Wasseraufbereitung in indischen Chemieparks

Der Chemiepark Lanxess India Nagda befindet sich etwa 125 km entfernt von Indore im Bundesstaat Madhya Pradesh in Zentralindien. Das Areal umfasst mehr als 20 ha. Die dort ansässigen Betriebe produzieren sowohl für den Inlandsmarkt als auch für den Export. Wesentliche Einsatzgebiete für die in Nagda hergestellten Produkte sind Agrochemikalien, Pharmazeutika, Farb- und Duftstoffe, Farben sowie Beschichtungen. Das Besondere am Chemiepark ist das unmittelbar angrenzende Wohnviertel für die Mitarbeiter. Zusätzlich zu dem nicht unerheblichen Wasserbedarf eines Chemieparks verbrauchen die dort lebenden Familien Wasser und erzeugen Abwasser. Um die Wasserversorgung in dieser Region, die über wenig Wasserressourcen verfügt, zu sichern, wurden Möglichkeiten gesucht, das Abwasser aus dem Chemiepark und aus dem Wohngebiet zu recyceln und den Verbrauchern in der gewünschten Qualität wieder zuzuführen. Darüber hinaus sollte die Anlage als Zero-Liquid-Discharge (ZLD)-Prozess betrieben werden, sodass kein Abwasser in die Kanalisation eingeleitet werden muss. Die Kläranlage wurde 2009 in Betrieb genommen und produziert nun über 900 m3 Prozesswasser am Tag.

Im Chemiepark Nagda wird das Wasser aus dem Wohnviertel und das Prozessabwasser dazu benutzt, neues Prozesswasser zu generieren. Da beide Abwasserströme in der Kläranlage zusammengeführt werden, ist das aufzubereitende Wasser deutlich undefinierter als reines kommunales Abwasser. Die Schwankungen der Zusammensetzung im Zulauf können sehr viel größer sein. Nach der Biologie, einer Sandfiltration und einer Aktivkohlereinigungsstufe wird das Wasser mittels Ultrafiltration (UF) behandelt, um Partikel, die bei den vorhergehenden Reinigungsstufen nicht entfernt wurden, abzufangen. Die Ultrafiltrationsstufe besteht aus Hohlfasermodulen, die von innen angeströmt werden. Anschließend fließt das Permeat noch durch Kerzenfilter, bevor es zur Umkehrosmoseanlage (UO) gelangt.

Der Umkehrosmoseprozess besteht aus zwei Stufen: fünf Druckrohre mit sechs Elementen in einer ersten Stufe und drei Druckrohre mit sechs Elementen in der zweiten Stufe. Die Ausbeute der Umkehrosmoseanlage liegt bei 76 %. Das Speisewasser weist eine Salzfracht im Bereich von 600 bis 1300 mg/l TDS (total dissolved solids) auf, während das Permeat unter 20 mg/l TDS liegt. Der angelegte Druck beträgt dabei ca. 9,5 bar. Das Permeat wird anschließend entgast und über Ionenaustauschmischbetten, die Lewatit S 108 H und Lewatit M 800 enthalten, behandelt, um Kesselspeisewasser herzustellen. Nach dem Mischbett wird die gewünschte Qualität von 0,1 mg/l TDS und 0,02 mg/l Kieselsäure erreicht. Das Konzentrat wird über Plattenmodule geführt und mit Drücken über 90 bar aufkonzentriert. Der Rest an Konzentrat wird dann über einen Verdampfer geleitet und das Salz entsorgt.

Wichtig bei einem solchen Prozess ist es, die Wirtschaftlichkeit zwischen den Prozessschritten zu prüfen und zu optimieren. Daher wurde die ursprünglich für Seewasser-Umkehrosmoseelemente (SWUO) „ultralow energy“ konzipierte Anlage nach drei Jahren umgerüstet. Die Seewasser-Elemente wurden gegen die von Lanxess gelieferten Elemente Lewabrane RO B 400 HR ausgetauscht. Vorausgegangen war eine Berechnung mit der Auslegungssoftware Lewaplus, die zeigte, dass die geforderte Permeatqualität mit Standard-Testdruck-BW-Elementen erreicht werden kann, die weniger Druck und damit weniger Energie benötigen.

