Jedele und Partner - cleaner-production.de · 1 Zusammenfassung 3 2 Situation und Aufgabenstellung 5 3 Ergebnisse 7 3.1 System 1 7 3.1.1 Bestandsaufnahme kommunale Kläranlage 1 8

Jedele und Partner

Dr.- Ing. Jedele und Partner GmbH Verfahrenstechnik Wasser Abwasser Schlamm Industriestraße 2 70565 Stuttgart - Vaihingen Telefon 0711 / 9 90 39-0 Telefax 0711 / 9 90 39-10

Forschungsverbundprojekt 0339900 Schlussbericht Untersuchung zur Umsetzung der ökologisch und ökonomisch vorteilhaften anaeroben Co-Fermentation organisch hoch belasteter und stark farbiger Konzentrate der Textilveredelungsindustrie Teilbereich Großtechnische Umsetzung Auftrag - Nr. 9905416 Bearbeiter Herr Dipl.-Ing. A. Bunkofer Herr Dipl.-Ing. K. Bücheler Frau Dipl.-Ing. F. Hagstotz Frau Dipl.-Ing. M. Lüder Herr Dipl.-Ing. M. Müller Herr Dipl.-Ing. S. Schuler Datum 09.07.2004 Auftraggeber Bundesministerium für Bildung und Forschung Hannoversche Straße 28 - 30 10115 Berlin

Dr.-Ing. Jedele und Partner GmbH

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Inhaltsverzeichnis Seite

1 Zusammenfassung 3

2 Situation und Aufgabenstellung 5

3 Ergebnisse 7

3.1 System 1 7 3.1.1 Bestandsaufnahme kommunale Kläranlage 1 8 3.1.2 Bestandsaufnahme Textilbetrieb 1 17 3.1.3 Laboruntersuchungen im Vorfeld 1 34 3.1.4 Großtechnische Versuchsergebnisse zur Co-Fermentation 1 54

3.2 System 2 66 3.2.1 Bestandsaufnahme kommunale Kläranlage 2 68 3.2.2 Bestandsaufnahme Textilbetrieb 2 74 3.2.3 Laboruntersuchungen im Vorfeld 2 78 3.2.4 Großtechnische Versuchsergebnisse zur Co-Fermentation 2 85

3.3 System 3 92 3.3.1 Bestandsaufnahme Kläranlage 3 94 3.3.2 Bestandsaufnahme Textilbetrieb 3 100 3.3.3 Laboruntersuchungen im Vorfeld 3 104 3.3.4 Großtechnische Versuchsergebnisse zur Co-Fermentation 3 107

4 Übertragbarkeit auf andere Anwendungsfälle 114

5 Literaturverzeichnis 119

Anhang


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1 Zusammenfassung

In der Textilveredelungsindustrie fallen in großen Mengen organisch hochbelastete Abwässer an, die vielfach auch stark mit Farbstoffen versetzt sind. Diese Abwässer können innerhalb der Betriebe in vielen Fällen durch produktionstechnische Veränderungen, verfahrenstechnische Modifikationen oder abwassertechnische Maßnahmen entweder separiert oder aufkonzentriert werden. Wie die in diesem Bericht zusammengefassten umfassenden großtechnischen Unter-suchungen belegt haben, lassen sich die in diesen Konzentraten enthaltenen Verbindungen unter anaeroben Bedingungen in Schlammfaulungsanlagen wesentlich kostengünstiger, öko-logisch verträglicher und hinsichtlich der Färbung weitergehender abbauen, als dies bei einer klassischen Abwasserreinigung im aeroben Milieu alleine möglich ist. Im Wesentlichen erfolgt hierbei eine reduktive Entfärbung bei allen untersuchten Farbstoffklas-sen und Konzentraten. Des Weiteren führt diese Vorgehensweise zu einem energetisch güns-tigeren Abbau der organischen Schmutzstoffe (CSB) als im Wasserpfad des Klärwerks. Die gelöste Restverschmutzung gelangt mit den klärwerksinternen Rückläufen aus der Schlamm-entwässerung wieder zurück in den Wasserpfad, wo die Restreinigung ohne die teilweise stö-renden Nebenwirkungen einer direkten Behandlung (z.B. auf die Nitrifikation) erfolgen kann. Um diese Vorgehensweise sachgerecht umsetzen zu können, müssen im Vorfeld verschie-dene Randbedingungen geprüft und beachtet werden:

Das Textilveredelungsunternehmen setzt nur Hilfsmittel ein, die den Anforderungen des Anhangs 38 zur Abwasserverordnung entsprechen.

Anhand entsprechender Messungen und Bilanzierungen sowie ggfs. Laborversuchen

wird das Potenzial an Konzentraterfassung und -erzeugung sowie dessen zu erwartende Beschaffenheit geklärt. Insbesondere die Schwermetallgehalte von Chrom, Kupfer und Nickel sind zu prüfen. In Abhängigkeit vom Verwertungspfad des Klärschlammes müs-sen die Quellen ermittelt und die Schadstoffe ausgegrenzt werden.

Seitens des Klärwerksbetreibers müssen die Belastungsverhältnisse der Schlammfau-

lung verifiziert und geeignete Möglichkeiten zur Kontrolle, Zwischenlagerung und Ein-


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speisung der Textilkonzentrate geschaffen werden. Eine sachgerechte Prozessüberwa-chung und -dokumentation ist sicherzustellen. Auf Basis der ermittelten Ergebnisse kön-nen je Kilogramm organischer Trockenmasse im Faulbehälter bis zu 2 g pro Tag aus Textilkonzentraten im Faulbehälter ohne betriebliche Schwierigkeiten verarbeitet werden.

Vom Betreiber der Kläranlage ist in der Regel eine wasserrechtliche Genehmigung zur

getrennten Annahme und Mitbehandlung einzuholen. Der Textilveredler muss den Ent-sorgungspfad ebenfalls ausweisen. Hier sind, gegebenenfalls mit Unterstützung eines Sachverständigen, die ortsspezifischen Regelungen zu klären und zu beachten. In Ab-hängigkeit der bisherigen Deklaration der betreffenden Konzentrate muss eine Entbin-dung von der Nachweispflicht gemäß § 46 KrW/AbfG erfolgen.

Im Vergleich mit der klassischen Abfallentsorgung beträgt der zusätzliche verursachergerechte Kostenaufwand, der vom Textilbetrieb an den Klärwerksbetreiber für eine Mitbehandlung von Konzentraten im Faulbehälter zu entrichten ist, nur ein Bruchteil dessen (im untersuchten Sys-tem < 10 % im Bereich von 30 - 70 €/m³). Dasselbe gilt für den Vergleich der Konzentraterzeu-gung mittels Polyaluminiumchlorid im Vergleich zur Membrantechnik. Insofern eröffnet sich für Textilveredler hiermit die Möglichkeit, dem gesetzlichen Anforderungsprofil mit vertretbarem finanziellem Einsatz gerecht zu werden. Schlussendlich erbringt die Verlagerung eines Teils des Abbaus der organischen Inhaltsstoffe in die Faulgasanlagen einen Energiegewinn in Form von Biogas. Im Vergleich zur Behandlung auf dem klassischen Wasserpfad und/oder zur klassischen Aufkonzentrierung mittels Memb-rantechnik oder thermischer Verfahren resultiert somit eine signifikante Minderung der CO2-Emissionen.


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2 Situation und Aufgabenstellung

Die Abwässer aus Betrieben der Textilveredelungsindustrie werden in der Regel gemeinsam mit allen anderen Abwässern in kommunalen Klärwerken behandelt. Da das Textilabwasser organisch höher konzentriert und mit Farbstoffen belastet ist, führt dessen Mitbehandlung in kommunalen Kläranlagen häufig zu Schwierigkeiten beim Betrieb der Kläranlage und zu Be-einträchtigungen der Ablaufqualität und der Gewässergüte. Deshalb wurden die gesetzlichen Vorgaben sukzessive verschärft (z.B. Abwasserverordnung Anhang 38 im Jahr 2000), in de-nen die Anforderungen an Abwasser aus der Textilherstellung und -veredelung definiert sind. Hierbei wird neben dem Verzicht auf Störstoffe, der Pflicht zum Wasserrecycling und der bio-logischen Abbaubarkeit (> 80 %) auch eine Entfärbung (> 95 %) gefordert. Im Rahmen des vorliegenden Forschungsprojektes werden die Möglichkeiten zur Vorbehand-lung von organisch hochbelasteten und farbigen Konzentraten in den Anlagen zur Schlamm-faulung kommunaler Klärwerke großtechnisch getestet und bewertet. Grundlage stellen neben den Erhebungen in den jeweiligen Textilbetrieben und Kläranlagen auch die von den Verbund-partnern (Universität Stuttgart, Sächsisches Textilforschungsinstitut Chemnitz) in Laborunter-suchungen gewonnenen Ergebnisse zu Beschaffenheit und Abbaubarkeit der einzelnen Farb-stoffe und Konzentrate dar. Anhand des zum Zeitpunkt des Untersuchungsbeginns vorliegenden Kenntnisstandes waren unter anaeroben Bedingungen bessere Entfärbungsleistungen sowie ein energetisch vorteil-hafterer und somit kostengünstigerer Abbau der organischen Schmutzstoffe zu erwarten. Eine anaerobe Vorbehandlung im Textilbetrieb ist aus einer Vielzahl von Gründen nicht er-wünscht. Ein wesentlicher Gesichtspunkt ist neben der Wirtschaftlichkeit der erforderliche Sachverstand für den Betrieb einer solchen Anlage. Deshalb bietet sich die Nutzung der in kommunalen Kläranlagen vorhandenen Anlagen zur anaeroben Schlammbehandlung für die Vorbehandlung der Konzentrate aus den Textilveredlungsbetrieben an. Einerseits wird eine weitergehende Reinigung als bisher erreicht und somit die Umwelt entlastet und andererseits geschieht dies unter Nutzung vorhandener Ressourcen und dadurch mit ökonomisch vertret-barem Aufwand.


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Mit dem Vorhaben sollte unter großtechnischen Bedingungen nachgewiesen werden, dass bei einer Nutzung der kommunalen Schlammbehandlung zur Konzentrataufbereitung weder der Betrieb der Faulanlagen negativ beeinflusst wird, noch eine nachteilige Veränderung der Rei-nigungsleistung der Kläranlage durch die klärwerksintern auftretenden Rückläufe (Trübwässer, Filtrate oder Zentrate aus der Klärschlammentwässerung) zu verzeichnen ist. Bei einer erfolgreichen Nachweisführung steht nach einer Abklärung der jeweils örtlich gege-benen Randbedingungen einer flächendeckenden Umsetzung nichts im Wege. Davon könnten gerade die klein- und mittelständischen Betriebe der Textilveredlungsbranche profitieren. Die Durchführung des vorliegenden Teils basiert zum Ersten auf der engen Zusammenarbeit mit den Kooperationspartnern des Verbundprojektes, dem Institut für Siedlungswasserbau und Abfallwirtschaft der Universität Stuttgart sowie dem Sächsischen Textilforschungsinstitut e.V. in Chemnitz. Zum Zweiten unterstützten drei Textilbetriebe und drei Kläranlagenbetreiber das Projekt, indem die erforderlichen Daten bereitgestellt, entsprechende Erläuterungen gegeben sowie die vorgeschlagenen Änderungen konstruktiv unterstützt und umgesetzt wurden. Zum Dritten waren für die großtechnischen Versuche entsprechende wasserrechtliche Genehmi-gungen erforderlich. Diese wurden durch die zuständigen Genehmigungs- und Fachbehörden erteilt und nach Vorliegen der positiven Ergebnisse teilweise auf unbefristete Zeit verlängert. Schließlich wurden die Arbeiten und Untersuchungen nur möglich, indem vom Bundesministe-rium für Bildung und Forschung entsprechende finanzielle Mittel zur Unterstützung der Arbei-ten bereitgestellt wurden. Hierfür sei an dieser Stelle allen Beteiligten ausdrücklich gedankt. Die Dr.-Ing. Jedele und Partner GmbH ist an der praktischen Umsetzung der gewonnenen Er-gebnisse, der Beratung der Betriebe, Klärwerksbetreiber und Genehmigungsbehörden interes-siert.


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3 Ergebnisse

3.1 System 1

Die folgende Abbildung zeigt in einem stark vereinfachten Schema eine kommunale Kläran-lage und einen Textilbetrieb. Dieses System wird in den weiteren Ausführungen als System 1 geführt.

Klärwerk

RÜB

Ort A

Ort B

Ort C

VKB

BB III

BB II

BB I

DN II

DN I

BB V

BB IV

NKB I NKB II

NKB III

Sandfilteranlage

Rechen

Sandfang

TVU

Konzentrat-erfassung

Hauptsammler

FBIIFB I

Trock-nung SEW

Vorfluter

Schlamm-annahme

Abbildung 1: Übersichtsschema System 1


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Im Klärwerk von System 1 werden die Abwässer von zwei Städten und einer Gemeinde be-handelt. Das Klärwerk hat eine Ausbaugröße von 180.000 EW. Mit Belastungen von ungefähr 175.000 EW ist das Klärwerk derzeit schon hoch ausgelastet. Vergleicht man die Anzahl der natürlichen Einwohner von ca. 80.000 mit den Belastungswer-ten der Kläranlage, so wird der dominierende Einfluss der industriellen und gewerblichen Ein-leiter deutlich. Dabei ist der Textilbetrieb neben einem milchverarbeitenden Betrieb einer der maßgeblichen Großeinleiter im Einzugsgebiet der Kläranlage. Wie in dem Schema dargestellt, ist die Ableitung des TVI so gestaltet und ins Kanalnetz ein-gebunden, dass das gesamte Abwasser aus dem Textilveredlungsbetrieb mechanisch, biolo-gisch und chemisch gereinigt wird. Eine Entlastung von farbhaltigem Textilabwasser im Re-genwetterfall ist nicht möglich. Die Belastungen im Ablauf des TVI unterliegen dabei erheblichen Schwankungen. So sind die Belastungen z.B. an den beiden Wochenendtagen sehr niedrig, da im Regelfall im TVI nicht gearbeitet wird.

3.1.1 Bestandsaufnahme kommunale Kläranlage 1

Die Abwasserreinigung im Klärwerk erfolgt in drei Schritten. Im ersten Schritt wird das Abwas-ser mechanisch vorgereinigt. Die mechanischen Reinigungsstufen bestehen aus einem Re-chen, einem Sandfang und einer Vorklärung. Nach mechanischer Vorreinigung durchläuft das Abwasser die biologische Reinigungsstufe bestehend aus der vorgeschalteten Denitrifikati-onsstufe und der nachgeschalteten Nitrifikationsstufe. Die Denitrifikation umfasst zwei Kaska-den mit einem Gesamtvolumen von 3.500 m³. Die Nitrifikation besteht aus insgesamt 5 parallel geschalteten Becken mit einem Gesamtvolumen von 14.000 m³. Der biologischen Reinigung folgt noch ein chemisch physikalischer Reinigungsschritt in einem nachgeschalteten Sandfilter zur weitergehenden Phosphorelimination und Reduzierung der Feststoffbelastungen im Anla-genablauf. Dieser Sandfilter wurde außerdem noch biologisch aktiviert um überschüssigen Nit-ratstickstoff zu denitrifizieren.


