Reststoffmanagement Intelligentes Reststoffmanagement in einem Pharmabetrieb

Reststoffströme und Abwasserströme fallen in jedem Produktionsbetrieb an. Wo vor einigen Jahren noch die Entsorgung das Mittel der Wahl war, kommt der Wertstoffrückgewinnung aus diesen Stoffströmen immer mehr Bedeutung zu. Grund sind die steigenden Preise für Lösemittel und Reagenzien. Sie in den Prozess zurückzuführen oder zu verkaufen, senkt die Kosten eines Betriebes und schont die Umwelt. Wie dieses gelingen kann, zeigt das Beispiel eines Pharmaproduktionsbetriebes.

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Die Wertstoffe aus den Reststoffströmen in einem Monobetrieb zurück zu gewinnen, ist keine so große Herausforderung. Aber bei Multipurposebetrieben wie hier bei uns, brauchen wir verschiedene Antworten auf die unterschiedlichen Stoffströme bei der Aufbereitung und Rückgewinnung“, beschreibt Dr. Helmut Bennemann, Leiter des Stoffstrom- und Entsorgungsmanagements bei Bayer Schering Pharma in Bergkamen, die täglichen Anforderungen. Wie bei den meisten Pharmaunternehmen produziert der Betrieb seine Wirkstoffe batchweise. Das Spektrum ist weit gefächert: Von wenigen Batches bis hin zu mehrmonatiger Kampagnenbetriebsweise ist alles dabei. Und auch die Produktpalette kann sich sehen lassen. Hormone und deren chemische Vorstufen, Corticoide und jodierte Kontrastmittel stellen nur eine Auswahl der herzustellenden Substanzen dar. Das wirkt sich unmittelbar auf die Reststoffströme aus. Diese wechseln unter Umständen wöchentlich, manchmal sogar täglich. Eine standardisierte Reststoff- und Abwasserbehandlung ist nicht denkbar. Die Antwort auf diese Voraussetzungen besteht in Bergkamen in einem ausgeklügelten Reststoffmanagement.

Erst sammeln

Das eigentliche Augenmerk liegt auf der Rückgewinnung der Lösemittel. Mehr als 20 verschiedene Lösemittel mischen bei der Wirkstoffproduktion im wahrsten Sinne des Wortes mit. „Wir schauen bei der Auswahl der Lösemittel für die Synthesen nicht nur auf deren Preis, denn unsere Zwischenprodukte sind sehr teuer“, verdeutlicht Bennemann. „Die Lösemittel müssen für die Produktausbeute optimal sein.“

Daher lohnt sich die Wiedergewinnung der teuren Hilfsstoffe. Diese fallen nicht alle täglich und auch nicht im gleichen Umfang kontinuierlich an. Aus diesem Grund sammelt das Unternehmen die Lösemitteldestillate und teilweise auch Mutterlaugen. Sie bestehen aus Nebenverbindungen, Reagenzien, Salzen und Lösemitteln sowie aus mit Lösemitteln behafteten Prozessabwässern. Ist genügend Gemisch mit einer ähnlichen Zusammensetzung vorhanden, gelangt dieses in die Aufbereitung, um die Lösungsmittel zurück zu gewinnen oder Prozessabwasser lösemittelfrei darzustellen. Der Trick ist, die anfallenden Stoffströme schon bei Austritt aus der chemischen Synthese getrennt zu sammeln und sie den unterschiedlichen Aufarbeitungsverfahren zuzuführen.

In der Prozessabwasseraufbereitung gewinnen zwei Extraktionsanlagen DMF und Essigsäure aus Prozessabwässern zurück. Diese Lösemitteldestillate kommen innerhalb des Werkes wieder zum Einsatz. Mehrere Abwasserrektifikationskolonnen destillieren Lösemittel aus dem Abwasser ab. Ein Beispiel für ein häufig verwendetes Lösemittel in der Wirkstoffproduktion ist Tetrahydrofuran (THF). Die Mengen sind beachtlich, denn sie stammen aus drei verschiedenen Wirkstoffbetrieben. Der Preis dieses Solvents ist stark gestiegen, so dass sich die Wiedergewinnung lohnt. In einer Rektifikationskolonne trennt sich die Spreu vom Weizen und das Unternehmen gewinnt ein THF-Wasser-Gemisch zurück. Da es sich dabei um ein gleichsiedendes Gemisch handelt, bringt erst eine anschließende Trocknung den letzten Kick. Durch diesen Schritt fällt THF rein an und geht in den Prozess zurück.

Seit vier Jahren trennt das Unternehmen auch Pyridin aus einem Wassergemisch ab, denn „wir kamen da in Größenordungen, wo sich der technische Aufwand dafür gelohnt hat“, so Bennemann. Die Vorbehandlung trennt Salze und Nebenverbindungen aus der Mutterlauge ab, da diese die Rektifikationskolonne sonst verkleben würden. Das Destillat geht dann erst zur Aufreinigung in den Destillationsbetrieb, wo das Pyridin nach einer anschließenden Trocknung in Reinform anfällt.

