Wussten Sie, dass rund 80m³ Prozesswasser täglich anfallen und eine spezielle Anlage erforderlich ist, um rund 80% des enthaltenen Stickstoffs zu entfernen? Seit 2011 beschäftigt sich der Abwasserverband Mittlere Mümling intensiv mit diesem Problem und hat erfolgreich Verfahren entwickelt, die die Qualität des industriellen Wassers erheblich verbessern.
Die Prozesswasserbehandlung ist ein wesentlicher Bestandteil der industriellen Wasseraufbereitung. Durch den Einsatz nachhaltiger Wasserreinigungstechnologien können nicht nur die Umwelt geschützt, sondern auch erhebliche Kosteneinsparungen erzielt werden. Angesichts der Tatsache, dass Prozesswasser in Industriebetrieben in sehr großen Mengen eingesetzt wird, ist eine effektive Behandlung unerlässlich.
Ein Beispiel hierfür ist das kommunale Netz von Beerfelden, welches sich über ca. 260 km erstreckt. Hier führt Prozesswasser zu einer Rückbelastung von 10-20% der normalen Zulaufbelastung, was die Kläranlage aufgrund der schwankenden Zulaufbelastungen vor Herausforderungen stellt. Dennoch zeigt sich, dass durch gezielte Maßnahmen und Technologien die Stickstoffbelastung effizient abgebaut werden kann.
Wichtige Erkenntnisse
- Tägliche Anfallmenge von rund 80m³ Prozesswasser.
- Ziel ist die Verbesserung der Wasserqualität und Reduzierung des Wasserverbrauchs.
- Prozesswasserbehandlungsanlagen können bis zu 80% des Stickstoffs entfernen.
- Schutz der Anlagen vor Ablagerungen und Verschleiß.
- Wichtiger Beitrag zum Gesundheitsschutz der Mitarbeiter.
Was ist Prozesswasser?
Prozesswasser ist Wasser, das speziell für industrielle Prozesse aufbereitet wird. Es wird in verschiedenen industriellen Anwendungen eingesetzt, einschließlich der Produktion und Energieerzeugung. Die Behandlung von Prozesswasser spielt eine wichtige Rolle, um sicherzustellen, dass es die erforderlichen Standards und Anforderungen erfüllt.
Definition und Einsatzgebiete
Prozesswasser entsteht in verschiedenen Branchen wie der Kunststoffrecyclingindustrie, Lebensmittel- und Getränkeindustrie sowie Textilindustrie. In diesen Einsatzgebieten von Prozesswasser ist eine besondere Aufbereitung erforderlich, um Wasser wiederverwenden und die Frischwasserzufuhr reduzieren zu können. Prozesswasser kann verschiedene Verunreinigungen enthalten, darunter Fette, Proteine, Kunststoffabrieb, Salze, Zucker, Druckfarben und andere organische Stoffe.
Die Summenparameter CSB und BSB5 können im Prozesswasser hohe Werte aufweisen, mit einem biologischen Sauerstoffbedarf von bis zu 12.000 mg/l und einem chemischen Sauerstoffbedarf, der meist auf 20.000 mg/l steigt. Der pH-Wert des Prozesswassers variiert in der Regel zwischen 6 und 14.
Industrielle Anforderungen an Prozesswasser
Die Anforderungen an Prozesswasser variieren je nach Industriezweig. Die Qualität und Reinheit des Prozesswassers müssen oft strenge technische und gesetzliche Standards erfüllen. Zum Beispiel erfordert die Lebensmittel- und Getränkeindustrie hohe Reinheitsgrade für ihr Prozesswasser, während in der Automobilindustrie spezifische Wasserbehandlungstechniken erforderlich sind, um den Anforderungen an Prozesswasser gerecht zu werden.
- Bis zu 20 Prozent der gesamten Zulauffracht an Ammoniumstickstoff entfallen je nach Prozesskonfiguration auf die Stickstofffracht.
