Wasserverbrauch in der Industrie reduzieren

Wasser ist kostbar. Alle Lebewesen brauchen es, um ihren Durst zu stillen. Der Mensch hat allerdings schnell festgestellt, dass sich die scheinbar grenzenlos verfügbare Ressource auch für viele andere Zwecke nutzen lässt. Nach und nach wuchs der Wasserverbrauch in der Industrie rasant an. Gleichzeitig führt der Klimawandel dazu, dass die Wasservorräte in vielen Regionen knapp werden. Lesen Sie hier, warum Betriebe ihren Verbrauch des kostbaren Nasses reduzieren müssen und wie sich das bewerkstelligen lässt.

Warum der Klimawandel eine Wasserverknappung herbeiführt

Dass sich das Wasser in der Natur immer wieder regeneriert, liegt an der Fähigkeit der Luft, Wasserdampf festzuhalten. Die Menge des Dampfes hängt von der Lufttemperatur ab. Je wärmer diese ist, umso mehr Feuchtigkeit kann sie über offenen Gewässern und nassen Oberflächen aufnehmen. Feuchte Luft ist leichter als trockene. Sie steigt in höhere Schichten der Atmosphäre auf, wird vom Wind fortgeweht und gelangt an Stellen, die so kalt sind, dass die Luft das Wasser wieder loslassen muss. Dann fällt es als Niederschlag in Form von Regen oder Schnee auf die Erde zurück. Die fortschreitende Erderwärmung führt dazu, dass der Wassergehalt in der Atmosphäre zunimmt. Verschärfend kommt hinzu, dass Wasserdampf zu den Treibhausgasen gehört und die Erderwärmung vorantreibt. Die Erde trocknet immer mehr aus. Die Industrie muss sich darauf einstellen, den Wasserverbrauch zu reduzieren.

Wasserverbrauch in der Industrie

Der Wasserverbrauch lässt sich am wirkungsvollsten dort verringern, wo große Mengen dieser Ressource eingesetzt werden. Das ist der Fall bei der Nutzung des Wassers als Lösungsmittel für Tenside, Salze, Säuren und Laugen sowie als Transportmittel für Stoffe, mechanische Energie und Wärme. Der Einsatz als Lösungsmittel erfolgt in großem Umfang in der metallverarbeitenden Industrie. Dort ist Wasser Bestandteil von Kühlschmierstoffen, die die spanende Bearbeitung von Werkstücken ermöglichen. Die Oberflächentechnik nutzt wässrige Lösungen für das Reinigen, Beizen und Beschichten der Teile. In der Chemieindustrie wird der größte Anteil des Wassers für die Kühlung oder das Aufheizen der Reaktionsgemische benötigt.

Möglichkeiten, den Wasserverbrauch zu reduzieren

Um den Wasserverbrauch in der Industrie zu reduzieren, kommen je nach Anwendungsgebiet vor allem drei Praktiken zum Einsatz:

• geschlossene Wasserkreisläufe
• Verlängerung von Standzeiten
• Rückgewinnung aus Abwasser

Geschlossene Wasserkreisläufe

Geschlossene Kreisläufe sind das Mittel der Wahl, wenn die Verwendung des Wassers als Energieträger erfolgt. Das erforderliche Temperaturniveau entscheidet darüber, welcher Aggregatzustand benötigt wird. Für die Kühlung oder die Erwärmung im Bereich von 0 °C bis 100 °C kommt flüssiges Wasser zum Einsatz. Warmwasser lässt sich sehr gut in Heizkreisläufen einsetzen. Für Kühlwasser ist es wirtschaftlicher, die dem Prozess entzogene Wärme über die Verdunstung in Kühltürmen an die Umgebung abzugeben. In diesen offenen Kreisläufen muss das verdunstete Wasser ergänzt werden. Da sich durch die Verdunstung der Salzgehalt des Wassers immer weiter erhöhen würde, ist es außerdem erforderlich, eine bestimmte Wassermenge auszuschleusen und durch Frischwasser zu ersetzen. Der Wasserverbrauch verringert sich, wenn das Absalzwasser aufbereitet oder als Brauchwasser genutzt wird.