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Die statistische Auswertung in Tabelle 1 beschreibt die Abwassermengen und die Abwasser-beschaffenheit im Zulauf der Kläranlage im Jahr 2000.

Tabelle 1: Abwassermengen und Abwasserbeschaffenheit im Zulauf zum Klärwerk in System 1 im Jahr 2000

Parameter N min xm 84 % max Qd m³/d 366 18.940 39.560 54.200 83.530 Qdt m3/d 197 18.940 31.590 38.800 59.980 CSB mg/l 350 113 490 666 985 BSB5 mg/l 41 70 254 356 490 Pges mg/l 47 1,7 6,2 9,0 19,5 Nges mg/l 44 18 41 52 59 NH4-N mg/l 44 5,3 18,8 26,2 31,3 NO3-N mg/l 44 0,1 1,8 2,9 4,0 NO2-N mg/l 44 0,0 0,4 0,6 0,8 AFS mg/l 44 53 198 275 350 DFZ 436 nm m-1 43 1,36 3,86 5,84 12,60 DFZ 525 nm m-1 43 0,52 2,57 4,17 8,70 DFZ 620 nm m-1 43 0,20 1,68 2,86 6,60

Im Jahresmittel behandelt das Klärwerk annähernd 40.000 m³/d, wobei die Bandbreite von ca. 19.000 m³/d bis ungefähr 84.000 m³/d reicht. Ähnlich ausgeprägt ist die Schwankungsbreite bei den sonstigen abwassertechnischen Parametern. Bei den organischen Belastungen ge-messen als chemischer Sauerstoffbedarf (CSB) reicht diese von 113 mg/l bis 985 mg/l bei einem Mittelwert von 490 mg/l. Die industriellen Einleitungen wirken sich auf die Abwasserbe-schaffenheit aus. So ist z.B. das Abwasser in Bezug auf die Nährstoffe etwas geringer belastet als rein kommunales Abwasser.


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Aus der Multiplikation der Schmutzkonzentrationen im Rohabwasser mit den korrespondieren-den Abwassermengen erhält man die Schmutzfrachten im Kläranlagenzulauf. Diese sind für das Jahr 2000 in der folgenden Tabelle zusammengestellt.

Tabelle 2: Schmutzfrachten im Zulauf des Klärwerks in System 1

Parameter N min xm 84 % max EW CSB kg/d 350 8.340 17.780 21.938 43.790 182.800 Pges kg/d 44 140 244 301 1.159 167.200 Nges kg/d 44 878 1.567 1.853 2.454 168.500 AFS kg/d 44 2.734 7.417 9.445 13.601 134.900

CSB : 120 g/EW·d Pges: 1,8 g/EW·d Nges: 11g/EW·d AFS: 70 g/EW·d

Das Klärwerk von System 1 hat eine Ausbaugröße von 180.000 EW. Aus den einwohnerspe-zifischen Belastungswerten nach dem ATV-Arbeitsblatt A 131, die in der Fußnote der Tabelle mit aufgeführt sind, errechnen sich die EW-Belastungswerte in Tabelle 2. Organisch ist das Klärwerk bereits ausgelastet, die Nährstoff- und Feststoffbelastungen sind hingegen etwas niedriger. Trotz des vergleichsweise hohen Auslastungsgrades erzielt das Klärwerk ein sehr gutes Rei-nigungsergebnis. Diesen Sachverhalt dokumentiert die statistische Auswertung der Ablauf-werte in Tabelle 3. Beim organischen Parameter CSB liegt die Eliminationsleistung bei durch-schnittlich 95 %. Im Jahresmittel werden CSB-Konzentrationen von 24 mg/l erreicht. Bewertet man die biologische Reinigungsleistung an Hand des biologischen Sauerstoffbedarfs (BSB5), so liegt die Reinigungsleistung bei 99 %. Ein ähnlich gutes Ergebnis mit einer Entnahmeleis-tung von 97 % wird beim Parameter Phosphor erzielt. Im Mittel kann die Anlage Ablaufkon-zentrationen von 0,2 mg Pges/l einhalten. Wie den Ammoniumrestgehalten zu entnehmen ist, nitrifiziert die Anlage ganzjährig stabil. 70 % des Stickstoffs im Zulauf der Anlage wird durch den Einbau in den Überschussschlamm sowie durch Denitrifikationsvorgänge entnommen. Die Farbbelastungen im Rohabwasser, die im wesentlichen auf die Einleitungen der Abwässer des


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Textilveredlungsbetriebes zurückzuführen sind, werden in der Kläranlage abhängig vom Wel-lenlängenbereich zwischen 44 % und 60 % vermindert. Die Elimination basiert in erster Linie auf einer Adsorption an den Belebtschlamm.

Tabelle 3: Abwasserbeschaffenheit im Ablauf des Klärwerks in System 1

Parameter N min xm 84 % max η [%]

CSB mg/l 364 8 24 30 45 95 BSB5 mg/l 40 1,2 2,4 3,1 4,4 99 Pges mg/l 81 0,09 0,20 0,26 0,96 97 Nges mg/l 338 3,2 12,1 16,5 21,6 70 Nanorg mg/l 135 2,0 9,6 12,7 17,5 - NH4-N mg/l 53 0,00 0,08 0,19 0,52 100 NO3-N mg/l 137 1,9 12,7 12,7 17,4 - NO2-N mg/l 327 0,01 0,03 0,05 0,10 - AFS mg/l 250 0 3 7 33 99

DFZ 436 nm m-1 221 0,58 2,27 3,22 5,00 44 DFZ 525 nm m-1 221 0,12 1,37 2,11 3,44 49 DFZ 620 nm m-1 219 0,00 0,73 1,19 2,18 60

Der bei der mechanischen und biologischen Reinigung anfallende Roh- und Überschuss-schlamm wird in der Anaerobstufe des Klärwerks ausgefault. Neben den klärwerksinternen Schlämmen werden in der Faulung auch noch Fremdschlämme ortsansässiger Industriebe-triebe mitbehandelt. Hierzu zählen u.a. Restdruckpasten eines Textilveredelungsbetriebes so-wie Papier- und Faserstoffe aus der Versuchsanlage eines Anlagenbauers. Für die Annahme dieser Fremdschlämme hat das Klärwerk eine eigene Schlammannahmestation errichtet. Die folgenden Bilder zeigen die Schlammannahmestation und die Faulbehälter der Anlage.


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Abbildung 2: Schlammannahmestation und Faultürme im Klärwerk von System 1


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Für die anaerobe Mitbehandlung der organisch hochbelasteten und farbigen Konzentrate aus der Textilindustrie sind die Betriebswerte der Faulung von besonderem Interesse. Das fol-gende Schema zeigt den wesentlichen verfahrenstechnischen Ablauf der Schlammbehand-lung.

Dekanter

Zentrifuge 1

PETrocknung

VKB

RS-Gerinne

Zulauf

FB 1 FB 2

NE

PE

2

ZwischenlagergetrockneterSchlammBrüden

Gasbeh.-

Trübwasser Zentrat

3.500

100 m³Silo

1.400

7.000 m³

Schlamm-annahme

Abbildung 3: Anaerobe Behandlungsstufe der Kläranlage in System 1

Die maßgeblichen Massenströme, wie z.B. Rohschlamm und Überschussschlammmengen, werden durch die Angaben in Tabelle 4 quantifiziert. Das Klärwerk hat eine Faulraumvolumen von zusammen 14.000 m³. Dieses Volumen verteilt sich auf zwei gleich große Faulbehälter, wobei die beiden Faulbehälter nacheinander durch-fahren werden. Aktiv beheizt wird nur der erste der beiden Reaktoren. Der zweite Faulbehälter hat bei der derzeitigen Betriebsweise lediglich die Funktion eines Nacheindickers.


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Tabelle 4: Schlammbilanz und Betriebsparameter Schlammbehandlung Klärwerk in System 1

Parameter

Faulturmeintrag Schlammenge m³/a Rohschlamm Überschussschlamm (nach Zentrif.) Sonstige Schlämme

92.380 69.160 14.800

8.420

Schlammanfall t TS/a Rohschlamm Überschussschlamm Sonstige Schlämme

3.700 1.280 1.570 850

TS-Gehalt % Glühverlust %

4,0 69

Faulturmaustrag Trübwasser m³/a Faulschlamm m³/a Faulschlammmenge t TS/a Gasproduktion m³/a spez. Gasproduktion l/kg oTS

15.280 77.100

2.240 1.226.000

468


2,9 51

Schlammalter d 55

Der hydraulische Durchsatz der Schlammfaulung belief sich im Jahr 2000 auf annähernd 92.000 m³/a oder auf ca. 250 m³/d. Daraus errechnet sich ein Schlammalter von 55 Tagen für beide Faultürme und von ca. 28 Tagen für die erste Kaskade. Bei einem Mindestschlammalter von 20 Tagen für eine anaerobe Stabilisierung ist die Faulung des Klärwerks im Vergleich mit


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der aeroben Reinigungsstufe bei weitem nicht ausgelastet. Die Anlage hat demnach reichlich Reserven für die Mitbehandlung von Co-Fermenten. Volumenmäßig mit annähernd 69.000 m³/a oder 190 m³/d entfällt der größte Teil des Schlam-mes auf den in der Vorklärung abgeschiedenen Rohschlamm. Diese Schlammmenge unter-liegt, abhängig von der Eindickung in der Vorklärung, größeren Schwankungen. Bei TS-Ge-halten von etwas weniger als 2 % errechnet sich eine auf diesem Weg eingetragene Schlamm-menge von jährlich 1.280 t TS. Mengenmäßig den größten Beitrag zu den Schlämmen auf der Eintragseite der Faulung liefert allerdings der Überschussschlamm. Die Überschussschlamm-mengen summieren sich auf eine Jahresmenge von 1.570 t TS. Bedingt durch die Vorein-dickung des Schlammes mittels einer Zentrifuge unterliegen diese Mengen nur vergleichs-weise geringen Schwankungen. Zu den klärwerkseigenen Schlämmen kommen noch weitere Schlämme aus Anlieferungen im Umfang von ca. 8.400 m³/a bzw. 850 t TS/a, so dass sich das Gesamtschlammaufkommen auf der Eintragseite auf 3.700 t TS summiert. Dieser Schlamm hat einen organischen Anteil von 69 % oTS. Durch die Abbauprozesse in den Anaerobreaktoren wird die Schlammmenge um annähernd 40 % oder 1.460 t TS reduziert. Diese Schlammmenge wird zu Faulgas, das sich im Wesentli-chen aus Methan und Kohlendioxid zusammensetzt, umgesetzt. Das anfallende Faulgas, in der Größenordnung von jährlich ca. 1,2 Mio. Kubikmetern, wird im Klärwerk energetisch zum Antrieb verschiedener Gasmotoren verwertet. Bedingt durch den Abbau der organischen Sub-stanz im zugeführten Rohschlamm sinkt der oTS-Gehalt von 69 % auf 51 % im ausgefaulten Schlamm. Parallel vermindern sich natürlich auch die TS-Gehalte des zugeführten Schlammes von anfangs 4 % auf weniger als 3 % nach dem Faulprozess. Bezieht man den Gasanfall auf die zugeführte organische TS-Menge so ergibt sich ein spezifischer Wert von 468 l/kg oTS. Der ausgefaulte Schlamm wird dann entweder im zweiten Faulbehälter oder in dem eigens dafür vorgesehenen Nacheindicker statisch aufkonzentriert. Nach Abzug des überstehenden Trübwassers wird der voreingedickte Schlamm mit einer Faulschlammzentrifuge auf TS-Ge-halte von ca. 25 % entwässert. In einem weiteren Schritt wird das entwässerte Gut getrocknet und der getrocknete Schlamm in einem Kraftwerk thermisch verwertet.


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Zusammenfassend ist festzuhalten, dass die aerobe Behandlungsstufe der Kläranlage in System 1 bereits hoch belastet ist. Hinreichende Reserven sind hingegen im Bereich der An-aerobstufe vorhanden. Somit liegen zumindest unter belastungstechnischen Aspekten keine Hinderungsgründe für die anaerobe Co-Fermentation organisch hochbelasteter, farbiger Kon-zentrate vor. Eine Ausschleusung hochkonzentrierter und hochbelasteter Farbkonzentrate wäre sogar von Vorteil, da der aerobe Behandlungspfad entlastet würde.


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3.1.2 Bestandsaufnahme Textilbetrieb 1

Der Textilbetrieb in System 1 kann auf eine über 150 jährige Geschichte zurückblicken. Die Gründung des Textilbetriebes reicht bis ins Jahr 1839 zurück. In seiner Unternehmensge-schichte wurde der Standort beständig ausgebaut und modernisiert. Heute beschäftigt das Unternehmen ca. 450 Mitarbeiter. Der Betrieb färbt und bedruckt Stoffe aus Viskose, Baum-wolle, Polyester und deren Mischungen mit einem Flächengewicht von 150 bis 400 g/Lauf-meter schwerpunktmäßig für Damenoberkleidung und Herrenhemden. Jährlich werden rd. 10 bis 11 Mio. Laufmeter an Druck- und ca. 3 Mio. Laufmeter an Uniware veredelt. Wie aus den Zahlen hervorgeht liegt der Produktionsschwerpunkt im Bereich des Textildrucks. Die folgende schematische Darstellung der Produktion stellt die wichtigsten Bearbeitungsbe-reiche mit den zugehörigen Abwasseranfallstellen dar.

zentrales Chemikalienlager Brauchwasseraufbereitung Sanitärabwasser ca. 400 E

Vorbehandlung der RohwareWaschen, Bleichen, Entschlichten, ...

PolyesterPolyamid Viskose Baumwolle

Appretur(wenig Abwasseranfall)

Abwasserpumpwerkzur Kläranlage

Erfassung Q, pH

Feststoffe, Huminstoffe

Feststoffe, Stärke, Zucker, Glykole, Acrylate,Polyvenylalkohole, Laugen

FarbgebungKüpen-, Dispersions- u. Reaktivfärbung

DickstoffeRestfarben

Vor- undNachwäsche

wird neuaufgebaut

Druckerei (80 %) Färberei(20%)

Feststoffe, Farben, Salze, Laugen, Stickstoff

FaulbehälterKläranlage

Fette, Kunstharze, Verdickungsmittel

Abbildung 4: Schematische Darstellung des Textilbetriebes


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Aus dem Schema ist ersichtlich, dass bereits zum Zeitpunkt der Bestandsaufnahme Konzent-rate und Farbreste getrennt gesammelt und in die anaerobe Stufe des Klärwerks verbracht wurden. Diese Kooperation zwischen Textilbetrieb und Klärwerksbetreiber zur Entlastung des Abwasserpfads reicht bis in das Jahr 1995 zurück. Allerdings wurden die Auswirkungen und abwassertechnischen Zusammenhänge nie im Detail untersucht. Dies erfolgte erst im Rahmen dieses Forschungsprojekts. Auf Basis der Jahresverbrauchsmengen wurde eine detaillierte Wasser und Abwasserbilanz in Abbildung 5 erstellt.

