Projekt 25332/01

Erprobung eines hocheffizienten energiearmen Verfahrens auf Basis einer thermophilen Biologie und Membranfiltration zur Prozesswasserrückgewinnung

Projektträger

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

Zielsetzung und Anlass des Vorhabens

Vor dem Hintergrund der steigenden Kosten für Brauch- und Abwasser und einer möglichen Produktionserweiterung hat sich die Fa. Rökona in Tübingen zum Ziel gemacht, die Abwasserbelastung zu redu-zieren sowie Abwasserteilströme zu behandeln und in den Produktionsprozess zurückzuführen.
Bei der Fa. Rökona fallen beträchtliche Mengen an Abwässer aus dem Waschprozess der Gewirkevorbehandlung und der Färberei an. Diese Abwasserteilströme sind speziell durch ihre hohe CSB-Belastung von 1.000-3.000 mg/l (Waschwasser) bzw. 1.000-1.700 mg/l (Färberei), ihre hohe Abwasser-menge von 10-12 m³/Std. (Waschwasser) bzw. 15-17 m³/Std. (Färberei) und ihre hohe Temperatur von 50 bis 60 °C gekennzeichnet.
Voruntersuchungen zeigten, dass eine direkte Aufbereitung der Teilströme zur Prozesswasserrückgewinnung mittels Membranfiltration jedoch aufgrund der vorhandenen Verunreinigungen wie z.B. Spinnpräparationen nicht möglich ist.
Im Rahmen des Verbundvorhabens wurde vom ITV Denkendorf und der Fa. Berghof ein innovatives Reinigungsverfahren auf biologischer und membrantechnischer Basis zur Prozesswasserrückgewinnung beim Textilbetrieb eingesetzt und erprobt. Dabei sollte zur Behandlung von heißen hochbelasteten Abwasserteilströmen aus der Gewirkewäscherei und Färberei neben einer verfahrenstechnisch optimierten anaeroben thermophilen Biologie erstmals aufgrund eines neu entwickelten Wasser-Belüftungssystems eine energiearme Membranfiltration zur Wiedergewinnung zum Einsatz kommen. Das wesentliche Ziel des Reinigungsverfahrens zur Kreislaufführung war die Wiedergewinnung von heißem Brauchwasser (50-60°C) und dadurch die Reduktion der Kosten für Frischwasser, Heizenergie und Abwassergebühren.


Darstellung der Arbeitsschritte und der angewandten MethodenZur Erreichung der Projektziele wurde in Zusammenarbeit der Partner Fa. Berghof Filtrations- und Anlagentechnik, ITV Denkendorf, Fa. Rökona ein Verfahrenskonzept ausgewählt, welches sich in einem Vor-projekt (DBU Az. 23273) als das technisch effizientere und wirtschaftlichste für die Behandlung und den Wiedereinsatz von heißen Abwässer und/oder Abwasserteilströme hatte. Behandelt wurden Waschwässer aus der Gewirkevorbehandlung sowie aus Abwässer aus der Färberei, welche beide mit einer Tem-peratur von 50 bis 60°C anfielen. Das Behandlungskonzept beinhaltete eine Grobfiltration, eine anaerobe thermophile Biologie, eine nachgeschaltete Membranfiltration sowie Wiederverwendungsversuche mit den gereinigten Prozesswässer.
Die Abwässer aus der Gewirkevorbehandlung wurden im Anschluss an eine Grobfiltration einer thermophilen biologischen Anaerobstufe zugeführt wurden und anschließend mittels einer neuartigen Low-Energy-Ultrafiltration so weit aufbereitet wurden, dass das gereinigte Wasser als Recyclingwasser zur Verfügung stand. Die gewonnenen Recyclingwässer wurden in anwendungstechnischen Untersuchungen bei der Fa. Rökona in Laborausfärbeversuche sowie in Auswaschversuche in einer Praxiswaschmaschine eingesetzt. Die Konzentrate der Filtration gelangten zurück in den Anaerobreaktor.
Die Abwässer aus der Färberei wurden direkt einer Nanofiltration zugeführt. Die gereinigten Prozesswässer wurden anschließend in Wiederverwendungsversuchen auf Ihre Eignung getestet. Darüber hinaus wurden Versuche zur thermophilen anaeroben Abbaubarkeit der Konzentrate durchgeführt.
Den Abschluss des Projektes bildete eine Kostenanalyse des eingesetzten Verfahrens.


