Abschlussbericht zum DBU-Projekt Nr DIE HOCHWERTIGE PAPIER- UND KARTONSORTEN HERSTELLT

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1 Abschlussbericht zum DBU-Projekt Nr DEMONSTRATION UND ERPROBUNG EINES VERFAHRENS ZUR VERRINGERUNG DER ABWASSERMENGE DURCH INTEGRIERTE TEILSTROMBEHANDLUNG MIT OZON- TECHNOLOGIE IN EINER PAPIERFABRIK, DIE HOCHWERTIGE PAPIER- UND KARTONSORTEN HERSTELLT Dipl.-Ing. (FH) Ullrich Offermanns Dr. Hans-Jürgen Öller Dipl.-Ing. Svenja Bierbaum

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3 DBU-Projekt Nr Thema: DEMONSTRATION UND ERPROBUNG EINES VERFAHRENS ZUR VERRINGERUNG DER ABWASSERMENGE DURCH INTEGRIERTE TEILSTROM-BEHANDLUNG MIT OZON- TECHNOLOGIE IN EINER PAPIERFABRIK, DIE HOCHWERTIGE PAPIER- UND KARTONSORTEN HERSTELLT Laufzeit: Antragsteller: Büttenpapierfabrik Gmund GmbH & Co. KG Mangfallstraße Gmund am Tegernsee Projektleitung: Dipl.-Ing. Ullrich Offermanns Büttenpapierfabrik Gmund GmbH & Co. KG Wissenschaftlich-technisch Begleitung: Dr. Hans-Jürgen Öller Dipl.-Ing. Svenja Bierbaum PTS München Gmund/München, März 2004

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5 10/97 Projektkennblatt der Deutschen Bundesstiftung Umwelt Az Referat 23 Fördersumme ,32 EURO Antragstitel Stichworte Demonstration und Erprobung eines Verfahrens zur Verringerung der Abwassermenge durch integrierte Teilstrombehandlung mit Ozon-Technologie in einer Papierfabrik, die hochwertige Papier- und Kartonsorten herstellt Papierindustrie, Kreislaufwasser, Abwasser, Ozonbehandlung, Abwasserreduzierung Laufzeit Projektbeginn Projektende Projektphase(n) 36 Monate Zwischenberichte 2 Bewilligungsempfänger Büttenpapierfabrik Gmund GmbH & Co. KG Tel Mangfallstraße 5 Fax Gmund Projektleitung Herr Ullrich Offermanns Bearbeiter Herr Ullrich Offermanns Kooperationspartner PTS München Heßstraße München Zielsetzung und Anlass des Vorhabens Ziel war eine 50%-ige Reduzierung der spezifischen Abwassermenge durch integrierte Kreislaufwasserbehandlung mittels einer neuartigen Verfahrenskombination Feinfiltration und Ozonbehandlung. Aufgrund der Lage des Unternehmens in einem Landschaftsgebiet mit sehr hohem Freizeitwert, welches zugleich ein Haupteinzugsgebiet für die Trinkwasserversorgung der Stadt München ist, ist die Büttenpapierfabrik Gmund ständig bemüht, die durch die Papierherstellung verursachte Umweltbelastung stetig zu verringern. Darstellung der Arbeitsschritte und der angewandten Methoden Mittels einer detaillierten Bestandsaufnahme wurden die dynamischen Vorgänge bei den häufigen An- und Abfahrvorgängen sowie Sortenwechseln systematisch erfasst. Anhand eines dynamischen Simulationsmodells wurden die geplanten Umstellungen unter Berücksichtigung der zu integrierenden Kreislaufwasserreinigungs(KWR)-anlage verifiziert. Parallel hierzu erfolgten - auf der Basis der Voruntersuchungen - das Detailengineering der KWR-Anlage sowie vorbereitende Umbaumaßnahmen. Die neue KWR-Anlage, bestehend aus einem Druckscheibenfilter und einer Ozonbehandlungsstufe wurde ein Jahr nach Projektbeginn (Okt 2000) im Nov 2001 in Betrieb genommen. Das Druckscheibenfilter hat eine Gesamtfläche von 13,5 m 2 und eine aktive Filterfläche von 10 m 2. Die Ozonerzeugungskapazität beträgt maximal 3 kg O 3 /h, die Ozondosis je m 3 Prozesswasser kann von 10 bis 100 g O 3 /m 3 variiert werden. Das Ozon wird aus aufbereiteter Umgebungsluft hergestellt. Zu Beginn des Jahres 2003 wurden zusätzliche, ursprünglich nicht geplante Umstellungen im Siebwasserund Klarwassersystem vorgenommen. Hintergrund war, dass das Druckscheibenfilter nahezu von Beginn an nicht dauerhaft gemäß den Auslegungswerten betrieben werden und deshalb keine rasche Abwassereinsparung realisiert werden konnte. Die Betriebserfahrungen und untersuchungen an der Ozonanlage wurden durch 20 Ozonversuche im Labormaßstab mit unterschiedlichen Zielstellungen begleitet. Die Auswirkungen der neuartigen Verfahrenskombination auf das zu behandelnde Prozesswasser und auf das Abwasser wurde anhand von in der Papierherstellung üblichen Wasserparametern beurteilt. Deutsche Bundesstiftung Umwelt An der Bornau Osnabrück Tel 0541/ Fax 0541/ DBU Abschlussbericht

6 Ergebnisse und Diskussion Die KWR-Anlage erbringt nach zahlreichen Optimierungsarbeiten und zusätzlichen internen Umstellungen der Wasserführung die erforderliche Reinigungsleistung. Für einen noch wirtschaftlicheren Betrieb der Gesamtanlage muss die Standzeit des Filtermaterials im Druckscheibenfilter auf 12 Monate mit 225 Arbeitstagen/Jahr erhöht werden. Die Ozonanlage arbeitet zuverlässig, die Leistungsfähigkeit konnte nach nur 9 Monaten mit sehr positiv bewertet werden. Die Ozonstufe ist in der Lage, eine Entfärbung bzw. Färbungsverringerung im Kreislaufwasser und im Abwasser entsprechend den Anforderungen in der Produktion und im Hinblick auf die Abwassereinleitung zu bewirken. Die spezifische Abwassermenge konnte im letzten Halbjahr der Projektlaufzeit um 52 % auf 13,9 l/kg Papier reduziert werden. Darüber hinaus hat die Integration der neuen KWR-Anlage zu folgenden Umweltentlastungen geführt: Abwassermenge: minus m 3 /a bzw %, CSB-Gesamtfracht: minus kg/a bzw %, AOX-Facht: minus 15,8 kg/a bzw % und Feststofffracht: minus kg Trockensubstanz/a bzw %. Die Ozonbehandlung hat einen positiven Einfluss auf die Kreislaufwasser- und Abwassereigenschaften. Die Wiederverwendung von ozonbehandeltem Kreislaufwasser in der Produktion war und ist bei gleich bleibender Produktqualität problemlos möglich. Ursprünglich in Erwägung gezogene negative Auswirkungen wie etwa auf die Leimung, auf die Lichtechtheit der Produkte etc. wurden nicht beobachtet. Die erfolgreiche Projektdurchführung war nur durch die enge Zusammenarbeit von Projektleitung und wissenschaftlich-technischer Begleitung möglich. Unterstützt wurde das Team von den Anlagenherstellern, und vom Abwasserzweckverband Tegernseer Tal sowie den zuständigen Behörden (LRA, WWA und der Fachabteilung im Bayerischen Landesamt für Wasserwirtschaft), die von Beginn an eingebunden waren. Besonderer Dank gilt auch dem Betriebspersonal, das dieser neuartigen Kreislaufwasserreinigungsanlage offen gegenüber stand und die Mehrarbeit mit großem Engagement bewältigt hat. Bei einer Kreislaufwasser- und Abwasserreinigungsanlage bestehend aus mehreren Verfahrensschritten müssen die einzelnen Komponenten zum einen perfekt aufeinander abgestimmt sein, zum anderen aber auch dauerhaft gemäß der Auslegung betrieben werden können. Letzteres konnte nicht in vollem Umfang realisiert werden. Die abschließend guten Reinigungsleistungen der Gesamtanlage konnten nur durch Mehraufwand erreicht werden. Die Büttenpapierfabrik Gmund hat mit der Integration der KWR-Anlage einen neuen Weg zur Abwasserreduzierung beschritten, der auch von anderen Papierherstellern z. B. im Falle der Rückführung biologisch gereinigter und mit Ozon entfärbter Abwässer gegangen werden kann. Öffentlichkeitsarbeit und Präsentation Über das Projekt wurde von Beginn an in insgesamt neun Vorträgen auf nationalen und internationalen Veranstaltungen berichtet. In den PTS-News erschienen zwei Kurzartikel. Weitere, ausführlichere Veröffentlichungen in einer deutsch- und einer englischsprachigen Fachzeitschrift erfolgen noch in Fazit Das von der DBU geförderte Vorhaben Az wurde erfolgreich abgeschlossen. Das Ziel einer Halbierung der spezifischen Abwassermenge von 29 auf 14,5 wurde mit einem erreichten Wert von 13,9 l/kg sogar leicht übertroffen. Entgegen den Erwartungen ging das technische Risiko nicht von dem innovativen Reinigungsschritt der Ozonstufe aus, sondern vom klassischen Vorgang der Hochklarwassererzeugung. Hier besteht noch Optimierungsbedarf, vor allem im Hinblick auf die Standzeit und Durchlässigkeit des Filtermaterials. Ozonbehandelte Wässer können in der Papierherstellung problemlos wieder eingesetzt werden. Deutsche Bundesstiftung Umwelt An der Bornau Osnabrück Tel 0541/ Fax 0541/ DBU Abschlussbericht

7 Inhaltsverzeichnis Seite Glossar...III 1 Zusammenfassung Chronologische Kurzübersicht zum Projekt Stand von Forschung und Technik Abwasseranfall in der deutschen Papierindustrie Kreislaufwasserreinigung in der Papierindustrie Anwendung von Ozon in der Papierindustrie Die Büttenpapierfabrik Gmund GmbH & Co. KG Ein Kurzportrait Zustand des Wasserkreislaufes vor Projektbeginn Projektzieldefinition Die neue Kreislaufwasser- und Abwasserreinigungsanlage Einbindung der neuen KWR-Anlage Beschreibung der KWR-Anlage Petax Druckscheibenfilter Wedeco-Ozonstufe Projektdurchführung, Untersuchungs- und Betriebsergebnisse Puffervolumen und Dynamik des Wasserkreislaufs Betriebs- und Laboruntersuchungen, Probenahmestellen Betriebserfahrungen Ozonstufe Vorbemerkungen Bewertung gefärbter Wasserproben nach dem CIE-Lab-System Beurteilung der Entfärbungsleistungen der Ozonstufe Weitere Wirkungen der Ozonstufe auf das behandelte Prozesswasser Aufgetretene Betriebsstörungen in der Ozonstufe Sicherheitsmechanismen der Ozonanlage und Arbeitsplatzsicherheit Betriebserfahrungen Druckscheibenfilter Filtratqualität und -menge...44 DBU Abschlussbericht I

8 7.4.2 Optimierungsversuche und technische Änderungen Zusätzliche Umstellungen am Wasserkreislaufsystem Erreichung des Projektzieles und umweltrelevante Eigenschaften Wirtschaftlichkeitsbetrachtung Kapitalkosten Betriebskosten Gesamtkosten und spezifische Kosten Öffentlichkeitsarbeit und Publikationen Randbedingungen für die erfolgreiche Projektumsetzung Fazit - Schlussfolgerungen und Ausblick...62 Abbildungsverzeichnis...63 Tabellenverzeichnis...64 Literatur...65 Anhang...69 Abbildungsverzeichnis (Anhang)...69 Tabellenverzeichnis (Anhang)...69 II DBU Abschlussbericht

9 Glossar Abkürzung Einheit Bezeichnung Abs. Max. [nm] Absorptionsmaximum AFS [mg/l] Feststoffgehalt, abfiltrierbare Feststoffe AOX [µg/l] adsorbierbare, organisch gebundene Halogenverbindungen BPG - Büttenpapierfabrik Gmund GmbH & Co. KG CSB [mg O 2 /l] chemischer Sauerstoffbedarf DBU - Deutsche Bundesstiftung Umwelt Dim. - Dimension DSF - Druckscheibenfilter DOC [mg/l] gelöste, organische Kohlenstoffverbindungen Eli [%] Elimination f - filtriert GKZ [KBE/ml] Gesamtkeimzahl hom - homogenisiert i. M. - im Mittel KBE - koloniebildende Einheiten KWR - Kreislaufwasserreinigung KlWa I (II) - Klarwasser I: nach Krofta, Klarwasser II: nach Druckscheibenfilter bzw. nach Ozonstufe Lf [µs/cm] spezifische Leitfähigkeit MAX - Maximalwert MIN - Minimalwert MW - Mittelwert n - Anzahl OFS [mn/m] Oberflächenspannung Orig. - original oz - ozonisiert PCD [meq/l] spezifische Ladungsdichte, Oberflächenladung (particle charge density) PM - Papiermaschine PMA - alte Papiermaschine PMN - neue Papiermaschine PN - Probenahmestelle PTS - Papiertechnische Stiftung Q [m³/h] Volumenstrom s - Standardabweichung SW Siebwasser STA - Stoffaufbereitung TS - Trockensubstanzgehalt UV ultraviolett V [%] Variationskoeffizient, Quotient aus Standardabweichung und Mittelwert VIS - visuell α x [m -1 ] spektraler Absorptionskoeffizient der Wellenlänge x DBU Abschlussbericht III

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11 1 Zusammenfassung Die Büttenpapierfabrik Gmund ist aufgrund ihrer Lage in einem Landschaftsgebiet mit sehr hohem Freizeitwert ständig bestrebt, die durch die Papierherstellung verursachte Umweltbelastung stetig zu verringern. In Fortführung der Erfolge seit Mitte der 90iger Jahre war es Ziel des Vorhabens, die erreichte spezifische Abwassermenge von 29 l/kg mittels einer innovativen Kreislaufwasser- und Abwasserreinigungsanlage (KWR-Anlage) basierend auf Feinfiltration plus Ozonbehandlung um 50 % auf 14,5 l/kg zu verringern. Die Wasserführung bei den häufigen An- und Abfahrvorgängen sowie Sortenwechseln wurde unter Berücksichtigung der geplanten Umstellungen in einem dynamischen Simulationsmodell abgebildet und das vorgesehene Konzept zur Integration der KWR-Anlage und zur Abwassermengenreduzierung verifiziert. Die Inbetriebnahme der gesamten KWR-Anlage erfolgte im Nov Über ein Jahr hinweg konnte die spezifische Abwassermenge nicht wesentlich verringert werden. Hintergrund war, dass das Druckscheibenfilter nicht dauerhaft gemäß den Auslegungswerten zu betreiben war. Während dieses Zeitraumes wurden mehrfach neue Filtermaterialien getestet und technische Änderungen am Druckscheibenfilter durchgeführt, jedoch ohne dauerhaften Erfolg. Zu Beginn des Jahres 2003 wurden zusätzliche, ursprünglich nicht geplante Umstellungen im Siebwasser- und Klarwassersystem vorgenommen, die letztendlich in einer hydraulischen Entlastung und Verbesserung der Betriebsleistung des Filters resultierten. Die Ozonanlage arbeitete von Beginn an zuverlässig, die Leistungsfähigkeit konnte nach nur 9 Monaten mit sehr positiv bewertet werden. Entsprechend der Zielsetzung ermöglicht sie eine Entfärbung bzw. Färbungsverringerung im Kreislaufwasser und im Abwasser entsprechend den Anforderungen in der Produktion und im Hinblick auf die Abwassereinleitung. Die KWR-Anlage erbringt nach zahlreichen Optimierungsarbeiten und zusätzlichen internen Umstellungen der Wasserführung die erforderliche Reinigungsleistung. Die spezifische Abwassermenge konnte abschließend um 52 % auf 13,9 l/kg bzw. um m 3 /a reduziert werden. Die CSB-, AOX- und Feststofffrachten wurden um 58, 50 bzw. 86 % verringert. Die O 3 -Behandlung hat einen positiven Einfluss auf die Kreislauf- und Abwassereigenschaften. Die Wiederverwendung von ozonbehandeltem Kreislaufwasser in der Produktion war und ist bei gleich bleibender Produktqualität problemlos möglich. Dieser Erkenntnis ist trotz des auf die Büttenpapierfabrik Gmund zugeschnittenen Konzeptes ein sehr hoher Stellenwert für die gesamte Papierindustrie zuzuordnen. Entgegen den Erwartungen ging das technische Risiko nicht von dem innovativen Reinigungsschritt der Ozonstufe aus, sondern vom klassischen Vorgang der Hochklarwassererzeugung. Hier besteht noch Optimierungsbedarf, vor allem im Hinblick auf die Standzeit und Durchlässigkeit des Filtermaterials. Das Demonstrations- und Entwicklungsvorhaben wurde erfolgreich abgeschlossen. Danksagung Das Projekt Az wurde durch die Deutsche Bundesstiftung Umwelt (DBU), Osnabrück, gefördert. Dafür sei an dieser Stelle gedankt. DBU Abschlussbericht 1

12 2 Chronologische Kurzübersicht zum Projekt In den Jahren war es bereits durch die Umsetzung einer Reihe von Maßnahmen gelungen, die spezifische Abwassermenge von ehemals über 50 l/kg auf unter 30 l/kg zu senken. Hierbei sind vor allem zu nennen: eine Verbesserung der internen Kreislaufwasserreinigung und eine Modernisierung der Stoffaufbereitung. Die nächsten Überlegungen sowie die ersten Gespräche zu den Möglichkeiten einer weiteren Verringerung der Abwassermenge in der Büttenpapierfabrik Gmund (BPG) fanden sodann im ersten Halbjahr 1998 statt. Im gleichen Zeitraum wurden auch erste Laborversuche zur Entfärbung von Kreislauf- bzw. Abwasserproben mittels Ozon im Hause Wedeco und der PTS München durchgeführt. Die Erfolg versprechenden Versuchsergebnisse wurden jedoch zunächst aufgrund anderer vorrangiger Projekte zurückgestellt. Im Jahr darauf wurden Fördermöglichkeiten bei verschiedenen Projektträgern geprüft. Aufgrund des hohen technischen und wirtschaftlichen Risikos des letztendlich geplanten Vorhabens und der bei DBU gegebenen Förderbedingungen entschied man sich schließlich für die Antragstellung bei der DBU. Die weiteren Meilensteine des Gesamtprojektes sind im Folgenden stichwortartig aufgelistet: Sep 1999 Okt 1999 Dez 1999 Mai 2000 Okt 2000 Einreichung einer Antragsskizze bei der DBU positiver Vermerk seitens der DBU und Aufforderung zur Antragstellung Einreichung des Projektantrages bei der DBU Projektbewilligung auf der DBU-Kuratoriumssitzung Projektstart Nov 2000 Jan 2001 Jan 2001 Sep 2001 Mai Juni 2001 Sep Okt 2001 Nov 2001 Jan 2002 Jan 2003 Feb 2003 Apr 2003 Detailengineering, Untersuchung Dynamik Wasserkreislauf und Dimensionierung neue 40-m 3 -Bütte Umbaumaßnahmen, Fertigstellung des Ozonraumes mit erheblicher zeitlicher Verzögerung Anlieferung Ozon-Anlage und Druckscheibenfilter erste Testphasen Druckscheibenfilter und Ozonanlage Inbetriebnahme Gesamtanlage Optimierungsarbeiten am Druckscheibenfilter zusätzliche Umstellungen der internen Kreislaufwasserführung Mrz 2003 Antrag auf Projektverlängerung bis Sep 2003 Apr 2003 Sep 2003 Sep 2003 Projektende Abwassermenge um 50 % verringert und Erreichung des Projektzieles Hervorzuheben in dieser Chronologie ist wohl die rasche Bearbeitung der Antragstellung bis zur Bewilligung des Vorhabens mit einem dann unmittelbar möglichen Projektstart. Erforderliche Abstimmungsfragen mit allen am Projekt beteiligten Partnern sowie die in der Büttenpapierfabrik Gmund übliche Betriebsschließung im Sommermonat August ließen einen Projektbeginn im Oktober 2000 als sinnvoll erscheinen. Die ursprünglich für den Frühsommer 2001 geplante Inbetriebnahme der gesamten KWR- Anlage musste aufgrund nicht rechtzeitig fertig gestellter baulicher Maßnahmen in den Herbst verschoben werden, steht also nicht im Zusammenhang mit der eigentlichen Kreislaufwasser- 2 DBU Abschlussbericht

13 reinigungsanlage (KWR-Anlage). Die vergleichsweise späte Zielerreichung einer halbierten spezifischen Abwassermenge von l/kg erst ab April 2003 hingegen, ist jedoch auf unvorhersehbare technische Schwierigkeiten zurückzuführen, auf die in den weiteren Ausführungen noch einzugehen ist. 3 Stand von Forschung und Technik 3.1 Abwasseranfall in der deutschen Papierindustrie Die Papierindustrie im Allgemeinen hat in der Vergangenheit durch eine immer stärkere Einengung der Wasserkreisläufe den Frischwasserbedarf und entsprechend den Abwasseranfall erheblich reduziert. Dies war durch innerbetriebliche Optimierung der Wasserkreisläufe und weitergehende Reinigung des Abwassers bis hin zum teilweisen Wiedereinsatz in der Produktion möglich, so z. B. bei den so genannten braunen Sorten. So fielen 2001 im Mittel über alle Papiersorten nur noch 11,2 l pro kg Papier an statt 16,8 l/kg wie In jenen Betrieben, die holzfreie Sorten und/oder Spezialpapiere produzieren fielen dagegen noch 38,4 l Abwasser pro kg Papier an [1]. Dieser sortenspezifische Wert hat sich im Vergleich zum davor liegenden Umfragezeitraum deutlich nach oben erhöht, da den Forderungen der Industrie folgend eine teilweise Neuzuordnung der verschiedenen Papiersorten erfolgte. Er betrug im Erhebungszeitraum ,6 l/kg [2], an der sich die BPG zum Zeitpunkt der Antragstellung im Dez auch orientierte ,4 spezifische Abwassermenge [l/kg] ,2 15,7 7,5 7,4 5 0 Alle holzfrei/spezial holzhaltig gestrichen holzfrei aus AP 99 Werke 29 Werke 11 Werke 7 Werke 52 Werke Abb. 1: Sortenspezifischer Abwasseranfall in der deutschen Papierindustrie i. J Nahezu das gesamte Abwasser der Papier- und Zellstofferzeugung wird heutzutage nach chemisch-mechanischer Vorklärung vollbiologisch gereinigt. Gewichtet und gemittelt über alle Papiersorten wird das Abwasser aus: 18 % der Papierproduktion in kommunalen Kläranlagen behandelt, 74 % der Papierproduktion in betriebseigenen Anlagen vollbiologisch gereinigt, DBU Abschlussbericht 3

14 3 % der Papierproduktion in betriebseigenen Anlagen ohne biologische Stufe direkt eingeleitet und 4 % der Papierproduktion erfolgt in Werken mit geschlossenem Wasserkreislauf. 3.2 Kreislaufwasserreinigung in der Papierindustrie Eine Anlage zur Papierherstellung besteht, stark vereinfacht ausgedrückt, im Wesentlichen aus zwei Teilsystemen, dem der Stoffaufbereitung (STA) und dem der Papiermaschine (PM). Während in Altpapier verarbeitenden Werken in der Regel in beiden Teilsystemen KWR- Anlagen betrieben werden, reicht in Frischfasern verarbeitenden Werken so auch in der BPG - meist ein so genanntes Stofffängersystem im PM-Kreislauf zur Rückhaltung der nicht retendierten Faserrohstoffe. Daher wird im Folgenden nur auf die Kreislaufwasserreinigung im PM- Kreislauf eingegangen. Die Entstoffung der Kreislaufwässer wird durch verschiedene Verfahren realisiert, deren Ziel primär die Einsparung von Rohstoffen, Hilfsmitteln und Frischwasser ist und somit eine Minimierung der Emissionen. Die hierfür eingesetzten Systeme sind Sedimentations-, Flotationsund Filtrationsanlagen, in der Regel unter Einsatz von Flockungs- und Flockungshilfsmitteln. Die ablaufenden Klarwässer sind meist noch mit Feststoffen belastet (Sedimentation: bis 250 mg/l i. M. 42 mg/l; Filtration: 210 bzw. 65 und Entspannungsflotation: 75 bzw. 340; [3]), eignen sich jedoch zur Wiederverwendung z. B. in der STA oder an der PM als Verdünnungswasser für die Stoffsuspension. Im Falle weitergehender Anforderungen an den Feststoffgehalt wie z. B. bei Einsatz als Hochdruckspritz- oder Sperrwässer, ist eine Feinreinigung dieser Klarwässer zum sog. Superklarfiltrat mit einem Gehalt abfiltrierbarer Stoffe < 20 mg/l erforderlich. Geeignete Systeme hierfür sind z. B. Trommel-/Tuchfilter, Patronen-/Rückspülfilter, Sandfilter o- der wie im Projekt vorgesehen, der Druckscheibenfilter [4]. Eine vollständige Abtrennung von ungelösten Stoffen gewährleisten Ultrafiltrationsanlagen, wie sie erst seit jüngster Zeit in der deutschen Papierindustrie eingesetzt werden [5]. Eine Reduzierung der Abwassermenge durch Installation der genannten Systeme ist dann möglich, wenn in den entsprechenden Produktionen keine oder nur geringe Anforderungen an die Färbung gestellt werden, oder die Wässer von vornherein ungefärbt sind, da mit den konventionellen Filtertypen kein Farbrückhalt erreicht wird. Auch mit der Ultrafiltration können nicht alle Färbungen sicher eliminiert werden, es sei denn, man kombiniert diese mit einer nachfolgenden Nanofiltration [6]. Nicht unerwähnt bleiben sollen Karton- und Pappenfabriken auf 100 % Altpapierbasis, die einen geschlossenen Wasserkreislauf fahren und meist sogar ohne, über konventionelle KWR- Anlagen hinausgehende Reinigung auskommen. Die Kreislaufwässer sind sehr hoch belastet (CSB > mg/l), die Anforderungen an die Produktqualität jedoch vergleichsweise gering und häufig treten negative Folgen dieser einfachen Verfahrensweise in Erscheinung, wie z. B. Geruchsprobleme sowohl im Produkt als auch im Werk sowie der näheren Umgebung. Beherrscht werden kann diese Problematik mit einer integrierten aneroben-aeroben biologischen KWR-Anlage, wie sie z. B. in [7] realisiert und seit mehreren Jahren erfolgreich betrieben wird. In diesem Fall konnte die CSB-Belastung im Kreislauf von ursprünglich über auf unter mg/l reduziert werden, Geruchsprobleme wurden vollständig eliminiert [8]. Ein ähnliches Kreislaufschließungskonzept auf Basis einer integrierten Anaerobstufe konnte jüngst ebenfalls im Rahmen eines von der DBU geförderten Projektes erfolgreich in einer weiteren zu 100 % Altpapier verarbeitenden Papierfabrik realisiert werden [9]. Nach dem aktuellen Stand der Kenntnisse, eignen sich diese Verfahrenskonzepte jedoch nur bei der Herstellung sog. "brauner" Papier- und Pappensorten aus 100 % Altpapier und es ist von ganz entscheidender Bedeutung der Ausfällungsproblematik durch hohe Calcium-Konzentrationen Herr zu werden. 4 DBU Abschlussbericht

