Sauber mit Sauerstoff

Leistungssteigerung in der Abwasserbehandlung

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31.10.2014 Es ist die abschließende Kür der Prozesstechnik: Indus-trieabwässer enthalten eine Vielzahl von Schadstoffen, die es zu entfernen gilt. Darunter fallen Schwebstoffe, gelöste organische Stoffe, die dem Abwasser Sauerstoff entziehen, sowie nur schwer zersetzbare Verbindungen, die die Natur belasten können.

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Entscheider-Facts für Betreiber

  • Chemische Betriebe stehen unter Druck: Sie müssen zum einen immer größere Mengen an Abwasser unter zunehmend verschärften Umweltauflagen behandeln. Zum anderen sehen sie sich Kostenzwängen ausgesetzt.
  • In vielen Fällen ist der Einsatz moderner Technologie die Lösung. Sie erhöht die Kapazitäten der Betriebsanlage und deren Lebenszyklus - kapitalintensive Investitionen sind dabei nicht notwendig
  • Das zeigt das Beispiel eines Chemiekonzerns: Hier ermöglicht eine Anlage einen verbesserten Sauerstoff-Eintrag und saubere Ergebnisse.

Die Abwasserbehandlung erfolgt in einem ersten Schritt mit dem Herausfiltern von Feststoffen durch physikalisch-chemische Verfahren. Im zweiten Schritt kommen meist Verfahren auf biologischer Grundlage zum Einsatz: Mikororganismen zersetzen die organischen Stoffe im Abwasser. Als international gängigstes Verfahren gilt das Belebtschlamm-Verfahren. Hier verwenden Betreiber Aeroben, sauerstoffabhängige Bakterien, um die organischen Bestandteile des Abwassers zu zersetzen und abzubauen. Zunehmend kommt eine dritte Stufe hinzu: In weiteren Verfahren, beispielsweise mittels der erweiterten Oxidation (Advanced Oxidation Processes, O3/UV/H2O2) oder der sogenannten Fenton-Reaktion (Fe2+/H2O2), werden diejenigen organischen und anorganischen Stoffe chemisch aufbereitet, die biologisch nur schwer oder nicht abzubauen sind.

Strenge Auflagen steigern den Bedarf
Chemieunternehmen müssen ihre Abwasseranlagen nicht zuletzt aufgrund der zunehmenden Verschärfung behördlicher Auflagen auf den neuesten Stand bringen: Sie unterliegen strengen Anforderungen zur Nutzung natürlicher Wasserressourcen. Eine Betriebserlaubnis erhält eine Firma nur, wenn sie nachweisen kann, dass sie ihre Umweltbelastungen im Rahmen der in den unterschiedlichen Ländern jeweils geltenden Rechtslage halten. Daraus resultiert ein wachsender Bedarf an verschiedenen Technologielösungen, mit denen Betreiber kosteneffizient die Kapazitäten vorhandener Anlagen zur Abwasserbehandlung erweitern können. Eine entsprechende Lösung kam erfolgreich bei LG Chemicals zum Einsatz, einem der größten Chemiekonzerne in Südkorea. Das Unternehmen produziert ein großes Portfolio an Produkten, das von Petrochemikalien über Halbfertigprodukte bis hin zu Hochleistungs-Werkstoffen reicht. Nun wollte der Konzern seine Kapazität ausgebauen, doch die vorhandene konventionelle Anlage zur Abwasserbehandlung mittels Luftsauerstoff erwies sich vor diesem Hintergrund als unzureichend. Es zeigte sich, dass der Sauerstoff-Eintrag auf der zweiten Stufe der Abwasserbehandlung nicht ausreichen würde, um ein zufriedenstellendes Ergebnis zu erzielen. Zum einen hätte dies Bußgelder oder gar einen Entzug der Betriebserlaubnis seitens der Umweltbehörden nach sich ziehen können. Zum anderen hätte dies die dritte Stufe der Abwasserbehandlung, die Fenton-Reaktion, erschwert. Ein Ausbau der Betriebsanlage war also notwendig.

