Kluthe Magazin
In vielen Branchen der Industrie fällt Abwasser an, das in nahegelegene Flüsse eingeleitet wird. Weil die Gewässer eine Lebensgrundlage der Menschen darstellen, unverzichtbarer Lebensraum für Pflanzen und Tiere sind und eine wichtige Rolle im Naturhaushalt spielen, werden sie durch Rechtsvorschriften vor Verschmutzungen geschützt. Die Abwasseraufbereitung in der Chemie folgt dabei besonders strengen Abwassernormen, die organisatorische und technische Einzelheiten enthalten, um die gesetzlichen Anforderungen einzuhalten. Hier erhalten Sie einen Überblick darüber, was in der Chemie zu tun ist, um die Gewässer vor Schaden zu bewahren.
Rechtliche Grundlagen für die Abwasseraufbereitung in der Chemie
Wasserhaushaltsgesetz
In Deutschland bildet das Wasserhaushaltsgesetz (WHG) die rechtliche Grundlage für den Gewässerschutz. Es regelt, wann die Bewirtschaftung von Gewässern genehmigt werden muss und unter welchen Bedingungen die Genehmigung erteilt werden kann. Im Kapitel 3 beschäftigt sich das WHG mit besonderen wasserwirtschaftlichen Bestimmungen, zu denen unter anderem die Abwasserbeseitigung zählt.
Der § 57 bestimmt, dass industrielle Abwässer nur dann direkt in Flüsse eingeleitet werden dürfen, wenn die Menge und die Schädlichkeit so gering wie möglich gehalten werden. Was möglich ist, ergibt sich aus dem Stand der Technik. Da sich dieser schneller weiterentwickelt, als Gesetze verabschiedet werden können, muss die Abwasseraufbereitung in der Chemie auf Abwassernormen zurückgreifen.
BVT steht für beste verfügbare Technik. Für die Abwasserbehandlung und -entsorgung in der Chemieindustrie gelten die BVT-Schlussfolgerungen, die im Durchführungsbeschluss 2016/902 der EU-Kommission festgehalten wurden.
Abwasserverordnung
Die Mindestanforderungen für das Einleiten industrieller Abwässer sowie die Anforderungen, die die Industrie bei der Errichtung und beim Betrieb von Anlagen zur Abwasseraufbereitung in der Chemie erfüllen muss, sind Gegenstand der “Verordnung über Anforderungen an das Einleiten von Abwasser in Gewässer” (AbwV). Auch sie verweist auf Abwassernormen, die den Stand der Technik widerspiegeln. Das betrifft unter anderem die Analyse- und Messverfahren, die zur Überwachung der Konzentrationswerte von Schadstoffen im Abwasser eingesetzt werden.
Die Höhe der zulässigen Werte ist in den Anhängen zur AbwV festgelegt. Die Anhänge beziehen sich auf die unterschiedlichen Bereiche der Industrie, in denen Abwässer anfallen. Beispielsweise behandelt der Anhang 22 die Anforderungen für die Chemieindustrie. Für die Behandlung von Abfällen und die Altölaufbereitung gilt der Anhang 27. Die Metallbearbeitung und Metallverarbeitung sind Gegenstand im Anhang 40.
Grundsätzliche Anforderungen aus den Abwassernormen
Um die Schadstofffracht in den Abwässern und die Abwassermenge so gering wie möglich zu halten, sind bei der Abwasseraufbereitung in der Chemie entsprechend Verfahren anzuwenden:
- wassersparende Wasch- und Reinigungsverfahren
- indirekte Kühlung vor der Einleitung von Wässern mit erhöhter Temperatur
- Verfahren, die schadstoffarme Betriebs- und Hilfsstoffe nutzen
- Verfahren, die die Rückführung von Stoffen in den Produktionsprozess beinhalten
- Verfahren, die einen effizienten Energieeinsatz ermöglichen
Die Grundsätze für derartige Verfahren finden sich auch in den Prinzipien für nachhaltige Chemie wieder.
Verfahren der Abwasseraufbereitung in der Chemie
Die Abwasseraufbereitung in der Chemie nutzt verschiedene bewährte und innovative Verfahren, um die komplexen Anforderungen zu erfüllen. Eine ausführliche Beschreibung moderner Technologien wie Membranfiltration, Vakuumdestillation und Elektrokoagulation finden Sie in unserem Artikel über fortgeschrittene Abwasseraufbereitung in der Industrie.