- Die Steigerung des Energiebedarfs der Belüftung durch die zusätzliche Stickstoffelimination kann bis zu 6 kWh pro kg eliminierten Stickstoff betragen.
- Der Energiebedarf für verschiedene Prozesswasserbehandlungsverfahren liegt zwischen 1,6 kWh und 3,7 kWh pro kg eliminierten Stickstoff.
Die Behandlung von Prozesswasser kann dazu beitragen, Wasser zu sparen, Kosten zu reduzieren und Ausgaben an anderer Stelle zu verringern. Mit fortschrittlichen Technologien wie denen der PPU Umwelttechnik GmbH, die Beratung und zertifizierte Lösungen bieten, wird die Aufbereitung von Prozesswasser optimiert.
Prozesswasseraufbereitung: Ein Überblick
Die Prozesswasseraufbereitung umfasst eine Vielzahl von Wasseraufbereitungstechniken, um die Qualität des Wassers zu verbessern und industrielle Anforderungen zu erfüllen. Durch die Anwendung spezifischer Methoden wie Filtration, Umkehrosmose und Ultrafiltration können Unreinheiten, Schadstoffe und Mikroorganismen beseitigt werden.
Filtrationstechniken
Die Filtration ist eine der grundlegendsten Wasseraufbereitungstechniken. Sie entfernt feste Partikel aus dem Wasser, wie Fasern, Splitt, Sand und Algen, und trägt somit zur Verbesserung der Wasserqualität bei. Ein Beispiel sind die Berkal™ Scheibenfiltersysteme, die erfolgreich Verunreinigungen in unterschiedlichen Anwendungen entfernen.
Umkehrosmose
Die Umkehrosmose ist eine fortschrittliche Methode, die auf dem Prinzip der halbdurchlässigen Membran basiert. Sie entfernt sowohl gelöste Feststoffe als auch biologische Kontaminanten effizient aus dem Wasser. Systeme wie Nurion™ Umkehrosmosesysteme mit Hygienic Design sind speziell für die Produktion von einwandfreiem Zutatenwasser in der Lebensmittel- und Getränkeindustrie konzipiert und gewährleisten höchste Wasserstandards.
Ultrafiltration
Die Ultrafiltration ist eine weitere wichtige Technik in der Prozesswasseraufbereitung. Mit dieser Methode können Schwebstoffe, Huminstoffe, Viren und Keime effektiv entfernt werden. UFLEX™ bietet innovative Lösungen zur Verbesserung der Wasserqualität durch den Einsatz von Ultrafiltrationsmembranen und gewährleistet eine zuverlässige Entfernung von Verunreinigungen.
Zusammenfassend tragen diese Wasseraufbereitungstechniken entscheidend dazu bei, die strengen Industriestandards für Prozesswasser zu erfüllen und die Betriebskosten durch effiziente und nachhaltige Lösungen zu senken. Unternehmen wie EnviroChemie nutzen fortschrittliche Technologien, um maßgeschneiderte Lösungen für verschiedene Branchen zu bieten, die auf deren spezifische Anforderungen zugeschnitten sind und eine umweltfreundliche Produktion unterstützen.
Technologien zur Prozesswasserbehandlung
Moderne Technologien wie Terion® Elektrodeionisation, Actiflo® Wasserklärungsverfahren und Hydrotech™ Disc Filter spielen eine Schlüsselrolle in der Prozesswasseraufbereitung. Diese Technologien ermöglichen es, effizient verschiedene Kontaminanten aus dem Wasser zu entfernen und die Wasserqualität zu verbessern, um den rechtlichen und technologischen Anforderungen der Industrie gerecht zu werden.
Terion® – Elektrodeionisation
Terion® Elektrodeionisation ist eine innovative Methode zur Entionisierung von Wasser. Diese Technologie nutzt elektrische Felder und Ionenaustauscherharze, um Salze und andere Ionen aus dem Wasser zu entfernen. Terion® bietet eine kontinuierliche und chemikalienfreie Lösung zur Erzeugung von hochreinem Wasser, das für zahlreiche industrielle Prozesse unerlässlich ist.
