Forschungsstelle:
PTS München Heßstr. 134
80797 München
Leiter der Forschungsstelle:
Dr.-Ing. P. W. Rizzi
Projektleiter:
Dr. H.-J. Öller
Dipl.-Ing. S. Bierbaum Tel: 089 / 12146-0 Fax: 089 / 12146-36
Internet: www.ptspaper.de E-mail: S.Bierbaum@ptspaper.deT
Forschungsgebiet: Schlagworte:
Querschnittsziele, Umwelttechniken, Wasser Ozon, Regelung, Wirtschaftlichkeit
Thema:
Verbesserung der Wirtschaftlichkeit der Ozonbehandlung von Abwässern der Papierindustrie durch Auswahl geeigneter Regelparameter
Ausgangssituation/Problemstellung:
Modernisierungs- und Erweiterungsmaßnahmen in der Papierindustrie sind mit höheren Abwassermengen und Schadstofffrachten verbunden. Wenn der alleinige Betrieb von biologischen Abwasserreinigungsanlagen diese nicht bewältigen kann, sind in zunehmendem Maße innovative Reinigungsverfahren nötig. Hier ist die Ozonbe- handlung in der Kombination „Biologie – Ozon – Biologie“ inzwischen zu einem bedeutenden Verfahren für eine weitergehende Reinigung biologisch vollgereinigter Abwässer geworden. Die Betriebsführung von Ozonreakto- ren ist hauptsächlich hinsichtlich der einzutragenden Ozonmenge von Bedeutung. Der Betrieb erfolgt in der Re- gel durch kontinuierliche Messungen des zulaufenden Volumenstroms. Die Zielgröße (CSB, BSB5, deren Ver- hältnis oder die Färbung) wird während des Betriebs meist nur stichprobenartig kontrolliert. Ggf. werden dann die Betriebsparameter korrigiert. Die Anpassung der Ozondosis an eine veränderte Abwasserzusammensetzung erfolgt somit immer mit einer teilweise erheblichen Verzögerung. Eine vorübergehende Verschlechterung der Ablaufwerte und/oder höhere Betriebskosten sind die Folge. In diesem Zusammenhang ist für einen wirtschaftli- chen Betrieb der Ozonstufe die kontinuierliche Bestimmung eines einfachen Regelparameters erforderlich. Die- ser muss mit der entsprechenden Zielgröße gut korrelieren, um permanent optimale Betriebsbedingungen in der Ozonstufe realisieren zu können.
Forschungsziel/Forschungsergebnis:
Ziel dieses Forschungsvorhabens sind die Verringerung der Betriebskosten in der Ozonstufe einer Abwasserrei- nigungsanlage sowie die Verbesserung der Abwasserqualität durch Auswahl geeigneter Regelparameter.
Es wurden kontinuierliche Ozonversuche mit biologisch vollgereinigtem Abwasser aus 4 Papierfabriken (Werk A – D) im Labormaßstab und in einem Werk (Werk A) im Pilotmaßstab durchgeführt. Die Rest-CSB-Belastungen der untersuchten Abwässer deckten mit Mittelwerten von 140 mg/l (Werk C) bis 400 mg/l (Werk B) einen typi- schen Bereich ab und schwankten zudem recht stark (z. B. Werk A: 250 - 410 mg/l). Der CSB konnte mit Ozon- einträgen von bis zu 1,1 g O3/g CSB0 um bis zu 60 % reduziert werden. Mit bis zu 0,25 g O3/g CSB0 bzw. 0,6 g O3/g CSB0 (Probe B) konnten die Proben auf 5 m-1 entfärbt werden. Die SAK-Werte konnten durch 1 g O3/g CSB0 ausgehend von 144 m-1 bis 518 m-1 auf 56 m-1 bis 81 m-1 reduziert werden. Folgende Korrelationen zwi- schen den Zielparametern CSB bzw. BSB5/CSB und dem online einfach und zuverlässig messbaren Regelpa- rameter SAK wurden gefunden: Werk A: SAKeli = 0,02 * CSBeli² + 2,57 * CSBeli; Werk B: SAK = 0,0003 * CSB2,4; Werk C: SAK = 0,01 * CSB² - 0,66 * CSB + 72,56; Werk D: SAKeli = -0,01 * CSBeli² + 1,99 * CSBeli und folgende aus den Pilotversuchen: SAK = -102,08 * ln (BSB5/CSB) – 125,13. Die SAK-basierten Regelungsstrategien der Labor- und Pilotversuche konnten die gesetzten Zielwerte erreichen und halten sowie auf veränderte Zulaufkon- zentrationen und Probenvolumenströme unter Berücksichtigung der hydraulischen Verweilzeit im Ozonreaktor rasch reagieren. Gemessen an den SAK-Werten wurden in Laborversuchen die geänderte Abwasserbelastun- gen bzw. -volumenströme nach 15 bis 60 Minuten mit einer Abweichung von 2 % wieder kompensiert, nach 40 bis 130 Minuten in den Pilotversuchen. Der SAK war als Regelungsparameter im Hinblick auf die Zielgrößen CSB bzw. BSB5/CSB-Verhältnis sehr gut geeignet.
Anwendung/Wirtschaftliche Bedeutung:
Auf Basis der Ergebnisse an Probe A wurden die Betriebskosten einer Ozonbehandlung abgeschätzt. Bei ver- änderter Abwasserbelastung (Zulauf-CSB zur O3-Stufe von 223 auf 183 mg/l reduziert) betragen die Betriebsmit- telkosten ohne Regelung 0,18 €/m³. Mit Regelung reduzieren sich bei gleichbleibender Abwasserqualität (kon- stanter CSB) die O3-Dosis von 135 auf 80 g/m3 und somit die Betriebskosten auf 0,10 €/m³. Die Investitionen für eine Regelung sind gering und haben sich nach 0,66 bis 1,5 Jahren amortisiert. Höhere Zulaufkonzentrationen können ebenso ausgeglichen werden, was das sicherere Einhalten von Grenzwerten erleichtert.
Bearbeitungszeitraum: 01.11.2001 – 31.10.2003 Bemerkungen:
Das Forschungsvorhaben AiF 13 095 wurde aus Mitteln des Bundesministeriums für Wirtschaft und Arbeit ge- fördert.
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