Reinigung von Abwasser aus der Industrie

1. Was ist Industrieabwasser und Prozesswasser 

Prozesswasser bezeichnet Wasser, das in industriellen und gewerblichen Prozessen verwendet wird. Es handelt sich dabei um Wasser, das für bestimmte Prozesse in der Produktion benötigt wird wie z.B.:

• Kühlung von Maschinen und Anlagen
• die Dampferzeugung in Kraftwerken
• die Verwendung in chemischen Reaktionsprozessen
• die Reinigung von Produkten oder Anlagenteilen

Im Gegensatz zu Brauchwasser, das lediglich eine bestimmte Qualität für allgemeine Zwecke (z.B. Toiletten, Gartenbewässerung) erfüllen muss, hat Prozesswasser oft spezielle Anforderungen hinsichtlich seiner Qualität und Beschaffenheit, je nachdem, wofür es eingesetzt wird.

Es ist wichtig zu betonen, dass Prozesswasser, nachdem es in industriellen Prozessen verwendet wurde, häufig Verunreinigungen enthält und daher als Industrieabwasser bezeichnet wird. Bei den Verunreinigungen handelt es sich um Chemikalien, Schwermetallen bis hin zu organischen Stoffen.

Dieses Wasser kann nicht einfach zurück in die Umwelt geleitet werden. Das Ergebnis wäre ein unansehnliches Durcheinander und die Lebewesen in der Natur könnten dadurch ernsthaft gefährdet werden. Hier kommt die Aufbereitung von Industrieabwasser ins Spiel. Dieser Prozess ist darauf ausgelegt, das verschmutzte Wasser zu reinigen und die enthaltenen Schadstoffe zu entfernen oder zu reduzieren, bevor es wieder in die Umwelt abgegeben wird. Es handelt sich um eine Aufgabe von entscheidender Bedeutung, denn sie sorgt dafür, dass unser Wasser sauber und sicher bleibt und dass wir unsere natürlichen Wasserressourcen verantwortungsvoll nutzen.

2. Kategorien der Abwasserreinigung

Es gibt vier Hauptkategorien von Verfahren, die wir jetzt betrachten werden: Physikalische, Chemische, Biologische und Thermische Verfahren (Die einzelnen Verfahren schauen wir uns genauer in nächsten Unterthema an).

Jede dieser Kategorien hat ihren eigenen Ansatz und ihre eigenen Methoden, um das Wasser zu reinigen und zu schützen.

1. Physikalische Verfahren: Hier geht es im Grunde darum, Dinge auf die altmodische Art und Weise zu erledigen – mit reiner Muskelkraft! Oder zumindest mit den Kräften der Physik. Bei diesen Verfahren werden Schadstoffe aus dem Wasser entfernt, indem physische Prozesse wie Filtration oder Sedimentation genutzt werden. Sie können sich das wie ein sehr feines Sieb vorstellen, das Schmutz und Partikel aus dem Wasser filtert. Oder denken Sie an ein ruhiges stehendes Gewässer, in dem schwerere Partikel nach unten sinken und so aus dem Wasser entfernt werden können.

2. Chemische Verfahren: Nun, hier kommen die Chemiker ins Spiel. Bei diesen Verfahren werden chemische Reaktionen genutzt, um Schadstoffe im Wasser zu neutralisieren oder zu entfernen. Manchmal werden dabei bestimmte Chemikalien hinzugefügt, die mit den Schadstoffen reagieren und sie so unschädlich machen. Es ist ein bisschen so, als würde man das perfekte Gegengift für jeden Schadstoff finden, der im Wasser vorhanden ist.

3. Biologische Verfahren: Hier kommen die kleinen Helfer der Natur ins Spiel. In biologischen Verfahren werden Mikroorganismen, also winzige Lebewesen, eingesetzt, um organische Schadstoffe im Wasser abzubauen. Diese Mikroorganismen fressen quasi die Schadstoffe und verwandeln sie in harmlosere Substanzen. Es ist ein bisschen so, als hätte man eine Armee von Mikro-Reinigungskräften, die das Wasser sauber machen!