Actiflo® – Wasserklärung
Das Actiflo®-Verfahren ist ein kompaktes und hocheffizientes Wasserklärsystem, das auf mikrosandgestützter Flockung basiert. Diese Technik erreicht einen Reinigungsgrad von bis zu 99% und ist ideal für die Klarung von Prozesswasser in verschiedenen Branchen wie der chemischen Industrie und Petrochemie. Actiflo® Systeme tragen erheblich zur Reduzierung des Chemischen Sauerstoffbedarfs (CSB) bei und verbessern die Qualität des behandelten Wassers.
Hydrotech™ Disc Filter
Der Hydrotech™ Disc Filter ist eine führende Technologie zur Feinfiltration in der Prozesswasserbehandlung. Diese kompakten und robusten Filter sind in der Lage, Partikel und Verunreinigungen mit hoher Effizienz zu entfernen und tragen somit zur Nachhaltigkeit und Effizienz von Wasserkreisläufen bei. Hydrotech Disc Filter können in einer Vielzahl von Anwendungen eingesetzt werden, inkl. Lebensmittel- und Getränkeindustrie sowie Automobilindustrie.
Prozesswasserbehandlungstechnologien wie Terion, Actiflo und Hydrotech Disc Filter sind unverzichtbare Bestandteile moderner Wasserklärsysteme. Sie ermöglichen eine qualitativ hochwertige Aufbereitung, die sowohl Umweltvorgaben als auch industrielle Standards erfüllt und somit die Ressourceneffizienz und Nachhaltigkeit in verschiedenen Anwendungsbereichen unterstützt.
Biologische Verfahren der Prozesswasserbehandlung
Biologische Verfahren nutzen Mikroorganismen, um organische Verunreinigungen und Stickstoff aus dem Prozesswasser zu entfernen. Diese Techniken sind besonders umweltfreundlich, da sie auf den natürlichen Abbau von Schadstoffen setzen und häufig geringere Energiekosten verursachen als chemische Behandlungsverfahren. Die biologische Wasserbehandlung trägt in Kläranlagen erheblich zur Energieeinsparung und zur Reduzierung der Treibhausgasemissionen bei.
Ein gutes Beispiel ist die Stadtbetriebe Ahrensburg, die im Jahr 2017 ein Ingenieurbüro beauftragten, die Nährstoffentfernung zu bewerten und zu optimieren, vorbehaltlich einer zentralen Wasserbehandlung. Diese Prozesswasserbehandlung zielte darauf ab, die Rückbelastungen in den Kläranlageinlauf weiter zu reduzieren und Kapazitätsreserven für eine wachsende Stadt zu schaffen.
Die anschließende Implementierung der Deammonifikation hat erwiesen, dass die mikrobielle Reinigung am wirtschaftlichsten und ökologisch sinnvollsten ist. Laboruntersuchungen bestätigten, dass die Deammonifikation selbst bei höheren Ammoniumkonzentrationen und chemischem Sauerstoffbedarf (COD) effektiv ist.
Die mikrobielle Reinigung erzielt zudem bemerkenswerte Effizienzen, wie zum Beispiel:
- Schlammproduktion des Hochleistungsbiologiesystems ALMA BHU BIO: nur 0,2 kg pro kg abgebauten CSB
- BSB-Reduktion des Bioreaktors ALMA BIO BBI: max. 99 %
- CSB-Reduktion des kompakten MBBR-Systems ALMA BIO Compact MBBR: 10 – 120 kg/d bei 90 % Abbauleistung
Ein Projektziel der biologischen Wasserbehandlung in Ahrensburg ist es, eine Reduktion von 279 Tonnen CO2-Äquivalenten über die Projektdauer zu erreichen mit geplanten Energieeinsparungen von 26.000 Kilowattstunden pro Jahr.
