(Bild: Evides)
- Die Abwasserwiederverwendung wird für die Lösung künftiger Süßwasserengpässe global eine immer größere Rolle spielen.
- In allen Industriezweigen werden unterschiedliche Möglichkeiten der Wasserkreislaufschließung und der Wasserwiederverwendung erkundet und umgesetzt.
- Mit entsprechenden Aufbereitungslösungen lässt sich kommunales Abwasser als ressourcenschonende Quelle für industrielles Prozesswasser nutzen.
Wasser in hoher Qualität und Reinheit ist für den Chemiekonzern DOW in vielen Produktionsschritten unabdingbarer Rohstoff. Darüber hinaus werden große Mengen an VE-Wasser zur Dampfproduktion im Kraftwerk benötigt. Die Verfügbarkeit von Wasser ist damit ein entscheidender Standortfaktor, nicht nur für DOW in Terneuzen.
Obwohl umgeben von Wasser, ist das Angebot von Süßwasser im südlichen Holland sehr eingeschränkt. Vielfach sind die leicht verfügbaren Ressourcen dem Einfluss der Gezeiten ausgesetzt und weisen somit hohe Salzgehalte auf. Zur Versorgung der Bevölkerung mit Trinkwasser pumpt Evides große Mengen Süßwasser aus Speicherreservoirs in der Nähe von Rotterdam in eigenen Rohrleitungen in die 120 km entfernte Region um Terneuzen. Hier wird das Wasser überwiegend zu Trinkwasser aufbereitet. Solche Bedingungen erschweren die Ansiedlung und die Erweiterung wasserintensiver Industrien und machen einen effektiven, ressourcenschonenden Umgang mit Wasser notwendig.
Zugang zum Know-how eines Wasserspezialisten
Verfahrenskonzept MBR/UO zur Produktion von Prozesswasser aus Abwasser.
Evides Industriewater (EIW) hat die Wasserversorgung von DOW Terneuzen im Rahmen eines DBFO-Vertrages (Design, Build, Finance, Operate) übernommen. Bei diesem Modell liegt die Verantwortung für alle Prozesse – vom Design über Bau und Finanzierung bis hin zum Betrieb – in den Händen von EIW. Der Chemiekonzern zahlt hierfür feste Wasserpreise und kann sich auf sein Kerngeschäft konzentrieren. Diese Art von Betreibermodellen erspart dem Kunden Investitionen in die Infrastruktur und ermöglicht zugleich den Zugang zu neuester Technologie und dem Know-how eines Wasserspezialisten. Beim Eigenbetrieb werden vielfach die totalen Kosten des Betriebes und die möglichen Risiken bei der Wasseraufbereitung außer Acht gelassen. Veränderte Bedingungen durch neue Anforderungen an die Wasserqualität, an verschärfte Einleitbedingungen, neue Produktionsprozesse oder bei der Erneuerung alter Anlagen stellen Industrieunternehmen oft vor große Herausforderungen.
Genauso wichtig ist die Erfahrung der Betriebsführer mit den entsprechenden Technologien. In vielen Anlagen, die vom Wasserversorger übernommen und modernisiert wurden, konnten erhebliche Einsparpotenziale zum Vorteil der Kunden realisiert werden. Gerade der Betrieb unterschiedlichster Anlagen ermöglicht es Wasserspezialisten, Vor- und Nachteile der jeweiligen Technologie kennenzulernen und bei zukünftigen Anwendungen die richtigen Entscheidungen zu treffen. Mit der Übernahme der Wasserversorgung am Standort Terneuzen durch EIW im Jahr 1999 wurden die Bemühungen zur Schließung von Wasserkreisläufen, zur Erkundung alternativer Rohwasserquellen und damit zur Erreichung erheblicher Wasser- und Kosteneinsparungen intensiviert.
Reinstes Prozess- und VE-Wasser aus Abwasser
Tabelle 1: Wasserparameter der unterschiedlichen Verfahrensstufen zur Aufbereitung von VE-Wasser aus Abwasser.
Zu der übernommenen Anlagensubstanz gehörte auch eine Meerwasser-Entsalzungsanlage, die noch bis in das Jahr 2007 einen Teil des VE-Wassers für den Standort produzierte. Hohe Aufbereitungskosten, die Anfälligkeit gegen schwankende Salzkonzentrationen der Brackwasserzone, Algenwachstum, fortschreitende Korrosion und Fouling waren der Anlass, nach alternativen Lösungen zu suchen. Nachdem der Chemikalien-, Wasser- und Energieverbrauch der meisten anderen Aufbereitungsprozesse um bis zu 80 % reduziert werden konnten, fiel die Entscheidung, die Meerwasserentsalzung zu ersetzen.