4. Thermische Verfahren: Zuletzt gibt es noch die thermischen Verfahren. Wie der Name schon sagt, wird hier Hitze eingesetzt, um das Wasser zu reinigen. Dabei werden entweder Schadstoffe durch hohe Temperaturen direkt zerstört oder das Wasser verdampft und wird dann wieder kondensiert, wodurch die Schadstoffe zurückbleiben. Sie können sich das wie einen sehr intensiven Kochprozess vorstellen, bei dem nur das saubere Wasser übrigbleibt.

Jede dieser Kategorien hat ihre eigenen Vor- und Nachteile und ist für unterschiedliche Arten von Schadstoffen und Industrieabwässern geeignet. Im Folgenden werden wir uns diese Verfahren genauer ansehen und entdecken, wie sie in der Praxis funktionieren. Bereiten Sie sich auf eine spannende Reise durch die Welt der Wasseraufbereitung vor!

3. Verfahren zur Reinigung von Industrieabwasser

Hier erst einmal eine Übersicht, in welchen Industrien bestimmte Verfahren eingesetzt werden. Bitte beachten Sie, dass die Zuordnung zu den Gewerbebetrieben nicht abschließend ist, da die genaue Anwendung stark von den spezifischen Anforderungen des jeweiligen Betriebes und den zu behandelnden Abwasserarten abhängt. Die Tabelle gibt jedoch eine gute allgemeine Orientierung.

Wie genau funktionieren aber diese Verfahren?

3.1. Physikalische Reinigungsverfahren

Gehen wir die Verfahren jetzt einmal durch:

1. Sedimentation: Stellen Sie sich einen ruhigen See vor, in den Sand eingestreut wird. Was passiert? Der Sand sinkt auf den Grund. Das ist das Prinzip der Sedimentation. In der Wasseraufbereitung wird das Abwasser in große Becken geleitet, in denen es zur Ruhe kommt. Schwerere Partikel, wie Sand und andere Feststoffe, sinken auf den Grund und können dann entfernt werden. Dieses Verfahren wird häufig in der Lebensmittel- und Getränkeindustrie sowie in kommunalen Kläranlagen verwendet.

2. Filtration: Die Filtration funktioniert ähnlich wie ein Kaffee- oder Teefilter. Das Abwasser wird durch ein Filtermaterial geleitet, das kleinere Partikel und Schadstoffe zurückhält. Dieses Verfahren wird oft in der Textilindustrie und der Metallverarbeitung eingesetzt, wo es hilft, Farbstoffe und Schwermetalle aus dem Abwasser zu entfernen.

3. Flotation: Bei der Flotation werden kleine Bläschen in das Abwasser eingeblasen. Diese Bläschen heften sich an die Schadstoffpartikel und lassen sie an die Oberfläche steigen, wo sie abgeschöpft werden können. Die Flotation wird oft in der Öl- und Gasindustrie verwendet, um Öl und andere Kohlenwasserstoffe aus dem Abwasser zu entfernen.

4. Druckentspannungsflotation: Die Druckentspannungsflotation, auch bekannt als DAF (Dissolved Air Flotation), ist eine Erweiterung der Flotation. Die DAF funktioniert, indem sie ein Luft-Wassergemisch unter Druck setzt. Unter Druck kann sich mehr Gas im Wasser lösen. Wenn der Druck nachlässt, entstehen kleine Blasen aus den gelösten Gasen. Diese Blasen heften sich an die schwebenden Partikel und heben sie an die Wasseroberfläche. Denken Sie daran wie an einen Aufzug, der Menschen in ein höheres Stockwerk bringt. Die DAF ist äußerst kompakt und robust, was die Baukosten senkt. Sie arbeitet vollautomatisch und kann aus der Ferne überwacht und bedient werden. Sie ist wartungsarm und dank ihres modularen Aufbaus sehr flexibel. Sie passt sich Ihren Anforderungen an und kann leicht von Ort zu Ort transportiert werden.

5. Zentrifugation: Hier kommt die Zentrifugalkraft ins Spiel. Bei der Zentrifugation wird das Abwasser in einer schnell rotierenden Trommel gedreht. Durch die Zentrifugalkraft werden schwerere Partikel nach außen gedrückt, wo sie gesammelt und entfernt werden können. Zentrifugen finden Anwendung in der Chemie- und Pharmaindustrie sowie in der Lebensmittelproduktion.

