Prozessintegriertes mehrstufiges Membranverfahren …€¦ · Physikalische Beständigkeit Gering Hoch ... Generelle Eigenschaften Polyamid, Polysulfon, Al 2O3,ZrO 2,TiO 2, MgAl 2O4

Prozessintegriertes mehrstufiges

Membranverfahren zur Reduzierung schwer abbaubarer Stoffe im Bleichereiabwasser

der Sulfitzellstofferzeugung und energetische Nutzung des abgetrennten

Lignins

Dr. A. Ante, BAMAGM. Hilpert: Sappi Ehingen

M. Ebrahimi: FH Gießen – FriedbergProf. Dr. P. Czermak: FH Gießen – Friedberg

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Inhalt� Einleitung

► Abwasserreinigung in der Papierindustrie► Produktion von Sulfitzellstoff für die Papierherste llung► Abwässer aus der Bleicherei

� Aufgabenstellung► Prozessintegrierte Abtrennung von persistentem CSB ► Vorbehandlung► Reststoffentsorgung

� Lösungsansatz► Vorfiltration► Weitergehende Abtrennung mittels keramischer Membra nen (MF/UF/NF)► Verbrennung der energetischen Reststoffe

� Ergebnisse► Einstufig: MF► Zweistufig: MF/UF► Dreistufig: MF/UF/NF► Einflussfaktoren auf den Flux und Rückhalt

� Zusammenfassung und Ausblick

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Schema der Abwasserreinigung aus dem Bleichprozess und der Papierherstellung

Anaerob

Anaerobstufe

Aerobstufe

Leicht abbaubare Abwässer

Schwer

abbaubare

Abwässer

4

Schwarze Pumpe, Gesamtansicht

5

Schwarza, Aufsicht

6

Sappi Ehingen

Methane reactors

Sedimentation basins

Aeration tanks

Lamellaseparator

Hydrolysis buffer

A

B

DC

7

2. Beispiel Bleichereiabwasser

Lignin, wasserunlöslich Ligninsulfonat, wasserlöslich

CSB-Bilanz Sappi Ehingen: Ist-Zustand

CSB-Bilanz Sappi Ehingen: Soll-Zustand

10

Charakterisierung von Bleichereiabwasser

60-7065°CT

Na

Mn

TOC

Viscosity

Conductivity

pH value

COD

Parameter

1.800-3.0002.430mg/l

0 -0,20,1mg/l

3.500 – 4.5004.000mg/l

5,85 – 6,086,0pas

8 -108,0mS/cm

10,0 -11,010,5

10.300 – 12.00010.400 mg/l

VariationsbereichBleichereiabwasserEinheit

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Potential von keramischen Membranen I

Hoch (NaOCl, pH 0 bis 13)GeringChemische Beständigkeit

Hoch (UV)GeringPhysikalische Beständigkeit

Hoch (Druck, Zug, Abrasion)GeringMechanische Stabilität

60-120 °C5 to 40 °CTemperaturtoleranz

Generelle Eigenschaften

Al2O3,ZrO2,TiO2, MgAl2O4Polyamid, Polysulfon, Polyethersulfon, Celluloseacetat

Rohmaterial

Anorganische KeramikOrganische PolymereArt

InnovativKonventionellSystem

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Potential von keramischen Membranen II

10 – 15 2 – 3 (5) Lebensdauer in Jahren

mittelhochWartungsaufwand

hochgeringProduktion

Kosten

hochgeringGewicht

geringhochKontrolle

hochgeringFlux

mittelintensivVorbehandlung

Prozess

Anorganische KeramikOrganische PolymereArt

InnovativKonventionellSystem

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Industrielle Anwendung von KeramikmenbranenBleichereiabwasser

REM-Aufnahmen der Bruchfläche von keramischen Membranen(aus Czermak et. al 2005)

Atech-

Membranen

Neue Anwendungen:• Heiße Medien• Extreme pH-Werteinnovative Behandlungs-konzepte

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Laboranlage FH Gießen - Friedberg

15

Schema der Laboranlage FH Gießen

16

Laborergebnisse, FH Gießen- Friedberg2 stufige Prozesskonfiguration (Semi-Batch)

1. Stufe:MF, Cut-off: 0,1 µm MonokanalFeed: BleichereiabwasserVorfilter: 1 µm2 bar, 60 °C, 5,6 m/sRückspülung: ohne, 120 min, 60 min

2. Stufe:UF, Cut-off: 20 KD7-Kanal; Feed: MF - Filtrat

2 bar, 60 °C, 4 m/sRückspülung: ohne, 120 min, 60 min

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Einfluss der Rückspülung auf den Flux, MF

TMP = 2 barT = 60 °Cü= 5,6 m/s

0

100

200

300

400

500

600

0 500 1.000 1.500 2.000 2.500 3.000 3.500 4.000 4.500 5.000

Zeit [min]

Flu

x [l/

m²*

h]

Ohne

120 min

60 min

18

Einfluss der Ausbeute auf den Rückhalt: Stufe 1

-10

0

10

20

30

40

50

60

70

0 5 10 15 20 25

Volumetrischer Konzentrierungsfaktor [--]

Red

uktio

n [%

]

CSB; ohne CSB; 120 min CSB 60 min

Lignin; ohne Lignin; 120 min Lignin; 60 min

MWCO= 0,1 µm, 1µm Vorfilter, TMP= 2bar, T=60°C, ü=5 ,6m/s

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Einfluss der Ausbeute auf den Rückhalt: Stufe 2

-10

0

10

20

30

40

50

60

70

0 5 10 15 20 25

Volumetrischer Konzentrierungsfaktor [--]

Red

uktio

n [%

]

CSB; ohne CSB; 120 min CSB 60 min

Lignin; ohne Lignin; 120 min Lignin; 60 min

MWCO= 20 kD, 1 µm Vorfilter, TMP= 2 bar, T=60°C, ü= 4 m/s

20

Weitere Ergebnisse

�Mit der Rückspülintensität sinkt der Rückhalt

42 40

73

38 38

61

3136

57

MF UF Gesamtprozess

Ohne

120 min

60 min

Lignin-Rückhalt

27

18

40

29

11

37

21

14

32

0

20

40

60

80

100

MF UF Gesamtprozess

Rüc

khal

t [%

]

Ohne

120 min

60 min

CSB-Rückhalt

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Zusammenfassung und Ausblick

�Zusammenfassung

�Technisch machbar�Vorfiltration: Verbesserung des Flux bis 1 µm�CSB – Gesamtrückhalt: 35 %�Lignin - Gesamtrückhalt: 70 %

�Weitere Arbeitsschritte

►Testen von Zusatzstoffen►Versuche mit einstufiger UF nach Vorfiltration►Verkauf des Konzentrats

Vielen Dank für ihre Aufmerksamkeit

�Keramikmembranen ermöglichen die Sekundärrohstoffgewinnung aus schwierigen industriellen Abwässern