Projekt 23273/01

Erarbeitung eines Lösungskonzeptes zur Kreislaufführung von Prozessabwässern in der Textilveredlungsindustrie

Projektträger

BERGHOF Filtrations- und Anlagentechnik GmbH & Co. KG
Harretstr. 1
72800 Eningen
Telefon: 07121-894-0

Zielsetzung und Anlass des Vorhabens

Beim Textilwerk Rökona fallen bei den Waschprozessen der Gewirkevorbehandlung beträchtliche Mengen warmer bis heißer Abwässer mit einer TOC-Belastung von über 1.000 mg/l an. Aufgrund der hohen Temperaturen von ca. 60 °C können diese Abwässer nicht direkt mit konventionellen Abwasserreinigungsverfahren behandelt werden. Hierfür steht bei der Fa. Rökona eine Membrananlage (UF und NF) zur Wiedergewinnung des Abwassers zur Verfügung. Aufgrund der im Abwasser vorhandenen Spinnpräparationen kommt es jedoch sehr schnell zu einem Verblocken der Membranen, so dass der Einsatz der Membrananlage nicht möglich ist.
Im Rahmen des Verbundvorhabens sollte ein innovatives Reinigungsverfahren auf biologischer und membrantechnischer Basis zur Behandlung der Waschwässer entwickelt werden, welches eine deutliche Einsparung der Ressourcen Wasser und Energie ermöglicht.
Das wesentliche Ziel des Reinigungsverfahrens zur Kreislaufführung war die Wiedergewinnung von hei-ßem Brauchwasser und dadurch simultane Reduktion der Kosten für Frischwasser, Heizenergie und die Abwasserentsorgung. Die Auswertung aller Ergebnisse sollte zu einem unproblematischen kontinuierlichen Einsatz der vorhandenen Membrananlage zur Wiederverwendung der Waschwässer führen. Darüber hinaus wurde eine wirtschaftliche Abschätzung der erforderlichen Kosten für die Anschaffung und den Betrieb einer großtechnischen biologischen Reinigungsanlage durchgeführt.


Darstellung der Arbeitsschritte und der angewandten MethodenZum Erreichen der gesteckten Projektziele wurde ein Verfahrenskonzept entwickelt, welches erlaubt, die technisch effizienteste und wirtschaftlichste Technik für die Behandlung und den Wiedereinsatz der Waschwässer zu ermitteln und einzusetzen. Das Konzept beinhaltet eine Grobfiltration, biologische Stufe, nachgeschaltete Membranfiltration (Ultrafiltration) und Wiederverwendungsversuche des gereinigten Prozesswassers.
Die biologische Reinigungsstufe unterteilte sich in eine aerobe und anaerobe Behandlung. Die aerobe Behandlung erfolgte bei einer Temperatur vom 30 °C zunächst in zwei Pilotreaktoren (je 300 Liter) und anschließend in einer halbtechnischen Anlage (1,3 m³). Für die anaerobe Behandlung wurden zwei verschiedene Mikroorganismenpopulationen mit unterschiedlichen Temperaturoptima eingesetzt. Einerseits wurden mesophile Mikroorganismen mit einem Optimum bei 37 °C und andererseits thermophile Mikroorganismen mit einem Optimum bei 55 °C eingesetzt. Für die anaeroben Untersuchungen wurden jeweils Bioreaktoren, bestückt mit einem textilen Trägermaterial aus Polypropylen zur Immobilisierung und Zurückhaltung der Biomasse eingesetzt.
Das biologisch aerob und anaerob behandelte Abwasser wurde anschließend mit einer Ultrafiltrationspilotanlage weiterbehandelt. Ziel der Membranfiltration war aus wirtschaftlichen Gründen zwecks Wiederverwendung eine spezifische Permeatleistung von 120 l/(m²h).
Ziel der Abwasseraufbereitung war neben der Reduzierung der Belastung und bessere Filtrierbarkeit vor allem die Wiederverwendung des gereinigten Abwassers. Daher wurden die gereinigten Abwässer in anwendungstechnischen Untersuchungen bei der Fa. Rökona auf ihre Eignung für Spül- und Waschprozesse getestet.


