Abwasseraufbereitung in der Papierindustrie: Verfahren, Grenzwerte und Lösungen
Sektorüberblick
Die Papier- und Zellstoffherstellung erzeugt große Mengen belasteten Abwassers mit organischen Stoffen, Fasern und Salzen. Hohe CSB-Werte, Ablagerungen und steigende Anforderungen an Wasserwiederverwendung stellen Betriebe vor technische und wirtschaftliche Herausforderungen, für die ClearFox passende Lösungen zur effizienten Abwasserbehandlung bereitstellt.
Abwasseraufbereitung in der Papierindustrie: Verfahren, Grenzwerte und Lösungen
Sektorüberblick
Inhalt
Quellen des Papier- und Zellstofffabrikabwassers
In der Abwasseraufbereitung der Papierindustrie entstehen die größten Abwasserfrachten nicht erst an der Papiermaschine. Zellstofferzeugung, Holzschliff, Altpapieraufbereitung und Bleichstufen prägen Menge und Belastung bereits vor der Blattbildung. In integrierten Werken gelangen gelöste organische Stoffe aus diesen Stufen direkt in den Wasserkreislauf der Papierproduktion.
Im Papierprozess übernimmt Wasser mehrere Aufgaben zugleich. Es dient als Suspensionsmittel, Transportmittel und Lösungsmittel. Für die Faseraufbereitung und die Blattbildung fallen je nach Sorte 250 bis 1.000 l Wasser je Produkteinheit an. Dieses Prozesswasser bildet die Grundlage für das Abwasser in der Papierfabrik. Abwasser entsteht vor allem als überschüssiges Kreislaufwasser, das Frischwasser verdrängt.
| Produktionsschritt | Produktionsbestandteil | Anfallende Stoffe im Abwasser |
|---|---|---|
| Zellstofferzeugung, Sulfatverfahren | Holz, Natronlauge, Natriumsulfid | gelöste Holzinhaltsstoffe, vor allem Lignin und Hemicellulosen, sowie belastete Kochlaugenströme |
| Zellstofferzeugung, Sulfitverfahren | Holz, Hydrogensulfitlösung mit SO₂ | Brüdenkondensate, gelöste organische Stoffe und belastete Waschströme |
| Bleichprozesse | Zellstoff | farbige Verbindungen, Restlignin und weitere gelöste organische Stoffe |
| Holzschliff-Erzeugung | mechanisch zerfasertes Holz | gelöste organische Verbindungen aus der Holzschliffsuspension |
| Altpapieraufbereitung und Deinking | Altpapier, Druckfarben, Hilfsmittel | Druckfarbenreste, sonstige Verunreinigungen, Faserreste und Flotationsrückstände |
| Papiermaschine und Stoffkreislauf | Fasern, Füllstoffe, Hilfsmittel | Faserfeinstoffe, Kaolin, Calciumcarbonat, Talkum, Leim, Harze, Polymere und Kreislaufwasser mit CSB-Fracht |
Neben Fasern prägen auch Füllstoffe und Hilfsmittel das Abwasserbild. Kaolin, Calciumcarbonat, Talkum, Leimungsmittel, Harze und Mischpolymere beeinflussen die spätere Abwasserreinigung deutlich. Diese Stoffe bestimmen maßgeblich die Anforderungen an die industrielle Abwasserbehandlung.
Zusammensetzung des Abwassers in der Papierindustrie
Papierfabrikabwässer gelten in typischer Form als wenig konzentriert, nicht toxisch und biologisch gut abbaubar. Dennoch stellt die Abwasserbehandlung in der Papierindustrie aufgrund der organischen Belastung eine zentrale Herausforderung dar.
Die organische Fracht stammt überwiegend aus Kohlenhydraten und Lignin. Das mittlere BSB5/CSB-Verhältnis liegt bei mechanisch vorgereinigtem Papierfabrikabwasser bei etwa 0,5. Sulfat erreicht meist bis 600 mg/l. Bei Altpapier treten auch Werte über 1.000 mg/l auf.
Typische CSB- und BSB-Werte im Abwasser der Papierindustrie
| Kategorie | Sortenprogramm | BSB5 (mg/l) | CSB (mg/l) | spez. Abwassermenge (l/kg) |
|---|---|---|---|---|
| Holzfrei | Tissue | 50 – 100 | 95 – 270 | 9 – 25 |
| hf’ Spezial | 40 – 550 | 90 – 1.100 | 15 – 60 | |
| Holzhaltig | SC | 125 – 480 | 450 – 1.020 | 13 – 20 |
| hh’ Druck | 220 – 500 | 500 – 1.160 | 8 – 30 | |
| Altpapier | Zeitung | 460 – 1.270 | 960 – 2.400 | 7 – 20 |
| Wellpappenrohpapier | 1.280 – 2.840 | 2.190 – 5.680 | 0 – 10 | |
| Karton AP | 530 – 3.000 | 1.140 – 5.500 | 0 – 15 | |
| Recyclingpapier | 250 – 400 | 540 – 790 | 10 – 20 |
Die Werte beziehen sich auf mechanisch vorgereinigtes Abwasser. Die Bandbreite zeigt deutlich, wie stark sich die Anforderungen an die Abwasseraufbereitung je nach Papiersorte unterscheiden. Der Gesamtbereich reicht damit von 10 bis 3.000 mg/l BSB5 und von 20 bis 5.680 mg/l CSB.