Fällung und Flockung
Die Fällung ist ein chemisches Verfahren, mit dem die Abscheidung eines zuvor gelösten Stoffes aus einer Lösung erreicht wird. Eine übliche Methode dazu ist die Fällungsreaktion durch die Zugabe von geeigneten Substanzen. So lassen sich Schwermetalle durch Überführung in schwerlösliche Metall-Hydroxide ausfällen. Mitunter kann auch eine Ausfällung als Karbonat oder als Sulfid erforderlich sein.
Anionen lassen sich oftmals als Calcium-, Eisen- oder Aluminiumsalz ausfällen. So erfolgt die Abtrennung von Fluorid-Ionen durch eine Fällungsreaktion mit Kalkmilch. Im Zuge der Abwasseraufbereitung in der Chemie wird die Phosphat-Konzentration durch die Zugabe von Salzen wie Eisen(II)-sulfat, Eisenchlorid oder Aluminiumchlorid gesenkt.
Die Flockung schafft die Voraussetzungen dafür, dass auch feinste Partikel aus dem Wasser entfernt werden können, die in Suspension oder in Form von kolloidalen Lösungen vorliegen. Mit Hilfe geeigneter Chemikalien, den sogenannten Flockungsmitteln und Flockungshilfsmitteln, kann die Zusammenballung solcher Partikel erreicht werden. Dabei entstehen Makroflocken, die sedimentieren.
Flotation und Membrantechnik
Bei der Flotation werden dispergierte oder suspendierte Stoffe aus Flüssigkeiten mit Hilfe kleiner Gasbläschen an die Oberfläche transportiert und dort mit einer Räumervorrichtung entfernt. Eingesetzt werden Flotationsverfahren in der Abwasseraufbereitung in der Chemie zur Abtrennung von Ölen, Fetten und fein suspendierten Feststoffen, wie Schwebstoffen.
Mit der Membranfiltration können gelöste und ungelöste Stoffe aus dem Abwasser abgetrennt und aufkonzentriert werden. Dabei erfolgt die Auftrennung unter Druck; die Membran hält mit einer bestimmten Porengröße Partikel bzw. Moleküle ab einer gewissen Größe zurück. Eingesetzt werden die unterschiedlichen Verfahren zur Wasseraufbereitung, zur Abwasserreinigung, zum Prozesswasserrecycling sowie für die Aufkonzentrierung von Wertstoffen zur Rückgewinnung.
Ionenaustauscher und Adsorption
Ionenaustauscher sind Materialien, mit denen Ionen in einer Lösung durch andere Ionen ersetzt werden können. Ionenaustauscher eignen sich zur gezielten Entfernung von Schwermetallen und Anionen. Sie werden daher gern als „Polizeifilter” nach Fällung und Flockung eingesetzt. Auch bei der Behandlung von Abwässern aus galvanischen Beschichtungsanlagen, die Metall-Ionen enthalten, oder zur Reinigung von phenolhaltigen Abwässern aus der Chemie-Industrie werden Ionenaustauscher eingesetzt. Sowohl die Metall-Ionen als auch die Phenole können dabei zurückgewonnen werden.
Als Adsorption wird die Anreicherung von Substanzen an der Oberfläche eines Festkörpers bezeichnet. In der Abwasseraufbereitung in der Chemie werden Aktivkohlen eingesetzt, um gelöste Wasserinhaltsstoffe aufzufangen, die mit preisgünstigeren Verfahren nicht hinreichend beseitigt werden konnten. So lassen sich Farbstoffe von Textilfärbereien aus dem Abwasser häufig nur durch Adsorption an Aktivkohle vollständig entfernen. Auch anthropogene Spurenstoffe, wie Arzneimittelrückstände, und polare organische Substanzen, wie adsorbierbare organisch gebundene Halogene AOX, binden an die Aktivkohle.
Oxidations- und Reduktionsverfahren
Redoxreaktionen werden in der chemischen Abwasserbehandlung vielfältig eingesetzt. Die radikalische Oxidation mit Ozon und Wasserstoffperoxid wird zur effizienten Entfernung von chlorierten Kohlenwasserstoffen und Pestiziden genutzt. Besonders wirksam ist die photochemische Reinigung, bei der Hydroxylradikale aus Wasserstoffperoxid oder aus Ozon in Anwesenheit von Wasser durch UV-Licht erzeugt werden. Diese sogenannten Advanced Oxidation Processes (AOP) werden unter anderem auch zur Zerstörung von Arzneimittelwirkstoffen wie Antibiotika, Zytostatika oder Hormonen und weiteren anthropogenen Spurenstoffen verwendet.