Die biologische Wasserbehandlung, speziell die mikrobielle Reinigung, zeigt eine hohe Reinigungseffizienz und trägt entscheidend zum Umweltschutz und zur Schonung der Ressourcen bei.
Chemisch-thermische Verfahren zur Prozesswasserbehandlung
Die chemisch-thermische Wasserbehandlung kombiniert die Anwendung von Hitze und chemischen Reagenzien, um komplexe Verunreinigungen im Wasser zu zerstören oder umzuwandeln. Typische Wasserchemikalien, die hierbei zum Einsatz kommen, umfassen Oxidationsmittel, Reduktionsmittel, und pH-Regulierer. Diese Methoden sind besonders effektiv für die Entfernung von schwer abbaubaren oder gefährlichen Kontaminanten und spielen daher eine wichtige Rolle in verschiedenen industriellen Prozessen.
Methoden wie die Advanced Oxidation Processes (AOP) nutzen hochreaktive Hydroxylradikale für die Oxidation persistenter Wasserschadstoffe. Insbesondere bei ineffizienter biologischer Abbaubarkeit sind AOP unverzichtbar. Zu den AOP-Prozessen gehören unter anderem Fotolyse, Elektrooxidation/-reduktion und die Wasseraufbereitung mit atmosphärischem Plasma. Diese Technologien sind daher besonders nützlich für stark verschmutzte oder toxische Abwässer.
Ein weiterer wichtiger Aspekt ist die Adsorption, die Biosorption oder Biofällung umfasst, um Metallkonzentrationen aus Lösungen zu entfernen. Moderne Technologien können Metallgehalte bis hin zu g/kg-Niveaus aus Flüssigkeiten mit nur wenigen mg/L entfernen. Weiterhin bietet die Membrantechnologie mit Microfiltration (MF), Ultrafiltration (UF), Nanofiltration (NF) und Umkehrosmose (RO) vielfältige Möglichkeiten zur Entfernung von suspendierten Partikeln, Bakterien, Viren, Makromolekülen, organischen Verbindungen sowie divalenten oder monovalenten Ionen.
Zu den bedeutenden Vorteilen dieser Verfahren gehört die Möglichkeit zur Rückgewinnung von Wertstoffen und die damit einhergehende Betriebskostensenkung. Unternehmen wie Air Liquide haben über 40 Jahre Erfahrung und mehr als 2.500 weltweit installierte Systeme. Dies unterstreicht die Zuverlässigkeit und Effizienz solcher Technologien in der industriellen Wasserbehandlung.
Somit stellt die chemisch-thermische Wasserbehandlung eine wesentliche Komponente für den Schutz unserer Umwelt dar. Durch den effizienten Einsatz dieser Methoden können Industriebetriebe nicht nur zur Einhaltung gesetzlicher Vorschriften beitragen, sondern auch zur Schonung wertvoller Ressourcen und zur Sicherung der Lebensqualität.
Prozesswasserbehandlung im Hauptstrom
Die Prozesswasserbehandlung im Hauptstrom impliziert seine Integration in den Hauptwasserstrom der Anlage. Dies bedeutet, dass das behandelte Wasser direkt mit den restlichen Abwässern kombiniert wird. Dieser Ansatz kann jedoch signifikante Auswirkungen auf den Betrieb von Kläranlagen haben, da er zu einem erhöhten Verbrauch von Betriebsmitteln und Energie führen kann.
Ein wichtiger Aspekt der Hauptstrombehandlung ist der Elektrizitätsverbrauch der Belüftung (eB), der mit etwa 25 kWh/m³ zu Buche schlägt. Zusätzlich fällt der Elektrizitätsverbrauch der Pump- und Hebewerke (ePW) mit ebenfalls 25 kWh/m³ ins Gewicht. Der elektrische Wirkungsgrad der Faulgasverwertung (ηelek) liegt bei rund 27%, was zeigt, dass die Energiegewinnung aus entstehendem Biogas nicht vollständig effizient ist.
