Allgemeine Vermeidungstechniken

Bevor Abwasserbehandlungstechniken in Betracht gezogen werden, ist es zunächst notwendig alle Möglichkeiten voll auszuschöpfen, um Abwasser zu vermeiden, vermindern und wieder zu verwenden.

Wasserverbrauch, Abwasserentstehung und Abwasserbehandlung sind jeweils untrennbar miteinander verknüpft und sollten gemeinsam betrachtet werden. Eine typische Prüfung der Abwasservermeidung kann die folgenden Schritte einschließen:

Schritt 1: Abwasserströme identifizieren - Der erste Schritt besteht darin, die Quellen aller Abwasserströme eines Prozesses zu identifizieren und deren Qualität, Menge und Schwankungen zu charakterisieren. Um die Quellen zu identifizieren, welche am meisten zum Wasserverbrauch und zur Abwasserentstehung beitragen, ist eine Pareto-Analyse nützlich. Für weitere Klarheit sorgt die Erstellung von Plänen, welche alle Entwässerungsnetze, Anfallorte, Absperrventile, Mannlöcher und Einleitungsstellen darstellen.

Schritt 2: Wasserflüsse minimieren - Das allgemeine Ziel ist, den Wasserverbrauch im Prozess zu minimieren, um zu verhindern, dass Abwasser entsteht, oder, falls dies nicht möglich ist, höher konzentrierte Abwasserströme zu erzeugen. Es ist notwendig, die für jeden Schritt des Produktionsprozesses notwendige Mindestmenge des benötigten (oder entstehenden) Wassers zu bestimmen und dann sicherzustellen, dass diese Anforderungen erfüllt werden durch Maßnahmen, wie:

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• abwasserfreie Techniken für die Vakuumerzeugung nutzen (z. B. Einsatz des Produkts als Flüssigkeitsring in Vakuumpumpen, Einsatz von Trockenläuferpumpen)

• durch den Einsatz von Gegenstrom- (anstelle von Gleichstrom-)Wäsche und Wasserzerstäubern (anstelle von Wasserstrahl) Reinigungsvorgänge ändern

• geschlossene Kühlwasserkreisläufe

• Überdachung der Anlage, um den Zutritt von Regenwasser zu minimieren

• Einsatz von Managementwerkzeugen, wie Ziele für den Wasserverbrauch und transparentere Kostenberechnung für Wasser

• Wasserzähler innerhalb des Prozesses installieren, um Bereiche mit hohem Wasserverbrauch zu identifizieren

• wo immer möglich, trockene Reinigungstechniken einsetzen.

Schritt 3: Minimieren der Verunreinigungen – Abwasserströme entstehen durch Verunreinigung des Prozesswassers mit Rohstoffen, Produkten oder Abfällen, als Folge des Betriebs des Prozesses oder unabsichtlich. Die folgenden Techniken können diese Verunreinigungen vermeiden:

Prozessbedienung:

• indirekte Kühlsysteme einsetzen, um Dampfphasen zu kondensieren oder zu kühlen (keine Direkteinspritzungen)

• reinere Rohstoffe und Hilfsstoffe einsetzen (i. e. ohne Verunreinigungen)

• nichttoxische Kühlwasserzusätze oder solche mit niedrigerer Toxizität einsetzen (z. B. Zusätze auf Chrom-Basis).

Von auslaufenden Flüssigkeiten:

• undurchlässige Tankwallungen mit einer Kapazität von 110 % des größten Tanks einbauen

• bei Behältern und Rohrleitungsnetzen mit einem hohen Risiko für Undichtigkeiten sekundäre Auffangbehälter einbauen

• Behältertrommeln auf Betonuntergrund lagern, der zu einem Speichersumpf hin entwässert

• an strategischen Punkten im Bereich der Anlage Aufsaugmaterialien für ausgelaufene Flüssigkeiten (Adsorptionsmittel, Sperren, Ablassschrauben etc.) bereit stellen und Notfallpläne für auslaufende Flüssigkeiten vorbereiten

• anstelle durch den Einsatz von Wasser Abwasserströme zu erzeugen, trockene Aufarbeitungsmethoden (z.

