Abwasserfreie Produktion - eine Herausforderung im Zeitalter der Industrie 4.0

Werkstoffe 09. 12. 2017
KMU-LOFT Fachsymposium zur Präsentation der neuen Anlagenfamilie zur Minimierung von Abfall und Energie

Auch wenn das Gründungsjahr 2013 auf ein junges Unternehmen hindeutet, kann die KMU Loft Cleanwater GmbH bereits mehr als 25 Jahre Erfahrung auf dem Gebiet der Behandlung von Industriewasser ­vorweisen: KMU ist seit 1990 und LOFT seit 1996 mit der Herstellung von Anlagen, primär auf Basis der Brüdenverdichtung, zum Aufarbeiten von Wasser aktiv. Die Brüdenverdichtung wurde 1853 in Österreich zum Patent angemeldet und diente in der Anfangszeit überwiegend zur Salzgewinnung oder Verarbeitung von Molkereiprodukten. Heute stehen vor allem die Rückführung von Wasser in die verschiedenen Prozesskreisläufe, die Aufkonzentrierung von Stoffen zur Wiederverwendung oder auch die Einsparung von Energie bei der Wasserbehandlung im Vordergrund. Die Anlagen der KMU-LOFT zeichnen sich darüber hinaus durch eine exzellente Funktionsweise und hohe Qualität aus. Sie sind dadurch und aufgrund der guten Anpassungsmöglichkeiten an die jeweiligen Wassermengen in den unterschiedlichsten Bereichen der Industrie im Einsatz.

Mit der neuen Anlagenfamilie Master Line, die das Unternehmen bei der diesjährigen parts2clean erstmals einem ­breiteren Fachpublikum vorstellte, führt KMU-LOFT den eingeschlagenen Weg konsequent fort. Der modulare Ansatz der vollautomatisch arbeitenden Anlagen bietet ein breites Einsatzfenster und zugleich eine optimale Anpassung an die Bedürfnisse der unterschiedlichsten Kunden. Das Konzept wurde in Zusammenarbeit mit der Volkswagen AG, der Schaeffler AG und der ElringKlinger AG intensiven Tests unterzogen – sie haben sich dort bestens bewährt. Die Ergebnisse der Einsatzprüfungen wurden im Rahmen eines Fachsymposiums am 23. Oktober am Standort Kirchentellinsfurt der KMU-LOFT Cleanwater GmbH vorgestellt.

Fachsymposium

Volker Welzenbach konnte mehr als 50 Interessenten zum ersten Fachsymposium über abwasserfreie Produktion in Kirchentellinsfurt begrüßen. Zusammen mit seinem Kollegen Manfred van Treel hat er für die Veranstaltung aus dem Kundenbereich der KMU-LOFT interessante Details über den Einsatz und die Eigenschaften der Technologien zusammengestellt.

Einführend ging er auf die Entwicklung eines wichtigen Technologiebereichs für die Wasser- und Abwassertechnik ein – der Auto­mobilindustrie. Er wies darauf hin, dass Rückmeldungen aus dem Kundenbereich entscheidend dazu beitragen, die richtigen Anlagen und Technologien anbieten zu ­können.

Die KMU-LOFT, ein Zusammenschluss der KMU und LOFT, hat sich der Behandlung von Abwasser aus der Industrie und dessen Aufbereitung unter Einsatz der Vakuumverdampfer verschrieben. Dazu bietet das Unternehmen Anlagen und Verfahren – inzwischen 2300 Anlagen weltweit – für die unterschiedlichsten Anforderungen, die grundsätzlich auf die speziellen Bedürfnisse des jeweiligen Kunden zugeschnitten werden, wobei das Produktportfolio auch die chemisch-physikalische Aufbereitung umfasst. Neben Industriekunden bedient die KMU-LOFT auch Kommunen bei der Aufarbeitung von Wasser und Abwasser und trägt damit auch hier zur Verbesserung der Umwelt bei. Im Bereich der Industrie ist das Streben nach Abfallfreiheit ein Hauptziel. Das immer wichtiger werdende Ziel der Kunden nach steigender Umweltfreundlichkeit wird damit untermauert. Zudem sind die Anlagen darauf ausgerichtet, die Anforderungen aus Industrie 4.0 zu ­erfüllen.

