Biologische Abwasserbehandlung

Beschreibung der Technik: Die biologische Abwasserbehandlung macht sich natürliche biologische Prozesse zunutze, bei denen Mikroorganismen im Wasser gelöste organische Stoffe als Energiequelle nutzen. Bei der biologischen Behandlung werden die im Wasser biologisch abbaubaren, gelösten und kolloidal vorliegenden Stoffe zum Teil in feste Zellsubstanz und zum Teil in Kohlendioxid und Wasser überführt. Vor der Ableitung des Abwassers wird der Belebtschlamm davon getrennt.

Für das gesunde Wachstum benötigen die Mikroorganismen Stickstoff und Phosphor. In Zellstoff- und Papierabwässern ist der Gehalt an Nährstoffen im Vergleich zum Gehalt an organischen Stoffen niedrig.

Deshalb ist für das Erreichen einer wirksamen Behandlung oft die Zugabe von Phosphor und Stickstoff zum Abwasser erforderlich. Allerdings ist die Untersuchung empfehlenswert, ob die Nährstoffversorgung im Rohabwasser ausreichend ist. Manchmal enthält das Abwasser aus Fabriken zur Herstellung von gebleichtem Sulfitzellstoff genügend Phosphor und bei integrierten Zellstoff- und Papierfabriken ist die Zugabe von Stickstoff manchmal sehr gering. Deshalb sollte die Überdosierung von Nährstoffen durch die Bestimmung der Nährstoffkonzentrationen im Ablauf vermieden werden.

Die Abwassertemperatur beeinflusst die Funktion der biologischen Stufe. Die Temperatur darf für aerobe Verfahren 30 – 35 °C nicht übersteigen, weshalb eine Kühlung notwendig werden kann. Die Abwassertemperatur bei Sulfitzellstofffabriken liegt normalerweise zwischen 29 und 35 °C.

Das während des Aufschlusses gelöste Lignin gelangt zu einem gewissen Grad ins Abwasser und kann in der biologischen Behandlungsanlage nur teilweise abgebaut werden. Die verbleibenden Ligninanteile geben dem behandelten Abwasser eine braune Farbe.

Abbildung 3.6 zeigt das vereinfachte Verfahrensschema für eine Belebtschlammanlage.

Screen Primary Clarifier

Sludge Presses

Neutralisation chemicals

Nutrients

Fibrous sludge

Screen

Neutralisation chemicals

Primary Clarifier

Sludge Presses Fibrous sludge

High load activated sludge Intermediate Clarifier

Aeration Return sludge

Low load activated sludge

Aeration Nutrients

Secondary Clarifier Selector

Discharge to recipient Effluent inlet

from paper mill

Effluent inlet from pulp mill

Return sludge

Sludge Presses

Abbildung 3.6: Verfahrensschema der Abwasserbehandlungsanlage einer Sulfitzellstofffabrik. Beispiel einer österreichischen Fabrik [Neusiedler AG, Österreich]

Aeration = Belüftung; Discharge to recipient = Einleitung ins Gewässer; Effluent inlet from paper/pulp mill = Abwasserzulauf von der Papier-/Zellstofffabrik; Fibrous sludge = faserhaltiger Schlamm; High load activated sludge = hochbelastete Belebtschlammstufe; Intermediate Clarifier = Zwischenklärbecken; Low load activated sludge = niedrig belastete Belebtschlammstufe; Neutralisation chemicals = Chemikalien für die Neutralisation; Nutrients = Nährstoffe;

Primary Clarifier = Vorklärbecken; Return sludge = Rücklaufschlamm; Screen = Rechen; Secondary Clarifier = Nachklärbecken; Selector = Selektor; Sludge Presses = Schlammpressen

Anwendbarkeit und Charakterisierung der Maßnahme: Es handelt sich um eine end-of-pipe-Technik. Das Verfahren kann sowohl bei neuen als auch bei bestehenden Fabriken eingesetzt werden.

Wichtigste erreichte Emissionswerte/Umweltnutzen: Die Reinigungsleistung schwankt in Abhängigkeit von der Art der behandelten Abwässer. In Tabelle 3.13 sind die Ablaufkonzentrationen der in Abbildung 3.6 dargestellten Abwasserbehandlungsanlage zusammengestellt. Die Werte für CSB, BSB5 und abfiltrierbare Stoffe wurden anhand von Tagesmischproben ermittelt. Die jährliche Produktion der integrierten Fabrik betrug im Jahre 1998 ca. 45000 Tonnen Zellstoff und ca. 80000 Tonnen Feinpapier. Die CSB-Fracht aus der Papierfabrik trägt zu ca. 10 % zur gesamten CSB-Zulauffracht bei.