B. Vakuum) einsetzen

• regelmäßige Überprüfungen auf Undichtigkeiten durchführen und Systeme für eine sofortige Reparatur vorhalten

• getrennte Kanalisationen für Prozessabwasser, sanitäres Abwasser und Regenwasser verwenden (obwohl es Fälle geben kann, wo die Vermischung von Abwasserströmen Vorteile bei der Behandlung bietet)

• für Löschwasser-Auffangflächen sorgen, damit es von anderen Entwässerungssystemen fern gehalten und soweit notwendig, behandelt werden kann

• in Belade-/Entladebereichen Betonuntergrund, der zu einem Sumpf entwässert, mit Bordsteinen/

‘schlafenden Polizisten’ versehen (niedrige Buckel in der Straße, um den Verkehr zu beruhigen).

Schritt 4: Wiederverwendung von Abwasser maximieren – Auch wenn Abwasserströme bereits entstanden sind, müssen sie nicht zwingend einer Behandlungsanlage zugeführt werden. Um Optionen für eine Wiederverwendung zu identifizieren, ist es zunächst erforderlich, die für jede Tätigkeit im Prozess einsetzbare geringste Wasserqualität zu bestimmen. Eine breit eingesetzte Methodik zum Wassersparen und zur Minimierung von Abwasser ist die Pinch-Analyse™. Als diese Methode bei petrochemischen Prozessen eingesetzt wurde, konnten damit ‘einfache’ Wassereinsparungen von bis zu 25 % identifiziert werden. Dabei wurden einfache Änderungen an Rohrleitungen und Regelung durchgeführt. Durch Änderungen im Prozess wurden Einsparungen von mehr als 50 % erreicht [Linhoff, 1998 #38]. Die Methode stellt für alle Anfallstellen und Senken von Frischwasser und für Abwasser die Reinheit und die Volumenströme dar. Die resultierenden

‘Reinheitsprofile’ bestimmen das Ausmaß der Wiederverwendung von Wasser. Außerdem kann abgeschätzt werden, inwieweit man sich diese Optionen leisten kann.

Die Wiederverwendung von Abwasser kann durch Auffrischen und Wiederverwendung (anstelle Entsorgung) von Mutterlaugen erreicht werden, durch Wiederverwendung von Abwasser im Prozess (z. B. für den Ansatz von Rohstoffen) und durch Wiederverwendung von Abwasser zu anderen Zwecken (z. B. Apparatereinigung).

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Das Potential für Wiederverwendung kann durch Bereitstellen von Lagertanks gefördert werden. Damit können Abwasseranfall und Bedarf für die Wiederverwendung synchronisiert werden. Das Potential wird weiter erhöht, wenn durch Einbau geeigneter Abscheider wasserunlösliche Stoffe (z. B. Öl, leichte organische Stoffe, schwere organische Stoffe, ungelöste Stoffe) in der Nähe des Anfallorts von der Wasserphase abgesammelt werden.

Schritt 5: Optimierung der Rückgewinnung/ Rückhaltung von Stoffen aus nicht wieder verwendbaren Mutterlaugen. Die Rückhaltung von Stoffen kann durch Vermeidungsmaßnahmen, wie die Modifikation von Reaktionsparametern, aber auch durch zusätzliche Maßnahmen, insbesondere durch Verbesserung der Aufarbeitung von Mutterlaugen erreicht werden. Die Rückhaltung kann durch Entfernung von Stoffen (z. B.

durch Adsorption, Extraktion) oder durch Stoffumwandlung (z. B. durch Oxidation) erreicht werden.

Maßnahmen zur Rückgewinnung von Abwasserinhaltsstoffen können in der Regel mit vertretbarem Aufwand nur bei konzentrierten Strömen (Mutterlaugen) durchgeführt werden. Maßnahmen zur Rückgewinnung können bei Stoffgehalten von mehreren Prozent vertretbar sein – bei leicht abtrennbaren (flüchtigen, festen, fällbaren oder extrahierbaren) Stoffen sogar bei niedrigeren Konzentrationen.

