Projekt 10890/01

Realisierung eines geschlossenen Wasserkreislaufes am Beispiel der Textilveredlung durch Mikrofiltration des biologisch behandelten Abwassers und dessen Wiederverwendung als Prozeßwasser

Projektdurchführung

Fiedler Maschinenbau und Technikvertrieb GmbH
Dresdner Str. 76c
01877 Schmölln

Zielsetzung und Anlass des Vorhabens

In einem Langzeitversuch soll unter Praxisbedingungen Abwasser aus der Textilveredlung in einer Abwasserreinigungsanlage, bestehend aus einer biologischen Reinigungsstufe und einer Crossflow-Mikrofiltration, gereinigt und als Brauchwasser wieder in die Prozesse zur Textilveredlung zurückgeführt werden. Ziel ist es, das bisher dem Grundwasser entnommene und für die Prozesse und zum Kühlen verwendete Prozesswasser weitgehend durch gereinigtes Abwasser zu ersetzen (Wasserkreislauf) und in einer ökologischen und ökonomischen Bilanzierung zu bewerten.


Darstellung der Arbeitsschritte und der angewandten MethodenDie für die Praxisversuche vorgesehene Pilotanlage wird in ihrer Kapazität auf die vorgesehenen Färbeprozesse und -anlagen eingerichtet. Vorgesehen ist eine Bewuchsträgerbiologie mit anschließender Mikrofiltrationsanlage. Das Retentat wird wieder in die Biologie zurückgeführt. Das Filtrat wird als gereinigtes Abwasser in die Textilveredlungsprozesse weitergeleitet.
Geplant ist ein einjähriger kontinuierlicher Pilotbetrieb. Damit sollen saisonale Schwankungen in der Textilproduktion sowie jahreszeitliche Einflüsse Berücksichtigung finden und die Bedingungen für eine automatische und wartungsfreundliche Betriebsweise der Kleinklärwerkstechnik mit online-Kontroll- und Steuertechnik untersucht werden. Das Untersuchungsprogramm umfasst eine Abwasser- und Prozesswasseranalytik, Laboruntersuchungen und Simulationen zur Verwendung von gereinigtem Abwasser, das bestimmte Schadstoffanteile und Salze enthält, in empfindlichen Färbe- und Veredlungsprozessen. Änderungen in Verfahrensablauf und Prozessführung werden im Rahmen eines Qualitätsmanagements erfasst. Die in den Praxisversuchen eingesetzten Textilien werden zu typischen, möglicherweise geänderten Qualitätsmerkmalen beurteilt.
Abschließend wird eine ökologische und ökonomische Wertung der Ergebnisse vorgenommen, die eine Darstellung der Möglichkeiten und Grenzen einer breiten Anwendung dieses Konzeptes enthalten soll.