Mehr Leistung bei geringen Investitionskosten
Mit der Lösung dieser Aufgabe beauftragte das Unternehmen Linde. Nach eingehender Prüfung fiel die Entscheidung für das Solvox-V-Verfahren, das sich speziell für den Sauerstoff-Eintrag in Belebungsbecken mit niedrigen und mittleren Wassertiefen eignet. Es ist das Ergebnis der Weiterentwicklung bestehender Technologien für die Sauerstoff-Anreicherung und ermöglicht gegenüber diesen eine deutliche Leistungssteigerung. Kurz gefasst, besteht eine solche Anlage aus Hochleistungs-Tauchmotorpumpen, einer Vorrichtung zum Verteilen des angesaugten sauerstoffarmen Abwassers in mehrere gleich große Abwasserströme und Venturi-Rohre zur Sauerstoffanreicherung: Sie tragen Sauerstoff feinblasig in das Abwasser ein, wobei spezielle Düsen das Gas intensiv und gleichmäßig mit dem Umgebungswasser vermischen und es sich beim Aufstieg weitestgehend löst. Tauchmotorpumpen am Auslass der Anlage ermöglichen eine Zirkulation des mit Sauerstoff angereicherten Abwassers am Grund des Belebungsbeckens. Das resultiert in einer guten Sauerstoffausnutzung und hohen Wirksamkeit. Den Sauerstoff-Eintrag regelt eine automatische Prüfeinrichtung, die in jedem Belebungsbecken angebracht ist. Das erhöht die Flexibilität bei der Sauerstoff-Anreicherung des Abwassers, insbesondere wenn es in bestehenden Kläranlagen zum Einsatz kommt. Die Vorbereitungsmaßnahmen für die Installation sind minimal: Baumaßnahmen entfallen und die Anlage kann innerhalb kürzester Zeit den Betrieb aufnehmen. Zusätzlich ist die Installation in den Klärbecken ist bei laufendem Betrieb möglich, sodass keine Kosten durch einen Anlagenstillstand entstehen.

Verbesserter Wirkungsgrad der biologischen Reinigung
Die besondere Herausforderung im Fall des Chemiekonzerns bestand darin, dass zum Teil stark salzhaltige Abwässer bei hohen Temperaturen bis 48 °C auf der zweiten Abwasserbehandlungsstufe zu klären sind. Die Lösung brachte der Einsatz einer keramischen Nano-Partikel-Beschichtung und einer Zinkschicht als Opferanode. Zusätzlich baute der Engineering-Dienstleister eine Konstruktion, mit deren Hilfe das Personal die fertige Anlage in die Abwasserbecken einbringen konnte – ohne die vorhandenen Belüftungsrohre zu gefährden – und die es ermöglicht, die Anlage für Wartungszwecke an die Oberfläche zu heben. Nach der erfolgreichen Installation stellte der Betreiber rasch einen deutlich verbesserten Sauerstoff-Eintrag in der Anlage fest. In der Folge konnte er die Leistung des bestehenden konventionellen Belüftungssystems um mehr als 40 Prozent herunterfahren – dennoch verbesserte sich der gewünschte Wirkungsgrad auf der zweiten Stufe der Abwasserbehandlung von 60 auf 70 Prozent. Die Lösung entzieht dem Abwasser bis zu 70 Prozent der Schadstoffe – gemessen am sogenannten Chemical Oxygen Demand (COD). Die so erzielte Verbesserung des Wirkungsgrads der biologischen Reinigung wirkt sich doppelt positiv aus: Sowohl der Aufwand für die dritte Stufe der Abwassereinigung als auch die Gesamtkosten der Abwasserbehandlung haben sich für den Betreiber reduziert.

 

Einen Link zum Hersteller finden Sie hier.

Weitere Beiträge zur Abwasserbehandlung finden Sie hier.

Heftausgabe: November 2014

Über den Autor

Darren Gurney, Global Water Expert, Linde
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