Kreislaufführung von Prozesswasser

Werkstoffe 10. 12. 2014
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Alternative zur Entsorgung mit Einsparpotenzial

Von Jochen Freund, Steinen

Häufig wird Abwasser von spezialisierten Unternehmen abgeholt und fachgerecht entsorgt. Das ist zwar unkompliziert, kann aber auf Dauer sehr teuer werden, sodass an dieser Stelle erhebliche Einsparpotentiale zu finden sind.

Durch eine interne Aufbereitung lassen sich mehr als 70 Prozent Kosten einsparen. Werden zum Beispiel jährlich 2000 Kubikmeter industrielle Abwässer aufbereitet statt entsorgt, lassen sich in zehn Jahren mehr als 1 000 000 Euro einsparen. Somit rechtfertigt das Einsparpotential in fast allen Fällen Investitionen in Wasseraufbereitungsanlagen. Um dieses Potenzial zu nutzen, steht die Wahl der optimalen Aufbereitungs­anlage, Technologie oder des Verfahrens an erster Stelle.

Wahl von Anlage und Technologie

Am Markt gibt es viele Anbieter für unterschiedliche Technologien, die über spezifische Stärken und Schwächen verfügen. Die Vielfalt des Angebots macht die Auswahl schwierig. Die am häufigsten angewandten Verfahren für die Aufbereitung von industriellem Prozesswasser sind chemisch-physikalische Spaltanlagen, Membrananlagen und Vakuumdestillationssysteme (Tab. 1).

 

 

In einigen Fällen gibt es für das aufzubereitende Prozesswasser nur eine optimale­ Methode, die sich über die anfallende Menge und den Grad der Verunreinigung des Wassers bestimmen lässt. Sollte die Schmutzfracht fast ausschließlich anorganischer Art sein, lassen sich Membranfiltrationsverfahren ausschließen, weil sie zu aufwändig sind. Die Vakuumdestillation ist dann nicht geeignet, wenn das Prozess­wasser Latex, Lack, Farbe oder Eiweiß enthält. Abbildung 1 zeigt, dass es einen großen­ Bereich gibt, in dem alle aufgeführten Verfahren anwendbar sind. In diesem Bereich gilt es, die Verfahren sorgfältig gegeneinander abzuwägen.

 

Abb. 1: Auswahlhilfe für Verfahren zur Abwasseraufbereitung

 

Kriterien für die Auswahl

Zunächst sind die Rahmenbedingungen festzulegen. Das wichtigste Kriterium ist die Qualität des aufbereiteten Wassers. Die Qualitätsanforderungen sind die Basis für die Betrachtung von allen folgenden Kriterien. An erster Stelle im Verfahrensvergleich stehen natürlich die Kosten. Neben den Investitionskosten gilt es aber auch, die Betriebskosten zu betrachten (Abb. 2).

Abb. 2: Vergleich Betriebskosten von Prozesswasseraufbereitungssystemen

 

Die Flexibilität des Verfahrens ist ebenso von großer Bedeutung. Es ist abzuklären, wie das Aufbereitungssystem zum Beispiel auf einen schwankenden Verschmutzungsgrad des aufzubereitenden Wassers oder gar dessen vollständige Änderung innerhalb kürzester Zeit reagiert.

Des Weiteren ist das Verhalten beim Einsatz von neuen Prozesschemikalien zu berücksichtigen. Letztendlich gilt es noch, die Zuverlässigkeit zu betrachten, den Aufwand zum Betrieb der Anlage oder die Eingriffsmöglichkeit des Bedieners beim Auftreten von Störungen ohne externe Hilfe.

Wirtschaftlichkeit
von Abwasserfreiheit

Viele Betriebe achten heute darauf, nachhaltig zu wirtschaften und Ressourcen zu schonen. Selbstauferlegte, strenge Umweltstandards gehen häufig über die behördlich geforderten Grenzwerte hinaus. Dazu gehört natürlich auch der schonende Umgang mit wertvollen Frischwasserressourcen.