Nach dem Start wurden die prognostizierten Vorteile der Membranen im täglichen Routinebetrieb bestätigt. Der UO-Vorschubdruck mit Lewabrane RO B400 HR lag unter 9,5 bar (mit bisherigen Elementen bis 12 bar) und der Salzrückhalt bei 98,6 % (besser als die 97,3 % bei den SWUO-Elementen). Die Lewabrane-Elemente erhöhten auch den Kieselsäure-Rückhalt von 94% auf 96,6%, was die Zykluszeit zwischen den Regenerationen für das Ionenaustauschsystem erhöhte. Bei der anschließenden Hochdruck-Umkehrosmose über die Plattenmodule und dem Verdampfer zur weiteren Behandlung des Konzentrats war es wichtig, die richtigen Verhältnisse der Prozesse zu finden. Die Energieeinsparungen durch die Aufkonzentrierung in der Hochdruck-UO sind gegen die Verdampfungskosten – dem klassischen Ende eine ZLD-Prozesses – aufzuwiegen. Gerade das Abwasser dieses Chemieparks, das sowohl aus kommunalem als auch aus industriellem Abwasser besteht, zeigt das Potenzial auf, wie man Wasserkreisläufe und Aufbereitungsprozesse optimieren kann. Gleichzeitig wird auch deutlich, dass es für ZLD-Prozesse keine Standardlösungen gibt.

Dies musste Lanxess auch bei einem neuen Abwasserprojekt im Chemiepark in Jhagadia, Indien, erfahren. Hier sollte das Abwasser aus der Produktion von Ionenaustauscherharzen aufbereitet werden. Um die gewünschte Wasserqualität zu erreichen, wurde die Umkehrosmose als zentraler Prozess gewählt. Allerdings enthält das Abwasser dieses indischen Chemieparks einen hohen Anteil an organischen Substanzen. Diese konnten nicht alleine durch Ultrafiltration entfernt werden. Erst Adsorberharze konnten die Konzentration soweit verringern, dass ein stabiler Umkehrosmoseprozess möglich ist. Da Adsorberharze durch Dampf regenerierbar sind, wurden keine zusätzlichen Chemikalien zur Regenerierung eingeplant. Dieses Projekt befindet sich momentan in der Pilotierung, die Mitte 2017 abgeschlossen sein soll.

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Head of Technical Marketing Membrane, BU Liquid Purification Technologies, Lanxess

Der Spezialchemiekonzern Lanxess ist einer der weltweit führenden Anbieter von Lösungen zur Wasseraufbereitung. Zum Portfolio des Geschäftsbereichs Liquid Purification Technologies (LPT) gehören Lewatit-Ionenaustauscher, Lewabrane-Membranelemente für die Umkehrosmose sowie Bayoxide-Eisenoxidadsorber. Mit der Software Lewaplus lassen sich Brauchwasseraufbereitungsanlagen am Bildschirm entwerfen und der Aufbereitungsprozess kann bis ins Detail geplant werden – sowohl für Umkehrosmose- als auch für Ionenaustauschverfahren.

Lanxess verfügt über spezielle Lewatit-Harze, die selektiv z. B. Schwermetallionen und organische Schadstoffe entfernen können. Im industriellen Bereich wird Lewatit bei der Produktion von hochreinem Wasser und Dampf eingesetzt. Bei der Reinigung industrieller Abwässer und der Sanierung von Grundwasser spielt die Entfernung toxischer Inhaltsstoffe eine entscheidende Rolle.

Die Membranelemente der Produktfamilie Lewabrane bestehen aus spiralförmig gewickelten Dünnfilm-Verbundmembranen, die speziell für die Wasseraufbereitung entwickelt wurden. Der Schwerpunkt der verwendeten Membranchemie liegt auf einer stark vernetzten Polyamidschicht, die eine hohe Beständigkeit gegenüber Reinigungschemikalien aufweist und einen höheren Rückhalt bei komplexen Salzmischungen sowie eine geringe Oberflächenladung hat, was die Neigung zu Fouling reduziert.