Die spezifische Faulgasproduktion (VFaulgasoTR) bzw. (VFaulgasEW) beträgt etwa 28 m³/t. Diese Kennzahl ist entscheidend für die Berechnung der Biogasmengen, die für Energiegewinnungszwecke genutzt werden können. Der Eigenversorgungsgrad an Elektrizität (EVelek) und der thermische Versorgungsgrad (EVth) betragen beide etwa 29%, was auf die potenzielle Deckung des Energiebedarfs durch Eigenproduktion hinweist.
Ein weiterer relevanter Faktor ist die Rückbelastung durch die Schlammbehandlung, die zwischen 13 und 22% des Stickstoffzuflusses ausmacht. Im Fall von Fremdschlämmen oder Co-Substraten kann dieser Wert auf über 25% ansteigen. Damit verbunden ist auch der Anteil des Stickstoffs im Klärschlamm, der typischerweise zwischen 11 und 22% schwankt. Bei mehrstufigen Systemen erfolgt eine vermehrte Stickstoffabtrennung durch Überschussschlamm, was zu einer erhöhten Rückbelastung führt.
Die Stickstoffkonzentration im Zentrat aus der Schlammentwässerung liegt zwischen 600 und 1.500 mg/l, abhängig vom Faulungs-TR und organischen Abbaugrad. Diese Konzentration gilt als schwer abbaubar und der Teilstrom kann unregelmäßig auftreten, besonders bei verkürzten Entwässerungszeiten.
Eine effektive Methode zur Stickstoffelimination ist die integrierte Wasserreinigung. Bei der Denitrifikation führt eine erhöhte Stickstofffracht in der Regel zu einer Vergrößerung des Belebungsbeckens. Eine gezielte Zugabe der Prozessabwässer kann eine signifikante Verbesserung der Stickstoffelimination bewirken, insbesondere wenn die Zugabe gleichmäßig verteilt über den Tag erfolgt, um Stoßbelastungen zu vermeiden.
Zusammenfassend lässt sich sagen, dass eine signifikante Reduzierung der Hauptstrombelastung durch eine separate Teilstrombehandlung erreicht werden kann. Dies führt nicht nur zu geringeren Betriebskosten, sondern auch zu einem umweltfreundlicheren und energieeffizienteren Prozess.
Prozesswasserbehandlung im Nebenstrom
Die Prozesswasserbehandlung im Nebenstrom bietet bedeutende Vorteile, indem sie den Hauptwasserstrom entlastet und den Energieverbrauch für die Wasserreinigung reduziert. Dieses Vorgehen ermöglicht eine effizientere Nutzung von Ressourcen und kann zur Nachhaltigkeit in der Wasseraufbereitung beitragen.
Vorteile der Nebenstrombehandlung
Das Konzept der Nebenstrombehandlung bietet zahlreiche Vorteile. Einer der Hauptvorteile ist die Verringerung der Belastung des Hauptstroms. Durch diese Entlastung können bestehende Anlagen effizienter arbeiten und die Kosten für den Betrieb gesenkt werden. Zudem ermöglicht sie eine flexible Handhabung von Schwankungen in der Abwassermenge. In der Praxis bedeutet dies, dass die Abwassermenge bis zu 450 m³ pro Tag betragen kann, was die Kapazitäten deutlich erhöht.
Ein weiterer Vorteil liegt in der verbesserten Anpassungsfähigkeit an gesetzliche Anforderungen. Beispielsweise erfordert die österreichische Wasserrechtsgesetz (1990) eine Mindestentfernung von 70% Stickstoff. Durch die Nebenstrombehandlung kann dieser Wert nicht nur erreicht, sondern auch deutlich überschritten werden. In der ARA Strass wurde beispielsweise eine durchschnittliche Ammoniumkonzentration von 1.650 mg/L im Ein-Stufen-Betrieb erzielt, was ein beachtliches Ergebnis darstellt.