Grenzbach Brunnen

Filteranlage (Rohwasseraufbereitung)

FW-Aufbereitung

Vorbehandl. FärbereiKesselhaus Druckerei Appretur

Abwasser Dampfverluste

1650 m³/d

570 4010601250

2440 m³/d 800 m³/d

160

160 160 440 130 980 270 230830 1030

1590 m³/d

2740 m³/d 500 m³/d

160

Abbildung 5: Wasserbilanz des Textilbetriebes in System 1


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Der Textilbetrieb bezieht das Produktionswasser aus zwei Quellen, einem als Grenzbach be-zeichneten Oberflächengewässer und aus einem Brunnen. Das Wasser beider Quellen mit zusammen 3.240 m³/d im Mittel muss vor der weiteren Verwendung in der Produktion zuerst mittels Sandfiltration aufbereitet werden. Annähernd die Hälfte des Wassers wird dann in einem weiteren Schritt entkarbonisiert. Das übrige Wasser dient Spülzwecken und kann direkt verwendet werden. Die wesentlichen Abwasseranfallstellen sind die Vorbehandlung, die Färberei und die Drucke-rei. Größere Abwassermengen fallen noch bei der Frischwasseraufbereitung an. Bei der Nach-behandlung (Appretur) der Textilien fällt hingegen kaum Abwasser an. Gemäß der Bilanz ge-hen annähernd ein Viertel des aufbereiteten Frischwassers bzw. 800 m³/d über Dampfverluste in die Atmosphäre, der Rest von 2.440 m³/d fällt als Abwasser an und wird zum Klärwerk ab-geleitet. Zur Ermittlung der Abwasserverunreinigungen wurde der Ablauf des Textilbetriebes beprobt. Die Proben wurden mengenproportional entnommen. Anfall und Beschaffenheit der Abwas-sermischung im Ablauf der Firma sind mittels Minimum-, Mittel- und Maximalwerten anhand der wesentlichen Parameter in Tabelle 5 dokumentiert. Der Betrieb produziert in der Regel von Montag bis Freitag im Dreischichtbetrieb. Die Band-breite der Abwassermengen reichte an den untersuchten Tagen von ca. 2.200 m³/d bis zu 2.700 m³/d. Die durchschnittliche Abwassermenge lag an den untersuchten Tagen bei 2.401 m³/d. An den beiden Wochenendtagen fällt abgesehen von geringen Mengen an Reinigungs-abwässern vergleichsweise wenig Abwasser an. Die ermittelte durchschnittliche Abwasser-menge von 2.400 m³/d entspricht relativ genau dem weiter oben ermittelten Jahresdurch-schnittswert. Damit dürfte der untersuchte Zeitraum repräsentativ für die weiteren Betrachtun-gen sein. Das Abwasser ist mit einem durchschnittlichen pH-Wert von 11,1 stark alkalisch. Mit CSB-Kon-zentrationen von rd. 1.400 mg/l ist das Abwasser im Vergleich zu kommunalem Abwasser wesentlich höher belastet. Hingegen sind die Stickstoff- und Phosphorkonzentrationen von der Größenordnung her mit kommunalem Abwasser vergleichbar. Allerdings liegen im Gegensatz zu kommunalem Abwasser über 80 % der Stickstoffbelastungen in Form organischer Stick-


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stoffverbindungen vor. Das BSB5/CSB-Verhältnis von im Mittel 0,25 weist auf eine mäßige bio-chemische Abbaubarkeit des Abwassers hin.

Tabelle 5: Abwassermengen und -beschaffenheit im Gesamtablauf des Textilbetriebs

Parameter Min Mittel Max Sa / So 1)

Q m³/d 2.188 2.401 2.700 165

pH 10,8 11,1 11,8 9,3

CSB mg/l 1.030 1.406 1.700 315

BSB5 mg/l 178 348 550 67

AFS mg/l 32 187 303 81

Pges mg/l 2,5 4,3 6,5 0,8

Nges mg/l 47 65 84 13

NH4-N mg/l 2,8 3,8 4,9 1,6

NO3-N mg/l 5,2 5,8 6,7 2,9

NO2-N mg/l 0,05 0,09 0,12 0,4

AOX mg/l 0,73 0,92 1,06 0,10

DFZ 436 nm m-1 28 47 57 3,8 DFZ 525 nm m-1 22 63 100 2,9 DFZ 620 nm m-1 18 62 100 2,2

1) Mittelwert von zwei Tagen

Erwartungsgemäß ist das Abwasser im Gesamtablauf stark farbhaltig. Die Farbbelastungen im Gelbbereich (436 nm) reichten von 28 m-1 bis 57 m-1 bei einem Mittelwert von 47 m-1. Die Durchsichtsfarbzahlen im Rot- (525 nm) und im Blaubereich (620 nm) waren in etwa ver-gleichbar, in der Spitze wurden DFZ-Werte von 100 m-1 gemessen. Der Durchschnittswert lag


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bei der Wellenlänge von 525 nm bei 63 m-1, im Blaubereich mit einem Mittelwert von 63 m-1

waren die Belastungen nur unwesentlich höher. Im Rahmen der abwassertechnischen Untersuchungen im Textilbetrieb wurden u.a. auch die Farbbelastungen im Hauptsammler vor der Einleitstelle des Textilbetriebes und im Zulauf und Ablauf der Kläranlage erfasst. Der dominierende Einfluss des Textilbetriebes auf die Farbbe-lastungen des Abwassers verdeutlicht die Auftragung der durchschnittlichen DFZ-Werte für die drei Farbbereiche in Abbildung 6.

0,0

0,5

1,0

1,5

2,0

2,5

3,0

3,5

4,0

4,5

5,0

Hauptsammler vor TVI Zulauf KA Ablauf KA

Dur

chsi

chts

farb

zahl

m-1

436 nm

525 nm

620 nm

Abbildung 6: Durchsichtsfarbzahlen des Abwassers vor und nach Einleitung des Textilbetriebes sowie im Ablauf des Klärwerks nach der Reinigung


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Obwohl der Textilbetrieb an den untersuchten Tagen lediglich 6 % zur Gesamtabwasser-menge beigetragen hat, haben sich die Farbbelastungen bedingt durch die Einleitungen des Textilbetriebes vervielfacht. Abhängig vom Farbbereich konnten an den betreffenden Tagen infolge des biologischen Reinigungsprozesses die Farbbelastungen zwischen rd. 50 und 80 % reduziert werden. Die Farbbelastungen waren aber trotz biologischer Reinigung im Ablauf der Kläranlage höher als im Abwasser vor der Einleitung des Textilabwassers. Multipliziert man die Konzentrationswerte aus Tabelle 5 mit den korrespondierenden Abwas-sermengen, so erhält man die Schmutzfrachten im Ablauf des Textilbetriebes. Die minimalen, mittleren und maximalen Belastungswerte und die Schmutzfrachtanteile des Textilbetriebes am kommunalen Klärwerk können Tabelle 6 entnommen werden.

Tabelle 6: Schmutzfrachten im Ablauf des Textilbetriebes mit Schmutzfrachtanteile am Gesamtzulauf des Klärwerks in System 1

Parameter Min Mittel Max Sa / So Anteil % 1)

CSB kg/d 2.254 3.416 4.485 52 13,8

BSB5 kg/d 389 852 1386 11 6,6

AFS kg/d 71 455 666 13 4,4

Pges kg/d 6,8 10,1 15,6 0,1 3,0

Nges kg/d 103 158 227 2,1 7,2

NH4-N kg/d 6,1 9,1 12,3 0,3 -

NO3-N kg/d 11,4 13,9 16,9 0,5 -

NO2-N kg/d 0,1 0,2 0,4 0,05 -

AOX kg/d 1,8 2,2 2,9 0,03 35,0

1) Betriebsjahr 2000


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Wie aus der Tabelle ersichtlich ist, unterliegen die vom Textilbetrieb zum Klärwerk abgeleiteten Belastungen im Wochenverlauf erheblichen Schwankungen. Bei der Ermittlung der Belas-tungsanteile am Klärwerk wurde dieser Sachverhalt durch entsprechende Gewichtung berück-sichtigt. Als Vergleichsgröße im Zulauf des Klärwerks wurden die durchschnittlichen Belastun-gen des Jahres 2000 zugrunde gelegt. Die Belastungsschwankungen im kommunalen Klärwerk mit rd. einem Drittel niedrigeren Be-lastungen an den Wochenenden sind zu einem erheblichen Teil auf das Textilunternehmen zu-rückzuführen. Dadurch sind zwangsläufig die Anteile an der Gesamtbelastung unter der Wo-che wesentlich höher und an den Wochenenden deutlich niedriger. Erwähnenswert sind die vergleichsweise hohen organischen Belastungen des Textilbetriebes mit durchschnittlich 3.416 kg CSB/d und einem Anteil von annähernd 14 %. Noch höher mit einem Frachtanteil von 2,2 kg/d bzw. von 35 % sind die AOX-Belastungen. Zur Interpretation der Daten wurden neben den Abwasserdaten auch die wesentlichen Pro-duktionszahlen erhoben. Diese sind in folgender Tabelle zusammen mit den Schmutzfrachten tageweise aufgeführt.

Tabelle 7: Produktionsdaten und Abwasserkennwerte des Textilveredlungsbetriebs

Tag Produktionsdaten in lfm/d Abwasserdaten Vorbeh. Färberei Druckerei Druck-NW Q

m³/d CSBkg/d

Nges/ kg/d

AOX kg/d

BSB5/CSB

Mo 111.057 36.147 35.437 75.230 2.520 4.284 146 2,6 0,32

Di 127.242 128.023 54.216 47.494 2.702 4.485 227 2,9 0,25

Mi 50.772 120.584 56.605 54.263 2.188 2.254 103 1,8 0,17

Do 112.473 128.456 62.834 54.062 2.397 3.116 144 1,8 0,21

Fr 102.055 81.040 41.124 32.540 2.197 2.944 171 2,1 0,23 Mittel 100.720 98.850 50.043 52.718 2.401 3.416 158 2,2 0,24


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Aus dem Vergleich der Produktions- und Abwasserdaten lässt sich folgende Tendenz ableiten: Ein hoher Produktionsdurchsatz in der Vorbehandlung und der Nachwäsche führte zu über-durchschnittlich hohem Abwasseranfall und Schmutzfrachten. Weniger Stofffluss in der Vorbe-handlung verminderte sämtliche Schmutzfrachten signifikant, der Umfang der Drucknachwä-sche wirkte sich nur auf die Abwassermenge und die CSB-Fracht aus. Lag der Produktions-schwerpunkt in der Farbgebung, fiel weniger Abwasser an, dessen Inhaltsstoffe aber schlech-ter abbaubar waren. Eine eindeutige Abhängigkeit zwischen den Durchsichtsfarbzahlen im Abwasser und den vorliegenden Produktionsdaten war nicht feststellbar. Werden die Schmutzfrachten im Ablauf des Textilbetriebes auf die Produktionsmengen bezo-gen, so lassen sich produktionsspezifische Verschmutzungswerte berechnen. Wenn man als Bezugsgröße die Durchsatzmengen der Vorbehandlung zugrunde legt, so betrugen diese im Mittel während des Beprobungszeitraumes rd. 24 l Abwasser/lfm bzw. 34 g CSB/lfm. Bei einem durchschnittlichen Flächengewicht der verarbeiteten Textilien von 160 g/lfm wurden täglich durchschnittlich 16 t Textilien veredelt. Bezieht man die Abwasserbelastungen auf das Gewicht liegen die spezifischen Werte bei 150 l Abwasser/kg Stoff bzw. 214 g CSB/kg Stoff. Nachdem die Gesamtbelastungen des Betriebes erfasst waren, hat man zur Klärung der Frage, aus welchen Bereichen der Produktion die wesentlichen Belastungen kommen und wo sich Konzentrate fassen lassen, in einem weiteren Schritt die einzelnen Produktionsschritte untersucht. Vereinfacht lassen sich die verschiedenen Produktionsschritte in die Vorbehand-lung, den Färbe-, den Druckprozess und die Nachbehandlung unterteilen. Ein vereinfachtes Produktions- und Abwasserschema des Textilbetriebes in System 1 zeigt Abbildung 7.


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NachwäscheLaugierung

Laugieranlage

Vorwäsche

Strangwasch-m aschine

1. - 3. Kaskade

KleinewefersW aschm aschine1. - 3. Kaskade

Drucknach-wäsche

Kaskade 1- 4

Färbereidiverse

Einheiten

Pum pwerk fürG esam tablauf Sanitärabwasser Appretur Brauchwasser-

aufbereitung

Kanal / KA

Abbildung 7: Produktions- und Abwasserschema Textilbetrieb

Die aus abwassertechnischer Sicht wesentlichen Produktionsbereiche sind die Vorbehandlung und die beiden farbgebenden Verfahrensschritte. Der Bereich Vorbehandlung besteht aus drei Anlagenteilen, der Laugieranlage, der Strangwaschmaschine und der Kleinewefers Wasch-maschine. In Bezug auf die Farbbelastungen relevante Abwasserströme sind die Drucknach-wäsche sowie die Ausziehflotten und Spülbäder der Färberei. Bei der Beprobung und Unter-suchung dieser Teilströme hat man sich schwerpunktmäßig auf die Teilströme mit dem größ-ten Belastungspotenzial konzentriert. Das Ergebnis dieser Teilstromuntersuchungen ist in Ta-belle 8 zusammengefasst.


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Tabelle 8: Abwasserbeschaffenheit der Teilströme im Textilbetrieb System 1

Teilstrom pH CSB AOX Nges NH4-N DFZ 1/m - mg/l mg/l mg/l mg/l 436 nm 525 nm 620 nm Färberei Flotten & heiße Spülwässer

11,5 1.500 0,27 29 12 13 8 5

Färberei kalte Spülwässer

7,8 590 0,05 10 4 2 1 0,5

Laugieranlage (Vorwäsche)

8,2 2.950 < 0,05 79 10 9 3 6

Strangwaschmaschine (3. Kaskade)

9,3 2.130 0,14 34 7 6 3 3

Kleinewefers Waschm. (1. Kaskade)

7,9 3.380 < 0,05 66 15 28 33 47

Drucknachwäsche (1. Kaskade)

9,9 6.120 13,3 760 50 1.370 814 590

Der am höchsten belastete Teilstrom ist die 1. Kaskade der Drucknachwäsche. Mit einer mitt-leren CSB-Konzentration von 6.120 mg CSB/l und AOX-Belastungen von 13,3 mg/l weist die-ser Teilstrom das mit Abstand höchste Belastungspotenzial der untersuchten Teilströme auf. Auch in Bezug auf die Farbigkeit ist dieses Abwasser überproportional hoch belastet. Die hei-ßen Abwässer der Färberei, die neben den Ausziehflotten auch die Abwässer der ersten Spül-schritte enthalten, sind hingegen farblich vergleichsweise gering belastet. Dies ist vor allem auf Verdünnungseffekte durch die Spülwässer zurückzuführen. Anlagenbedingt ist derzeit ein Zugriff auf die farblich höher belasteten Ausziehflotten nicht möglich. Mit CSB-Konzentrationen zwischen ca. 2.100 und rd. 3.400 mg/l sind die Waschabwässer der ersten Vorbehandlungs-schritte organisch vergleichsweise hoch belastet. Auf Basis der Teilstromuntersuchungen, der Wasserbilanz und der Untersuchungen im Ge-samtablauf lässt sich eine grobe Schmutzfrachtbilanz für den Textilbetrieb erstellen. Diese ist in der folgenden Tabelle dargestellt.