Grundwasser ist ein integraler Teil des Wasserhaushaltes. Viele der allgemeinen Maßnahmen zum Schutz der Oberflächengewässer sind auch auf das Grundwasser anwendbar. Die Sanierung von Grundwasserverunreinigungen ist jedoch außerordentlich schwierig. Die Betonung sollte deshalb noch stärker auf der Vermeidung der Verunreinigungen liegen. Die Gefahr von Undichtigkeiten im Prozess sollte im Zusammenhang mit der örtlichen Hydrogeologie bewertet werden. Zur Vermeidung von Verunreinigungen von Boden und Grundwasser sollten zusätzliche Maßnahmen in Betracht gezogen werden. Diese können umfassen [Finnisches Environment Institute, 1999 #55]:

• Leckdetektionssysteme installieren (insbesondere bei unterirdischen Tanks)

• Überfüllsicherungssysteme installieren (z. B. Endstufenalarmgeber und automatische Abschaltung)

• durchlässige Böden im Produktionsbereich (einschließlich Lade-/Entladeflächen) durch undurchlässigen Beton oder Asphalt ersetzen (beachten, dass Lösemittel dennoch in der Lage sind, durch Asphalt zu dringen)

• in den Untergrund versickernde Kanäle (Regenwasser, Löschwasser) vermeiden

• Beschichtung von Behältern

• wo Undichtigkeiten auftreten können, Auffangbehälter installieren (z. B. Wannen für Tropfverluste, Auffangwannen)

• sicherstellen, dass in Betriebsanweisungen gefordert wird, dass vor dem Öffnen die Anlagen vollständig entleert sind

• dem Anschließen und Abkuppeln von Tankfahrzeugen besondere Aufmerksamkeit widmen

• mögliche Verunreinigungen aufgrund von Staubemissionen beachten

• sicherstellen, dass ein Programm zur Inspektion und Wartung aller Behälter (insbesondere für unterirdische Tanks) und Kanäle existiert

• für Szenarien mit besonders hohem Risiko die Verwendung oberirdischer Druckleitungen in Betracht ziehen

• die Qualität des Grundwassers zu überwachen, um jegliche Veränderungen der Qualität festzustellen.

5.4.2 Verminderungstechniken

Die meisten Abwasserinhaltsstoffe aus LVOC-Prozessen sind abbaubar. Die entsprechenden Abwasserströme können, wo erforderlich, im allgemeinen in zentralen Kläranlagen oder gesonderten Anlagen biologisch behandelt werden. In beiden Fällen ist eine Abwassertrennung zu empfehlen, um biologisch nicht abbaubare Abwasserströme und gering oder nicht verunreinigte Abwasserströme abzutrennen, welche die Abwasserströme, die der biologischen Behandlung zugeleitet werden, unnötig verdünnen würden.

Andere LVOC-Standorte setzen auf Teilstrombehandlung gesondert erfasster Teilströme aus einzelnen Prozesseinheiten. Dies ermöglicht eine auf die spezifischen Stoffe des Abwassers maßgeschneiderte Behandlung. Dies gewährleistet für die unerwünschten Stoffe eine hohe Eliminationsrate, ist aber im allgemeinen kostspieliger. Die Behandlungsanlagen sind empfindlicher gegenüber Prozessschwankungen und Störungen.

Die Zugänglichkeit des Abwassers für die Behandlung kann auch durch Techniken verbessert werden, wie:

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- Mengenausgleich nutzen, um den Input der Behandlungsanlage hinsichtlich Menge und Fracht zu vergleichmäßigen

- Auffangwannen an Abwassersammelsysteme anbringen, um ausgelaufene Flüssigkeiten aufzufangen und katastrophale Auswirkungen auf die Abwasserbehandlungsanlagen zu vermeiden

- Vermeiden hydraulischer Überlastung von Anlagen durch Einbau eines getrennten Systems zur Entwässerung von Regenwasser oder durch Systeme, die den ersten Schmutzstoß des Regenwassers (welches die Verunreinigungen der Dächer, Straßen und befestigten Flächen enthält) umleiten und der Abwasserbehandlungsanlage zuleiten

- Abwasserströme vorbehandeln, um Stoffe (z. B. Öl, toxische Stoffe, flüchtige Stoffe, Metalle) zu entfernen, welche die biologische Behandlung stören können.

Obwohl Abwasserbehandlungssysteme die Emissionen ins Wasser vermindern, können sie selbst Emissionen in die Umwelt verursachen. Flüchtige organische und anorganische Stoffe entweichen aus dem Abwasser, sobald sie in Kontakt mit der Atmosphäre kommen. Ausgasungen können aus der Belüftung von Abwasserbehandlungsbecken resultieren, aus Rührvorgängen, offenen Puffertanks, Absetzbecken, dem Mischen von Wasserströmen mit unterschiedlichen Temperaturen oder dem Zusatz von Säuren oder Laugen zur pH-Einstellung. Weitere mögliche medienübergreifende Emissionen sind in Tabelle 5.14 aufgeführt.

