Wirtschaftlich und energiesparend

Dipl.-Ing. Andrea Heuser

Die gesetzlichen Rahmenbedingungen, aber auch die steigenden Rohstoffkosten führen dazu, daß immer mehr Unternehmen selbst ihre Abwässer aufbereiten wollen. An erster Stelle steht hier die wirtschaftliche Rückgewinnung von Wertstoffen aus dem Abwasser. Ist diese nicht realisierbar, muß die Abwassermenge so weit wie möglich reduziert werden, um die Entsorgungskosten niedrig zu halten. In beiden Fällen stellt die Abwasseraufbereitung mit thermischen Trennverfahren eine wirtschaftliche Lösung dar. Abbildung 1 zeigt Kombinationsmöglichkeiten der wichtigsten thermischen Trennverfahren mit anderen Verfahrenschritten zur Abwasserbehandlung.

Das Verhalten der Abwässer bei der thermischen Behandlung hängt von seinen spezifischen Eigenschaften wie Verdampfungswärme, Siedeverlauf bei unterschiedlichen Drücken, Fließverhalten, Neigung zur Verkrustung, Schaumbildung, Salzausscheidung u.a. ab. Die genannten Eigenschaften bestimmen die Betriebsbedingungen und die verfahrenstechnischen Parameter einer Anlage. Da sich Abwässer in ihrer Zusammensetzung und damit auch in ihren physikalisch-chemischen Eigenschaften stark unterscheiden, und sie sich zudem durch den Einfluß der Temperatur undefiniert verändern können, sind im Vorfeld Versuche im Technikumsmaßstab notwendig. Auf diesem Weg lassen sich die notwendigen Daten für die Anlagenauslegung ermitteln, die optimalen Betriebsbedingungen festlegen und die geeigneten Anlagen und Apparatetypen auswählen.

Ein weiterer Aspekt bei der Auswahl einer Anlage ist die Wirtschaftlichkeit. Beispielsweise werden bei einer Eindampfanlage die Investitionskosten vorwiegend durch die Größe der Heizflächen und die Stufenzahl bestimmt. Letztere beeinflussen wiederum unmittelbar die Betriebskosten, die ihrerseits wesentlich von den Energiekosten und der geforderten Verdampfleistung abhängen. Zudem kann durch die Art der Wärmeführung in einer Anlage der Energiebedarf entscheidend gesenkt werden. Es gibt drei Möglichkeiten zur Energieeinsparung: die Mehrstufenschaltung, die thermische und die mechanische Brüdenvedichtung.

Eine wichtige Rolle spielt in diesem Zusammenhang die Energiesituation des Gesamtbetriebs. Steht beispielsweise billiger Dampf zur Verfügung, ist die Entscheidung für eine Direktbeheizung mit Frischdampf oder für eine Mehrstufenschaltung durchaus sinnvoll. Ist der Dampf teuer, nutzt man den ausgedampften Brüden erneut zur Beheizung. Um ihn wieder auf das geforderte Temperaturniveau zu bringen, wird er entweder thermisch in Dampfstrahl-Brüdenverdichtern oder mechanisch in Kompressoren und Ventilatoren verdichtet. Häufig kombiniert man bei einer Anlagenschaltung diese Möglichkeiten mit dem Ziel, den Kapitaleinsatz und die Energiekosten minimal zu halten.

Ebenfalls von großer Bedeutung ist die Werkstoffauswahl, weil man oft nicht weiß, ob und wie die Inhaltstoffe des Abwassers miteinander reagieren und welche Reaktionsprodukte dabei entstehen. Auch hier sind Versuche im Labor- und Technikumsmaßstab wichtig. Neben nahezu allen metallischen Legierungen, kommen beim Bau thermischer Abwasseraufbereitungsanlagen Titan, Graphit, gummierter Stahl sowie in begrenztem Umfang auch Kunststoffe zum Einsatz. Anhand von drei ausgeführten Anlagenbeispielen sollen die Vorteile der thermischen Abwasseraufbereitung verdeutlicht werden.

Gebrauchte Metallfässer, beispielsweise aus der Mineralölindustrie, werden von speziellen Firmen gereinigt und aufgearbeitet. Dadurch kann nicht nur der ohnehin knappe Deponieraum entlastet, sondern auch eine preisgünstige Alternative zur Anschaffung neuer Fässer geboten werden.