15 3.3 Anwendung von Ozon in der Papierindustrie Ozon wird schon seit einigen Jahren bei der Zellstoffherstellung zur Bleiche eingesetzt. Es kann auch zur Entfärbung, zur AOX-Reduzierung, zu Verringerung der Toxizitäten und zur Erhöhung der biologischen Abbaubarkeit in Zellstoffbleicherei-Abwässern oder in Abwässern aus der Holzstofferzeugung angewendet werden. Von den zahlreichen Publikationen hierzu seien stellvertretend die Arbeiten [10, 11, 12] zitiert. Entkeimung Ozon ist ein effektives antimikrobielles Mittel. Ozon gilt im Vergleich zu Chlor, Chlordioxid, Chloramin als das effektivste Desinfektionsmittel. So zerstört es Bakterienzellen und Viren, inaktiviert Sporen, zerstört und tötet Algen ab und inaktiviert Pilzspezies [13, 14]. Kürzlich erschienene Publikationen berichten auch über die Eignung von Ozon zur Verringerung der Gesamtkeimzahl (GKZ) in PM-Kreislaufwässern [15], hierbei konnte die GKZ durch eine Ozon- Dosis von mg/l um über 90 % reduziert werden. Ähnliche Ergebnisse mit unterschiedlichst belasteten Kreislaufwasserproben wurden auch in PTS-Untersuchungen erhalten [16, 17]. In Abhängigkeit von der Kreislaufwasserbelastung (GKZ, CSB etc.) konnte mit Ozonmengen von mg/l eine Verringerung der GKZ um 2-5 Zehnerpotenzen, entsprechend 99-99,999 %, erreicht werden. Beim Betrieb einer Pilotanlage konnten die GKZ im zunächst als Kühlwasser genutzten Brauch einer Papierfabrik um durchschnittlich 95,5 % durch Ozondosen von 0,3 g O 3 /m³ reduziert werden [18]. Entfärbung Bei der Herstellung von farbigen Papieren fallen auch gefärbte Abwässer an. Diese Färbung kann durch gelöste Farbstoffe oder durch Pigmente verursacht werden. Die gelösten Farbstoffe werden schnell durch Ozon entfärbt. 19, 20] Die Untersuchungen in [17, 21] bestätigten erstmalig die Eignung von Ozon zur Entfärbung von Kreislaufwässern, eine aus dem Bereich der Papierfabriksabwässer schon länger bekannte Tatsache [22]. Eine großtechnische Umsetzung der in [10-12, 15-17, 21, 22] enthaltenen Erkenntnisse wurde vorher noch nicht realisiert. Durch dieses Projekt konnte somit erstmalig eine Kreislaufwasserbehandlung mit Ozon großtechnisch realisiert werden. Verringerung der organischen Restbelastung Eine Vielzahl von Arbeiten seit Mitte der 90iger Jahre beschäftigte sich vor allem mit der Reduzierung des in biologisch gereinigten Papierfabriksabwässern verbleibenden Rest-CSBs [23-30]. Durch geringe Ozonmengen gelingt es, den BSB 5 und damit das BSB 5 :CSB-Verhältnis zu erhöhen und somit den "neuen" bioverfügbaren CSB-Anteil im ozonbehandelten Abwasser mit einer nachfolgenden biologisch-aeroben Stufe kostengünstig abzubauen. Diese ebenfalls neuartige Verfahrenskombination "Biologie - Ozon - Biologie" im Bereich der Abwasserbehandlung wurde im Sommer 1999 in der Papierfabrik Gebr. Lang, Ettringen, erstmalig im industriellen Maßstab erfolgreich in Betrieb genommen [31, 32]. Der allgemeinen Einschätzung nach, wird dieser Verfahrenskombination für die zukünftigen Aufgaben und Anforderungen im Bereich der Abwasserreinigung in der Papierindustrie enorme Bedeutung zugemessen. Über die genannten Anwendungen bzw. Anwendungsmöglichkeiten hinaus kann Ozon aufgrund seines Oxidationspotenzials oberflächenaktive und schäumende Substanzen [19] zerstören bzw. deaktivieren. Aus dem Bereich der Frischwasseraufbereitung ist gleichfalls bekannt, dass Ozon die Flockbarkeit in Wasserinhaltsstoffen verbessert [33, 20]. Weitere Potenziale werden in der Verbesserung der Schlammeigenschaften von Aerobschlämmen gesehen, die aufgrund der besonderen Randbedingungen in der Papierindustrie häufig ein ungünstiges Absetz- und Entwässerungsverhalten aufweisen. Einen abschließenden Überblick über die DBU Abschlussbericht 5

16 bisherigen und noch möglichen Einsatzpotenziale von Ozon in den Wassersystemen der Papiererzeugung gibt die Tab. 1. Zu den Matrixpunkten mit den ausgefüllten Kreisen liegen bereits Erfahrungen im großtechnischen, Pilot- bzw. Labor-Maßstab vor, die leeren Kreise stehen für noch zu untersuchende Möglichkeiten und ein schwarzer Punkt zeigt an, dass hierzu derzeit in der PTS München und anderen Forschungseinrichtungen diverse F+E-Vorhaben im Gange sind. Tab. 1: Einsatzmöglichkeiten von Ozon im Wassersystem der Papiererzeugung als Überblick FW KW Abw Keimzahlverringerung Schleimkontrolle Entfärbung Enteisenung, Entmanganung Geruchsvermeidung CSB-Verringerung AOX-Reduzierung Absetzeigenschaften Bioverfügbarkeit Schaumzerstörung Bioschlammreduktion Schwimmschlamm Erhöhung Papierqualität FW = Frischwasser, KW = Kreislaufwasser, Abw = Abwasser 6 DBU Abschlussbericht

17 4 Die Büttenpapierfabrik Gmund GmbH & Co. KG 4.1 Ein Kurzportrait "Papierkultur seit 1829", so der Slogan der in Familienbesitz befindlichen Büttenpapierfabrik Gmund GmbH & Co. KG in Gmund am Tegernsee. Man spürt es förmlich, dass Papier im Unternehmen nicht nur produziert, sondern "gelebt" wird. Durch den Export in über 70 Länder dienen die Papierprodukte und deren Umweltfreundlichkeit der weltweiten Kommunikation. Die Umweltfreundlichkeit der Produkte und die stetigen Bemühungen zur Verringerung der Umweltauswirkungen werden seit jeher als unternehmerische Selbstverständlichkeit empfunden. So werden z. B. 60 % des Energiebedarfs aus umweltfreundlicher und regenerativer Wasserkraft gedeckt, mit Sicherheit ein Spitzenwert im Vergleich zu anderen bundesdeutschen Papierfabriken. Die Geschäftsführung und die knapp 100 Mitarbeiter sind sich ihrer Verantwortung voll bewusst, die sich aufgrund der Lage der Büttenpapierfabrik im Tal der Mangfall ergibt und sind nicht zuletzt stolz auf das bisher freiwillig erreichte Niveau. Der Fluss Mangfall nimmt auch das im Abwasserzweckverband biologisch voll gereinigte Abwasser der Büttenpapierfabrik auf und versorgt im weiteren Verlauf maßgeblich ein Trinkwasserreservoir der Großstadt München. Die Büttenpapierfabrik Gmund produziert pro Jahr an 220 Arbeitstagen auf zwei Papiermaschinen ca Tonnen hochwertige, holzfreie und meist farbige Papier- und Kartonsorten mit einem Flächengewicht von 60 bis 500 g/m 2. Als Faserrohstoffe kommen Spezialzellstoffe, die ohne Chlor gebleicht sind, zum Einsatz. Ständig werden alternative Grundstoffe für die Papierherstellung erprobt und in neue, umweltfreundliche Papiersorten aus Recyclingfasern, Hanf oder Baumwolle umgesetzt. Die Forderung des nachhaltigen Wirtschaftens mit den natürlichen Ressourcen sowie die hohen Qualitätsansprüche an die Papierprodukte sind somit in der Büttenpapierfabrik Gmund in einzigartiger Weise miteinander vereint. Die bei der Papierherstellung anfallenden Reststoffe werden in anderen Papierfabriken vollständig stofflich verwertet. Durch die Umsetzung verschiedener interner Maßnahmen in den 5 Jahren vor Beginn des DBU-Projektes konnte die absolute Abwassermenge von ehemals m 3 /a - trotz gestiegener Jahresproduktion - um 47 % auf das damals erreichte Niveau von m 3 /a (bei knapp Jahrestonnen) verringert werden. DBU Abschlussbericht 7

18 4.2 Zustand des Wasserkreislaufes vor Projektbeginn Die einstige Wasserkreislaufführung vor Projektbeginn entsprach dem Stand der Technik und stellte an und für sich nichts Außergewöhnliches dar. Als Besonderheit muss jedoch angeführt werden, dass beide Papiermaschinen PM A und PM N einen gemeinsamen SW-II-Kreislauf besitzen und somit nur im Wechsel betrieben werden können. Diese Besonderheit ist historisch bedingt und begründet sich in den sehr begrenzten räumlichen Verhältnissen. Das an PM A oder PM N anfallende SW II wird nach dem SW-II-Behälter im Vollstrom unter Druck mit Luft beaufschlagt und nach der Zugabe von Flockungsmitteln in einer Entspannungsflotation (Stofffänger-System Krofta) weitgehend von Feststoffen befreit. Das anfallende Klarwasser mit einem schwankenden Gehalt von abfiltrierbaren Stoffen im Bereich von mg/l wurde im Rückwasserbehälter zwischengestapelt und versorgte von dort aus die Stoffaufbereitung (Pulper, Holländer) sowie einen Teil der Spritzrohre zur Siebreinigung. Holländer/ Refiner SW SW PM A SW II SW II PM N SWII-Behälter PM N Krofta Flockung/ Fällung Eindickung Spritzrohre PM A / PM N, Pulper, Holländer Ausschusspulper Zellstoffpulper Abwassercontainer Rückwasserbehälter Abwasserzweckverband Abb. 2: Ehemalige Wasserkreislaufführung in der BPG vor Projektbeginn 8 DBU Abschlussbericht

19 Das Flotat aus der Krofta-Anlage gelangte über die sog. Grube (nicht in Abb. 2 eingezeichnet) in eine Eindickvorrichtung, das Filtrat hieraus sowie überschüssiges SWII und Klarwasser wurden über den Abwassercontainer zur weiteren biologischen Behandlung der Verbandskläranlage zugeleitet. Die im Falle von Sortenwechseln anfallenden gefärbten Spül- und Reinigungswässer durchliefen prinzipiell dieselben vorstehend beschriebenen Schritte. Sie konnten jedoch aufgrund der Verfärbung meist nicht für die Herstellung der folgenden Papiersorte wiederverwendet werden und wurden als Abwasser abgeleitet. Sämtliche Abwasserteilströme wurden zwar zur meist weitestgehenden Entfärbung mit farbspaltenden bzw. farbreduzierenden Fällungs- und Flockungsmitteln behandelt, aufgrund der noch enthaltenen Restfasern und des mit dem Chemikalieneinsatz zur Entfärbung verbundenen Anstiegs der organischen und anorganischen Belastung war eine Wiederverwendung für das folgende Farbprogramm jedoch in der Regel ausgeschlossen. Die Spül- und Reinigungswässer von ca. 300 Farbwechseln pro Jahr bestimmten somit den Hauptanteil der spezifischen Abwassermenge. Im Jahr 1998 vor der Antragstellung betrug die gesamte spezifische Abwassermenge 29 l/kg, während der spezifische Abwasseranfall bei laufender Produktion nur 11 l/kg betrug. Mehr als 60 % des Gesamtabwassers bestanden demnach aus ausschließlich für Spül- und Reinigungszwecke einmalig genutztem Frischwasser. Dieses Potenzial zur weiteren Abwassermengenreduzierung galt es nach Möglichkeit weitgehend auszunutzen. Voraussetzung hierfür war eine weitestgehende Entstoffung (Befreiung von abfiltrierbaren Feststoffen) und eine das gereinigte Wasser wenig belastende Entfärbungsbehandlung. 5 Projektzieldefinition Anhand der vorstehend beschriebenen Ausgangssituation in der BPG ließ sich die Projektzieldefinition ableiten: In einer Produktion zur Herstellung hochwertiger farbiger Papiersorten sollen die bei Sortenwechsel anfallenden gefärbten Spül- und Reinigungswässer durch Integration einer neuartigen Kreislaufwasserreinigungsanlage (KWR-Anlage) - bestehend aus Feinstfiltration und Ozonbehandlung - von abfiltrierbaren Stoffen befreit und vollständig entfärbt werden. Durch vollständige Wiederverwendung dieser gereinigten Wässer in der Produktion sollte die im Jahr 1998 angefallene spezifische Abwassermenge von 29 l/kg um 50 % auf 14,5 l/kg reduziert werden. Die Auswirkungen dieser Kreislaufeinengung auf die Wasserkreislaufbelastung, die Produktqualität, auf das verbleibende Abwasser und auf die damit beaufschlagte Verbandskläranlage sollten erfasst und beurteilt werden. DBU Abschlussbericht 9

20 6 Die neue Kreislaufwasser- und Abwasserreinigungsanlage 6.1 Einbindung der neuen KWR-Anlage In Anlehnung an das vereinfachte Blockschema in Abb. 2 zeigt das folgende Diagramm die Einbindung der neuen KWR-Anlage in das bestehende SWII-System beginnend vom SWII- Behälter PM N. Eine detailliertere Darstellung der neuen SWII-Führung erfolgt unter Kap. 6.2 bei der Beschreibung der zwei wesentlichen Anlagenkomponenten, dem Druckscheibenfilter und der Ozonstufe. SW II PM A SWII-Behälter PM N SW II PM N Okt 01 Mrz 03 Krofta Rückwasser- Behälter Klarwasser- Behälter (NEU) Abwasserbecken Druckscheiben- Filter Eindickung Ozon-Stufe Filze Dichtwässer Verbandskläranlage Pulper Holländer Spritzrohre PM A / PM N Schaltungsvarianten der neuen KWR-Anlage: Bypass zum Klarwasserbehälter (nicht eingezeichnet) nur Feinfiltration (nicht eingezeichnet) nur Ozonbehandlung (nicht eingezeichnet) Feinfiltration Ozonbehandlung Ozonbehandlung - Feinfiltration Spuckstoff/Entlüftung Abb. 3: Aktuelle Wasserkreislaufführung in der BPG 10 DBU Abschlussbericht

21 Wie schon im vereinfachten Blockdiagramm der Abb. 3 angedeutet, ermöglicht die neue KWR- Anlage in Abhängigkeit von den Erfordernissen verschiedene Betriebsweisen. Nach den nun gewonnenen Erfahrungen ist die Schaltungsvariante 4 als Regelbetrieb bei der Entfärbung von Spül- und Reinigungswässern sowie auch bei laufender Produktion zu bezeichnen Die Variante 5 wurde im Verlauf des Projektes nur in zwei Ausnahmefällen genutzt, so dass hierüber noch keine ausreichenden Erfahrungen vorliegen. Unter Produktionsbedingungen, die keine Entfärbung erfordern, wird auf die Ozonbehandlung verzichtet und Schaltungsvariante 2 betrieben werden. Variante 3 dient als Polizeivariante bei Ausfall des Druckscheibenfilters, jedoch erforderlicher Entfärbung des abzuleitenden Abwassers. Schaltungsvariante 1 schließlich kann bei notwendigen Wartungsarbeiten an der KWR-Anlage angewendet werden, ist aber aufgrund des Einleitungsverbots gefärbter Abwässer auf die Produktion heller Papiersorten beschränkt. 6.2 Beschreibung der KWR-Anlage Das vollständige Wasserschema im heutigen Zustand ist in Abb. 4 enthalten, ein vergrößerter Ausschnitt zum SWII-Kreislauf hieraus in Abb. 5. Im Folgenden sei nochmals kurz die o.g. Schaltungsvariante 4 als Regelbetrieb beschrieben. Vom bestehenden Rückwasserbehälter wird das Krofta-Klarwasser direkt dem Druckscheibenfilter zugeführt. Das DSF-Filtrat verlässt drucklos die Feinfiltration und gelangt über die 6-m 3 -Vorlagebütte in die Ozonstufe. Nach der Entfärbung wird das so genannte Klarwasser II (KlWa II) in der neu errichteten 40-m 3 -Bütte zwischengestapelt. Direkt aus der 40-m 3 -Bütte werden mittels der Pumpe P5 die Pulper und Holländer in der STA versorgt. Weiteres KlWa II wird mittels der Pumpe P3 in einen abgetrennten Bereich des Rückwasserbehälters geführt und steht von dort aus den Abnehmern Dichtwässer, Filze und Spritzrohre PM A und N zur Verfügung. Im Normalfall wird KlWa II auch zur Filterreinigung im DSF verwendet. Arbeitet der DSF im Spülmodus keine Filtration also wird das Feststoff belastete Spülwasser via der unterhalb des DSF angebrachten 2-m 3 -Bütte in die Grube zurückgeführt und letztendlich über den so genannten Eindicker PM N entstofft. Die Eckdaten des Druckscheibenfilters und der Ozonstufe sind in Tab. 2 zusammengefasst. Tab. 2: Eckdaten des Druckscheibenfilters und der Ozonstufe Maximaler Volumenstrom für beide Stufen: 110 m 3 /h Druckscheibenfilter mit 27 kwh installierter Leistung 8 Scheiben mit insgesamt 13,5 m 2 Filterfläche, aktive Filterfläche 10 m 2 maximale Filtratleistung 84 m 3 /h Betriebsdruck 0,2 barü Filtermaterial (Erstausrüstung) Polyamid, Porenweite zwischen 10 und 80 µm Ozonstufe mit 96 kwh installierter Leistung Ozonerzeugung aus Luft, maximaler Luftbedarf 75 Nm 3 /h, Ozoneintrag durch Injektor Ozonproduktion 0,3 bis 3,0 kg/h, Ozonkonzentration in Zugas 40 g/m 3 maximale Ozondosis 100 g/m 3 Prozesswasser 2 Reaktionsbehälter à 4,5 m 3, Betriebsdruck in den Reaktionsbehältern 3,0 barü DBU Abschlussbericht 11

22 3 Legende 1 Ausschusspulper Zellstoffpulper 4 5 Probenahme aus Aggregat (Bütte o. ä.) Entstipper Ausschuß Zellstoffbütte 3 Refineranlage neu 6 Probenahme aus Leitung 2 Ausschussbütte 2 Zellstoffbütte 1 Nr. der Probenahmestelle 7 Betrieb PMN Holländer 1-3 Betrieb PMA 8 Arbeitsbütte 1 PMN Arbeitsbütte 2 9 PMA Nachmahlrefiner Arbeitsbütte PMN 10 Stoffüberlaufkasten 11 Mischpumpe LS LS Stufe 1 GS LS Stufe 2 GS GS Cleaner SwS Stufe 1 SwS Stufe 2 Screen Fibermizer Rinne zur PMA 17 Stoffauflauf aus Vakuumpumpe 19 Stoffauflauf 18 PM-Sieb SW I Rinne I SW I PM-Sieb Gautschbruch Gautschbruch 14 Stofffänger 15 Gautschbrucheindicker SW II PMN Rückwasserbehälter 24 m Kl WaI Kl Wa II 16 SW II PMN od. PMA FW V16 V15 P4 P1 23 Krofta Klarwasserbehälter Luft Flockungsmittel 26 V18 Zulauf 22 Flotat Grube K 27 Dicht- Filze Spritzrohre wässer PMN, PMA V26 V27 V17 Ablauf V14 42 Bütte 40 m 3 P5 P3 FU3 V13 43 V12 41 V11 V10 FW Turm P8 Wedeco Ozon- Stufe V V8 P2 6 m 3 V9 FW V19 V4 V5 Vakuumabsaugung, Spuckstoff P V23 Petax R1 V1 Filter 2 m 3 V24 P17 36 V25 V3 V2 P9 SW II PMA 20 P13 P14 V20 P10 Pulper Holländer V6 44 Abwasserbecken P h-Probe zum Abwasserzweckverband P6 P7 Keller P16 Abb. 4: Aktuelles Wasserschema der Büttenpapierfabrik Gmund 12 DBU Abschlussbericht

23 14 Gautschbrucheindicker 15 SW II PMN SW II PMN od. PMA Rückwasserbehälter 24 m 3 Kl Wa I Kl WaII 24 FW V16 26 V18 V15 P4 P1 23 Krofta Klarwasserbehälter Zulauf 22 Flotat Luft Flockungsmittel Grube K 27 Dicht- Filze Spritzrohre wässer PMN, PMA Stofffänger V26 V27 V14 42 Bütte 40 m 3 P5 P3 FU3 V13 43 V12 V11 V10 41 V17 FW Turm P8 Wedeco Ozon- Stufe V V8 P2 6 m 3 V9 FW V19 V4 V5 2 m 3 P17 V25 P9 Ablauf Vakuumabsaugung, Spuckstoff P12 V23 V Petax Filter R1 V1 V3 V2 39 P13 SW II PMA 20 P14 V20 P10 Pulper Holländer V6 44 Abwasserbecken P h-Probe zum Abwasserzweckverband P6 P7 Keller P16 Abb. 5: Vergrößerter Ausschnitt aus Abb.4 zum SWII-Kreislauf DBU Abschlussbericht 13

24 6.2.1 Petax Druckscheibenfilter Der verwendete Druckscheibenfilter der Firma Petax ist auf einen Volumenstrom von bis zu 108 m³/h bei einer Feststoffbelastung von maximal 100 mg/l ausgelegt. Unter diesen Bedingungen waren eine Filtratmenge von 84 m 3 /h mit einer Feststoffkonzentration von maximal 10 mg/l zu erwarten. In dem geschlossenen Filterbehälter sind acht Scheiben mit einer gesamten Filterfläche von 13,5 und einer aktiven Filterfläche von ca. 10 m² auf einer horizontalen Hohlwelle angeordnet. Die Scheiben drehen sich langsam in der Suspension. Die Drehzahl der Scheiben beträgt im Mittel 13 U/min und ist abhängig vom Überdruck im Filterbehälter. Der Überdruck liegt im Bereich von 100 bis 300 mbar. Steigt der Innendruck aufgrund höherer Feststofffrachten oder höherer Volumenströme an, wird die Drehzahl der Scheiben erhöht. Damit wird erreicht, dass der Filterkuchen dünner wird. Gleichzeitig wird die Drehzahl der Vakuum- und Dickstoffpumpe erhöht, um den Dickstoffvolumenstrom zu erhöhen und den Innendruck somit zu verringern. Zusätzlich erfolgt eine kontinuierliche Reinigung der Scheiben durch Spritzwasser. Im Normalbetrieb ist es erwünscht, dass sich ein Filterkuchen ausbildet, um die Reinigungsleistung der Anlage zu verbessern. Das Filtrat fließt durch die Filtermatten und die Hohlwelle drucklos ab. Der Dickstoff wird von der Filtermatte abgeschabt und durch die Dickstoffpumpe abgepumpt. Mit Hilfe der Vakuumpumpe erfolgt eine Tiefenreinigung der Filtermatte [34]. Spuckstoff + Vakuumabsaugung Petax Druckscheibenfilter Spritzrohr Filtrat Bütte 40 m 3 Zulauf 34 P3 P5 Probenahmestelle Messstelle Vol.strom IDM FU3 Abwasserbecken Abb. 6: Schema des Druckscheibenfilters Am Druckscheibenfilter wurden während der Projektlaufzeit mehrfach technische Änderungen vorgenommen, um eine bessere Leistungsfähigkeit zu erreichen. Auf diese Änderungen wird unter Kap im Detail eingegangen. 14 DBU Abschlussbericht

25 Ablauf ohne O 3 Zulauf Ablauf zur O 3 - Stufe Abb. 7: Ansicht des Druckscheibenfilters von Zulaufseite Abb. 8: Ansicht des Druckscheibenfilters mit Revisionsöffnung DBU Abschlussbericht 15

26 6.2.2 Wedeco-Ozonstufe Die Ozonbehandlung besteht im Wesentlichen aus Luftaufbereitung, Ozongenerator, dem Injektor zum Ozoneintrag, dem Reaktions- und Entgasungsbehälter, dem Kühlsystem und der Restozonvernichtung. Zur Ozonerzeugung wird getrocknete, aufbereitete Luft eingesetzt. Im Ozonerzeuger wird daraus durch stille elektrische Ladung Ozon erzeugt. Der Ozonerzeuger hat eine Produktionskapazität von 3 kg O 3 /h mit einer Ozonkonzentration von 40 g/nm³ im Gas. Das führt bei einem Wasser-Volumenstrom von 30 bis 100 m³/h zu einer maximalen O- zonkonzentration im zu behandelnden Abwasser von 100 g/m³. Um die bei der Ozonerzeugung entstehende Wärme abzuführen und einen hohen Wirkungsgrad zu gewährleisten, wird der Ozonerzeuger mit Wasser gekühlt. Das Ozon/Luft-Gemisch wird vom Injektor angesaugt und in das zu behandelnde Prozesswasser eingetragen. Die Mischung gelangt in die zwei Reaktionsbehälter, in denen die weitergehende Reaktion abläuft und die Trennung des Gases vom Wasser stattfindet. Die Behälter haben je ein Volumen von 4,5 m³. Die hydraulische Verweilzeit beträgt damit maximal 18 Minuten. Da die Reaktion von Ozon mit Wasserinhaltsstoffen sehr schnell abläuft, reicht das für die vollständige Reaktion völlig aus. Im Ablauf der Ozonanlage wird die Konzentration des im Wasser verbliebenen gelösten Ozons überwacht. Das Abgas aus dem Reaktor (Off-Gas) enthält noch geringe Anteile von Ozon. Deshalb ist es notwendig, das anfallende Off-Gas einer Restozonvernichtung zuzuführen. Dort wird das Rest-Ozon thermisch-katalytisch zu molekularem Sauerstoff zersetzt. [35] Adsorptions -trockner Druckluftspeicher Ölabscheider Entschäumerdosierung zum 1. Ozonreaktor Abb. 9: Ansicht der Luftaufbereitung 16 DBU Abschlussbericht

27 Ozongenerator mit Steuereinheit 1. Reaktor 2. Reaktor Abb. 10: Ozonraum oberer Teil mit Generator und Reaktoren Ablauf Restozonvernichter Ozon-Luft- Gemisch Zulauf Abb. 11: Injektor DBU Abschlussbericht 17

28 Kontrollmessung gelöstes O 3 im Ablauf 1. Reaktor 2. Reaktor Abb. 12: Ozonreaktoren im Ozonraum oberer Teil 1. Reaktor 2. Reaktor Zulauf Injektor Ablauf Abb. 13: Ozonreaktoren im Ozonraum unterer Teil 18 DBU Abschlussbericht

29 Ozongenerator Restozonvernichter Luftaufbereitung Reaktionsbehälter Ablauf Zulauf Injektor Abb. 14: Anordnung der Anlagenkomponenten Ozonstufe im Überblick 7 Projektdurchführung, Untersuchungs- und Betriebsergebnisse 7.1 Puffervolumen und Dynamik des Wasserkreislaufs Das im Zuge der Antragstellung zum vorliegenden Projekt aus Erfahrungswerten abgeschätzte zusätzlich benötigte Puffervolumen zum Zwischenstapeln der neu gewonnenen Kreislaufwasserqualität KlWaII von 40 m 3 galt es im Rahmen einer Volumenanalyse zu verifizieren. Um eine erste Abschätzung vornehmen zu können, ob das vorhandene Puffervolumen richtig bemessen war, wurde die Summe der Volumina aller dynamisch genutzten Wasserbehälter und aller dynamisch genutzten Stoffbütten miteinander verglichen (siehe Abb. 15, [36]). Dynamisch genutzte Bütten und Behälter sind nicht füllstandsgeregelt und weisen einen schwankenden Füllstand auf. Typische Beispiele sind Stapelbütten und Wasserpuffer. Füllstand Wasservolumina Stoffbütten variabel konstant variabel konstant V W dyn = f (spezif. Q Abw ) V S dyn Abb. 15: Vorgehensweise der Volumenanalyse Das Verhältnis dynamisch genutzter Wasser- und Stoffvolumina zueinander weist eine typische Abhängigkeit von der spezifischen Abwassermenge auf, die sich für alle bisher untersuchten Anlagen bestätigen ließ (s. Abb. 16). Liegt der für die untersuchte Anlage ermittelte Wert auf der Kurve, ist von einer richtigen Bemessung der Wasserpuffer auszugehen. Darunter sind die Wasservolumina zu knapp, darüber zu groß ausgelegt. Die Aufnahme der Volumina ergab zusammengefasst die in Tab. 3 dargestellten Werte für die PMA und PMN. Die Detailaufnahme der Volumina ist am Beispiel der PM A in Tab. A 1 des Anhangs enthalten. DBU Abschlussbericht 19