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Tabelle 9: Schmutzfrachtbilanz Textilbetrieb

Teilstrom Abwasser- teilstrom

Anteil an Produkt-ionsschritt

Anteil anGes.Abl.

CSB-Fracht N-Fracht AOX-Fracht

Messung Bilanzableitung

m³/d

%

%

Teilstrkg/d

Anteil%

Teilstr kg/d

Anteil %

Teilstrkg/d

Anteil%

Vorbehandlung 165 38 7 480 14 11 7 < 0,01 < 0,5 Laugieranlage 60 14 2,5 180 5 5 3 <0,01 < 0,5 Strangwaschm. 45 10 1,9 100 3 2 1 <0,01 < 0,5 Kleinewefers W. 60 14 2,5 200 6 4 3 <0,01 < 0,5

Färberei 830 100 35 1.100 32 21 13 0,2 9

Flotten & h. Spül. 664 80 28 1.000 29 19 12 0,2 9 kalte Spülwässer 166 20 7 100 3 2 1 0,0 0

1. Drucknachw. 25 3 1 150 4 19 10 0,3 14 Σ Messungen 1.020 - 43 1.730 51 51 30 0,5 23

Gesamtablauf 1) 2.400 - 100 3.420 100 158 100 2,2 100 Differenz 1.380 - 57 1.690 49 107 68 1,7 77

Restl. Druck.wäsch. 2) ≈ 170 - 7 340 - 41 - 0,6 -

Systemreinigung 2) ≈ 780 - 33 80 - 10 - 0,1 -

Sonstige Abwässer ≈ 430 - 17 1.270 - 56 - 1,0 -

1) aus Erhebung Gesamtablauf

2) Ableitung aus Wasser- und Druckpastenbilanz bei 75 g CSB/kg DP, 9 g Nges/kg DP, 140mg AOX/kg DP

Insgesamt wurden mit den Teilstromuntersuchungen 43 % der Abwassermengen analytisch erfasst. In diesen Teilströmen hat man mit 1.730 kg CSB/d annähernd 50 % der organischen Belastungen gefunden. Die Wiederfindungsrate beim Parameter Stickstoff lag bei 30 % und bei den halogenorganischen Verbindungen (AOX) bei 23 %. Von den verbleibenden 57 % der


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Abwässer, die nicht erfasst wurden, lassen sich 40 % dem Produktionsbereich Druckerei zu-ordnen. Die restlichen 17 % entfallen auf die weiteren Vorbehandlungsschritte (ca. 280 m³ bzw. 12 %) sowie die Appretur und die Filterspülungen bei der Brauchwasseraufbereitung. Einzig der Produktionsbereich Färberei mit seinen beiden Teilströmen wurde zu 100 % analy-tisch erfasst. Alle anderen Teilbereiche wurden bedingt durch die Konzentration auf die hoch-belasteten Teilströme nur partiell berücksichtigt. Mit einer CSB-Fracht von zusammen 1.100 kg/d in den beiden Teilströmen der Färberei trägt dieser Produktionszweig rd. ein Drittel zu den organischen Belastungen bei. Aufgrund der starken Verdünnung durch die Spülwässer lassen sich im Produktionsbereich Färberei derzeit allerdings keine farbhaltigen Konzentrate ausschleusen. Nur durch entsprechende bauliche Anpassungen und Änderungen in der Ver-fahrensführung wird man Zugriff auf die farblich hochbelasteten Abwässer der Färberei be-kommen. Aus wirtschaftlichen Gründen müssten diese dann nochmals weiter aufkonzentriert werden (z.B. Membranverfahren). Eine Alternative zur Behandlung dieser stark farbhaltigen Abwässer eröffnen die Untersuchungen in System 2. Nach den dort gewonnen Erkenntnissen könnte eine einfache Ausfällung der Farbstoffe im Textilbetrieb mit geeigneten Hilfsmitteln be-reits ausreichen. Die gebildete Flocke war dort so stabil, dass die Möglichkeit besteht das „Farbkonzentrat“ über den Kanal abzuleiten um es dann in der Vorklärung des Klärwerks ab-zuscheiden und von dort der Anaerobstufe zuzuführen. Die erste Drucknachwäsche ist aufgrund der sehr geringen Wassermengen zwar hochkon-zentriert, aber frachtmäßig trägt dieser Teilstrom mit 150 kg CSB nur ca. 4 % zur Gesamtbe-lastung bei. Deutlich höher mit 14 % ist der Beitrag des Parameters AOX zur Gesamtbelas-tung. Aus der Druckpastenbilanz in Abbildung 8 lassen sich die Belastungen der weiteren 3 Waschschritte sowie aus der Systemreinigung grob abschätzen. Demnach sind aus den drei weiteren Drucknachwäscheschritten ca. 340 kg CSB und 0,6 kg AOX/d zu erwarten. Hinzu kommen noch ca. 80 kg CSB/d und ca. 0,1 kg AOX/d aus der Systemreinigung. Summiert man die analytisch erfassten und die abgeschätzten Belastungen aus der Druckerei, so ergeben sich Gesamtbelastungen von 570 kg CSB/d und von 1,0 kg AOX/d. Damit ergibt sich für die Druckerei ein Anteil von 17 % beim CSB und von 45 % beim AOX.


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Restpasten-lager

Neuschwarz-herstellung

NeuansatzDruckpasten

Behälter-reinigung Rückgut Druckpasten-

ansatz

Druckerei4 Maschinen

System-reinigung

Nachwäsche

1. Restliche

Konzentratentsorgung

Abwasser zur Kläranlage

vorbehandelte Rohware 7,7 bedruckte Ware

1,4 0,5

1,0 10,71,2

1,5

3,7

0,1 1,0* 2,0** 4,5***

12,4

0,7

1,9

7,6

1,0

t Druckpasten / d * 350 Systemreinigungen/d à 2,9 kg

** Druckpastenäquivalente (spez. CSB Druckpaste 75 g/kg)

*** Druckpastenäquivalente (Annahme: CSB-Konzentration 1/3 von 1. Drucknachwäsche, Q = 170 m³/d)

Abbildung 8: Druckpastenbilanz (Bezugsjahr 1999)

Bei den Teilstromuntersuchungen an den drei Maschinen im Bereich der Vorbehandlung wur-den mit 165 m³/d ca. 38 % der Abwässer in diesem Produktionsbereich erfasst. Der summierte Beitrag dieser Waschschritte liegt bei 480 kg CSB/d. Bezogen auf die Gesamtbelastung ent-spricht diese einem Anteil von 14 %. AOX-Belastungen wurden in den Teilströmen der Vorbe-handlung nicht ermittelt. Fasst man alle Ergebnisse zusammen, so verbleibt auf hydraulischer Seite ein Fehlbetrag von 430 m³/d und von rd. 1.200 kg CSB/d bei den organischen Belastungen. Diese sind den weite-ren Schritten im Bereich der Vorbehandlung, der Appretur sowie den Spülwässern in der Brauchwasseraufbereitung und in geringem Umfang den Sanitärabwässern zuzuordnen.


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Versuche zur Erzeugung von Farbkonzentraten mittels Fällung

Derzeit lassen sich nur die nicht mehr verwertbaren Druckpasten aus dem Restpastenlager sowie die Druckpasten die bei der Behälterreinigung anfallen wirtschaftlich verträglich als Kon-zentrate ausschleusen und in der Anaerobstufe des Klärwerks vorbehandeln. Die weiteren in Bezug auf die Farbigkeit hochbelasteten Teilströme wie z.B. die weiteren Stufen der Druck-nachwäsche oder die warmen Abwässer der Färberei sind schon soweit verdünnt, dass sich eine separate Fassung und Mitbehandlung im Faulturm des Klärwerks nicht mehr lohnen würde. Um die Farbbelastungen weiter zu reduzieren müssten deshalb zuallererst Farbkon-zentrate erzeugt werden. Technische Möglichkeiten zur Konzentraterzeugung sind Membran-verfahren. Diese Verfahren sind zwar sehr effizient, in der Anschaffung und im Betrieb aber relativ teuer. Die Membranverfahren zur Erzeugung von Konzentraten wurden im Rahmen die-ses Forschungsprojektes nicht weiter verfolgt. Im Vergleich zu solchen technischen Lösungen sind chemische Verfahren wie z.B. eine Flockung und Fällung in der Anschaffung vergleichs-weise billig und bei den Betriebskosten auch nicht teurer als o.g. Verfahren. Aufgrund der po-sitiven Ergebnisse in System 2 hat man die Möglichkeit, Konzentrate auf chemischem Wege zu erzeugen auch in System 1 untersucht. Das Ergebnis solch einer Untersuchung ist in Abbil-dung 9 aufgetragen. Die in Abbildung 9 dargestellten Versuche wurden mit dem Abwasser des Gesamtablaufs aus dem Textilbetrieb durchgeführt. In diesen Untersuchungen wurden verschiedenste Fällungs-chemikalien auf ihre Wirksamkeit in Bezug auf die Farbelimination untersucht. Als wirksam ha-ben sich aluminiumhaltige Produkte mit einem Polymeranteil erwiesen. Die in der Abbildung dargestellten Versuche wurden mit solch einem Produkt durchgeführt. Wie aus der Abbildung hervorgeht, lassen sich die Farbbelastungen abhängig von der Zugabe an Fällchemikalien auf rd. ein Fünftel der ursprünglichen Belastungen reduzieren. Die Wirksamkeit der Farbreduktion und somit die Aufwendungen für das Fällmittel hängen dabei im Wesentlichen von den pH-Werten im Abwasser ab. In dem dargestellten Versuch wurde die Originalabwasserprobe (pH 11,5) vor der Behandlung mit Salzsäure auf einen pH-Wert von ca. 8 eingestellt.


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0 46 69Al3+ mg/l

DFZ

m-1

DFZ 445nm

DFZ 525nm

DFZ 620nm

Abbildung 9: Entfärbung des Textilabwassers durch Fällung

Die Mehraufwendungen für eine vorgeschaltete Entfärbung würde bei den ermittelten Wirk-substanzkonzentrationen von ca. 50 mg/l mit ca. 16 Cent/m³ Abwasser zu Buche schlagen. Kostenminderungen wären denkbar, wenn man anstelle auf den Gesamtabwasserstrom nur auf die farblich hochkonzentrierten Teilströme wie z.B. Ausziehflotten in der Färberei oder die Drucknachwäsche in der Druckerei zugreifen würde. Aufgrund der Stabilität der gebildeten Flocken in System 2 wäre sogar eine direkte Ableitung der „ausgefällten Farbkonzentrate“ ohne vorherige Aufkonzentrierung der Fällprodukte denkbar. Ob dies auch unter den Randbe-dingungen im Textilbetrieb von System 1 funktioniert, müsste im großtechnischen Dauerbe-trieb geprüft werden.


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Auswirkungen des Produktionsabwassers sowie einzelner Teilströme aus dem Textil-betrieb auf die aerobe Reinigungsstufe der Kläranlage

Die Abwässer der verschiedenen Produktionsschritte sind sowohl in Bezug auf die Farb- als auch auf die sonstigen Belastungen sehr unterschiedlich. Zur Erörterung des Störpotenzials insbesondere im Hinblick auf die Stickstoffoxidation im Klärwerk wurde das biochemische Ab-bauverhalten der einzelnen Teilströme zusammen mit dem Anlagenablauf im Sapromat unter-sucht. Abbildung 10 fasst die zur Bewertung der o.g. Problemstellung relevanten Ergebnisse zusammen.

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t

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Stic

ksto

ffant

eile

in %

Ammonium org.Stickstoff Nitrat Nitrit

Nullprobe DruckNWStrangWM KlweWMLaugier. Ges.Abl.

Abbildung 10: Ergebnisse der Abbaubarkeitsuntersuchungen im Sapromat

Bei einem Sapromattest wird unter definierten Bedingungen (Nährstoffverhältnisse, Tempera-tur, pH-Milieu, Mikroorganismendichte, ...) die Sauerstoffzehrung und somit die Stoffwechsel-aktivität der Mikroorganismen gemessen. Zusätzlich werden die Konzentrationsverhältnisse zu Beginn und zum Ende der Versuche in den jeweiligen Reaktoren ermittelt. Dadurch sind z.B.


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anhand der Ausgangs- und Endstickstoffgehalte Aussagen über das Vorliegen von nitrifikati-onsstörenden Substanzen in der jeweiligen Probe möglich, indem die Aktivität und die End-konzentrationen mit denjenigen der Nullprobe verglichen werden. Ziel der hier beschriebenen Versuche war in erster Linie das Auffinden und Eingrenzen der Störstoffanfallstelle(n). Die be-schriebene Versuchsanordnung stellt im Endeffekt eine automatisierte Version des Zahn-Wel-lens-Tests dar und liefert auch vergleichbare Ergebnisse. Die grün dargestellten Stickstoffanteile (Nitrat) entstanden durch mikrobielle Oxidation der blau dargestellten reduzierten Stickstoffkomponenten (organischer Stickstoff, Ammonium). Dieser Vorgang wird als Nitrifikation bezeichnet und verläuft in zwei Schritten über das rot dargestellte und für Mikroorganismen teils giftige Zwischenprodukt Nitrit. Sind in den untersuchten Proben nitrifikationsstörende Inhaltsstoffe vorhanden, ist dies in Abbildung 3 am Auftreten von Nitrit (rot) oder am geringeren Umfang des produzierten Nitrats (grün) im Vergleich zur Nullprobe erkennbar. Aus Abbildung 10 ist leicht ersichtlich, dass in der Drucknachwäsche und dem Gesamtablauf Nitrit entstand. Ferner weist die im Vergleich zur Nullprobe geringere Nitratproduktion bei den beiden Teilströmen auf das Vorliegen nitrifikationsstörender Inhaltsstoffe hin. Bei direktem Vergleich der beiden gestörten Proben Drucknachwäsche und Gesamtablauf wird deutlich, dass die Nitrifikation im Gesamtablauf stärker gehemmt war als im Teilstrom erste Druck-nachwäsche. Demzufolge muss noch eine weitere bei der Beprobung nicht erfasste, aber rele-vante Störstoffquelle in den Produktionsabwässern vorliegen. Auffällig ist ferner, dass die bei-den problematischen Proben hohe organische Stickstoffanteile enthalten. Somit liegt der Schluss nahe, dass die damit erfassten Komponenten mit der Störung zusammenhängen und auch im Abwasser aus anderen Produktionsbereichen enthalten sind. In den übrigen Teilströmen, die bei der Vorbehandlung der Rohware entstehen, waren keine nitrifikationsstörenden Inhaltsstoffe zu verzeichnen.


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3.1.3 Laboruntersuchungen im Vorfeld 1

Einfluss der Filterwahl auf das Messergebnis Im Rahmen der Untersuchungen wurden bei der Farbzahlbestimmung teilweise unerklärliche Effekte beobachtet. Vergleichsmessungen an unterschiedlichen Geräten und Orten lieferten beim selben Abwasser sehr unterschiedliche Ergebnisse. Die möglichen Ursachen wie z.B. Kalibrierungsfehler am Gerät und Küvettenfehler konnten ausgeschlossen werden. Letztend-lich hat sich die Wahl des Filtermaterials als entscheidender Faktor herauskristallisiert. Dieser Sachverhalt ist in der folgenden Tabelle dokumentiert.