Abwasserfreie Produktion

Im ersten Fachbeitrag ging Dr. Thomas Track, Dechema, auf die abwasserfreie Produkt­ion als Herausforderung im Zeitalter von Industrie 4.0 ein. Seinen Worten zufolge ist die Automobilindustrie generell ein entscheidender Treiber für die Entwicklung von neuen Verfahren, bei denen der Umgang mit Wasser ein wichtiger Bereich ist. In ­diesem Kontext ist die abwasserfreie ­Produktion ein Element eines integrierten industriellen Wassermanagements. Im Rahmen eines Forschungsprojekts wurde hierzu das Wassermanagement näher betrachtet und erhebliche Einsparpotenziale für Wasser und Abwasser durch die Nutzung moderner Behandlungsmethoden für Wasser abgeleitet.

Daraus wird unter anderem klar, dass in vielen Regionen die Einsparung von Abwasser zunehmend auch die Standortsicherung unterstützt. Während in der mechanischen Produktion die Nutzung der Digitalisierung bereits deutlich fortgeschritten ist, hängen die chemischen Branchen, zu denen auch der Umgang mit Prozesswasser zählt, ­derzeit noch hinterher. Zur Verbesserung der Situation wird auch die verstärkt eingesetzte Digitalisierung beitragen, aus der sich ein höheres Maß an Flexibilität und Effizienz ergibt.

Wasserwirtschaft in der Automobilindustrie

Rüdiger Eppers befasst sich im Volkswagenkonzern mit der Anlagenplanung und Erstellung von Wasserwirtschaftskonzepten. Volkswagen hat Strategien entwickelt, die einen sparsamen Umgang mit Wasser und eine kontinuierliche Reduzierung von Abfall für alle Marken des Konzerns vorgeben. Dabei agieren die Marken separat, sind aber trotzdem an die entsprechenden Umweltschutzstrategien gebunden; sie profitieren umgekehrt aber auch aus den Verbesserungen einzelner Markenbereiche. Aus solchen Arbeiten entstand eine detaillierte Darstellung der Wasserströme im Konzern, vom Einsatz von Trinkwasser bis zum Abwasser.

Ein wichtiger Punkt ist die Vorbehandlung von Wasser, bevor dieses in eine abschließende Behandlung geht. Zum Teil kann bereits benutztes Wasser (Brauchwasser) im Prozess verwendet werden. Für die Behandlung von Prozesswasser ist es ausschlaggebend, welche Stoffe im Wasser enthalten sind, beispielsweise Kühlschmierstoffe, Lackbestandteile oder gelöste Metalle. Es konnte überzeugend aufgezeigt werden, dass die Verdampfertechnik für alle Abwasser­arten einsetzbar ist, wobei je nach Inhaltsstoff Unterschiede bestehen. Häufig kann Wasser aus Verdampfern mit einer nachgeschalteten biologischen Abwasserbehandlung direkt in die Umwelt abgegeben werden. Die Darstellung des Wasserkreislaufs für das Stammwerk Wolfsburg macht deutlich, dass der größte Teil des verwendeten Wassers im Kreis geführt wird. Die entsprechende Strategie zur Wassernutzung wurde bereits bei der Gründung des Werks in Wolfsburg im Jahre 1938 vorgegeben.

