Projekt 15971/01

Erhöhung der Effizienz der Filtrationsstufe bei der Aufbereitung von biologisch behandeltem Abwasser zur Mehrfachnutzung

Projektdurchführung

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

Zielsetzung und Anlass des Vorhabens

Bei der Mikrofiltration von biologisch vorbehandeltem Abwasser aus der Textilveredlung sollten durch Erhöhung der Filtratleistung von bisher 25 bis 30 L/m2h auf ca. 45 L/m2h und Verringerung des Energieverbrauches die Kosten für die Aufbereitung des Abwassers für einen Wiedereinsatz als Brauchwasser bei verschiedenen Textilveredlungsprozessen von bisher 2,30 €/m3 (s. Az. 10890) auf weniger als 1,80 €/m3 gesenkt werden und somit die Wirtschaftlichkeit der Brauchwasserrückgewinnung erreicht werden.
Die Entfernung biologischer Beläge von den Filtrationsmembranen sollte ohne Unterbrechung der Filtratgewinnung und ohne Verwendung von Bioziden oder anderen aggressiven Chemikalien erfolgen.


Darstellung der Arbeitsschritte und der angewandten MethodenDie für Mikroorganismen teilweise toxischen Eigenschaften des Abwassers der Textilveredlung machen für die biologische Vorbehandlung des Wassers den Einsatz von Biomasse erforderlich, die auf festen Trägermaterialien anhaftet. Zur Anwendung kommt die Katox-Anlage der Fa. Blanke (Trägermaterial Kohlenstoff) und zum Vergleich eine Scheibentauchkörperanlage (Trägermaterial Schaumpolystyrolscheiben).
Zur Reduzierung des Energieverbrauches der Mikrofiltrationsanlage wird während der Filtration auf eine hohe Überströmungsgeschwindigkeit verzichtet und die Filtration mit geringerem Energieaufwand dead-end betrieben. Gegenüber getauchten Membranen bietet die Filtrationspumpe größere Möglichkeiten zur Einstellung geeigneter Transmembrandrücke. Die Einstellung der Verfahrensparameter (Drücke) erfolgt nicht durch Schaffung von Strömungshindernissen (Armaturen), sondern durch Frequenzsteuerung der Pumpe. Lediglich bei der periodischen Rückspülung der Membran wird kurzzeitig eine hohe Strömungsgeschwindigkeit im Cross-Flow-Betrieb erzeugt.
Die Fa. Microdyn stellt spezielle Filtrationsmodule her, die eine Entnahme von Membranrohren zur mikrobiologischen Untersuchung der Membranbeläge ermöglichen und lässt die Beläge untersuchen, um geeignete Bedingungen zur Deaktivierung und Entfernung der Mikroorganismen zu ermitteln. Unter diesen Bedingungen wird bei Unterschreitung eines Toleranzwertes der Filtratleistung die Modulreinigung automatisch und nach Möglichkeit ohne Verwendung von Chemikalien durch thermische oder elektrostatische Einwirkung auf die Membranbeläge durchgeführt.
Das Filtrat wird analytisch und durch Einsatztests in verschiedenen Textilveredlungsprozessen auf seine Eignung geprüft.