Tabelle 10: Einfluss des Filtermaterials auf das Messergebnis

Filtermaterial Ablauf Textilbetrieb Zulauf Kläranlage Ablauf Kläranlage 436 nm 525 nm 620 nm 436 nm 525 nm 620 nm 436 nm 525 nm 620 nmm-1 m-1 m-1 m-1 m-1 m-1 m-1 m-1 m-1

Polyester 0,45 µm 43,2 28,4 19,8 7,69 6,85 3,90 1,24 0,98 0,54 regenerierte Cellulose 0,45 µm 20,3 11,6 6,2 3,17 3,38 1,39 1,31 1,07 0,71 Cellulose Mischester 0,45 µm 21,2 11,9 6,7 2,73 3,02 1,14 1,11 0,88 0,53 Cellulose Acetat 0,45 µm 22,2 12,2 6,7 3,68 3,90 1,67 1,25 0,99 0,60 Cellulose Nitrat 0,45 µm 19,9 11,0 6,1 3,07 3,39 1,30 1,34 1,09 0,61 Dr. Lange Filter 0,45µm 21,4 11,8 6,4 3,12 3,41 1,39 1,15 0,88 0,52

Die DIN-Vorschrift zur Bestimmung der Durchsichtsfarbzahl schreibt lediglich die Porenweite des Filters vor, das Filtermaterial wird in der Messvorschrift hingegen nicht näher spezifiziert. Bei den Untersuchungen in Tabelle 10 wurden drei verschiedene Abwässer mit unterschiedli-chen Filtern vor der DFZ-Bestimmung behandelt. Wie aus der Tabelle hervorgeht, ist das Messergebnis im Rohabwasserbereich, also im Ablauf des Textilbetriebes und im Zulauf der Kläranlage bei Verwendung von Polyesterfiltern mit einer Porenweite von 0,45 µm ungefähr doppelt so hoch wie bei Verwendung eines Filtermaterials auf Cellulosebasis. Im Ablauf der


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Kläranlage hat das Filtermaterial keinen so ausgeprägten Einfluss auf das Messergebnis. Vergleicht man die verschiedenen Filtermaterialien auf Cellulosebasis miteinander, so stellt man fest, dass auch hier Abweichungen von bis zu 50 % möglich sind. Aus den Ausführungen wird klar, dass der Wahl des Filtermaterials für das Gesamtergebnis eine erhebliche Bedeu-tung zukommt. Nach unserer Interpretation kommt es bei Verwendung von Cellulosefiltern zu Adsorptions-effekten, sodass im Vergleich zu Polyesterfiltern effektiv geringere Farbbelastungen gemessen werden. Um diese messtechnischen Unzulänglichkeiten auszumerzen, müsste aus unserer Sicht die DIN-Vorschrift zur Bestimmung der Durchsichtsfarbzahl um das einzusetzende Fil-termaterial ergänzt werden, um die Vergleichbarkeit der Messergebnisse sicherzustellen.

Untersuchung verschiedener Druckpastenqualitäten auf ihre anaerobe Abbaubarkeit In diesen Untersuchungen im Labormaßstab wurden Druckpasten verschiedener Farbstoff-klassen auf ihre anaerobe Abbaubarkeit hin untersucht. Der Textilbetrieb hat folgende Farb-stoffklassen im Einsatz:

Reaktivfarbstoffe 56 % Küpenfarbstoffe 1 % Säure/Metalkomplex-Farbstoffe 1 % Dispersionsfarbstoffe 38 % Basische Farbstoffe 4 %

Die Prozentangaben beziehen sich auf den Anteil des Farbstoffs an der gesamten Produktion im Jahr 2002. Die Reaktivfarbstoffe mit einem Anteil von 56 % bilden den Produktionsschwer-punkt, gefolgt von den Dispersionsfarben mit einem Anteil von 38 %. Der Produktionsanteil der anderen drei Farbstoffgruppen ist mit 1 % bzw. 4 % vergleichsweise gering. Abhängig von der Mode können sich diese Werte allerdings relativ schnell ändern. Entsprechend verändert sich auch die Zusammensetzung der Restdruckpasten die zum Klärwerk abgegeben werden.


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Zur Klärung der Frage welchen Einfluss die Textilfarbstoffe auf den anaeroben Abbau haben, wurde von jeder Farbstoffklasse ein Ansatz mit einer hohen und ein Ansatz mit einer niederen Farbdichte untersucht. Bei der Auswahl der Druckpasten bzw. der Farben wurde darauf ge-achtet, dass insbesondere Farben mit einem hohen Produktionsanteil untersucht wurden. Die Untersuchungen wurden vom Kooperationspartner am Institut für Siedlungswasserbau der Universität Stuttgart durchgeführt.


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Druckpasten mit Reaktivfarbstoffen Die einzelnen Farbstoffe und deren Mengen in den untersuchten Reaktivdruckpasten sowie die Zusammensetzung des Verdickungsmittels gehen aus folgender tabellarischen Übersicht hervor. Die weiteren abwassertechnischen Kenngrößen wie CSB, TOC, AOX und anderer Pa-rameter sind im Anhang zusammengestellt.

Tabelle 11: Wesentliche Bestandteile der untersuchten Reaktivdruckpasten

Farbstoff hohe Farbdichte g/kg

niedere Farbdichte g/kg

Cibacron Schwarz P-SG 12,30 2,05 Cibacron Orange P 2R 0,30 0,05 Levafix Gelb PN5 GN 4,91 0,82 Cibacron Orange P 4R 3,58 0,60 Levafix Rot PN-FB 0,53 0,09

Entschäumer 3,0 3,0 Natriumbicarbonat 30,0 30,0 Alginatverdicker 28,0 28,0 Oxidationsmittel 9,0 9,0 Konservierungsmittel 1,5 1,5

Die Ergebnisse der anaeroben Abbautests sind in den folgenden drei Abbildungen zusam-mengefasst. Die untersuchte Reaktivdruckpaste mit hoher Farbdichte lässt sich anaerob so gut wie nicht abbauen. Allerdings stört sie den Abbau selbst bei sehr hohen Zugabemengen nicht. Bei höheren Konzentrationen ist eine Steigerung der Gasproduktion und der Methange-halte im Faulgas feststellbar. Bei der Reaktivdruckpaste mit niederer Farbdichte ist ab Zuga-bemengen von ca. 0,2 g/g oTS eine Steigerung bei der Faulgasbildung feststellbar. Dies be-deutet, dass die Mitbehandlung der Reaktivdruckpasten im Faulbehälter auf dessen Abbau-prozesse nicht störend oder hemmend wirkt.


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Konzentration [g/g oTS]

Abbildung 11: Faulgasproduktion einer Reaktivdruckpaste mit hoher Farbdichte

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Abbildung 12: Faulgasproduktion einer Reaktivdruckpaste bei niederer Farbdichte


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254 nm 436 nm 525 nm 620 nm

Abbildung 13: Entfärbung der Reaktivdruckpaste mit hoher Farbdichte durch den anaeroben Abbau

Durch die anaerobe Vorbehandlung der Reaktivdruckpaste werden die Farbbelastungen im sichtbaren Bereich zu über 60 % eliminiert. Bei höheren Zugabemengen sind abhängig vom Wellenlängenbereich sogar Eliminationsraten von annähernd 80 % bis ca. 95 % möglich.

Druckpasten mit Dispersionsfarbstoffen Die untersuchten Druckpasten auf Dispersionsbasis enthielten insgesamt 6 verschiedene Farbstoffe. Die einzelnen Farbstoffe inkl. Konzentrationswerte sind zusammen mit den weite-ren Bestandteilen der Druckpaste in der folgenden Tabelle aufgelistet. Die weiteren Untersu-chungen auf die relevanten Abwasserparameter und die verschieden Schwermetalle findet man im Anhang.


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Tabelle 12: Wesentliche Bestandteile der untersuchten Dispersionsdruckpasten



Terasil Schwarz SRL 19,70 3,28 Terasil Rot W-4BS 1,44 0,24 Dianix Bril.Violett R 6,00 1,00 Serilen Marineblau GR-LS 27,50 4,58 Dianix Blau CBR 200% 4,43 0,74 Terasil Schwarz P-GR 8,43 1,57 Entschäumer 3,0 3,0 Verdickungsmittel 60,0 60,0 Fixierbeschleuniger 2,0 2,0 Konservierungsmittel 3,0 3,0 Zitronensäure 4,7 4,7

Die Zugabe der Dispersionsdruckpasten zu der Faulmatrix hat eine Steigerung der Gaspro-duktion zur Folge. Der Ansatz mit der hohen Farbdichte bewirkt dabei eine deutlich höhere Gasproduktion als z.B. der Ansatz mit der niederen Farbdichte. Bei diesem Ansatz ist erst bei hohen Zugabemengen eine deutliche Zunahme der Gasproduktion erkennbar. Aus dem unter-schiedlichen Abbauverhalten der beiden Ansätze ist zu folgern, dass die gesteigerten Abbau-raten im Ansatz mit der höheren Farbdichte auf die höheren Farbstoffanteile und weniger auf die Stammverdickung zurückzuführen sind. Somit sind zumindest ein Teil der eingesetzten Dispersionsfarbstoffe biologisch abbaubar. Auf eine Darstellung der Farbelimination wurde bei dieser Farbstoffklasse verzichtet, da analy-senbedingt hier keine Aussagen möglich sind: bei Dispersionsfarben handelt es sich, wie der Name schon sagt, um dispergiert vorliegende Farbstoffe. Diese werden beim Filtrationsvor-gang, der der eigentlichen Farbmessung vorausgeht, bereits abgeschieden. Somit lassen sich keine qualitativen Aussagen in Bezug auf die Farbelimination treffen. Allerdings ist quantitativ eine signifikante Entfärbung feststellbar.


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Abbildung 14: Faulgasproduktion einer Dispersionsdruckpaste mit hoher Farbdichte

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Abbildung 15: Faulgasproduktion einer Dispersionsdruckpaste mit niederer Farbdichte


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Druckpasten mit Küpenfarbstoffen Die zwei untersuchten Küpendruckpasten enthielten insgesamt vier verschiedene Farbstoffe. Art und Menge der Farbstoffe sind in Tabelle 13 zusammengestellt. Neben den Farbstoffen sind in der Tabelle auch noch die wesentlichen Bestandteile der Stammverdickung aufgeführt. Weitere Analysen zu den beiden Druckpasten sind im Anhang beigefügt.

Tabelle 13: Wesentliche Bestandteile der untersuchten Küpendruckpasten



Cibanon Schwarz TS 15,6 2,59 Indanthren Rosa RB 47,2 7,87 Indanthren Violett RRN 22,5 3,75 Chemanthren Br.Violett 2R 20,0 3,33 Entschäumer 3 3 Verdickungsmittel A 50 50 Verdickungsmittel B 46 46 Pottasche 90 90 Farbstofflösehilfsmittel 40 40 Reduktionsmittel 140 140

Das anaerobe Abbauverhalten wird über die Faulgasbildung untersucht. In dem Ansatz mit hoher Farbdichte ist der Abbauprozess ab Zugabemengen von ca. 30 % der Originalsubstanz bezogen auf den oTS-Gehalt der Faulmatrix gegenüber dem Kontrollansatz deutlich gehemmt. Reduziert man die Farbkonzentrationen in der Druckpaste, so tritt die Hemmung nicht auf. In diesem Fall verhält sich die Druckpaste über den gesamten untersuchten Bereich weitgehend inert. Daraus ist zu schließen, dass zumindest einer der untersuchten Farbstoffe hemmend bzw. toxisch auf die Faulmatrix einwirkt, die Stammverdickung hingegen kein Störpotenzial aufweist. In dem physiologisch relevanten Bereich spielt die im Versuchsansatz beobachtet Hemmung aber keine Rolle, da großtechnisch derart hohe Konzentrationswerte in der Faulung des Systems 1 niemals erreicht werden.


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Abbildung 16: Faulgasproduktion einer Küpendruckpaste mit hoher Farbdichte

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Abbildung 17: Faulgasproduktion einer Küpendruckpaste mit niederer Farbdichte


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Abbildung 18: Entfärbung der Küpendruckpaste durch den anaeroben Abbau

Das beste Entfärbungsergebnis wird im Blaubereich erzielt. Weniger gut entfärben lässt sich die untersuchte Druckpaste im Gelbbereich. Tendenziell wird bei steigenden Zugabemengen ein besseres Entfärbungsergebnis erzielt.


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Druckpasten mit Säure- und Metallkomplexfarbstoffen Die Farbzusammensetzung der zwei untersuchten Druckpasten mit Säure/Metallkomplexfarb-stoffen kann Tabelle 14 entnommen werden. Die beiden Druckpasten sind dabei in Bezug auf die Farbstoffbeimischungen unterschiedlich. Die Druckpaste mit dem tieferen Farbton enthielt lediglich zwei, die Druckpaste mit dem helleren Farbton drei verschiedene Farbstoffe. Die chemischen Analysen der zwei Druckpasten findet man im Anhang.

Tabelle 14: Wesentliche Bestandteile der untersuchten Säure/Metallkomplexdruckpasten

Farbstoff/Hilfsmittel hohe Farbdichte g/kg


Polar Grau N 164% 19,2 0,28 Erionyl Rot A-3G - 0,19 Supranol Gelb 4 GL 5,6 - Sandolan Walkviolett N-FBL - 0,43

Entschäumer 3,0 3,0 Verdickungsmittel 72,0 72,0 Farbstofflösehilfsmittel 25,2 25,2 Fixierbeschleuniger 30,0 30,0 Konservierungsmittel 1,5 1,5 Ammonsulfat 18,0 18,0 Harnstoff 20,0 20,0

Beide Druckpasten verhielten sich im Abbautest bei Zugabemengen von bis zu ca. 20 % be-zogen auf den oTS-Gehalt der Faulmatrix inert. Werden die Zugabemengen weiter erhöht, so lässt sich in beiden Ansätzen eine Steigerung der Faulgasproduktion feststellen.


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Abbildung 19: Faulgasproduktion einer Säure/Metallkomplexdruckpaste mit hoher Farbdichte

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Abbildung 20: Faulgasproduktion einer Säure/Metallkomplexdruckpaste mit niederer Farbdichte


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g [%

]

254 nm 436 nm 525 nm 620 nm

Abbildung 21: Entfärbung der Säure/Metallkomplexdruckpaste mit hoher Farbdichte durch den anaeroben Abbau

Die anaerobe Vorbehandlung der Druckpasten führt zu einer signifikanten Minderung der Farbbelastungen im sichtbaren Bereich. Wie bei den anderen Ansätzen ist bei steigenden Zu-gabemengen eine verbesserte Eliminationsleistung festzustellen. Aus den Ergebnissen ist zu folgern, dass die Mitbehandlung der Druckpasten auf Basis von Säure/Metallkomplex-Farbstoffen die Faulmatrix nicht stört und durch den anaeroben Vorab-bau eine deutliche Entfärbung zu erzielen ist.


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Druckpasten mit basischen Farbstoffen Die Zusammensetzung der zwei untersuchten Druckpasten mit basischen Farbstoffen be-schreibt Tabelle 15. Die Tabelle enthält neben den Farbstoffen auch die wesentlichen Be-standteile der Stammverdickung. Die beiden Druckpasten sind dabei in Bezug auf die Farb-stoffbeimischungen unterschiedlich. Die Druckpaste mit dem helleren Farbton enthielt lediglich zwei, die Druckpaste mit dem tieferen Farbton vier verschiedene Farbstoffe. Im Anhang des Berichtes sind die Ergebnisse der weiteren labortechnischen Analysen für beide Druckpasten aufgeführt.