Ergebnisse und Diskussion

Die Untersuchungen zur aeroben Vorbehandlung der Waschflotten zeigten, dass die Abwasserinhaltsstoffe prinzipiell biologisch gut abbaubar sind. Der TOC-Abbaugrad betrug bei den gewählten Verweilzeiten ca. 85 %. Durch eine nachgeschaltete Ultrafiltration konnte die TOC-Konzentration weiter reduziert sowie eine effektive Abtrennung von Trübstoffen im Ablauf der Biologie erreicht werden. Der durchschnittliche Permeatfluss lag mit 98 l/(m²h) unter den Erwartungen. Aufgrund des niedrigen Permeatflusses und den damit verbundenen hohen spezifischen Energiekosten sowie den im Vergleich zu anaeroben Systemen relativ hohen Betriebskosten wurde das Szenario der aeroben Vorbehandlung verworfen.
Die Versuche zur anaeroben sowohl mesophilen als auch thermophilen Behandlung der Waschflotten zeigten bei den gewählten Verweilzeiten einen mittleren TOC-Abbaugrad von bis zu 40 %. Im Vordergrund der Versuche lag jedoch nicht nur der Abbau der Verunreinigungen, sondern auch die Spaltung der Abwasserinhaltsstoffen, um die anschließende Filtrierbarkeit mittels Ultrafiltration zu verbessern. Dieses Ziel konnte durch die anaerobe Vorbehandlung erreicht werden. Die Ultrafiltrationsversuche zeigten über mehrere Monate hinsichtlich der Permeatqualität und -leistung von über 180 l/(m²h), der Zuverlässigkeit und im Vergleich zu den auf dem Markt befindlichen Anlagen hervorragende Ergebnisse.
Ferner gaben die Untersuchungen zu erkennen, dass für die heißen Waschflotten eine anaerobe thermophile Biologie gegenüber einer mesophilen wesentliche Vorteile mitbringt:
- Thermophile Mikroorganismen zeigten bei gleicher Verweilzeit ein wesentlich günstigeres Abbauverhalten der Abwasserinhaltsstoffe als mesophile.
- Eine Abkühlung der Teilströme vor der Reinigungsanlage sowie eine Aufheizung des gereinigten Abwassers vor der Wiederverwendung im Produktionsprozess entfällt.
- Die UF-Versuche mit thermophil vorbehandeltem Abwasser zeigten eine wesentlich langsameren Abfall der Filtrationsleistung als mit mesophil vorbehandeltem.
Die Wiederverwendungsversuche erfolgten zunächst im Labormaßstab und anschließend mit einer Industrieanlage und zeigten, dass mit dem gewonnenen Recyclingwasser aus dem Auswaschen von Präparationen nahezu die gleichen Reinigungseffekte erreicht werden können wie mit Betriebswasser.
Auf Basis der Versuchsergebnisse erfolgte eine Kostenanalyse für den Aufbau und den Betrieb einer Be-handlungsanlage bestehend aus einer anaeroben thermophilen Biologie mit nachgeschalteter Ultrafiltration. Für die Kostenanalyse wurden neben den Investitionskosten für den Aufbau der Anlage auch die laufenden Kosten berücksichtigt. Daraus ergaben sich Behandlungskosten von 4,37 Euro/m³.


Öffentlichkeitsarbeit und Präsentation

- Vortrag beim Forschungskuratorium Textil, Arbeitskreissitzung Umwelt, Eschborn, 1. März 2006
- Vortrag auf dem 2. Denkendorfer Umweltkolloquium (23./24. Mai 2007), in Planung
- Veröffentlichung in Fachzeitschriften (Melliand Textilberichte/Textilveredelung), in Planung


Fazit

Das mittel- und langfristige Ziel der Fa. Rökona auf dem Abwassersektor ist neben der Reduzierung der Abwasserbelastung vor allem im Hinblick auf eine mögliche Produktionserweiterung die Wiederverwendung von Waschflotten. Hierfür wurde ein Verfahrenskonzept auf Basis einer anaeroben thermophilen Vorbehandlung mit nachgeschalteter Ultrafiltration entwickelt und erprobt, welches sich aus technischer Sicht bestens für diese Aufgabe anbietet.
Die Untersuchungen ergaben, dass die anaerobe thermophile Vorbehandlung der heißen Waschflotten wesentliche Vorteile gegenüber einer konventionellen aeroben und/oder anaeroben mesophilen Vorbehandlung aufweist: Die anaerobe thermophile Vorbehandlung zeigt eine höhere Wirtschaftlichkeit aufgrund der Membranfiltrationsleistung, erfordert ein geringen Handlingsaufwand, weist eine geringe Überschussschlammbildung auf und ermöglicht eine effektive Ausnutzung der Wärmeenergie des Abwassers bei der anschließenden Wiederverwendung.
Durch Einsatz des ausgewählten Verfahrenskonzeptes können die Abwasserbehandlungskosten im Gegensatz zu den oben beschriebenen Verfahren auf 4,37 Euro/m³ reduziert werden Für die Fa. Rökona verbleibt im Verhältnis zu den aktuellen Betriebs- und Abwasserkosten jedoch eine Mehrbelastung von gemittelt 2,50 Euro/m³. Da die Fa. Rökona im äußerst preissensiblen Marktsegment der Automobilinnenausstattung arbeitet, wäre eine daraus ergebende Preiserhöhung an die Kundschaft nicht durchzusetzen. Ein wirtschaftlicher Betrieb des technisch hoch effektiven Verfahrenskonzeptes ist daher derzeit nicht gegeben. Folglich ist es für die Fa. Rökona von größter Notwendigkeit eine wesentlich preiswertere Möglichkeit der Abwasserbehandlung zu finden.
Ein wesentliches Kostenreduzierungspotential für die Abwasserbehandlung besteht in der Reduzierung des Energieverbrauches der Ultrafiltration sowie Steigerung der Wiederverwendungsquote.
Die technische Anwendung des entwickelten Verfahrenskonzeptes kann prinzipiell in allen Industriezweigen, in denen heißes und hochbelastete Abwasserteilströme anfallen, gesehen werden. Als prädestiniert erscheint das Konzept für den Einsatz in der Textilveredlung und der Papierindustrie.