30 Tab. 3: Dynamisch verfügbare Stoff- und Wasservolumina der PM N und A Wasservolumina (dynamisch genutzt) Stoffvolumina (dynamisch genutzt) PM A PM N m³ m³ Verhältnis (Wasser/Stoff) 0,47 0,37 Um eine Bewertung vorzunehmen, ob das vorhandene und neu zu erstellende Puffervolumen richtig bemessen ist, wurde in Abb. 16 der Ist-Zustand für beide Maschinen eingetragen. Im Vergleich zu typischen Werten erscheint das Verhältnis der dynamisch verfügbaren Wasserund Stoffvolumina zueinander mit 0,47 bzw. 0,37 gut bemessen. Für die PMA ergibt sich damit ein leicht zu großes, für die PMN ein genau ausreichendes Puffervolumen. 10 dyn. Wasservol. / dyn. Stoffvolumen m³/m³ 1 0, spez. Abwassermenge l/kg PMA Soll PMN typischer Verlauf (Trend) Abb. 16: Verhältnis der dynamisch verfügbaren Wasser- und Stoffbüttenvolumina zueinander in Abhängigkeit von der spezifischen Abwassermenge (Kurve: Trend des dynamischen Pufferbedarfs) Über die Volumenanalyse hinaus wurde ein dynamisches Simulationsmodell erstellt. Dieses Modell bildet das Werk bei Betrieb der PMA ab. Das Modell ist im Prinzip auf den Betrieb der PMN übertragbar. Die Stoffaufbereitung ist dem Original nachempfunden, die Maschine, die Siebwasserbehälter und die Krofta sind im Modell nur vereinfacht dargestellt. Trotz der Vereinfachungen liefern dynamische Modelle sehr gute Ergebnisse zum Betrieb und zur Größe von Pufferbehältern [37]. 20 DBU Abschlussbericht

31 Abb. 17: Struktur des dynamischen Simulationsmodells für die PMA (1 8 = Pulper und Bütten der STA, 9 = PM, 10 = SW-Volumen einschl. PM und Krofta, 11 = Rückwasserbehälter, 12 = neue 40-m 3 -Bütte, 13 = Druckscheibenfilter, 14 = Ozonstufe) DBU Abschlussbericht 21

32 Mit Hilfe des Modells wurden verschiedene Betriebszustände, wie Sortenwechsel, An- und Abfahren der Anlage und Betriebsstörungen nachgefahren und die dabei anfallende Abwassermenge bestimmt. Ausgehend von diesen Mengen wurde mit Hilfe der Sortenzusammenstellung aus einem 4-wöchigen Untersuchungszeitraum in [38] auf eine durchschnittliche Gesamtabwassermenge für den Betrieb der PMA hochgerechnet. Exemplarisch ist in Abb. 18 unter Berücksichtigung des neu zu installierenden Puffers ein simulierter Farbwechsel abgebildet. Es ist keine deutliche Zunahme der Abwassermenge zu erkennen. Die zusätzliche Frischwassermenge durch das Waschen der Maschine ist im Diagramm zu sehen und beträgt in etwa 10 m³. Diese Wassermenge muss das System als Abwasser wieder verlassen, wenn das durchschnittliche Gesamtvolumen im System durch den Farbwechsel nicht steigen soll. Die durchschnittliche Abwassermenge in diesem Simulationslauf betrug 7 l/kg, bei einer Produktion an der Maschine von 600 kg pro Stunde m³ Abwasser Holländer FW Produktion :00 08:00 09:00 10:00 11:00 12:00 13:00 14:00 15:00 16:00 17:00 Zeit Abb. 18: Simulierte Abwasser- und Frischwassermengen an der PMA während eines Farbwechsels: Abwasser aus Überlauf Pufferbehälter Von den einzelnen Szenarien wurde auf eine durchschnittlich mögliche Abwassermenge hochgerechnet. Die Abwassermenge im Werk Gmund wird dabei stark vom Sortenprogramm beeinflusst. Als Vergleichszeitraum für die Hochrechnung wurden die Daten aus [38] verwendet. In diese Arbeit wurde die Abwassermenge in drei Bereichen getrennt erfasst. Im Untersuchungszeitraum ergab sich an der PMA eine Gesamtabwassermenge von 9959 m³ bei einer Produktionsmenge von 327,3 t. Damit lag die Abwassermenge spezifisch bei 30,4 l/kg. Aufgeteilt in Produktion und Waschvorgänge lag die spezifische Abwassermenge verursacht durch die Waschvorgänge bei ca. 7 l/kg. Diese Menge kann durch den neuen Puffer auf ca. 3,5 l/kg reduziert werden. Um die über das Projektziel von 14,5 l/kg hinausgehende Zielmenge von gesamt 12 l/kg zu erreichen, darf das spezifische Abwasser der Produktion die Menge von 9,3 l/kg nicht überschreiten. Die Ergebnisse sind in den Tab. 4 und Tab. 5 zusammengefasst. 22 DBU Abschlussbericht

33 Tab. 4: Zusammenstellung der Abwassermengen aus [38] Produktionsmenge: 327,3 t Abwasser Absolut Spezifisch Anzahl Produktion 7746 m³ 23,7 l/kg Sortenwechsel mit 1075 m³ 3,3 l/kg 17 63,24 m³ Waschen Waschvorgang vor 1138 m³ 3,5 l/kg 6 189,67 m³ Wochenende Anfahren 98 m³ 0,3 l/kg 6 16,33 m³ Gesamt 9959 m³ 30,4 l/kg Tab. 5: Hochrechnung der Abwassermenge des Simulationsmodells Produktionsmenge: 327,3 t Abwasser Absolut Spezifisch Anzahl Produktion 3044 m³ 9,3 l/kg Sortenwechsel mit 340 m³ 1,0 l/kg 17 20,00 m³ Waschen Waschvorgang am 720 m³ 2,2 l/kg 6 120,00 m³ Wochenende Anfahren 0 m³ 0,0 l/kg 6 0,00 m³ Gesamt 4104 m³ 12,5 l/kg Über eine Volumenanalyse konnte vor Errichtung der neuen 40-m 3 -Bütte gezeigt werden, dass deren Volumen richtig bemessen war. Die Tatsache, dass im Falle der PMA das zusätzliche Volumen und somit das Gesamtvolumen geringfügig zu groß ausfällt konnte bzw. musste akzeptiert werden, vor allem im Hinblick darauf, dass beim Betrieb der PMN Frischwasserverluste aufgrund eines zu geringen Gesamtvolumens sicher zu vermeiden sind. Mittels eines dynamischen Simulationsmodells wurde darüber hinaus gezeigt, dass die Schwankungen aufgrund von Sorten- und Flächengewichtswechseln, Farbumstellungen sowie beim An- und Abfahren des Systems nach bzw. vor dem Wochenende sicher abgefangen werden können. Es galt nun, nach Errichtung und Inbetriebnahme der KWR-Anlage die identifizierten Frischwasserverbraucher auf die neue Kreislaufwasserqualtität umzustellen, um so das Projektziel einer Halbierung der spezifischen Abwassermenge von 29 auf 14,5 l/kg zu erreichen. DBU Abschlussbericht 23

34 7.2 Betriebs- und Laboruntersuchungen, Probenahmestellen Um die Leistung der bestehenden und neuen Aggregate (Krofta, Petax-Filter, Ozonstufe) im SWII-Kreislauf beurteilen zu können, wurden im Rahmen der Betriebsanalytik und darüber hinaus in den jeweiligen Zu- und Abläufen die nachfolgend aufgelisteten Parameter gemessen. Hierbei wurden von der Büttenpapierfabrik Gmund arbeitstäglich folgende Parameter analysiert: PCD-Wert (particle charge detector) Leitfähigkeit ph-wert CSB AFS (abfiltrierbare Stoffe bzw. Feststoffgehalt) Ergänzend hierzu wurden von der PTS stichprobenartig folgende Parameter bestimmt: Färbung als spektrale Absorptionskoeffizienten bei den Wellenlängen Färbung als L*a*b*-Werte nach CIE-LAB-System Redox-Potenzial Oberflächenspannung OFS Trübung CSB Gesamtkeimzahl Volumenstrommessungen Die hierbei angewandten Methoden und Geräte sind in Tab. A 2 des Anhangs aufgelistet. Darüber hinaus wurden bei erforderlichen speziellen Untersuchungen wie Voruntersuchungen zur Entfärbung oder Bildung von Laborblättern aus ozonbehandelten Kreislaufwasserproben und Bestimmung der Festigkeitseigenschaften weitere Parameter gemessen. Die Ergebnisse sind in tabellarischer Form im Anhang aufgeführt. Die Probenahmen im Wasserkreislaufsystem wurden sowohl vom Personal der Büttenpapierfabrik Gmund als auch von Mitarbeitern der PTS München durchgeführt. Um eine einheitliche Sprachregelung zu finden und somit eine Verwechslung von Probenahmestellen gänzlich auszuschließen, wurden bereits vor Beginn der Bauarbeiten sämtliche in Frage kommenden Probenahmestellen im gesamten Wassersystem der PM A und PM N definiert. Dadurch ergaben sich, beginnend von der Stoffaufbereitung bis hin zur Abwasserausschleusung insgesamt 45 Probenahmeorte (s. Abb. 4). Alle Probenahmestellen wurden mit spritzwasserfesten Schildern und der entsprechenden Nummer versehen. Die Bezeichnung der einzelnen Probenahmestellen ist der Tab. A 3 im Anhang zu entnehmen. Diese Vorgehensweise hat sich wie nun festgestellt werden darf bestens bewährt und war im Hinblick auf die möglichen Schaltungsvarianten und Betriebsweisen der neuen KWR-Anlage von entscheidender Bedeutung. Da während der Projektlaufzeit im Zuge von Optimierungsmaßnahmen vor allem um den Betrieb des Druckscheibenfilters zu verbessern Umbauten vorgenommen werden mussten, ist ein Teil der Probenahmestellen zum Projektende hin entfallen, die grundsätzliche Systematik blieb hiervon jedoch unberührt. 24 DBU Abschlussbericht

35 Bei der Bewertung der neuen KWR-Anlage war es im Regelfall nicht erforderlich, das gesamte Kreislaufwassersystem zu beproben, sondern man beschränkte sich im Wesentlichen auf die in Tab. 6 zusammengefassten Probenahmeorte und die darin angegebenen Analysenparameter bei den Betriebsweisen 2 (Betrieb Druckscheibenfilter) und 4 (Betrieb Druckscheibenfilter + Ozonstufe). Tab. 6: Probenahmestellen und Parameter Parameter PN-Stelle Rückwasserbehälter, Klarwasser I Auslauf Petax Einlauf 40 m³ Bütte aus Ozon/Petax Spuckstoff + Vakuumabsaugung aus Petax a 2, 4 4 2, 4 L*a*b* 2, 4 4 2, 4 AFS 2, 4 4 2, 4 4 ph 2, 4 4 2, 4 4 Lf 2, 4 4 2, 4 4 Redox 2, 4 4 2, 4 (2) PCD 2, 4 4 2, 4 OFS 4 4 Trübung 2, 4 4 2, 4 2, 4 CSB 2, 4 4 2, 4 2, 4 GKZ 4 4 ( ): nur wenige Messwerte bzw. nicht ausgewertet Um eine Probe jederzeit einer Betriebssituation zuordnen zu können, wurde abschließend die Probenbezeichnung wie folgt systematisiert: X.Y-PNZ mit X = Betriebsweise, Y = Nr. der Probenahme und PN Z = Probenahmestelle Z Aus Gründen der Übersichtlichkeit wird im Folgenden bei der grafischen Darstellung der Betriebs- und Laborversuchsergebnisse meist jedoch auf die Angabe der Probenahmestelle Z verzichtet, da sich diese aus den Legenden in den jeweiligen Diagrammen ergibt. DBU Abschlussbericht 25

36 7.3 Betriebserfahrungen Ozonstufe Vorbemerkungen Entsprechend dem Verfahrensablauf bei Betriebsweise 4 Druckscheibenfilter Ozonstufe wäre an dieser Stelle zunächst eine Bewertung der weitergehenden Feststoffabtrennung im Krofta-Klarwasser mittels des Druckscheibenfilters sinnvoll und zu erwarten gewesen. Wie jedoch bereits unter Kap angedeutet, traten nach der Inbetriebnahme der KWR-Anlage entgegen den Erwartungen keine Probleme beim Betrieb und der Leistungsfähigkeit der Ozonstufe auf, sondern in Form einer nicht ausreichenden Filtrationsleistung und Filtratqualität in der Feinstfiltrationsstufe. Diese nicht vorherzusehenden Leistungsbeschränkungen des Druckscheibenfilters beschäftigten die Projektbeteiligten bis zum Ende der Projektlaufzeit und konnten auch bis zum Zeitpunkt der Berichterstellung noch nicht zur vollständigen Zufriedenheit der Büttenpapierfabrik Gmund gelöst werden. Diese Probleme standen im ursächlichen Zusammenhang mit der Tatsache, dass eine dem Projektziel entsprechende Reduzierung der spezifischen Abwassermenge von 29 auf unter 15 l/kg erst ab dem Frühjahr 2003 realisiert werden konnte. Die eingehenden Untersuchungen und Optimierungsmaßnahmen am Druckscheibenfilter sowie darüber hinausgehende und letztendlich zusätzlich erforderliche Umbaumaßnahmen im Wassersystem zogen sich bis zum Frühsommer 2003 hin. Dahingegen konnte die Bewertung der Leistungsfähigkeit der Ozonstufe bereits im Sommer 2002 praktisch erfolgreich abgeschlossen werden. Daher orientieren sich die Ausführungen zur Leistungsfähigkeit der gesamten KWR-Anlage an den erfolgreichen Teilschritten in chronologischer Abfolge. Über die Betriebserfahrungen hinaus wurden von der PTS München während der Projektlaufzeit 20 Laborversuche im Labormaßstab durchgeführt, die entsprechend den Gegebenheiten unterschiedliche Zielstellungen verfolgten. Eine Übersicht zu den durchgeführten Laborversuchen zeigt Tab. A 4 des Anhangs, einzelne Laborversuche sind in den jeweiligen Kapiteln ausführlicher beschrieben, auf die Angabe von Produktnamen und Sortenbezeichnungen der Büttenpapierfabrik Gmund wird in der Regel aus Geheimhaltungsgründen verzichtet Bewertung gefärbter Wasserproben nach dem CIE-Lab-System In Wasser- und Abwasserproben der Papierindustrie ist neben der visuellen Beurteilung in der Regel eine analytische Bestimmung des Absorptionskoeffizienten α bei unterschiedlichen Wellenlängen des sichtbaren Bereiches üblich. Nach der Norm DIN EN ISO 7887 werden hierzu die Absorptionskoeffizienten α bei den Wellenlängen 436, 525 und 620 nm gemessen, erforderlichenfalls kann hierzu ergänzend der Wert α im Absorptionsmaximum (soweit vorhanden) zur weiteren Bewertung herangezogen werden. Die Fixierung auf drei feste sowie nur eine variable Wellenlänge genügt nicht den Anforderungen der Farbenvielfalt im Sortenprogramm der Büttenpapierfabrik Gmund. Allein im Standardprogramm der Gmund Colors (s. Abb. 19) kommen 51 unterschiedliche Farben zum Einsatz. Darüber hinaus ist die Entfärbungswirkung der Ozonbehandlung bei unterschiedlichen Färbungen in einem Diagramm praktisch nicht bzw. nur sehr unübersichtlich darstellbar (vgl. Abb. A 1 im Anhang). 26 DBU Abschlussbericht

37 Abb. 19: Die 51 Standardfarben der Marke Gmund Colors Da zudem in der BPG an beiden Papiermaschinen eine online-farbregelung installiert ist und bei einer Vielzahl von Farbsorten betrieben wird, welche nach dem CIE-L*a*b*-Farbsystem arbeitet, wurde dieses Bewertungssystem auch für die wässrigen Proben herangezogen. Im CIE- L*a*b*-Farbsystem sind alle nur möglichen Farben in einem dreidimensionalen Raum in Form einer Kugel (s. Abb. 20) abbildbar. Das xyz-koordinatensystem besteht aus a*-achse: negative Werte sind der Farbe Grün, positive der Farbe Rot zugeordnet b*-achse: negative Werte sind der Farbe Blau, positive der Farbe Gelb zugeordnet L*-Achse: der Wert +100 ist als Weiß definiert, 0 ist Schwarz. DBU Abschlussbericht 27

38 L* = 100 (hell) +b* (gelb) -a* (grün) h C* +a* (rot) -b* (blau) L* = 0 (dunkel) Abb. 20: Das CIE-L*a*b*-Farbsystem im dreidimensionalen Raum Unterschiedliche Farben bzw. Farborte lassen sich als Vektor beschreiben und sind damit eindeutet im Farbraum definiert. Für die Darstellung unterschiedlicher Färbungen (s. Kap ) in der zweidimensionalen Diagrammform eignet sich die a*-b*-ebene, erforderlichenfalls ergänzt durch Angabe der L*-Werte. Visuell farblose Proben sind demnach durch a*- und b*- Werte nahe Null sowie durch L*-Werte nahe 100 gekennzeichnet Beurteilung der Entfärbungsleistungen der Ozonstufe Entsprechend der Farbenvielfalt und der hierfür eingesetzten Farbmittel mit ihren unterschiedlichen Affinitäten zu den Zellstofffasern sind die Kreislaufwässer unterschiedlich stark gefärbt. Es war zu erwarten, dass für intensiv gefärbte Wässer höhere Ozondosen erforderlich sind als für weniger stark gefärbte Wässer. Grundsätzlich hat sich diese Erwartung beim überwiegenden Teil der Untersuchungen bestätigt, wenngleich natürlich aufgrund unterschiedlicher chemischer Strukturen in den Farbmitteln auch stark gefärbte Proben durch geringe Ozondosen entfärbt werden und schwache Färbungen mitunter hohe Ozondosen erfordern. Zur Abgrenzung schwacher und starker Färbungen wurde die a*- bzw. b*-skala im Bereich von -10 bis +10 definiert, Kreislaufwässer mit a*- und b*-werten außerhalb dieses Bereiches wurden als stark gefärbt eingestuft. Mit geringen Ozondosen sind Einträge bis 50 g O 3 /m 3 Prozesswasser zu verstehen, darüber hinaus bis 100 g O 3 /m 3 Prozesswasser sind es hohe Ozoneinträge. Erforderliche Ozondosen bei schwach gefärbten Prozesswässern In der nachfolgenden Abb. 21 sind die für die Entfärbung von schwach gefärbten Prozesswässern benötigen Ozondosen für unterschiedliche Sortenprogramme dargestellt. Die schwarzen Pfeile veranschaulichen dabei die Fließrichtung des SW II beginnend vom Rückwasserbehälter bis hin zum Ablauf Ozonstufe. Im Regelfall wurden hierbei also die Probenahmestellen 24: Rückwasserbehälter = Zulauf Druckscheibenfilter, 35: 6-m 3 -Vorlagebütte = Zulauf Ozonstufe bzw. Ablauf Druckscheibenfilter und 42: Zulauf 40-m 3 -Bütte beprobt und analysiert. Erwartungsgemäß bewirkt die Feinfiltration nur eine sehr geringe Abschwächung der Farbintensitäten, der eigentliche Entfärbungsvorgang erfolgt in der Ozonstufe. 28 DBU Abschlussbericht

39 g O 3 /m³ gelb 4.15 b* 45 g O 3 /m³ g O 3 /m³ g O 3 /m³ g O 3 /m³ g O 7 3 /m³ g O 3 /m³ g O 3 /m³ g O 3 /m³ g O 3 /m³ g O 3 /m³ g O 3 /m³ g O 3 /m³ 1 grün a* rot blau Abb. 21: Entfärbung schwach gefärbter Prozesswässer = Rückwasserbehälter (Ablauf Krofta), in Einzelfällen auch noch vorgeschaltete Probenahmestellen = Ablauf Druckscheibenfilter = Zulauf Ozonstufe = Ablauf Ozonstufe = Fließrichtung SW II Die nach Ozonbehandlung erreichten a*- und b*-werte ( -Angaben, da die Proben gegen entionisiertes Wasser gemessen wurden) im Bereich von 1 bis +1 bzw. 1 bis +3 sind visuell praktisch nicht mehr wahrnehmbar, die so behandelten Prozesswässer konnten als farblos bewertet werden. Die gemessenen L*-Werte lagen in allen Fällen bei Werten über 97. Wie aus der Legende hervorgeht, reichten zur vollständigen Entfärbung Ozondosen von 20 bis 50 g O 3 /m 3, nur in Einzelfällen (s. Proben 4.14 und 4.68) waren höhere Ozondosen von 55 bzw. 65 g O 3 /m 3 erforderlich. Erforderliche Ozondosen bei stark gefärbten Prozesswässern In dem zu Abb. 21 identisch aufgebauten Diagramm der Abb. 22 sind die Betriebserfahrungen zur Färbungsverringerung an stark gefärbten Prozesswässern anhand von neun Beispielen repräsentativ zusammengefasst. In rund zwei Drittel der Fälle sind höhere Ozondosen im Bereich von 65 bis 80 g O 3 /m 3 (Ausnahme: Proben der Reihe 4.8) erforderlich, vergleichsweise häufig genügen jedoch auch Ozoneinträge von deutlich weniger als 50 g O 3 /m 3. DBU Abschlussbericht 29

40 g O 3 /m³ 80 g O 3 /m³ 70 g O 3 /m³ 65 g O 3 /m³ 70 g O 3 /m³ 45 g O 3 /m³ 21 g O 3 /m³ 34 g O 3 /m³ 75 g O 3 /m³ 60 gelb a* grün 0 rot gr blau -60 b* Abb. 22: Entfärbung stark gefärbter Prozesswässer = Rückwasserbehälter (Ablauf Krofta) = Ablauf Druckscheibenfilter = Zulauf Ozonstufe = Ablauf Ozonstufe = Fließrichtung SW II Ein extremer Ausnahmefall war die Probenserie mit der laufenden Nr Hierbei handelte es sich um Proben aus einer so genannten Schwarzproduktion. Entgegen früheren Produktionserfahrungen noch vor Inbetriebnahme der KWR-Anlage resultierte aus der Produktion im Nov eine intensiv gelbe Verfärbung im Kreislaufwasser. Abb. 22 zeigt, dass eine Ozondosis von 80 g O 3 /m 3 selbst messtechnisch eine minimale Färbungsverringerung von nur vier Einheiten auf der b*-achse bewirkte, visuell war keine Änderung feststellbar. Eine vorübergehende Erhöhung der Ozondosis auf 100 g O 3 /m 3 (dem maximal möglichen Ozoneintrag) erbrachte keinerlei Verbesserung und konnte aufgrund des SWII-Anfalls auch nur kurzzeitig aufrecht erhalten werden, um ein Überlaufen des Rückwasserbehälters zu unterbinden. Laborversuch zur Entfärbung der Probe Den Ursachen zur praktisch völligen Wirkungslosigkeit der Ozonbehandlung von Kreislaufwasser aus der Schwarzproduktion am wurde in einem Laborversuch nachgegangen. Hierzu wurde Probe (Zulauf Ozonstufe) im PTS-Laborreaktor unter Batchbedingungen mit Ozon behandelt. Die Verringerung der Färbung wurde visuell und anhand der spektralen Absorptionskoeffizienten verfolgt. Die Ergebnisse dieses Laborversuches sind in Abb. 23 und Abb. 24 zusammengefasst. 30 DBU Abschlussbericht

41 nm 525 nm 620 nm 40 a [m -1 ] O 3 -Dosis [g/m³] O 3 -Dosis [g O 3 /m 3 ] Zeit [min] Abb. 23: Entfärbung einer intensiv gelb gefärbten Kreislaufwasserprobe (O 3 -Versuch Nr. 14 in Tab. A 4) im Labormaßstab Abb. 24: Verlauf von ph-wert sowie der Ozonkonzentration im Zu- und Abgas bei Entfärbung in O 3 -Versuch Nr. 14 in Tab. A 4 DBU Abschlussbericht 31

42 Es ist zunächst zu erkennen, dass die Originalprobe durch einen sehr hohen spektralen Absorptionskoeffzienten α 436 = 56 m -1 charakterisiert ist. Dieser verringerte sich zwar deutlich mit Beginn des Ozoneintrages, eine visuell deutliche Farbabnahme war jedoch erst ab einer Ozondosis von ca. 400 g O 3 /m 3 wahrnehmbar, eine vollständige Entfärbung erst bei ca. 900 g O 3 /m 3 erreicht. Darüber hinaus fällt der sofort einsetzende und starke ph-wert-abfall auf (s. Abb. 24). Entgegen allen bisherigen Erfahrungen an der PTS München wurde zudem bis zu einer Ozondosis von 300 g O 3 /m 3 praktisch kein Restozon im Abgas des Laborreaktors gemessen, d.h. das eingetragene Ozon wurde bis zu diesem Zeitpunkt vollständig umgesetzt. Eine starke Zunahme der Ozonkonzentration im Abgas korrespondierte mit einer Abschwächung des ph-wert-abfalls sowie einer visuell deutlich sichtbaren Intensitätsabnahme der Färbung. Anhand des Laborversuchs wurde zunächst bestätigt, dass eine Entfärbung dieses Kreislaufwassers unter den Auslegungs- und Betriebsbedingungen der Ozonstufe in der Büttenpapierfabrik Gmund keinesfalls möglich ist. Durch eine Untersuchung der eingesetzten Farbmittel bei der Schwarzproduktion in Verbindung mit den Laborergebnissen konnten schließlich die Ursachen ermittelt werden. Bei der so genannten Schwarzproduktion kamen drei Farbmittel zum Einsatz: 1. ein schwarzer Küpenfarbstoff, 2. eine blaues Pigment zur Nuancierung sowie 3. ein roter Substantivfarbstoff, ebenfalls zur Nuancierung. Beim roten Nunancierfarbstoff handelte es sich im Vergleich zu den früheren Schwarzproduktionen - um ein Alternativprodukt, das sich problemlos im Labormaßstab entfärben ließ (ohne Abb.), enthielt jedoch offensichtlich Anteile einer gelben Farbe mit geringen substantiven Eigenschaften. Im Küpenfarbstoff andererseits ist Thiosulfat enthalten, um die bei Küpenfarbstoffen zur Farbentstehung notwenigen reduktiven Bedingungen einzustellen. In der Mischung aller drei Farbmittel wird nun Thiosulfat als starkes Reduktionsmittel von Ozon in Konkurrenz zur gelben Verunreinigung bevorzugt zu Sulfat (bzw. Schwefelsäure, deshalb der starke ph-wert-abfall) oxidiert und erst nach dessen praktisch vollständiger Umsetzung findet die abschließende Entfärbung des Kreislaufwassers statt. Der rote Nuancierfarbstoff wurde als Konsequenz bei weiteren Schwarzproduktionen nicht mehr verwendet und wieder durch das ursprüngliche, qualitativ hochwertigere jedoch auch teuerere Produkt ersetzt. Als Hilfs- und Gegenmaßnahmen zur Vermeidung von Einleitung gefärbten Abwassers wurde die Abwasserausschleusung minimiert, eine Flockung und Fällung des unvermeidbaren Abwasseranteils durchgeführt und der Betreiber der Kläranlage umgehend verständigt. Die Reinigungsleistung der Kläranlage war zu keinem Zeitpunkt gefährdet, die Gefahr einer Verfärbung des aus der Verbandskläranlage ablaufenden Abwassers konnte sicher vermieden werden. Abschlussbemerkung zur Entfärbungsleistung der Ozonstufe Im vorstehend beschriebenen Fall der Schwarzproduktion war die Ozonstufe im Hinblick auf ihre Entfärbungsleistung offensichtlich an ihre Grenzen gestoßen. Zur Lösung derartiger Probleme hat die Büttenpapierfabrik andere Wege beschritten, in der Regel den Ersatz der mit dem jeweiligen Färbungsproblem korrespondierenden Farbmittel. Bei Einsatz neuer Farbmittel wurde darüber hinaus die Entfärbbarkeit im Labormaßstab vorab getestet (vgl. O 3 -Versuche Nr in Tab. A 4 und Tab. A 6). Wenngleich sich die folgende Frage im Falle schwach gefärbter Prozesswässer nicht so ausgeprägt stellt, so sollen an dieser Stelle als Anregung und als abschließende Bemerkung folgender Denkanstoß zu den Betriebsergebnissen mit stark gefärbten Prozesswässern gegeben 32 DBU Abschlussbericht