Ergebnisse und Diskussion

Die Versuchsanlage wurde ein Jahr unter realistischen Bedingungen betrieben. Das Abwasser bestand zu mehr als 95% aus Abwasser aus der Textilveredlungsproduktion. Der Anteil an Sanitärabwasser lag bei 1%. Das Abwasser hatte folgende Beschaffenheit: meist stark farbig, mittlerer Geruch (nach Tensi-den), CSB: durchschnittlich 650 mg/L, : durchschnittlich 220 mg /l, CSB/BSB-Verhältnis: 3:1 bis 5:1, pH-Bereich: 6,3 bis 13,5, Leitfähigkeit: durchschnittlich 2,8 mS/cm, Temperatur: 10 bis 36,6°C. Die Belastung der Anlage wurde schrittweise von anfänglich 1,2 /h (18,7 kg CSB/d) auf 3,6 /h (56,2 kg CSB/d) gesteigert. Der biologische Teil der Abwasserreinigungsanlage bestand aus einer dreistufigen Scheibentauchkörperanlage mit nachgeschalteter Sedimentation (Dortmundtrichter). Die effektiven Bewuchsträgerflächen waren 1.200 in der ersten und je 600 in der zweiten und dritten Stufe. Überschussschlamm sowie sedimentierbare Stoffe wurden in der Nachklärung abgetrennt. Die anfangs insbesondere bei Produktionsstillständen, beispielsweise am Wochenende eingerichtete Schlammrückführung (innerer Kreislauf) erwies sich als ungeeignet, um die Leistung der biologischen Stufe aufrecht zu erhalten. Witterungsbedingt musste die komplette Pilotanlage zweimal vollständig entleert und stillgelegt werden. Auch nach längeren Unterbrechungen konnte bei erneutem Feedeinfluss zur biologischen Reinigungsstufe keine Abnahme in der Leistung gegenüber dem kontinuierlichen Betrieb festgestellt werden.
Die biologische Abwasserreinigungsanlage führte unabhängig von den Produktionsschwankungen stabil zu einem vollständigen Abbau, mit Ablaufwerten unter 10 mg/L. Auch bei einem CSB/ -Verhältnis von 3,5:1 konnte ein nicht erwarteter CSB-Abbau von 70% erzielt werden.
Mehrmals kam es zur Einleitung von stark alkalischen Abwässern in die Kaskaden der Scheibentauchkörperanlage. In einer Extremsituation lag der pH drei Tage kontinuierlich über pH 11, mit Spitzenwerten bis pH 13,8. Es kam zu vermehrtem Schlammabtrieb. Es blieb jedoch genügend Biomasse erhalten, die einen Weiterbetrieb ohne nennenswerte Einschränkung der Leistung zuließ. Überschüssige Biomasse wird als Überschussschlamm (ÜS) durch Sedimentation abgetrennt. Bei einer Zulaufmenge von 2 /h Feed wurden im Mittel 125 g Überschussschlamm pro Abwasser gebildet, entsprechend 0,21 bzw. 0,27 kg ÜS/kg ? CSB. Der Betrieb der biologischen Stufe war wartungsarm. Kontroll- und Steuermaßnahmen sind nicht erforderlich und daher auch nicht vorgesehen. Mit 0,18 kWh/ und 0,29 kg TS/kg DCSB handelt es sich um eine energetisch günstige biologische Stufe zur CSB-Elimination bei geringem Schlammanfall.
Nach der Sedimentation folgt die Mikrofiltration als nächste Reinigungsstufe. Die vorgeschaltete Sedimentation des Überschussschlammes erwies sich als brauchbare Entlastung für die Membranfiltration. Im Cross-Flow-Verfahren wurden zur Mikrofiltration des Abwassers unterschiedliche Membranen modulartig eingesetzt.
Die zunächst eingesetzten Rohrmembranen (PP 0,2 µm) mit einer Filterfläche von insgesamt 8 waren bezüglich der Aufgaben Abwasserfiltration und Schlammaufkonzentrierung flexibler einzusetzen. Die Leistung betrug durchschnittlich 30-40 l/ . Die beiden Module konnten hintereinander geschaltet werden.
Der Raumanspruch, der mit den Kapillarmodulen verbunden ist, fällt wesentlich günstiger aus (ca. 60% weniger). Jedoch erwies sich die Hintereinanderschaltung von zwei (und mehr) Modulen dann als ausgesprochen nachteilig, wenn sich Biomasse an den Kapillaren ansammelte und bei der Rückspülung vor die Stirnseite des nachfolgenden Moduls geschwemmt wurde. Dort wurde die Biomasse wie an einem Filtersieb festgehalten, was sich in einer Behinderung der Durchströmung und in einem Leistungsabfall von anfangs 38 l/ auf 22 l/ (PP-Kapillarmembranen, 0,2 µm, 10 Modul) bemerkbar machte. Häufige alkalische Zwischenreinigungen konnten dieses Problem mildern, aber nicht beseitigen. Es wur-de daher die Mikrofiltration auf 1 Modul und die Hälfte der Gesamtleistung beschränkt.
Nach vollständiger Reinigung der Kapillarmodule (Polypropylen, 0,2 µm, 10 Filterfläche) konnte beim Wiedereinsatz in die Mikrofiltrationsanlage 60 l/ als Permeatleistung erzielt werden. Ohne Zwischenreinigung, nur mit periodischer Rückspülung stellte sich nach ca. 13 Tagen eine Permeatleistung von 22 l/ ein.
Mit dem nicht vollständig entfärbten Filtrat, das nach der Mikrofiltration an unterschiedlichen Tagen entnommen wurde, konnten zwölf Betriebsfärbungen durchgeführt werden.
Das Kleinklärwerk wird aus drei Stufen (biologische Stufe, Mikrofiltration, A-Kohle-Adsorption) bestehen und ist ausgelegt für 1.300 Abwasser pro Tag, das an fünf Tagen in der Woche anfällt, mit einer Schadstoffkonzentration von 700 mg/L. Der Platzbedarf beträgt etwa 1.000. Für Investitionen - ohne Berücksichtigung einer Einhausung - und für den Betrieb werden Kosten von 3,68 DM/ berechnet. Das ist nur geringfügig mehr, als das am Projekt beteiligte Textilunternehmen zur Zeit für die Abwasserbeseitigung zu entrichten hat.


Öffentlichkeitsarbeit und Präsentation

Vorträge: Bremen, Sept. 1997; St. Marienthal, Juli 1998
Publikationen: 1999 in Zeitschrift Wasser/Abwassertechnik
Ausstellung: Oktober 1997: 25 Jahre BUGH


Fazit

Eine Abwasserreinigung mit Hilfe von Scheibentauchkörperanlage als biologische Stufe, Cross-Flow-Mikrofiltration und abschließender A-Kohle-Adsorption ist geeignet zur Wasserkreislaufschließung bei industriellen Prozessen. Die Kosten sind kalkuliert für eine wesentlich verbesserte Mikrofiltration. Verbesserungen der Anordnung der Membranen und Technik des Zwischenreinigens sind vorgegeben und sollten durch weitere Untersuchungen erarbeitet werden.