Am besten vor Ort behandeln

Dezentrale Abwasservorbehandlung vermindert Stoffeintrag in Kanalnetze und Kläranlagen

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08.08.2019 Bei der Herstellung von pharmazeutischen Produkten, Nahrungsergänzungsmitteln, Hautpflegeprodukten und Haushaltschemie, aber auch bei Klebstoffen, Lacken und Farben oder Bauchemikalien fallen in allen Schritten der Prozesskette Produktreste in Abwässern an: von der Herstellung über Abfüllen und Logistik bis hin zur Entsorgung der Verbrauchsverpackungen.

Entscheider-Facts

  • Die Aufrüstung der Kläranlagen in Europa wird seit einigen Jahren intensiv diskutiert. Der Einsatz weiterer Filterstufen, Absorptionsanlagen und Ozonierungen soll die Beeinträchtigung der Gewässer und Umwelt durch Spurenstoffe, Arzneimittelrückstände und Mikrokunststoffe verringern.
  • Darüber hinaus besteht jedoch noch größerer Handlungsbedarf im gesamten Umfeld der Wassernutzung. Die Abtrennung und Vorbehandlung an Anfallstellen verringert die Vermischung mit anderen Stoffen und macht stoffliches Recycling effizienter.

Foto 1 ALMA DEF

Kompakte, chemisch-physikalische Druck­entspannungs-flotationen oder Flockungs-/Fällungsanlagen sind universell einsetzbar. Bilder: Almawatech

Ein Großteil der Produkte basiert auf Wasser als Lösungsmittel oder Trägersubstanz. Zur Reinigung der Produktionseinrichtungen auf allen Stufen der Produktion des Abfüllens, des Lagerns und Transportierens fallen Produktreste, Wasch- und Spülwässer an, die erhebliche Mengen Produkt enthalten. Je nach Art des Produkts, der Produktion und der Verpackungsgrößen können zwischen 2 und 20 % des ursprünglichen Produkts über Restentleerung, Waschprozesse und nicht vollständig entleerte Verpackungen oder Zwischenlagerbehälter ins Abwasser gelangen.

Abwasserbelastung allerorten

Vielfältig sind die Stellen, an denen produktverunreinigte Abwässer anfallen. Schon bei der Herstellung der einzelnen Rohstoffkomponenten werden Lagertanks, Mischsysteme und Transportleitungen gespült. Beim Transport der Rohstoffe werden Tanklastzüge eingesetzt, die nach erfolgtem Transport ebenfalls restentleert und ausgewaschen werden müssen. Bei der eigentlichen Produktformulierung beim Hersteller, in der Qualitätskontrolle sowie im Labor werden wieder Misch- und Rührreaktoren eingesetzt, deren Leitungssysteme nach Produktion ausgewaschen werden müssen.

Die produzierten Produkte werden in der Regel in Zwischenlagertanks, mobilen IBC-Lagertanks oder Fässern zwischengelagert und gelangen von dort in die Abfüllabteilung. Bei diesen Abfüll- und Transportvorgängen werden umfangreiche Prozessanlagen und Pumpsysteme beaufschlagt, die bei Schichtende oder Produktwechsel hygienisch gereinigt und gespült werden müssen. Die Fußböden und Transportwege sind ebenfalls zu reinigen. Ist das Produkt beim Endkunden verbraucht, gelangen die Verbrauchsverpackungen wie Dosen, Tuben, Eimer und Kanister über die Rückhol-Recyclingsysteme zum Recycling oder Verwertungsbetrieb. Dort werden Kunststoffverpackungen gewaschen, geschreddert oder granuliert. Dabei gelangen wieder Produktreste ins Abwasser.