43 werden: Ist in allen Fällen eine vollständige Entfärbung erforderlich? Diese Frage kann ohne Einschränkungen mit nein beantwortet werden. Die erforderliche Färbungsverringerung muss im Fall der Büttenpapierfabrik Gmund im Hinblick auf das folgende Sortenprogramm abgestimmt sein, aber eben auch unter Beachtung des Verbotes zur Einleitung von gefärbten Abwässern in die Kläranlage des Abwasserzweckverbandes Tegernseer Tal. Es kann nun konstatiert werden, dass sowohl im Hinblick auf die Produktionsfolge als auch im Hinblick auf die Ausschleusung von Abwasser nicht in allen Fällen eine Totalentfärbung bis hin zur vollständigen visuellen Farblosigkeit erforderlich ist. Hierdurch können die Behandlungskosten reduziert werden, ohne negative Einflüsse auf die Qualität der nachfolgenden Papiersorte, aber auch ohne nachteilige Auswirkungen auf den Ablauf der Kläranlage des Abwasserzweckverbandes. Diese Erfahrungen über die erforderlichen Ozondosen bei der Behandlung von stärker gefärbten Prozesswässern zu sammeln, war wohl das Hauptaugenmerk nach Inbetriebnahme der Ozonanlage. Die Bemühungen, eine ausgewogene Balance zwischen Ökologie und Ökonomie für praktisch alle denkbaren Situationen zu finden, dauern weiterhin an und sind wesentliche Aufgabe des engagierten Betriebspersonals. Beispielhaft sei hier die intern mit der Bezeichnung 54 geführte Papiersorte genannt, ein intensiv rot gefärbtes Produkt, welches im Flächengewichtsbereich von g/m 2 produziert wird. Sorte 54 wurde im Zeitraum von Juni 02 bis Juni 03 mehrfach hergestellt und unabhängig vom Flächengewicht wurden Ozondosen im Bereich von 15 bis 67 g O 3 /m 3 appliziert, um beide oben genannten Bedingungen zu erfüllen. Die Vorgehensweise hierbei war immer die gleiche: beginnend von einer höheren Ozondosis wurde während der jeweiligen Produktion in Schritten von 5 oder 10 g O 3 /m 3 die Ozondosis reduziert bis das Optimum gefunden war. Dies geschah im Regelfall binnen einer, höchstens zwei Stunden, da sich Farbänderungen im Ablauf der Ozonstufe aufgrund der maximalen hydraulischen Verweilzeit von 18 Minuten recht schnell bemerkbar machen. Ähnlich der Herstellung von gefärbtem Papier mit der für die Büttenpapierfabrik Gmund einzigartigen Farbenvielfalt bedarf es auch zum optimalen Betrieb der Ozonanlage im Werk Gmund reichhaltiger Erfahrung. Die Farbenvielfalt der hergestellten Papiere mit Berücksichtigung der Produktionsfolgen ist das Spiegelbild der möglichen Kreislaufwasserfärbungen, welche es gilt, mit der Ozonstufe unter ökologischen und ökonomischen Aspekten zu verringern. Die Auslegung der Ozonstufe auf eine maximale Ozonkapazität von 3 kg O 3 /h, mit der in Abhängigkeit von der Prozesswassermenge Ozondosen bis 100 g O 3 /m 3 Prozesswasser möglich sind, hat sich nach den nun vorliegenden Erfahrungen für die Büttenpapierfabrik Gmund als ausreichend bewiesen. Schwächer gefärbte Prozesswässer lassen sich damit unter allen Betriebsbedingungen vollständig entfärben, grundsätzlich auch stärker gefärbte Prozesswässer. Bei den stärker gefärbten Prozesswässern war jedoch unter Berücksichtigung des Verbotes zur Einleitung gefärbter Abwässer und im Hinblick auf das folgende Sortenprogramm sowie unter wirtschaftlichen Aspekten eine optimale Ozondosis zu finden. Vor diesem Hintergrund ist abschließend zu werten, dass die Ozonstufe die in ihr gesteckten Erwartungen im Hinblick auf die Entfärbungsleistung in vollem Umfang erfüllt hat. DBU Abschlussbericht 33

44 7.3.4 Weitere Wirkungen der Ozonstufe auf das behandelte Prozesswasser Die Entfärbung bzw. Färbungsverringerung von Kreislauf- und Abwässern war die primäre Aufgabe der Ozonstufe im Hinblick auf die Zielerreichung einer Halbierung der spezifischen Abwassermenge. Mit Blick auf die Rückführung der ozonbehandelten Wässer in den Produktionsprozess galt es jedoch ferner, auch die Auswirkungen auf weitere Parameter anhand der ersten Betriebserfahrungen bzw. im Vorfeld zur Inbetriebnahme durch Laborversuche zu bewerten. Ladungszustand als PCD-Wert Unter den weiteren Parametern ist zunächst der Ladungszustand, gemessen als PCD-Wert (Particle Charge Detector) des Prozesswassers, hervorzuheben. Mit Blick auf den Hilfsmitteleinsatz ist der PCD-Wert die wohl entscheidende Größe bei der Papierherstellung. Der PCD-Wert als summarische Größe wird z. B. zur Erfassung von so genannten anionischen Störstoffen verwendet, die in Konkurrenz zu den Fasern die meist kationischen Hilfsmittel zur Papierherstellung abfangen und zu einem höheren Verbrauch und somit zu Mehrkosten führen Fasersuspension Hilfsstoffe Papier PCD-Messung anionische Störstoffe Hilfsstoffe Polyelektrolyt-Komplex Abb. 25: Schematische Darstellung der Reaktion von Störstoffen mit Hilfsmitteln der Papiererzeugung Wenngleich aus früheren Laboruntersuchungen seitens der PTS bereits bekannt war [17], dass grundsätzlich keine nachteilige Beeinflussung des Ladungszustands im zu behandelnden Prozesswasser zu befürchten war, so galt es im Hinblick auf die Bedeutung dieses Parameters, diese Erkenntnisse im großtechnischen Betrieb zu bestätigen. So wurde der Ladungszustand insbesondere während der vier bis sechs Wochen nach Inbetriebnahme besonders ü- berwacht. Die Ergebnisse dieser Untersuchungen sind in Abb. 26 grafisch zusammengefasst, die einzelnen Werte befinden sich in Tab. A 9. Es ist zunächst anzumerken, dass der Ladungszustand im Zulauf zur Ozonstufe mit Werten im sehr schwach negativen Bereich von einem gut kontrollierten System zeugt. Der etwas höhere und positive Wert bei Probe 9 ist typisch für eine besondere Produktsorte, deren Herstellung 34 DBU Abschlussbericht

45 einen überdurchschnittlichen Einsatz kationischer Hilfsmittel bedarf und entspricht insofern den Erfahrungen. Abl. Petax Abl. Ozon Ozon-Dosis 0, PCD [meq/l] 0,20 0,15 0,10 0,05 0,00-0,05-0, O 3 -Dosis [g/m³] -0, , , PN 4.17-PN 4.27-PN 4.37-PN 4.47-PN 4.57-PN 4.67-PN 4.77-PN 4.87-PN 4.97-PN PN Abb. 26: Wirkung der Ozonbehandlung auf den PCD-Wert Wie deutlich zu erkennen ist, erfolgt durch Ozonbehandlung unter den hier applizierten Ozondosen im Bereich von 20 bis 80 g O 3 /m 3 keine nachteilige Veränderung des Ladungszustandes im Prozesswasser und somit auch nicht im Wassersystem. Ein Wiedereinsatz ozonbehandelter Prozesswässer sehr nahe am Bereich des wet-ends wäre somit denkbar, ohne eine Beeinflussung des Hilfsmittelsregimes befürchten zu müssen. Gelöste organische Belastung (CSB filtriert ) Die in der Büttenpapierfabrik Gmund errichtete Ozonstufe ist weltweit die zweite Anlage ihrer Art zur Behandlung von Papierfabrikswässern und die erste integrierte Anlage mit dem Ziel der Wiederverwendung von ozonbehandelten Prozesswässern. Während die Ozonanlage in Kombination mit einer nachgeschalteten Biofilterstufe in der Papierfabrik Gebr. Lang GmbH in Ettringen [31, 32] mit der primären Zielstellung einer weitergehenden CSB-Elimination im abzuleitenden Abwasser errichtet wurde und seit mehr als vier Jahren erfolgreich betrieben wird, steht in der Büttenpapierfabrik Gmund die Entfärbung von biologisch unbehandeltem Kreislaufwasser und Abwasser im Vordergrund. Dennoch war es im Hinblick auf die Indirekteinleitung natürlich von großem Interesse, die durch die angewandten Ozondosen erreichbare Reduzierung der gelösten organischen Belastung, gemessen als CSB filtriert, zu kennen. In Abb. 27 sind einige Ergebnisse mit sehr unterschiedlich belasteten Kreislaufwasserproben grafisch zusammengefasst. Die einzelnen Werte befinden sich in Tab. A 10. Zunächst zeigt sich hier wiederum eine Besonderheit der Büttenpapierfabrik Gmund. Die organische Belastung im Kreislaufwasser hängt zunächst sehr stark von der jeweils produzierten Papiersorte ab. Darüber hinaus ist es nicht unerheblich, ob eine bestimmte Papiersorte zu Beginn einer Produktionswoche oder gegen Ende vor dem üblichen Wochenendstillstand produziert wird. Daher ist es durchaus normal, dass die CSB filtriert -Werte im Kreislaufwasser und auch im Ab- DBU Abschlussbericht 35

46 wasser zwischen 100 mg/l und 1000 mg/l (in Einzelfällen auch noch höher) schwanken. Die Beherrschung dieser Problematik gerade im Hinblick auf die sensible Färbung von Papierfasern bei gleich bleibender Produktqualität erfordert vor allem sehr viel Erfahrung und papiermacherisches Geschick. Beides ist in der Büttenpapierfabrik Gmund mit dem Betriebs- und Maschinenpersonal reichlich vorhanden. Abl. Petax Abl. Ozon Ozon-Dosis CSB filtriert [mg/l] O 3 -Dosis [g/m 3 ] PN 4.10-PN 4.20-PN 4.30-PN 4.40-PN 4.50-PN 4.60-PN 4.70-PN Abb. 27: Wirkung der Ozonbehandlung auf die gelöste organische Belastung Aufgrund der im Vergleich zur gelösten organischen Belastung oftmals sehr geringen spezifischen Ozoneinträge von kleiner 0,1 g O 3 /g CSB 0 (CSB 0 = CSB-Wert vor Ozonbehandlung) waren von vorneherein keine sehr hohen CSB-Eliminationen zu erwarten. Immerhin können aber, in Abhängigkeit von der CSB-Ausgangsbelastung und von der Ozondosis, CSB-Eliminationen von bis zu 23 %, meist bis zu 15 %, verzeichnet werden. Die bereits im Projektantrag formulierte Abschätzung von 5 bis 20 % hat sich somit bestätigt. Ähnliche Werte zeigten sich auch in einer ganzen Reihe von Labor-Ozonversuchen, sofern die dabei realisierten spezifischen O- zoneinträge und die sich daraus ergebenden Ozondosen im Auslegungsbereich der Betriebsanlage lagen (Abb. 28, Tab. A 5). 36 DBU Abschlussbericht

47 35% 30% 25% O 3 -Versuch Nr % CSB eli 15% 10% 5% 0% 0,00 0,20 0,40 0,60 0,80 1,00 1,20 1,40 1,60 1,80 2,00-5% SOE [g O 3 /g CSB 0 ] Abb. 28: Erreichte CSB-Eliminationen im Labormaßstab Aufgrund der auslegungsbedingten maximalen Ozondosis von 100 g O 3 /m 3 und der CSB filtriert - Mindestbelastung im Kreislaufwasser der Büttenpapierfabrik könnte im Idealfall ein spezifischer Ozoneintrag von 1 g O 3 /g CSB 0 verwirklicht werden. Die realisierten Werte liegen aber im Normalfall bei höchstens 0,5 g O 3 /g CSB 0, meist noch deutlich darunter. Ein funktionaler Zusammenhang zwischen spezifischem Ozoneintrag und erreichter CSB- Elimination wie er heutzutage für biologisch gereinigte Papierfabriksabwasser aus ausschließlich bzw. überwiegend Altpapier verarbeitenden Werken bekannt ist [30] konnte sowohl aus den Labor- als auch aus den Betriebsergebnissen nicht abgeleitet werden. Dies wäre jedoch vorteilhaft gewesen, um bei der Übertragung der Vorhabensergebnisse anderen Papierfabriken zur Erzeugung holzfreier Sorten einen ersten Hinweis zu vermitteln, welche Belastungsverringerung durch Ozonbehandlung in deren Kreislaufwässern möglich ist, bzw. welche Ozongeneratorkapazität zur Erreichung einer bestimmten CSB-Erniedrigung erforderlich ist. Im Hinblick auf die Verringerung der CSB-Gesamtbelastung im abgeleiteten Abwasser sei an dieser Stelle auf das Kap. 7.6 verwiesen. Mikrobielle Belastung Trotz der nahe an Trinkwasser heranreichenden Qualität des Frischwassers muss zur sicheren Vermeidung mikrobiell verursachter Produktionsschwierigkeiten oder Qualitätseinbußen an den Papieren ein Breitbandbiozid nach wie vor in gleichem Umfang eingesetzt werden wie vor Inbetriebnahme der KWR-Anlage. Von der ursprünglichen Idee, auf den Einsatz des Breitbandbiozids ganz oder teilweise zu verzichten, wurde im Wesentlichen aus folgenden Gründen wieder Abstand genommen: Das Biozid wird im Falle der PM N alternierend im so genannten Stoffüberlaufkasten sowie im SWII-Behälter (s. PN-Nr. 11 bzw. 16 in Abb. 4), bei Betrieb der PM A in der Rinne (s. PN-Nr. 17 in Abb. 4) sowie ebenfalls im gemeinsamen SWII-Behälter zudosiert. Grundsätzlich gelangt direkt an diese Stellen kein ozonbehandeltes Prozesswasser. Zweifelsfrei ist zwar Ozon eines der wirksamsten Biozide, gemessen am C T-Wert (= concentration time), jedoch bekanntermaßen ohne bzw. mit nur extrem geringer Depotwirkung. DBU Abschlussbericht 37

48 Dies bedeutet, dass eine Ozonbehandlung zum Zwecke der mikrobiellen Entlastung unmittelbar oder möglichst nahe an den Stellen im Wasserkreislaufsystem zu erfolgen hätte, an denen die höchste Wirkung erforderlich ist. Diese Konzeption liegt hier aufgrund der Zielsetzung der Ozonbehandlung nicht vor. Von einer noch stattfindenden Ozonwirkung an den gewünschten Stellen auszugehen, beginnend vom Wiedereinsatz ozonbehandeltem Prozesswassers in der Stoffaufbereitung, erschien zu riskant. Dennoch unterstützt die Ozonbehandlung das eingesetzte Biozid, primär im durch die KWR-Anlage erweiterten Teil des SWII-Kreislaufs. Im Prozesswasser selbst wurden die in Abb. 29 dargestellten GKZ-Belastungen vor und nach Ozonbehandlung ermittelt. Die einzelnen Werte sind in Tab. A 13 zu finden. Durch die Ozonbehandlung konnten die Gesamtkeimzahlen um durchschnittlich 3 Zehnerpotenzen und maximal bis etwas über 4 Zehnerpotenzen reduziert werden. Um das Ausmaß der Wiederverkeimung in den ozonbehandelten Proben beurteilen zu können, wurden die Zu- und Ablaufproben der Probenahmen 4.55, 4.58 sowie 4.63 im Labor bei Raumtemperatur stehen gelassen und die Gesamtkeimzahlen nach 3, 5, 6 bzw. 7 Tagen erneut bestimmt (s. Tab. 7). In keinem Fall wurde eine GKZ in den ozonbehandelten Proben beobachtet, die signifikant über dem Wert der nicht behandelten lag oder ein kritisches Ausmaß erreichte. Diese Erkenntnis war wichtig, da ja auch ozonbehandeltes Kreislaufwasser nach dem Abstellen am Freitag Abend in den Wasserbütten über das Wochenende zu bevorraten ist, um die Frischwasserentnahme beim Wiederanfahren zu Wochenbeginn auf ein Minimum zu reduzieren. Abl. Petax Abl. Ozon Ozon-Dosis 1 E E E GKZ [KBE/ml] 1 E+05 1 E+04 1 E+03 1 E O 3 -Dosis [g/m 3 ] 1 E E PN 4.37-PN 4.40-PN 4.43-PN 4.46-PN 4.49-PN 4.52-PN 4.55-PN 4.58-PN 4.61-PN 4.64-PN 4.67-PN Abb. 29: Wirkung der Ozonbehandlung auf die Gesamtkeimzahl GKZ 38 DBU Abschlussbericht

49 Tab. 7: Bestimmung der Wiederverkeimung nach Ozonbehandlung O 3 -Dosis 0 g/m³ 34 g/m³ 40 g/m³ 0 g/m³ 40 g/m³ 0 g/m³ 75 g/m³ 85 g/m³ 95 g/m³ Probenahme 3,15E+05 2,75E+04 2,10E+04 7,00E+04 2,11E+04 1,66E+06 1,30E+03 1,19E+03 7,60E+02 nach 3 d 3,00E+06 2,00E+06 1,60E+06 1,45E+06 3,40E nach 5 d 3,00E+06 3,75E+06 3,30E ,09E+07 1,31E+06 2,40E+06 4,20E+06 nach 6 d ,34E+06 2,90E nach 7 d 2,20E+06 2,20E+06 2,50E ph-wert, Leitfähigkeit, Redoxpotenzial, Trübung und Oberflächenspannung Die zu den in der Überschrift genannten Parametern gewonnenen Erfahrungen werden im Folgenden kurz erläutert, die entsprechenden Abbildungen und die zugehörigen Tabellen sind, wie angegeben, im Anhang abgelegt. Die Veränderung dieser Parameter durch Ozoneinwirkung ist in der folgenden Tab. 8 als Übersicht zusammengefasst. Der ph-wert (Abb. A 2, Tab. A 14) im Kreislaufwasser der Bütttenpapierfabrik Gmund liegt üblicherweise im neutralen bis schwach alkalischen Bereich bei durchschnittlich 7,7. Durch die Ozonbehandlung erfolgt eine Reduzierung um 0,4 Einheiten im behandelten Prozesswasser. Diese Erniedrigung ist akzeptabel und wird bei Rückführung zu den in Abb. 4 angegebenen Systemorten durch Vermischung wieder ausgeglichen. Es sind keine Maßnahmen zur ph- Wert-Einstellung erforderlich. Tab. 8: Ozonwirkung auf ph-wert, Leitfähigkeit, Redoxpotenzial, Trübung und Oberflächenspannung Parameter Dim. vor O 3 -Stufe MW (MIN - MAX) nach O 3 -Stufe MW (MIN - MAX) Änderung durch O 3 -Stufe MW ph-wert - Redoxpotenzial mv Leitfähigkeit µs/cm Trübung FAU Oberflächenspannung mn/m 7,7 (5,6-8,2) 381 ( ) 1320 ( ) 76 (12-569) 57,7 (40-68) 7,3 (5,5-8,0) 420 ( ) 1273 ( ) 108 (14-501) 62,8 (47-71) -0, ,3 Das durchschnittliche Redoxpotenzial (Abb. A 3, Tab. A 15) liegt zwischen und mv und zeugt zunächst von einem gesunden Kreislaufwassersystem. Geruchsprobleme aufgrund anaerober Zonen bzw. reduzierender Bedingungen sind in der Büttenpapierfabrik unbekannt. Ozonoxidation und in Verbindung damit auch der Lufteintrag in das Klarwasser II erhöhen das Redoxpotenzial um mittlere 40 mv und verbessern damit die ohnehin schon sehr gute Ausgangssituation. Die mittlere Leitfähigkeit (Abb. A 4, Tab. A 16) von 1320 µs/cm ist nach Ozonbehandlung um durchschnittlich 50 µs/cm erniedrigt. Hieraus lassen sich keine bedeutenden Schlussfolgerungen ableiten. Eine ursprünglich befürchtete störende Entstehung bzw. Ausfällung z. B. von DBU Abschlussbericht 39

50 Kalziumoxalat oder anderen Feinststoffen durch Ozonbehandlung trat nicht ein. Hiervon zeugen auch die Trübungswerte (Abb. A 5, Tab. A 17), die sich zwar im Mittel von 76 FAU vor auf 108 FAU nach Ozonbehandlung erhöhten, aber ähnlich der ph-wert-verschiebung als akzeptabel eingestuft werden können. Es wurde bereits mehrfach erwähnt, dass Ozon die Wirkung oberflächenaktiver Stoffe verringert und somit Schaumbildungsneigung erniedrigt. Die Bestimmung der Oberflächenspannung (Abb. A 6, Tab. A 18) liefert hierzu erste Hinweise. Sie betrug in den untersuchten Proben vor der Ozonbehandlung im Mittel 57,7 mn/m und wurde durch die Ozonbehandlung im Durchschnitt um 5,3 mn/m auf 62,8 mn/m angehoben. Anhand der vorliegenden Praxiserfahrungen kann nun festgehalten werden, dass über den Zielparameter Färbung hinaus, auch alle weiteren untersuchten Eigenschaften des ozonbehandelten Prozesswassers durch Ozonoxidation positiv beeinflusst werden bzw. keine signifikante nachteilige Veränderung erfahren. Zu den praktisch nicht beeinflussten Parametern gehören die Leitfähigkeit sowie der PCD-Wert. Eine für das Kreislaufwasser positive Veränderung erfahren die gelöste organische Belastung, die Gesamtkeimzahlbelastung, das Redoxpotenzial und die Oberflächenspannung. Die Verschiebung des ph-wertes um durchschnittlich 0,4 Einheiten bzw. die mittlere Erhöhung der gemessenen Trübung sind akzeptabel, Maßnahmen zur ph-wert-korrektur nicht erforderlich. Der überwiegende Teil der Betriebswerte zur Ozonstufe wurde im Zeitraum November 2001 bis Juli 2002 aufgezeichnet, gesammelt und ausgewertet sowie von Laboruntersuchungen begleitet. Die von wenigen Ausnahmen abgesehen sehr guten Erfahrungen mit der Ozonbehandlung führten so nach rund neun Monaten im Zwischenergebnis zu einer positiven Bewertung und einer anlagenspezifischen Zielerreichung Aufgetretene Betriebsstörungen in der Ozonstufe Die Inbetriebnahme der Ozonanlage erfolgte am durch Mitarbeiter der Fa. Wedeco Umwelttechnologie GmbH, in der Woche darauf wurde ausgewähltes Personal der Büttenpapierfabrik Gmund sowie der PTS München in der Bedienung der Anlage unterwiesen. Die O- zonanlage war seitdem bis zum Ende der Projektlaufzeit am für Stunden in Betrieb. Aus diesem Zeitraum sind zwei Vorfälle zu nennen, die zum Ausfall der Ozonanlage geführt haben: 1. Ende April 2002: Flutung des Restozonvernichters durch zu starke Schaumbildung Obwohl Ozon die Wirkung oberflächenaktiver Stoffe deutlich reduziert und somit die Schaumbildungstendenz grundsätzlich herabsetzt, kann es aufgrund der Betriebbedingungen in den Reaktionsbehältern (Betriebsdruck = 3 barü) und der erforderlichen Entgasung im 2. Reaktionsbehälter zur Schaumbildung kommen. Dieser Umstand trat am so stark auf, dass der Schaum im Entgasungsbehälter (2. Reaktor) über die Abgasleitung sowie über den Kondensatabscheider hinaus bis in den Restozonvernichter 40 DBU Abschlussbericht

51 gedrückt wurde und dieser außer Funktion gesetzt wurde. Dies führte zur automatischen Gesamtabschaltung der Ozonanlage. Auch hierbei mussten die betroffenen Gasleitungen der Kondensatabscheider gereinigt werden. Das Katalysatormaterial des thermischkatalytischen Restozonvernichters wurde zunächst gereinigt und während des Sommer- Betriebsstillstands im August 2002 vorsorglich ausgetauscht. Darüber hinaus wurde zum sichereren Betrieb des Restozonvernichters ein Zyklonabscheider vorgeschaltet. Zwar ist die Ozonanlage im Zulauf zum 1. Reaktionsbehälter mit einer Entschäumerdosierung (vgl. Abb. 9) ausgestattet, diese muss aber manuell betätigt werden. Die Schaumbildung war bei diesem Vorfall jedoch so stark und heftig, dass dies zeitlich nicht mehr zu bewerkstelligen war. Entschäumer sind in anderen Papierfabriken ein übliches Produktionshilfsmittel. Im Gegensatz hierzu werden Entschäumer in der Büttenpapierfabrik so gut wie nicht angewendet bzw. extrem sparsam, da diese die Leimung behindern und die Lichtechtheit negativ beeinflussen. 2. Mitte Juli 2002: Eindringen von Öl aus der Luftaufbereitung in den Ozongenerator Durch eine wie sich im Nachhinein herausstellte nicht ordnungsgemäße Programmierung des Abschaltvorgangs beim Herunterfahren der Gesamtanlage wurden praktisch von Beginn an geringste Mengen von Öl aus der Luftaufbereitung bis in den Ozongenerator getragen. Dieser schleichende Vorgang machte sich jedoch erst 9 Monate später, im Juli 2002, so deutlich bemerkbar, dass die Ozonstufe sich nicht mehr anfahren ließ. Sämtliche Gasleitungen von der Luftaufbereitung bis hin zum Ozongenerator mussten vom Ölfilm befreit und gereinigt werden. Zudem wurden 5 Ozonerzeugungselemente ausgetauscht. Sämtliche erforderlichen Instandsetzungsarbeiten nach den o. g. Vorfällen wurden von Mitarbeitern der Fa. Wedeco Umwelttechnologie GmbH durchgeführt. Diese erfolgten umgehend, hoch qualifiziert und zuverlässig bis eine reibungslose Anfahr- und Betriebsfunktion der Ozonanlage wieder sichergestellt war. Aufgrund der Vorfälle konnte die Ozonanlage an 8 Produktionstagen nicht betrieben werden. Anhand der an diesen Produktionstagen hergestellten Papiersorten lässt sich nachvollziehen, dass in der Summe jedoch nur 55 Betriebsstunden der Ozonanlage erforderlich gewesen wären. Anhand dieser Ausfallzeit und der eingangs zu diesem Kapitel angegebenen Betriebsstundenzahl von Stunden lässt sich somit die Verfügbarkeit der Ozonanlage mit 97,5 % beziffern. Diese hohe Verfügbarkeit zeugt von der Zuverlässigkeit der installierten Anlagenkomponenten sowie auch von deren guter Abstimmung untereinander Sicherheitsmechanismen der Ozonanlage und Arbeitsplatzsicherheit Ozonbehandlungsanlagen sind heutzutage zuverlässige Systeme, sicher beherrschbar und unterliegen sehr strengen Sicherheitsanforderungen. Grundlagen der Sicherheitstechnik sind die Richtlinien für die Verwendung von Ozon zur Wasseraufbereitung (BG ZH 1/474) und die DIN Ozonerzeugungsanlagen zur Wasseraufbereitung. Sie dienen vorrangig dem Schutz der Beschäftigten, aber auch dem Schutz der Umwelt vor Ozonimmissionen aus O- zonbehandlungsanlagen. Darüber hinaus verfügen die Anlagen über eine Reihe automatisierter Abschaltungsmechanismen, damit aufgrund von Fehlfunktionen einzelner Systemkomponenten oder bei Nichteinhaltung bestimmter Betriebsparameter nicht auch andere Anlagenteile geschädigt werden. So werden z. B. die Systemdrücke im Ozongenerator oder in den Reaktionsbehältern permanent überwacht. Über- oder unterschreiten diese Betriebsparameter bestimmte Schwellenwerte, wird die Ozonanlage heruntergefahren und erst nach Behebung des Fehlers und erfolgter Fehlerquittierung in der SPS bzw. im Prozessleitsystem kann die Anlage wieder in Betrieb ge- DBU Abschlussbericht 41

