Kluthe Magazin
« Verfahren zur Aufbereitung und Wiederverwendung industrieller Abwässer »
Industrielle Abwässer weisen unterschiedlichste Eigenschaften auf. Einige sind sauer, andere alkalisch. Viele sind mit Chemikalien, Ölen, Sedimenten, Giftstoffen oder Bakterien verunreinigt, die nicht in die Umwelt gelangen dürfen. Die Anforderungen an die Abwasseraufbereitung in der Industrie sind somit nicht nur deutlich höher als bei “normalen” häuslichen Abwässern, sie unterscheiden sich oft auch von Industriebetrieb zu Industriebetrieb.
Industrielle Abwasseraufbereitung: gängige Verfahren
Zur Abwasseraufbereitung in der Industrie werden in erster Linie die folgenden Verfahren eingesetzt:
Membranfiltration: industrielle Abwasseraufbereitung mit speziellen Filteranlagen
Bei der Membrantechnik wird das Industrieabwasser mithilfe wasserdurchlässiger Membranen filtriert. Verunreinigungen bleiben zurück und können in flüssiger Form entsorgt werden. Das Filtrat ist nach der Aufbereitung in aller Regel sauber genug, um in die Kanalisation eingeleitet werden zu dürfen. Das Membranverfahren basiert auf einem physikalisch-mechanischen Prinzip. Es benötigt weder Energie noch Chemie. Statt statischer Filtrationen, bei denen das Abwasser von oben durch die Filter gepresst wird, kommen bei dieser Abwasserbehandlung die Vorteile der dynamischen bzw. der Crossflow-Filtration zum Tragen. Bei diesen Technologien strömt das Wasser quer zum Filter. Die dabei wirkenden Strömungs- und Schwerkräfte verhindern die Bildung eines Filterkuchens, der die Membran schnell zusetzen würde. Dadurch ist es möglich, auch kleinere Partikel abzusondern.
Die Feinheit der Membranen richtet sich nach der Größe der abzutrennenden Teilchen. Unterschieden werden:
- Mikrofiltration (Partikelgröße: 0,5 bis 0,2 µm),
- Ultrafiltration (Partikelgröße: 0,1 bis 0,01 µm),
- Nanofiltration (Partikelgröße: 0,01 bis 0,001 µm) und
- Umkehrosmose (Partikelgröße: 1,0 bis 0,1 nm).
Die Mikrofiltration findet unter anderem Verwendung beim Abtrennen von Beizschlamm, Schleifpartikeln, Hydroxiden und Emulsionen. Darüber hinaus wird sie beim Recycling von Entfettungsbädern und zur Vorfiltration vor der Umkehrosmose eingesetzt.
Zu den Anwendungsgebieten der Ultrafiltration zählen die Teilereinigung (zur Senkung des Tensideverbrauchs), die Metall-Rückgewinnung, das Abtrennen von Ölemulsionen in der Metallbearbeitung, das Fraktionieren von Proteinen und die Mineralölabtrennung in der Abwasseraufbereitung. Auch dieses Verfahren der Abwasserbehandlung lässt sich zur Vorfiltration vor der Umkehrosmose einsetzen.
Die Nanofiltration wird zum Enthärten und Entfernen von Schwermetallen sowie zum Aufarbeiten gelöster Stoffe wie Färbemitteln und Pigmenten genutzt.
Geht es um das Entfernen von Mineralstoffen und Salzen, ist die Umkehrosmose das richtige Verfahren. Sie kann zugleich eine Vorstufe in der Reinstwassererzeugung darstellen. Bei dieser Technik werden die Abwässer mit Druck durch eine semipermeable (halbdurchlässige) Membran mit ultrafeinen Poren gepresst und dadurch der natürliche Osmoseprozess umgekehrt.
Elektrokoagulation: Abwasseraufbereitung mit elektrischer Energie
Die Elektrokoagulation (auch: Elektroflockung oder elektrophysikalische Fällung) nutzt elektrischen Strom, um aus Opferelektroden (z. B. aus Eisen, Stahl oder Aluminium) freie Metall-Ionen zu erzeugen, die Partikel destabilisieren. Dabei entstehen auch Metall-Hydroxidflocken, die ein hohes Adsorptionsvermögen haben und damit fein verteilte Partikel an sich binden. Ferner kommt es zu Mitfällungs- und Einschlussfällungsreaktionen, die gelöste organische und anorganische Stoffe ausfällen. Diese lassen sich dann mechanisch abscheiden.
Diese Methode eignet sich für die industrielle Abwasseraufbereitung in unterschiedlichsten Bereichen. Sie kann Emulsionen brechen und ist auch in der Lage, Verbindungen aus verschiedensten Verunreinigungen zu behandeln. Genutzt wird die Elektrokoagulation beispielsweise zur Abwasseraufbereitung in der chemischen Industrie, der Textilindustrie, der Metallbearbeitung und der pharmazeutischen Industrie. Eine additionale Abwasserklärung durch Zusatz von Chemikalien ist bei der Abwasserbehandlung per Elektroflockung üblicherweise nicht erforderlich.
Vakuumdestillation: Abwasserreinigung durch Verdampfen
Vakuumdestillationssysteme inkludieren eine Verdampfungsanlage, in der das Abwasser durch Erhitzen in den gasförmigen Zustand gebracht wird. Verschmutzungen bleiben zurück und der Dampf ist frei von Verunreinigungen. Das Kondensat kann im Produktionsprozess wiederverwendet werden.