Tabelle 15: Wesentliche Bestandteile der untersuchten Druckpasten mit basischen Farbstoffen



Maxilon Blau TRL 1,32 0,80 Maxilon Rot BL-N - 0,12 Sandocryl Gelbbr.BGRL-E 1,16 - Astrazon Brill.Rot 4G 200% 0,16 - Yoracryl Rubin R 200% 3,25 -

Entschäumer 3,0 3,0 Verdickungsmittel 72,0 72,0 Farbstofflösehilfsmittel 13,3 - Fixierbeschleuniger 10,0 10,0 Konservierungsmittel 1,5 1,5 Essigsäure 5,85 - Ammonsulfat 6,6 6,6 Natriumchlorat 1,5 1,5

Beide Druckpasten waren im anaeroben Abbautest sehr gut zu eliminieren, erkennbar an der deutlichen Steigerung der Faulgasproduktion mit zunehmender Konzentratbeimischung.


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Abbildung 22: Faulgasproduktion einer Druckpaste mit basischen Farbstoffen und hoher Farbdichte

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Abbildung 23: Faulgasproduktion einer Druckpaste mit basischen Farbstoffen und niedriger Farbdichte


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Abbildung 24: Entfärbung einer Druckpaste mit basischen Farbstoffen und hoher Farbdichte durch den anaeroben Abbau

Die anaerobe Vorbehandlung der Druckpasten führt zu einer signifikanten Minderung der Farbbelastungen im sichtbaren Bereich. Wie bei den anderen Ansätzen ist bei steigenden Zu-gabemengen eine Zunahme der Eliminationsleistung festzustellen. Aus den Ergebnissen ist zu folgern, dass die Mitbehandlung der Druckpasten auf Basis von Säure/Metallkomplex-Farbstoffen auf anaerobem Weg möglich ist unter gleichzeitiger deutli-cher Entfärbung. Aus den labortechnischen Untersuchungen der Druckpasten mit den verschiedenen Farbstoff-klassen lässt sich zusammenfassend festhalten, dass lediglich die Druckpasten mit den Küpenfarbstoffen ein hemmendes Potenzial aufweisen. Die anderen Druckpasten verhalten


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sich entweder inert oder sind biologisch anaerob abbaubar. Eine gute Entfärbung wird durch die anaerobe Vorbehandlung bei allen untersuchten Druckpasten erzielt. Die Hemmung bei den Küpendruckpasten ist eindeutig auf den Textilfarbstoff und nicht auf das Verdickungsmittel zurückzuführen. Aus den Untersuchungen geht aber auch hervor, dass die hemmende Wirkung der Küpendruckpasten erst bei Anteilen von ca. 20 % bezogen auf den organischen Anteil der Faulschlammmatrix wirksam wird. Da im vorliegenden Fall die Küpen-farbstoffe aber nur ca. 1 % der Jahresproduktion ausmachen, wird der kritische Wert in Sys-tem 1 unter den aktuellen Umständen niemals erreicht. Insofern lässt sich hieraus kein Hinde-rungsgrund für die Co-Fermentation der Druckpasten ableiten.


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Einfluss der Farbkonzentrate auf die Nitrifikation der Faulschlammzentrate Untersucht wurde ferner, wie sich die Zwischen- und Abbauprodukte auf die aerobe Abwasser-reinigung auswirken. Diese Stoffe gelangen über die Trübwässer in die Belebungsanlage und könnten dort die aeroben Abbauvorgänge durch Hemmung empfindlicher Mikroorganismen beeinflussen. Deshalb wurde der Einfluss der Rückläufe aus der Faulschlammentwässerung mit und ohne Konzentratbehandlung auf den empfindlichsten Reinigungsschritt, nämlich die Stickstoffoxidation (Nitrifikationsprozess) im Labor untersucht. Um ein von Konzentraten weit-gehend unbeeinträchtiges Trübwasser zu erhalten, wurden über zwei Monate keine Rest-druckpasten in den Faulturm eingebracht. Der so gewonnene Rücklauf diente als Referenz für den Sapromattest. Die Ergebnisse dieser Untersuchungen sind in Abbildung 25 für zwei Ver-suchsansätze bei unterschiedlichen Zugabemengen des Rücklaufs (Zentrat) zusammenge-fasst.

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mit Farbkonzentratmit Farbkonzentratohne Farbkonzentratohne Farbkonzentrat

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Abbildung 25: Einfluss der Farbkonzentrate auf die Nitrifikation der Faulschlammzentrate


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Auffallend ist, dass in den beiden Versuchsansätzen mit Farbkonzentraten der organische Stickstoffanteil zu Beginn mit einem Anteil von annähernd 20 % wesentlich höher ist als in den beiden Referenzansätzen. Nur die Hälfte dieser Stickstoffverbindungen wird durch die biologi-sche Aktivität hydrolisiert. Diese organischen Stickstoffverbindungen (die u.a. im Verdacht ste-hen den Nitrifikationsprozess zu stören) hatten aber keinen Einfluss auf das Ergebnis. Zwar ist bei einem Zentratanteil von 1 % am Ende des Versuchs im Versuchsansatz mit dem Farbkon-zentrat nicht alles Ammonium zu Nitrat oxidiert worden, Nitrit als Zwischenprodukt des Oxida-tionsprozesses und als Indikator für einen Hemmung ist allerdings auch nicht aufgetreten. Wird der höherkonzentrierte Versuchsansatz betrachtet, so ist sowohl im Versuchs- als auch im Referenzansatz nicht das gesamte Ammonium zu Nitrat oxidiert. Somit lassen sich den Nitrifi-kationsprozess beeinflussende Faktoren nicht explizit auf die Co-Fermentation der Farbkon-zentrate zurückführen. Aus den Versuchen ist zu folgern, dass die Mitbehandlung von Farb-konzentraten keine nachhaltigen Auswirkungen auf den aeroben Abbauprozess in der Biologie hat und somit kein Hinderungsgrund für die Co-Fermentation derselben vorliegt.


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3.1.4 Großtechnische Versuchsergebnisse zur Co-Fermentation 1

Auswirkungen der Restdruckpastenzugabe auf den Faulprozess Die nicht mehr verwertbaren Druckpasten im Textilbetrieb werden gesammelt bis die Menge zur Befüllung eines LKWs ausreicht. Bei diesen Restdruckpasten handelt es sich um ein Ge-misch der verschiedenen Druckpastenqualitäten, die weiter oben vorgestellt wurden. Der Hauptanteil entfällt dabei auf die Druckpasten mit Reaktivfarbstoffen und Dispersionsfarbstof-fen. Dieses Restdruckpastengemisch wird dann mit einem Tankfahrzeug zum Klärwerk trans-portiert und dort über den Vorlagebehälter in den Faulturm eingebracht (siehe auch Abbil-dung 1). Wie sich die im Klärwerk angelieferten Druckpastenmengen in den zurückliegenden Jahren entwickelt haben, veranschaulicht das folgende Diagramm.

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Abbildung 26: Entwicklung der anaerob vorbehandelten Druckpastenmengen


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In den Jahren 1996 bis 2000 wurden die Mengen an Druckpasten die über das Klärwerk ver-wertet wurden kontinuierlich gesteigert. In den folgenden drei Jahren blieb das Niveau dann vergleichsweise konstant bei ca. 700 m³/a. Ein deutlicher Rückgang auf ca. 500 m³/a war im Jahr 2003 zu verzeichnen. Die wesentlichen Gründe für den Rückgang im Jahr 2003 liegen in einer Optimierung der Restdruckpastenverwertung, in einem veränderten Artikelmix sowie in der insgesamt schlechteren Konjunkturlage. Die angelieferten Druckpasten werden in den ersten der beiden Faulbehälter eingespeist. Da auch noch andere Schlämme über die Schlammannahmestation angenommen werden, er-folgte die Zugabe einer Druckpastencharge in den Faulbehälter mit knapp 17 bis 18 m³ zu-meist binnen 24 Stunden. Damit liegen die Zugabemengen im Bereich von maximal ca. 20 % oder 0,2 kg/kg oTS der Faulmatrix. Am einfachsten und auch relativ unmittelbar bewerten lassen sich die biologischen Prozesse in der Faulung anhand der Faulgasbildung. In Abbildung 27 ist der zeitliche Verlauf der Faul-gasproduktion für einen dreijährigen Zeitraum aufgetragen. In einer weiteren Darstellung ist in Abbildung 28 die Faulgasproduktionsmengen in Abhängig-keit von der Schlammzufuhr in den Faulbehälter für die Tage mit Farbschlamm und die Tage ohne Farbschlammanlieferung aufgetragen. Aus den beiden Abbildungen geht hervor, dass die Bandbreite der Faulgasproduktion im dar-gestellten Zeitraum von ca. 2.000 bis ca. 6.000 m³/d reicht. Weder aus der Ganglieneindar-stellung noch aus der Auftragung der Faulgasproduktion über den zugeführten Schlammmen-gen lässt sich ein signifikanter Zusammenhang zwischen der Farbschlammeinspeisung in den Faulturm und der Faulgasproduktion erkennen. Die Verteilung der grünen Punkte ist annä-hernd vergleichbar mit der Verteilung der blauen Punkte. Eine Steigerung oder eine Minderung der Gasproduktion ist anhand der gewonnenen Daten nicht feststellbar.


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Abbildung 27: Faulgasproduktion mit und ohne Farbkonzentrate

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Gas

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ohne Farbschlamm

mit Farbschlamm

Abbildung 28: Faulgasproduktion in Abhängigkeit von der Schlammzufuhr und der Mitbehandlung von Restdruckpastenkonzentraten


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Um trotz der großen Schwankungsbreite der Gasproduktion in der Großtechnik gesicherte Aussagen zum Einfluss der Mitbehandlung von Konzentraten aus der Textilveredelungsindust-rie treffen zu können, wurden labortechnische Untersuchungen durchgeführt. In Abbildung 29 ist das Ergebnis dieser labortechnischen Tests für ein Farbkonzentrat, beste-hend aus der Restdruckpastenmischung des Textilbetriebes in System 1 aufgetragen.

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Abbildung 29: Faulgasbildungsverlauf in Abhängigkeit von der Konzentratzugabe

Nach Abbildung 29 ist bis zu einem Konzentrationsbereich von ca. 1 g/g oTS weder eine Hemmung noch eine Steigerung der Faulgasproduktion gegenüber dem Referenzansatz festzustellen. Im höheren Konzentrationsbereich ist eine Steigerung der Faulgasproduktion erkennbar. Aus dem Versuchsansatz lässt sich ableiten, dass sich die Druckpastenkonzen-trate gegenüber der Faulmatrix weitgehend inert verhalten. Um Einmaleffekte auszuschließen, wurde der Versuch mit einem anders zusammengesetzten Farbgemisch nochmals wiederholt.


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In diesem Versuch wurde gegenüber dem Referenzansatz eine geringfügige Steigerung der Faulgasproduktion festgestellt. Neben der Faulgasbildung wurde im Laufe der Untersuchungen auch der Methangehalt des Faulgases im Faulgas mehrmals untersucht. Das Ergebnis zu dem oben dargestellten Versuch ist in folgender Abbildung dokumentiert.

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Abbildung 30: Methanbildungsverlauf in Abhängigkeit von der Konzentratmenge

Aus der Abbildung geht hervor, dass auch bei der Methanbildung im Konzentrationsbereich bis ca. 1 g/g oTS keine Änderungen festzustellen sind. Insofern bestätigen die Laboruntersuchungen die großtechnischen Beobachtungen, dass in dem relevanten Belastungsbereich, der im Faulturm des Systems 1 im ungünstigsten Fall im Bereich von ca. 0,2 g/g oTS liegen kann, keine Hemmung der anaeroben Abbauprozesse zu erwarten ist. Ferner ist aus dem Ergebnis zu folgern, dass sich die Mischung der verschie-


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denen Druckpastenqualitäten genauso verhält wie die einzelnen Druckpasten in Reinqualität und es durch die Mischung zu keinen Sondereffekten kommt. Unter Laborbedingungen lagen die Entfärbungsraten in dem relevanten Belastungsbereich abhängig von der Wellenlänge zwischen rd. 10 und 60 %.


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Auswirkungen der Konzentraterfassung auf den Ablauf des Textilbetriebes und den Auslauf der Kläranlage

Die entscheidende Frage ist, wie sich das Behandlungskonzept mit der gezielten Ausschleu-sung der Farbkonzentrate aus dem aeroben Abwasserpfad und der anschließenden anaero-ben Vorbehandlung im Faulturm auf den Ablauf des Textilbetriebes sowie den Ablauf der Klär-anlage und somit auf das Gewässer auswirkt. In Tabelle 16 sind die Ergebnisse aus der Be-probung des Textilbetriebes zu Beginn und gegen Ende des Projektes gegenübergestellt. Hierbei ist ein Rückgang der Belastungen feststellbar.

Tabelle 16: Vergleich der mittleren Abwasserbelastungen im Ablauf des Textilbetriebes in den Jahren 2000 und 2002

Parameter Beprobung 2000

Beprobung 2002

∆

Qd m3/d 2.400 2.650 250 CSB kg/d 3.420 3.140 -280 AOX kg/d 2,2 1,6 -0,6 DFZ 436 nm m-1 47 39 -8 DFZ 525 nm m-1 63 35 -28 DFZ 620 nm m-1 62 24 -38

In den Jahren 2000 bis 2002 wurden täglich ca. 3 m³ an Druckpasten ausgeschleust. Unter der Annahme, dass diese Druckpasten ins Abwasser gelangt wären, hätten sich die CSB-Belas-tungen im Ablauf des Textilbetriebes um rd. 200 bis 250 kg/d erhöht. Effektiv wurde aber eine Abnahme um 280 kg/d festgestellt. In den folgenden beiden Abbildungen ist der Einfluss des Textilbetriebes auf die Abwasser-qualität im Kläranlagenauslauf dargestellt. Abbildung 31 zeigt die Summenhäufigkeitsvertei-lung der CSB-Konzentrationen und Abbildung 32 eine analoge Darstellung für die Farbbelas-tungen im Gelbbereich (DFZ 436 nm) im Kläranlagenauslauf.