6. Umkehrosmose: Bei der Umkehrosmose wird das Abwasser unter hohem Druck durch eine halbdurchlässige Membran gepresst. Diese Membran lässt Wasser durch, hält aber Salze und andere gelöste Stoffe zurück. Die Umkehrosmose wird oft in der Elektronikindustrie und in Kraftwerken eingesetzt, wo sehr reines Wasser benötigt wird. Übrigens ist das auch das Verfahren, mit welchen die NASA-Astronauten ihr Urin zu Trinkwasser aufbereiten (Quelle: https://ntrs.nasa.gov/api/citations/20040142362/downloads/20040142362.pdf).

7. UV-Hygienisierung: Hier wird UV-Licht verwendet, um schädliche Mikroorganismen im Wasser abzutöten. Das UV-Licht zerstört die DNA der Mikroorganismen, wodurch sie nicht mehr fähig sind, sich zu vermehren und Krankheiten zu verursachen. Dieses Verfahren wird oft in der Lebensmittel- und Getränkeindustrie sowie in Schwimmbädern und Spaßbädern verwendet, um das Wasser hygienisch sauber zu halten.

All diese Verfahren tragen dazu bei, unser Wasser sauber und sicher zu machen. Sie sind wichtige Werkzeuge im Arsenal der Wasseraufbereitung und helfen uns, unsere Umwelt zu schützen. Im nächsten Teil werden wir uns die chemischen Aufbereitungsverfahren genauer ansehen. Bleiben Sie dran!

3.2. Chemische Reinigungsverfahren

Bei diesen Verfahren kommen Chemikalien zum Einsatz, um Schadstoffe zu entfernen oder unschädlich zu machen. Sehen wir uns das genauer an:

1. Fällung und Flockung: Bei diesen Verfahren werden bestimmte Chemikalien, die sogenannten Flockungsmittel, zum Abwasser hinzugefügt. Diese binden die Schadstoffe im Wasser und bilden größere Klumpen oder "Flocken", die dann leichter durch Sedimentation oder Filtration entfernt werden können. Stellen Sie sich vor, Sie werfen einen Magneten in einen Haufen Eisenspäne - so ähnlich funktioniert das! Fällung und Flockung werden in einer Vielzahl von Industrien angewendet, darunter die Textil-, Papier- und Metallindustrie.

2. Neutralisation: Bei der Neutralisation werden Chemikalien hinzugefügt, um das pH-Gleichgewicht des Abwassers zu regulieren. Das ist wichtig, weil zu saures oder zu alkalisches Wasser schädlich für die Umwelt und die menschliche Gesundheit sein kann. Denken Sie an den Vorgang des Neutralisierens wie an eine Goldilocks-Situation - das Wasser darf nicht zu sauer oder zu alkalisch sein, es muss genau richtig sein! Dieses Verfahren ist weit verbreitet, insbesondere in Industrien, die mit starken Säuren oder Basen arbeiten, wie die Chemie-, Stahl- und Elektronikindustrie.

3. Oxidation: Bei der Oxidation werden Oxidationsmittel eingesetzt, um organische Schadstoffe im Wasser abzubauen. Man könnte sagen, das ist so ähnlich wie das Rosten von Eisen - nur dass in diesem Fall die Schadstoffe "verrosten" und dadurch unschädlich gemacht werden. Die Oxidation wird oft in der Lebensmittel- und Getränkeindustrie sowie in kommunalen Kläranlagen eingesetzt.

4. Ionenaustausch: Beim Ionenaustausch werden Harze oder andere Materialien verwendet, die Ionen im Wasser anziehen und binden. Stellen Sie sich das vor wie einen Tauschhandel auf molekularer Ebene - die Ionen im Wasser werden gegen harmlosere Ionen ausgetauscht. Der Ionenaustausch wird häufig in der Chemie- und Pharmaindustrie sowie in Kraftwerken eingesetzt, um gelöste Salze aus dem Abwasser zu entfernen.