Neutralisation
Die Neutralisation wird in der Abwasseraufbereitung in der Chemie zur Einstellung des pH-Werts verwendet. Insbesondere nach Prozessen wie Fällung und Flockung sowie zur Neutralisation industrieller Abwässer werden dabei nach Bedarf Säuren oder Basen zugegeben.
Dokumentation über die Einhaltung der Abwassernormen
Als Dokumentation, mit der die Anwendung der Abwassernormen nachgewiesen wird, dient ein betriebliches Abwasserkataster. Darin werden die Grunddaten und Verfahren festgehalten, aus denen sich die Menge und die Beschaffenheit des Abwassers ergeben. Die Konzentrationswerte der Schadstoffe in den Abwässern sind laufend zu überwachen. Dazu sieht der für jeweiligen Bereich der Industrie geltende Anhang der AbwV Mindestanforderungen an die Häufigkeit und die Methoden der Messungen vor. Zur Dokumentation der Messwerte dient ein Betriebstagebuch.
Darin werden auch weitere Angaben vermerkt, aus denen unter anderem hervorgeht, welche Produktionsmengen hergestellt wurden, wie viel abwasserrelevante Roh- und Hilfsstoffe verbraucht wurden, wann die notwendigen Wartungsmaßnahmen an den abwassertechnischen Anlagen durchgeführt wurden und ob es zu Störungen in der Anlage zur Abwasserbehandlung gekommen ist. Die Informationen aus dem Betriebstagebuch werden in einem Jahresbericht ausgewertet und zusammengefasst.
Einhaltung der Abwassernormen in der Chemie
Anforderungen an das Abwasserkataster
Die Abwassernormen in der Chemie sehen für das Abwasserkataster, das im Rahmen eines Umweltmanagementsystems die betrieblichen Abläufe detailliert beschreibt, klare Inhalte vor. Auf dieser Grundlage lassen sich Maßnahmen ergreifen, die zur Einsparung von Wasser und zur Verringerung der Schadstofffracht im Abwasser führen. Zur Beschreibung der Prozesse sind bei der Abwasseraufbereitung in der Chemie folgende Informationen erforderlich:
- Ablauf der Produktionsprozesse und der Abwasserbehandlung einschließlich aller Reaktionsgleichungen, Verfahrensfließbilder sowie Stellen, an denen Abwasser anfällt
- Mittelwerte und Schwankungen der Zusammensetzung und der Eigenschaften aller Abwasserströme (z. B. Konzentrationen, pH-Wert, elektrische Leitfähigkeit, chemischer Sauerstoffbedarf)
- biologische Eliminierbarkeit organischer Schadstoffe (Selbstreinigung der Gewässer)
- Mittelwerte und Schwankungen von Durchfluss und Temperatur
- Verzeichnis der wasserrechtlichen Zulassungen
Das betriebliche Abwasserkataster ist die Grundlage für die kontinuierliche Überwachung der Schadstoffemissionen in Gewässer. Es liefert die zu erfassenden Prozessparameter, die Messstellen, die Häufigkeit der Messungen und die Abwassernormen, nach denen die Probennahmen und die Auswertung durchgeführt werden.
Anforderungen an die technische Ausstattung
Die Abwassernormen der chemischen Industrie sehen vor, dass sich in erster Linie der Wasserverbrauch, der Abwasseranfall und die Schadstofffracht durch moderne Herstellungsverfahren und automatische Prozesssteuerung verringern. Dabei steht die Rückgewinnung und Wiederverwendung von Einsatzstoffen im Mittelpunkt.
Des Weiteren ist es bei der Abwasseraufbereitung in der Chemie erforderlich:
- kontaminierte und nicht kontaminierte Abwässer getrennt zu halten
- Rückhaltekapazität für Abwasser vorzusehen, das bei Störungen zusätzlich anfällt (z. B. Löschwasser)
- Schadstofffracht durch mehrstufige Vorbehandlung und Endbehandlung zu verringern
- Grenzwerte für die Konzentrationen der einzelnen Komponenten zu unterschreiten
Automatische Prozesssteuerung bei der Abwasseraufbereitung in der Chemie
In der Chemie hat sich die automatische Prozesssteuerung durchgesetzt, bei der wesentliche Parameter kontinuierlich erfasst und ausgewertet werden. Die Auswertung führt dazu, dass die Abläufe laufend optimiert werden. Die Steuerung reagiert auf Abweichung von Sollwerten mit dem Nachstellen der Prozessgrößen.
Kluthe überträgt seine Erfahrungen mit der automatischen Prozesskontrolle auf die Abläufe, die bei den Anwendern der Produkte stattfinden. So können die Nutzer Kosten einsparen, während sie ihre Abwassernormen einhalten.
