Projekt 24327/01

Entwicklung einer membrantechnischen Aufbereitungsanlage zur energieeffizienten Kreislaufführung von hochreinem Prozesswasser in der Garnfärberei

Projektträger

Schwarzkopf Wasseraufbereitung GmbH
Birkenstr. 2
94550 Künzing
Telefon: 08547/9141970

Zielsetzung und Anlass des Vorhabens

Aus Vorversuchen war ersichtlich, dass es mit Hilfe einer Ultrafiltration mit einem Hohlfasermodul (50 kD) und nachgeschalteter Umkehrosmose (Spiralwickelelement) möglich ist, aus dem gesammelten Abwasser einer Färberei von Polyester- und Polyamidgarnen ein hochreines Permeat zu gewinnen. Die Anwendung der Membranfiltration in räumlicher und zeitlicher Nähe der Färbeprozesse war nun hinsichtlich der erwarteten Verbesserung der Effizienz der Membranfiltration bzw. Umkehrosmose und zu dem zusätzlichen Potenzial zur Einsparung von Wasser- und Wärmemengen zu untersuchen. Es wurde eine Recyclingquote von 90% und eine CSB-Rückhaltequote von 99,97% angestrebt. Über einen Farbigkeitssensor sollte die Reinheit des Recyclingwassers und eine hohe Prozesssicherheit erreicht werden.


Darstellung der Arbeitsschritte und der angewandten MethodenZunächst wurde am gesammelten Abwasser die zweistufige Membranfiltration zur Reinigungsleistung und zum Wirkungsgrad untersucht. Die Reinigung der Membranen war zu den Programmschritten und zum Aufwand zu bestimmen. Daraus abgeleitet wurde die Lebenserwartung der Membranen, der War-tungs- und Instandhaltungsaufwand ermittelt. Der Vorfilter wurde optimiert (Dolomit). Mit dem Recyclingwasser wurden Färbeversuche in empfindlichen Farbeinstellungen durchgeführt.
Im zweiten Teil wurde für den prozessnahen Einsatz ein Wasser-/Abwasserkataster differenziert nach den Färbeprozessen erstellt. Die Färbeprozesse wurden zum Verbrauch an Hilfsmittel, Wasser und Wärmeenergie, zu deren Einsparpotenzialen sowie zu verschiedenen charakteristischen Prozessparametern und zu den Möglichkeiten einer Optimierung der Färbeprozesse untersucht. Es wurden daraus Szenarien abgeleitet, die das Abwasserpotenzial für die Membranfiltration darstellen sollen. Die Abwässer aus einzelnen Stufen der Färbeprozesse waren dann hinsichtlich einer ein- bzw. zweistufigen Membranfiltration, den Schwierigkeiten bei Anwesenheit bestimmter Schadstoffe im Abwasser und einer sofortigen Wiederverwendung des Filtrates bzw. Permeates zu prüfen. Zusammenfassend erfolgt eine Bilanzierung aller Ergebnisse über eine ökonomisch-ökologische Betrachtung.
Im Pilotbetrieb wurden Prozessabwasserteilströme batchweise, später kontinuierlich über längere Zeiträume filtriert. Es erfolgte eine ein- bzw. zweistufige Filtration (UF dann UO) an ausgewählten Abwässern aus den Färbeprozessen. Darauf aufbauend wurde eine Praxisanlage ausgelegt und zur Wirtschaftlichkeit untersucht.