52 nommen werden Wichtig und entscheidend für die Lebensdauer der Ozonerzeugungselemente ist die Überwachung der Funktionstüchtigkeit der Luftaufbereitung. Diese erfolgt über eine Taupunktsonde im Zugas zum Ozongenerator. Die aufbereitete Luft muss einen Taupunkt von mindestens - 40 C aufweisen, ansonsten erfolgt Alarmmeldung, Umschaltung in Kreislaufführung und eine Abschaltung der Ozonproduktion. Ein höherer Taupunkt bzw. höhere Feuchtigkeit im Zugas zum Ozongenerator würde zum einen die Effizienz der Ozonerzeugung verringern, vor allem aber die Lebensdauer der Ozonerzeugungselemente erheblich verringern und somit die Unterhaltskosten unnötig erhöhen. Im Folgenden sollen jedoch vor allem diejenigen Mechanismen kurz angesprochen werden, die dem Schutz der Beschäftigen vor unbeabsichtigter Ozoneinwirkung dienen und darüber hinaus auch dem Schutz der Umwelt: Entsprechend den Vorschriften ist die Ozonanlage (Injektor, Ozongenerator, Reaktionsbehälter) und zur Reduzierung von Rohrleitungsdurchbrüchen auch die Luftaufbereitung in einem geschlossenen und abgeschlossenen separaten Raum untergebracht. Die Bedienung der Ozonanlage darf nur durch eingewiesenes Personal erfolgen, Unbefugten ist der Zutritt zum Ozonraum verboten. Entsprechend den Vorschriften wird im Ozonraum selbst die Raumluft durch Ozonsensoren überwacht. Überschreitet die Ozonkonzentration den Schwellenwert von 1 mg/m 3, führt dies zur automatischen Abschaltung des Ozongenerators und zur Aktivierung der Zwangsbelüftung des Ozonraumes. Der Ozonraum ist kein ausgewiesener fester Arbeitsplatz, ansonsten müsste der o. g. Schwellenwert dem MAK-Wert von 0,2 mg/m 3 bzw. 0,1 ppm entsprechen. Das Abgas aus der Ozonbehandlung wird über einen thermisch-katalytisch arbeitenden Restozonvernichter geführt. Hierdurch wird sichergestellt, dass kein Restozon in die Umwelt abgegeben wird. Die vorstehend genannten Mechanismen sind standardmäßiger Bestandteil der Vorschriften. Darüber hinaus hat die Büttenpapierfabrik Gmund einen weiteren Mechanismus zum Schutz der Beschäftigten vor Ozoneinwirkung eingeführt: Die gelöste, d. h. nicht augenblicklich abreagierte, Ozonmenge im behandelten Prozesswasser im Ablauf des zweiten Ozonreaktors wird permanent überwacht (vgl. Abb. 12) und ist mit der SPS der Ozonanlage sowie dem Prozessleitsystem verbunden. Im Überwachungsgerät sind zwei Schwellenwerte von 0,15 und 0,10 mg/l hinterlegt. Übersteigt nun die gelöste Ozonkonzentration den höheren Schwellwert von 0,15 mg/l, so wird die Ozonproduktion automatisch um 50 % gedrosselt. Wird daraufhin der niedrigere Schwellenwert von 0,10 mg/l innerhalb von 10 Minuten nicht unterschritten, führt dies zur automatischen Kreislaufführung in der Ozonanlage mit Abschaltung der Ozonproduktion. Verringert sich die gelöste Ozonkonzentration innerhalb der 10 Minuten auf unter 0,10 mg/l, so wird die Ozonproduktion wieder auf 100 % der gegebenen Betriebseinstellung hochgefahren. Hintergrund dieser zusätzlichen Maßnahme ist der Umstand, dass der Ozonanlagenablauf unmittelbar in die neue 40-m 3 -Bütte im Nebenraum zur Ozonanlage geleitet wird. Diese Bütte wird von oben beschickt und ist, wie in der Regel üblich, in offener Bauweise errichtet. Durch die Beschickung von oben und aufgrund der Büttenoberfläche kommt es zum Übergang von Ozon aus der Wasserphase in die Umgebungsluft und in Abhängigkeit von der gelösten Ozonkonzentration unter Umständen zur Belästigung des Betriebspersonals. Ein weiterer Gasaustausch könnte auch in der Stoffaufbereitung, dem Rückwasserbehälter sowie an den von dort 42 DBU Abschlussbericht

53 aus versorgten Verbrauchern wie etwa Spritzrohre und Filze erfolgen. Durch die vorstehend beschriebene Maßnahme wird jedoch sichergestellt, dass die Ozonkonzentration in der Umgebungsluft innerhalb des Werkes weit unterhalb der maximalen Arbeitsplatzkonzentration MAK = 0,2 mg/m 3 bzw. 0,1 ppm liegt. Dennoch kann man es riechen, wenn die Ozonanlage eingeschaltet ist und dies gilt praktisch unabhängig von den Betriebsbedingungen. Insbesondere nach Inbetriebnahme und im folgenden Jahr kam es durch das Betriebspersonal häufig zu Hinweisen auf starken Ozongeruch in verschiedenen Teilen des Werkes. Diesen Hinweisen wurde im Rahmen eigens beauftragter Arbeitsplatzmessungen durch das Gewerbeaufsichtsamt (GAA) bzw. durch die vollziehende Papiermacher-Berufsgenossenschaft nachgegangen. Während der Messungen am wurden vor allem kritischere Betriebsbedingungen, d. h. hohe Ozondosen im Bereich von 70 bis 100 g O 3 /m 3 Prozesswasser eingestellt. Die höchsten Konzentrationen mit 0,08 bis 0,11 ppm also im Grenzbereich - wurden unmittelbar am Einlauf zur 40-m 3 -Bütte gemessen, im Büttenraum selbst von 0,01 0,05 ppm. Im Ozonraum lag die Konzentration zwischen 0,015 0,05 ppm, diese Messwerte waren identisch mit der Anzeige der Raumluftüberwachung. Es ist anzumerken, dass sowohl Bütten- als auch Ozonraum keine permanenten Arbeitsplätze sind. An typischen Arbeitsplätzen wie etwa Pulper oder Vorraum zum Büttenraum lagen die Werte durchgehend 0,05 ppm. Die gesetzlichen Anforderungen werden also eingehalten. Der Messbericht 07/10/07/ der Papiermacher-BG ist im Anhang (Seite 90 ff.) beigefügt. DBU Abschlussbericht 43

54 7.4 Betriebserfahrungen Druckscheibenfilter Das Druckscheibenfilter und die ihm zugedachte Aufgabe der weitestgehenden Abtrennung abfiltrierbarer Feststoffe ist essentieller Bestandteil des vorliegenden Entwicklungsprojektes, der dauerhaft auslegungsgemäße Betrieb des Druckscheibenfilters unabdingbare Voraussetzung zur Zielerreichung einer Halbierung der spezifischen Abwassermenge. Das errichtete Druckscheibenfilter ist keine Neuentwicklung und hatte sich seit ca in rund einem halben Dutzend von Installationen in Deutschland und dem angrenzenden Ausland zur Fein- und Feinstreinigung bewährt. Typischer Einsatzort und Anwendungszweck sind in der Regel die Klarwässer von Stofffängeranlagen und somit die Erzeugung von Hochklarwasser. Neuartig und somit in der Papierindustrie weltweit erstmalig, wurde jedoch ein Druckscheibenfilter in Kombination mit einer Ozonstufe zur integrierten Kreislaufwasser- und Abwasserreinigung installiert. Die vom Druckscheibenfilter geforderte Filtratqualität von kleiner 10 mg/l ist zwar in geringem Umfang Anspruch der durch Klarwasser II zu ersetzenden Frischwasserverbraucher, vor allem aber eine Qualitätsanforderung der produzierten Fein- und Feinstpapiere. Bei Sortenwechseln muss sicher gestellt sein, dass Fasern aus der zuvor produzierten Sorte möglichst weitestgehend eliminiert sind, um eine Melierung der aktuellen Sorte zu vermeiden. Melierfasern stellen für den Papiermacher ein schwer zu lösendes bzw. in vielen Fällen unlösbares Problem dar, welches einzig und allein durch intensives Reinigen mit Frischwasser oder entsprechend feststofffreiem Kreislaufwasser zu beheben ist. Anhand der umfangreichen Erfahrung in der Büttenpapierfabrik Gmund wurde eine Konzentration abfiltrierbarer Stoffe von maximal 10 mg/l im Filtrat des Druckscheibenfilters festgelegt. Diese Konzentration abfiltrierbarer Feststoffe in einer gemäß der Auslegung ausreichenden Menge zu erreichen, war somit gleichfalls Zielsetzung und Aufgabe des Druckscheibenfilters in diesem Entwicklungsprojekt Filtratqualität und -menge Wie aus der Kurzübersicht zur Chronologie (s. Kap. 2) des Gesamtprojektes bereits hervorgeht, bedurfte es völlig unvorhersehbar mehr als ein Jahr, bis einigermaßen zufrieden stellende und konstante Betriebsbedingungen am Druckscheibenfilter über einen Zeitraum von wenigstens mehreren Wochen erreicht werden konnten. Allein diese Aussage lässt schon erahnen, dass innerhalb der Projektlaufzeit letztendlich kein dauerhaft befriedigender Betrieb des Druckscheibenfilters erreicht werden konnte. Die Bemühungen zur weiteren Verbesserung des Betriebes dauern auch zum Zeitpunkt der Berichterstellung im Februar 2004 noch an. Über die tägliche Routineanalytik der Büttenpapierfabrik Gmund im SW II hinaus wurde aufgrund der zahlreichen Filterwechsel und technischen Änderungen (s Kap ) eine Vielzahl von Daten aufgenommen. All diese Daten hier anzuführen und im Einzelnen zu diskutieren würde den Rahmen des Berichtes wohl völlig sprengen. Stattdessen werden anhand repräsentativer Situationen die jeweiligen Probleme aufgezeigt. Darüber hinaus eignen sich die Entwicklung der abfiltrierbaren Stoffe im Abwasser (s. Abb. 30) sowie in einem weiteren Diagramm die Entwicklung der täglichen Abwassermenge (s. Abb. 31) als Indikatoren, die Leistungsfähigkeit des Druckscheibenfilters über einen längeren Zeitraum hinweg übersichtlich zu beurteilen. Es sei darin erinnert, dass sämtliches Abwasser vor einer Einleitung in die Kanalisation das Druckscheibenfilter passieren muss und somit die genannten Größen die Leistungsfähigkeit des Druckscheibenfilters direkt widerspiegeln. 44 DBU Abschlussbericht

55 Abb. 30: Entwicklung der Konzentration abfiltrierbarer Feststoffe im Abwasser Abb. 31: Entwicklung der täglichen Abwassermenge DBU Abschlussbericht 45

56 Der Zeitraum nach Inbetriebnahme (Nov. 01) der gesamten KWR-Anlage bis Projektende (Sep. 03) lässt sich im Wesentlichen in drei Phasen unterteilen, die sich aus der Entwicklung der Abwassermenge ergaben. Als Vergleichszeitraum werden die Monate Jan Okt im Jahr 2001 der Inbetriebnahme herangezogen. Phase 1 (Nov 01 Jan 03): Während der über ein Jahr dauernden Optimierungsarbeiten bzw. -versuche am Druckscheibenfilter konnte praktisch kein Abwasser eingespart werden. Phase 2 (Feb 03 Mrz 03): Über den ursprünglichen Projektumfang hinaus erarbeitete und teilweise sofort umgesetzte interne Änderungen der Wasserführung zeigten unmittelbare Wirkung; Reduzierung der täglichen Abwassermenge um 200 m 3 gegenüber dem Vergleichszeitraum. Phase 3 (Apr 03 Sep 03): Durch nahezu vollständige Umsetzung der zusätzlichen Änderungen aus Phase 2 konnte das Potenzial zur Abwasserreduzierung ab Apr 03 schließlich voll ausgeschöpft werden. Die tägliche Abwassermenge konnte gegenüber dem Vergleichszeitraum halbiert werden und betrug nur noch 281 m 3 /d gegenüber 570 m 3 /d vor Inbetriebnahme. Das Druckscheibenfilter (DSF) wurde in einer Testphase im September 2001 in Betrieb genommen. Erforderliche Optimierungen bei der Steuer- und Regeltechnik resultierten vorübergehend (Sep Okt 01) in einer höheren Tagesabwassermenge und Konzentration abfiltrierbarer Feststoffe. Nach Inbetriebnahme der Ozonanlage gegen Mitte Oktober und den erforderlichen Abstimmungsarbeiten konnten ab 20. Nov 03 beide Aggregate betrieben werden. Die Filtratqualitäten entwickelten sich zunächst annähernd den Erwartungen mit einem deutlichen Rückgang der Feststoffbelastung im Abwasser. Die vorübergehend über der Auslegung liegende Konzentration (Nov. 01) im Zulauf zum Druckscheibenfilter konnte behoben werden (Dez 01, Jan 02), eine deutliche Verbesserung der Filtratqualität Dez 01= 16 mg/l im Monatsmittel und Jan 02 = 8 mg/l ging damit nicht einher. Tab. 9: Filtratqualitäten des Druckscheibenfilters von Nov 01 Feb 01 Monatsmittelwerte Zeitraum Zulauf [mg/l] Ablauf [mg/l] Abtrennung 1) Nov 01 (ab ) % Dez % Jan % Feb 02 (bis 13.2.) % 1) = 1-(Ablauf/Zulauf) Im Nov 01 bis Jan 02 konnten zwischen 70 und 150 m 3 Abwasser/d eingespart werden, indem das feinfiltrierte und ozonbehandelte Klarwasser in zunehmendem Maße im Bereich der Stoffaufbereitung eingesetzt wurde. Eine vollständige Abwasserreduzierung wagte man so kurz nach Inbetriebnahme noch nicht, da die Wirkungen des ozonbehandelten Prozesswassers zu diesem Zeitpunkt noch nicht hinreichend untersucht waren. 46 DBU Abschlussbericht

57 Erste Leistungseinbußen am Druckscheibenfilter machten sich bereits im Dez 01 bemerkbar. Es wurde immer häufiger festgestellt, dass der Innendruck des Filters bei Zulaufvolumenströmen im Bereich von 70 bis 80 m 3 /h oder höher nach kurzer Zeit bereits über die 300 mbar anstieg und das Filter somit in den Reinigungsmodus umschaltete. Während des Reinigungszykluses wird kein Klarwasser erzeugt, dauerte dieser zu lange, musste ersatzweise wieder Frischwasser eingespeist werden. Hinzu kam in steigendem Maße, dass die Filtratleistung weit hinter den Erwartungen ( 80 %) zurückblieb, was ebenfalls durch Frischwasserzusatz ausgeglichen werden musste. Die in Summe höher werdenden Volumenströme Vakuumabsaugung plus Dickstoff führten zu einer hydraulischen Überlastung der Krofta und einer Verschlechterung der Ablaufwerte. Ende Jan 02 bis Mitte Feb 02 spitze sich die Situation zu (vgl. Tab. 9) und der erste Filterscheibenwechsel (s. a. nächste Kap ) wurde durchgeführt. Der Erfolg dieser Maßnahme war nur von sehr kurzer Dauer, wie die Entwicklung der Abwassermenge und der Konzentration abfiltrierbarer Feststoffe in den Monaten Feb bis Apr 02 zeigt. Die oben beschriebenen Probleme und Unzulänglichkeiten am Druckscheibenfilter wiederholten sich mit der Folge von drei weiteren, also insgesamt vier Filterscheibenwechseln (teilweise unterschiedlichen Filtermaterialien) im Jahr Die vollständige Dokumentation der Betriebszustände am Druckscheibenfilter erforderte Volumenstrommessungen, da im Wasserkreislauf selbst nur ein Durchflussmesser im Zulauf zur neuen KWR-Anlage installiert ist. Diese wurden von der PTS durchgeführt, die relevanten Ergebnisse dieser Messungen sind in Tab. 10 dokumentiert. Tab. 10: Filtratqualitäten und -mengen des Druckscheibenfilters im Zeitraum Jan Sep 02 Zulauf Ablauf Filtratleistung Abtrennung AFS Q Zu AFS Zu Q Ab AFS Ab Q Ab / Q Zu 1-AFS Ab /AFS Zu Datum [m 3 /h] [mg/l] [m 3 /h] [mg/l] % % DBU Abschlussbericht 47

58 Da das Filtrat am Druckscheibenfilter konstruktionsbedingt drucklos abläuft, müssen zur exakten Bilanzierung die Volumenströme Zulauf, Dickstoff, Vakuumabsaugung und HD-Rohr (Filtrat oder Frischwasser) gemessen werden. Abgesichert wird die Bestimmung der Filtratmenge durch Plausibilitätsprüfung über die Berechnung der Feststofffrachten. So zeigen die Messungen am und (Filterscheiben eine Woche in Betrieb) einen auslegungsgemäßen Betrieb bei mittleren bis hohen Zulaufmengen, sowohl im Hinblick auf die Filtratmenge als auch -qualität. Die anderen Messungen hingegen zeigen unbefriedigende Betriebssituationen auf. So lag zwar oftmals die AFS-Konzentration mit Werten von 4 bis 7 mg/l im erwarteten Bereich (07.05., , und ), allerdings blieb die Filtratleistung mit Werten von % deutlich hinter den Anforderungen zurück. Die meist nach Filterwechseln guten Betriebsergebnisse waren allesamt nur von kurzer Dauer, d. h. dass oftmals nach nur 4 bis 6 Wochen Betriebszeit wieder die beschriebenen Probleme auftraten. Die nach Inbetriebnahme bis Jan 2003 (Phase 2) aufgetretenen Probleme und Unzulänglichkeiten lassen sich wie folgt zusammenfassen: unbefriedigende Filtratqualität, d. h. AFS-Konzentration größer 10 mg/l, unzureichende Filtratleistung, d. h. kleiner 80 %, in Folge zu hohe Volumenströme Vakuum- und Dickstoffabsaugung, zu häufige und zu lange Reinigungszyklen und, wie aus den häufigen Filterscheibenwechseln (s. Abb. 30 und Abb. 31, sowie Aufstellung in Tab. 11 des folgenden Kapitels) hervorgeht ein viel zu rascher Verschleiß (s. Abb. 32) des Filtermaterials und daher zu geringe Standzeiten. Abb. 32: Neue (links) und verschlissene (Mitte und rechts) Filterscheiben nach sechswöchigem Betrieb 48 DBU Abschlussbericht

59 Das Problem der zu geringen Standzeiten (< zwei Monate) konnte bis zum Ende der Projektlaufzeit nicht befriedigend gelöst werden. Für einen wirtschaftlichen Betrieb des Druckscheibenfilters sind Standzeiten von zumindest einem Jahr mit 225 Produktionstagen erforderlich Optimierungsversuche und technische Änderungen Die beschriebenen Hauptprobleme zu geringer Filtratqualität und menge sowie rascher Verschleiß führten zu einer Vielzahl von Filterscheibenwechseln mit Testung neuer Filtermaterialien. Problematisch nach einem Versagen des Druckscheibenfilters war, dass im Gegensatz zu den Instandsetzungszeiten an der Ozonanlage mindestens zwei bis drei Wochen vergingen bis die Ersatzscheiben zur Verfügung standen. Nach Inbetriebnahme des Druckscheibenfilters im Sep 01 wurden im Jahr 2002 insgesamt vier Scheibenwechsel durchgeführt, im Jahre 2003 bis zum Projektende (Sep 03) drei weitere. In der folgenden Tab. 11 sind nun die durchgeführten Filterscheibenwechsel chronologisch aufgelistet und andere technische Änderungsarbeiten in Stichworten kurz beschrieben. Tab. 11: Übersicht zu den durchgeführten Scheibenwechseln und technischen Änderungen am Druckscheibenfilter Datum Sep 2001 Mitte Okt 2001 Mitte Feb 2002 Mitte Apr 2002 Juni 2002 Anfang Sep 2002 Mitte Nov 2002 Ende Jan2003 Mitte März 2003 Ende Mai 2003 Scheibenwechsel und sonstige technische Änderungen Erstausrüstung mit Filtermaterial FM 55/2, 1,8 mm Schichtdicke, Polyamid, Porenweite zwischen 10 und 80 µm Getriebewechsel Scheibenwechsel, Filtermaterial FM 55/2 HD-Pumpe für Nadelstrahldüsen-Reinigung von 20 auf 30 bar gewechselt Scheibenwechsel, Filtermaterial FM 55/2 Filtermaterial gedreht, um die robuste Monofil-Rückseite gegen Abrieb zu nutzen Ablösung des Filtervlieses vom Trägermaterial durch Nadelstrahleffekt Dickstoffabsaugung in Vakuumpumpe integriert Scheibenwechsel, Filtermaterial FM 55/3 Schwenkgeometrie schrittweise optimiert für zeitgleiche Oberflächenabspritzung Scheibenwechsel, Filtermaterial FM 55/4 Nutzung bekannter Verschleiß mindernder Behandlung wie thermisches Faserkontaktieren zur Netzwerkverstärkung Scheibenwechsel, Rückwechsel auf Filtermaterial FM 55/3 Einbau eines neuen verstärkten Schwenkantriebs für die HD-Reinigung für genauere Bewegungssteuerung Scheibenwechsel, Filtermaterial FM 55/5 HD-Druck zur Spritzreinigung wieder auf 20 bar reduziert Scheibenwechsel, Filtermaterial FM 55/5 DBU Abschlussbericht 49

60 Durch die im Feb und Mrz 2003 zusätzlich erarbeiteten und durchgeführten Umstellungen (s. folgendes Kap. 7.5) konnten in der Summe betrachtet zwar bessere und konstantere Betriebsleistungen (Filtratmenge und qualität) des Druckscheibenfilters erreicht werden, ungelöst blieb aber wie bereits angedeutet die zu geringe Standzeit der Filterscheiben. 7.5 Zusätzliche Umstellungen am Wasserkreislaufsystem Nachdem die zahlreichen Scheibenwechsel und technischen Änderungen in 2002 am Druckscheibenfilter selbst zu keinem befriedigenden Ergebnis geführt hatten, wurde nach weiteren Möglichkeiten gesucht, einen besseren und konstanteren Betrieb des Filters zu erreichen. Die Überlegungen waren dahingehend, das Druckscheibenfilter hydraulisch zu entlasten, um bei einem Dauerbetrieb deutlich unterhalb der Auslegung sowohl die Filtratleistung als auch Filtratqualität zu stabilisieren. Das Ziel einer hydraulischen Entlastung des Druckscheibenfilters konnte nur durch eine Umstellung von KlWa-II-Verbrauchern auf Siebwasser II erreicht werden. Diese Verbraucher zu identifizieren war Inhalt einer erneuten detaillierten Bestandsaufnahme durch die PTS. Diese wurde in der letzten Februar-Woche 2003 während der Produktion an der PM N durchgeführt. Rohstoff 0.13 Frischwasser 7.29 Frischwasser Trockenpartie STA 19.7 PM SW I 57.8 SW II 111 Krofta 89.2 KW Petax Eindicker m³ Bilanzierung 100 g/m KW 2 Abwasser Rohstoff 0.13 Frischwasser 7.29 Frischwasser Trockenpartie STA 19.7 PM SW I 57.8SW II 55 Krofta 45.1 KW Petax 38.3 Simulation 100 g/m 2 nach internen Umstellungen Zahlenangaben in m 3 /h Eindicker KW 2 40 m³ Abwasser Abb. 33: KW- und SW-Anfall an der PM N während einer 100 g/m 2 -Produktion oben: Bilanzierung letzte Feb.woche 2003 unten: Simulation nach zusätzlichen internen Umstellungen 50 DBU Abschlussbericht

61 Die ermittelten und optimierten Daten sind anhand einer 100-g/m 2 -Produktion in Form von Sankey-Diagrammen in Abb. 33 zusammengefasst. Während der Bestandsaufnahme wurden insgesamt drei unterschiedliche Sorten mit produzierten Flächengewichten von 100 bis 300 g/m 2 erfasst. Durch den erfassten Flächengewichtsbereich konnten die ermittelten Untersuchungsergebnisse per Simulation auf eine Vielzahl von Sorten übertragen werden. Ziel und Ergebnisse sind nachfolgend nochmals stichwortartig aufgeführt: Umstellung von KlWa-II-Verbrauchern auf Siebwasser II: Summe der identifizierten vier Maßnahmen: 28,7 m 3 /h Rejektführung Druckscheibenfilter nicht mehr vor die Krofta, sondern zur direkten Entwässerung auf den Eindicker: Reduzierung des Krofta-Zulaufs in Abhängigkeit von dem Flächengewicht im Bereich von 15 bis 30 m 3 /h. Der Krofta-Zulauf konnte so im vorstehend gezeigten Beispiel praktisch halbiert werden, der Zulauf Druckscheibenfilter von 82 auf 53 m 3 /h reduziert. Die geänderte Rejektführung vom Druckscheibenfilter sowie drei der vier weiteren Maßnahmen wurden unmittelbar in den folgenden Monaten Mrz und Apr 2003 umgesetzt. Die Reduzierung des Krofta-Zulaufs auf 90 m 3 /h wurde im Jun 2003 realisiert. Die Betriebsergebnisse des Druckscheibenfilters verbesserten sich umgehend und konnten abgesehen von der immer noch geringen Standzeit der zu diesem Zeitpunkt im Einsatz befindlichen Filterscheiben auch über einen längeren Zeitraum gehalten werden. So zeigen z. B. die Monatsmittelwerte der abfiltrierbaren Stoffe nach erneutem Filterscheibenwechsel im Mai 2003 folgende Niveaus (s. Tab. 12): Tab. 12: Filtratqualitäten des Druckscheibenfilters im Juni und Juli 2003 Monatsmittelwerte Zeitraum Zulauf [mg/l] Ablauf [mg/l] Abtrennung 1) Jun % Juli % Aug 2003 (bis ) n.b. 2) 6-1) = 1-(Ablauf/Zulauf); 2) = nicht bestimmt Es muss aber abschließend nochmals ausdrücklich darauf hingewiesen werden, dass das Druckscheibenfilter seit Umsetzung der ursprünglich nicht geplanten Maßnahmen deutlich unterhalb der vom Hersteller berechneten Auslegung betrieben wird und nur auf diese Weise ein halbwegs befriedigender Betrieb der Feinstfiltration erreicht werden konnte. DBU Abschlussbericht 51

