Da bereits bei den einzelnen Probenahmen innerhalb der Werke zum Teil stark unterschiedli-che Abwasserbelastungen (z. B. Schwankungen des CSBs von 29 % um den Mittelwert von 317 mg/l bei Werk A) gefunden wurden, erscheint eine hierauf abzielende Regelung des O-zoneintrags sinnvoll und nötig. Auch eine Kontrolle des Zielwertes ist nötig, um konstante Ab-wasserqualitäten in Abläufen von Ozonstufen einzustellen. Diese sind anzustreben, um eine stabile Betriebsweise der nachfolgenden biologischen Stufe gewährleisten zu können. Damit wird zum einen ein wirtschaftlicher Ozoneintrag erreicht, indem nicht mehr Ozon produziert wird, als zum Erreichen des Zielwertes nötig ist. Zum anderen wird eine optimale Wirksamkeit erreicht, da nur soviel Ozon eingetragen wird, wie benötigt wird, um die jeweiligen Grenzwerte einzuhalten.
geeignet zur Regelung. Allerdings muss bei der Auswahl der Regelungsparameter die sprechzeit berücksichtigt werden, die bis zur Messwertausgabe vergeht. Bei längeren An-sprechzeiten wird die Regelung verlangsamt und das Wiedereinstellen der Zielwerte dauert länger. Daher sollten Parameter bevorzugt werden, deren Messwertausgabe nach kurzen An-sprechzeiten erfolgt.
In dem Bereich, in dem steigender Ozoneintrag nicht mehr ausschließlich Abwasserinhaltsstof-fe oxidiert, steigt das Redoxpotenzial sprunghaft an. Dieses Verhalten kann in der Regelungs-strategie genutzt werden, indem der Bereich des sprunghaften Anstiegs den Ozoneintrag nach oben begrenzt.
Auch der pH-Wert kann ein möglicher Regelungsparameter sein. Da durch den bei der Ozoni-sierung stattfindenden Gaseintrag und die anschließende Ausgasung Carbonat gestrippt wird, steigt der pH-Wert zunächst an. Die Reaktion von Abwasserinhaltsstoffen mit Ozon führt zur Senkung des pH-Wertes. Bei Regelung des Ozoneintrags nach dem pH-Wert muss also die durch Ausstrippung verursachte pH-Wert-Änderung berücksichtigt werden. Außerdem ist die Änderung des pH-Wertes durch Ozon um 1 Einheit relativ gering. Die pH-Wert-Messung sowie die zur Regelung benötigten Korrelationen müssen in diesem Fall also sehr genau sein. Eine praktische Erprobung z. B. in einer Pilotanwendung erfordert jedoch zunächst weitergehende Untersuchungen im Labormaßstab.
Eine Regelung über den Parameter Färbung ist grundsätzlich möglich. Derzeit ist die Färbung allerdings noch nicht der „primäre“ Parameter bei biologisch gereinigten Papierfabriksabwäs-sern. Bisherige Erfahrungen haben gezeigt, dass die Ozonmenge, die nötig ist, um einen ge-setzten CSB-Wert zu erreichen, für eine Entfärbung ausreicht.
Für jedes untersuchte Werk wurden andere Korrelationen als optimal gefunden. Bei Bedarf ist daher für die zu erweiternde ARA eine eigene Strategie zu erstellen. Dazu sind ausreichend viele Vorversuche über einen langen Zeitraum mit dem zu ozonisierenden Abwasser nötig.
Dies gewährleistet, dass die zu ermittelnden Korrelationen einen großen Bereich der mögli-chen Abwasserbelastungen erfassen und die Zusammenhänge über einen weiten Bereich gültig sind.
7.3 Ausblick und Empfehlung
Wenngleich die produzierte Ozonmenge maßgeblich durch die Schwankungen des zu behan-delnden Volumenstroms dominiert wird, konnte gezeigt werden, dass eine „überlagerte“ belas-tungsabhängige Ozonproduktion zu einer deutlichen Reduzierung der Betriebmittelkosten bei-tragen kann. Mit dem durchgeführten Vorhaben wurden die grundlegenden Voraussetzungen geschaffen, um die Ozondosierung zukünftig zu optimieren.
Da derzeit – trotz der umfangreichen Erfahrungen und der guten Möglichkeiten im Labormaß-stab – zur Auslegung einer großtechnischen Ozonanlage immer noch Pilotversuche anzuraten sind, sollten diese unter Hinzunahme ergänzender analytischer Untersuchungen zur Erarbei-tung von Korrelationen und zur Erstellung von belasErarbei-tungsabhängigen Regelstrategien genutzt werden. Wie das Vorhaben gezeigt hat, ist es von entscheidender Bedeutung, die in Frage kommende Abwasserbelastung im Zulauf zur Ozonanlage zu berücksichtigen. Dies soll ge-währleisten, dass die daraus ermittelten Funktionen über einen möglichst weiten Bereich gültig sind und die Zielwerte sicher eingestellt werden.