Medium Mögliche Auswirkung/ Emissionen Mögliche Verminderungstechniken

Luft Verdampfung/ Geruchsbildung (z. B. H2S, NH3, Merkaptane etc.).

VOC-Emissionen (Verdampfen aus dem Wasser).

Geschlossene Systeme.

Wasser Grundsätzlich bedeutsame Verminderung der Emissionen ins Wasser. Kann eine zusätzliche Emissionsquelle sein, wenn Regenwasser zusammen mit Prozesswasser behandelt und die Behandlungsanlage überlastet wird.

Regenwasser von Prozessabwasser trennen.

Abfall Schlamm aus der Abwasserbehandlung Verlängerte Verweilzeiten, um endogene Atmung zu fördern.

Andere Abwasserbehandlungsanlagen verbrauchen Energie. Biogas kann erzeugt und als Energiequelle genutzt werden.

Tabelle 5.14: Medienübergreifende Emissionen aus Abwasserbehandlungsanlagen [InfoMil, 2000 #83]

Die Auswahl geeigneter Behandlungstechniken erfordert eine genaue Betrachtung der physikalischen und chemischen Eigenschaften aller Abwasserströme. Zunächst sollte die Aufmerksamkeit auf die Identifikation und Bewertung der Möglichkeiten der Behandlung von getrennt erfassten Abwasserströmen gerichtet werden. Nur wenn diese ausgeschöpft sind, sollte eine Gesamtabwasserbehandlung der vereinigten Abwasserströme in Betracht gezogen werden. Bei der Kombination von getrennter innerbetrieblicher Behandlung mit zentralen nachgeschalteten Behandlungsmaßnahmen spielen folgende Faktoren eine Rolle:

• Eliminationsraten, z. B. für den Organik-Gehalt (BSB, CSB), AOX, EOX, toxischen organischen Stoffen, Metallen and Nährstoffen (N, P). Teilstrombehandlungssysteme werden eingesetzt um spezielle ‘Ziel-Schadstoffe’ zu behandeln. Es sollte aber auch auf ‘sekundäre ‘Ziel-Schadstoffe’ geachtet werden, die durch die Behandlung nicht entfernt werden oder diese sogar hemmen, da diese die Anwendbarkeit der Behandlungsmethode einschränken können.

• Abwägung medienübergreifender Effekte (Luft, Abfälle and Energie)

• finanzielle Durchführbarkeit

• organisatorische und technische Durchführbarkeit.

Die gewählte Behandlungstechnik kann eine Kombination physikalischer, chemischer und biologischer Methoden umfassen. In den folgenden Absätzen werden typische in LVOC-Prozessen anfallende Abwasserströme und in Frage kommende Behandlungstechniken kurz und allgemein beschrieben. Weitere Einzelheiten können im Horizontal-BREF (WWWG) gefunden werden.

• Saure/alkalische Abwasserströme. Zur Einstellung des pH kann ein geeignetes Neutralisationsmittel zugegeben werden. Wo immer möglich, sollten andere Abfallströme (anstelle frischer Rohstoffe) für die Neutralisation verwendet werden. In einigen Fällen können durch Zugabe von Säuren zu Abwasserströmen toxische Gase freigesetzt werden.

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• Mischungen von Öl/Organik und Wasser. Die zwei Phasen können durch Einsatz von Techniken wie Schrägklärer, American Petroleum Institute (API)-Abscheidern, Luftflotation, Koagulationsmitteln oder Hydrozyklonen getrennt werden.

• Biologisch abbaubare organische Stoffe. Biologisch abbaubare organische Stoffe (gemessen als BSB) können biologisch abgebaut werden, üblicherweise durch Einsatz aerober Mikroorganismen (aber anaerobe Belebung wird als Vorbehandlungstechnik angewandt). Die Fähigkeit des Abwassers zur Behandlung hängt von der Anwesenheit hemmender Stoffe, der Abwesenheit notwendiger Nährstoffe, der Schadstoffkonzentration und deren Schwankungen ab. Zur Vorbehandlung vor der biologischen Behandlung können Dampf- oder Luftstrippen von flüchtigen Stoffen erforderlich sein.