Für die Verdampfertechnologie hat VW einen Versuch an acht Testanlagen von unterschiedlichen Anbietern vorgenommen. Hierbei wurden alle messbaren Parameter erfasst, wobei ein Volumenstrom von rund 100 l/h vorgegeben war. Alle Anlagen wurden von den Herstellern aufgestellt und eingerichtet, jedoch von Mitarbeitern von VW betrieben; somit konnte auch die Bedienbarkeit bewertet werden. Ermittelt wurden die Abluftwerte, die Faktoren für das Aufkonzentrieren sowie die Anlagendaten wie Energieverbrauch, Handling oder Störungsanfälligkeit. Bewertungkriterien waren zudem der CSB- und KW-Wert des Destillats. Vier der getesteten Anlagen wurden von VW mit sehr gut bewertet, zu denen auch die Master-Line der KMU-LOFT gehört. Im Rahmen der konzerninternen Entwicklung werden diese Anlagen auch für die Eignung bei zukünftiger Produktionsprozesse genutzt, wie beispielsweise der Produktion von Elektrofahrzeugen.

Aufbereitung von Industrieabwässern

Einer der größten Zulieferunternehmen für die Automobilindustrie mit weltweiten Fertigungsstätten ist die Schaeffler AG, die ebenfalls die Verdampfertechnik von KMU-LOFT für die Aufbereitung der anfallenden Industrie­abwässer nutzt. Erich Dietz stellte die Erfahrungen mit den Verdampfer­anlagen, wie sie beispielsweise zunehmend für die Produktion in neuen Anlagen und Werken eingesetzt werden, näher vor. Zu den verarbeiteten Abwässern zählen wässrige Kühlschmierstoffe, Reinigungsabwässer von Waschanlagen, Gebäudeteilen, Kühlwässer, Polierabwässer sowie Abwässer aus der Oberflächenbehandlung.

Die üblichen Verfahren für die Wasserbehandlung umfassen chemisch-physikalische Verfahren, Membran-, Sedimentations- und Ionenaustauschertechniken sowie Vakuumverdampfer. Für den Einsatz der Verdampfer werden die unterschiedlichen Abwässer gesammelt, vorsedimentiert und eine Einstellung des pH-Werts vor der Zuführung zum Verdampfer vorgenommen. Mit dem Verdampfer lassen sich in diesem Fall etwa 95 % an Wasser für die Rückführung gewinnen.

Besonders interessant wurde in den letzten Jahren die Verdampfertechnik für die Produktion in China, da hier die Entsorgungs­kosten drastisch gestiegen sind. Insbesondere in China wurden mit der Gründung der Entwicklungseinrichtung Factory for Tomorrow große Anstrengungen für eine bessere Nutzung von Wasser und dem Ziel der ­abwasserfreien Produktion unternommen.

Erfahrungen mit Prozesswassermanagement

Jens Gern berichtete über die Erfahrungen zum Prozesswassermanagement bei der ElringKlinger AG aus Dettingen/Erms als weltweiten Zulieferer für die Automobilindustrie. Zu den bekanntesten Produkten des Unternehmens zählen Dichtungen für ­Motoren, wobei das Angebot zunehmend durch Bestandteile für den Leichtbau oder Brennstoffzellen erweitert wird. Auch für ElringKlinger steht die Umweltfreundlichkeit an vorderster Stelle. Mit dem Aufbau einer neuen Anlage für die Oberflächenbehandlung und Beschichtung (Entfetten, Beizen, Phosphatieren) wurde die Verdampfertechnik für die gesammelten Abwässer eingesetzt. Hiermit lassen sich den Erfahrungen von Jens Gern zufolge 95 % des Wassers soweit reinigen, dass das Destillat direkt in die Spülstufen der Anlagen zurückgegeben werden kann - damit wird im Prinzip abwasserfrei produziert. Die Verdampferanlagen der KMU-LOFT zeichnen sich durch einen sehr geringen Energie­verbrauch aus. Zudem arbeiten sie vollauto­matisch und erfordern somit nur geringe Bedienungsbetreuung durch Fachpersonal vor Ort; dieser Umstand trägt deutlich zur Wettbewerbsfähigkeit des Unternehmens an deutschen Standorten bei.