Gemessene Konzentrations-Tagesmittelwerte

1) Die spezifische Abwassermenge aus der Papierfabrik beträgt ca. 15 m³/t 2) Die spezifische Abwassermenge aus der Zellstofffabrik beträgt ca. 55 m³/t

3) Der Gesamt-Phosphorgehalt wird nur einmal wöchentlich bestimmt und liegt normalerweise unter 1 mg/l bei Spitzenwerten von bis zu 2 mg/l

4) Der Gehalt an anorganischen Stickstoffverbindungen liegt normalerweise unter 7 mg/l

Tabelle 3.13: Abwassereinleitung einer integrierten Sulfitzellstofffabrik nach biologischer Behandlung [Die Daten stammen von einem Fabrikbesuch im Jahre 1998]

Verlagerungseffekte: Die aerobe biologische Behandlung benötigt Energie. Der Stromverbrauch für die Belebtschlammstufe liegt im Bereich von 1,2 - 2 kWh/kg abgebautem BSB (Belüftung und Pumpen). Der Schlammanfall bei der Belebtschlammbehandlung liegt im Bereich von 0,4 – 0,7 kg TS/kg abgebautem BSB [Finnish BAT Report, 1997].

Der faserhaltige Schlamm aus dem primären Absetzbecken des vorstehend beschriebenen Beispieles wird als Ersatzrohstoff in der Ziegelindustrie verbrannt. Der überschüssige Belebtschlamm wird entwässert, mit Eindampferkondensat gewaschen, erneut gewaschen und schließlich im Laugen-Rückgewinnungskessel zusammen mit Dicklauge verbrannt. Diese Variante der Belebtschlammbehandlung wurde deshalb gewählt, weil die Fabrik keinen Rindenkessel betreibt. Die Holzhackschnitzel werden von nahe gelegenen Sägewerken geliefert. Andere Sulfitzellstofffabriken verbrennen normalerweise den entwässerten Schlamm im Rindenkessel.

Mit dem in Abbildung 3.6 dargestellten Konzept zur Abwasserbehandlung wird versucht, Spitzenzuflüsse vom normalen Zufluss zu trennen, um einen gleichmäßigen Betrieb zu bewerkstelligen. Wenn CSB-Spitzenkonzentrationen oder ungewöhnliche Schwankungen bei der Temperatur und der hydraulischen Belastung im Zulauf festgestellt werden, wird der auftretende Abwasserteilstrom in ein Havariebecken geleitet, wo er zwischengespeichert und schrittweise dem Hauptabwasserstrom zugeführt wird. Dieses Konzept führt zu geringen Schwankungen bei den Abwasseremissionen und einer kontinuierlich hohen Leistungsfähigkeit der Behandlungsanlage.

Angaben zur Wirtschaftlichkeit: Die gesamten Investitionskosten für das ganze vorstehend beschriebene Abwasserbehandlungssystem einschließlich Schlammentwässerung wird mit ca. 20 Mio. EUR angegeben (bezogen auf eine Jahresproduktion von 45000 Tonnen Zellstoff und von ca. 80000 Tonnen Feinpapier). Diese Kosten gelten für eine Dimensionierung für die maximale Fracht. Dies führt zu höheren Kosten, aber auch zu höherer Betriebssicherheit.

Anlagenbeispiele: Neusiedler AG, Österreich; alle vier Sulfitzellstofffabriken in Deutschland praktizieren die Belebtschlammbehandlung. Allerdings wird das Eindampferkondensat in Anaerobreaktoren vorbehandelt mit anschließender aerober Behandlung, wie sie vorstehend beschrieben ist. Es gibt eine Reihe von anderen Anlagenbeispielen in Europa, die Belebtschlammanlagen betreiben.

Literatur/Quellenangabe

[Persönliche Mitteilungen von Anlagenbetreibern in Deutschland und Österreich]

3.3.8 Einsatz eines Elektrofilters und von mehrstufigen Wäschern beim