5. Adsorption: Bei der Adsorption werden Materialien verwendet, die Schadstoffe an ihrer Oberfläche binden. Das ist ein bisschen so, als würde man einen Schwamm verwenden, um einen verschütteten Saft aufzusaugen. Die Adsorption wird oft zur Entfernung von Ölen und Fetten aus Abwasser verwendet, zum Beispiel in Restaurants und in der Lebensmittelindustrie.

Mit diesen chemischen Verfahren können eine Vielzahl von Schadstoffen effektiv aus dem Abwasser entfernt werden. Im nächsten Teil werden wir uns die biologischen Aufbereitungsverfahren genauer ansehen.

3.3. Biologische Reinigungsverfahren

Diese Verfahren nutzen Mikroorganismen, die Schadstoffe im Abwasser abbauen und unschädlich machen. Klingt spannend? Dann kommen Sie mit auf eine Reise in die faszinierende Welt der Mikroben!

1. Aktivschlammverfahren: Stellen Sie sich eine Armee von fleißigen kleinen Arbeitern vor, die Schmutz und Schadstoffe abbauen - das ist im Grunde das Prinzip des Aktivschlammverfahrens. Hierbei werden Mikroorganismen, der sogenannte "Aktivschlamm", dazu verwendet, organische Schadstoffe im Abwasser abzubauen. Anschließend wird der Aktivschlamm abgetrennt und das gereinigte Wasser kann abgelassen werden. Dieses Verfahren wird häufig in kommunalen Kläranlagen und in Industrien mit hohem organischen Abwasseraufkommen, wie der Lebensmittel- und Getränkeindustrie, eingesetzt.

2. Belebtschlammverfahren: Das Belebtschlammverfahren ist eine Variante des Aktivschlammverfahrens. Hier wird zusätzlich Sauerstoff in das Abwasser eingeleitet, um den Mikroorganismen zu helfen, die Schadstoffe schneller und effizienter abzubauen. Das Belebtschlammverfahren findet breite Anwendung, von kommunalen Kläranlagen bis hin zur Papier- und Textilindustrie.

3. Anaerobe Abwasserbehandlung (anaerob: ohne Luft): Bei diesem Verfahren geht es darum, Abwasser unter sauerstofffreien Bedingungen zu behandeln. Das mag seltsam klingen, aber einige Mikroorganismen kommen auch ohne Sauerstoff zurecht und können sogar Methangas produzieren, das als Energiequelle genutzt werden kann. Daher wird dieses Verfahren häufig in der Lebensmittel- und Getränkeindustrie sowie in der Landwirtschaft eingesetzt, wo es neben der Abwasserreinigung auch zur Energiegewinnung beiträgt.

4. Membran-Bioreaktoren: Hierbei handelt es sich um eine Kombination aus biologischem Abbau durch Mikroorganismen und einer Membranfiltration. Sie können es sich vorstellen wie ein Team, das aus Mikroorganismen und einem superfeinen Sieb besteht, das selbst kleinste Partikel zurückhält. Membran-Bioreaktoren bieten eine sehr effiziente Reinigung und werden oft in hochsensiblen Bereichen wie der Pharmaindustrie oder bei der Aufbereitung von Trinkwasser eingesetzt.

Die biologischen Verfahren sind ein beeindruckendes Beispiel dafür, wie wir die Kräfte der Natur nutzen können, um unser Wasser sauber und sicher zu halten. Im nächsten Abschnitt werden wir uns mit den thermischen Reinigungsverfahren beschäftigen. Bleiben Sie dran!

3.4. Thermische Reinigungsverfahren

Jetzt kommen wir zum letzten Abschnitt unserer Reise durch die Reinigungsverfahren: den thermischen Methoden. Bei diesen Verfahren wird Wärme verwendet, um Schadstoffe zu entfernen oder unschädlich zu machen. Nehmen Sie sich eine Tasse heißen Tee und lassen Sie uns beginnen!

1. Verdampfung: Bei diesem Verfahren wird das Abwasser erhitzt, bis das Wasser verdampft und zurück bleibt, was nicht verdunsten kann - die Schadstoffe. Sie können sich das wie einen Topf mit kochendem Wasser vorstellen, bei dem der Dampf abgeleitet und das Wasser dadurch gereinigt wird. Verdampfung wird oft eingesetzt, um Salze und andere gelöste Stoffe aus dem Abwasser zu entfernen, zum Beispiel in der Chemie- und Lebensmittelindustrie.