Danksagung
Die vorliegenden Ergebnisse wurden im Rahmen des Forschungsvorhabens AiF 13 095 ge-wonnen, das durch die Arbeitsgemeinschaft industrieller Forschungsvereinigungen e. V. (AiF), Köln, mit finanziellen Mitteln des Bundesministeriums für Wirtschaft und Arbeit (BMWA), Berlin, gefördert wurde. Für die Unterstützung sei an dieser Stelle gedankt.
Ansprechpartner
Dr. Hans-Jürgen Öller Dipl.-Ing. Svenja Bierbaum Tel. (089) 121 46-465 Tel. (089) 121 46-144 h.-j.oeller@ptspaper.de s.bierbaum@ptspaper.de Papiertechnische Stiftung PTS
Heßstraße 134 D-80797 München Tel. (089) 121 46-0 Fax (089) 121 46-36 e-Mail: info@ptspaper.de Internet: www.ptspaper.de
Abbildungsverzeichnis
Abb. 1: Schema der Laborozonanlage...6
Abb. 2: Messdatenerfassung während der Laborversuche...7
Abb. 3: Schema der Pilotanlage...8
Abb. 4: Messdatenerfassung während der Vorversuche ...9
Abb. 5: in Laborversuchen erzielte CSB-Werte ...11
Abb. 6: in Laborversuchen erzielte Färbungswerte...12
Abb. 7: in Laborversuchen erzielte DOC-Werte...12
Abb. 8: in Laborversuchen erzielte SAK-Werte...13
Abb. 9: in Laborversuchen erzielte Redoxpotenziale...14
Abb. 10: Korrelationen zwischen SAK und CSB ...15
Abb. 11: Korrelation zwischen SAK-Elimination und CSB-Elimination ...15
Abb. 12: Regelungsversuch zum Erreichen und Halten des Zielwertes (Probe B, RV 1) .16 Abb. 13: Regelungsversuch zur Reaktion auf veränderte Zielwerte (Probe B, RV 2)...17
Abb. 14: Regelungsversuch zur Reaktion auf veränderte Zulaufkonzentrationen (Probe A, RV 6)...18
Abb. 15: Regelungsversuch zur Reaktion auf veränderte Probenvolumenströme (Probe B, RV 5)...19
Abb. 16: exemplarischer Versuchsablauf (Versuch 20_200) ...20
Abb. 17: in Vorversuchen erzielte CSB-Werte, BSB5–Werte und BSB5/CSB-Verhältnisse ...21
Abb. 18: in Vorversuchen erzielte TOC- und SAK-Werte ...21
Abb. 19: in Vorversuchen erzielte Färbungswerte ...22
Abb. 20: Korrelation von BSB5/CSB zu SAK...22
Abb. 21: exemplarischer Versuchsablauf eines Pilot-Regelungsversuches (RV 6)...23
Abb. 22: Pilot-Regelungsversuch RV 3...24
Abb. 23: Pilot-Regelungsversuch RV 5...24
Abb. 24: Pilot-Regelungsversuch RV 7...25
Tabellenverzeichnis Tab. 1: Durchgeführte Vorversuche...9
Tab. 2: Abschätzung der Betriebskosten einer Ozonanlage...26
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Fuzzy-Hybrid-Regler für die kontinuierliche Ozonung von Wasser in einem Rohrreaktor in: atp – Automatisierungstechnische Praxis 39, 40 – 47 (1997), Nr. 1.
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Enhancement of capacity and efficiency of a biological waste water treatment plant – Laboratory test and pilot trials for the integration of a moving bed biofilm process and an ozone treatment into the biological waste water treatment plant of SCA Graphic
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in: 6th IAWQ Symposium on Forest Industry Wastewaters, June 6 – 10 1999, FIN-Tampere;
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Wirkung von Ozon auf die Flockbarkeit gelöster organischer Stoffe aus mechanisch und biologisch geklärtem Abwasser,
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8 KORHONEN S.:
Ozone Treatment of Circulation Waters and Effluents in the Pulp and Paper Industry – Removal of Resin Acids, EDTA and Microorganisms,
Kuopio, Kuopion University Publications C. Natural and Envionment Sciences 98, May 1999.
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Weitergehende CSB-Elimination und Entfärbung durch Ozonbehandlung biologisch gereinigter Papierfabriksabwässer
in: Das Papier 51 (1997), Nr. 4, S. 177 – 182.
10 MÖBIUS C. H.:
Weitergehende Abwasserreinigung mit Ozon – Chemisch-biochemische Oxidation am Beispiel von Papierfabriks-Abwässern
in: gwa (Zeitschrift des Schweizerischen Vereins des Gas- und Wasserfaches), 79 (1999) Nr. 10, S. 824 – 829.
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München: Papiertechnische Stiftung (PTS), PTS-Forschungsbericht 20/01.
12 WEINBERGER G. und I. DEMEL:
Qualitätskontrolle von Kreislauf- und Restabwässern der Papiererzeugung durch gekoppelte Online-Messung von CSB, Färbung und Salzfracht
München: Papiertechnische Stiftung (PTS), PTS-Forschungsbericht 05/02.