Warum ist die Abwasserbehandlung für ein Unternehmen sinnvoll?
Die Abwasseraufbereitung in der Papierindustrie stellt eine zentrale Voraussetzung für die Einhaltung gesetzlicher Einleitgrenzwerte dar.
Eine Abwasserbehandlung senkt zugleich Kosten und Produktionsrisiken durch:
- geringere Abwassermengen durch Kreislaufführung
- Rückgewinnung von Fasern als Rohstoff
- Vermeidung von Betriebsproblemen wie Ablagerungen
Zusätzlich verbessert eine optimierte industrielle Abwasserbehandlung die Ressourceneffizienz und reduziert Betriebskosten nachhaltig.
Eine engere Kreislaufführung reduziert Frischwasserbedarf und Abwassermenge. Überzogene Kreisläufe fördern jedoch Aufsalzung, Kalkablagerungen und Gerüche. Diese Effekte zeigen, dass eine gezielte Abwasserreinigung in der Papierfabrik unverzichtbar ist.
Verfahren zur Abwasseraufbereitung in der Papierindustrie
Die Abwasseraufbereitung in der Papierindustrie erfolgt in mehreren aufeinander abgestimmten Verfahrensstufen. Jede Stufe adressiert spezifische Belastungen und bereitet das Wasser gezielt für den nächsten Schritt vor.
Mechanische Vorreinigung
Das Abwasser enthält große Mengen an Fasern und mineralischen Füllstoffen. Diese Stoffe führen zu Ablagerungen und belasten nachfolgende biologische Prozesse erheblich.
Um grobe Feststoffe abzutrennen, kann die ClearFox® Siebschnecke eingesetzt werden. Diese verdichtet den Austrag bereits im Gerät und reduziert das Feststoffvolumen deutlich.
Physikalisch-chemische Behandlung
Feine Partikel, Deinking-Reste und kolloidale Stoffe verbleiben nach der Sedimentation im Wasser. Diese Stoffe erhöhen weiterhin den CSB-Wert und beeinträchtigen die Wasserqualität.
Zur Entfernung dieser Stoffe wird häufig eine Flotation eingesetzt. Das ClearFox DAF System arbeitet mit Druckentspannungsflotation, bei der Luftblasen die Partikel an die Oberfläche transportieren. Dort erfolgt die gezielte Abtrennung der belasteten Schlammphase.
Aerobe biologische Verfahren
Die verbleibende Belastung besteht überwiegend aus gelösten organischen Stoffen wie Kohlenhydraten und Lignin. Diese erhöhen die Sauerstoffzehrung und müssen biologisch abgebaut werden.
Für diesen Schritt kommen biologische Verfahren mit Mikroorganismen zum Einsatz. Ein mögliches System ist das ClearFox® FBBR. Auf Trägermedien siedeln sich Mikroorganismen an und bauen die organische Fracht gezielt ab. Dadurch sinkt der CSB-Wert deutlich.
Wasserwiederverwendung im Betrieb
Biologisch voll gereinigtes Wasser enthält oft noch Calciumcarbonat, Salze, Farbe oder Rest-CSB und fördert dadurch Ablagerungen im Produktionsprozess.
Für eine Wasserwiederverwendung in der Papierindustrie sind daher oft zusätzliche Verfahren wie Umkehrosmose, Ultrafiltration oder Ozonierung erforderlich. Diese verbessern die Wasserqualität für geschlossene Kreisläufe.
Welche Abwasserbehandlung ist für welche Papierproduktion geeignet?
In der Praxis ergeben sich je nach Papiersorte unterschiedliche Anforderungen an die Abwasserbehandlung
- Holzfreie Papiere: geringere organische Belastung, überwiegend biologische Behandlung ausreichend
- Holzhaltige Papiere: mittlere Belastung durch Lignin, Kombination aus Vorbehandlung und biologischer Reinigung erforderlich
- Altpapierbasierte Papiere: hohe CSB-Werte und Fremdstoffe, Kombination aus Flotation, Sedimentation und biologischer Behandlung notwendig
Verwendung der Reststoffe der Abwasseraufbereitung
Die Abwasserbehandlung erzeugt verschiedene Nebenprodukte:
- Faserschlamm: Rückführung in den Produktionsprozess möglich
- Überschussschlamm: Entwässerung mittels Siebbandpressen
- Kalkhaltiger Schlamm: gezielte Abtrennung zur Vermeidung von Ablagerungen
Diese Nebenprodukte spielen eine wichtige Rolle in der Ressourceneffizienz der Papierindustrie.
