11.06.02 innerbetriebliche maßnahmen zur reduzierung des wasserverbrauchs in der industrie in...
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11.06.02
Innerbetriebliche Maßnahmen zur Reduzierung des Wasserverbrauchs
in der Industrie in Deutschland
Dr.-Ing. Dirk Weichgrebe
IINSTITUT FÜR SSIEDLUNGSWASSERWIRTSCHAFT UND
AABFALLTECHNIK DER UNIVERSITÄT HHANNOVER
Welfengarten 1, D-30167 HannoverTel. 0511/ 762-2899
weichgrebe@isah.uni-hannover.de
Workshop: Wasser- und Abwasserprobleme in der LeichtindustrieSino-German Center for Environmental Technology, Changsha, Hunan, P.R.China, 15.08.02
11.06.02
• Einführung
• Wasseraufkommen und Wassernutzung
• Produktions- und Prozessintegrierter Umweltschutz (PIUS)
• Innerbetriebliche Maßnahmen
• Moderne Möglichkeiten der Teilstrombehandlung zur
Kreislaufschließung (Verdampfung, Membranverfahren)
• Beispiele (Papierfabrik, Metallverarbeitung, Nahrungs-
mittelindustrie)
• Zusammenfassung und Ausblick
Gliederung
11.06.02
Wassernutzung und -dargebot in Deutschland 2000
0,1%
77,7%14,5%
3,0%4,7%
Wasserdargebot / Wassernutzung Menge
Wasserdargebot ungenutzt 141,4 Mrd. m³ (1995 138,0 Mrd. m³)
Kraftwerke 26,4 Mrd. m³
Industrie (verarbeitendes Gewerbe und Bergbau) 8,5 Mrd. m³ (1995: 10,0 Mrd. m³)
Öffentliche Wasserversorgung 5,6 Mrd. m³
Landwirtschaft 0,2 Mrd. m³
Summe 182,0 Mrd. m³
11.06.02
Wasserdurchlauf durch eine Fabrik
11.06.02
Wasser-aufkommen
Wasser-aufkommen
Wasser-einsatzWasser-einsatz
Abgabe an Dritte
Ungenutzt abgeleitet
Fremdbezug
Eigengewinnung
Wasser-nutzungWasser-nutzung
Einfach- Nutzung
Mehrfach-Nutzung
Kreislauf-Nutzung
Wasser-verwendung
Wasser-verwendung
Produktion
Kühlung
Dampfer-zeugung
sonstigeZwecke
Ab-wasser
Ab-wasser
WasserverlusteBetrieb
Begriffsklärung und Definition
WassernutzungWasseraufkommen
= Nutzungsfaktor
11.06.02
Fremdbezug öffentliches
Netz4,2%
Quellwasser0,8%
Uferfiltrat5,6%
Grundwasser23%Oberflächenwasser
60,6%
Fremdbezugnicht öffentliches
Netz
5,8%
Summe : 8,5 Milliarden m3
Wasseraufkommen in der Industrie 1998, BRD
11.06.02
Summe : 304 Millionen m³
Grundwasser
27%
Uferfiltrat3,9%
Quellwasser6%
Fremdbezug öffentliches
Netz37,2%
Fremdbezug nicht
öffentliches Netz3%
Oberflächenwasser22,9%
Wasseraufkommen im Ernährungsgewerbe und in der Tabakverarbeitung, 1998, BRD
11.06.02
Nach DIN 4046 ist Betriebswasser definiert als “ein zu gewerblichen, industriellen, landwirtschaftlichen oder ähnlichen Zwecken dienendes Wasser mit unter-schiedlichen Güteeigenschaften, worin Trinkwassereigenschaft eingeschlossen sein kann”.
Die Ansprüche der Nutzer können chemisch über denen der Trinkwasserver-ordnung oder deutlich darunter liegen. Daher lassen sich keine allgemeingültigen Richtlinien für die Qualität von Betriebswasser aufstellen, sondern nur nutzungs-spezifische Anforderungen formulieren.
Dementsprechend sind auch die Qualitätsanforderungen an ein Betriebswasser je nach Anwendungsbereich sehr unterschiedlich. Die Anforderungen hängen zudem von den Fertigungsverfahren der Industriesparten und von den Qualitäts-anforderungen die an die produzierte Ware gestellt werden ab.
Aus Gründen der Betriebssicherheit und Hygiene werden an Betriebswasser generell folgende Qualitätsanforderungen gestellt:
- Es soll geruchsfrei, feststofffrei und klar sein.