• Hohe organische Frachten. Konventionelle aerobe oder anaerobe biologische Behandlung kann auf Abwasserströme mit hohen organischen Konzentrationen dann nicht angewendet werden, wenn diese toxisch oder schwer abbaubar sind. Es kann notwendig sein, verschiedene Arten der extremen Oxidation, wie Verbrennung, Nassoxidation oder überkritische Nassoxidation anzuwenden. Alle Techniken haben bedeutsame Kapital- und Betriebskosten. Diese sind aber oft dann schwer zu bestimmen, wenn die Prozessabwässer einer zentralen Abwasserbehandlungsanlage zugeführt werden. Dennoch wurden die Kosten für die Behandlung organisch hoch belasteter Abwässer mit unterschiedlichen Techniken abgeschätzt (Tabelle 5.15).

Nassoxidation mit Luft 5000 360 1170 29

Überkritische Nassoxidation 7000 690 1830 46

Annahme – Abwassermenge von 5 m³/h mit organischer Konzentration von 5000 mg/1 Tabelle 5.15: Kosten der Behandlung eines organisch hoch belasteten Abwassers

[Environment Agency (E&W), 1998 #1]

• Refraktäre Organik. Refraktäre organische Stoffe sind Stoffe, die durch biologischen Abbau nicht wirksam entfernt werden, durch geeignete Vorbehandlung oder Verbrennung aber wirksam eliminiert werden können. Dies gilt für Einzelstoffe und Abwasserteilströme mit BSB:CSB < 4. Einige langkettige Aliphaten, Aromaten und hoch chlorierte Verbindungen sind schwer biologisch abbaubar. Es kann notwendig sein, diese mittels Aktivkohleadsorption, anderer Adsorptionstechniken, Hydrolyse, Filtration oder hochwertiger Oxidationstechniken zu behandeln. Mit Dampf- oder Luftstrippung zur Elimination flüchtiger Stoffe kann die Zugänglichkeit für die biologische Behandlung verbessert werden. Wenn es sich bei den flüchtigen Stoffen um chlorierte Verbindungen handelt, werden die Abgase einer Verbrennung zugeführt. Tabelle 5.16 gibt einen Kostenvergleich.

Minderungsstechnik

Aktivkohlegranulat 400 67 132 0.37

Wasserstoffperoxid und UV-Licht 500 52 133 0.37

Annahme – Abwassermenge von 45 m³/h mit einer Trichlorethylen-Konzentration von 5 mg/1 Tabelle 5.16: Kosten der Behandlung eines halogenhaltigen Abwassers

[Environment Agency (E&W), 1998 #1]

• Ungelöste Stoffe. Es kann erforderlich sein, vor einer weiteren Behandlung oder als Nachbe-handlungsschritt vor der Einleitung Feststoffe zu entfernen. Die Techniken umfassen Sedimentation, Flotation, Fällung und Filtration. Die mit diesen Techniken anfallenden Feststoffe müssen entwässert und getrocknet werden. Durch Einsatz von Koagulations- und Flockungshilfsmitteln können die Eliminationsraten verbessert werden.

• Metalle. Metalle können z. B. durch den Einsatz von Katalysatoren in Abwasserströmen auftreten. Metalle müssen im allgemeinen durch gesonderte Behandlung entfernt werden, da sie in biologischen Behandlungsanlagen nicht ausreichend eliminiert werden können. Die Auswirkungen von Schwermetallen

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auf biologische Behandlungsanlagen müssen im Hinblick auf Hemmeffekte, Verschlechterung der Schlammeigenschaften und Restkonzentrationen von Schadstoffen im Abwasser bewertet werden. Sobald nicht hinnehmbare Auswirkungen zu erwarten sind, ist eine gesonderte Behandlung oder zentrale (gemeinsame) Behandlung erforderlich. Dabei werden Behandlungsmethoden, wie chemische Fällung (Erzeugung eines Schlammes, der die Rückgewinnung von Metallen ermöglicht), Ionentausch, elektrolytische Rückgewinnung oder Umkehrosmose eingesetzt. Metalle erschweren außerdem die Wiederverwertung des Belebtschlammes (z. B. in der Landwirtschaft).

Im Dokument Integrierte Vermeidung und Verminderung der Umweltverschmutzung (IVU) Referenzdokument über die besten verfügbaren Techniken für die Herstellung organischer Grundchemikalien Februar 2002 mit ausgewählten Kapiteln in deutscher Übersetzung (Seite 168-173)