Abwasserrecycling: Technologien und Prozesswassermanagement

Wasser ist von Natur aus ein Kreislaufmittel, was Abb. 1.1 sehr anschaulich verdeutlicht. Die Sonne ist der Motor für diesen Wasserkreislauf, dem alle Gebiete auf der Erde unterworfen sind. Wassermangel und Wasserbelastungen sind allerdings zu existenziellen Problemen in vielen Teilen unseres Globus geworden. Unter anderem hat die intensive Nutzung von Wasser durch Industrie und Landwirtschaft weltweit zu Verwerfungen in diesem natürlichen Ablauf geführt. Gesucht sind nachhaltige Lösungen für Natur und Industrie!

Die Aufgabe des Prozesswassermanagements bei einer Kreislaufführung besteht in der Organisation und Handhabung einer sicheren und effektiven Nutzung der innerbetrieblichen Prozesswässer (s. Abb. 2.1). Hierzu zählen primär:

• Beschaffung und Bereitstellung des Prozesswassers,

• innerbetriebliche Nutzung der Prozesswässer,

• Prozesswassereinsparung,

• Prozesswassermehrfachnutzung,

• Kontrolle der Abwasserinhaltsstoffe (Eigenanalytik),

• Sammlung der Produktionsabwässer,

• Aufbereitung der Abwässer (Abwasserrecycling),

• Ersatz der Wasserverluste (durch Verdunstung etc.), z. B. mit Niederschlagswasser.

Die Prozesswassereffizienz ist ein Maß für die innerbetriebliche Nutzung von Prozesswasser. Sie umfasst sowohl den Input (z. B. externe Zufuhr von Stadtwasser, Gewinnung von Brunnenwasser oder Oberflächenwasser) von Frischwasser als auch den Output (Einleitung von Abwasser als Direkt- oder Indirekteinleiter) von Abwasser. Die Prozesswassereffizienz steigt mit der Reduzierung des Inputs von Frischwasser und des Outputs von Abwasser. Höchste Prozesswassereffizienz erreicht ein Betrieb mit der Prozesswasserautarkie, hier werden im Idealfall die innerbetrieblichen Wasserverluste durch den Einsatz von Niederschlagswasser ausgeglichen. Das Prozesswasser selbst wechselt ständig im Kreislauf vom Frischwasser zum Abwasser und nach der Aufbereitung vom Abwasser zum Frischwasser, der Kreislauf ist geschlossen.

Die Wahl eines oder die Kombination mehrerer Abwasserrecyclingverfahren ist von folgenden Parametern abhängig:

• Abwassermenge,

• Abwasserinhaltsstoffe nach Art und Konzentration,

• Abwasseranfallart (kontinuierlich, stoßweise etc.),

• gewünschte Prozesswasserqualität,

• Wirtschaftlichkeit (Investitionskosten, Betriebskosten),

• Flexibilität (Änderung der Abwassercharakteristik),

• Bedienerfreundlichkeit der Anlage(n),

• Platzbedarf.

So lautete die Überschrift eines Interviews von Professor Dr. Hiltmar Schubert aus dem Jahre 1993 zum Thema Kreislaufwirtschaft. Auf die Frage: „Der von Ihnen geleitete Arbeitskreis nennt sich Wirtschaften in Kreisläufen. Was muss man darunter verstehen?“, antwortete Prof. Dr. Schubert: „Kreislaufwirtschaft ist ein ökologisches Leitbild von Wirtschaftsprinzipien vor dem Hintergrund der Verknappung von Quellen (Ressourcen, Energie) und Senken (Entsorgung). Ziel der Kreislaufwirtschaft ist es, durch die Rückführung von Erzeugnissen, Stoffen und Energie, Kreisprozesse zu etablieren, die eine Verlängerung der Nutzungsdauer von Ressourcen ermöglichen. Das Leitbild ist ein wichtiger Einflussfaktor, der den zukünftigen Produktionsstandort Deutschland kennzeichnen wird“ [205].

Bei der Produktion stellt sich vielfach ein Wasserverlust durch verschiedene Ursachen (z. B. Verdampfung, Wasseraustrag über das Produkt) ein, um diesen Wasserverlust auszugleichen, muss Frischwasser dem Prozesswasser zugeführt werden. In der Regel ist dies Stadtwasser oder Wasser aus anderen Quellen (z. B. eigene Brunnen). Abhängig von den Anforderungen an die Qualität des Prozesswassers (z. B. VE-Wasser) wird auch Stadtwasser (Trinkwasser) einer betriebsinternen Aufbereitung (Enthärtung/Entsalzung) unterworfen. Der Bezug dieses Wassers ist mit Kosten verbunden. Das Regenwasser als kostenlose Quelle wurde über Jahrzehnte vernachlässigt. Diese Sichtweise hat sich in den letzten zehn Jahren verändert. Regenwasser ist eine Rohstoffquelle, die man nutzen kann. Denn der Einsatz von Regenwasser bietet der gewerblichen Wirtschaft eine reiche Palette von Nutzungsmöglichkeiten. Regenwassernutzung ist eine der Säulen der betrieblichen Wasserwirtschaft, die in Kombination mit anderen Maßnahmen einem Betrieb eine sichere und eigenständige Wasserversorgung (Prozesswasserautarkie) gewährleisten kann.

Eng verbunden mit der Rückgewinnung von Wertstoffen aus Abwässern ist die Energierückgewinnung daraus. Zwei wichtige Arten der Energieformen (s. Abb. 7.1) sind in vielen Industrieabwässern vorhanden, zum einen die Abwasserwärme und zum anderen die organischen Abwasserinhaltsstoffe, die in Form von CSB- und BSB₅-Frachten mitgeführt werden.

Qualitätssicherung ist ein wichtiger Aspekt, insbesondere beim Prozesswasser, das sich im ständigen Wechsel befindet vom Frischwasser zum Abwasser und vom aufbereiteten Abwasser wieder zum Frischwasser. Das Konzept der Prozesswasserautarkie mit dem Kreislaufmedium Wasser unter Einbeziehung von Regenwasser zur Ergänzung von Wasserverlusten sowie einer möglichen Wertstoff- und Energierückgewinnung aus dem Abwasser der einzelnen Kreislaufphasen erfordert daher eine analytische Qualitätskontrolle.

Das Wissensmanagement der betrieblichen Wasserwirtschaft ist als integratives Informationssystem zu verstehen, das auf folgenden drei Hauptfeldern basiert:

• Wissensbasis,

• Wissenstransformation,

• Wissenspflege.

Technische Entwicklungen sind oft von unterschiedlichen Parametern abhängig, die sich gegenseitig bestärken oder schwächen können. Eine Möglichkeit, sie vorausschauend zu bewerten, bietet der Ansatz über Szenarien, um mögliche Entwicklungen zu veranschaulichen. Entwicklungen, die die Einführung der Kreislaufwirtschaft von Prozesswässern einschließlich der Wertstoff- und Energierückgewinnung aus Abwässern sowie der Regenwassernutzung als Quelle für Frischwasser in der gewerblichen Wirtschaft miteinschließen.