Projekt 07711/01

Innerbetriebliche Abwasserteilstrombehandlung mit einem Membranverfahren zur Schließung von Wasserkreisläufen

Projektdurchführung

Gerhard van Clewe GmbH & Co.KG
Loikumer Str. 10
46495 Hamminkeln

Zielsetzung und Anlass des Vorhabens

Eine bestehende Nanofiltration/Umkehrosmoseanlage zur Rückgewinnung von Prozesswasser aus Abwasserteilströmen der Textilfärberei soll im Hinblick auf die vorhandene Wasserkreislaufführung weiterentwickelt werden. Insbesondere feinpartikuläre Stoffe im Textilabwasser führen zu Störungen und zu einer Verringerung der Recyclingrate, die durchschnittlich 700 m3/Woche bzw. 50% des gesamten Abwassers des Veredlungsbetriebes beträgt. Durch Ergänzung der Anlage durch eine der Nanofiltration vorgeschaltete Membranfiltration sollen die partikulären Stoffe aus dem Abwasser entfernt werden, so dass eine Steigerung der Filtratmenge erreicht wird. Durch eine Eindampfanlage soll darüber hinaus das aus der Filtration erhaltene Retentat im Schlammgehalt aufkonzentriert werden.


Darstellung der Arbeitsschritte und der angewandten MethodenEiner Bestandsaufnahme zu den Teilstrommengen und den bisher ermittelten Abwasserparametern folgt eine Berechnung und Auslegung der Ultrafiltration mit Berücksichtigung einer Verbesserung der Leistung der Nanofiltration. Zusätzliche Versuche sollen die Richtigkeit des Vorhabens bestätigen. Das Konzept der Verdampferanlage für die Retentatmengen soll zu energetischen und wirtschaftlichen Aspekten geprüft werden. Alle Teilströme der Veredlung aus der Vorbehandlung, Färberei und Appretur werden einbezogen, um die Möglichkeiten und Grenzen einer weitestgehenden Wasserkreislaufführung zu erkunden. Hierbei sollen die Abwasser- und Permeat-Parameter zur Bestimmung der Reinigungsleistung der um die Ultrafiltration erweiterten Anlage herangezogen werden, auch um eine weitgehend automatisierte Prozessführung sowie Möglichkeiten zum schnellen Eingreifen bei unvorhergesehenen Störungen des Reinigungsablaufs zu untersuchen. Nach Installation der Ultrafiltrationsanlage beginnt der Langzeit-Probebetrieb, der Aussagen über verschiedene Abwasserparameter und zur Qualität des Filtrates erbringen soll. Abschließend ist eine ausführliche Bewertung des Anlagenkonzeptes hinsichtlich der Umweltvorteile der Wasserkreislaufführung, der noch verbleibenden Emissionen in die Umwelt (Restabwasser, Schlammentsorgung, Gerüche), des energetischen Ansatzes und der Wirtschaftlichkeit vorgesehen.