62 7.6 Erreichung des Projektzieles und umweltrelevante Eigenschaften Gemäß der Definition des Projektzieles unter Kap. 5 war die spezifische Abwassermenge zu halbieren. Die spezifische Abwassermenge betrug im Jahr des Projektantrages ,0 l/kg und blieb bis zur Inbetriebnahme der KWR-Anlage im Nov 2001 mit 28,8 l/kg praktisch unverändert (s. Abb. 34). Auf Grundlage des Vergleichszeitraumes ergibt sich somit eine spezifische Abwassermenge von 14,4 l/kg als aktuelles Projektziel. Die in Abb. 34 eingezeichneten Datenpunkte sind Monatsmittelwerte, die Werteangaben für die Zeiträume wurden aus der Gesamtabwassermenge und der Gesamtbruttoproduktion des jeweiligen Zeitraums berechnet. 60 Vergleichszeitraum Phase 1 Phase 2 Phase 3 spezifische Abwassermenge [l/kg], Monatsmittel Jan - Okt 01 = 28,8 l/kg Inbetriebnahme KWR-Anlage Nov 01 - Jan 03 = 28,0 l/kg Feb - Mrz 03 = 18,8 l/kg zusätzliche Umstellungen Apr - Sep 03 = 13,9 l/kg 0 Jan 01 Feb 01 Mrz 01 Apr 01 Mai Jun Jul Aug 01 Sep 01 Okt 01 Nov 01 Dez 01 Jan 02 Feb 02 Mrz Apr Monat Mai Jun Jul Aug 02 Sep 02 Okt 02 Nov 02 Dez 02 Jan 03 Feb 03 Mrz 03 Apr 03 Mai Jun Jul Aug 03 Sep Okt Abb. 34: Entwicklung der spezifischen Abwassermenge als Monatsmittel; Werte für Zeiträume aus den Summen Abwassermenge und Bruttoproduktion berechnet. Aufgrund der hinreichend unter Kap. 7.4 beschriebenen Ursachen blieb die spezifische Abwassermenge mit 28,0 l/kg im Zeitraum nach Inbetriebnahme bis Ende Jan 2003 nahezu unverändert. Zwar konnte in einzelnen Monaten (Nov 2001, Sep 2002 und Feb 2003), insbesondere mit der Erstausrüstung bzw. nach Filterwechseln, schon eine gegenüber dem Vergleichszeitraum deutlich geringere spezifische Abwassermenge erreicht werden, eine dauerhafte Verringerung war jedoch nicht möglich. Gerade aber diese erreichten Einzelergebnisse haben zu der Überzeugung geführt, dass das angedachte Konzept zur Abwasserreduzierung grundsätzlich richtig war. Die Spitzen im Aug 2002 und Aug 2003 sind insofern nicht repräsentativ, da nur wenige Tage produziert wurde und vor dem üblichen Sommerstillstand (3 Wochen) immer eine Großreinigung mit Leerung des Systems erforderlich ist. Es ist nicht möglich, die entstofften und entfärb- 52 DBU Abschlussbericht

63 ten Spül- und Reinigungswässer über einen so langen Zeitraum wie dem Sommerstillstand zu bevorraten. Die Spitze im Jan 2003 hingegen war wiederum im unbefriedigenden Betrieb des Druckscheibenfilters begründet, da aufgrund der sehr geringen Filtratmenge überdurchschnittlich viel Frischwasser eingespeist werden musste, mit der Folge eines sehr hohen Abwasseranfalls (vgl. a. Abb. 31). Nur mit Hilfe zusätzlicher ursprünglich nicht geplanter Umstellungen im SW-II- und Klarwassersystem konnte schließlich eine dauerhafte Reduzierung der spezifischen Abwassermenge erreicht werden. Im Zeitraum nach Umsetzung dieser Maßnahmen ab Apr 2003 bis zum Projektende betrug die spezifische Abwassermenge nur noch 13,9 l/kg, entsprechend 48 % dem Niveau des Vergleichszeitraums. Das Projektziel einer 50%igen Reduzierung der spezifischen Abwassermenge konnte somit mit 52 % (s. a. Tab. 14) sogar leicht übertroffen werden. Die monatlichen Schwankungen im Bereich von 11 bis 17 l/kg (Aug 2003-Wert ausgenommen) liegen im erwarteten Bereich und werden auch zukünftig auftreten. Sie sind in dem Umstand stark unterschiedlicher Produktionstage an der PM A und PM N in den einzelnen Monaten begründet. Die Unterschiede in den 24-Stunden-Werten sind selbstverständlich nicht neu und es können durchaus immer noch Werte bis 50 l/kg (nur PM A) auftreten. Die neue KWR-Anlage hat aber andererseits bisher auch noch nie erreichte Minima beim spezifischen Abwasseranfall binnen 24 Stunden ermöglicht (s. Tab. 13). So konnte der Rekordwert an dem PM N nahezu um 60 % reduziert werden, an der PM A sogar um fast 80 %. Tab. 13: Interne Abwasserrekorde als 24-stündiger Produktionsdurchschnitt Vergleichszeitraum Jan - Okt 01 Phase 3 Apr - Sep 03 Papiermaschine A 18,5 4,2 Papiermaschine N 6,3 2,6 Diese Extremwerte sind natürlich immer nur über einen kurzen Zeitraum erreichbar, verdeutlichen aber auch, dass noch ein weiteres Potenzial zur Verringerung des langfristigen Durchschnitts vorhanden ist. Die Bemühungen zur stetigen Erniedrigung des Abwasseranfalls und zur Verringerung der Umweltbelastungen dauern selbstverständlich weiterhin an, wobei eine spezifische Abwassermenge im Bereich von 10 bis 12 l/kg mittelfristig als realisierbar erscheint. Die im Zuge des Projektes erreichten weiteren Umweltentlastungen sind in Tab. 14 als Übersicht zusammengefasst. Hierbei dienten die Ergebnisse aus der Phase 3 (Apr Sep 2003) als Grundlage zur Hochrechnung auf das gesamte Kalenderjahr Zur Ermittlung der reduzierten gelösten organischen Belastung (CSB filtriert ) im abgeleiteten Abwasser wurde vereinfachend angenommen, dass die abfiltrierbaren Stoffe zu 60 % aus organischen und zu 40 % aus anorganischen Feststoffen (Asche) bestehen und von der CSB-Gesamtfracht abgezogen werden. Als Erfahrungswert wurde ferner zugrunde gelegt, dass 1 kg Fasern in etwa 1 kg CSB entspricht. Aufgrund annähernd gleicher Produktion in 2001 und 2003 hat sich die tägliche Abwassermenge in gleichem Umfang wie die spezifische verringert, von 570 auf 281 m 3 /d entsprechend 52 %. Daraus resultiert eine Abwassereinsparung von m 3 pro Jahr. Die spezifi- DBU Abschlussbericht 53

64 sche CSB gesamt - sowie die tägliche CSB gesamt -Fracht konnten um 58 % von 13,1 auf 5,5 kg/t Papier bzw. von 292 auf 123 kg/d reduziert werden. Die Kläranlage des Abwasserzweckverbandes wird dadurch um kg CSB jährlich entlastet. Darin enthalten ist auch die gelöste organische Belastung (CSB filtriert -Fracht) des Abwassers, die um knapp kg pro Jahr erniedrigt wurde und nicht mehr aerob-biologisch abgebaut werden muss. Dies entspricht einem auf der Kläranlage reduzierten Bioschlammanfall von etwa kg TS jährlich. Die Verringerung der spezifischen CSB filtriert -Fracht um 2,2 kg/t entspricht recht gut der im Projektantrag formulierten Abschätzung von 3 kg/t. Hervorzuheben ist auch die Verringerung der spezifischen AOX-Fracht um ebenfalls mehr als 50 % von 6,36 auf 3,21 g/t. Sie ist auf das synergistische Zusammenwirken aller Entlastungseffekte und Maßnahmen zurückzuführen: Verringerung der Abwasser- und Feststofffrachten, der zeitweise Betrieb der Ozonstufe, in geringem Umfang auf den Verzicht auf AOX-haltige Nassfestmittel sowie auf die Substitution von stark AOX-haltigen Farbmitteln, wie er im Verlauf des Projektes realisiert werden konnte. Mit einer spezifischen AOX-Fracht von 3,21 g/t unterschreitet die Büttenpapierfabrik Gmund die nun seit August 2002 bei diesem Parameter auch für Indirekteinleiter geltende Mindestanforderung von 10 g/t um mehr als zwei Drittel. Die zahlenmäßig größte Umweltentlastung konnte bei den Feststoffen erreicht werden. So sank die Tagesfracht an abfiltrierbaren Stoffen von ehemals 235 auf 33 kg/d. Dies entspricht einer Verringerung um 86 %, wodurch in der Kläranlage kg TS weniger Vorklärschlamm anfallen. In Verbindung mit dem reduzierten Bioschlammanfall ergibt sich beim Abwasserzweckverband Tegernseer Tal insgesamt ein verringertes Schlammaufkommen von kg TS jährlich. Bei einem auf der Kläranlage realisierten Feststoffgehalt von % im zu behandelnden Schlamm ergibt sich somit eine Reduktion der tatsächlichen Schlammmenge in der Größenordnung von 162 bis 180 Tonnen pro Jahr. Tab. 14: Erzielte Umweltentlastungen Parameter Dim. Vergleichszeitraum Jan - Okt 01 Phase 3 Apr - Sep 03 Reduzierung Entlastung pro Jahr 1) Dim. spezifische Abwassermenge l/kg 28,8 13,9 52 % - - tägliche Abwassermenge m 3 /d % m 3 /a spezifische CSB gesamt -Fracht kg/t 13,1 5,5 58 % - - tägliche CSB gesamt -Fracht kg/d % kg/a spezifische CSB filtriert -Fracht kg/t 6,8 4,6 32 % - - tägliche CSB filtriert -Fracht kg/d % kg/a spezifische AOX-Fracht g/t 6,36 3,21 50% 15,8 kg/a abfiltrierbare Stoffe kg TS/d % kg TS/a Schlammanfall AZT 2) kg TS/a 1) Basis: 225 Arbeitsstage; Produktion t Brutto /a 2) AZT = Abwasserzweckverband Tegernseer Tal 54 DBU Abschlussbericht

65 Über die in der Tab. 14 genannten Umweltentlastungen hinaus seien stichpunktartig noch folgende positive Änderungen hervorgehoben und die jeweilige Umweltauswirkung beschrieben: kein Einsatz mehr von Nassfestmitteln auf Basis von Epichlorhydrin-Harzen Reduzierung von AOX Substitution von 3 Farbmitteln, die sich nur schwer bzw. mit nur einer hohen Ozondosis entfärben ließen Reduzierung von AOX, weniger Energieverbrauch zur Ozonerzeugung Wegfall der ursprünglich zur Abwasserbehandlung (Entfärbung) eingesetzten Flockungs- und Fällungsmittel und der Natronlauge 21 m 3 weniger chemische Hilfsstoffe pro Jahr Die angeführten Umweltentlastungen verdeutlichen, dass durch Erreichung des Projektzieles erhebliche Umweltentlastungen realisiert werden konnten. Durch das Engagement der Büttenpapierfabrik Gmund mit Unterstützung der Deutschen Bundesstiftung Umwelt konnte ein weiterer großer Schritt zur umweltfreundlichen und nachhaltigen Papierherstellung im Tegernseer Tal getan werden. Größter Nutznießer der Umweltentlastung ist der Fluss Mangfall (s. Abb. 35). Legt man für den gelösten CSB im Abwasserstrom der Büttenpapierfabrik Gmund eine 90%ige Elimination in der Kläranlage zugrunde, so resultiert aus der Verringerung der gelösten CSB-Fracht von kg/a, eine Erniedrigung der in die Mangfall eingeleiteten Rest- CSB-Fracht von kg/a bzw. 2,9 kg täglich (365 Tage/a) oder 4,8 kg pro Arbeitstag (225 Tage/a) in der Büttenpapierfabrik Gmund. Abb. 35: Blick auf die am Fluss Mangfall gelegene Büttenpapierfabrik Gmund DBU Abschlussbericht 55

66 8 Wirtschaftlichkeitsbetrachtung Bei der Wirtschaftlichkeitsbetrachtung, insbesondere bei den Betriebsmittel- und den spezifischen Kosten, werden einige Annahmen zugrunde gelegt und auf das volle Kalenderjahr 2003 hochgerechnet. Hintergrund ist, dass das Projektziel nur während der letzten 6 Monate in 2003 realisiert werden konnte. Dieser Zeitraum kann jedoch für eine abgesicherte Hochrechnung auf das Kalenderjahr als ausreichend betrachtet werden. Bei den spezifischen Kosten ist zu beachten, dass es sich bei der KWR-Anlage um eine kombinierte Kreislaufwasser- und Abwasserreinigungsanlage handelt, volumenbezogene Kosten also sowohl für die gesamte behandelte Kreislaufwassermenge als auch für die ausgeschleuste Abwassermenge angegeben werden müssen. 8.1 Kapitalkosten Gemäß Tab. 15 betragen die Projektgesamtkosten knapp 1,2 Mio. einschließlich der Aufwendungen für die wissenschaftlich-technische Begleitung. Nach Abzug des Förderanteils durch die DBU in Höhe von knapp fallen durch Abschreibung jährliche Kapitalkosten von an. Kapitalzinsen wurden nicht berücksichtigt, da der für die Büttenpapierfabrik Gmund verbliebene Investitionsaufwand aus Barmitteln bestritten wurde. Tab. 15: Berechnung der jährlichen Kapitalkosten Investitionskosten Maschinentechnik Bereitgestellte Infrastruktur, Umbauten, Personalaufwand Projektgesamtkosten Zuschuss DBU zu Investitionen verbleibender Investitionsaufwand Büttenpapierfabrik Gmund Abschreibung: 10 Jahre linear Zinsen: entfällt siehe Text 0 Kapitalkosten jährlich Betriebskosten Die Berechnung der Betriebskosten (s. Tab. 16) wird auf Basis der jährlichen Produktionsstunden durchgeführt. In der Büttenpapierfabrik Gmund beginnt die Produktion jeweils montags um 6.00 Uhr und endet am Freitag um Mitternacht, im Durchschnitt wird je Werktag also 23 Stunden produziert. Mit 225 Arbeitstagen im Jahr 2003 ergeben sich Produktionsstunden, abzüglich 10 % für Stillstandszeiten wurde an Stunden Papier hergestellt. Es ist erklärtes Ziel der weiteren Optimierungsarbeiten am Druckscheibenfilter, dass er zukünftig zu 100 %(= h/a) während der Papierproduktion zur Verfügung steht. Weiterhin wurde angenommen, dass die noch zu verbessernden Filterscheiben Standzeiten von zumindest 12 Monaten mit 225 Arbeitstagen aufweisen. Allein ein Filterwechsel schlägt schon mit zu Buche, entsprechend einem Anteil von 36 % der jährlichen Betriebskosten. Bei zwei Filterwechseln im Jahr würde sich dieser Anteil auf 53 % erhöhen. Die Ozonanlage war ein Fünftel 56 DBU Abschlussbericht

67 der Produktionsstunden (901 h in 2003) in Betrieb. Anhand der eingetragenen Ozonmengen (vgl. Kap ) kann angenommen werden, dass die Ozonanlage im Durchschnitt maximal zu drei Viertel ausgelastet war, der Energiebedarf beträgt hierbei 84,9 kw. Der Energiebedarf des Druckscheibenfilters beträgt 15 kw. Tab. 16: Berechnung der jährlichen Betriebskosten Energie Druckscheibenfilter 1) kwh Energie Ozonanlage inkl. Luftaufbereitung 2) kwh Filterscheibenwechsel p.a. (225 Arbeitstage) Sonstige Ersatzteile pauschal Reinigungsmittel pauschal Personal 141 h p.a., 20 /h Betriebskosten jährlich ) Betriebsstunden h/a; 2) Betriebsstunden 901 h/a; 3) kwh = 0, Gesamtkosten und spezifische Kosten Die laufenden Kapital- und Betriebskosten summieren sich zu jährlichen Gesamtkosten von knapp (s. Tab. 17). Demgegenüber stehen auf Basis der Abwasserverringerung von m 3 /a und der aktuellen Abwassergebühr von 1,23 /m 3 Einsparungen in Höhe von /a, hinzukommen eingesparte Hilfsmittelkosten von knapp /a für die ursprünglich zur Abwasserbehandlung eingesetzten Fällungs- und Flockungshilfsmittel. Die Investition in eine noch umweltfreundlichere Papiererzeugung erbringt also bereits zum aktuellen Zeitpunkt eine Kosteneinsparung von pro Jahr. Diese steigt zukünftig auf rund /a an, da eine Anhebung der volumenbezogenen Abwassergebühr von derzeit 1,23 /m 3 auf 2,00 /m 3 bereits angekündigt ist und noch in 2004 umgesetzt werden soll. Der hohe Investitionskostenanteil an den Gesamtkosten von annähernd 77 % unterstreicht die Bedeutung der DBU-Förderung für das beschriebene Projekt. Tab. 17: Jährliche Gesamtkosten, aktuelle und zukünftige Einsparung Kapitalkosten jährlich Betriebskosten jährlich Gesamtkosten jährlich eingesparte Abwassergebühr aktuell: 1,23 /m 3 eingesparte Hilfsmittelkosten aktuelle Einsparung eingesparte Abwassergebühr zukünftig: 2,00 /m 3 eingesparte Hilfsmittelkosten zukünftige Einsparung DBU Abschlussbericht 57

68 Zur Berechnung der Kreislaufwasserreinigungskosten wurde eine mittlere Zulaufmenge zum Druckscheibenfilter von 80 m 3 /h zugrunde gelegt. Die in Tab. 18 angegebene Jahresabwassermenge ergibt sich aus der Jahresproduktion von t und der erreichten spezifischen Abwassermenge von 13,9 m 3 /t. Die spezifischen Betriebskosten der KlWa-II-Erzeugung von 0,07 /m 3 gilt es noch zu verringern. Ansatzpunkte sind Ersatzteilkosten am Druckscheibenfilter sowie eine noch sparsamere Ozondosierung. Tab. 18: Spezifische Kosten Kreislaufwasserreinigungskosten 1) spezifische Gesamtkosten KlWa II 0,29 /m 3 spezifische Betriebskosten KlWa II 0,07 /m 3 Abwasserreinigungskosten 2) Kapital- und Betriebskosten spezifische Gesamtkosten Abwasser 1,55 /m 3 spezifische Betriebskosten Abwasser 0,36 /m 3 Produktspezifische Kosten spezifische Gesamtkosten je Tonne Papier spezifische Betriebskosten je Tonne Papier 21,52 /t 5,02 /t 1) m 3 /a; 2) m 3 /a Mit den nun vorliegenden spezifischen Gesamtkosten (Kapital- und Betriebskosten) für das Abwasser in Höhe von 1,55 /m 3 wurde die Prognose von 1,35 /m 3 aus dem Projektantrag nicht ganz erreicht. Dies liegt zum Teil aber auch daran, dass mehr Abwasser als geplant eingespart werden konnte und die Fixkosten bezogen auf die abgeleitete Abwassermenge sich somit automatisch erhöhen. Die spezifischen Betriebskosten für das Abwasser belaufen sich derzeit auf 0,36 /m 3. Entgegen der wohl vorherrschenden Meinung Ozonbehandlung sei teuer hat die Ozonbehandlung daran jedoch nur einen Anteil von 31 %. Im speziellen Fall der Büttenpapierfabrik muss einschränkend hinzugefügt werden, dass die Ozonanlage nur zu einem Fünftel der Produktionsstunden in Betrieb war und für das Betriebsmittel Luft außer der Energie für die Luftaufbereitung - sowie für das Kühlwasser und für das Ozon keine Beschaffungskosten anfallen. 58 DBU Abschlussbericht

69 9 Öffentlichkeitsarbeit und Publikationen In der folgenden Übersicht (s. Tab. 19) sind die Aktivitäten der Büttenpapierfabrik Gmund und der PTS München zur Öffentlichkeitsarbeit über das DBU-Projekt Az zusammengestellt. Tab. 19. Vorträge und Veröffentlichungen zum DBU-Projekt Az lfd. Nr. Datum Bezeichnung der Veranstaltung/Zeitschrift Ort Titel des Referats/Vortrages/Artikels Referent/Autor "Tools, Trade & Trends of the Paper Industry in the Coming Decades - The European Experience",Seminar der Fa. Klebstoffwerke Collodin (Frank-furt): PTS-Seminar MP-SE 2017 MUC: "Wasserkreisläufe in der Papiererzeugung - Verfahrenstechnik und Mikrobiologie" Bangkok, Thailand PTS München PTS-Forschungstage 2001 PTS München Österreichische Papierfachtagung Graz, Österreich 5 06/2001 PTS-News, Juni 2001, S Folgemeeting zum PTS-Forschungsforum "Innovative Verfahren zur Kreislaufwasser- und Abwasserreinigung" PTS München Possibilities and experiences of the last years concerning the saving of water in the European paper industry 1) Reduzierung der Abwassermenge mittels integrierter Ozon-Behandlung am Beispiel einer Spezialpapierfabrik H.-J. Öller U. Offermanns, H.-J. Öller Verringerung der Abwassermenge durch integrierte Teilstrombehandlung mit Feinfiltration U. Offermanns und innovativer Ozon-Technologie zur Entfärbung Aktuelle Trends und Entwicklungen in der Abwasserreinigung in der Papierindustrie 1) Abwassermenge in der Büttenpapierfabrik Gmund verringert Vorstellung des DBU-Projektes "Demonstration und Erprobung eines Verfahrens zur Verringerung der Abwassermenge durch integrierte Teilstrombehandlung mit Ozon-Technologie in einer Papierfabrik, die hochwertige Papier- und Kartonsorten herstellt" I. Demel, F. Schmid, H.-J. Öller H.-J. Öller U. Offermanns Jahrestagung des VPM "Verein der Papiermacher Münchens" Büttenpapierfabrik Gmund Besichtigung/Führung des Werkes einschl. der neuen KWR-Anlage U. Offermanns COST E 14 & PTS Environmental Technology Symposium* Holiday Inn München Water treatment by ozone - large scale experinces in two paper mills 1) H.-J. Öller, O. Stüwer, U. Offermanns Fortbildungsfahrt des Referates Nr. 35 im Bayerischen Landesamt für Wasserwirtschaft Büttenpapierfabrik Gmund Besichtigung/Führung des Werkes einschl. der neuen KWR-Anlage U. Offermanns, H.-J. Öller Folgemeeting zum PTS-Forschungsforum "Innovative Verfahren zur Kreislaufwasser- und Abwasserreinigung" Arbeitstreffen der AG 25 zur Novellierung des Anhangs 28 über die Mindestanforderungen an das Einleiten von Abwasser aus der Papiererzeugung EA 3 G Regional Ozone Conference "Advances in Ozone Science and Engineering - Environmental Processes and Technical Application" 13 05/2002 PTS-News, Mai 2002, S PTS-Seminar MP-SE MUC: "Wasserkreisläufe in der Papiererzeugung - Verfahrenstechnik, Belastung, Mikrobiologie" PTS-Wasser- und Umwelttechnik-Symposium "Vermeidung und Verringerung von Emissionen durch prozess- und produktionsintegrierte Maßnahmen" Büttenpapierfabrik Gmund Büttenpapierfabrik Gmund Hong Kong, China PTS München PTS München 1) DBU-Projekt Az als Bestandteil des gesamten Referats/Vortrages/Artikels Besichtigung/Führung des Werkes einschl. der neuen KWR-Anlage Besichtigung/Führung des Werkes einschl. der neuen KWR-Anlage Successful Start-up of the World's 1 st Ozonebased Effluent Re-Circulation System in a Paper Mill Innovative Ozontechnologie in der Büttenpapierfabrik Gmund Ozonbehandlung von Prozesswässern Verringerung der Abwasseremissionen durch integrierte Feinstfiltration und Ozonbehandlung U. Offermanns, H.-J. Öller U. Offermanns, H.-J. Öller H.-J. Öller, U. Offermanns H.-J. Öller U. Offermanns, H.-J. Öller U. Offermanns, H.-J. Öller DBU Abschlussbericht 59

70 In Summe wurde bisher in 9 Vorträgen auf nationalen und internationalen Veranstaltungen ü- ber das Projekt von Beginn an bis kurz nach Projektende berichtet. Daneben erschienen in den PTS-News zwei Kurzartikel. Allein dadurch konnten Tausende von Papierfachleuten und andere Interessenten erreicht werden. Von den zahlreichen Besichtigungen der Büttenpapierfabrik Gmund seien vier besonders hervorgehoben und deshalb in der Übersicht aufgeführt: Das Jahrestreffen des VPM (Nr. 7) sowie die Fortbildungsfahrt der für die Büttenpapierfabrik Gmund zuständigen Fachabteilung im Bayerischen Landesamt für Wasserwirtschaft (s. Nr. 9) jeweils im Oktober Die Mitglieder des PTS-Forschungsforums Innovative Verfahren zur Kreislaufwasser- und Abwasserreinigung konnten sich nach einem Beitrag im Juni 2001 über das Projekt im darauf stattfindenden Folgemeeting vor Ort von der Leistungsfähigkeit der KWR-Anlage überzeugen (s. Nr. 6 bzw. 11). Nicht zuletzt sei das Arbeitstreffen der AG25 (s. Nr. 11) im Jan erwähnt, jener Expertenrunde also aus Papierindustrie, Behörden und Instituten, die den für die Papierindustrie zuständigen Anhang 28 über die Mindestanforderungen an das Einleiten von Abwasser in Gewässer novelliert hat. Darüber hinaus soll nicht unerwähnt bleiben, dass die Büttenpapierfabrik Gmund jährlich ca Kunden und Interessierten eine Werksbesichtigung ermöglicht und seit Inbetriebnahme eifrig über die Erfolge, aber auch über die Probleme während der Abwasserreduzierung in diesem Rahmen berichtet. Abschließend sei der Vollständigkeit halber vermerkt, dass in der Mai-Ausgabe der PTS-News erneut ein Kurzartikel erscheinen wird der über den abschließenden Erfolg des DBU-Projektes berichtet. Eine ausführlichere Publikation in einer deutschen Papierfachzeitschrift soll noch im II. Quartal 2004 eingereicht werden, die Einreichung einer englischsprachigen Veröffentlichung ist im 2. Halbjahr 2004 geplant. 60 DBU Abschlussbericht