- Es soll verträglich mit dem Rohmaterial sein.
- Es muss hygienisch unbedenklich sein.
Definition Betriebswasser
11.06.02
In gewerblichen und industriellen Produktionsprozessen wird Wasser überbegrifflich verwendet als:
Rohstoff, z.B.•Brauwasser, Mineralwasser•Wasser zur Ammoniakherstellung
Transportmittel, z. B.•Schwemmwasser (Rübenschwemmwasser)•Fördermedium (hydraul. Erzförderung)
Hilfsstoff, z. B.•Kühlmittel•Lösungsmittel•Waschmittel•Energieträger (Dampf, Wasserkraft)•Sicherheitsmittel (Löschwasser)•Trinkwasser (Belegschaftswasser)
Betriebliche Verwendungsarten von Wasser
11.06.02
Zukünftig: Entwicklung von Qualitätsstandards für Wasser zur Wieder-/Weiterverwendung?Weiterentwicklung der Aufbereitungstechniken!Nutzung von kommunalem Abwasser als Betriebswasser?
geringe Anforderungen
Trinkwasserqualität weitergehende Anforderungen
NahrungsmittelindustrieGenußmittelindustrie
TrinkwV (1990)
DIN 2000, 2001DIN 1988
Kraftwerke (Vollentsalzung)Kühlanlagen (Enthärtung)Chipherstellung
VGB-Richtlinie (1988)VdTÜV (1983)VDI-Richtlinie 3808 (1986)TRD611, TRD612
Anforderungen an die Beschaffenheit von Betriebswasser
BergbauGerbereienWaschstraßen
Ö-Norm B 5107
Europ. Richtlinie
EG-Richtlinie über die Qualität von Badegewässern (1975)
11.06.02
Wassernutzung 1998 in der BRD, (Angabe nach Wirtschaftszweig)
Textil-, Leder u. Bekleidungsgew.
523 0,19 0,25 0,18 0,05 0,18 0,05 1,28
Wärmekraftwerke für öffentl. Vers.
429 26,56 67,73 57,46 7,68 25,66 41,40 2,60
Holzgewerbe (o. Möbelherst.)
286 0,02 0,06 0,03 0,01 0,02 0,04 3,10
Chem. Industrie 794 3,42 11,84 10,59 0,76 2,90 8,14 3,50Bergbau, Gew. von Steine/Erden,
915 1,18 4,83 3,69 1,05 1,09 3,66 4,10
Ernäherungsind. +Tabakverarb.
2.345 0,42 17,28 0,83 0,44 0,38 1,30 4,20
Papier-, Verlags- Druckgewerbe
467 0,61 3,49 0,82 2,45 0,42 2,75 5,70
Glas, Keramik, Steine/Erden
1.755 0,11 0,73 0,48 0,22 0,09 0,59 6,60
Metallerzeugung u. -bearbeitung,
1.366 0,87 6,02 4,93 0,98 0,76 5,20 6,90
Kokerei, .... Mineralölverarb.
59 0,24 2,38 2,30 0,04 0,09 0,18 9,70
Maschinenbau 724 0,04 0,43 0,24 0,13 0,04 0,39 10,10Fahrzeugbau 449 0,09 1,99 1,09 0,79 0,08 1,89 21,50
Kreisl.-nutzung
Nutzungs-faktor
Kühlung Produkt
Mrd. m³
Wasser- einsatz
Genutztes Wasser
insgesamtWirtschaftszweig
darunter Einmal. Wasser-nutzung
Anzahl der Betriebe
Angaben nach Stat. Jahrbuch 2001
11.06.02
14% für produktspez. Zwecke
67% Kreislauf-nutzung
31% einma-lige Nutzung33% Einsatz
67%
81% zur Kühlung
5 % allgemein
Betriebliche Wassernutzung 1998 in der BRD
ca. 83 Mrd. m³
ca. 15 Mrd. m³
ca. 32 Mrd. m³ca. 34 Mrd. m³
ca. 69 Mrd. m³
11.649 Betriebe in der BRD
Angaben nach Stat. Jahrbuch 2001
