Zielsetzung und Anlass des Vorhabens<\/p>\n
Ziel des Vorhabens ist die R\u00fcckgewinnung von Sp\u00fclw\u00e4ssern der oberfl\u00e4chenbehandelnden Industrie mittels Membranverfahren. Bei der Oberfl\u00e4chenbehandlung von Metallen durch den Einsatz von Mischs\u00e4uren entstehen verbrauchte Beizl\u00f6sungen und Sp\u00fclw\u00e4sser. Die darin enthaltenen Schadstoffe, wie z.B. Schwermetalle und Eisensalze sowie Hydroxide, m\u00fcssen abgetrennt, aufbereitet und deponiert werden. Mit den heute verf\u00fcgbaren verfahrenstechnischen Anlagen k\u00f6nnen die Probleme der Aufbereitung und einer gleichzeitigen Kreislaufschlie\u00dfung nicht oder nur unzureichend gel\u00f6st werden. Bisher wurde die Abw\u00e4sser neutralisiert und die vorhandenen Metallverbindungen ausgef\u00e4llt. Das neutralisierte Abwasser enth\u00e4lt jedoch sehr gro\u00dfe Salzfrachten, die zu erheblichen Umweltsch\u00e4den f\u00fchren k\u00f6nnen. Daher soll ein Regenerationssystem in Form einer Elektrodialyse mit vorgeschalteter Filtrationsstufe eingesetzt werden. Die Anwendung einer Modulbauweise erm\u00f6glicht eine flexible Anlagengestaltung und erleichtert die \u00dcbertragbarkeit. Prim\u00e4rziel ist eine weitestgehende Abwasserreduzierung und Weiternutzung des Wassers. Weitere angestrebte Merkmale sind: geringer Energieverbrauch f\u00fcr die Aufbereitung der Sp\u00fclw\u00e4sser, geringe Umweltbelastung, Chemikalieneinsparung gegen\u00fcber einem Neutralisationsverfahren, hohe Zuverl\u00e4ssigkeit, einfache Handhabung und Anpassungsm\u00f6glichkeiten an unterschiedliche Durchflussmengen.<\/p>\n
Darstellung der Arbeitsschritte und der angewandten MethodenAnhand realer, mit St\u00f6rstoffen belasteter Sp\u00fclw\u00e4sser aus Betrieben der Edelstahlherstellung und der Ferrostahlherstellung war deren Aufbereitung mit praxisnahen Versuchen zu erproben. Mit einem zweistufigen Anlagenkonzept sollten die aus den Metallbehandlungsb\u00e4dern in das Sp\u00fclbad verschleppten St\u00f6rstoffe abgeschieden werden und zugleich ein m\u00f6glichst hoher Anteil gereinigtes Sp\u00fclwasser in ausreichender Qualit\u00e4t in den Prozess zur\u00fcckgef\u00fchrt werden. Die Aufgabenstellung umfasst Planung und Bau der Technikumsanlage, die Durchf\u00fchrung der Regenerationsversuche mit Sp\u00fclwasser aus Edelstahlherstellungsbetrieben und einem Stahlbetrieb sowie die Auswertung der Ergebnisse. Abschlie\u00dfend war eine \u00dcberarbeitung der Anlagenkonzepte sowie eine Erarbeitung von technischen Unterlagen mit Ziel einer Praxiseinf\u00fchrung der neu entwickelten Sp\u00fclwasserreinigungstechnologie vorgesehen. Bei der Sp\u00fclwasseraufbereitung durch Elektrodialyse ist insbesondere bei calziumreichen Sp\u00fclw\u00e4ssern eine Feststoffabscheidung und evtl. Belagbildung ein gro\u00dfes Problem. Deshalb und zur Effizienzsteigerung sowie Verminderung des Energiebedarfs wurde eine Filtration vorgeschaltet. Erprobt wurden zwei Verfahren, eine Mikrofiltration im Cross-Flow-Verfahren und eine Nanofiltration. Das derart vorbehandelte Sp\u00fclwasser wurde danach mit der Elektrodialyse weiter aufgereinigt. Der Betrieb erfolgte weitgehend automatisiert mit regelm\u00e4\u00dfiger Probennahme und Kontrolle der Betriebsdaten. Der Reinigungserfolg wird prim\u00e4r \u00fcber Leitf\u00e4higkeitsmessungen bestimmt. Messungen von Spannung und Stromst\u00e4rke ergaben den Energieverbrauch f\u00fcr die Elektrodialyse. Die Ergebnisse wurden f\u00fcr eine Wirtschaftlichkeitsbetrachtung und auch einen Kostenvergleich f\u00fcr verschiedene Reinigungsverfahren verwendet.<\/p>\n
Ergebnisse und Diskussion<\/p>\n
Es wurden Sp\u00fclw\u00e4sser aus verschiedenen Beizanlagen, insbesondere aus dem Edelstahl- und Ferrostahlbereich untersucht und regeneriert. Im ersten Versuchsabschnitt wurden Sp\u00fclw\u00e4sser mittels Elektrodialyseanlage mit vorgeschalteter Mikrofiltrationsstufe regeneriert. Die Ergebnisse zeigten relativ geringe Betriebskosten von ca. 2,50 DM\/m\u00b3 f\u00fcr schwach beladene Abw\u00e4sser. Jedoch wurde eine F\u00e4llung von Sedimenten bei bestimmten Versuchschargen festgestellt. Um die Probleme zu l\u00f6sen, wurde eine Nanofiltrationsanlage statt einer Mikrofiltration vorgeschaltet.