71 10 Randbedingungen für die erfolgreiche Projektumsetzung Hierbei sind im Folgenden mehrere Faktoren hervorzuheben und kurz auszuführen. Trotz der Vorversuche in der PTS München sowie auch beim Ozonanlagenhersteller Wedeco war aufgrund der sehr umfangreichen Produktpalette in der Büttenpapierfabrik die Auslegung der O- zonkapazität auf 3 kg O 3 /h doch mit einem gewissen Risiko behaftet. Eine deutlich höhere O- zonkapazität wäre wirtschaftlich nicht tragbar gewesen. Wie ausgeführt, stieß man in vereinzelten Fällen auch an die Grenzen, überwand diese jedoch durch begleitende Maßnahmen (z. B. Substitution von Hilfsmitteln), die letztendlich auch einen gewissen Beitrag zur Umweltentlastung geleistet haben. Der Aufwand zur Bewertung der neuen KWR-Anlage war sehr hoch und konnte nur durch die Mitwirkung der PTS als wissenschaftlich-technischer Begleiter bewältigt werden. Die gute Zusammenarbeit zwischen der Büttenpapierfabrik und der PTS hat sich insbesondere auch bei der Erarbeitung der zusätzlichen, ursprünglich nicht geplanten Umstellungen im Wassersystem bewährt. Wenn auch im vorliegenden Bericht nicht so im Detail ausgeführt, war auch die Durchführung von Ozonlaborversuchen ein großer Vorteil, bevor deren Resultat im technischen Maßstab realisiert bzw. andere Maßnahmen geschlussfolgert werden konnten. Unterstützt wurde das Team Büttenpapierfabrik PTS von den Anlagenherstellern, insbesondere von der Fa. Wedeco Umwelttechnologie GmbH. Sämtliche erforderlichen Instandsetzungsarbeiten wurden von deren Mitarbeitern durchgeführt. Die Arbeiten erfolgten umgehend, hoch qualifiziert und zuverlässig bis ein reibungsloser Betrieb der Ozonanlage wieder sichergestellt war. Ein ähnliches Engagement und schnelle Unterstützung wäre auch vom Lieferanten des Druckscheibenfilters wünschenswert gewesen. In besonderem Maße hervorzuheben sind die Betriebsleitung vom Abwasserzweckverband Tegernseer Tal (AZT) sowie die zuständigen Behörden Landratsamt (LRA) Miesbach, Wasserwirtschaftsamt (WWA) Rosenheim und die Fachabteilung im Bayerischen Landesamt für Wasserwirtschaft (BayLfW), München, die von Beginn an eingebunden waren. Zur Festlegung der Grenzwerte im Rahmen des wasserrechtlichen Genehmigungsverfahrens nach dem Bayerischen Wassergesetz gestand man der Büttenpapierfabrik ausreichend Zeit zu, bis gesicherte Erkenntnisse nach Reduzierung der Abwassermenge vorhanden waren. Die abschließende Festsetzung fand in gemeinschaftlicher Sitzung und in Abstimmung mit allen Beteiligten (einschließlich der Stadtwerke München, Bereich Trinkwasserversorgung) am statt. Eine frühere Festlegung hätte möglicherweise zu Zwängen geführt, die mitunter auch mit Folgekosten verbunden gewesen wären. Zu betonen sind die Geduld und der Einsatz der Betriebsleitung auf der Kläranlage des AZT, die sich nach Inbetriebnahme der Gesamtanlage bis zur Zielerreichung häufig mit sehr stark wechselnden täglichen Abwassermengen und Feststofffrachten konfrontiert sah und diese mit Geschick und Erfahrung meistern konnte. Ein abschließender besonderer Dank gilt auch dem Betriebspersonal, das dieser neuartigen Kreislaufwasserreinigungsanlage offen gegenüber stand und die Mehrarbeit mit großem Engagement bewältigt hat. Wenngleich aufgrund der vermeintlich zu hohen Geruchsbelästigungen auch vorübergehend eine gewisse Skepsis entstand, so war es doch gerade der Wettbewerb innerhalb der einzelnen Produktionsschichten möglichst wenig Frischwasser zu verbrauchen, der nach Vorliegen der technischen Voraussetzungen maßgeblich dazu beitragen hat, die spezifische Abwassermenge rasch zu verringern. DBU Abschlussbericht 61

72 11 Fazit - Schlussfolgerungen und Ausblick Das von der DBU geförderte Vorhaben Az wurde erfolgreich abgeschlossen. Das Ziel einer Halbierung der spezifischen Abwassermenge von 29 auf 14,5 wurde mit einem erreichten Wert von 13,9 l/kg sogar leicht übertroffen. Entgegen den Erwartungen ging das technische Risiko nicht von dem innovativen Reinigungsschritt der Ozonstufe aus, sondern vom klassischen Vorgang der Hochklarwassererzeugung. Hier besteht noch Optimierungsbedarf, vor allem im Hinblick auf die Standzeit und Durchlässigkeit des Filtermaterials. Bei einer Kreislaufwasser- und Abwasserreinigungsanlage bestehend aus mehreren Verfahrensschritten müssen die einzelnen Komponenten zum einen perfekt aufeinander abgestimmt sein, zum anderen aber auch dauerhaft gemäß der Auslegung betrieben werden können. Letzteres konnte nicht in vollem Umfang realisiert werden. Die abschließend guten Reinigungsleistungen der Gesamtanlage konnten nur durch Mehraufwand mit einem Betrieb des Druckscheibenfilters unterhalb der ursprünglichen Auslegungswerte erreicht werden. Die Ozonbehandlung hat einen positiven Einfluss auf die Kreislaufwasser- und Abwassereigenschaften. Die Wiederverwendung von ozonbehandeltem Kreislaufwasser in der Produktion war und ist bei gleich bleibender Produktqualität problemlos möglich. Ursprünglich in Erwägung gezogene negative Auswirkungen wie etwa auf die Leimung, auf die Lichtechtheit der Produkte etc. wurden nicht beobachtet. Wenngleich das realisierte Konzept mit einer Entfärbung der Kreislaufwässer und Abwässer auf die spezifischen Bedürfnisse der Büttenpapierfabrik zugeschnitten ist, so ist doch der problemlosen Wiederverwendung ozonbehandelter Wässer in der Papierproduktion ein sehr hoher Stellenwert zuzuordnen. Diese Erkenntnis für andere Sortenbereiche zu verifizieren ist Aufgabe der damit befassten Forschungs- und Beratungseinrichtungen. Die Ozonbehandlung von biologisch gereinigten Papierfabriksabwässern ist neben der Membranfiltration der derzeit viel versprechendste Ansatz zur Bewältigung steigender CSB-Frachten in den Abwässern oder zur Erfüllung strenger werdender Auflagen. Eine Verringerung der Abwassermengen in anderen Sortenbereichen wie etwa höherwertiger graphischer Papiere nach Entfärbung durch Ozon wäre demnach durchaus möglich, sofern nicht andere Parameter wie z. B. Salze dem entgegenstehen. Gegenüber der Nanofiltration weist die Ozonbehandlung den Vorteil einer echten CSB-Reduzierung auf, ohne das Problem in eine andere Fraktion (Retentate der Nanofiltration) zu verlagern, für die dann u. U. weitere Behandlungsschritte erforderlich sind. Nachdem der Energieverbrauch zur Ozonerzeugung in den vergangenen zehn Jahren deutlich verringert werden konnte, wäre eine Reduzierung der Investitionsaufwendungen von großem Vorteil zur weiteren Verbreitung dieser Technologie. Ohne Investitionsförderung seitens der DBU wäre wohl auch dieses Projekt nicht zum aktuellen Zeitpunkt realisiert worden. Die Büttenpapierfabrik Gmund hat mit der Integration der KWR-Anlage einen neuen Weg zur Abwasserreduzierung beschritten, der nach Adaption der Rahmenbedingungen auch von anderen Papierherstellern beschritten werden kann. Mit der nun erreichten spezifischen Abwassermenge von 13,9 l/kg hat die Büttenpapierfabrik Gmund innerhalb der holzfreien Sorten und der Spezialpapiere mit Sicherheit eine Spitzenstellung in Deutschland eingenommen, wie der Mittelwert von 38,4 l/kg dieser Sorten im Jahr 2001 ausweist. 62 DBU Abschlussbericht

73 Abbildungsverzeichnis Abb. 1: Sortenspezifischer Abwasseranfall in der deutschen Papierindustrie i. J Abb. 2: Ehemalige Wasserkreislaufführung in der BPG vor Projektbeginn...8 Abb. 3: Aktuelle Wasserkreislaufführung in der BPG...10 Abb. 4: Aktuelles Wasserschema der Büttenpapierfabrik Gmund...12 Abb. 5: Vergrößerter Ausschnitt aus Abb.4 zum SWII-Kreislauf...13 Abb. 6: Schema des Druckscheibenfilters...14 Abb. 7: Ansicht des Druckscheibenfilters von Zulaufseite...15 Abb. 8: Ansicht des Druckscheibenfilters mit Revisionsöffnung...15 Abb. 9: Ansicht der Luftaufbereitung...16 Abb. 10: Ozonraum oberer Teil mit Generator und Reaktoren...17 Abb. 11: Injektor...17 Abb. 12: Ozonreaktoren im Ozonraum oberer Teil...18 Abb. 13: Ozonreaktoren im Ozonraum unterer Teil...18 Abb. 14: Anordnung der Anlagenkomponenten Ozonstufe im Überblick...19 Abb. 15: Vorgehensweise der Volumenanalyse...19 Abb. 16: Verhältnis der dynamisch verfügbaren Wasser- und Stoffbüttenvolumina zueinander in Abhängigkeit von der spezifischen Abwassermenge...20 Abb. 17: Struktur des dynamischen Simulationsmodells für die PMA...21 Abb. 18: Simulierte Abwasser- und Frischwassermengen an der PMA während eines Farbwechsels: Abwasser aus Überlauf Pufferbehälter...22 Abb. 19: Die 51 Standardfarben der Marke Gmund Colors...27 Abb. 20: Das CIE-L*a*b*-Farbsystem im dreidimensionalen Raum...28 Abb. 21: Entfärbung schwach gefärbter Prozesswässer...29 Abb. 22: Entfärbung stark gefärbter Prozesswässer...30 Abb. 23: Entfärbung einer intensiv gelb gefärbten Kreislaufwasserprobe (O 3 -Versuch Nr. 14 in Tab. A 4) im Labormaßstab...31 Abb. 24: Verlauf von ph-wert sowie der Ozonkonzentration im Zu- und Abgas bei Entfärbung in O 3 -Versuch Nr. 14 in Tab. A Abb. 25: Schematische Darstellung der Reaktion von Störstoffen mit Hilfsmitteln der Papiererzeugung...34 Abb. 26: Wirkung der Ozonbehandlung auf den PCD-Wert...35 Abb. 27: Wirkung der Ozonbehandlung auf die gelöste organische Belastung...36 Abb. 28: Erreichte CSB-Eliminationen im Labormaßstab...37 Abb. 29: Wirkung der Ozonbehandlung auf die Gesamtkeimzahl GKZ...38 Abb. 30: Entwicklung der Konzentration abfiltrierbarer Feststoffe im Abwasser...45 Abb. 31: Entwicklung der täglichen Abwassermenge...45 Abb. 32: Neue (links) und verschlissene (Mitte und rechts) Filterscheiben nach sechswöchigem Betrieb...48 Abb. 33: KW- und SW-Anfall an der PM N während einer 100 g/m 2 -Produktion...50 Abb. 34: Entwicklung der spezifischen Abwassermenge als Monatsmittel; Werte für Zeiträume aus den Summen Abwassermenge und Bruttoproduktion berechnet...52 Abb. 35: Blick auf die am Fluss Mangfall gelegene Büttenpapierfabrik Gmund...55 DBU Abschlussbericht 63

74 Tabellenverzeichnis Tab. 1: Einsatzmöglichkeiten von Ozon im Wassersystem der Papiererzeugung als Überblick...6 Tab. 2: Eckdaten des Druckscheibenfilters und der Ozonstufe...11 Tab. 3: Dynamisch verfügbare Stoff- und Wasservolumina der PM N und A...20 Tab. 4: Zusammenstellung der Abwassermengen aus [38]...23 Tab. 5: Hochrechnung der Abwassermenge des Simulationsmodells...23 Tab. 6: Probenahmestellen und Parameter...25 Tab. 7: Bestimmung der Wiederverkeimung nach Ozonbehandlung...39 Tab. 8: Ozonwirkung auf ph-wert, Leitfähigkeit, Redoxpotenzial, Trübung und Oberflächenspannung...39 Tab. 9: Filtratqualitäten des Druckscheibenfilters von Nov 01 Feb Tab. 10: Filtratqualitäten und -mengen des Druckscheibenfilters im Zeitraum Jan Sep Tab. 11: Übersicht zu den durchgeführten Scheibenwechseln und technischen Änderungen am Druckscheibenfilter...49 Tab. 12: Filtratqualitäten des Druckscheibenfilters im Juni und Juli Tab. 13: Interne Abwasserrekorde als 24-stündiger Produktionsdurchschnitt...53 Tab. 14: Erzielte Umweltentlastungen...54 Tab. 15: Berechnung der jährlichen Kapitalkosten...56 Tab. 16: Berechnung der jährlichen Betriebskosten...57 Tab. 17: Jährliche Gesamtkosten, aktuelle und zukünftige Einsparung...57 Tab. 18: Spezifische Kosten...58 Tab. 19. Vorträge und Veröffentlichungen zum DBU-Projekt Az DBU Abschlussbericht

75 Literatur 1 DEMEL I. und D. PFAFF Stand der Abwasserreinigung in der Papierindustrie In: Betrieb biologischer Abwasserreinigungsanlagen Optimale Konzepte und Vermeidung von Betriebsstörungen, , I. Demel, F. Schmid (Hrsg.) München: PTS 2002, PTS-Manuskript. PTS-AR DEMEL I. und W. DIETZ Stand der Abwasserreinigung in der Papierindustrie Anwendbarkeit verschiedener biologischer Reinigungssystem In: Betrieb biologischer Abwasserreinigungsanlagen der Weg zur prozessstabilen Anlage; PTS-Seminar , I. Demel und F. Schmid (Hrsg.) München: PTS 2000, PTS-Manuskript PTS-MS KAPPEN J., DIETZ W. und I. DEMEL Einsatz von Stofffängersystemen - Vergleichende Betrachtung und Entwicklung Vortrag auf der Bezirksgruppentagung des Zellcheming und des VPM Rheinland, Industrie-Club Düsseldorf. 4 KAPPEN J., DIETZ W. und I. DEMEL Optimierung von Wasserkreisläufen unter besonderer Berücksichtigung der Feinreinigung von Kreislaufwässern; dto. 5 KOTHE K.-D. und D. SCHROTH Frischwassereinsparung an der Papiermaschine mit Hilfe der CR-Membrantechnik Wochenblatt für Papierfabrikation 127, (1999); Nr REINHARDT E. CR-Filter und FM-Module, die leistungsstarken Membrankomponenten für die Wasseraufbereitung in der Papier- und Zellstoff-Industrie Vortrag auf dem 1. Folge-Meeting zum PTS-FuE-Forum "Innovative Verfahren zur Kreislaufwasser- und Abwasserreinigung in der Papierindustrie", , PTS München. 7 DIERDRICH K., HAMM U. und J. H. KNELISSEN Biologische Kreislaufwasserbehandlung in einer Papierfabrik mit geschlossenem Wasserkreislauf Das Papier 51, V153 - V159 (1997), Nr. 10A. 8 HAMM U., UYTING U. und N. PULMANSKI: Gasförmige Emissionen vor und nach der Integration einer anaerob-aeroben Kreislaufwasserbehandlungsanlage In: 1. PTS-CTP-Symposium Umwelttechnik, , I. Demel und H.-J. Öller (Hrsg.) München: PTS 1999, PTS Symposium WU-SY 908, S BÜLOW C., PINGEN G., HABETS L. H., ZUMBRÄGEL M., BOBEK B. und U. HAMM Schließung, integrierte biologische Aufbereitung und Enthärtung des Wasserkreislaufs einer Altpapier verarbeitenden Papierfabrik im Zentrum einer Großstadt Abschlussbericht DBU-Projekt Az , Dezember 2003, 111 S. DBU Abschlussbericht 65

76 10 HOSTACHY J. C., LACHENAL D. und C. COSTE Ozonation of pulp bleaching effluent to reduce the polluting charge In: 1996 International Environmental Conference, Book 2, , Orlando, TAPPI Atlanta (Hrsg.) Atlanta: TAPPI Press S ROY-ARCAND L. und F. ARCHIBALD Selective removal of resin and fatty acids from mechanical pulp effluents by ozone Water Research 30, (1996), Nr BRAASCH D. A., ELLENDER R. D. und A. SMITH KMED: a two step process to remove color from pulp mill wastewater Tappi Journal 81, (1998), Nr KIENING S. Untersuchungen zur Wirksamkeit der O 3 - und O 3 /H 2 O 2 -Behandlung zur Belastungsverringerung in ausgewählten Teilströmen der Papiererzeugung, (Diplomarbeit FH München), München HÜTTER L. A. Wasser und Wasseruntersuchung, 6. Auflage, Frankfurt 1994, (Salle und Sauerländer). 15 KORHONEN S. und T. TUHKANEN Microbial growth control of circulation water in paper industry by ozone In: 6th IAWQ Symposium on Forest Industry Wastewaters, June 6-10, 1999, FIN- Tampere; Symposium Pre-Prints, Poster no. 10, p ÖLLER H.-J. und G. WEINBERGER Einsatzmöglichkeiten von Ozon im Wassersystem der Papierproduktion In: 1. PTS-CTP-Symposium Umwelttechnik, , I. Demel und H.-J. Öller (Hrsg.) München: PTS 1999, PTS Symposium WU-SY ÖLLER H.-J. und G. WEINBERGER Verringerung des Frischwasserbedarfs in Altpapier verarbeitenden Betrieben durch Wiederverwendung von oxidativ behandelten Teilströmen Abschlussbericht zum PTS-Forschungsprojekt AiF-Nr ÖLLER H.-J., WEINBERGER G. und I. DEMEL Einsatz von Ozon zur Verringerung der mikrobiellen Belastung in den Wassersystemen von Papierfabriken In: 14. PTS-Symposium Chemische Technologie der Papierherstellung; J. Weigl und H. Runge (Hrsg.) München: PTS 2000, PTS Symposium CHT-SY 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 DBU Abschlussbericht

77 20 RUCK W. Wirkung von Ozon auf die Flockbarkeit gelöster organischer Stoffe aus mechanisch und biologisch geklärtem Abwasser, (Dissertation), (Stuttgarter Berichte zur Siedlungswasserwirtschaft, Bd. 117), München 1992 (Oldenbourg). 21 ÖLLER H.-J. und P. HIERMEIER Ursachen und Vermeidung der Rotfärbung in Kreislauf- und Restabwässern Altpapier verarbeitender Papierfabriken Abschlussbericht zum PTS-Forschungsprojekt AiF-Nr ÖLLER H.-J., WEINBERGER G. und I. DEMEL Weitergehende CSB-Elimination und Entfärbung durch Ozonbehandlung biologisch gereinigter Papierfabriksabwässer Das Papier 51, (1997), Nr ÖLLER H.-J., WEINBERGER G. und I. DEMEL Reduction in residual COD in biologically treated paper mill effluents by means of combined ozone and ozone/uv reactor stages In: Symposium Preprints, 5 th IAWQ Symposium on Forest Industry Wastewaters, , Vancouver Vancouver: University of British Columbia S LIECHTI P.-A. und A. HELBLE Ozone in combination with activated sludge and biological oxygenated filtration for improved waste water treatment In: Proceedings of 12 th Ozone World Congress, , F-Lille. 25 MÖBIUS C. H., CORDIER D., HELBLE A., KAULBACH R. und M. CORDES-TOLLE Elimination persistenter Verbindungen in biologisch gereinigtem Abwasser mit Ozon und weitergehender biologischer Reinigung gwf 137, (1996), Nr MÖBIUS C. H. und M. CORDES-TOLLE Enhanced biodegradability by oxidative and radiative wastewater treatment In: Symposium Preprints, 5 th IAWQ Symposium on Forest Industry Wastewaters, , Vancouver Vancouver: University of British Columbia S MÖBIUS C. H. und M. CORDES-TOLLE Enhanced biodegradability by oxidative and radiative wastewater treatment Water Science and Technology 35, (1997), Nr. 2/3. 28 HELBLE A., SCHLAYER W., LIECHTI P.-A., JENNY R. und C. H. MÖBIUS Advanced effluent treatment in the pulp and paper industry with a combined process of ozonation and fixed bed biofilm reactors In: 6 th IAWQ Symposium on Forest Industry Wastewaters, June 6-10, 1999, FIN- Tampere; Symposium Pre-Prints, p DBU Abschlussbericht 67

78 29 KAINDL N. Gezielte Einhaltung von Emissionsgrenzwerten durch weitergehende Abwasserreinigung mit Ozonung und Biofiltration In: 1. PTS-CTP-Symposium Umwelttechnik, , I. Demel und H.-J. Öller (Hrsg.) München: PTS 1999, PTS Symposium WU-SY 908, S ÖLLER H.-J. und S. BIERBAUM Erhöhung der Wirtschaftlichkeit oxidativer Verfahrensstufen zur Qualitätsverbesserung von Abwässern der Papierindustrie, a738.pdf. 31 SCHMIDT T. und S. LANGE Treatment of paper mill effluents by the use of ozone and biological systems: large scale application at Lang Papier, Ettringen (Germany) In: TAPPI 2000 Environmental Conference & Trade Fair, Denver, May 6-10, SCHMIDT T., DEMEL I. und S. LANGE Weitergehende Abwasserreinigung von Papierfabriksabwässern mit Ozon: Konzeption und erste Erfahrungen IPW - Das Papier 54, (2001) Nr PSCHERA, S.: Abwasserbehandlung mit Ozon: Klassifizierung von Abwasser zur optimierten Verfahrensgestaltung in der Kreislaufwirtschaft, (Schriftenreihe des Instituts für Siedlungswasserwirtschaft Universität Karlsruhe) (Band 82), München Bedienungsanleitung Petax-Filter, Maschinen Nr.: ,08 Petax Papier Ingenieur Technik GmbH & Co. KG, Nümbrecht. 35 Betriebsanleitung P-467, Ozonanlage Büttenpapierfabrik Gmund Wedeco Umwelttechnologie GmbH. 36 KAPPEN J., DIETZ W. und O. BLUM Verringerung des Frischwasserbedarfs und der spezifischen Abwassermenge in Altpapier verarbeitenden Papierfabriken durch dynamische Prozesssimulation. München: Papiertechnische Stiftung 2000, PTS-Forschungsbericht PTS-FB 07/ KAPPEN J. Bestandsaufnahme und Verbesserung von Wasserkreisläufen in Papierfabriken mit integrierter Altpapierstofferzeugung München: Papiertechnische Stiftung 1996, PTS-Forschungsbericht PTS-FB 03/ HEYDER M. Statische Aufnahme der Stoff-Wasserkreisläufe in einer Spezialpapierfabrik mit dem Ziel der Reduzierung der spezifischen Abwassermenge Diplomarbeit: Fachhochschule München, Oktober DBU Abschlussbericht

79 Anhang Abbildungsverzeichnis (Anhang) Abb. A 1: Färbung des Kreislaufwassers vor und nach den Reinigungsstufen...80 Abb. A 2: ph-wert vor und nach Ozonbehandlung...87 Abb. A 3: Redoxpotenzial vor und nach Ozonbehandlung...87 Abb. A 4: Leitfähigkeit vor und nach Ozonbenhandlung...88 Abb. A 5: Trübung vor und nach Filtration und Ozonbehandlung...88 Abb. A 6: Oberflächenspannung vor und nach Ozonbehandlung...89 Tabellenverzeichnis (Anhang) Tab. A 1: Zusammenstellung der Volumina PMA...70 Tab. A 2: Angewandte Analysenmethoden...71 Tab. A 3: Bezeichnung der Probenahmestellen...72 Tab. A 4: durchgeführte Laborozonversuche...73 Tab. A 5: Ergebnisse der Laborozonversuche - CSB...73 Tab. A 6: Ergebnisse der Laborozonversuche - Färbung...74 Tab. A 7: Ergebnisse der Laborozonversuche - Festigkeitseigenschaften I...75 Tab. A 8: Ergebnisse der Laborozonversuche - Festigkeitseigenschaften II (O 3 -Versuch Nr. 10)...76 Tab. A 9: PCD-Werte...77 Tab. A 10: CSB-Werte...78 Tab. A 11: Färbung...79 Tab. A 12: L* a* b*...81 Tab. A 13: Gesamtkeimzahl...82 Tab. A 14: ph-wert...83 Tab. A 15: Redoxpotenzial...84 Tab. A 16: Leitfähigkeit...85 Tab. A 17: Trübung...86 Tab. A 18: Oberflächenspannung...86 DBU Abschlussbericht Anhang - 69

80 Tab. A 1: Zusammenstellung der Volumina PMA Stoff Volumenanalyse Büttenpapierfabrik Gmund PMA Bruttoproduktion 13 t/d spez. Abwassermenge: 12,0 l/kg spezifisch statisch dynamisch m³ m³/(t/d) m³ m³ gesamt , Stoff , Stoff genutzt 99 7,92 Wasser 75 6, Ausschuss 0 0, dyn.wasser-/dyn.stoffvol. 0,47 Systemverweilzeit 33 h Sollwert 0,37 überschüssiges Puffervolumen 14 Bauvolumen stat/dyn (s/d) Vol.strom mittl. Füllstand Verweilzeit m³/h Stoffaufbereitung Ausschußpulper 7 m³ d 2,28 50% 1,54 h Bütte 2 (Ablerbütte Ausschuß) 14 m³ d 2,34 70% 4,19 h Zellstoffpulper 20 m³ d 6,97 50% 1,43 h Bütte 3 (Ableerbütte Zellstoff)) 40 m³ d 7,15 80% 4,48 h Zellstoffbütte 1 28 m³ d 7,58 50% 1,85 h Holländer 14 m³ d 10,25 60% 0,82 h PMA Arbeitsbütte 1 14 m³ d 11,3 60% 0,74 h Arbeitsbütte 2 14 m³ s 11,3 90% 1,12 h Stoffauflauf 1 m³ s % 0,01 h Ausschuss PMA Wasser Stoffaufbereitung PMA SW1* 1 m³ s SW2* 1 m³ s Rückwasser Siebwasser2-Behälter PMN 3 m³ s Krofta 6 m³ s Rückwasserbehälter 24 m³ d Puffer NEU 40 m³ d *Annahme 70 - Anhang DBU Abschlussbericht

81 Tab. A 2: Angewandte Analysenmethoden Parameter Einheit Methode AOX [µg/l] EN 1485 CSB [mg/l] DIN ISO DOC [mg/l] EN 1484 Färbung α [m 1 ] DIN EN ISO 7887, Dr. Lange CADAS 200 Spektralphotometer (AFS) Feststoffgehalt [mg/l] DIN T. 2 (DEV H2) Gesamtkeimzahl [KBE/ml] DIN EN ISO 6222 (DEV K5) L*a*b* L* a* b* Dr. Lange LICO 200 Flüssigkeitsfarbmessgerät CIE LAB-System Leitfähigkeit [ms/cm] WTW LF 197-S Oberflächenspannung [mn/m] DIN PCD + Verbrauch Polydadmac n [meq/l] [ml] PTS Methode 001/93, Mütek Partikelladungsdetektor PCD 03 ph-wert DIN T.5 (DEV C5), WTW ph 197-S Redox-Potenzial [mv] DIN T.6 Trübung [FAU] DIN EN ISO 7027, Dr Lange LASA 100 Volumenströme [m³/h] Digisonic E, Ultraflux (Laufzeitgerät) PT 768, Panametrics (Laufzeitgerät) Hydra SX 30, Polysonics (Dopplergerät) DBU Abschlussbericht Anhang - 71

82 Tab. A 3: Bezeichnung der Probenahmestellen Nr. Bezeichung Anlagenteil 1 Ausschusspulper STA 2 Ausschussbütte 2 STA 3 Zellstoffpulper STA 4 Zellstoffbütte 3 STA Refineranlage neu STA 6 Zellstoffbütte 1 STA Holländer 1-3 STA 8 Arbeitsbütte 1 (bei Betrieb PMA) STA 9 Arbeitsbütte 2 STA 10 Auslauf Nachmahlrefiner - Einlauf Arbeitsbütte PMN PMN 11 Stoffüberlaufkasten PMN 12 Stoffauflauf PMN 13 SW I Rinne I PMN 14 Auslauf Gautschbrucheindicker - Einlauf Arbeitsbütte PMN 15 Auslauf Gautschbrucheindicker - Einlauf SW I Rinne I PMN 16 SW II PMA/PMN 17 Rinne zur PMA PMA 18 Stoffauflauf PMA 19 SW I PMA 20 SW II PMA PMA 21 Auslauf SW II PMA mit Rejekten aus Petax PMA/KWR 22 Einlauf Krofta KWR 23 Einlauf Rückwasserbehälter, Klarwasser I KWR 24 Rückwasserbehälter, Klarwasser I KWR 25 Rückwasserbehälter, Klarwasser II KWR 26 Auslauf Klarwasser I zu Spritzrohren (PMN, PMA), Filzen u. Dichtwässer KWR 27 Einlauf Grube (Flotat aus Krofta) KWR 28 Auslauf Grube - Einlauf Eindicker PMN KWR 29 Einlauf Vetter-Presse KWR 30 Vetter-Presse KWR 31 Filtrat Vetter-Presse KWR 32 Filtrat Eindicker PMN KWR 33 Filtrat Eindicker PMN + Filtrat Vetter-Presse KWR 34 Einlauf Petax KWR 35 Auslauf Petax KWR 36 2 m³ Bütte Auslauf Petax KWR 37 Spuckstoff aus Petax KWR 38 Vakuumabsaugung aus Petax KWR 39 Spuckstoff + Vakuumabsaugung aus Petax KWR 40 Einlauf Ozon KWR 41 Auslauf Ozon KWR 42 Einlauf 40 m³ Bütte aus Ozon/Petax KWR 43 Überlauf 40 m³ Bütte KWR 44 Einlauf Abwasserbecken KWR 45 Abwasser zum Abwasserzweckverband (24-h-Probe bzw. Stichprobe) KWR 72 - Anhang DBU Abschlussbericht

