11.06.0 2 Innerbetriebliche Maßnahmen zur Reduzierung des Wasserverbrauchs in der Industrie in Deutschland Dr.-Ing. Dirk Weichgrebe I INSTITUT FÜR S SIEDLUNGSWASSERWIRTSCHAFT UND A ABFALLTECHNIK DER UNIVERSITÄT H HANNOVER Welfengarten 1, D-30167 Hannover Tel. 0511/ 762-2899 [email protected]Workshop: Wasser- und Abwasserprobleme in der Leichtindustrie Sino-German Center for Environmental Technology, Changsha, Hunan, P.R.China, 15.08.02
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Innerbetriebliche Maßnahmen zur Reduzierung des Wasserverbrauchs in der Industrie in Deutschland
Workshop: Wasser- und Abwasserprobleme in der Leichtindustrie Sino-German Center for Environmental Technology, Changsha, Hunan, P.R.China, 15.08.02. Innerbetriebliche Maßnahmen zur Reduzierung des Wasserverbrauchs in der Industrie in Deutschland. Dr.-Ing. Dirk Weichgrebe - PowerPoint PPT Presentation
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Innerbetriebliche Maßnahmen zur Reduzierung des Wasserverbrauchs
Wasseraufkommen im Ernährungsgewerbe und in der Tabakverarbeitung, 1998, BRD
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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
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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
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Zukünftig: Entwicklung von Qualitätsstandards für Wasser zur Wieder-/Weiterverwendung?Weiterentwicklung der Aufbereitungstechniken!Nutzung von kommunalem Abwasser als Betriebswasser?
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
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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
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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
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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
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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
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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.
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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
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Papierfabrik Schoellershammer
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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
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• 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
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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]
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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
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Moderne Möglichkeiten der Teilstrombehandlungzur Kreislaufschließung in Deutschland
• Membranverfahren
• Vakuumverdampfer
• physikalisch-biologische Behandlung
• Prozeßveränderung
• Ozonierung
• Gegenstrom-Kaskadenspülbäder
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Vakuumverdampfer
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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
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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-
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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-
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Schematische Darstellung des Trennverhaltens von Membranen
Maßnahmen zur Kreislaufführung z.B. Membrantrennverfahren
Konzentrat-behandlung
ggf.Desi
4,0 - 10 DM / m³ Ausbeute
Vorfluter
Kreislaufführung / Wirtschaftlichkeit
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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)
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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)
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• 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)
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• 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
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Innerbetriebliche Maßnahmen
Produktionsbereich Vorschläge
Allgemein Wasserzähler, Bes. v. Leckagen, Verm. von Produktverlusten,Armaturen, Hochdruckreiniger, Trockenreinigungen, Personalschulung