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Abbildung 31: Summenhäufigkeitsverteilung der CSB-Konzentrationen im Ablauf der Kläranlage im Jahr 2002

Abbildung 32: Summenhäufigkeitsverteilung der Farbbelastung bei 436 nm im Ablauf der Kläranlage im Jahr 2002


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In den beiden Abbildungen sind jeweils die Restbelastungen an den Wochentagen (+ Textil) und an den Wochenenden (- Textil) aufgetragen. Aus Abbildung 31 geht hervor, dass an den Wochenenden die CSB-Restbelastungen um 5 bis 6 mg/l niedriger sind als an den Wochentagen. Wird unterstellt, dass die höheren Werte unter der Woche ausschließlich auf das Textilabwasser zurückzuführen sind, so entspricht dies einer Mehrbelastung von ca. 250 kg CSB/d im Kläranlagenablauf. Daraus wiederum lässt sich ein Eliminationsgrad für das Textilabwasser von über 90 % ableiten. Somit reduziert die Aus-schleusung einer Konzentratmenge von ca. 3 m³/d (ca. 225 kg CSB/d) die CSB-Restbelastun-gen im Ablauf der Kläranlage um ca. 20 kg CSB/d. Bei einer Abwassermenge von ca. 40.000 m³/d entspricht dies einer Konzentrationsänderung von lediglich 0,5 mg/l. Mit den her-kömmlichen Messmethoden ist dies nicht nachzuweisen. Insofern wird durch die anaerobe Vorbehandlung keine signifikante Verbesserung der CSB-Restbelastungen erzielt. Günstiger stellt sich die Situation bei den Farbbelastungen dar. Gemäß Abbildung 32 halbieren sich die Restfarbbelastungen, wenn kein Textilabwasser behandelt wird. Wenn man bedenkt, dass ca. 80 % der farbgebenden Produktion auf die Druckverfahren entfallen und gemäß der Druckpastenbilanz durch die Konzentraterfassung die Menge an Druckpasten, die ursprünglich ins Abwasser gelangten, von zuvor rd. 10 t/d auf aktuell ca. 7 t/d reduziert wurden, sollten die Änderung bei den Restfarbbelastungen nachweisbar sein. Die Auftragung der DFZ-Werte für die drei Farbbereiche in Abbildung 33 bestätigt dies.


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0,0

0,5

1,0

1,5

2,0

2,5

3,0

3,5

4,0

436 nm 525 nm 620 nm

DFZ

-Wer

t Abl

auf K

A m

-1

aerobe Farbschlammbehandlung 1990-94 (NKB)

anaerobe Farbschlammbehandlung 2000-03 (Sandfilter)

Abbildung 33: Restfarbbelastungen im Ablauf der Kläranlage vor und nach der Farbkonzentraterfassung.

Auffallend ist, dass die Farbzahlen nicht in allen Farbbereichen gleichmäßig zurückgegangen sind. Im Blaubereich (620 nm) haben sich die Restfarbbelastungen in etwa halbiert. Im Rotbe-reich liegt der Rückgang bei 32 % und im Gelbbereich bei ca. 26 %. Man muss daraus folgern, dass der Rückgang der Restfarbbelastungen auch noch durch andere Faktoren beeinflusst wurde. Möglicherweise spielten modische Einflüsse eine Rolle. Aber auch messtechnische Einflüsse lassen sich nicht ganz ausschließen. Zwar war die Wahl des Filters bei einem gerei-nigten Abwasser nicht so ausgeprägt wie im Rohwasserbereich, doch lassen sich analytische Einflüsse nicht ganz ausschließen, da nicht mehr nachzuvollziehen war, welche Filter in den Jahren 1990 bis 1994 verwendet wurden.


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Verbleib der Schadstoffe Sowohl über das zufließende Abwasser als auch über die angelieferten Farbkonzentrate wer-den Schadstoffe wie z.B. AOX und Schwermetalle eingetragen. Es stellt sich die Frage wo diese Schadstoffe verbleiben, ob sie z.B. über die Trübwässer wieder zurück in die Anlage verfrachtet werden und von dort in den Ablauf gelangen oder ob die Schadstoffe auf dem Faulschlamm verbleiben und so einer geordneten Entsorgung zugeführt werden können. Zur Klärung dieser Frage wurden die Schadstoffe im Zu- und Ablauf des Faulturms bestimmt. Auf Basis dieser Messungen im März 2002 wurden die Massenströme auf der Ein- und Austrags-seite des Faulturms in Tabelle 17 bilanziert.

Tabelle 17: Mengen und Schadstoffbilanz der anaeroben Behandlungsstufe in System 1

Parameter Faulturmeintrag Faulturmaustrag Anteil TVU Σ Schlamm Trübwasser Dickschlamm Q m³/d 3 250 223 27 CSB kg/d 225 10.600 90 5.430 TS kg/d 212 9.750 330 6.230 oTS kg/d 122 6.700 70 3.610 AOX g/d 430 1.930 1) 85 1.420 Cr g/d 12 380 < 5 390 Cu g/d < 3 1.440 < 5 1.520 Ni g/d < 5 < 520 < 8 167 Sn g/d < 16 < 1.750 < 25 < 213 Zn g/d < 4 7.040 52 7.340

1) ermittelt aus AOX Eintrag KA - AOX Austrag KA + AOX Druckpasten


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Die höchsten Schadstoffbelastungen auf der Eintragseite der Faulung findet man beim Para-meter AOX mit annähernd 2 kg/d, bei Zink mit ca. 7 kg/d und bei Kupfer mit 1,4 kg/d. Mess-bare Belastungen sind auch noch bei Chrom mit 380 g/d feststellbar. Einen erheblichen Bei-trag zu den Belastungen mit über 20 % leisten die Farbkonzentrate beim AOX. Geringer mit einem Anteil von nur 3 % ist der Beitrag zu den Chrombelastungen. Bei den weiteren unter-suchten Parametern konnte in den Restdruckpasten keine nennenswerten Belastungen fest-gestellt werden. Vergleicht man die Zahlen auf der Eintrags- mit denen auf der Austragseite, so ist festzustel-len, dass der Großteil der Schadstoff im Klärschlamm verbleibt und nur ein sehr kleiner Teil über die Trübwässer zurück in die Anlage verfrachtet wird. Bedingt durch die Analysenunge-nauigkeit können die Bilanzen nicht exakter ermittelt werden. Bei einer thermischen Verwertung des Klärschlammes, wie im Klärwerk von System 1 prakti-ziert, ist somit eine geordnete Entsorgung der Schadstoffe sichergestellt.


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3.2 System 2

In folgendem Schema ist eine weitere Kläranlage mit einem Textilbetrieb im Einzugsgebiet grob skizziert. Dieses System wird in den weiteren Ausführungen als System 2 bezeichnet. Das Klärwerk behandelt die Abwässer von zwei Gemeinden. Die Gemeinden selbst setzten sich, wie dargestellt aus mehreren Teilorten zusammen.

Klärwerk

TVU

RÜB

Ort A

Ort B

Ort CRÜB

weitere Teilorte

Puffer-becken

NKB

FB

TWB

SSI

SSII BB I BB II

VKB

Vorfluter

ÜS

RS

Rechen

Pufferbecken

Abbildung 34: Übersichtsschema System 2


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Der Textilbetrieb verfügt über ein Pufferbecken, in dem die Abwässer sowohl hydraulisch als auch hinsichtlich der organischen Belastungen vergleichmäßigt werden. Die Ableitung vom Textilbetrieb zum Klärwerk ist so gestaltet, dass das gesamte Textilabwasser biologisch gerei-nigt wird. Eine Entlastung von farblich belastetem Textilabwasser im Regenwetterfall ist im Normalfall nicht möglich. In Punkto Belastung ist der Textilbetrieb der dominierende Einleiter im Einzugsgebiet der Kläranlage.


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3.2.1 Bestandsaufnahme kommunale Kläranlage 2

Die kommunalen und gewerblichen Abwässer werden mechanisch und biologisch gereinigt. Die wesentlichen Anlagenteile sind in dem Schema (Abbildung 34) weiter oben dargestellt. Zur Ermittlung der Grundbelastungen der Kläranlage wurde das Betriebsjahr 2000 ausgewertet. Die Abwassermengen und die Abwasserbeschaffenheit im Zulauf der Anlage zeigen die statis-tischen Auswertungen der folgenden Tabelle.

Tabelle 18: Abwassermengen und -beschaffenheit im Zulauf der Kläranlage in System 2 im Jahr 2000

Parameter N min xm 84 % max Qd m³/d 366 1.108 2.713 3.636 4.873 Qdt m3/d 126 1.108 1.855 2.245 2.909 CSB mg/l 24 245 515 744 1.320 Pges mg/l 24 3,9 6,4 9,0 16,0 Nges

1) mg/l 24 8,9 39,6 60,2 104,4 NH4-N mg/l 24 4,0 17,8 27,1 47,0 DFZ436 nm m-1 68 0,9 8,6 14,9 32,4 DFZ525 nm m-1 68 0,8 6,3 11,0 25,9 DFZ620 nm m-1 68 0,1 4,5 8,5 17,9

1) ermittelt aus NH4-N/Nges = 0,45

Aus den Abwassermengen und den Konzentrationswerten wurden die Schmutzfrachten er-mittelt. Diese sind in Tabelle 19 zusammen mit den EW-Belastungswerten dargestellt.


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Tabelle 19: Schmutzfrachten im Zulauf zur Kläranlage in System 2 im Jahr 2000

Parameter N min xm 84 % max EW 1)

CSB kg/d 24 547 1.241 1.693 3.602 14.110

Pges kg/d 24 8 15 18 44 10.000

Nges kg/d 24 31 84 100 136 9.090

1) Bemessungswerte CSB: 120 g/EW·d Pges 1,8 g/EW·d Nges 11 g/EW·d

Nach Tabelle 19 lagen die Belastungen im Zulauf der Anlage im Betrachtungszeitraum zwi-schen ca. 9.000 und 14.000 EW. Der deutliche Unterschied zwischen den Nährstoffen und den organischen Belastungen weist auf erhebliche industrielle bzw. gewerbliche Einflüsse hin. In einem ersten Reinigungsschritt werden gröbere Abwasserinhaltsstoffe mit einem Feinre-chen entnommen. Die spezifisch schwereren mineralischen Bestandteile im Abwasser werden in dem nachfolgenden Sandfang abgeschieden. Der Sandfang ist belüftet und dient damit gleichzeitig der Fettabscheidung. Das entnommen Sand und Rechengut sowie die Fette wer-den auf einer Deponie entsorgt. Das von den Grobstoffen befreite Abwasser wird nun in der Vorklärung (V = 250 m³) weiter mechanisch aufbereitet, indem unter dem Einfluss der Schwer-kraft partikuläre Abwasserinhaltsstoffe abgeschieden werden. Eine Zusammenstellung der Schmutzfrachten des Abwassers nach der mechanischen Reini-gung sind gemeinsam mit der Reinigungsleistung der mechanischen Reinigungsstufen und den aus den spezifischen Belastungswerten abgeleiteten EW-Werten in Tabelle 20 aufgeführt.


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Tabelle 20: Schmutzfrachten im Zulauf der Biologie und Reinigungsleistung mechanische Reinigungsstufe 2000

Parameter N min xm 1) 84 % 3) max η EW 1)

CSB kg/d 60 291 562 754 1.119 53 % 8.380

Pges kg/d 60 6,2 11,7 14,7 18,7 16 % 9.190

Nges kg/d 86 19 91 111 157 -11 % 9.250

1) Bemessungswerte: CSB 90 g/EW·d Pges 1,6 g/EW·d Nges 12 g/EW·d

Das der Kläranlage zufließende Abwasser weist einen hohen Anteil an partikulären Inhalts-stoffen auf, da durch die mechanische Abscheideeinrichtungen bereits mehr als 50 % der or-ganischen Belastungen entnommen werden. Die CSB-Belastungen werden von durchschnitt-lich 1.241 kg CSB/d auf 562 kg CSB/d reduziert. Aus dem spezifischen Belastungswert von 90 g CSB/EW·d und dem 84 %-wert von 754 kg CSB/d errechnet sich eine Belastung von 8.350 EW. Ausgelegt ist die Biologie des Klärwerks in System 2 auf eine Belastung von 8.500 EW, d.h. die Anlage ist weitgehend ausgelastet. Im üblichen Rahmen bewegt sich die Eliminationsleistung beim Phosphor: im Mittel 16 %. Beim Parameter Stickstoff ist bedingt durch die Trübwassereinleitungen eine Zunahme der Belastungen um 11 % zu verzeichnen. Die aus den 84 %-Werten und den spezifischen Belastungswerten abgeleiteten EW-Werte entsprechen in etwa denen von 9.200 natürlichen Einwohnern. Anschließend an die mechanische Reinigung wird der Ablauf der Vorklärung in einem weiteren Reinigungsschritt in der Belebung (V = 600 m³) biologisch behandelt. Nach Abscheidung des Belebtschlammes in der Nachklärung wird das mechanisch biologisch gereinigte Abwasser in den Vorfluter abgeleitet. Der im Nachklärbecken sedimentierte Schlamm wird mit einem Pump-werk als Rücklaufschlamm für einen erneuten Umlauf zurück in die Biologie gefördert. Der beim Reinigungsprozess gebildete Überschussschlamm wird in den Zulauf der Vorklärung ein-geleitet, dort zusammen mit dem Rohschlamm abgeschieden und der anaeroben Schlammbe-handlung zugeführt.


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Eine Übersicht zur Abwasserbeschaffenheit im Ablauf der Kläranlage zeigt die statistische Auswertung in Tabelle 21.

Tabelle 21: Abwasserbeschaffenheit Ablauf und Reinigungsleistung Kläranlage in System 2 in den Jahren 1999/2000

Parameter N min xm 84 % max η % CSB mg/l 199 7 31 41 65 94

Pges mg/l 199 0,1 0,4 0,6 0,9 93

Nges 1) mg/l 219 1,7 16,1 22,6 36,7 59

Nanorg mg/l 219 1,4 13,1 18,4 29,8 -

NH4-N mg/l 219 0,0 0,5 1,4 4,8 97

NO3-N mg/l 219 0,9 12,6 18,0 29,5 -

NO2-N mg/l 67 0,0 0,2 0,4 1,5 - DFZ435nm m-1 68 0,6 2,1 3,0 9,7 63

DFZ525nm m-1 68 0,2 1,7 2,9 6,6 62

DFZ620nm m-1 68 0,0 0,9 1,8 5,0 70

1) aus Verhältnis Nges/Nanorg = 1,23 abgeleitet

Aus der Tabelle ist zu entnehmen, dass das Klärwerk gute Reinigungsergebnisse liefert. Die Ablaufqualität liegt deutlich unter den Mindestanforderungen der im Anhang 1 WHG festge-legten Grenzen. Trotz der relativ hohen Auslastung der Biologie kann die Anlage die Ammoni-umrestbelastungen unter 5 mg/l halten. D.h. die Anlage nitrifiziert ganzjährig, allerdings nicht immer stabil. In den Wintermonaten sind gelegentlich Restammoniumgehalte bis zu 5 mg/l im Ablauf der Kläranlage festzustellen. Die im Wesentlichen auf die Einleitungen des Textilbetriebes zurückzuführenden Farbbelas-tungen werden abhängig vom Farbbereich zwischen ca. 60 und 70 % entnommen. Aufgrund


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der Beobachtungen und des dynamischen Verhaltens beruht die Farbelimination primär auf einer Adsorption an den Belebtschlamm. Bei der mechanischen und biologischen Reinigung fällt Schlamm an. Dieser Schlamm wird im Faulturm (V = 1.200 m³) der Anlage anaerob stabilisiert. Die wesentlichen Betriebsparameter und die Schlammmengen sind in der folgenden Tabelle zusammengestellt.