2. Destillation: Die Destillation ähnelt der Verdampfung, aber hier wird der Dampf gesammelt und wieder kondensiert, um reines Wasser zu gewinnen. Stellen Sie sich vor, Sie kochen Wasser und fangen den Dampf in einer kühlen Schüssel auf - so ähnlich funktioniert die Destillation! Dieses Verfahren wird häufig in der Chemie- und Pharmaindustrie eingesetzt, um besonders reines Wasser zu gewinnen.

3. Thermische Oxidation: Bei der thermischen Oxidation werden die Schadstoffe im Abwasser durch Erhitzen auf hohe Temperaturen zerstört. Es ist, als würde man die Schadstoffe buchstäblich verbrennen! Dieses Verfahren wird oft zur Behandlung von stark verschmutztem oder gefährlichem Abwasser eingesetzt, zum Beispiel in der Chemie- und Ölindustrie.

4. Vakuumdestillation: Die Vakuumdestillation ist eine Variante der Destillation, bei der ein Vakuum verwendet wird, um das Wasser bei niedrigeren Temperaturen verdampfen zu lassen. Stellen Sie sich das wie das Kochen von Wasser auf einem Berggipfel vor, wo das Wasser wegen des niedrigeren Luftdrucks schneller kocht. Die Vakuumdestillation wird häufig in der Chemie- und Ölindustrie eingesetzt, um Wärmeempfindliche Stoffe zu entfernen.

Mit den thermischen Verfahren schließen wir unseren Überblick über die Methoden zur Aufbereitung von Industrieabwasser ab. Jedes Verfahren hat seine Stärken und Einsatzgebiete und zusammen bieten sie ein breites Spektrum an Möglichkeiten zur Reinigung von Abwasser. 

4. Praxisbeispiele für die Reinigung von Prozesswasser

Schauen wir uns jetzt einmal drei praxisnahe Beispiele an, wie diese Verfahren in der Praxis kombiniert werden können. Bitte beachten Sie, dass die genauen Verfahren und deren Kombination stark von den spezifischen Anforderungen der Abwasserverordung und Gegebenheiten vor Ort abhängen können. Wie gesagt handelt es sich um Beispiele - konkrete Auslegungen müssen für den jeweiligen Anwendungsfall individuell erstellt werden.

4.1. Beispiel: Fleischverarbeitender Betrieb

Bei der Fleischverarbeitung fallen verschiedene Schadstoffe an, darunter:

• Fette
• Proteine
• Salze
• organische Materialien

Zur Reinigung könnten folgende Methoden kombiniert werden:

1. Zuerst wird eine grobe Vorbehandlung durchgeführt, bei der große Partikel und Feststoffe durch ein mechanisches Sieb entfernt werden.
2. Danach erfolgt eine Fettabscheidung, um die im Abwasser enthaltenen Fette zu entfernen.
3. Ein biologisches Verfahren wie das Belebtschlammverfahren kann dann verwendet werden, um die organischen Stoffe abzubauen.
4. Abschließend könnte sogar noch eine Filtration oder eine Umkehrosmose durchgeführt werden, um restliche Salze und kleinste Partikel zu entfernen.

Anforderungen findet man z.B. in der Abwasserverordnung Anhang 10 Fleischwirtschaft: https://www.gesetze-im-internet.de/abwv/anhang_10.html 

4.2. Beispiel: Großküchen

In einer Großküche fallen vor allem Fette, Öle und organische Stoffe an. Hier wäre eine ähnliche Vorgehensweise sinnvoll:

1. Zunächst wird über einen Fettabscheider eine Sedimentation durchgeführt, um die Fette und Öle aus dem Abwasser zu entfernen. Aufgrund der unterschiedlichen Dichten von Wasser und Fett (Fett ist leichter als Wasser) steigen die Fetttröpfchen zur Oberfläche, während schwerere Partikel (also das Wasser) in der Schicht darunter sind.
2. Anschließend wird ein biologisches Verfahren wie das Aktivschlammverfahren verwendet, um organische Stoffe abzubauen.