Da die Meerwasseraufbereitung aus einer Verfahrenskombination mit Mikrofiltration (MF) und Umkehrosmose (UO) bestand, war nach eingehender Modifikation auch die Nutzung anderer Rohwässer möglich. Als Alternative zu salzhaltigen Oberflächenwässern bot sich der Ablauf der kommunalen Kläranlage von Terneuzen an. Der gereinigte kommunale Kläranlagenablauf zeichnet sich durch eine weitgehend konstante Zusammensetzung und vor allem niedrige Salzkonzentrationen aus. Gerade die hohen osmotischen Drücke, die in Umkehrosmose-Anlagen zur Meerwasserentsalzung nötig sind, haben hohe Betriebskosten dieser Technologie zur Folge. Neben einem geringeren, erforderlichen Betriebsdruck ließ sich auch die Gesamtausbeute der Anlage deutlich steigern. Nach intensiven Vorversuchen nahm die modifizierte Anlage 2007 ihren Betrieb auf.
Im Laufe des Betriebs stellte sich die Mikrofiltration jedoch als Engpass und Schwachstelle für eine größere Ausbeute heraus. Ihre ursprünglich für die Filtration von Meerwasser konzipierten Hohlfasermodule wiesen eine hohe Neigung zu Fouling auf, und es kam altersbedingt zunehmend zu Störungen im System sowie einem erhöhten Spülbedarf. Der daraus resultierende Bedarf einer Erneuerung traf zusammen mit neuen Anforderungen an den Wasserverband der Region als Betreiber der Kläranlage Terneuzen. Um sowohl den zukünftigen Anforderungen an die Qualität des Ablaufes gerecht werden zu können als auch eine notwendige Kapazitätserweiterung zu realisieren, wären Investitionen größeren Umfangs notwendig gewesen.
Erhebliche Einspareffekte
MBR-Anlage auf dem Gelände der Kläranlage Terneuzen.
Auf Initiative von EIW wurden diese Herausforderungen gebündelt und in das Konzept eines Membranbioreaktors (MBR) zur Behandlung von 20 % des kommunalen Abwassers auf der Kläranlage Terneuzen einbezogen. Abbildung 2 zeigt das vollständige Verfahrenskonzept aus MBR/UO zur Herstellung von Prozesswasser aus Abwasser. Die MBR-Anlage produziert 400 – 620 m³/h Speisewasser für die anschließende Aufbereitung zu VE-Wasser. Dazu wird das Permeat der MBR-Anlage zum DOW-Standort gepumpt, wo sich die Umkehrosmoseanlage befindet. Die in Tabelle 1 ausgewählten Wasserparameter der unterschiedlichen Verfahrensstufen zeigen, dass aus kommunalem Abwasser ein qualitativ sehr hochwertiges VE-Wasser entstehen kann.
Die mit dem MBR/UO-Konzept erreichten Einspareffekte sind erheblich. Neben der Einsparung von Rohwasser durch geringere Ausbeuteverluste der Umkehrosmose von 45 % auf 25 % im Vergleich zur Meerwasserentsalzung vor 2007 konnte durch den von 60 bar auf 12 bar reduzierten Betriebsdruck 95 % der Energie zur VE-Wassererzeugung eingespart werden (5.000 MWh/a). Das entspricht einer Vermeidung von ca. 60.000 t/a CO2. Unter dem Aspekt zunehmender Probleme beim Einleiten und Entsorgen von Konzentraten ist auch deren deutlich reduzierter Anfall ein erheblicher Vorteil.
MBR-Anlage mit externen Airlift-Membranmodulen.
Der Abwasserverband konnte mit der MBR-Anlage sowohl seine Behandlungskapazität erhöhen als auch den gestiegenen Anforderungen an Einleitkriterien gerecht werden. Insgesamt werden durch EIW in dem Projekt die Bedürfnisse von DOW nach einer sicheren und wirtschaftlich attraktiven Wasserversorgung mit denen des Abwasserverbandes nach einer zeitgemäßen Abwasseraufbereitung verknüpft und in einem für alle Beteiligten finanziell attraktiven Modell verwirklicht. Nicht zuletzt kommt dies auch der Umwelt zugute, indem knappe Ressourcen geschont werden.
Ausblick
Aufgrund der positiven Erfahrungen soll die Abwasserwiederverwendung zur Prozesswassererzeugung bei DOW Terneuzen in den nächsten Jahren auf bis zu 40 % erhöht werden. Dies soll durch die Erhöhung der Wiederverwendung von kommunalem Abwasser von 2,5 auf 3,5 Mio. m3/a und durch die Erhöhung der Wiederverwendung von Abwässern aus der industriellen Kläranlage von DOW erreicht werden. Ziel ist es, den Einsatz von Wasserressourcen, die für die Trinkwassererzeugung genutzt werden, auf Null zu reduzieren. In Terneuzen werden dazu umfangreiche Pilotversuche durchgeführt, um die optimale Vorbehandlung für dieses neue Konzept der Prozesswassererzeugung aus Abwasser auszuwählen. Neben der Integration innovativer Konzepte von Pflanzenkläranlagen sollen neue Ionenaustauscher-Technologien und -Konfigurationen sowie biologisch aktivierte Sandfiltrations-Technologien untersucht werden. Evides Industriewater wird mit diesen Untersuchungen wichtige Erfahrungen sammeln, um zukünftig gerade in wasserarmen Regionen einen Beitrag zur Schonung kostbarer Wasserressourcen zu leisten und um eine nachhaltige, kostenattraktive Prozesswasseraufbereitung für die Industrie weiterzuentwickeln.