83 Tab. A 4: durchgeführte Laborozonversuche O 3 -Versuch Sorte Nr. Zweck 1 - AOX 2 Gelb I/200 Ladung Rot I Entfärbung Blau I Entfärbung 7 Weiß I/300 opt. Aufheller 8 Grün I/100 9 Spezial I Blattbildung, Festigkeit 10 Weiß I/300 Blattbildung, Festigkeit Orange I/300 GKZ-Wiederverkeimung 13 Blau I/200 Blattbildung, Weiß II Farbaufziehvermögen 14 Farbmittel schwarz Entfärbung, Gelb- Problem 15 Farbmittel rot Entfärbung 16 Farbwaschwasser Entfärbung, AOX 17 Naturfarben gelb Entfärbung 18 Naturfarben rot Entfärbung 19 Naturfarben grün Entfärbung Tab. A 5: Ergebnisse der Laborozonversuche - CSB O 3 -Versuch O 3 SOLL CSB 0 CSB oz CSB eli O 3 -Abs. SOE SOV Nr. g/m³ mg/l mg/l % g/m 3 g O 3 /g CSB 0 g O 3 /g CSB eli ,8% 108 0,51 3, ,8% 95 0,33 11, ,0% 104 0,21 4, ,3% 392 0,79 5, ,3% 66 0,10 1, ,8% 104 0,16 2, ,1% 79 0,61 4, ,3% 106 0,69 2, ,0% 97 0,12 6, ,6% 49 0,09 1, ,8% 36 0,24-5, ,5% 101 0,69 9, ,1% 58 0,19 8,95 14 batch 60 min batch 40 min ,0% 255 0,18-16 batch 45 min ,0% 613 0,07-0,66 17 batch 40 min ,3% 168 0,36 3,90 18 batch 45 min ,4% 201 0,95 3,47 19 batch 45 min ,7% 147 1,56 7,92 DBU Abschlussbericht Anhang - 73

84 Tab. A 6: Ergebnisse der Laborozonversuche - Färbung O 3 -Versuch Nr. Vorbehandlung zur α 436,0 α 436,oz α 525,0 α 525,oz α 620,0 α 620,oz Abs. Max Färb.mess. m -1 m -1 m -1 m -1 m -1 m -1 α [nm] 0 [m -1 ] oz [m -1 ] 3 53,47 18,79 5,63 2,49 0,45 0, ,19 38,93 mf 4 3,48 0,63 0,03 9,36 mf 5 1,38 0,46 2,19 0,24 1,97 0, ,62 0,50 mf 6 0,24 0,06-0,01 0,03 mf 7 1,53 0,31 1,07 0,25 0,84 0, ,36 12,36 ungef. 8 8,17 5,22 7,62 4,82 6,76 4,40 ungef. 9 2,95 0,58 1,12 0,04-0,11-0, ,42 27,36 mf 11 20,33 9,52 19,09 5,86 3,48 3, ,85 11,12 ungef. (homog.) 12 5,02 3,30 2,62 5,63 ungef. (homog.) 13 0,99 0,36 4,43 0,33 5,08-0, ,59 59,98 mf 14 55,52 0,87 7,67 0,06 1,33-0, ,17 4,18 mf 15 8,50 3,19 10,15 2,53 10,08 2, ,98 2,57 ungef ,07 3,42 9,43 1,73 3,83 1,17 mf ,94 0,24 1,98 0,11 0,21 0, ,70 0,30 mf 18 6,08 0,47 8,23 0,18 0,64 0, ,82 0,22 mf 19 3,87 0,07 1,94 0,07 2,27 0, ,34 0,17 mf 74 - Anhang DBU Abschlussbericht

85 Tab. A 7: Ergebnisse der Laborozonversuche - Festigkeitseigenschaften I O 3 -Versuch Nr. 9, Probe orig. Blattnr. Parameter alle Blätter MW s V Flächengewicht [g/m³] MW für Messung Bruchkraft [N] 120,6 103,2 104,9 104,5 105,6 119,2 105,9 104,0 119,3 98,8 100,1 97,0 104,6 119,2 118,2 104,0 118,6 93,0 96,2 102,0 116,2 118,4 119,2 101,6 119,5 98,3 100,4 101,2 108,8 118,9 114,4 103,2 108,1 8,6 8% Bruchdehnung [%] 3,29 2,76 3,15 3,06 2,49 2,77 2,95 2,75 3,25 2,67 2,41 2,43 2,50 2,98 3,37 2,46 2,94 2,31 2,28 2,36 2,55 2,88 3,10 2,72 3,16 2,58 2,61 2,62 2,51 2,88 3,14 2,64 2,77 0,26 9% Reisslänge [m] % O 3 -Versuch Nr. 9, Probe oz. Blattnr. Parameter alle Blätter MW s V Flächengewicht [g/m³] MW für Messung Bruchkraft [N] 117,3 118,2 106,5 104,5 117,5 118,6 118,9 119,2 118,4 106,7 99,2 104,5 116,4 119,2 106,0 118,2 118,2 119,2 105,5 118,4 116,0 119,2 119,2 119,2 118,0 114,7 103,7 109,1 116,6 119,0 114,7 118,9 114,3 5,4 5% Bruchdehnung [%] 2,53 2,47 3,22 2,85 3,15 3,14 2,50 2,99 2,49 2,26 2,43 2,77 2,97 3,07 2,44 3,03 2,22 2,78 3,16 3,21 3,20 2,58 3,90 2,75 2,41 2,50 2,94 2,94 3,11 2,93 2,95 2,92 2,84 0,24 9% Reisslänge [m] % DBU Abschlussbericht Anhang - 75

86 Tab. A 8: Ergebnisse der Laborozonversuche - Festigkeitseigenschaften II (O 3 -Versuch Nr. 10) Original Blattnummer Parameter Einheit MW s V Flächengewicht g/m³ MW g/m³ Bruchkraft N 140,7 139,2 150,4 142,4 145,8 136,0 132,6 126,3 133,8 149,5 137,0 140,5 145,1 141,9 136,1 141,6 135,3 135,8 125,5 135,8 147,7 138,0 159,5 140,0 147,7 141,9 144,6 135,8 137,7 129,4 131,9 145,5 132,8 MW Original N 146,9 141,4 146,7 140,1 144,0 135,7 135,4 127,1 133,8 147,6 135,9 139,5 6,5 5% Bruchdehnung % 2,91 2,95 3,04 2,89 2,90 2,62 2,95 2,46 2,48 3,00 2,99 2,81 2,87 2,43 2,54 2,84 3,23 2,60 2,26 2,81 2,78 3,02 3,05 2,71 3,19 2,65 2,55 2,87 2,70 2,60 2,38 2,34 2,71 MW Original % 2,92 2,84 2,89 2,69 2,76 2,91 2,75 2,44 2,56 2,71 2,91 2,76 0,16 6% Reisslänge m MW Original m 3294,3 3172,0 3290,0 3112,0 3229,7 2994,0 3118,7 2927,3 3083,0 3399,7 3049, % Ozonisiert Blattnummer Parameter Einheit MW s V Flächengewicht g/m³ MW g/m³ Bruchkraft N 125,6 143,5 129,9 137,0 137,0 139,9 137,5 136,0 132,2 129,2 136,8 133,9 139,3 142,1 136,0 133,5 139,7 137,0 139,9 137,7 127,6 130,2 135,3 134,2 134,1 144,8 135,5 138,1 145,5 139,2 145,5 133,8 135,8 140,7 139,2 131,4 MW Ozonisiert N 133,0 143,5 133,8 136,2 140,7 138,7 141,0 135,8 131,9 133,4 137,1 133,2 136,5 3,7 3% Bruchdehnung % 1,66 2,58 2,76 2,75 2,71 2,96 2,49 2,70 2,71 2,22 3,05 3,30 2,57 3,08 2,87 2,87 2,67 2,42 3,00 3,24 2,30 2,41 2,88 3,59 2,85 3,04 2,44 3,35 3,22 2,76 3,16 2,63 2,59 3,07 2,70 2,80 MW Ozonisiert % 2,36 2,90 2,69 2,99 2,87 2,71 2,88 2,86 2,53 2,57 2,88 3,23 2,79 0,23 8% Reisslänge m MW Ozonisiert m % 76 - Anhang DBU Abschlussbericht

87 Analyse der Wasserkreislaufqualität Tab. A 9: PCD-Werte PCD PCD PCD PCD Proben- [meq/l] [meq/l] [meq/l] [meq/l] nummer PN 22 PN 24 PN 35 PN PN -0,10-0, PN -0,10-0, PN -0,03-0, PN -0,03-0, PN 0,20 0,16 0, PN -0,03-0,03-0, PN 0,00 0,00 0, PN -0,01-0,01-0, PN 0,00 0,00-0, PN 0,00 0,00 0, PN -0,01-0,01 0, PN 0,00 0,00 0, PN -0,01-0,01 0, PN -0,05-0,04-0, PN -0,15-0,14-0, PN 0,01 0,00 0, PN -0,01-0, PN -0,01-0, PN -0, PN -0,02-0,02-0, PN -0,10-0,09-0,10-0, PN 0,00-0,01-0,01-0, PN 0,00-0,01-0,01 0, PN -0,01 0,00 0,00 0, PN -0,01-0,01-0,01 0, PN -0,01-0,01-0,01-0, PN -0,04-0,03-0,03-0, PN 0,20 0,00-0,03-0, PN -0,01-0,01-0,01-0, PN -0,01-0, PN -0,01-0,01-0,01 PCD PCD PCD PCD PCD Proben- [meq/l] [meq/l] [meq/l] [meq/l] [meq/l] nummer PN 22 PN 28 PN 24 PN 35 PN PN -0,01-0,01-0,01-0, PN -0,02-0,02-0,01-0, PN -0,02-0,02-0,01 0, PN -0,01 0,00 0,00 0, PN -0,05-0,08-0,10-0, PN 0,00 0,00 0,00 0, PN -0,01-0,01-0,01 0, PN -0,03-0,03-0,03-0, PN -0,01-0,01-0,01-0, PN -0,02-0,02-0,02-0, PN -0,01-0,01-0,01-0, PN -0,01-0,01-0,01 0, PN -0,02-0,01-0,01-0, PN 0,00 0,00 0,00 0, PN -0,01-0,01 0,00 0, PN -0,01 0,00 0,00 0, PN -0,01-0,01-0,01-0, PN -0, PN 0,00 0,00-0, PN -0,01-0,01-0,01-0, PN 0,00 0,00 0,00 0, PN -0,01-0,01-0,01-0, PN 0,00 0,00 0,00 0, PN 0,00 0,00 0,00 0, PN 0,00 0,00 0,00 0, PN -0,08-0,08-0,09-0, PN -0,02-0,02-0,02-0, PN -0,01-0,01-0,01-0, PN -0,01-0,01-0,01-0, PN -0,01-0,01-0,01 0, PN -0,01-0,01-0,01-0,01 DBU Abschlussbericht Anhang - 77

88 Tab. A 10: CSB-Werte O 3 SOE CSB (f) [mg/l] CSB eli [%] Probennummer [g/m³] [g O 3 / g CSB PN 24 PN 35 PN 42 PN 39 Petax O 3 gesamt 0 ] 4.4-PN PN 80 0, PN 28 0, PN 45 0, PN 45 0, PN 25 0, PN 20 0, PN 65 0, PN 70 0, PN 40 0, PN 40 0, PN 20 0, PN 50 0, PN 50 0, PN 40 0, PN 45 0, PN 21 0, PN 30 0, PN 29 0, PN 20 0, PN 34 0, PN 63 0, PN 66 0, PN 25 0, PN 34 0, PN 40 0, PN 40 0, PN 75 0, PN 85 0, PN 93 0, PN 65 0, PN 34 0, Anhang DBU Abschlussbericht

89 Tab. A 11: Färbung Probennummer a 436nm [m -1 ] a 525nm [m -1 ] a 620nm [m -1 ] a max [m -1 ] PN 24 PN 35 PN 42 PN 24 PN 35 PN 42 PN 24 PN 35 PN 42 PN 24 PN 35 PN 42 l 4.4-PN 28,3 25,7 6,9 19,6 18,4 4,6-1,0-0,9 4,2 44,9 40,6 12, PN 72,5 70,1 63,9 12,0 12,3 11,7 1,3 1,6 2,1 98,6 95,5 90, PN 0,5 0,1 0,3 0,0 0,3 0,0 0,5 0, PN 4,8 4,6 1,4 3,1 3,3 0,7 1,2 0,9 0,3 7,4 6,8 3, PN 0,5 0,9 0,1 0,6 1,0 0,0 0,3 0,7 0, PN 0,1 0,1 0,9 0,1 0,1 0,8 0,7 0,6 0,7 0,7 0,6 0, PN 1,0 0,8 0,7 0, PN 6,8 6,6 0,4 7,8 8,1 0,1 0,7 0,7 0,0 8,5 8,7 0, PN 5,4 5,0 0,8 4,0 3,9 0,2 0,3 0,2 0,1 6,4 6,1 1, PN 23,1 20,2 2,7 3,0 2,9 0,7 0,0 0,1 0,1 40,2 35,6 9, PN 42,2 42,1 18,4 5,6 6,3 3,5 0,3 0,4 0,3 141,8 145,3 136, PN 2,3 2,3 2,7 1,6 1,7 1,5 1,5 1,7 1,1 39,2 38,1 35, PN 12,7 11,7 1,8 12,3 11,3 0,6 0,3 0,3 0,2 14,1 12,9 0, PN 4,5 4,2 2,7 5,2 4,7 1,6 2,7 2,4 1,2 6,0 5,4 1, PN 7,3 5,6 0,0 8,4 6,8-0,2 0,2-0,1-0,4 12,0 9,5 0, PN 7,9 7,5 0,7 7,6 7,4 0,2 0,1 0,1 0,0 14,3 13,5 2, PN 26,5 24,5 4,5 43,0 38,5 1,9 0,8 0,7 0,6 46,8 41,9 2, PN 26,5 24,5 3,7 43,0 38,5 1,4 0,8 0,7 0,3 46,8 41,9 1, PN 16,3 17,7 8,4 21,9 27,2 5,9 1,4 1,2 0,9 23,5 29,2 6, PN 1,4 1,8 1,3 2,3 2,6 1,7 0,6 1,0 0,8 2,4 2,7 1, PN 4,1 3,9 2,3 8,5 8,7 2,7 5,5 5,7 1,7 9,2 10,0 2, PN 3,4 2,9 1,8 1,4 1,0 0,8-0,4-0,4 0, PN 0,2 0,2 0, PN 0,2 0,2 0,1 0,4 0,4 0,1 0,3 0,4 0,1 0,4 0,4 0, PN 0,2 0,2 0,0 0,4 0,4 0,1 0,3 0,4 0,1 0,4 0,4 0, PN 0,2 0,2 0,1 0,4 0,4 0,0 0,3 0,4 0,0 0,4 0,4 0, PN 42,1 45,5 16, PN 42,1 45,5 9,2 54,4 63,0 8,9 1,8 2,1 1,0 60,9 70,3 11, PN 1,6 1,6 1, PN 1,2 1,1 0,5 0,5 0,4 0,2 9,5 9,5 7, PN 0,2 0,1-0,1 0,0 0,0-0,1-0,1-0,1-0,2 DBU Abschlussbericht Anhang - 79

90 a max [m -1 ] (378 nm) 4.8 (382 nm) 4.17 (502 nm) 4.19 (396 nm) 4.20 (318 nm) 4.22 (320 nm) 4.24 (498 nm) 4.25 (498 nm) 4.34 (378 nm) 4.36 (372 nm) 4.39 (504 nm) 4.41 (508 nm) 4.43 (506 nm) 4.44 (558 nm) 4.55 (502 nm) 0 PN 24 Petax PN 35 O 3 PN 42 Abb. A 1: Färbung des Kreislaufwassers vor und nach den Reinigungsstufen 80 - Anhang DBU Abschlussbericht

91 Tab. A 12: L* a* b* Probennummer PN 24 PN 35 PN 42 DL* Da* Db* DL* Da* Db* DL* Da* Db* 4.4-PN 122,7 19,5 27,2 124,6 17,8 23,8 109,6-0,7 0,9 4.8-PN 97,6-0,4 60,1 100,6-0,2 59,8 99,0-0,4 55,7 4.9-PN 179,9 4,2-53,7 128,1-1,1-13, PN -0,5 0,3-0,2-0,6 0,3-0,1-0,5-0,3-0, PN -2,1-0,5-2,6-1,7-0,2-2,0-1,3 0,1-0, PN -2,2 0,4-0, PN -4,3 6,4 3,8-4,5 6,9 3,6-0,2-0,1 0, PN -2,4 1,8 5,3-2,3 1,8 4,9-0,6-0,5 1, PN -2,6-5,8 23,1-3,7-4,5 21,1-2,6-0,3 3, PN -4,7-7,7 38,0-4,2-7,1 37,2-2,6-3,9 17, PN -1,8-0,3 0,4-2,1-0,4 0,2-1,0-0,3 1, PN -6,1 8,3 10,4-5,9 8,0 9,9-0,5-0,2 1, PN -5,2 3,1 0,2-5,1 3,0 0,3-1,7-0,3 1, PN -6,1 7,3 6,3-5,3 6,3 5,0-2,3 0,3 0, PN -5,0 6,1 6,5-4,5 5,9 6,0-1,5 0,3 0, PN -20,0 31,8 19,9-16,9 28,6 18,3-2,6-0,1 4, PN -20,0 31,8 19,9-16,9 28,6 18,3-2,1-0,2 4, PN -11,5 18,2 11,8-13,6 22,1 11,9-3,8 1,4 7, PN -1,9 0,0-0,1-2,1-0,4-0,2-2,3-1,2 0, PN -9,2 6,1-7,5-11,5 6,9-9,5-2,3-0,4 0, PN -3,5 0,2 5,2-3,4 0,2 4,8-2,8-0,3 2, PN -0,4 0,2-0,2-0,8 0,2-0,3-1,1 0,0 0, PN -0,4 0,2-0,2-0,8 0,2-0,3-0,9 0,0 0, PN -0,4 0,2-0,2-0,8 0,2-0,3-0,9 0,0 0, PN -0,4 0,2-0,2-0,8 0,2-0,3-0,7 0,1-0, PN -24,0 38,5 34,5-21,9 34,8 33,2-6,3 3,0 17, PN -24,0 38,4 34,5-21,9 34,8 33,2-3,6-0,3 9, PN -1,7 0,5 0,8-2,1-0,6 0,7-0,2-0,2 0, PN -10,9 17,6 14,5-29,9 19,4 12,3-19,9 2,7 4, PN -10,9 17,6 14,5-29,9 19,4 12,3-25,1 3,1 4, PN -10,9 17,6 14,5-29,9 19,4 12,3-23,3 2,1 4, PN -4,7 1,7 8,3-5,7 1,4 7,7-2,6-0,4 2, PN -0,1 0,1 0,3-1,0 0,0 0,4-0,4 0,0 0,2 DBU Abschlussbericht Anhang - 81

92 Tab. A 13: Gesamtkeimzahl Probennummer GKZ [KBE/ml] PN 35 PN 42 Reduzierung 4.34-PN 1 E+07 2 E+03 6 E PN 2 E+05 2 E+03 1 E PN 2 E+04 6 E+03 2 E PN 2 E+04 3 E+03 6 E PN 1 E+04 3 E+02 3 E PN 9 E PN 4 E+07 2 E+06 2 E PN 6 E+07 1 E+07 6 E PN 1 E+06 2 E+05 6 E PN 1 E+06 3 E+02 4 E PN 1 E+06 1 E+02 1 E PN 1 E+06 1 E+05 1 E PN 3 E+05 3 E+04 1 E PN 3 E+05 2 E+04 1 E PN 7 E+04 2 E+04 3 E PN 2 E+06 1 E+03 1 E PN 2 E+06 8 E+02 2 E PN 2 E+06 1 E+03 1 E Anhang DBU Abschlussbericht

93 Tab. A 14: ph-wert Probennummer PN 24 PN 35 ph PN 42 PN PN 7,8 7,8 7,4 4.8-PN 7,3 7,2 6,8 4.9-PN 5,5 5,6 5, PN 7,7 7,7 7, PN 8,0 7,7 7, PN 8,0 8,0 7, PN 7,9 7,9 7, PN 7,8 7,9 7, PN 7,8 7,8 7, PN 7,9 7,9 7, PN 7,9 7,9 7, PN 7,9 7,9 7, PN 7,7 7,7 7, PN 7,7 7,7 7, PN 7,4 7,5 7, PN - 7,5 7, PN 7,8 7,8 7, PN 7,6 7,6 7, PN 7,7 7,7 7, PN 7,4 7,4 7, PN 7,5 7,4 7, PN 7,6 7,8 7, PN 7,6 7,7 7, PN 7,7 7,6 7, PN 7,8 7,9 7, PN 8,0-8, PN 8,1 8,0 7,5 8, PN 8,0 8,0 7, PN 7,9 8,0 7,3 7, PN 7,5 7,6 7, PN 7,8 7,8 7,3 7, PN 7,8 7,8 7,3 7, PN 8,1 8,1 7, PN 7,8 7,8 7, PN 8,2 8,2 7, PN 7,9 8,1 7,6 8, PN 7,9 7,9 7,5 7, PN 7,9 8,0 7, PN 8,0 7, PN 7,7 7,6 7,6 7, PN 7,4 7,5 7,5 7, PN 7,6 7,6 7, PN 7,4 7,5 7,2 7, PN 7,4 7,5 7,0 7, PN 7,4 7,5 6,9 7,4 Probennummer PN 24 PN 35 ph PN 42 PN PN 7,4 7,5 7,4 7, PN 7,6 7,6 7, PN 7,6 7,7 7,4 7, PN 7,6 7,7 7,3 7, PN 7,3 7,0 7, PN 7,6 7,6 5,6 7, PN 7,2 7,1 7, PN 7,2-7, PN 7,1 7,0 7, PN 7,9 7,9 7,2 7, PN 7,9 7,9 7,4 7, PN 7,9 7,9 7,2 7, PN 7,7 7,6 7, PN 7,6 7,5 7, PN 7,9 7,9 7,3 7, PN 8,0 8,1 7,7 8, PN 7,5 7,5 7, PN - - 7, PN 7,8 7,8 7, PN 7,6 7,4 5, PN 7,9 7,9 7, PN 7,9 8,0 7, PN 7,8 7,9 7, PN 7,8 7,8 7, PN 7,8 7,8 7, PN 7,8 7,8 7, PN 7,9 7,9 7, PN 7,7 7,5 7, PN 7,7 7,7 7, PN 7,7 7,8 7, PN 7,1 7,0 6, PN 6, PN 7,6 7, PN 7,7 7,7 7, PN 7,6 7,6 7, PN 7,6 7,7 7, PN 7,5 7,5 7, PN 7,3 7,4 7, PN 7,2 7,5 7, PN 7,1 7,4 7, PN 7,0 7,2 7, PN 7,5 7,6 7, PN 7,5 7,6 7, PN 7,5 7,6 7, PN 7,6 7,7 7,3 DBU Abschlussbericht Anhang - 83

94 Tab. A 15: Redoxpotenzial Probennummer Redox [mv] PN 24 PN 35 PN PN PN PN PN PN PN PN PN PN PN PN PN PN PN PN PN PN PN PN PN PN PN PN PN PN Anhang DBU Abschlussbericht

95 Tab. A 16: Leitfähigkeit Probennummer PN 24 PN 35 Lf [µs/cm] PN 42 PN PN PN PN PN PN PN PN PN PN PN PN PN PN PN PN PN PN PN PN PN PN PN PN PN PN PN PN PN PN PN PN PN PN PN PN PN PN PN PN PN PN PN PN PN PN Probennummer PN 24 PN 35 Lf [µs/cm] PN 42 PN PN PN PN PN PN PN PN PN PN PN PN PN PN PN PN PN PN PN PN PN PN PN PN PN PN PN PN PN PN PN PN PN PN PN PN PN PN PN PN PN PN PN PN PN PN DBU Abschlussbericht Anhang - 85

96 Tab. A 17: Trübung Tab. A 18: Oberflächenspannung Probennummer Trübung [FAU] PN 24 PN 35 PN 42 PN PN 87,7 29,4 31, PN 70,4 12, PN 31,1 28,3 29, PN ,2 18, PN 59,6 50,2 36, PN 64,1 51,9 29, PN 41,6 31,9 46,6 55, PN 53,4 11,5 18,7 91, PN 53,4 11,5 13,7 91, PN 53,4 11,5 17,5 91, PN 53,4 11, , PN 28,7 34,4 26, PN 28,7 34,4 25, PN ,6 45, PN PN PN PN PN ,3 21,3 291 Probennummer OFS [mn/m] PN 35 PN PN 66,4 69, PN 62,3 67, PN 61,0 68, PN 66, PN 55,7 52, PN 57,2 63, PN 51,7 58, PN 54,7 53, PN 40,4 46, PN 63,6 66, PN 63,6 70, PN 63,6 70, PN 63,6 67, PN 63,5 68, PN 63,5 69, PN 68,0 69, PN 52,2 55, PN 52,2 59, PN 52,2 58, PN 42,3 52, PN 51,9 66, Anhang DBU Abschlussbericht

97 Abl. Petax Abl. Ozon Ozon-Dosis 9, ,0 8,5 80 ph-wert 8,0 7,5 7,0 6,5 6, O 3 -Dosis [g/m 3 ] 5,5 20 5,0 4, PN 4.20-PN 4.40-PN 4.60-PN 4.80-PN PN Abb. A 2: ph-wert vor und nach Ozonbehandlung Abl. Petax Abl. Ozon Ozon-Dosis Redoxpotenzial [mv] O 3 -Dosis [g/m 3 ] PN 4.10-PN 4.20-PN 4.30-PN 4.40-PN 4.50-PN 4.60-PN 4.70-PN 4.80-PN Abb. A 3: Redoxpotenzial vor und nach Ozonbehandlung DBU Abschlussbericht Anhang - 87

98 Abl. Petax Abl. Ozon Ozon-Dosis Leitfähigkeit [µs/cm] O 3 -Dosis [g/m 3 ] PN 4.18-PN 4.28-PN 4.38-PN 4.48-PN 4.58-PN 4.68-PN 4.78-PN 4.88-PN 4.98-PN Abb. A 4: Leitfähigkeit vor und nach Ozonbenhandlung Abl. Petax Abl. Ozon Zul. Petax Ozon-Dosis Trübung [FAU] O 3 -Dosis [g/m 3 ] PN 4.35-PN 4.40-PN 4.45-PN 4.50-PN 4.55-PN 4.60-PN 4.65-PN 4.70-PN Abb. A 5: Trübung vor und nach Filtration und Ozonbehandlung 88 - Anhang DBU Abschlussbericht

99 Abl. Petax Abl. Ozon Ozon-Dosis OFS [mn/m] O 3 -Dosis [g/m 3 ] PN 4.35-PN 4.40-PN 4.45-PN 4.50-PN 4.55-PN 4.60-PN 4.65-PN 4.70-PN Abb. A 6: Oberflächenspannung vor und nach Ozonbehandlung DBU Abschlussbericht Anhang - 89

100 Messbericht 07/10/ der Papiermacher-BG zu den Arbeitsplatzmessungen 90 - Anhang DBU Abschlussbericht

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