Verfahren der industriellen Abwasserbehandlung

Industrielles Abwasser enthält die unterschiedlichsten Verschmutzungen. Diese können beispielsweise Schwermetalle aus einem metallverarbeitenden Betrieb sein, Fette und Öle aus einer Teilereinigung oder Arzneimittelrückstände aus der Pharmaindustrie – das Abwasser ist so verschiedenen wie die Prozesse selbst. Am Markt gibt es viele, unterschiedliche Verfahren zur industriellen Abwasserbehandlung - alle mit spezifischen Stärken und Schwächen. Hier ein Überblick über die gängigsten Methoden am Markt.

Arten der industriellen Abwasserbehandlung

Ganz allgemein wird die industrielle Abwasserbehandlung in zwei unterschiedliche Arten eingeteilt. Bei dem einen Verfahren werden problematische Stoffe aus dem Wasser entfernt, z.B. mittels Filter/Membrane oder durch Verdampfung des Industrieabwassers. Im anderen Verfahren werden gezielt Substanzen hinzugefügt, um die Qualität zu verbessern. Das passiert zum Beispiel bei der chemischen Reinigung, die Säure oder Lauge zur pH-Wert-Regulierung oder Salze zur Leitwertverbesserung einsetzt.

Methoden der industriellen Abwasserbehandlung

In der Abwasserbehandlung gibt es 4 unterschiedliche Methoden:

• Zu den physikalischen Verfahren zählt die Abwasserreinigung mittels Verdampfung, z. B. bei der Vakuumdestillation.
  
  
• Biologische Verfahren kommen in der Industrie nur selten zum Einsatz – meistens in Kombination mit anderen Verfahren. Diese Aufbereitungsart ist hauptsächlich bei der Aufbereitung von städtischem Abwasser in Kläranlagen zuhause – hier sorgen Bakterien für die Reinigung des Abwassers.
  
  
• Chemische Verfahren funktionieren durch den Einsatz von Chemikalien zur Verbesserung des Abwassers. Dazu zählt z.B. die Durchlaufneutralisation oder die Flockung und Fällung mit Schlammabtrennung.
  
  
• Beim Membranverfahren kommen Filter zum Einsatz, die die Verschmutzungen zurückhalten. Hier gibt es z.B. Bandfilter für grobe Verschmutzungen oder auch die Ultrafiltration für kleinste Schmutzpartikel.

Die am häufigsten angewandten Abwasserbehandlungs-Verfahren in der Industrie sind chemisch-physikalische Spaltanlagen, Membrananlagen und Vakuumdestillationssysteme.

Für welche Abwasserart kommt welches Abwasserbehandlungs-Verfahren in Frage?

In einigen Fällen gibt es für das aufzubereitende Prozesswasser nur eine optimale Methode, die sich über die anfallende Menge und den Grad der Verunreinigung des Wassers bestimmen lässt. Sollte die Schmutzfracht fast ausschließlich anorganischer Art sein, lassen sich Membranfiltrationsverfahren ausschließen, weil sie zu aufwändig sind. Die Vakuumdestillation ist dann nicht geeignet, wenn das Prozesswasser Latex, Lack, Farbe oder Eiweiß enthält. Die folgende Abbildung zeigt, dass es einen großen Bereich gibt, in dem alle aufgeführten Verfahren anwendbar sind. In diesem Bereich gilt es die Verfahren sorgfältig gegeneinander abzuwägen.

Im Bereich "relativ geringer Schmutzfracht bis ca. 7 Prozent und Abwassermengen bis 30.000 Kubikmeter/Jahr" überschneiden sich die drei Abwasserbehandlungs-Verfahren. Hier gilt es die Technologien nach den wichtigsten Kriterien abzuwägen, um das für sich optimale Abwasserbehandlungs-System zu finden.0

Warum ist eine Abwasserbehandlung im eigenen Unternehmen wichtig?

Warum sollten Sie Ihr Abwasser im eigenen Unternehmen aufbereiten und es nicht schlicht und einfach entsorgen oder es über die öffentlichen Kläranlagen reinigen lassen?