Bei der Faßreinigung mit Hilfe einer automatischen Faßwaschanlage fallen hoch belastete Waschlaugen und Spülwässer an. Nach umfangreichen Vorversuchen hat man sich für eine Abwasseraufbereitung mit Hilfe der Eindampftechnik entschieden.

In einem vorgeschalteten Separator trennt man zunächst aus den ölhaltigen Waschlaugen und Spülwässern das freie Öl ab. Die Spülwässer werden dann kontinuierlich in einer dreistufigen Umlauf-Eindampfanlage aufkonzentriert (Abb. 2). Das Konzentrat gelangt anschließend in Sammeltanks. Die Waschlauge kann für mehrere Reinigungsdurchläufe verwendet werden. Nach etwa drei Wochen wird das gesammelte Spülwasserkonzentrat zusammen mit der nun verbrauchten Waschlauge auf höchstmögliche Konzentration eingedampft. Der dabei entstehende eingedickte Rückstand kann dann als Sondermüll entsorgt werden.

Das ausgedampfte Wasser, das beim Aufkonzentrieren der Spülwässer und Waschlaugen entsteht, wird als Spül- und Ansetzwasser in den Reinigungsprozeß zurückgeführt. Auf diese Weise lassen sich bedeutende Mengen an Frischwasser einsparen. Zudem kann durch den Einsatz dieser Anlage die Faßreinigung abwasserfrei betrieben werden. Eine Anbindung an das Kanalisationsnetz entfällt.

Kunststoffolien müssen in Abhängigkeit von ihrem Einsatzgebiet ein spezielles Diffusionsverhalten aufweisen. Hierzu wird Kunststoffgranulat mit einem hochsiedenden Öl vermischt und zu einer Folie extrudiert. Anschließend extrahiert man mit Trichlorethylen das Öl, und es entsteht nach der Trocknung eine poröse Folie. Ziel war, das Öl möglichst frei von Lösemitteln ( 0,1%) zurückzugewinnen, um es erneut in die Folienherstellung zurückführen zu können. Dieses Ziel konnte mit Hilfe einer kombinierten Eindampf-/Rektifikationsanlage erfolgreich realisiert werden. In einem einstufigen Fallstrom-Verdampfer wird der größte Teil des Trichlorethylen ausgedampft. Der Sumpfstrom des Verdampfers gelangt zur weiteren destillativen Auftrennung in eine mehrstufige Flashkolonne. Das Vakuum für die Flashkolonne erzeugt man in einer mehrstufigen Dampfstrahl-Vakuumpumpe, die mit den ausgedampften Trichlorethylen-Brüden betrieben wird. Zur Beheizung des Verdampfers nutzt man Frischdampf.

Abwässer aus Entsorgungsbetrieben sind mit ständig wechselnden Anteilen von Salzen, Ölen, Tensiden, Schlämmen und organischen Verbindungen belastet. Die Aufarbeitung dieser Abwässer kann mit Hilfe von physikalischen, chemischen und thermischen Verfahren erfolgen.

Aufgrund der wechselnden Zusammensetzung der Abwässer, entschied man sich für eine flexibel einsetzbare, modular aufgebaute Eindampf- und Rektifikationsanlage (Abb. 3). In der Rektifikationskolonne werden dem Abwasser zunächst die leichter flüchtigen Lösemittel- und Ammoniumanteile entzogen. Danach erfolgt in einem Fallstrom-Verdampfer und einem nachgeschalteten Zwangsumlauf-Verdampfer die Aufkonzentrierung von ca. 0,7 auf bis zu 60% TS. Das Brüdenkondensat aus dem Fallstrom-Verdampfer kann direkt in die Kläranlage eingeleitet werden.

Durch den Einsatz eines Hochdruckventilators zur mechanischen Brüdenverdichtung und der wärmetechnischen Kopplung des Zwangsumlauf-Verdampfers mit der Kolonne läßt sich ein sehr niedriger Energieverbrauch erreichen. Die Anlage ist so verrohrt und regelungstechnisch aufgebaut, daß sie sowohl komplett als auch in einer Kombination von Einzelkomponenten betrieben werden kann.

Weitere Informationen cav-237