\nAus den Ergebnissen geht hervor, dass in der Nanofiltrationsanlage die Leitf\u00e4higkeit reduziert wird. Bei mehrstufigerer Behandlung wird bereits im ersten Durchlauf die Leitf\u00e4higkeit erheblich reduziert. Im zweiten Durchlauf ist die Reinigungsleistung deutlich geringer und nimmt in den nachfolgenden Durchl\u00e4ufen noch weiter ab. Bei der Ermittlung der optimalen Versuchsparameter war anhand der Messwerte und Analysenergebnisse der Nanofiltrationsversuche ersichtlich, dass bei Variation des Betriebsdrucks zwischen den Messungen bei niedrigen und denen bei h\u00f6heren Dr\u00fccken keine nennenswerten Unterschiede in der Permeatzusammensetzung auftraten. Dieses wird durch die gemessenen Leitf\u00e4higkeitswerte belegt. Bei einer Wirtschaftlichkeitsbetrachtung zeigt sich allerdings, dass die meisten Vorteile bei den Versuchsreihen mit h\u00f6herem Druck liegen. Dazu z\u00e4hlt als erstes der geringere Konzentratvolumenstrom, als zweites die k\u00fcrzere Behandlungsdauer und als drittes der niedrigere Stromverbrauch.
\nDurch zahlreiche Messreihen wurden die Erkenntnisse bez\u00fcglich der Leistungsf\u00e4higkeit der Nanofiltration best\u00e4tigt. Auch die Elektrodialyse konnte einwandfrei durchgef\u00fchrt werden und best\u00e4tigte die guten Re-sultate. Ein erstmals erprobter Einsatz des Nanofiltrationskonzentrates im Elektrodialysenkreislauf ist problemlos durchf\u00fchrbar und erm\u00f6glicht eine weitere deutliche Volumenreduzierung des Restkonzentrates. Selbst bei den h\u00f6heren Konzentrationen traten keinerlei St\u00f6rungen auf. Die \u00dcberpr\u00fcfung der Leis-tungsf\u00e4higkeit erfolgte in zwei Messreihen mit nur einem Nanofiltrationsdurchlauf zur Vorbehandlung. Dabei wurden sowohl Permeat als auch Konzentrat behandelt, um die Abwassermenge weiter zu reduzieren. Mit der Nanofiltration konnte dabei die Anfangsleitf\u00e4higkeit von 1460 \u00b5S mit einem Durchlauf auf 667 \u00b5S reduziert werden. In der direkt nachfolgenden Elektrodialyse konnte die Leitf\u00e4higkeit auf letztlich 20 \u00b5S reduziert werden. Dabei traten keinerlei Schwierigkeiten auf, so dass die Leistungsf\u00e4higkeit dieses Kombinationsverfahrens als \u00fcberaus positiv bezeichnet werden kann. Die Analysenergebnisse zeigen eine Reduzierung der einwertigen Ionen mit der Nanofiltration um 80 bis 85 %. Die besonders st\u00f6renden mehrwertigen Metalle konnten sogar um 95 bis 98 % reduziert werden. Mit der nachgeschalteten Elektrodialyse konnten die einwertigen Ionen um weitere 85 bis 95 % und die mehrwertigen Ionen um 60 bis 70 % vermindert werden. Insgesamt erreichte das Kombinationsverfahren somit eine Reduzierung der einwertigen Ionen um 98 bis 99 % und der mehrwertigen Schwermetalle um 99,1 bis 99,7 %. Hiermit erscheint das Verfahren f\u00fcr breite Bereiche der metallbearbeitenden Industrie, insbesondere f\u00fcr die Ferrostahl- und Edelstahlherstellung geeignet.
\nBilanzierend l\u00e4sst sich feststellen, dass durch die zweistufige Aufbereitung mit der Kombination aus Nanofiltration und Elektrodialyse eine deutliche Reduzierung der Abwassermenge erzielt werden konnte. Es wurde hochwertiges Permeat und eine geringe Menge an hochbelastetem Konzentrat erzeugt.Auch im Vergleich mit anderen Reinigungs- und Aufbereitungsverfahren bietet das Kombinationsverfahren wirtschaftliche Vorteile. Verglichen mit dem Standardverfahren ist der finanzielle Vorteil enorm. Neben den deutlich niedrigeren Verfahrenskosten liegt ein weiterer Vorteil in der Kreislauff\u00fchrung des Betriebswassers, die beim Standardverfahren nicht m\u00f6glich ist. Folglich muss beim Einsatz des Kombinationsverfahrens auch wesentlich weniger frisches Wasser aus dem \u00f6ffentlichen Wassernetz entnommen werden. Somit sind auch die \u00f6kologischen Vorteile beachtlich.<\/p>\n
\u00d6ffentlichkeitsarbeit und Pr\u00e4sentation<\/p>\n
Das Verfahren zur R\u00fcckgewinnung von Sp\u00fclw\u00e4ssern wurde auf der Messe ENVITEC in D\u00fcsseldorf vom 14.05. – 18.05.2001 pr\u00e4sentiert.<\/p>\n
Fazit<\/p>\n
Das erprobte Verfahren besteht aus einer Elektrodialyse und vorgeschalteter Nanofiltrationsanlage und ist eine \u00f6kologisch und \u00f6konomisch g\u00fcnstige Alternative zu herk\u00f6mmlichen Verfahren in der oberfl\u00e4chenbehandelnden Industrie. Die im Vorhaben erzielten Ergebnisse werden f\u00fcr die Planung von industriellen Anlagen verwendet zwecks Schlie\u00dfung des Wasserkreislaufs und zur Abwassermengenreduzierung.<\/p>\n","protected":false},"excerpt":{"rendered":"
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