Wasser aufzubereiten ist ein aufwändiger und teurer Prozess. Im Sinne der Umwelt ist es wichtig, ein so geringes Abwasservolumen in die Klärung zu geben wie nur möglich. Zudem bestimmen gesetzlich vorgegebene Grenzwerte und die Abwasserverordnung, ob das Abwasser in öffentliche Netze eingeleitet werden darf. Durch eine Vakuumdestillationsanlage wie die VACUDEST, werden nicht nur die Grenzwerte für die Einleitung eingehalten, sondern auch das anfallende Entsorgungsvolumen Ihres Abwassers drastisch reduziert, was damit auch einen Großteil der mit der Entsorgung verbundenen Kosten einspart.

Um zu verstehen, warum nicht nur aus Kosten- sondern auch aus Umweltperspektive ein niedriges Volumen angestrebt werden sollte, ist es wichtig, darüber informiert zu sein, was mit dem Abwasser passiert, nachdem es Ihr Unternehmen verlassen hat.

Beschreibung der drei Stufen der Abwasserbehandlung

Abwasserbehandlung wird generell in drei Stufen vollzogen. Dabei fokussiert sich der Vorgang darauf, zuerst grobe Stoffe aus dem Wasser zu filtern und dann immer feinere Methoden zu verwenden, damit das Wasser in jeder Stufe an Reinheit gewinnt. Die Stufen werden daher primär, sekundär und tertiär genannt. In einigen Fällen wird auch nach der dritten Stufe noch eine weitere nötig, die hier jedoch nicht beschrieben wird. In jeder Stufe werden unterschiedliche Schmutzstoffe aus dem Wasser entfernt.

Erste Stufe

In der ersten Stufe wird das Wasser still in einem Becken gehalten. Dies führt dazu, dass sich Feststoffe durch die Schwerkraft am Boden des Beckens absetzen, während Feststoffe, die leichter als Wasser sind, sich auf der Oberfläche sammeln. Nach einer gewissen Zeitspanne setzen sich diese Stoffe ab.

Mechanische Vorrichtungen sorgen dafür, dass das immer noch verschmutze Wasser zwischen den Feststoffen aus dem Becken in ein weiteres Becken zur zweiten Säuberungsstufe abgeleitet werden kann. Oft werden Feststoffe auch entnommen, damit diesen weiteres Wasser entzogen werden kann.

Zweite Stufe

In der zweiten Stufe werden biologische Inhaltsstoffe im Wasser durch aerobe Prozesse abgebaut. Diese Prozesse sind chemisch betrachtet Oxidationen, die auf Sauerstoff angewiesen sind. Durch die Oxidation wird der biologische Anteil im Wasser massiv reduziert. Die zweite Stufe der Abwasserbehandlung ermöglicht, dass das behandelte Wasser zurück in die Natur gelangen darf, da durch diese eventuell vorhandene biologische Schmutzstoffe nicht mehr in schädlichem Maße im Wasser verbleiben.

Je nachdem, mit welchen Schmutzstoffen das Wasser belastet ist, werden verschiedene Techniken angewendet:

• Biofilter

  Um sicherzustellen, dass alle Feststoffe aus dem Wasser entfernt werden, werden verschiedene Techniken wie Rieselbettreaktoren, Kiesfilter oder Kontaktfilter eingesetzt. Kontaktfilter nutzen Fällungschemikalien wie Aluminium- oder Eisensulfat zur Entfernung von Phosphaten aus dem Wasser. Bei der Reinigung durch einen Rieselbettreaktor wird das Wasser über ein Festmaterial wie Lavaschlacke gesprüht. Die auf der Lavaschlacke lebenden Bakterien bauen biologisch abbaubare Inhaltsstoffe im Wasser ab.
  
  
• Zuführung von Luft
  
  Ein Belüftungsprozess kann die Dauer eines ganzen Tages überschreiten, ist also ein sehr langer Prozess. Durch eine Belüftung wird die Sauerstoffsättigung im Wasser erhöht. Dies sorgt dafür, dass Kohlendioxid, Methan oder auch Schwefelwasserstoff aus dem Wasser entfernt werden. Aerobe Bakterien verbrauchen ebenfalls Sauerstoff beim Abbau organischer Stoffe.
  