Ergebnisse und Diskussion

Der großtechnischen Überführung eines kombinierten Verfahrens aus Hochleistungsbiologie (Scheibentauchkörper) und Cross-Flow-Mikrofiltration zur Aufbereitung von Abwasser einer Textilfärberei für den Wiedereinsatz des recycelten Wassers im Färbeprozess stehen bisher die hohen Aufbereitungskosten, bedingt im Wesentlichen durch die Cross-Flow-Mikrofiltration gegenüber. Diese Kosten werden zu einem wesentlichen Teil durch biologische Beläge auf den Membranen verursacht, deren Aufbau und Leistungsminderung durch optimierte Verfahrensdurchführung bzw. Reinigungstechniken stark reduziert werden können. Im vorliegenden Vorhaben werden Strategien vorgestellt, die den Aufbau von biologischen Belägen auf den Membranen verhindern sollen. Sie bestehen zum einen in einer Optimierung des Prozessablaufes der Membranfiltration mit dem Ziel eines reduzierten Energieverbrauches. Dies gelingt durch Anwendung des Dead-End-Verfahrens für die eigentliche Mikrofiltration und durch eine Optimierung und Automatisierung der Reinigungsverfahren für die Module.
Die an eine spezielle Reinigungstechnik angepasste Mikrofiltration ist aus zwei Membranmodulen in angewinkelter Position aufgebaut, die über ein Schnellwechselsystem austauschbar sind. Damit befand sich während der Erprobungsphase und im Hinblick auf eine spätere Praxishandhabung ein Modul im Dauerfiltrationsbetrieb, während das andere Modul speziellen externen Reinigungsprozeduren unterworfen werden konnte. Es wurde filtratseitig mit verschiedenen Reinigungslösungen in ruhender und langsam strömender Weise eine Ablösung der Biobeläge untersucht. Die Module sind so konstruiert, dass einzelne Membrankapillaren zur Untersuchung von Biofouling entnommen werden konnten.
Es waren jedoch nicht nur biologische Beläge, die die Filtratleistung der Membranen nach einer Reinigung schnell minderten. Es zeigte sich, dass im Abwasser aus der Textilveredlung herrührende Silikonverbindungen zusammen mit anderen Abwasserinhaltsstoffen zu einer dauerhaften, chemisch resistenten Ablagerung auf der Membranoberfläche führten. Erst durch die Zugabe von Kalkhydrat in den Arbeitsbehälter vor der Mikrofiltration, durch die damit verbundene pH-Verschiebung in den alkalischen Bereich und die gleichzeitig stattfindende Fällung/Flockung erfolgt eine weitgehende Freihaltung der Membranen von Mikroorganismen, die Verhinderung von Silikonablagerungen und sogar eine Reinigung des Abwassers von wasserlöslichen Farbstoffen vor der Mikrofiltration.
Die Versuche werden unter Praxisbedingungen an der Betriebskläranlage eines Textilveredlungsunternehmens durchgeführt, die vergleichbare Verhältnisse zur ursprünglich verwendeten Scheibentauchkörperanlage durch Adsorption von Mikroorganismen an festen Oberflächen, hier an Aktivkohle, bietet. Auf diese Weise kann auch der Praxisbezug der im MESAB-Projekt gewonnenen Erkenntnisse überprüft werden. Insgesamt ergibt sich eine Senkung der Kosten der Mikrofiltration von ca. 60% gegenüber dem ursprünglichen Konzept.


Öffentlichkeitsarbeit und Präsentation

Die Ergebnisse werden im Rahmen einer Publikation zur Reinigung von Textilabwasser voraussichtlich in 2003 vorgestellt.


Fazit

Unternehmen der Textilveredelung verbrauchen große Mengen an Wasser. Der in das Projekt eingebundene Kooperationspartner entnimmt dieses einem Oberflächengewässer und bereitet es mittels Chemikalien zur erforderlichen Qualität auf. Dabei fallen große Mengen an Schlämmen und anderen chemischen Abfällen an, die entsorgt werden müssen. Auch das gereinigte Abwasser belastet bei der Wiedereinleitung den Fluss. Mit dem Projekt konnte gezeigt werden, dass es grundsätzlich möglich ist, Abwasser aus der Textilveredelung mit einer Kombination aus Scheibentauchkörper-Biologie und Mikrofiltration zu reinigen und mit einer Recyclingquote von mindestens 50 % im Kreislauf zu führen. Dabei wurde ein vertretbarer Energieverbrauch und eine hohe Filtratleistung erreicht. Der am Projekt beteiligte Textilbetrieb plant deshalb einen schrittweisen Ersatz der bestehenden Abwasserreinigungsanlage durch das in diesem Projekt entwickelte Verfahren.