Suchen

Wasseraufbereitung Warum die Aufbereitung von Wasser für Industrie und Gewerbe Maßarbeit ist

Autor / Redakteur: Hans-Jürgen Bittermann / Dr. Jörg Kempf

Kaum ein Unternehmen kommt ohne gezielte Aufbereitung für das in der Produktion genutzte Wasser (Kühlwasser, Prozesswasser, Prozessdampf) aus. Je nach Applikation sind bestimmte Eigenschaften des Wassers gefragt, andere unerwünscht.

Firmen zum Thema

Prozesswasser-Aufbereitung in einer Polymer-Produktion
Prozesswasser-Aufbereitung in einer Polymer-Produktion
(Bild: Envirochemie)

Die BASF Lampertheim stand vor der Aufgabe, die Dampferzeugung auf Abhitzekessel mit Kraft-Wärme-Kopplung zur primären Stromerzeugung und Auskopplung von Prozesswärme umzurüsten. Die Leitfähigkeit des Kesselwassers musste nach Angaben des Kesselherstellers auf 3000 µS/cm begrenzt werden. Daher war die Nachrüstung einer Entsalzungsstufe zu der vorhandenen Kesselspeisewasseraufbereitung, bestehend aus Filteranlage, Entkarbonisierung und Enthärtung, notwendig. Da als Rohwasser ein aufbereitetes Uferfiltrat verwendet wird, wurden eingehende Versuche durch eine Pilotanlage vor Ort durchgeführt. Insbesondere wurde der Verblockungs-Index des Wassers bestimmt.

Bildergalerie

Die Experten von Envirofalk entschieden sich zusammen mit der BASF Lampertheim zur Vorbehandlung eine Ultrafiltrations- und zur Nachentsalzung eine Umkehrosmoseanlage einzusetzen. Hierfür wurden zwei getrennte Aufbereitungslinien für eine hohe Versorgungssicherheit redundant aufgebaut. Die Reinwasserleistung liegt bei 5 m3/h im Normalbetrieb und bei 10 m3/h im Parallelbetrieb. Durch die Umkehrosmose wird eine betriebssichere Fahrweise erreicht, um die nachgeschaltete Kesselanlage dauerhaft mit entsalztem Wasser versorgen zu können.

Das beschriebene Projekt bei der BASF ist ein gutes Beispiel für die wachsende Bedeutung von Membranen. Der Markt für UO-Mem- branelemente wird nach aktueller Einschätzung auch in den kommenden Jahren mit jährlich zehn Prozent überdurchschnittlich stark wachsen.

Lanxess hat aufgrund der bereits nahezu vollständigen Auslastung des Betriebs in Bitterfeld beschlossen, die entsprechende Kapazität am Standort zu verdoppeln. Die zusätzlichen Kapazitäten werden nach eigenen Angaben voraussichtlich im zweiten Halbjahr 2017 zur Verfügung stehen. Der Spezialchemie-Konzern ist eines von weltweit lediglich zwei Unternehmen, die über Know-how und Produkte sowohl bei Membranelementen als auch bei Ionenaustauschern verfügen.

„Mit dieser umfassenden Kompetenz in Sachen Wasseraufbereitung sind wir den Anforderungen von Kunden in aller Welt gewachsen“, so Jean-Marc Vesselle, Leiter des Lanxess-Geschäftsbereichs Liquid Purification Technologies.

Ein Detail: der multifunktionale Abstandhalter im Inneren der Membranelemente. Dieser so genannte Feedspacer besteht aus unterschiedlich dicken Filamenten, daher die Typenbezeichnung „Alternating Strand Design“ (ASD). Er schaffte in Rekordzeit den Sprung in den Markt und verhilft nun den entsprechenden Membranelementen zu hoher Energieeffizienz bei gleichzeitig optimierter Fouling-­Resistenz.

Da Membran- und Ionenaustauschtechnologie häufig im Verbund eingesetzt werden, leistet die Entwicklung und Einführung der integrierten Auslegungssoftware Lewa Plus einen wichtigen Beitrag, um die Stärken beider Technologien optimal zu verknüpfen. Mit der Software können Kunden ihre Brauchwasseraufbereitung am Bildschirm entwerfen und den Aufbereitungsprozess bis ins Detail planen – sowohl für Umkehrosmose- als auch für Ionenaustauscher-Verfahren.