Ergebnisse und Diskussion

Im Rahmen des Projektes wurde zunächst ein textiles Trägermaterial zur Ansiedlung von Mikroorganismen im anaeroben Bioreaktor weiter optimiert, um dessen spezifische Oberfläche zu vergrößern. Durch den Einsatz des entwickelten Trägerverbundwerkstoffes auf Basis von Textilien und Braunkohlekoks konnte eine Verbesserung der TOC-Abbauraten erreicht werden. Im Durchschnitt lag der TOC-Abbaugrad für den Abwasserteilstrom aus der Wäscherei bei 29 %. Das Hauptaugenmerk der Versuche lag jedoch nicht alleine auf dem vollständigen Abbau der organischen Substanzen, sondern vielmehr auf deren Aufspaltung bei kurzen Verweilzeiten, um die anschließende Filtrierbarkeit mittels Ultrafiltration zu verbessern. Dieses Ziel konnte durch die anaerobe thermophile Vorbehandlung erreicht werden.
Versuche zur Aufbereitung der vorbehandelten Waschwässer mittels einer entwickelten Low-Energy Ultrafiltration (UF) zeigten über mehrere Monate hinsichtlich der Permeatleistung und -qualität sowie Zuverlässigkeit gute Ergebnisse. Der Permeatfluss lag zwar mit 36,5 l/(m²·h) unterhalb der Leistung von Stan-dardanlagen, jedoch reduzierte sich der spezifische Energieverbrauch durch Reduzierung der Membranüberströmgeschwindigkeit um über 90%.
Neben der Behandlung der Waschwässer aus der Gewirkevorbehandlung lag ein weiterer Schwerpunkt der Untersuchungen in der Behandlung von Abwasserteilströmen aus der Färberei (Säure-/Dispersionsfarbstoffe). Nach einer Prozessanalyse konnte durch eine Nanofiltration (NF) eine weittestgehende Elimination der organischen Verunreinigungen und Farbigkeit erreicht werden.
Die Untersuchungen zur Behandlung der anfallenden NF-Konzentrate ergaben, dass eine effektive biologische Behandlung u. a. aufgrund der Dispersionsfarbstoffe sowie einer hohen Schwefelkonzentration durch den Einsatz von Ammoniumsulfat als pH-Puffer im Säurefärbeprozess nicht möglich ist. Eine chemische Behandlung der Konzentrate zeigte keine wirtschaftliche Alternative für dessen Entsorgung.
Im Anschluss an die Behandlungsversuche wurden die gereinigten Prozesswässer sowie Betriebswasser in anwendungstechnischen Wiederverwendungsversuchen bei der Fa. Rökona auf ihre Eignung geprüft. Laborausfärbeversuche zeigten, dass lediglich die gereinigten Waschwässer problemlos wieder eingesetzt werden können. Im Anschluss an die Laborfärbeversuche wurden vergleichende Auswaschversuche mit einer Industriewaschmaschine durchgeführt. Die Praxisversuche zeigten, dass die UF-Permeate der aufbereiteten Waschflotten problemlos hierfür in der Produktion wieder eingesetzt werden können.
Auf Basis der Versuchsergebnisse wurde eine Kostenanalyse für den Aufbau und den Betrieb einer Be-handlungsanlage durchgeführt. Unter Berücksichtigung der Investitionskosten, Wartung-, Betriebs- und Personalkosten, ergaben sich folgende Behandlungskosten: 2,66 Euro/m³ (Waschwässer), 0,78 Euro/m³ (Färbereiabwässer ohne Konzentratentsorgung). Dem sind die Einsparungen an Frischwasser durch die Wiederverwendung von Prozesswasser, Primärenergie zur Betriebswassererwärmung, Abwassergebühren und Starkverschmutzerzulagen sowie eine Energiegewinn in Form von Biogas gegenüber zu stellen.


Öffentlichkeitsarbeit und Präsentation

- Vortrag beim Forschungskuratorium Textil, Arbeitskreissitzung Umwelt, Eschborn, 27.02.2007.
- Vortrag/Ausstellung Fachmesse Techtextil India, Mumbai (Indien), 10.-12.10.2007.
- Colloquium Produktionsintegrierte Wasser- und Abwassertechnik, Bremen, 22.-23.09.2008.
- Ausstellung Fachmesse Aquatech, Amsterdam (NL), 30.09.-03.10.2008.


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 Wiederverwen-dung von Abwasserteilströmen z. B. als Wasch- und Spülwasser im Produktionsprozess. Hierfür wurde im Rahmen des Projektes ein Verfahrenskonzept auf Basis einer anaeroben thermophilen Biologie und Membranfiltration entwickelt und erprobt.
Die Untersuchungen ergaben, dass das entwickelte Konzept für die Gewinnung von Recyclingwasser aus den anfallenden Waschwässer aus der Gewirkevorbehandlung sowohl technisch als auch wirt-schaftlich sehr gut geeignet ist. Die membrantechnische Behandlung der bei der Fa. Rökona anfallenden Färbereiabwässer zeigte, dass die anfallende Konzentrate aufgrund der Dispersionsfarbstoffen und des hohen Schwefelgehaltes bedingt durch den Säurefärbeprozesses biologisch nicht behandelt werden können. Sie müssen folgerichtig evtl. nach einer Volumenreduzierung durch Eindampfung anderweitig entsorgt werden.
Der nächste Schritt für die Implementierung des Verfahrenskonzeptes wäre zunächst der Aufbau einer Demonstrationsanlage bei der Fa. Rökona in Tübingen zur Behandlung eines Teils der anfallenden Waschwässer. Die Finanzierbarkeit einer solchen Demonstrationsanlage wird derzeit geprüft.
Die technische Anwendung des entwickelten Verfahrens kann prinzipiell in allen Industriezweigen, in denen heiße und hoch belastete Abwässer und/oder Abwasserteilströmen anfallen, vorgenommen wer-den, da es sowohl eine technische aber auch wirtschaftliche Möglichkeit zur Wiedergewinnung von Pro-zesswässer bietet. Als prädestiniert erscheint dieses Konzept neben dem Einsatz in der Textilveredlungsindustrie beispielsweise für die Papierindustrie, Lebensmittelindustrie zur Behandlung von fetthalti-gen (emulgierte) Abwässer oder aber auch Milchindustrie.