Wenn der Betrieb abwasserfrei werden soll oder wenn die Produktionsprozesse sehr reine Spülwässer benötigen, bietet sich die Vakuumdestillation an. Die Qualität des Destillats ist hierbei so hoch, dass keine beziehungsweise nur wenige Nachbehandlungsschritte notwendig sind. Die entstehenden Destillate sind nahezu öl- und schwermetallfrei. Nur wenn extrem hohe Qualitätsanforderungen an das Prozesswasser gestellt werden, ist die Nachbehandlung in Ionentauschern notwendig.

Bei anderen Aufbereitungskonzepten wie Membranverfahren oder chemisch-physikalischen Verfahren ist es wirtschaftlicher, das Abwasser gerade so weit aufzubereiten, dass es einleitfähig ist. In der Produktion wird dann aufbereitetes Stadtwasser verwendet, weil hier die Prozesskosten niedriger sind, als die weitergehende Aufbereitung des bereits geklärten Abwassers.

Investitionen

Werden die Investitions- und Betriebs­kosten von Vakuumdestillationsanlagen im Bereich von 100 m³/Jahr bis 30 000 m³/Jahr bei Schmutzfrachten unter 8 % ­betrachtet, zeigen sich auch die wirtschaftlichen Vorteile der Vakuumdestillationstechnologie. Zwar sind die Investitionskosten höher als bei anderen Verfahren, dafür sind aber die Betriebskosten wesentlich günstiger. In der chemisch-physikalischen Behandlung fallen hohe Kosten für Verbrauchsmaterialien an, gleichzeitig ist die Bedienung, insbesondere bei einer breiten Palette von Inhaltsstoffen im Schmutzwasser, personalaufwändig und oftmals schwierig.

Membrananlagen haben moderate Verbrauchswerte, jedoch sind die Mengen des zu entsorgenden Rückstands und damit die verbleibenden Entsorgungskosten hoch. Abbildung 3 zeigt einen Betriebskostenvergleich der drei Verfahren und verdeutlicht, dass sich bei der Vakuumdestillationstechnologie die höheren Investitionskosten bereits nach etwa zwei Jahren durch geringere Betriebskosten amortisieren. Auch in Bezug auf Flexibilität und Sicherheit besitzt die Vakuumdestillation Vorteile. Moderne Systeme passen sich automatisch schwankenden Prozesswasserqualitäten an. Geringe Anpassungen erlauben es, beispielsweise zu einem späteren Zeitpunkt galvanische Prozesswässer in einem System aufzubereiten, die eigentlich für die Behandlung von verbrauchten Kühlschmierstoffemulsionen konzipiert war.

Abb. 3: Lebenszykluskostenvergleich von Prozesswasseraufbereitungssystemen

 

Durchdachte Wartungskonzepte und intelligente Prozessvisualisierungen verbessern die Systemverfügbarkeit und erleichtern die Bedienung. Insofern sind moderne Vakuumdestillationssysteme ebenso zuverlässig wie der spezialisierte Entsorgungs­betrieb.

Abb. 4: Einsparpotenzial durch Vakuumdestillationssysteme in verschiedenen Industriebereichen

 

Zusammenfassung

Bereits die in Abbildung 1 genannten Angaben weisen auf das optimale Aufbereitungsverfahren für industrielle Abwässer in Abhängigkeit vom anfallenden Volumen und der Schmutzfracht hin. In Bereichen, in denen mehrere Verfahren möglich sind, dominiert die Vakuumdestillation aus wirtschaftlichen Gründen. In den Randbereichen empfiehlt es sich, je nach Qualitätsanforderungen über Verfahrenskombinationen (z. B. Membrananlagen plus Vakuumdestillation zur Aufbereitung der Konzentrate) nachzudenken.

 

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