Zielsetzung und Anlass des Vorhabens:
Die ITEX Gaebler-Industrie-Textilflege GmbH & Co. KG ist ein Unternehmen, das sich auf Berufskleidungs- und Textilleasing spezialisiert hat. Vor Projektbeginn fand keine Wasserbehandlung statt. Die Abwasserteilströme wurden gesammelt, zum Hauptkontrollschacht gepumpt und flossen von dort im Überlauf in den Kanal, wobei keine Angaben über die Wassermengen existierten.
Ziel des Projektes lag darin, die bestehenden Verbräuche an Wasser, Waschmittel und Energie im Unternehmen mit Hilfe einer optimalen Nutzung der anfallenden Regenwassermengen und der Wiederaufbereitung des Brauchwassers mit Hilfe von Mikro - und Nanofiltration zu minimieren.
Der jährliche Verbrauch von ca. 37.000 m3 Frischwasser sollte dabei um ca. 80 % verringert werden. Zusätzlich sollten ca. 15 % der verwendeten Waschmittel eingespart werden.
Fazit:
Die Vorreinigung von Schmutzwässern vor dem Passieren von Membrantrennanlagen wird von vielen Anlagenherstellern bei Angebotserstellung vernachlässigt; Nachrüstungen wie im vorliegenden Fall sind die mit zusätzlichem Zeit- und Kostenaufwand verbundenen Folgen.
Ebenso wird von Anlagenherstellern häufig der Vorversuchsphase zu wenig Bedeutung zugemessen; es sollte bei neuen Anlagenkonzepten darauf geachtet werden, dass ausführliche Versuche an Versuchsanlagen mit Prozesswässern über mehrere Wochen im Betrieb durchgeführt werden. Nur dann kann die Eignung der einzusetzenden Module in Bezug auf die Prozesswasserinhaltsstoffe sicher festgestellt werden.
Die Einsparpotentiale im Bereich des Wasserverbrauchs und der Wärmeenergie müssen vor dem Hintergrund der hohen Betriebskosten einer solchen Anlage (Stromverbrauch, Wartung und Reparatur) kritisch betrachtet werden.
Für die weitere Optimierung der Anlage wurde in 2004 ein Klärdekanter in den Prozesskreislauf integriert. Zudem wurde die Nanofiltration in eine Umkehrosmose umgewandelt und damit die Reinigungsleistung des Systems stabilisiert.
Das wesentliche Ziel des Projektes besteht in der Entwicklung, dem Aufbau und Betrieb einer Verfahrenskette zur Herstellung von Frischwasser aus den Schlempen der Bioethanolproduktion von Molkereien und der zusätzlichen Prozesseseffektivierung durch aus Biogas gewonnener Energie. Die Sachsenmilch Leppersdorf GmbH kann die, nach der alkoholischen Gärung, anfallenden Reststoffe (Schlempen) momentan innerbetrieblich nicht weiter verwerten und muss diese kostenintensiv entsorgen. Zur Effektivierung der Prozesskette soll die Schlempe einem biologischen Abbau unterzogen, mineralische Inhaltsstoffe (MAP) gezielt abgetrennt und das so gewonnene Frischwasser in die Milch-Produktion zurückgeführt werden. Das während der anaerob-Behandlung entstehende Biogas trägt außerdem positiv zum Schluss des internen Stoff- und Energiekreislaufs bei. Die Arbeiten während des Projektes werden in enger Abstimmung der drei Partner erfolgen. Die wks group trägt die Verantwortung für Planung, Dimensionierung und den Aufbau der einzelnen Systemkomponenten. Die Sachsenmilch Leppersdorf GmbH stellt das zur Aufbereitung benötigte Substrat bereit und wird im Laufe des Entwicklungsprozesses das Verfahren aus wirtschaftlicher und verfahrenstechnischer Sicht bewerten und beurteilen. Das Fraunhofer IKTS wird die verfahrenstechnische Umsetzung des Gesamtverfahrens, die anfallende Analytik der Prozessstrecke sowie die Anpassung und Integration der zu verwendenden keramischen Filtrationsmodule betreuen.