11.06.02
Wassernutzung 1998 in der BRD, (Angabe nach Ländern)
SH 376 4,40 5,44 4,80 0,28 4,39 1,04 1,2HH 125 0,76 0,96 0,89 0,04 0,75 0,20 1,3BR 53 1,12 1,43 1,18 0,24 1,11 0,32 1,3HS 665 4,74 7,70 5,79 1,81 4,70 2,97 1,6RP 568 1,81 3,19 2,55 0,59 1,61 1,23 1,8B 163 0,92 1,75 1,41 0,23 0,92 0,83 1,9BW 1.642 5,05 12,60 8,47 3,43 4,91 7,18 2,4NS 1.126 4,83 12,90 9,21 2,38 4,70 8,08 2,7BAY 2.111 3,71 13,32 10,96 1,79 3,22 9,39 3,6NRW 2.651 5,74 33,26 29,73 2,63 5,10 27,68 5,8TH 460 0,06 0,62 0,20 0,21 0,05 0,55 9,7SL 115 0,21 2,17 1,98 0,13 0,18 1,98 10,4SA 408 0,22 2,58 2,19 0,34 0,14 2,36 11,7BB 286 0,23 2,71 2,44 0,15 0,12 2,52 11,8S 750 0,11 1,86 1,47 0,24 0,06 1,77 16,6MV 150 0,03 0,63 0,38 0,24 0,02 0,60 22,9
darunter Einmalig. Wasser-nutzung
Kreislauf-nutzung
Nutzungs-faktor
zur Kühlung
für Produkt
Mrd. m³Bundes-länder
Wasser-einsatz
Genutztes Wasser
insgesamt
Anzahl der
Betriebe
Angaben nach Stat. Jahrbuch 2001
11.06.02
5 % für produktspez. Zwecke
81% einmalige Nutzung
81% Einsatz
19%88 % Kühlung
Betriebliche Wassernutzung 1998 in SH
19% Kreislaufnutzung
7 % allgemein
ca. 4,8 Mrd. m³
ca. 0,3 Mrd. m³
ca. 4,4 Mrd. m³ca. 4,4 Mrd. m³
ca. 1,0 Mrd. m³
376 Betriebe in Schleswig-Holstein
Angaben nach Stat. Jahrbuch 2001
11.06.02
Spezifische Abwasserlasten und -kennwerte für einige Betriebe der Lebensmittelindustrie
Betriebsart Bezug spezifische Abwasserlasten EGW
m³/Einheit kg BSB5/Einheit
Molkerei t 1 - 2 0,8 - 2,5 13 – 42 /t
Brauerei hl 0,25 - 0,6 0,3 - 0,6 12 - 15 /hl
Wein ha 0,04 - 0,30 0,32 - 0,97 5 - 16 /ha
Brennerei d 0,5 - 0,8 6 - 35 100 - 500 /d
Getränke m³ 1,4 - 2,8 1,7 - 4,5 20 – 60 /m³
Fruchtsaft m³ 1,8 - 2,8 1,7 - 4,5 28 - 75 /m³
Schlachterei Rinder Schweine
GV KV
0,5 - 1,0 0,1 - 0,3
1,0 - 3,5 0,2 - 0,3
28 - 85 /GV
5 - 9 /KV
Konserven Erbsen Karotten Bohnen Fertiggerichte
t t t 10³ Stk.
12 - 30 19 - 30 15 - 35 2,5 - 3,6
18 - 30 25 - 30 10 - 22 1,5 - 6,4
300-500 /t 415-500 /t 165-365 /t
38-160 /10³Stk.
Sauerkraut t 5 - 9 4,2 - 9,2 70 - 150 /t
Kartoffelv. t 5 - 8 5 - 10 85 - 170 /t
Zuckerf. t 0,5 - 1,0 0,8 - 1,6 13 - 27 /t
Hefe t 10 - 80 140 - 250 2.330 - 4.170 /t
Margarine t 1 – 3 (0,5 - 3,0) (8 - 50 /t)
Speiseöl t 10 - 25 (3,0 - 7,0) (50 - 115 /t)
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0
1
2
3
4
5
6
1970 1975 1980 1985 1990 1995 2000Jahr
Nu
tzu
ng
sfak
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n [
-] Verarbeitendes Gewerbe und Bergbau
Ernährungsgewerbe
Entwicklung der Nutzungsfaktoren
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Abwassereinleitung in der BRD in Mrd. m³
ins-gesamt
davon biolog.
ins-gesamt
davon Kühlwass.