Kreislaufführung, Recycling, Zero Liquid Discharge

In Deutschland wird rund ein Drittel des von der Industrie in der Warenproduktion eingesetzten Wassers mehrfach verwendet. Zwei Drittel allerdings werden gerade so weit aufbereitet, dass es in die Kanalisation oder direkt in Flüsse eingeleitet werden darf. Vision des Unternehmens H2O ist es, das Einleiten von Industrieabwässern gänzlich zu beenden. Mit ihrer Vacudest-Technologie sind die Spezialisten in der Lage, für viele Produktionsbereiche bereits eine komplette Kreislaufführung zu erzielen.

Bildergalerie

Das Verfahren beruht im Wesentlichen auf dem Prinzip der Destillation – der physikalischen Trennung von Stoffen mittels Siedepunktunterschieden. Beim Verdampfungsprozess bleiben z.B. Salze, Öle und Schwermetalle im Destillationsrückstand zurück und bilden einen flüssigen Restanteil zwischen ein und fünf Prozent der Ausgangsmenge. Dieser kleine Rest wird separat entsorgt. Das Wasser aber, bis zu 98 Prozent des ursprünglichen Abwassers, kann wieder in den Produktionsprozess zurückgeführt werden.

Total Water Management

Auch Veolia Water Technologies ist der Auffassung, dass Wasser zu wertvoll sei, um es nur einmal zu verwenden. Diese Erkenntnis sorge dafür, dass in vielen Industriezweigen zunehmend auf Verfahren zum Wasser-Recycling gesetzt werde. Durch das Recycling besteht die Möglichkeit, Abwässer aufzubereiten und als Prozesswasser wiederzuverwenden. Meist spare eine Re-Use-Anlage doppelt: auf der Frischwasser- wie auf der Abwasserseite.

Ein Beispiel für Re-Use in der Chemieindustrie ist der Du Pont-Standort Hamm-Uentrop. Ziel war es, die in den Vorfluter eingeleitete Abwassermenge durch Abwasserrecycling um mehr als 80 Prozent zu reduzieren und die bezogene Trinkwassermenge entsprechend zu senken. Das Lösungs-konzept sah vor, durch die Kombination dreier Aufbereitungsverfahren und Behandlungsstufen eine Wiederverwendung der anfallenden Abwässer zu ermöglichen. Miteinander kombiniert wurden das AAA-Bioaktiv-Verfahren (Alternating Aerobic-Anoxic Activated Sludge Process), ein Ultrafiltrations-Membransystem sowie Umkehrosmose.

Das Zusammenwirken dieser Verfahren erlaubte die Einbindung des neuen Recycling-Kreislaufs in die fünf bestehenden konventionellen Versorgungssysteme. Die Auswertungen zeigten, dass die Anlage die Zielwerte hinsichtlich Betrieb und Ablaufqualität erreicht bzw. deutlich unterschreitet (Einsparung der Betriebskosten: jährlich etwa 400 000 Euro).

Konzept für die abwasserfreie Produktion

Wasser mehrfach zu nutzen oder es aufzubereiten, ist für manche Anbieter nicht konsequent genug: Hager + Elsässer (H+E) beispielsweise hat zusammen mit seiner Schwesterfirma Membran Filtrations Technik (MFT) ein Zero Liquid Discharge (ZLD)-Verfahren entwickelt, bei dem durch Filtrations- und Trenntechniken einschließlich dreier Umkehrosmose-Stufen die abschließende Verdampfung der zurückbleibenden Abfallstoffe auf ein Minimum reduziert werden kann.

Kernstück der Anlage ist eine Hochdruck-Umkehrosmose-Stufe. Dabei kommt nach einem Vorbehandlungsprozess – je nach Anwender chemisch-physikalisch oder biologisch – und einer Ultrafiltrationsstufe, die die restlichen organischen Stoffe herausfiltert, eine mehrstufige Membrantechnologie zum Einsatz, um die nicht-organischen Abfallstoffe stärker zu konzentrieren.