Energieeinsparungen und Effizienz
Die Energieeffizienz in der Wasserbehandlung spielt eine zentrale Rolle bei der Nebenstrombehandlung. Die Einführung des Deammonifikationsverfahrens hat gezeigt, dass durch Optimierung und Umstellung auf effizientere Prozesse erhebliche Einsparungen erzielt werden können. So wurde beispielsweise am Standort Ingolstadt im Jahr 2009 ein jährlicher Stromverbrauch von 500.000 kWh für das Deammonifikationsverfahren gemessen. Nach der Umstellung auf effizientere Methoden konnte eine Energieeinsparung von rund 25% erzielt werden, was zusätzlich etwa 20.000 € pro Jahr einspart.
Darüber hinaus trägt die Reduktion des Methanolverbrauchs zur Energieeinsparung bei. Der jährliche Methanolverbrauch könnte künftig völlig entfallen, was signifikante Kosteneinsparungen nach sich zieht. Dies wird zusätzlich durch Förderungen wie die des Bayerischen Umweltministeriums unterstützt, welches 50% der zuwendungsfähigen Kosten für das Verfahren übernimmt.
Die Nebenstrombehandlung ermöglicht somit nicht nur eine effizientere Nutzung der Ressourcen, sondern trägt auch maßgeblich zur Reduzierung von Betriebskosten und zum Umweltschutz bei. Diese Verbesserung der Energieeffizienz in der Wasserbehandlung zeigt, wie Technologie und Nachhaltigkeit Hand in Hand gehen können.
Prozesswasserbehandlung für die Lebensmittel- und Getränkeindustrie
In der Lebensmittel- und Getränkeindustrie muss Prozesswasser extrem hohen Reinheitsstandards entsprechen, um den gesetzlichen Anforderungen gerecht zu werden. Diese Anforderungen gewährleisten die Sicherheit und Qualität der Produkte und schützen gleichzeitig die Gesundheit der Verbraucher. Die Lebensmittelindustrie Wasserbehandlung erfordert daher spezialisierte Technologien und Verfahren.
Gesetzliche Anforderungen
Die Gesetzgebung in Deutschland und der EU schreibt vor, dass das Prozesswasser in der Lebensmittel- und Getränkeindustrie frei von Verunreinigungen sein muss. Dies umfasst mikrobiologische Parameter sowie chemische Verbindungen, die sich negativ auf das Endprodukt auswirken könnten. Beispielsweise wird in Molkereien Umkehrosmose eingesetzt, um vollentsalztes Wasser für die Reinigung der Produktionsanlagen zu liefern, was hohe gesetzliche Standards in Bezug auf Hygiene und Sicherheit betrifft.
Spezifische Technologien und Verfahren
Unter den Technologien zur Lebensmittelindustrie Wasserbehandlung sind insbesondere die Umkehrosmose und Ultrafiltration hervorzuheben. Diese Technologien ermöglichen es, hochreines Wasser zu gewinnen, das für die verschiedenen Produktionsprozesse unerlässlich ist. In Milchverarbeitungsbetrieben tragen Umkehrosmoseanlagen zur Reduktion des Wasser- und Energieverbrauchs bei, indem sie bis zu 50 % Energie und bis zu 20 % Frischwasser einsparen können. Diese Effizienzsteigerungen resultieren aus dem Einsatz von energieeffizienten Pumpen und der Rückführung von Konzentraten.
Ein Beispiel systematischer getränkeindustrie Wasserreinigung ist der Einsatz niedrigerenergetischer Membranen und frequenzgeregelter Pumpen. Diese tragen zur Reduktion der Betriebskosten bei, da sie einen niedrigeren Betriebsdruck ermöglichen und somit weniger Energie verbrauchen. Technologien wie die Nurion Umkehrosmoseanlagen, die mit modernen Materialien und Kontrollelementen ausgestattet sind, minimieren das Risiko mikrobieller Verunreinigungen und garantieren eine konstante Wasserqualität ohne unerwünschte Geschmacks- oder Geruchsstoffe im Endprodukt.