1991 48,07 10,53 8,77 36,10 34,58 1,44 47,08 0,981995 46,36 11,32 10,28 33,58 32,39 1,47 45,55 0,811998 44,06 10,80 10,26 31,80 30,83 1,45 43,27 0,79
Jahr
Indirekt-einleitung
Art des Abwassers EinleitungungsartAbwasser-einleitung insgesamt
behandeltes unbehandeltes ungenutzt eingeleit. Wasser
Direkt-einleitung
Angaben nach Stat. Jahrbuch 2001
Verarbeitende Industrie Bergbau u. Gewinnung von Steine und Erden
Wärmekraftwerke für die öffentliche Versorgungöffentliche Abwasserbeseitigung
prozentuale Aufteilung für 1998100%
80%
60%
0%
40%
20%
11.06.02
Gesamtkosten der industriellen Wassernutzung
Fremdbezug,Wasserbezugskosten
EigengewinnungWasserentnahmegelt,Gewinnungs-, Aufbereit.-,Transportkosten
Frischwasserversorgung Wassernutzung
Einfachnutzung, Vertei-lungskosten
Mehrfachnutzung, Vertei-lungskosten
Kreislaufführung, Vertei-lungs- u. Aufbereitungskosten
Abwasserentsorgung
DirekteinleitungBehandlungskosten,
Abwasserabgabe
IndirekteinleitungVorbehandlungskosten,Abwassergebühren
11.06.02
führt zur Vermeidung von
Abfällen, Abwasser und Schadstoffen in der Produktionanstatt zur
Abtrennung, Behandlung oder Entsorgung in den prozess-abgehenden Stoffströmen
Abwasser, das erst gar nicht entsteht, muss später auch nicht behandelt werden
Verringerungen der Wassermengen und abgeleiteten Schadstoffströme führen zur Entlastung der Umwelt
und Kosteneinsparung für die Unternehmen
Produktions- und Prozesssintegrierter Umweltschutz
11.06.02
Betriebliche Umweltschutzmaßnahmen
Produktions- und Prozesssintegrierter Umweltschutz
gesetzlichen Verpflicht.nur bei Vorliegen von
Branchen-Selbstverpflicht.
produktionsbezogenproduktbezogen sonst.
integrierteMaßnahmen
End-of-the-pipeMaßnahmen
ProzessintegrierteMaßnahmen
AnlagenintegrierteMaßnahmen
Umweltmanagement(z.B.Projekt FH Lübeck)
Altlastensanierung
Handel mit Emissions-rechten und andereInstrumente desKyoto-Protokolls
Angaben nach VDI-Richtlinie VDI 3800, Dezember 2001
Kraft-Wärme-KopplungKreislaufführung
Rückgewinnung von Stoffen
Änd. der ReaktionsbedingungenErsatz org. Lösemittel
Änd. des Verfahren
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Wassersparen als Imagefaktor
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Reduzierung der Abwasserlasten und -kosten durch innerbetriebliche Maßnahmen I
1. Bestandsaufnahme
(1) Produktionsschema ausarbeiten Feststellen aller EINGANGS (INPUT) und AUSGANGSSTRÖME (OUTPUT)z.B. Wasser-, Abwasser- und Schmutzfrachtanfallstellenggf. Einbau von Wasser- und Energiezählern(Wasserbilanz, Energiebilanz, Stoffbilanz (Hilfsstoffe, Stoffe zur Verwertung))
(2) Ermittlung des Energie- und Wasserverbrauchs an allen Betriebsstellen
(3) Berechnung spezifischer Verbräuche und Mengen z.B.:1. Spez. Wasserverbrauch = Wasserverbrauch/Produktionseinheit (m³/t oder m³/l)2. Spez. Abwasseranfall = Wasserverbrauch – Produktwasser – Verdunstung und Wassereintrag aus dem Produkt)/Produkteinheit (m³/t oder m³/l)
(4) Ermittlung der spezifischen Schmutzfrachten1. Probenahmen und Analyse2. Menge x Konzentration = Fracht
11.06.02
Reduzierung der Abwasserlasten und -kosten durch innerbetriebliche Maßnahmen II
2. Innerbetriebliche Umorientierung
(1) Information, Motivation und Fortbildung des Personals im sparsamen Umgang mit Energie, Wasser und Wertstoffen (Prämiensysteme, Sparwettbewerbe).