Temperaturen über 100 °C erreicht man durch den Einsatz von Wasserdampf. Während der Dampf die Wärme an den Prozess abgibt, kondensiert er üblicher Weise. Das Kondensat lässt sich zurückführen und als Kesselspeisewasser wiederverwenden.

Verlängerung von Standzeiten

Wassergemischte Kühlschmierstoffe und Bäder der Oberflächentechnik verlieren im Verlauf der Nutzung nach und nach ihre Wirksamkeit. Deshalb werden sie in bestimmten Zeitabständen entsorgt und durch einen Neuansatz ersetzt. Der Wasserverbrauch lässt sich deutlich reduzieren, wenn die Standzeiten durch Pflegemaßnahmen verlängert werden. Wassergemischte Kühlschmierstoffe lassen sich durch regelmäßiges Abscheiden eingetragener Fremdöle und Herausfiltern von feinen Spänen und Staub pflegten. Das gilt auch für Reinigungsbäder, bei denen anschließend die Reinigungsmittel zu ergänzen sind.

Rückgewinnung des Wassers aus dem Abwasser

Der Wasserverbrauch in der Industrie lässt sich wesentlich reduzieren, wenn anfallendes Abwasser aufbereitet und als Brauchwasser wiederverwendet wird. Bei der Abwasserbehandlung lassen sich neben dem Wasser häufig auch wertvolle Inhaltsstoffe zurückgewinnen. Für die Abwasseraufbereitung kommen verschiedene Verfahren zum Einsatz. Oft erfolgt sie in mehreren Stufen. Feststoffe lassen sich mit Filtern aus dem Wasser entfernen. Schwebstoffe können ausgeflockt werden. Für die Entfernung von Ölen kommen Skimmer und Abscheider zum Einsatz. Außerdem können die Vakuumverdampfung, die Ultrafiltration oder die Umkehrosmose für die Wasseraufbereitung genutzt werden.

Vakuumverdampfung

Bei der Vakuumverdampfung erfolgt die Wärmezufuhr bei Unterdruck. Das hat eine niedrigere Siedetemperatur zur Folge. Der Dampf kondensiert anschließend bei normalem Luftdruck und einer höheren Temperatur. Durch den Temperaturunterschied lässt sich die Verdampfungswärme zurückgewinnen und dem Prozess zuführen.

Ultrafiltration

Mit der Ultrafiltration gelingt es, sehr kleine Partikel und Makromoleküle aus dem Wasser zu entfernen. Als Filtermedium dienen Membranen, deren Poren an die Größe der zu entfernenden Stoffe angepasst sind.

Umkehrosmose

Die Umkehrosmose ist ein Verfahren, bei dem die natürliche Osmose durch erhöhten Druck umgekehrt wird. Die natürliche Osmose ist ein Prozess, bei dem ein Lösungsmittel durch eine poröse Haut dringt. Triebkraft ist ein Konzentrationsunterschied zwischen Lösungen beiderseits dieser Haut. Das Lösungsmittel dringt so lange in den Bereich höherer Konzentration ein, bis der dadurch verursachte Druckanstieg den Prozess beendet oder die Haut zerreißt. Der Vorgang lässt sich zum Beispiel bei reifen Kirschen beobachten, die nach einem Regenguss platzen. Bei der Umkehrosmose übernehmen stabile Membranen die Aufgabe der Haut. Der Druck wird auf der Seite der hohen Konzentration so weit erhöht, bis er den osmotischen Druck übersteigt. Dann dringt das Lösungsmittel durch die Membran auf die Seite der niedrigen Konzentration.

[1] http://www.isoe-publikationen.de/fileadmin/redaktion/ISOE-Reihen/st/st-02-isoe-1994.pdf

[2] https://www.umweltbundesamt.de/daten/umwelt-wirtschaft/industrie/wassereinsatz-des-verarbeitenden-gewerbes#wassernutzung-im-verarbeitenden-gewerbe