Gegenüber einer einfachen Verdampfungsanlage bieten Vakuumdestillationssysteme den Vorteil, dass die Flüssigkeit unter einem geringeren atmosphärischen Druck und somit schon bei 80 statt bei 100 °C verdampft. Das senkt den Energieverbrauch deutlich. Zusätzlich halten der Einsatz von Wärmetauschern und die Wiederverwendung von Verdampfungswärme in der Verdampfungsanlage den Stromverbrauch und damit auch die Kosten vergleichsweise niedrig.
Ein weiterer wichtiger Vorteil der Abwasseraufbereitung über Vakuumdestillationssysteme ist die unspezifische, nur auf Siedepunkten basierende Trennung, dank der sich unterschiedlichste Substanzen (z. B. Schwermetalle, Salze, organische Verbindungen wie Fette und Öle) äußerst effektiv aus dem Abwasser entfernen lassen. Das Bakterienwachstum lässt sich ebenfalls maßgeblich eindämmen. Somit kann diese Form der Abwasseraufbereitung sowohl in der chemischen Industrie als auch in der Metallbearbeitung, der Oberflächentechnik, der Pharmaindustrie und in vielen weiteren industriellen Bereichen zur Anwendung kommen.
Chemisch-physikalische Anlagen: Abwasserklärung durch Zusatz von Chemikalien
Die Abwasserklärung durch Zusatz von Chemikalien erfolgt in mehreren Stufen. In der ersten, der Koagulation, werden dem Abwasser Koagulationsmittel (z. B. Eisenchlorid, Aluminiumsulfat, Eisensulfat) zugegeben, welche Schwebstoffe zu Flocken verbinden. In der zweiten Stufe, auch Flockung genannt, kommen Flockungsmittel hinzu. Unter deren Einfluss gruppieren sich die neu gebildeten Flocken zu größeren Einheiten. In der letzten Stufe der Aufbereitung, der Klärung, trennen Filteranlagen die Feststoffe ab.
Bei der Abwasseraufbereitung in der Industrie hat sich diese Methode beispielsweise zum Ausfällen von Nährstoffen (z. B. Phosphor) oder zum Abtrennen von Schwermetallen etabliert. Darüber hinaus kann sie bei Kombinationsverfahren (Desinfektion, Fenton, Oxidation) oder bei der pH-Wert-Einstellung zur Anwendung kommen.
Chemisch-physikalische Abwasserreinigung mit Produkten von Kluthe
Die Chemische Werke Kluthe GmbH bietet mit ihren Abwasserbehandlungsmitteln intelligente Lösungen für alle Verschmutzungen, die sich über chemisch-physikalische Prozesse entfernen lassen. Die Bandbreite reicht von der Fällung von Schwermetallen und verschiedensten Anionen (z. B. Fluorid, Phosphat) über die Spaltung von Emulsionen und die Separierung von Ölen bis hin zur Flockung von Trübstoffen.
Produkte mit spezifischer Wirkung für bestimmte Verunreinigungen sind ebenso verfügbar wie Reaktionstrennmittel, die verschiedene Wirkmechanismen inkludieren. Das geklärte Wasser kann wahlweise in Kreislaufprozessen wiederverwendet oder der Kanalisation zugeführt werden.
Umwelt- und Kostenvorteile der industriellen Abwasseraufbereitung
Durch die Aufbereitung ihrer Abwässer können Industriebetriebe gleich mehrfach sparen. Zum einen benötigen sie deutlich weniger Frischwasser, zum anderen fallen die Kosten für die fachgerechte Entsorgung der verbleibenden Rückstände wesentlich geringer aus. Zugleich gewährleistet die hohe Qualität des aufbereiteten Abwassers eine sichere Einhaltung der Einleitgrenzwerte und hilft dabei, den ökologischen Fußabdruck des Unternehmens so klein wie möglich zu halten. Somit kommen Filteranlagen, Vakuumdestillationssysteme, chemisch-physikalische Anlagen und Co. auch der Umwelt zugute.
Zukunftsausblick: moderne Technologien der Wasseraufbereitung
In der Theorie besteht das Maximalziel der Abwasseraufbereitung in der chemischen Industrie und anderen Branchen in einer völlig abwasserfreien Produktion. Technologisch ließe sich das schon längst realisieren. Aus wirtschaftlicher Sicht lohnt es sich allerdings bislang nur für wenige Unternehmen.
Auch ohne geschlossene Wasserkreisläufe ist es möglich, den Umgang mit Wasser in der Industrie nachhaltiger zu gestalten. Der Schlüssel liegt in verbesserten Technologien zur Abwasseraufbereitung in Verbindung mit optimierten Produktionsprozessen, die weniger Wasser verbrauchen, sowie Fortschritten bei der Mess- und Regelungstechnik.
Interessante Ansätze für die Abwasserreinigung der Zukunft bieten biologische Verfahren, die aus Abwässern nutzbare Biomasse herstellen, und die erst kürzlich von Schweizer Wissenschaftlern vermeldete erfolgreiche Entwicklung genetisch veränderter Kolibakterien (E. coli), die durch das Metabolisieren organischer Substanzen Strom erzeugen.
Abwasserreinigung spart Kosten und hilft der Umwelt
Moderne Abwasserreinigungssysteme wie chemisch-physikalische Anlagen, Membranfiltrationsanlagen und Vakuumdestillationsanlagen ermöglichen es, Brauchwasser für Prozesse zurückzugewinnen, die anderenfalls teures Frischwasser benötigen würden. Dadurch muss zugleich weniger Abwasser professionell entsorgt werden. Da sich auch die Energieeffizienz von Abwasseraufbereitungsanlagen in den letzten Jahren entscheidend verbessert hat, kommen Investitionen in eine moderne Abwasserreinigung nicht nur der Umwelt zugute, sondern auch der Kostenbilanz von Industriebetrieben.