(2) Kontrolle der Frisch- und Abwassermengen(3) Anschaffung von Spararmaturen(4) Kontrolle von Leckagen(5) Einsatz von Hochdruckreinigern
Durchführung von Trockenreinigungsverfahren
(1) Verringerung der Wassereinsatzmengen und Ersatz von Wasser z.B. durch Luft oder Heißdampf
(2) Verringerung der Energieeinsatzmengen z.B. durch Kraft-Wärmekopplung(3) Organisatorische Verbesserung der Verfahren(4) Vermeidung von Produktverlusten
3. Änderung der Produktionsverfahren
11.06.02
Reduzierung der Abwasserlasten und -kosten durch innerbetriebliche Maßnahmen III
4. Änderung der Transportverfahren
(1) Trockenförderung(2) Einrichtung von Förderkreisläufen
(1) Mehrfachgliederung von Betriebswasser (Kaskadennutzung, Kreislaufführung)(2) Wiederverwendung von gereinigtem Prozesswasser, Regenwasser, Brüden-
kondensaten oder Abwasser(3) Rohrreinigung, Hochdruckreinigung, Ultraschallreinigung).
Flaschenreinigung mit Gegenstromprinzip
5. Änderung der Reinigungsverfahren
(1) Einrichtung von Kreisläufen und Stapelbecken zur Mehrfachnutzung(2) geschlossene Kühlkreisläufe, Umstellung auf Luftkühlung(3) Trockenkühlverfahren , Verdampfungskühlung
6. Änderung der Wasserführung und Kühlverfahren
(1) Produktgewinnung aus Trub und Produktresten(2) Gewinnung von Nebenprodukten aus festen u. flüssigen Produktionsabfällen(3) Gewinnung und Einsatz von Fruchtwasser
7. Wertstoffge- u. -rückgewinnung aus Produktresten,-abfällen u. Abwässern
11.06.02
Das dabei nicht vermeidbare, mit einer hohen BSB-Fracht belastete Abwasser wurde in einer anaeroben Kläranlage (Anaerobie) vorgereinigt und anschließend dem kommunalen Klärwerk (Aerobie) zugeführt.
Papierfabrik SchoellershammerDie Papierfabrik Schoellershammer ist das einzige Unternehmen in Deutschland, das Wellpappen- und Feinpapier - zwar in getrennten Anlagen, jedoch in einem Betrieb - herstellt.
Bei der Wellpappenpapier-Herstellung findet bereits eine weitgehend geschlossene Prozesswasserführung statt.
600.000 m³/a Frischwasser
11.06.02
Papierfabrik Schoellershammer
Das Feinpapier wurde ohne Wiederverwendung oder Vorbehandlung direkt dem Klärwerk (aerobes Belebungsverfahren) zugeführt.
Frischwasserbedarf: 1.200.000 m³/a !
Zur Einsparung von Frischwasser und zur Verringerung der erzeugten Schmutzfracht wurde überlegt, die Wasserströme der beiden
Produktionslinien zu verbinden.
11.06.02
Papierfabrik Schoellershammer
Die umweltrelevanten Investitionen für das Projekt betrugen 700.000 € Die Höhe des staatlichen Zuschusses betrug 100.000 €.
Vorhaben:
Das anaerob vorgeklärte Abwasser aus der Wellpappenproduktionwird aerob nachgereinigt und mit maximal der Hälfte der über einen Kiesfilter „entstofften“ Feinpapierabwasser im Kreislauf „über Kreuz“ wiedereingesetzt.