Hintergrund und Aufgabenstellung: In der Provinz Shandong werden 78 Papierfabriken betrieben und somit hohe Abwassermengen erzeugt (416 Mill. m3 im Jahr 2000), die die aquatische Umwelt sehr stark belasten. Im Gegensatz zu Deutschland wird in China anstelle von Holz Stroh, Schilf, Gras und Bambus als Rohstoff zur Gewinnung von Rohzellstoff eingesetzt. Aufgrund der Tatsache, dass veraltete Fertigungstechniken zur Papierherstellung angewendet werden, fallen große Abwassermengen an. Bei einer Jahresproduktion von 3.007.500 Tonnen Papier im Jahr 2000 und einem Abwasseranfall von 416 Mill. m3 ergibt sich ein spezifischer Anfall von 138 L/kg Papier, der im Vergleich zu Deutschland mit aktuell 10 bis 15 L/kg Papier etwa 10-mal höher ist. Zurzeit arbeiten die meisten Zellstoffhersteller in China, die holzfreie Faserstoffe als Rohstoffe (Gras, Bambus, Stroh etc.) einsetzen, mit dem Sulfat-, dem Sulfit- und dem Sodaverfahren auf. Die Gewinnung der holzfreien Fasern kann durch unterschiedliche Verfahren erfolgen, z.B. durch das TMP-Verfahren (Thermo Mechanical Pulp) oder das CTMP-Verfahren (Chemi Thermo Mechanical Pulp). Aufgrund der Verwendung von holzfreien Rohstoffen wird die Rückgewinnung der Aufschlusslauge kaum angewendet. Die Schmutzfracht der entstehenden Abwässer aus der Papierindustrie ist einerseits von den Produktionsverfahren und andererseits von den eingesetzten Rohstoffen abhängig, wobei insbesondere die Rückgewinnungsrate der Aufschlusslösung (Recycling) die Abwasserfrachten beeinflusst. In China können sich viele kleine Zellstoffhersteller die Betriebs- und Energiekosten der Schwarzlaugerückgewinnung nicht leisten. Das Gesamtziel des beantragten Forschungsvorhabens ist, kurzfristige Lösungsmöglichkeiten zur Abwasserbehandlung für die speziellen Papierabwässer in der Shandong Provinz aufzuzeigen. Diese kurzfristigen Lösungsmöglichkeiten sollen insbesondere bei der Behandlung der anfallenden Abwässer und nicht auf Produktionsumstellungen und Kreislaufführungen bei der Produktion beruhen. Produktionsumstellungen und Kreislaufführungen bei der Produktion sollen später erarbeitet werden. Die bis zu diesem Zeitpunkt errichteten neuen Abwasserbehandlungsanlagen können dann bestehen bleiben. Zur Behandlung der anfallenden Papierabwässer sollen Vorbehandlungsstufen und eine zweistufige biologische Reinigung (anaerob/aerob und aerob/aerob) eingesetzt werden. Mit dieser Verfahrenskombination soll die aufgrund von gesetzlichen Vorgaben geforderte CSB-Ablaufkonzentration in der Stichprobe von 100 mg/L erreicht werden. Es ist Ziel des beantragten Forschungsprojektes behandeltes Abwasser als Brauchwasser wieder in der Papierproduktion zurückzuführen um insgesamt den Wasserverbrauch in der Produktion zu reduzieren. Um die untersuchten Verfahren zur Abwasserbehandlung auch auf anderen Papierfabriken der Shandong Provinz bzw. in ganz China einsetzen zu können, wird untersucht, wie die Verfahren unter anderen Bedingungen angewendet werden könne
Die Zielsetzung des Projektes ist die Produktentwicklung eines effizienten und kostengünstigen Filtermaterials und Verfahrens zur selektiven Entfernung von Crges und Cr(VI) aus Grundwasser und industriellem Prozesswasser, das Vorteile gegenüber bestehenden Verfahren bietet und ermöglicht, zukünftige Chrom-Grenzwerte wirtschaftlich einzuhalten. Ziel der Arbeiten des BFI ist die Entwicklung eines Adsorptionsverfahrens basierend auf dem neuen Filtermaterial, mit dem chromathaltige Abwässer der Stahl- und metallverarbeitenden Industrie behandelt werden können. Durch die Versuchsergebnisse des BFI soll die Produktentwicklung durch die Projektpartner auch für diese industriellen Abwässer erfolgen. Die Produktentwicklung, die auf der Modifikation von granuliertem Eisenhydroxid basiert, soll iterativ erfolgen. Das Material wird von den Projektpartnern in Batch- und Laborversuchen mit synthetischen und industriellen Wässern unterschiedlicher Zusammensetzung getestet und basierend auf den Ergebnissen verbessert und angepasst. Im Weiteren wird das neu entwickelte Filtermaterial in Pilotfiltern bei Wasserversorgern und exemplarisch in der Stahlindustrie getestet. Die Arbeiten des BFI beinhalten vor allem die Auswahl und Charakterisierung von industriellen chromathaltigen Abwässern für die Versuche und die Durchführung von Labor- und Pilotversuchen mit industriellem Abwasser. Die Versuchsergebnisse werden für die iterative Produktentwicklung und für die Modellierung an die Projektpartner weitergegeben. Die aus dem Labor- und Pilotmaßstab gewonnenen Ergebnisse werden von der TU Berlin für die Erstellung eines Modells zur Berechnung des Adsorptionsverhaltens in Abhängigkeit der Wasserzusammensetzung genutzt. Am Projektende wird die Wirtschaftlichkeit und Machbarkeit des neu entwickelten Verfahrens evaluiert. BFI ist in dieser Evaluierung für die industriellen Abwässer und die Verwertung des beladenen Filtermaterials verantwortlich.