Emissionsfreie Abwasseraufbereitung

Dr.-Ing. Jörg Kliefoth

Im Vergleich zu pulvrigen Stoffen besitzen Granulate höhere Schüttdichten und damit eine größere Konzentration an Inhaltsstoffen. Der Lager- und Transportraumbedarf ist entsprechend kleiner. Die nahezu staubfreien, rieselfähigen Produkte verringern außerdem die Zusatzausrüstungen zur Staubabsaugung. Für die Herstellung der Granulate bietet die Wirbelschichttechnik vielfältige Möglichkeiten. Neben Rösten und Klassieren lassen sich auch Lösungen, Schmelzen oder Suspensionen zu Granulat verarbeiten. Weiterhin ist in der Wirbelschicht das Trocknen und Granulieren von pastösen Massen sowie die Granulationstrocknung mit gleichzeitiger Klassierung realisierbar. Die Kombination mit Elementen der Wärmetechnik und Energieversorgung nutzt das klassische Wirbelschichtprinzip unter den strengen Normen der Emissionschutzanforderungen.

Ein weiteres Beispiel für den Einsatz der Wirbelschichtgranulationstrocknung ist das Aufbereiten von feststoffhaltigen Abwässern. Stoffsysteme, die im Bereich von 100 bis 140 °C thermisch stabil sind, lassen sich im Heißdampfkreislauf aufarbeiten. Der eingedüste Wasserdampf erzeugt die Wirbelschicht, in der die Granulate aufwachsen. Die Brüden werden über Kopf abgezogen und nach der Staubabscheidung auskondensiert. Der Abgasstrom erfüllt die Anforderungen an den Emissionsschutz. Die im Verfahren zurückgewonnenen festen Inhaltsstoffe sowie das Kondensat sind als Zuschlagstoffe bzw. als Brauchwasser weiterverwendbar. Eine ausreichende Benetzung der wachsenden Granulate und die turbulente Durchmischung in der Wirbelschicht sorgen für eine gleichmäßige Temperaturbeaufschlagung des Feststoffkorns nahe dem Kondensationspunkt und für ein gleichmäßiges Kornwachstum. Die Austragskorngröße ist durch die Eigenkeimbildung im Trockner und das Staubrückführungssystem hinreichend. In der Heißdampfanlage können zum Beispiel Farbwaschwässer und Rückstände aus Fermentationsprozessen zum Prozeßhilfsmittel granuliert werden. Sind über ein 25 bar Dampfnetz Trocknereintrittstemperaturen von über 200 °C und Austrittstemperaturen von ca. 115 °C realisierbar, lassen sich auch Abwässer mit geringen Feststoffkonzentrationen verarbeiten.

Steht für die Granulierung kein hauseigenes Heißdampfnetz zur Verfügung, so muß Wasserdampf mit einem geeigneten System erzeugt werden. Hier bietet sich für Temperaturen im Bereich von 200 bis 380 °C die Nutzung von Thermalöl als Wärmeträger an. Sie erfordert jedoch gleichzeitig die Lösung des produktbedingten NOx-Problems. Beim Aufbereiten von Laugen (Abbildung 1) stellt das nichtkatalytische Verfahren (SNR) durch die Nutzung der bei der Trocknung entstehenden NH3-Dämpfe eine günstige Alternative zur selektiven katalytischen Reduktion (SCR) dar. In vielen Fällen genügt jedoch die Abgasentsorgung über eine thermische Nachverbrennungsanlage in betriebseigenen Kraftwerken. Zusätzlich erforderliche Ex-Schutzklassen führen zu einer aufwendigen peripheren Anlagentechnik für die Granulations- und Trocknungsaufgabe. Bei großen Trocknungsanlagen und bei Anlagen für die Lebensmittelindustrie, die Pharmaindustrie bzw. den chemischen Bereich kann der Anlagenaufwand durch notwendige CIP-Einrichtungen einschließlich der dazugehörenden Steuerungstechnik nochmals beachtlich steigen.

Die Verarbeitung von thermolabilen Produkten, die sich nur unterhalb 100 °C trocknen und granulieren lassen, erfordert ebenfalls spezielle Anforderungen. Hier dürfen lediglich niedrige Eintrittstemperaturen, gekoppelt mit kleinen Wirbelbettgeschwindigkeiten, gefahren werden.

Das Diagramm in Abbildung 2 verdeutlicht unabhängig von der Anlagenverschaltung die erreichbare Körnungsqualität gegenüber mechanischen Granulationsverfahren. Hierfür muß jedoch bei den meisten Produkten eine externe Keimrückführung mit Vermahlung und Fraktionstrennung von Über- und Unterkorn erfolgen. Diese Form des Granulierens ist oft bei hoch organisch konzentrierten Einsatzstoffen erforderlich, da die Eigenkeimbildung über Formen der Sprühagglomeration und des Feststoffabriebs zu gering ist. Um die Granulation in den Beharrungszustand fahren zu können, ist eine umfangreiche Behälter- und Fördertechnik zu installieren.

Abbildung 3 zeigt den Aufbau der Trocknungskammer eines Wirbelschichtgranulators. Abhängig vom Stoffsystem sind verfahrenstechnische Modifikationen erforderlich. Dafür stehen beim Aufheizen des Trockenmittels zahlreiche Kombinationsmöglichkeiten in der Kreislaufgasreinigung mittels Zyklon- oder Filtertechnik, dem Düsensystem mit wahlweise vorgewärmten Zulaufprodukten sowie der Beheizung der Förderwege zur Verfügung. Zur Lenkung der Granulationsvorgänge kann produktbedingt eine umfangreiche Behälter- und Pulvertechnologie erforderlich werden. Bei großen Trocknerdurchsatzleistungen ist die Errichtung automatisierter Pulver- und Silosysteme nicht zu umgehen. Sie gewährleisten, daß die Kornbildungsvorgänge durch den Wirbelschichtgranulationsprozeß mit klassierendem Kornaustrag im stationären Bereich fahren. Die wenigen Beispiele verdeutlichen die Vielfalt der möglichen anlagentechnischen Lösungen im Bereich der Wirbelschichttechnik. Eine umfangreiche Klärung der Randbedingungen, wie Produkteigenschaften, Leistungsanforderungen, Machbarkeitsuntersuchungen und die Standortsituation, ist für den Aufbau der vorgestellten Anlagen- und Verfahrenstechnik unabdingbar. Ein strukturiertes Engineering hilft dabei, frühzeitig ungenutzte Potentiale aufzuzeigen, kostenintensive Schwachstellen zu eliminieren und Risiken für alle Beteiligten einzuschätzen.

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