Ziele:
• Einsparung des Frischwassers bei der Wellpappenproduktion um 50%.• BSB-Entlastung des Abwasser => Reduzierung der• Reduzierung der absetzbaren Stoffe => Abwasserabgabengebühr
11.06.02
Papierfabrik Schoellershammer
11.06.02
Papierfabrik Schoellershammer
Wellpappenpapier Feinpapier
früher 170.000 70.000
nach Durchführung der Maßnahme
63.600 65.540
früher 220.000 150.000
nach Durchführung der Maßnahme
42.600 141.250
früher 600.000 1.200.000
nach Durchführung der Maßnahme
600.000 1.130.000
Abwassermenge m³/a
absetzbare Stoffe kg/a
BSB5 kg/a
62%
80%
Einsparung
70.000 m³/a
11.06.02
• Kreislaufschließung bis 100 % möglich, bei niedriger Papierqualität (Frachten verbleiben teilweise im Produkt)
• Konzentrationen steigen bei Kreislaufeinengung
• Spezifische Frachten sinken bei Kreislaufeinengung
• Probleme bei zunehmender Kreislaufschließung– Mikrobiologische Sauerstoffzehrung– Anaerobe Umsetzvorgänge– Korrosion– Anreicherung von Störstoffen
Prozeßwasserkreisläufe Papierproduktion
11.06.02
Integrierte Behandlung in der Papierfabrik
- Stoffaufbereitung- Papiermaschine- Vakuumpumpe
- Schlammrückführung zum Pulper
- Produktionsabwasser
Verdampfung10 m³ / h
Frischwasser10 - 35 m³ / h
Produktion Chem.-mech. Stufe biolog. Stufe
Wieder-belüftung100 m³
Puffer-becken
Turbo-cirkulator200 m² Anaerober
Fließbett-reaktor
Versäuerung150 m³
Flotation60 m²
Schlammvorlage
25 m³ / h
25 m³ / h
Abwasser-rückführung
Mischbecken300 m³
Rechen
250 m³ / h 0 - 25 m³ / h 0 - 25 m³ / h
Ablauf
[Haver 1998]
11.06.02
Produktgruppe Spez. Abwasseranfall
m3 / t
CSB-Fracht
kg / t
Tissue 10 - 50 8 - 15
Holzfreie Papiere 5 - 40 7 – 15
Karton u. Pappe 0 - 20 5 - 15
Abwassermenge- und Zusammensetzung der Papierproduktion (vor Reinigung) in der BRD
11.06.02
Moderne Möglichkeiten der Teilstrombehandlungzur Kreislaufschließung in Deutschland
• Membranverfahren
• Vakuumverdampfer
• physikalisch-biologische Behandlung
• Prozeßveränderung
• Ozonierung
• Gegenstrom-Kaskadenspülbäder
11.06.02
Vakuumverdampfer
11.06.02
Cerealienveredelungsindustrie
Ziel: Prozesswasserreinigung und Wiederver-
wendung für Reinigung, Kühlung, Naßwäscher
Jahresmenge 160.000 m3/a
Besonderheit: Hoher Feststoffgehalt: 20.000 mg/l
Verfahren: Vakuumverdampfung + Feststofftrocknung
Vorteile: - stark reduzierte Abwassermengen - Feststoffe als Futtermittel - Kosten: ca. 2,5 DM /m3
11.06.02
Eloxalanlage der Fa. AVN in Nachrodt (2000)
Verfahren: Vakuumverdampfung ohne Zusatzenergie
Jahresmenge
5.000 m² eloxierte Alu-Profile
800.000 m3/a Kühlwasser
12.000 m³/a Abwasser
1.000 m³/a entsorgungspfl. Schlamm
Ergebnis Wärmeabfuhr über Kühlwasser ersetzt durch Wärmeaustauscher zum Betrieb des Vakuumverdampfers (Wärme-rückgewinnung)
=> Kühlwasser -entfällt-
Abfall Säuren + Laugen werden über Fremdfirma verwertet
=> Abwasser -entfällt-
=> entsorgungspfl. Schlamm -entfällt-
11.06.02
Eloxalanlage der Fa. AVN in Nachrodt (2000)
Verfahren: Vakuumverdampfung ohne Zusatzenergie
Jahresmenge
5.000 m² eloxierte Alu-Profile
800.000 m3/a Kühlwasser
12.000 m³/a Abwasser
1.000 m³/a entsorgungspfl. Schlamm
Ergebnis Wärmeabfuhr über Kühlwasser ersetzt durch Wärmeaustauscher zum Betrieb des Vakuumverdampfers (Wärme-rückgewinnung)
=> Kühlwasser -entfällt-
Abfall Säuren + Laugen werden über Fremdfirma verwertet
=> Abwasser -entfällt-
=> entsorgungspfl. Schlamm -entfällt-
11.06.02
Schematische Darstellung des Trennverhaltens von Membranen
ÜberströmungRohlösung
Wasser kleine Moleküle
Permeat
Membran
kleine große Moleküle Konzentrat
11.06.02
Zuordnung der Membran- und Filtrationsverfahren
0,0001 0,001 0,01 0,1 1 10 100
0,1
1
10
100
200
Kochsalz
Metallsalze
Viren Bakterien
Farbpigmente
Umkehrosmose
Nanofiltration
Ultrafiltration
Mikrofiltration
Filtration
Partikel- bzw. Molekülgröße [µm]
[Nach BAUMGARTEN, 1998]
Dru
ckd
iffer
enz
[bar
]
11.06.02
Membran-Testzellen-Anlage des ISAH
11.06.02
GersteFrisch- wasser
Naß- Weiche
Spritzmalz, zum Keimkasten
Prozeßwasser, verunreinigt
Brauch- wasser- vorlage Brauchwasser, sauber
Filtratpumpe
Luftzufuhr
getauchte Mikrofiltrations- module
Membran- biologie
Mälzerei: Integrierte ProzeßwasserbehandlungGroßtechnische Versuchsanlage (Kraft, 1997)
11.06.02
Mälzerei: Integrierte ProzeßwasserbehandlungGroßtechnische Versuchsanlage (Kraft, 1997)
Ziel: Prozesswasserreinigung und 100% ige
Rückführung als Prozeßwasser.
