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Wasserrückgewinnung in der Industrie Welle machen: Unterschätzen wir das Problem mit Industrieabwässern?

Autor / Redakteur: Hans-Jürgen Bittermann / Hans-Jürgen Bittermann

Ist es möglich, behandeltes und verunreinigtes Wasser wiederzuverwenden? Ob aus der Ölförderung oder in Lackierbädern: Häufig sind gewerbliche Abwässer stark belastet und können nicht einfach physikalisch geklärt werden. Genau da will ein BMBF-gefördertes Verbundprojekt ansetzen: Wird „Wave“ zur perfekten Welle für die Wasserrückgewinnung?

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Lackierung im Tauchbad: Industrielle Wässer und Lacke lassen sich mit Elektroimpulsen entkeimen.
Lackierung im Tauchbad: Industrielle Wässer und Lacke lassen sich mit Elektroimpulsen entkeimen.
(Bild: Eisenmann)

Bei der Wiederverwendung industrieller Abwässer fallen hochkonzentrierte Restströme an, die Salze, schwer abbaubare organische Verbindungen und Schwermetalle enthalten. Die in der Industrie erfordert deshalb – anders als im kommunalen Bereich – individuelle Lösungen, die an die jeweilige Branche angepasst werden müssen. Wesentlich für die Anlagenbetreiber ist dabei, enthaltene Reststoffe zu minimieren, um die hohen Entsorgungskosten zu vermeiden und die Entsorgungssicherheit zu gewährleisten.

Dabei sollen ganz neue Verfahren und Konzepte zur Wasserwiederverwendung helfen, den steigenden Wasserbedarf weltweit nachhaltig zu decken. „Wave“ („Zukunftsfähige Technologien und Konzepte zur Erhöhung der Wasserverfügbarkeit durch Wasserwiederverwendung und Entsalzung“) nennt das BMBF ein Teilprojekt des Förderschwerpunktes „Nachhaltiges Wassermanagement“.

Hinter der „perfekten Welle“ stecken 13 Verbundprojekte und ein Begleitvorhaben, die an der Wasserwirtschaft von morgen arbeiten.

So hat das Projekt High Con das Ziel, neuartige, mehrstufige und für eine selektive Wertstoffrückgewinnung geeignete Prozesse zu entwickeln. Sie sollen eine nahezu vollständige Wiederverwertung der anfallenden Konzentrate sowie zusätzlich eine mehrfache Verwendung von aufbereitetem Abwasser ermöglichen.

Bestehende Technologien werden zu diesem Zweck weiterentwickelt und an die speziellen Anwendungen in Biotechnologie, Kosmetikherstellung, Lebensmittelproduktion und Textilmanagement angepasst, erklären die Verantwortlichen.

Stark belastete Abwässer zurückgewinnen

Im Fokus der Entwicklungen steht dabei die Kombination von Membranprozessen, um anorganische Salze von organischen Schadstoffen in Konzentraten zu trennen. So wird ein durch Umkehrosmose gewonnenes Konzentrat mit verschiedenen Verfahren wie der Nanofiltration oder der Elektrodialyse/Metathese zur Umsalzung weiterbehandelt. Durch diesen Schritt können Salze, die normalerweise das Kernproblem bei der Konzentratentsorgung sind, separat und mit stark verringertem Volumen weiter aufbereitet werden.

Der konzentrierte und mit anorganischen Ionenverbindungen angereicherte Stoffstrom wird, etwa durch eine Membrandestillation, bis an die Sättigungsgrenze ­aufkonzentriert. Anschließend kann dieses „Superkonzentrat“ beispielsweise in einem Kristallisator als Feststoff abgetrennt werden.

Praxistest in der Industrie

Wesentliches Ziel ist dabei, sortenreine Salze bei verschiedenen Konzentrationsstufen abzutrennen und die gewonnenen Feststoffe qualitativ soweit aufzubereiten, dass sie wieder dem Produktionsprozess oder einer weiteren Verwertung zugeführt werden können.

Die Forscherinnen und Forscher erproben hierfür eine selektive Niedertemperatur-Destillation-Kristallisation. Hierbei handelt es sich um ein innovatives Destillationsverfahren, das bei Unterdruck arbeitet und energiesparend mit Abwärme aus industriellen Prozessen betrieben werden kann.

Aufgebrüht: Salze aus Extraktkaffee?

Am Produktionsstandort der DEK Deutsche Extrakt Kaffee ­Berlin wurde von Juli bis Ende November 2018 die High-Con-Demonstrationsanlage zur Untersuchung der weitergehenden Abwasser- und Konzentrataufbereitung betrieben. Das biologisch gereinigte Abwasser wurde mittels Umkehrosmose (UO) aufkonzentriert.

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Grundsätzlich konnte so eine hohe Recyclingausbeute bei guter Permeatqualität, etwa für die Wiederverwendungen als Kühlwasser oder als Kesselspeisewasser (gegebenenfalls erst nach einer weiteren Aufbereitung) erreicht werden.

Das Konzentrat wurde mithilfe der folgenden Technologien bis hin zur Salzrückgewinnung aufbereitet: Nanofiltration (NF), Elektrodialyse (ED) und Membrandestillation (MD), sowie die alternative Destillation/Kristallisation. Bei einer vollständigen, nicht selektiven Kristallisation blieb so ein nahezu organik-freies Salzgemisch zur weiteren Verwendung zurück.

Die Physik entscheidet! Produced Water aus Shalegas

Beim Fördern von Erdöl und Erdgas aus schwer zugänglichen Lagerstätten wie Ölsanden, Tonsteinen oder Kohleflözen fällt mit Kohlenwasserstoffen verunreinigte Spülflüssigkeit an. Aber auch bei der Produktion von Keramik entstehen Abwässer, die nicht leicht zu behandeln sind.

Solche salz- und ölhaltigen, zum Teil heißen und aggressiven Medien stellen eine große Herausforderung für die Wasserreinigung dar: So kann etwa das bei der Erdölförderung aus Ölsanden anfallende Produktionswasser, so genanntes „produced water“, bislang nicht mit vertretbarem Aufwand aufbereitet werden, da bewährte Verfahren wie die Flockung nicht alle problematischen Abwasserinhaltsstoffe hinreichend gut entfernen.

Darüber hinaus kommen in der Ölgewinnung häufig weitere Chemikalien zum Einsatz, die die Menge der zu entsorgenden Reststoffe erhöhen und die Abwasser-Behandlung verteuern.

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