Diskussion unter Fachleuten

Im Rahmen einer Podiumsdiskussion wurde betont, dass neben der Einsparung von Energie insbesondere der Zwang zur Einhaltung von stetig steigenden Grenzwerten neue Technologien erforderlich macht, um Produktionsstandorte mit Wasserknappheit mit ausreichenden Wassermengen ­bedienen zu können. Sinnvoll ist auch der Ansatz, nur Teilströme mittels Vakuumverdampfern zu behandeln, wodurch eine erhebliche Verschmutzung der Gesamtmenge an anfallenden Abwässern vermeidbar ist. Daraus ergibt sich als Ziel, abwasserfreie Prozessschritte anzustreben, da eine insgesamt abwasserfreie Produktion (als Gesamtheit eines Unternehmens) unter dem Blickwinkel der Wirtschaftlichkeit kaum realisierbar sein dürfte.

Als besonders vorteilhaft bewerten die Fachleute aus den unterschiedlichen Produktions­bereichen, dass die von der KMU-LOFT entwickelten Master Line-Anlagen durch den modularen Aufbau die heute unerlässliche Flexibilität erfüllen, sehr einfach und mit hoher Zuverlässigkeit bedient werden können und die robust und hochqualitative Ausführung eine außerordentlich hohe Verfügbarkeit aufweist.

Master Line - wegweisende Technologie

Die Master Line ist eine neue Generation der Verdampferanlagen zur qualitativ hochwertigen Aufbereitung von industriellen Prozess­wässern. Gegenüber bisherigen Anlagen sind auf verkleinertem Raum leistungsstärkere und effizientere Komponenten verbaut, die die Qualität verbessern und den Energie­verbrauch deutlich reduzieren. Mit der neuen modularen Bauweise lässt sich die Anlage individuell auf die Anforderungen sehr unterschiedlicher Prozesswässer anpassen. Mit Zusatzkonfigurationen können selbst schwierige Prozessmedien behandelt werden. Zugleich werden der Aufkonzentrationsfaktor des Konzentrats gesteigert und beste Destillatqualitäten erreicht. Diese modulare, kundenspezifische Auslegung der ­Master Line maximiert die Verfügbarkeit und reduziert die Lebenszykluskosten. Durch den Wiedereinsatz des Destillats entsteht eine Kreislaufführung, die Ressourcen schont und das Erreichen höchster Umweltstandards ­gewährleistet.

Die neue Anlagenfamilie zeichnet sich nach Angaben des Herstellers durch folgende ­Besonderheiten aus:

  • Optimierter Energieverbrauch durch leistungs- und energieeffizientere Module
  • Beste Destillatqualität durch verbesserte Verfahrenstechnik ohne weiteren Einsatz vor- oder nachgeschalteter Peripherie
  • Erhöhte Konzentratqualität durch modulierbaren Naturumlauf
  • Geringste Emissionen durch integrierbare Abluftbehandlung
  • Bestmögliche Aufstellfläche mit über 10 % reduziertem Platzbedarf in der Aufstellung und 60 % reduziertem Platzbedarf für Servicekräfte
  • Vollautomatisches Reinigungssystem für reduzierte Nebenzeiten und höchste Servicefreundlichkeit, zum Beispiel durch intuitive Bedienung und einfache Visualisierung
  • Geringste Betriebs- und Lebenszyklus­kosten
  • Integration von individuellen Funktionsmodulen und modernsten Kommunikationstechnologien
  • Weiterreichende Einsatzmöglichkeiten wie: Spülwässer und Aktivbäder, Emulsionen, Kühlschmierstoffe, trennmittelhaltige und glykolhaltige Wässer, Deponiesickerwässer, Grubenwässer, mäßig radioaktiv belastete Abwässer
    • www.kmu-loft.de
 

Die neue Master Line in Gesamtansicht

 

Text zum Titelbild: Prinzip der Abwasserbehandlung mittels Brüdenverdichtung

 

Wärmetauscher der neuen Anlage

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