Um den hohen Wasseranteil des Schlamms zu reduzieren wird der ClearFox® Eindicker zur Schlammeindickung eingesetzt. Dieser erhöht den Trockensubstanzgehalt von 0,5–3 % auf 5–15 % je nach Schlammzusammensetzung.
Für die Endentwässerung kommt die ClearFox® Schlammschneckenpresse zur Schlammbehandlung zum Einsatz. Diese reduziert das Volumen deutlich und senkt Entsorgungskosten.
Planung und Kauf einer Kläranlage für Papier- und Zellstofffabriken
Die Planung einer Kläranlage für die Papierindustrie erfordert eine genaue Analyse der Abwasserparameter. Entscheidend sind Zielqualität, Zufluss, CSB-Fracht und Lastschwankungen.
Ein typischer Anlagenaufbau umfasst:
- Mechanische Vorbehandlung
- Sedimentation und Primärklärung
- Chemisch unterstützte Flotation
- Ggf. Neutralisation und Kühlung
- biologische Behandlung
- Nachklärung
- Ggf. tertiäre Behandlung (z.b. Filtration, Ozonierung)
Die Auswahl der passenden Abwassertechnik für Papierfabriken hängt stark vom Produktionsprogramm ab. Altpapierbasierte Prozesse erzeugen höhere Belastungen und erfordern intensivere Behandlung.
Fazit
Die Abwasseraufbereitung in der Papierindustrie erfordert eine abgestimmte Kombination moderner Verfahren. Mechanische, physikalisch-chemische und aerobe biologische Stufen sichern die Einhaltung gesetzlicher Grenzwerte.
Der Einsatz spezialisierter Lösungen wie ClearFox Systeme für industrielle Abwasserbehandlung ermöglicht eine effiziente Reinigung und wirtschaftliche Wasserwiederverwendung.
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Referenzprojekte
FAQs
Welche Abwasserbehandlung ist für welche Papierproduktion geeignet?
- Holzfrei → geringere Belastung → einfache Biologie
- Holzhaltig → mittlere Belastung → Vorbehandlung nötig
- Altpapier → hohe Belastung → Kombination aus Flotation + Biologie
Was ist Abwasseraufbereitung in der Papierindustrie?
Die Abwasseraufbereitung in der Papierindustrie umfasst mechanische, physikalisch-chemische und biologische Verfahren zur Reinigung von Prozesswasser. Ziel ist die Einhaltung von Grenzwerten und die Wiederverwendung von Wasser.
Wie wird der CSB im Abwasser der Papierindustrie reduziert?
Der CSB wird hauptsächlich durch biologische Verfahren reduziert. Mikroorganismen bauen organische Stoffe wie Kohlenhydrate und Lignin ab und senken so die Belastung im Abwasser.
Wann wird eine Flotation in der Abwasserbehandlung eingesetzt?
Eine Flotation wird eingesetzt, wenn feine Partikel, Fette oder kolloidale Stoffe im Abwasser verbleiben. Das ClearFox DAF System nutzt gelöste Luft, um diese Stoffe an die Oberfläche zu transportieren und abzutrennen. Dieses Verfahren eignet sich besonders für stark belastete Industrieabwässer.
Ist eine Wasserwiederverwendung in der Papierindustrie möglich?
Eine Wasserwiederverwendung ist grundsätzlich möglich, erfordert jedoch eine weitergehende Behandlung. Neben der biologischen Reinigung kommen Verfahren wie Filtration oder Membrantechnik zum Einsatz, um gelöste Stoffe und Salze zu entfernen. Dadurch lässt sich das gereinigte Wasser in den Produktionskreislauf zurückführen.
Welche Vorteile bieten ClearFox Systeme gegenüber klassischen Kläranlagenlösungen?
ClearFox Systeme sind kompakt aufgebaut und lassen sich modular kombinieren. Dadurch eignen sie sich besonders für industrielle Anwendungen mit begrenztem Platzangebot oder schwankenden Abwasserbelastungen. Zudem ermöglichen sie eine gezielte Anpassung einzelner Verfahrensstufen an das jeweilige Abwasser.
Wie wird Klärschlamm mit ClearFox Systemen behandelt?
Der anfallende Klärschlamm wird in mehreren Schritten behandelt. Der ClearFox® Eindicker reduziert zunächst den Wasseranteil und erhöht den Trockensubstanzgehalt. Anschließend übernimmt die ClearFox® Schlammschneckenpresse die Entwässerung und reduziert das Schlammvolumen deutlich, wodurch Transport- und Entsorgungskosten sinken.
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