Die bei diesen Reinigungsverfahren anfallenden Wässer, Nebenverbindungen, Salze und Reststoffe kommen in die thermische Verwertung. Gleiches gilt für einige Lösemittel, die nicht in der gewünschten Reinheit nach der Abtrennung aus dem Prozesswasser anfallen.

Lösemitteldestillate aus den Synthesen reinigen diverse Rektifikationskolonnen im Destillationsbetrieb ohne Vorbehandlung direkt auf Marktqualität auf. Sie gehen wieder in die Produktion zurück.

Klare Sache

Was geschieht jedoch mit dem von Wertstoffen befreiten Prozessabwasser? „Unsere Prozessabwasseraufbereitung reinigt das Abwasser nur physikalisch vor, bevor dies in die Kläranlage gelangt“, ist die Antwort von Bennemann. In die Kläranlage fließen ausschließlich solche Abwässer, die nur gut biologisch abbaubare Lösemittelspuren beinhalten. Da die eigentlichen Wirksubstanzen erst in den letzten Produktionsschritten entstehen, ist die dabei anfallende Abwassermenge gering. Für diese Prozesswässer bleibt nur die vollständige Verbrennung.

Das Ziel der restlichen Abwässer ist die werkseigene Kläranlage. Sie besteht aus einer physikalisch-chemischen Vorklärung mit zweistufiger biologischer Reinigung. Eine Membran am Ende sorgt für einen extrem klaren Ablauf. Durch eine partiell aerob belüftete erste Stufe zum CSB-Abbau bleibt das Bakterienwachstum gering. Die Bakterien scheiden sich nach der 2. Stufe, der Nitrifikation, an der Membran am Ende der Anlage ab und gelangen wieder in die erste Stufe zurück. Die Folge: Geringe Klärschlammmengen und hoher Trockensubstanzgehalt gegenüber herkömmlichen Anlagen. Die Anlage setzt zurzeit etwa eine Million m3/a Abwasser mit einem chemischen Sauerstoffbedarf von 4000 t/a durch.

Guter Cocktail

Das Schicksal jodhaltiger Abfallströme ist der Drehrohrofen. Dieser ist sogar jodbeständig ausgeführt, damit er seiner Aufgabe gewachsen ist. Aber „die jodhaltigen Abfälle wurden immer mehr, und wir begannen, uns über die Rückgewinnung des Jods Gedanken zu machen“, schildert Bennemann die Entwicklung. Das Jod als Jodid aus dem Waschwasser des Verbrennungsprozesses zu verwerten, war die Idee. Auch hier galt wieder die gleiche Devise wie bei der Lösemittelrückgewinnung: Nicht wahllos alle zu entsorgenden Sonderabfälle im Drehrohrofen zusammen verbrennen, sondern gezielte Cocktails zusammenstellen. So schaut sich Bennemann die Zusammensetzung der Abfälle genau an und erzielt so nach der Verbrennung ein Wasser, das aus Jodid und anderen gewünschten Komponenten besteht. Das Auffangen des Wäscherwassers lohnt sich, denn die chemische Industrie kann das Jodidwasser brauchen. Das Schicksal des Jodids ist nun nach der Verbrennung die stoffliche Verwertung. Es landet nicht mehr im Abwasser. Inzwischen nutzen auch externe Unternehmen das Drehrohr zur Verbrennung ihrer jodhaltigen Abfälle. Der gesamte Durchsatz mit Jodabfällen beträgt über 2000 t/a.

Während im Drehrohr auch wässrige Abfälle und große Gebinde ihr Ende finden, gelangen sämtliche andere pumpbare Reststoffströme in das Kraftwerk zur thermischen Verwertung. Die Anlage ist in der jetzigen Form seit 2003 in Betrieb und versorgt den Standort mit Dampf und Strom.

Flexibel muss es sein

Die Entsorgungsspezialisten in Bergkamen standen bei der Konzeption der Wertstoffrückgewinnung vor dem Problem, immer wechselnde Zusammensetzungen in ganz unterschiedlichen Mengen behandeln zu müssen. Trotz dieser schwierigen Randbedingungen lockten Bennemann jedoch die in den Abfall- und Abwasserströmen versteckten Wertstoffe: „Man sollte seine Stoffströme genau prüfen, ob man da nicht doch noch etwas verwerten kann.“ Ist das Anlagendesign der Rückgewinnung auf den speziellen Produktionsbetrieb zugeschnitten, lässt sich auch unter komplizierten Randbedingungen Recycling realisieren. Entweder preiswerte Anlagen, die nicht das ganze Jahr laufen müssen, oder aber flexible, die viele verschiedene Aufarbeitungen bedienen können. „Viele Lösungsmittel sind ein Mehrfaches ihres Brennwertes wert. Sie einfach zu verbrennen, ist Vergeudung. Diesen Schatz sollte jeder versuchen zu heben“, ist Bennemanns feste Überzeugung.n

Die Autorin ist freie Mitarbeiterin bei PROCESS.

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