Bildung von Kalk kann die Effizienz der Abwasserbehandlungssysteme stark beeinträchtigen und erfordert den Einsatz spezieller Enthärtungs- und Entkalkungsverfahren.
Flusswasseraufbereitung
Aufgrund des hohen Wasserbedarfs setzen Papierfabriken oft auf Flusswasseraufbereitungsanlagen, um ausreichend Wasser für den Produktionsprozess bereitzustellen. Dabei wird das Rohwasser aus Flüssen oder Seen in mehreren Schritten aufbereitet. Zunächst erfolgt eine Vorbehandlung in CP-Anlagen (chemisch-physikalische Anlagen), um gelöste Stoffe und Schwebstoffe durch Fällung und Flockung zu entfernen. Anschließend wird das Wasser in Mehrschichtfiltern weiter gereinigt, um verbleibende Feststoffe und Verunreinigungen zu filtern. Je nach der gewünschten Wasserqualität wird das Wasser schließlich in Umkehrosmoseanlagen (ALMA BHU BiosS-Treat) behandelt, um gelöste Salze und feine Partikel zu entfernen und so hochreines Wasser für den Produktionsprozess zu gewinnen.
Foto: Flusswasseraufbereitungsanlage für eine Papierfabrik in Polen (ALMA BHU BiosS-Treat)
Fazit
Das Abwasser aus Papierfabriken stellt aufgrund der hohen organischen und chemischen Belastungen sowie des großen Wasserbedarfs eine besondere Herausforderung für die industrielle Abwasserbehandlung dar. Durch eine Kombination aus mechanischer Vorreinigung, Flotationsanlagen (wie z.B. der ALMA NeoDAF), biologischen Verfahren wie dem Belebtschlammverfahren, MBBR-Reaktoren und anaeroben Biogasanlagen kann das Abwasser effizient behandelt werden. Die Kalkproblematik muss durch entsprechende Enthärtungsmaßnahmen adressiert werden, um die Betriebseffizienz der Anlagen langfristig sicherzustellen.
Durch die Nutzung von Biofiltrationssystemen (z.B. der ALMA BHU BAF) in Verbindung mit Umkehrosmoseanlagen kann das Abwasser effizient recycelt und wiederverwendet werden. Aufgrund des hohen Wasserverbrauchs in der Papierindustrie stellt dies eine äußerst rentable und nachhaltige Lösung für Papierfabriken dar.