Besonderheit: Ca. 60% des Prozeßwassers verbleiben im Produkt
Verfahren: Membranbiologie (Niederdruck) Membrangröße 0,2-0,4 m
Vorteile: - hohe Ablaufqualität, BSBzu=1500 mg/l; BSBab=5 mg/l NH4-Nzu = 50 mg/l; NH4-Nab = <1 mg/l
- stark red. Bakterien, Keime Bacillus, zu = 4x106; Bacillus,ab = n.n.
- geringer Platzbedarf
- nahezu kein ÜS-Anfall
11.06.02
Ein Gesamtkonzept zum PIUS in der Brauindustrie
(BmBF-Projekt 01 ZF9501/3 upt GmbH, Schlussbericht 11/2000)
11.06.02
Prozeßwasserwiederverwendung in der Getränkeindustrie
Teilstrom Wiederverwendung als
Brüdenkondensat Kesselspeisewasser
Flaschenreinigung Laugenreinigung und Kreislaufführung
Flaschenreinigung (2. Spritzwasser)
Kreislaufführung
Ionenaustauscherregenerat Frischwasser
Ablauf Kläranlage Kesselspeisewasser
Vakuumpumpen-Schließwasser
Kreislaufführung
11.06.02
Einsparpotential bei der internen Aufbereitung
Flaschen-reinigung
Feststoff-abtrennung
Ultrafiltration /Nanofiltration
regenerierte TensidlösungTensid/Lauge
Frischwasser
Abfall(Schmutz- undSchwebstoffe)
verbrauchteTensidlösung/Abwasser
Flaschen-reinigung
Feststoff-abtrennung
von Grobstoffen befreite Tensidlösung
Tensid/Lauge
Abfall(Schmutz- undSchwebstoffe)
Abwasser
(regelmäßigerKomplettaustausch)
(Nachschärfung)
11.06.02
Prozesswasserwiederverwendung in der Brauerei
Laugenaufbereitung mittels Mikro- Ultra-, Nanofiltration (Schildbach 2000)
CSB-Rückhalt
Laugen-rückhalt
Tensid-rückhalt
Mikrofiltration 24 % 0 % 50 %
Ultrafiltratioin 34 % 0 % 80 %
Nanofiltration 61 % 0 % 85 %
Vorteile: - Sauberere Lauge ( Standzeitverlängerung)- verbesserte Reinigungsleistung
Nachteile: - erhöhter Entschäumerbedarf- Verlust von Tensiden
11.06.02
Prozesswasserwiederverwendung in der Brauerei
Aufbereitung von Ablaufwasser einer Kläranlageals Kesselspeisewasser (Rosenwinkel, 2000)
Ablauf Brauerei-kläranlage(nach Filtration):
Verfahren:
Ergebnis:
CSB = 22 mg/labf. Stoffe = 2,7 mg/lCl = 607 mg/l
Umkehrosmose
- gute Permeabilität- guter Salzrückhalt- guter Ca Rückhalt (Ca<10 mg/l)
11.06.02
Apfelschwemm-Waschwasser
Zur ApfelpressungWaschstraße
Vorlagebehälter Äpfel
FörderbandDrehsieb zurAbscheidung vonGrobstoffen
VorhandenerFließweg
Vorlage SchwemmwasserMBR Anlage
Spalttrommelsieb
Spaltweite: 1mmZenon Modul
AngedachteKreislauf-schließung
Abzug Filtrat
11.06.02
CSB-Verlauf der Pilotanlage
1
10
100
1.000
10.000
100.000
Datum
CS
B [m
g/l]
0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100
CS
B A
bb
aura
te [%
]
Zulauf Versuchsanlage Ablauf Versuchsanlage Abbaurate Bioreaktor
11.06.02
BilanzKosten 4 - 10 DM / m³ AusbeuteEinsparung Wasser 0,5 - 5,0 DM / m³Einsparung Abwasser 1,5 - 5,0 DM / m³ggf. Einsparung Abwassergebühr 3,0 - 10,0 DM / m³
Wasserlieferung0,5 - 5,0
(3,3) DM / m³
Int.WAB
ProduktWertstoffe, Reststoffe
ggf CH4
Anlagen zurBiogasnutzung
End of PipeEndbeh.3,0 - 10DM/m³
Reststoffe
(Schlämme)
Industrie Prozeß
Reststoffe
evtl.End of Pipe
Vorbeh.