Nach den ersten zwei Umkehrosmose-Stufen, bei denen Drücke bis zu 80 bar eingesetzt werden, bleibt ein Konzentrat von rund 20 Prozent der gesamten Abwassermenge übrig, das in eine weitere Umkehrosmose-Stufe überführt wird. Bei dieser dritten Umkehrosmose handelt es sich um ein Hochdruckverfahren bei Drücken bis 200 bar. Dabei kommt ein von MFT entwickeltes spezielles Modul zum Einsatz, das als Circular Disc Module (CD-Module) bezeichnet wird. Anders als andere Module, die meanderförmig durchströmt werden, durchfließt das Wasser das CD-Module kreisförmig, wodurch der Druckverlust geringer ist.

Im Vergleich zu herkömmlichen Systemen ohne Vorkonzentrierung nimmt „ZLD eco“ etwa 20 Prozent weniger Energie in Anspruch. Zudem wird bei der kleineren Verdampferanlage auch weniger Kühlenergie zum Kondensieren benötigt. Diese Einsparung kann bis zu 80 Prozent betragen. Weitere Einsparungen ergeben sich aus dem modularen Aufbau der Anlage. Die dadurch erreichbare Einsparung bei den Personalkosten liege bei rund 20 Prozent. Die Kosten für die Inbetriebnahme seien ebenfalls um 20 Prozent niedriger, so der Anbieter. Nicht zuletzt ist der Chemikalienverbrauch geringer.

Aufbereitung von Prozessabwässern

Und wenn die abwasserfreie Produktion doch nicht realisierbar ist? HST liefert nach einem systematisierten Analyseprozess betriebsfertige Lösungen zur Aufbereitung von Prozessabwässern, die auf einem Baukasten-System mit Standardkomponenten und IT-gestützter Vernetzung basieren, bei Bedarf ergänzt um Sonderbehandlungslösungen. Ziel sei es, möglichst wenig Trinkwasser, Chemikalien und Energie einzusetzen bzw. Abfallstoffe zu erzeugen. Durch den Einsatz von HST-IT-Systemen und der Kenntnis aller Prozessdaten werde ein besserer, weil stetig angepasster, lastbezogener Betrieb erzielt.

Anwendungsbezogen kommen die HST-Flotationstechniken, Lamellenseparatoren, Fällungs- und Flockungsreaktoren und auch die SBR-Technik zur biologischen Behandlung zum Einsatz. Diese Technologien wurden auf mehr Prozesseffizienz getrimmt, um beispielsweise Trennprozesse von Stoffen noch sicherer, gezielter bzw. schärfer vorzunehmen. Dies sei wichtig, wenn es darum gehe, Rohstoffe wiederzugewinnen, betont der Anbieter. Unterstützt durch Automation und IT werden bei höherer Effizienz die Grenzwerte zuverlässig eingehalten.

Vom weißen Blatt Papier zur fertigen Anlage

Einen besonderen Weg der Kommunikation geht Envirochemie: Mit einer digitalen Broschüre stellt das Unternehmen seine Leistungen für die Behandlung von industriellem Wasser und Abwasser vor. Von der ersten Skizze auf einem weißen Blatt Papier bis zur fertigen Ingenieuranlage, die maßgeschneidert nach Kundenwunsch geplant, gebaut und in Betrieb genommen wird, zeigt die neue digitale Präsentation den Entstehungsprozess einer wassertechnischen Anlage. In einem zweiten Erzählstrang erfährt der Besucher, wie eine modulare Anlage zur Wasseraufbereitung, Kreislaufführung oder Abwasserbehandlung entsteht.

Fazit: Es ist die auch bei anderen Themen immer wieder eingebrachte Philosophie des Systemansatzes, die bei der Aufbereitung von Wasser für den industriellen Gebrauch die am besten geeignete Vorgehensweise beschreibt. Die bestmögliche Kombination der chemisch-physikalischen Wasseraufbereitungs-Technologien gelingt nur Spezialisten.

(ID:44473701)

Über den Autor