Ergebnisse und Diskussion

Das Abwasser stammt überwiegend aus Färbe-, Spül- und Nachbehandlungsprozessen der Garnfärberei. Die Färberei ist eingeteilt in zwei Seiten der Halle, die größenordnungsmäßig eine Trennung in Polyester- und Polyamidgarnfärbungen mit einer entsprechenden Aufteilung der Abwasserströme ermöglicht. Heiße Abwässer (Färbeprozess), die höher belastet sind, werden separat aufgefangen und gekühlt. Abwässer mit einer Temperatur <80°C gelangen über eine Sammelleitung in Auffangbecken, von wo aus sie in das Sammelbecken der Färberei geleitet werden. In diese Auffangbecken wird auch das abgekühl-te heiße Abwasser geleitet. Das Abwasser enthält die Färbe- und Nachbehandlungsmittel und den nicht fixierten Farbstoff (<10% der Ausgangskonzentration). Zu den Nachbehandlungsmitteln zählen auch Silikonavivagen und Fluorcarbonharzdispersionen.
Die Abwässer aus der Polyamidfärbung weisen erwartungsgemäß einen schwach sauren pH, die der Po-lyesterfärbung einen alkalischen pH auf. Die Leitfähigkeit liegt in den Spülbädern bei ca. 1.000 µS/cm, in den Restfärbeflotten eher bei 2.000 µS/cm. Die CSB-Konzentration weist in den Spülbädern Werte auf bei ca. 200 bis 500 mg O2/L, in den Restfärbebädern größer 2.000 mg O2/L.
Überraschenderweise führte die Anwesenheit von Silikonavivagen und auch der Fluorcarbonharze nicht zu dem an anderer Stelle beobachteten Fouling auf den Membranen. Der Dolomitfilter, der zu einer Ver-schiebung des pH-Wertes in den alkalischen Bereich führt, erweist sich als Vorfilter gut geeignet zum Zu-rückhalten der Silikonavivagen und Fluorcarbonharze. Die von ihm ausgehenden Partikel stellen kein Hindernis für die UO-Wickelmodule dar, wenn ein regelmäßiges Ausschleusen des Konzentrates erfolgt. Daher konnte auf die Ultrafiltration vollständig verzichtet werden. Die Trübungsmessung war neben der pH- und Leitfähigkeitsmessung als online-Parameter Kriterium für die so genannte Verwurf-Entscheidung, die im Dauerbetrieb der Pilotanlage nicht geeigneter Abwässer von der UO-Membran fernhielt. Es konnten jedoch auch stärker belastete Abwässer aus der Polyesterfärbung bis zu einer Trübung von 350 NTU ohne Problem filtriert werden. Bei 150 L/h Abwasserzulauf zur Umkehrosmose mit ei-ner durchschnittlichen CSB-Konzentration von 800 mg O2/L, einer Leitfähigkeit von 1.300 µS/cm wurden 120 L/h Permeat mit einer CSB-Konzentration von 20 mg O2/L (entsprechend 97,5% CSB-Rückhaltequote) und einer Leitfähigkeit von 100 µS/cm erhalten, das in der Färberei uneingeschränkt eingesetzt werden kann. In regelmäßigen Abständen (einmal täglich bei einem 24-Stunden-Betrieb) war eine chemische Reinigung (Dauer 1 Stunde) durchzuführen. Periodisch alle 30 Minuten erfolgte eine Rückspülung (30 Sekunden) und gleichzeitige Ausschleusung von Konzentrat.
Von dem Abwasser aus Polyamidfärbungen konnten auf diese Weise 90% und von dem Abwasser aus der Polyesterfärberei 60% gereinigt und als Recyclingwasser wieder verwendet werden. Damit wurde das gesteckte Ziel zumindest für das Abwasser aus der Polyamidfärberei erreicht. Das erheblich stärker belastete Abwasser aus der Polyestergarnfärberei erfordert einen höheren Reinigungsaufwand, wenn die Recyclingquote größer 60% sein soll. Aus der Einsparung an der Ressource Grundwasser ergibt sich der ökologische Vorteil des Verfahrens. Der für den Betrieb der Membrananlage erforderliche elektrische Strom trägt jedoch zu einer Mehrbelastung in der Kategorie Klimaveränderung bei. Aus betriebswirtschaftlicher Sicht ergibt sich insgesamt ein Überschuss, der mit einer Amortisationszeit der Anlage von 2,6 Jahren verbunden ist.


Öffentlichkeitsarbeit und Präsentation

Eine Veröffentlichung der Ergebnisse in der Zeitschrift Korrespondenz Wasser Abfall ist geplant. Die Universität wird die Ergebnisse auf Fachtagungen bei Vorträgen zum prozessintegrierten Umweltschutz vorstellen.


Fazit

Der Dolomitfilter als Vorstufe ermöglicht eine einstufige Membranfiltration, die als Umkehrosmose (Wickelmodul) ausgelegt ist. Das Filtrat weist eine Beschaffenheit auf, die neben der Wiederverwendung für Färbeprozesse auch andere Einsatzzwecke erlaubt, so beispielsweise zur Luftbefeuchtung in der Spinnerei. Die Recyclingquote ist größer 50%. Weder Silikonavivagen noch Fluorcarbonharzdispersionen hatten negative Auswirkungen auf das Ergebnis.

Übersicht

Fördersumme

125.000,00 €

Förderzeitraum

24.07.2006 - 24.07.2008

Internet

www.skwa.de

Bundesland

Bayern

Schlagwörter

Ressourcenschonung
Umwelttechnik