Maßnahmen zur Kreislaufführung z.B. Membrantrennverfahren
Konzentrat-behandlung
ggf.Desi
4,0 - 10 DM / m³ Ausbeute
Vorfluter
Kreislaufführung / Wirtschaftlichkeit
11.06.02
Rückspülung, 70 m³/d
Brunnen-wasser
Überschuss-wasser, 330 m³/d
350 m³, 18°CSprinkler
Tank
Korb-filter
Kabel
Kunststoff
400°CGlas-faser
22°C17°C
Kabel
Kupfer-leiter
Kunststoff
150°C
22°C17°C
Wärmetauscher mit Kühlturm
Wasserkreislaufschliessung im Kabelwerk, vorher(Kroschu-Kabelwerke, 1999)
11.06.02
Kabel
Kunststoff
Kunststoff
400°CGlas-faser
22°C17°C
Kabel
Kupfer-leiter150°C
22°C17°C
Wärmetauscher mit Kälteanlage
Rückspülung
Wasserkreislaufschliessung im Kabelwerk, nachher
Kies-bett-filter
UV
350 m³, 18°CPuffer
Speicher
(Kroschu-Kabelwerke, 1999)
11.06.02
• Wegfall von Überschusswasser von 330 m³/d
• Reduzierung der Abwassermenge von 76.000 m³/a auf 409 m³/a
• Reduzierung der Brunnenwasserentnahme zur Kühlungvon 348 m³/d auf 2 m³/d
• bessere Temperaturhaltung und dadurch Energieeinsparung bei den Pumpen
• geringerer Filterrückspülwassereinsatz
• Investition 237.000 €/Förderung 100.000 €
Wasserkreislaufschliessung im Kabelwerk, Resultat(Kroschu-Kabelwerke, 1999)
11.06.02
• Wasserdargebot in der BRD ist größer als Wasserverbrauch
• Der Nutzungsfaktor ist abhängig von den Industriebereichen
• PIUS ist sowohl ökologisch als auch ökonomisch sinnvoll• die Methode der Wasser- oder Abwasseraufbereitung zur
Kreislaufführung ist für jeden Anwendungsfall zu untersuchen
• Auf europäischer Ebene werden derzeit die sogenannten Best Reference Documents in der BVT-Techniken mit konkreten Zahlenbeispielen aufgeführt sind erstellt bzw. eingie sind bereits erstellt worden. Diese Dokumente werden weltweit den PIUS voranbringen.
http://eippcb.jrc.es
Zusammenfassung und Ausblick
11.06.02
Innerbetriebliche Maßnahmen
Produktionsbereich Vorschläge
Allgemein Wasserzähler, Bes. v. Leckagen, Verm. von Produktverlusten,Armaturen, Hochdruckreiniger, Trockenreinigungen, Personalschulung
Hof- und Fahrzeugr. Kreisläufe, Brüdenkondensat
Vorwäsche (Gemüse u.Obsttransport)
Kreislaufführungen, Brüdenkondensat , Schließwasser, Kühlwasser
Obst- undGemüsewäsche
Brüdenkondensat, Absetzanlage
AromengewinnungSaftkonzentrierung
Brüdenwässer, Kühlwasserkreisläufe, Mehrstufenverdampfer
Schönung Schönungstrub, Einsatz von Brüdenkondensat
Filtration Trockenaustrag, Restsaftentleerung
Lagerhaltung Brüdenkondensat
Abfüllung Produktvor- und –nachläufe, Laugenstapelung, Kreislaufführung
Wasseraufbereitung Regenerierwässer
Sirupraum Verluste vermeiden
Raumreinigung Brüdenkondensat, Wassersparventile, Kreislaufreinigung (CIP)
Flaschenwäsche Pulsierende Spritzungen, Kreislaufführung
Wärme- undKälterzeugung
Kondensatrückführung, Kühltürme
Laugenbäder Laugenstapelung, dosierte Ableitung, Kreislaufführung
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