Bei den betrieblichen Wasch- und Reinigungsprozessen können bis zu 200 m3 Abwasser pro Tag anfallen. Im Abwasser sind alle Inhaltsstoffe der Produktion enthalten: Pigmente, Fette, Farbstoffe, Mikrokunststoffe, Schwermetalle, Tenside, Säuren, Laugen und Kohlenwasserstoffe sowie sonstige Feststoffe. Das Abwasser kann durch Vorbehandlung von allen emulgierten und dispergierten Stoffen befreit werden. Damit werden erfahrungsgemäß 97 % der kompletten Mikrokunststoffe, Öle und Fette und der darin gebundenen Wirkstoffe entfernt. Auch wasserlösliche Stoffe werden bei Emulsionsspaltung und Flockungsprozessen zwischen 70 und 90 % entnommen.

Abtrennen und vorbehandeln

Foto 2 ALMA DEF

Die Druckentspannungsflotation mit einer Leistung von 10 m3/h in einem Transportbetrieb in Süddeutschland reduziert den CSB-Wert der mit Produktresten belasteten Abwässer um 70 %.

Zur Reduzierung der Stoffeinträge aus der Vielzahl der dezentralen Produktions- und Verarbeitungsstätten sind zwei grundsätzliche Lösungswege möglich. Zum einen dezentrale Vorbehandlung direkt an der Produktionsstätte und die Ableitung des vorgereinigten Abwassers in die öffentliche Kläranlage und zum anderen die Sammlung der Abwässer und die Abfuhr teilweise geringer Abwassermengen in ein Vorbehandlungszentrum (Entsorgungsfachbetrieb), wo eine Vorbehandlung stattfinden kann.

Für die Vorbehandlung von Non-Food-Produktionsabwässern aus dem obengenannten Bereich eignen sich chemisch-physikalische Behandlungsverfahren, teilweise Eindampfverfahren und teilweise Membrantrenntechnik. Die Verfahren unterscheiden sich nicht nur durch ihre unterschiedlichen Ansätze, sondern auch in Bezug auf Betriebsmittel, Kosten und Reststoffentsorgung. Thermische Behandlung erscheint bei Kleinstmengen bis 2 m3/d zweckmäßig, wenn sich die Abwasser­inhaltsstoffe (Schaumbildungen, Verklebungen) dazu eignen. Membrantrennverfahren können für Spülwässer mit Feststoffbelastungen unter 0,5 % TSS zweckmäßig sein, produzieren aber flüssige Konzentrate, deren Verwertungs- und Entsorgungsmöglichkeit im Einzelfall zu prüfen ist.

Universell einsetzbar sind kompakte, chemisch-physikalische Druckentspannungsflotationen oder Flockungs-/Fällungsanlagen. Sie können auch bei produktionsbedingt sehr unterschiedlichen Abwasserzusammensetzungen gut eingestellt und angepasst werden. Es fällt ein pastöser Reststoff an.

Anwendungsbeispiele

Foto 3 Brasilien

Das von Enviro Tratamentos betriebene Entsorgungszentrum in Rio de Janeiro behandelt mit einer Kapazität von 400 m3/d Abwässer von rund 50 Kunden.

Bei einem Transportbetrieb in Süddeutschland fallen pro Tag 200 m3 Abwasser an, die mit Produktresten belastet sind. In Summe führen die Produkte zu einer CSB-Belastung von 20 bis 50.000 mg/l. Die Belastung ist zu 70 % ungelöst, emulgiert und dispergiert. Durch den Einsatz einer kompakten Neutralisation, Flotation und Flockung mit Druckentspannungsflotation mit 10 m3/h Leistung wird das Abwasser vorbehandelt. Bei der Behandlung werden alle im Wasser behandelten Stoffe und emulgierten Stoffe abgetrennt und der CSB-Wert um
70 % reduziert. Das vorbehandelte, klare Wasser wird in die öffentliche Kanalisation abgeleitet.

Enviro Tratamentos, eine Tochterfirma der Almawatech-Gruppe, betreibt in Rio de Janeiro ein Entsorgungszentrum mit einer Kapazität von 400 m3/d mit Abwässern, die von durchschnittlich 50 Kunden stammen. Das Abwasser wird mit Rückständen aus der Produktion von Kosmetik, Pharma und Großlaboren sowie Tankreinigung mit einem CSB zwischen 2.000 und 50.000 angeliefert und dort mehrstufig chemisch-physikalisch und biologisch behandelt. Das behandelte Abwasser wird direkt in einen Fluss eingeleitet und entspricht den lokalen Bedingungen für die Direktableitung.