  
• Erweiterte Oxidation
  
  Mit Hilfe von Ozon oder Wasserstoffperoxid (manchmal auch durch Kombination dieser Verfahren mit zusätzlicher Bestrahlung durch UV-Licht), werden biologisch schwer abbaubare Stoffe wie zum Beispiel Pestizide, Arzneimittel oder Biozide aus dem Wasser entfernt. Die Schadstoffe werden dabei in stabile nicht organische Stoffe wie Wasser, Kohlenstoffdioxid oder Salz gewandelt.

Dritte Stufe

In dieser dritten Stufe der Abwasseraufbereitung wird sichergestellt, dass die Qualität des Wassers hoch genug ist, um wieder in Industrie und Haushaltsanwendung zurückgeführt werden zu können. Die Dritte Stufe der Abwasserbehandlung umfasst normalerweise einen oder mehrere der folgenden Schritte:

• Filtration
  
  Hier wird die Wasserqualität dadurch verbessert, dass das Wasser durch ein Bett aus Sand oder Aktivkohle geleitet wird. Partikel im Wasser bleiben dabei am Filtermedium haften.
  
  
• Lagunenbildung
  
  Das Wasser wird in künstlich angelegten Teichen gelagert. Dabei wird das Wasser von natürlich vorkommenden Pflanzen und wirbellosen Tieren verbessert und gereinigt indem diese zum Beispiel Feinstaub aufnehmen.
  
  
• Nährstoffabbau
  
  Phosphor und Stickstoff im Wasser sind Nährstoffe, die zu übermäßigem Algenwachstum führen, das ein Ökosystem ins Ungleichgewicht bringen kann. In diesem Prozess müssen die Nährstoffe durch Bakterien in Stoffe verwandelt werden, die sich danach entfernen lassen.
  
  
• Desinfektion
  
  In der Desinfektion wird eine gewisse Menge Chlor zum Wasser hinzugefügt, um Mikroorganismen und Krankheitserreger abzutöten. Das Hinzufügen von Chlor ist eine beliebte Form der Desinfektion aufgrund der Einfachheit des Prozesses. Chlor ist allerdings eine giftige Chemikalie, die auch Betriebsmittelkosten verursacht. Deshalb kommt zur Desinfektion auch UV-Strahlung zum Einsatz, die Wasser von Viren und Bakterien entkeimt. Diese Variante ist umweltverträglich, verursacht aber höhere Energiekosten.

Die wichtigsten Kriterien in der industriellen Abwasserbehandlung im eigenen Unternehmen

Für einen ganzheitlich betrachteten Vergleich der Abwasseraufbereitung im eigenen Unternehmen gilt es zunächst die Kriterien festzulegen.

• Qualität: Das wichtigste Kriterium ist die Qualität des aufbereiteten Wassers. Die Qualitätsanforderungen sind die Basis für die Betrachtung aller folgenden Kriterien.
  
  
• Kosten: Ausschlaggebend für eine wirtschaftlich gute Entscheidung sind natürlich die Kosten. Neben den Investitionskosten gilt es auch die Betriebskosten zu betrachten. Was nützt ein niedriger Preis, wenn hohe Betriebskosten diesen Vorteil schnell wieder auffressen.
  
  
• Flexibilität: Die Flexibilität des Verfahrens ist von großer Wichtigkeit. Wie reagiert das Aufbereitungssystem wenn der Verschmutzungsgrad des aufzubereitenden Wassers schwankt, oder sich sogar die Zusammensetzung innerhalb kurzer Zeit komplett ändert?
  
  
• Zuverlässigkeit: Wie aufwändig ist die Bedienung der Anlage? Inwieweit kann sich der Bediener bei Störungen selbst helfen?
  
  
• Nachhaltigkeit: Viele Betriebe achten heute darauf nachhaltig zu wirtschaften und Ressourcen zu schonen. Selbstauferlegte, strenge Umweltstandards gehen oft über die behördlich geforderten Grenzwerte hinaus. Dazu gehört natürlich auch der schonende Umgang mit wertvollen Frischwasserressourcen.