Ergebnisse und Diskussion

Der bestehenden Abwasserreinigung aus Nanofiltration und Umkehrosmose wird eine Ultrafiltration vorgeschaltet. Diese dient zur Beseitigung der die Leistung der Nanofiltration beeinträchtigenden feinpartikulären Stoffe. Gleichzeitig werden dem Abwasser auch gelöste, polymere Stoffe entnommen, so dass die nachfolgenden Stufen der Nanofiltration und Umkehrosmose erheblich entlastet werden. Vor der Ultrafiltration ist ein Filter vorgeschaltet, um die gröberen Partikel wie Faserstoffe zu entfernen.
Der Zusammenhang ergibt sich beispielhaft aus den Durchschnittsdaten aus drei ausgewählten typischen Betriebswochen für den Teilstrom KKV-Färberei:
Durch den hinter dem Diskusstrainer (Vorsieb 75 µm) angeordneten Beutelfilter (Flusensieb 50 µm) erfolgt nur eine geringe CSB-Reduktion von 3,5%, ausgehend von 3.980 mg/L. Die nachfolgende Ultrafiltration (100 kD) entnimmt dem Abwasser nahezu 34% der Abwasserfracht (als CSB), die Leitfähigkeit beträgt 6,2-6,4 mS/cm. Der dann folgende Beutelfilter (1 µm) hat nur noch eine Polizeifilterfunktion. Über die Nanofiltration (200 D) werden weitere 13% der Abwasserfracht zurückgehalten (auf 1.960 mg/L CSB), die Leitfähigkeit nimmt jedoch nur geringfügig ab (6,0-6,2 mS/cm), während die abschließende Umkehrosmose (50 D) noch einmal 46,5% der CSB-Fracht und die Hauptsalzmenge dem Abwasser entnimmt, so dass das Filtrat eine Restkonzentration 115 mg/L CSB (3% der ursprünglichen Abwasserfracht) und eine Leitfähigkeit von ca. 1,4 mS/cm aufweist. Das Filtrat ist nach der Umkehrosmose farblos.
Alle Membranen sind Wickelelemente aus synthetischem Polymer.
Die Beutelfilter (Flusensieb) vor der Ultrafiltration müssen einmal pro Batch gewechselt werden. Die vor der Nanofiltration angeordneten Polizeifilter, die früher 35-mal pro Woche ausgetauscht werden, sind nur noch im Rahmen großer Reinigungen zu wechseln. Die Umkehrosmose ist entlastet, die Filterkapazität kann reduziert werden.
Ähnliches gilt für den Abwasserteilstrom, der die Abwässer aus der Strangfärberei erfasst. Allerdings ist dort die Belastung an Fasern und feinpartikulären Stoffen aufgrund der hohen mechanischen Belastung des textilen Gutes höher. Auch gelangen große Mengen natürlicher Faserbegleitstoffe in das Abwasser der Färberei.
Die durchschnittliche Filtratleistung der Ultrafiltration beträgt 5 L/m2oh. Es werden 60% der maximalen Leistung erreicht, die Reinigung der Membranen nimmt 7% der zur Verfügung stehenden Zeit in Anspruch, die nur zu 70% genutzt wird. Allerdings beträgt die Standzeit der UF-Membranen nur max. sechs Monate.
Die erhoffte Steigerung der Wassermenge, die im Wasserkreislauf geführt wird, kann nicht erreicht werden, da beim Vermischen alter und neuer Abwasserteilströme nicht vorhersehbare Ausfällungen und ein Verblocken der UF-Membranen resultieren. Das Abwasser aus der Vorbehandlung soll wegen der günstigen biologischen Abbaueigenschaften und der hohen Frachten weiterhin einer biologischen Abwasserreinigung zugeführt werden. Ein geringer Anteil der Prozesse benötigt überdies Frischwasser.


Öffentlichkeitsarbeit und Präsentation

1) B. van Clewe; Vortrag zum Colloquium Produktionsintegrierter Umweltschutz, Bremen (1997) B1, 1-12.
2) J. M. Marzinkowski, B. van Clewe; Melliand Textilberichte 79 (1998) 174-177
3) J. M. Marzinkowski; Vortrag zur 4. Intern. Sommerakademie St. Marienthal 1998, Deutsche Bundesstiftung Umwelt, Osnabrück (1999) 191-217.
4) Regelmäßige Führungen für Abwasserfachleute
5) Vortrag (CSM) und Führung der ATV-Arbeitsgruppe 7.2.23 aus Anlass eines Workshops zur Teilstromproblematik (23. Arbeitsgruppensitzung) am 23./24. September 1999.


Fazit

Die Ultrafiltration führt als Vorstufe vor der Nanofiltration/Umkehrosmose zu der gewünschten Verbesserung durch Steigerung der Filtratmenge auf ca. 800 m3/Woche. Jedoch können die Abwässer aus der Pigmentfärberei wegen der Bildung nicht entfernbarer Beläge auf den UF-Membranen nicht für ein Recycling verwendet werden. Auch das Abwasser aus der Vorbehandlung scheidet aus Frachtgründen für eine Membranfiltration aus. So kann die gewonnene Kapazität insbesondere für eine Produktionssteigerung genutzt werden.
Unerwartete Schwierigkeiten traten durch feinpartikuläre Stoffe auf, die die Vorfiltration ungehindert passierten und sich im UF-Wickelmodul festsetzten. Das nur an den Ultrafiltrationsmembranen auftretende Biofouling führt darüber hinaus zu nicht wirtschaftlichen, weil zu kurzen Standzeiten der Membranen. Weitere Untersuchungen sind hierzu erforderlich, die nicht nur die Reinigungskonzepte der Membranen betreffen, sondern auch andere, rückspülbare Membrantypen (Rohrmodule) berücksichtigen sollen.