4.3. Beispiel: Papierverarbeitende Fabrik:

Bei der Papierverarbeitung können eine Vielzahl von Schadstoffen anfallen, darunter:

• Zellulosefasern
• Farbstoffe
• verschiedene Chemikalien

Ein geeigneter Ansatz könnte sein, zunächst eine Sedimentation durchzuführen, um die Zellulosefasern zu entfernen. Anschließend könnte ein chemisches Verfahren wie die Fällung eingesetzt werden, um Farbstoffe und andere gelöste Stoffe zu entfernen. Biologische Verfahren könnten zum Abbau organischer Stoffe eingesetzt werden. Und schließlich könnte eine Umkehrosmose oder eine Adsorption zur Entfernung restlicher Schadstoffe durchgeführt werden.

Alle diese Beispiele erfordern jedoch eine genaue Auslegung, Bestimmung der Schadstoffe, anfallenden Schadstoffmengen und Wassermengen usw. Es ist also unbedingt erforderlich mit Fachfirmen und den zuständigen Behörden zusammenzuarbeiten, um eine korrekte Auslegung für das entsprechende Projekt zu finden.

5. Planung einer industriellen Abwasserreinigungsanlage

Die Planung einer industriellen Abwasserreinigungsanlage ist ein umfangreicher Prozess, der mehrere Schritte, Fachleute und Genehmigungen erfordert. Lassen Sie uns die Hauptakteure und Schritte in einfachen Worten durchgehen:

1. Planung und Beratung: Sie benötigen einen qualifizierten Ingenieur oder Berater, der sich auf Abwassertechnik spezialisiert hat, um Ihre Anforderungen zu bewerten und einen Plan für Ihre Anlage zu erstellen.

2. Genehmigungsverfahren: Im Allgemeinen benötigen Sie eine Baugenehmigung von Ihrer lokalen Baubehörde. In Deutschland ist das meist das Bauamt der Gemeinde oder Stadt.

3. Wasserrechtliche Erlaubnis: Zusätzlich zur Baugenehmigung benötigen Sie eine wasserrechtliche Erlaubnis nach dem Wasserhaushaltsgesetz. Diese erlaubt Ihnen das Einleiten von gereinigtem Abwasser in ein Gewässer oder die öffentliche Kanalisation. Zuständig hierfür sind in der Regel die Unteren Wasserbehörden auf Landkreis- oder Bezirksebene.

4. Immissionsschutzrechtliche Genehmigung: Wenn Ihre Anlage eine bestimmte Größe überschreitet oder bestimmte Stoffe verarbeitet, können zusätzlich Genehmigungen nach dem Bundes-Immissionsschutzgesetz erforderlich sein. Zuständig hierfür sind die Immissionsschutzbehörden. "Immissionsschutzbehörden sind 1. das Ministerium für Umwelt und Verkehr (UVM) als oberste Immissionsschutzbehörde, 2. die Regierungspräsidien als höhere Immissionsschutzbehörden, 3. die unteren Verwaltungsbehörden als untere Immissionsschutzbehörden. Die unteren Verwaltungsbehörden sind sachlich zuständig, sofern nichts anderes bestimmt ist." Quelle: https://www.staedtebauliche-laermfibel.de/pdf/BImSchGZuVO.pdf 

5. Fachunternehmen: Für den Bau der Anlage benötigen Sie ein qualifiziertes Fachunternehmen, das Erfahrung mit der Errichtung von Abwasserreinigungsanlagen hat.

6. Betrieb und Kleinkläranlage" >Wartung: Sobald die Anlage in Betrieb ist, benötigen Sie qualifizierte Techniker für den Betrieb und die Wartung der Anlage.

Das sind die wichtigsten Schritte und Akteure bei der Planung einer industriellen Abwasserreinigungsanlage. Beachten Sie bitte, dass je nach Standort, Art und Größe Ihres Projekts weitere Genehmigungen oder Fachleute erforderlich sein können. Es ist immer ratsam, sich frühzeitig professionelle Unterstützung zu suchen, um sicherzustellen, dass alle Anforderungen erfüllt werden.