Verbesserungen entlang der Wertschöpfungskette

Dezentrale Vorbehandlungsanlagen sind unabhängig vom Verfahren von schwankenden Belastungsmengen und Belastungskonzentrationen betroffen. Der Betrieb dieser Anlagen ist deshalb komplex und bedarf bisher eines erheblichen Betreuungsaufwands, um die Verfahrensparameter jeweils richtig einzustellen. Der Einsatz von Online-Messverfahren in der Belastungsmessung von Feststoffkonzentration oder CSB ist bisher nicht Stand der Technik und wird kaum eingesetzt. Jetzt sind optische Messverfahren verfügbar, die auch bei kleineren Durchsatzströmen eingesetzt werden können und die Prozessautomatisierung vorantreiben. Die photo-optische Online-CSB-Messung im Zulauf und die direkte Aufschaltung der Prozessparameter erhöht die Reinigungsleistung und Verfügbarkeit der Anlagen beträchtlich und verringert den Bedarf der manuellen Bedienung und an Verbrauchsmitteln.

Das Potenzial zur Verbesserung des Stoffeintrags liegt insgesamt in der umfassenden Betrachtung der gesamten Wertschöpfungskette von Produktion und Verwendung. Dabei darf das Augenmerk nicht nur auf große, zentrale Kläranlagen fallen. Wichtig ist eher die Betrachtung der 1.000fach vorhandenen, kleineren Anfallstellen. Nur bei der Abtrennung am Ort der Entstehung liegen Stoffe in hoher Konzentration vor und können günstig und effektiv abgetrennt werden. In vielen Fällen ist dort eine stoffliche Verwertung möglich und denkbar. Die Abtrennung und Vorbehandlung an Anfallstellen verringern die Vermischung mit anderen Stoffen und machen stoffliches Recycling effizienter. Auch wenn sich die Klärtechnik von Zentralkläranlagen insgesamt positiv darstellt, ist die Vorbehandlung an der Anfallstelle unverzichtbar. Bei Starkregenereignissen durch undichte Kanalnetze gelangen erhebliche Anteile in den Abwasserkanal und ungereinigt in die Umwelt. Durch Vorbehandlung wird diese Problematik aus dem Herkunftsbereich der Produktion und Verarbeitung ausgeschaltet. Die Optimierung der Verbrauchsverpackungen insgesamt senkt den Eintrag aus dem Siedlungsbereich.

Zur kompletten Vorbehandlung aller Anfallstellen ist eine Mischung aus dezentralen Vorbehandlungsanlagen und bei kleineren Mengen der Abfuhr in Entsorgungszentren sinnvoll. Das Gebot der Vorbehandlung und Verbot der Ableitung von Mikrokunststoffen und spezifischen Wirkstoffen aus Produktion, Logistik und Verwendung sind unerlässlich, um den Produkteintrag insgesamt zu verringern. Beim Recycling von Kunststoffverpackungen im Bereich Körperpflege müssen die Packungen umfangreich gereinigt werden. Für den Produkteintrag ist es dabei erheblich, ob 2 oder 10 % Restmenge in der Verpackung verbleiben. Verbrauchsverpackungen wie Tuben und Dosen werden aber häufig eher nach marketingtechnischen Gesichtspunkten konstruiert und weniger in Hinblick auf die Entleerbarkeit. Forschungs- und Entwicklungsarbeiten im Bereich Restentleerbarkeit von Verbrauchsverpackungen, Transportgebinden und Produktionseinrichtungen sind daher sinnvoll.

Heftausgabe: August/2019
Gottlieb Hupfer, Geschäftsführender Gesellschafter,  Almawatech

Über den Autor

Gottlieb Hupfer, Geschäftsführender Gesellschafter, Almawatech
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