Filtrationsverfahren und chemisch-physikalische Verfahren in der industriellen Abwasserbehandlung

Bei Aufbereitungskonzepten wie Membranverfahren oder chemisch physikalischen Verfahren ist es wirtschaftlicher, das Abwasser gerade so weit aufzubereiten, dass es einleitfähig ist. Dadurch gelangen Restverschmutzungen in öffentliche Netze. In der Produktion wird dann aufbereitetes Stadtwasser verwendet, weil hier die Prozesskosten niedriger sind als die weitergehende Aufbereitung des bereits geklärten Abwassers. In den beiden Punkten Qualität und Nachhaltigkeit schneiden diese zwei Systeme nicht so gut ab.

Die Anschaffung einer chemisch-physikalischen Anlage ist vergleichsweise günstig. Allerdings fallen hohe Kosten für Verbrauchsmaterialien an. Gleichzeitig ist die Bedienung mit der Hantierung unterschiedlichster Chemikalien, insbesondere bei einer breiten Palette von Inhaltsstoffen im Schmutzwasser, personalaufwändig und schwierig. Bei sich ändernder Prozesswasserzusammensetzung weist diese Technologie Schwächen auf. Gegebenenfalls müsste der ganze Prozess an die veränderten Rahmenbedingungen angepasst werden. In Bezug auf die sichere Abtrennung von Schwermetallen zeigt diese Technologie gewisse Risiken auf. Es können zum Beispiel komplexierte Schwermetallverbindung schwer abgetrennt werden.

Membrananlagen haben moderate Verbrauchswerte, jedoch sind die Mengen des zu entsorgenden Rückstands und damit die verbleibenden Entsorgungskosten hoch. Der Reinigungsprozess für Membrananlagen muss manuell gestartet werden und die Ergebnisse überwacht werden. Änderungen im Prozess können eine Verblockung der Membran bewirken, so dass ein Tausch der Membranmodule notwendig sein kann. Ähnlich wie bei chemisch-physikalischen Verfahren können hier ebenfalls komplexierte Schwermetalle nicht zuverlässig abgetrennt werden und zur Überschreitung von Grenzwerten führen.

Der Betriebskostenvergleich der 3 Verfahren verdeutlicht, dass die Vakuumdestillationstechnologie den höheren Investitionspreis bereits nach rund 2 Jahren durch geringere Betriebskosten amortisiert.

Vakuum-Destillationsverfahren in der industriellen Abwasserbehandlung

Wenn der Betrieb abwasserfrei werden soll, oder wenn die Produktionsprozesse sehr reines Spülwasser benötigt, bietet sich die Vakuumdestillation an. Die Qualität des Destillats ist so hoch, dass keine bzw. wenige Nachbehandlungsschritte notwendig sind. Die entstehenden Destillate sind nahezu öl- und schwermetallfrei. Nur wenn extrem hohe Qualitätsanforderungen an das Prozesswasser gestellt werden, ist die Nachbehandlung in Ionenaustauschern notwendig. Ansonsten kann man das Wasser in der eigenen Produktion wiederverwenden: das spart Frischwasser und es gelangen keine Restverschmutzungen in die Umwelt.

Betrachtet man die Investitions- und Betriebskosten von Vakuumdestillationsanlagen im Bereich 100 – 30.000 m³/Jahr bei Schmutzfrachten kleiner 8 Prozent, zeigen sich auch die wirtschaftlichen Vorteile der Vakuumdestillationstechnologie. Zwar sind die Investitionskosten höher als bei anderen Verfahren, dafür sind aber die Betriebskosten unschlagbar günstig, weil das System 100 % automatisch arbeitet.

Auch in Bezug auf Flexibilität und Sicherheit setzt die Vakuumdestillation Maßstäbe. Moderne Systeme passen sich automatisch schwankenden Prozesswasserqualitäten an. Geringe Anpassungen erlauben es, morgen galvanische Prozesswässer in einem System aufzubereiten, die eigentlich für die Behandlung von verbrauchten Kühlschmierstoffemulsionen konzipiert war.

Weitere Informationen zur Vakuumdestillation finden Sie hier.