Tabelle 22: Bilanzierung der anaeroben Behandlungsstufe 1999/2000

Parameter

Faulturmeintrag Schlammmenge m³/a 5.480 m³/d 15 TS-Gehalt % 4,2 Schlammanfall t TS/a 228

Faulturmaustrag Trübwasser m³/a Faulschlamm m³/a Faulschlammmenge t TS/a Gasproduktion m³/a

3.180 2.300

143 77.900


6,2 43

Schlammalter d 80

Bei einer durchschnittlichen Schlammmenge von 15 m³/d im Zulauf des Faulturms errechnet sich bei einem Gesamtvolumen des Faulbehälters von 1.200 m³ eine durchschnittliche Ver-weilzeit des Schlammes von 80 Tagen in der Anaerobstufe. Betrieblich erforderlich wären ca. 20 Tage. Aus dem Vergleich dieser beiden Zahlen wird ersichtlich, dass der Faulbehälter der Anlage überproportional große Reserven aufweist. Eine Folge der langen Aufenthaltszeit ist,


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dass der Klärschlamm mit oTS-Gehalten von 43 % sehr gut ausgefault ist. Die Entwässerung des Faulschlammes erfolgt durch mobile Entwässerungseinrichtungen. In der Regel finden jährlich 4 bis 5 Entwässerungskampagnen statt. Der entwässerte Schlamm wird derzeit noch in Rekultivierungsmaßnahmen verwertet, allerdings ist ein Ausstieg aus der bodenbezogenen zugunsten einer thermischen Verwertung geplant. Zur Zwischenspeicherung der Schlämme besitzt die Anlage zwei Schlammstapelbehälter mit jeweils 250 m³ Speichervolumen. Außerdem hält die Anlage noch einen Trübwasserspeicher zur Bewirtschaftung der bei der Entwässerung und der statischen Eindickung des Schlammes anfallenden Trübwässer vor.


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Der Textilbetrieb wurde im Jahr 1955 gegründet. Ein stetiges Wachstum der Firma machte einen Neubau im Jahr 1971 am derzeitigen Standort erforderlich. Schwerpunktmäßig veredelt das Unternehmen Stickereien und Maschenstoffe sowie Scherplüsch und Fleecestoffe für den modischen, medizinischen und den umwelttechnischen Bereich. Abbildung 35 zeigt ein ver-einfachtes Verfahrensschema der Produktion inkl. Abwasserströme.

Sanitärabwasser

Appretur

VorbehandlungWaschen, Bleichen...

FarbgebungDispersions - & Reaktivfarbstoffe

Brauchwasseraufbereitung

Pufferbecken350 m3

pH

NaOH

HCl

Luftwäscher

MID

Kläranlage

zur Ortskanalisation

Flusenabscheider

Fixierabluft

Abluft

Dunstabsaugung

Verdunstung

Entsorgung

Abbildung 35: Verfahrensschema Textilbetrieb System 2


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Aufgrund der hoch ausgelasteten Kläranlage musste der Textilbetrieb zur Vergleichmäßigung der hydraulischen Belastungen und der Schmutzfrachten Mitte der 80er Jahre ein Puffer-becken erstellen. Dieses Becken hat ein Fassungsvermögen von 350 m³ und ermöglicht damit mindestens einen Tagesausgleich. Wie aus dem Verfahrensschema ersichtlich wird laufend ein Teilstrom von dem Pufferbecken über die Neutralisationseinheit gepumpt, so dass nur neutralisiertes Abwasser zur Kläranlage abgeleitet wird. In der folgenden tabellarischen Übersicht sind die Min-, Mittel- und Max-Werte der Abwasser-mengen und der Abwasserbeschaffenheit im Ablauf des Textilbetriebes aus einem vierwöchi-gen Beprobungszyklus zusammengefasst.

Tabelle 23: Abwassermengen und Ablaufbeschaffenheit des TVU 2

Parameter N min xm max Qd m³/d 20 129 236 313

CSB mg/l 20 950 1.584 2.440 Pges mg/l 20 2,1 11,0 21,6 Nges mg/l 17 7,5 15,1 31,5 NH4-N mg/l 20 0,2 0,6 1,3 NO3-N mg/l 20 1,9 5,0 14,4 AOX mg/l 2 0,58 0,62 0,66

An den Produktionstagen hat der Betrieb durchschnittlich 236 m³ Abwasser produziert. Von der Belastung her ist das Abwasser im Vergleich zu kommunalem Abwasser wesentlich höher verschmutzt. Die organischen Belastungen gemessen als CSB reichen von 950 mg/l bis zu 2.440 mg/l bei einem Mittelwert von ungefähr 1.600 mg/l. Deutlich geringer sind hingegen die Nährstoffbelastungen die nur im Bereich von ca. 1 % bezogen auf die organischen Belastun-


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gen liegen. Der Stickstoff im Ablauf war überwiegend organischer Natur, nur rd. ein Drittel des Stickstoffs liegt in Form anorganischer Stickstoffkomponenten vor. Vergleichsweise hoch mit einer Konzentration von 0,62 mg AOX/l sind die halogenorganischen Verbindungen. Aus der Multiplikation der Abwassermengen mit den Konzentrationen lassen sich die Schmutz-frachten im Ablauf des Textilveredlungsbetriebes ermitteln. Diese sind in Tabelle 24 zusam-men mit den Frachtanteilen des Betriebes am Gesamtzulauf der Kläranlage aufgetragen.

Tabelle 24: Schmutzfrachten im Ablauf des TVU 2 und Schmutzfrachtanteile am Gesamtzulauf der Kläranlage 2

Parameter N min xm max Anteil % 1) CSB kg/d 20 210 370 590 38

Pges kg/d 20 0,4 2,1 4,5 24

Nges kg/d 17 0,4 3,2 6,3 5

AOX g/d 2 140 151 162 72

1) bezogen auf das Messprogramm

Während der Untersuchungen hat der Textilbetrieb rd. 38 % zur organischen Gesamtbelas-tung der Kläranlage beigetragen. Beim Phosphor lag der Anteil bei 24 % und beim Stickstoff bei 5 %. Überproportional hoch war der Anteil des Textilbetriebes beim Parameter AOX. Fast drei Viertel der Gesamtbelastungen lassen sich dem Textilbetrieb zuordnen. An den untersuchten Tagen wurden im Textilbetrieb durchschnittlich 2,3 t an Textilware verar-beitet. Bezieht man den Abwasseranfall auf die verarbeiteten Waren, so bekommt man den spezifischen Abwasseranfall, der hier bei durchschnittlich 114 l/kg Ware lag. Bei Bezug auf die CSB-Fracht erhält man die spezifische organische Belastung als weitere Kenngröße. Wie aus Tabelle 25 hervorgeht, lag die Bandbreite hier zwischen 84 und 348 g CSB/kg bei einem Mit-telwert von 177 g/kg.


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Tabelle 25: Produktionsdaten und spezifische Werte

Parameter N min xm max

Produktion kg/d 20 950 2.314 3.972 Qspezifisch l/kg 20 48 114 258 CSBspezifisch g/kg 20 84 177 348


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Eine Erkenntnis der Bestandsaufnahme war, dass durch die vielfältige Nutzung der Maschinen im Textilbetrieb des Systems 2 ein gezielter Zugriff auf Konzentrate weder technisch noch be-triebswirtschaftlich umsetzbar ist. Im Gegensatz zu System 1 wurde in diesem Fall nicht gezielt auf Konzentrate zugegriffen, sondern als Ansatz eine End-of-Pipe Lösung zur Reduzierung der Farbbelastungen favorisiert. Aufgrund des geringen Investitionsaufwandes kann solch ein Lö-sungsansatz für kleinere Betriebe durchaus interessant sein. Ein weiterer Vorteil solch einer Lösung ist die hohe betriebliche Flexibilität. Eine derartige Vorbehandlung kann ohne größeren betriebstechnischen Aufwand in Betrieb genommen werden und bei Bedarf auch schnell wie-der abgeschaltet werden. In Voruntersuchungen hat sich gezeigt, dass durch Fällung und Flockung mit einem alumini-umhaltigen und polymerversetzten Fällmittel die Farbbelastung deutlich reduziert werden konnten. Die Ergebnisse dieser Untersuchungen sind in den folgenden beiden Abbildungen dargestellt. Aus Abbildung 36 ist zu entnehmen, dass abhängig von der Zugabemenge des Fällmittels sich die Farbbelastungen im Rohabwasser um annähernd 90 % mindern lassen. Durch die Fällung wurde auch ein erheblicher Teil der gelöst vorliegenden organischen Belastungen in eine par-tikuläre und somit sedimentierbare Form überführt. Diesen Sachverhalt dokumentiert Abbil-dung 37.


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0

10

20

30

40

50

60

70

80

0 23 46 69 92 115 138Al mg/l

DFZ

m-1

DFZ 436nm

DFZ 525nm

DFZ 620nm

Abbildung 36: Entfärbungswirkung eines aluminiumhaltigen Fällmittels mit dem Abwasser aus TVU 2

1040

200

900

340

650

590

640

600

0%

10%

20%

30%

40%

50%

60%

70%

80%

90%

100%

CSB

-Ant

eile

mg/

l

0 23 46 69

Al mg/lgelöster CSB partikulärer CSB

Abbildung 37: CSB-Konzentrationen im Abwasser TVU 2 nach Vorbehandlung mit Polyaluminiumchlorid


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Mit Wirksubstanzmengen von ungefähr 50 mg Al3+/l lassen sich ca. 40 % der gelöst vorliegen-den Belastungen ausfällen. Somit sind annähernd 50 % der vom Textilbetrieb ausgehenden organischen Belastungen durch Sedimentation abscheidbar. Angesichts der hohen Belastung der Kläranlage ist dieser Effekt günstig, da hierdurch eine erhebliche Entlastung für die Biolo-gie erzielbar ist. Das durch die Fällung gebildete Konzentrat enthält einen wesentlichen Teil der Farbbelastun-gen. Da die gebildeten Flocken gut sedimentieren, können diese großtechnisch in der Vorklä-rung abgeschieden und die Konzentrate der Faulung zugeführt werden. Verfahrenstechnisch sind bei diesem Lösungsansatz verschiedene Zugabestellen denkbar. Neben einer Dosierung der Fällungschemikalien direkt in den Ablauf des Textilbetriebes lässt sich der gewünschte Effekt auch durch eine Vorfällung oder durch eine Simultanfällung auf dem Klärwerk selbst so-wie durch eine Kombination der verschiedenen Dosierstellen erreichen. Im großtechnischen Versuch wurden diese verfahrenstechnischen Varianten auf ihre Praxistauglichkeit untersucht. Ziel dieser Untersuchung war eine unter betriebswirtschaftlichen und abwassertechnischen Gesichtspunkten optimale Lösung zu finden. Im Rahmen der Voruntersuchungen wurden durch Fällung Konzentrate erzeugt die dann unter labortechnischen Bedingungen vom Kooperationspartner am ISWA der Universität Stuttgart analysiert wurden. Dabei wurden sowohl Konzentrat im Ablauf des Textilbetriebs als auch aus dem Mischabwasser im Zulauf der Kläranlage gewonnen. In einem ersten Versuch wurde mit dem Ablauf des Textilbetriebes ein Konzentrat durch Zu-gabe von 50 mg Al3+/l erzeugt. Die Beschaffenheit des unbehandelten und des behandelten Textilabwassers ist in der folgenden Tabelle beschrieben.


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Tabelle 26: Abwasserbeschaffenheit des Textilabwassers vor und nach Fällmittelzugabe

Parameter unbehandeltes Rohabwasser

behandeltes Rohabwasser

η [%]

pH 8,8 7,2 - CSBhom mg/l 1.030 - - CSBfilt mg/l 930 580 38 DFZ 436 nm m-1 30,3 6,2 80 DFZ 525 nm m-1 21,1 4,4 79 DFZ 620 nm m-1 17,6 3,4 81

Durch die Fällmittelzugabe wurde der pH um 1,5 Einheiten abgesenkt. Weiter wurden durch die Fällung 38 % der zuvor gelösten CSB-Belastungen in eine sedimentierbare Form überführt und die ursprünglichen Farbbelastungen um ca. 80 % in allen drei Farbbereichen vermindert. Das erzeugte Konzentrat wurde dann einem anaeroben Abbautest unterzogen. Ziel dieser Untersuchung war die Gewinnung von Aussagen zum Abbauverhalten der Konzentrate in einem anaeroben Milieu sowie von Erkenntnissen über nachhaltige Einflüsse auf die Faulmat-rix. Das Ergebnis dieser Untersuchung ist in Abbildung 38 grafisch dargestellt. Die weiteren chemischen Analysen zum erzeugten Konzentrat findet man im Anhang dieses Berichts.


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0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

Faul

gasv

olum

en

[mL/

g oT

S]

0

10

20

30

0,00

1,29

2,65

5,59

12,5

8

33,5

6

Zeit [d]


Abbildung 38: Anaerobes Abbauverhalten eines durch Fällung erzeugten Farbkonzentrat aus dem Ablauf des Textilbetriebes in System 2

Bedingt durch den partikulären Charakter des Sediments und die Art der Probenvorbereitung (Filtration) lassen sich in den erzeugten Konzentrate messtechnisch keine Farbbelastungen nachweisen, obwohl das Sediment optisch stark gefärbt war, was aus dem Vergleich der Farbzahlen vor und nach der Behandlung mit Fällmittel auch zu erwarten ist. Da die farbhalti-gen Partikel bei der Probenvorbereitung abfiltriert werden, lässt sich qualitativ kein Entfär-bungseffekt nachweisen, weil die Referenzmessung fehlt. Für solche Fälle ist die DIN-Vor-schrift zur Bestimmung der Farbzahl ungeeignet. Auf die weitere Problematik der Farbzahlbe-stimmung wurde bereits weiter oben eingegangen. Aus den Abbauversuchen ist zu entnehmen, dass im Konzentrationsbereich bis zu ca. 2,5 g/g oTS eine deutliche Steigerung der Faulgasproduktion festzustellen ist. Bei einer weiteren Stei-gerung der Zugabemengen kann das zusätzliche Substrat nicht mehr verstoffwechselt werden. Das Substrat verhält sich in Konzentrationsbereichen von 5,6 bis ca. 34 g/g oTS gegenüber der Faulmatrix inert. Überträgt man die Ergebnisse dieses Laborversuchs auf die Großtechnik,


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so kommt man bei einem Schlammalter von 80 d und der Annahme dass das Konzentrat nicht abgebaut wird auf Gleichgewichtskonzentrationen von ca. 35 g/g oTS. Nach Abbildung 38 ver-hält sich das Konzentrat in diesem Konzentrationsbereich inert, so dass keine Hemmung des anaeroben Abbaus durch die Farbkonzentrate zu erwarten ist. Den Beleg hierfür liefert folgen-der Versuch. Analog zu dem Vorgehen mit der Ablaufprobe des Textilbetriebes wurde mit dem Gesamtab-wasser aus dem Zulauf der Kläranlage ein Konzentrat durch Zugabe von 16 mg Al3+/l erzeugt. Die Abwasserparameter in der behandelten und in der unbehandelten Probe sind in Tabelle 27 zusammengestellt.

Tabelle 27: Abwasserbeschaffenheit des Textilabwassers vor und nach Fällmittelzugabe

Parameter unbehandeltes Rohabwasser

behandeltes Rohabwasser

η [%]

pH 8,0 7,4 - CSBhom mg/l 1.070 - CSBfilt mg/l 485 160 67 DFZ 436 nm m-1 37,8 3,5 91 DFZ 525 nm m-1 29,9 2,0 93 DFZ 620 nm m-1 24,6 1,2 95

Bedingt durch das saure Fällmittel wurde auch bei diesem Versuchsansatz der pH-Wert abge-senkt. Die gelösten CSB-Belastungen werden sehr effektiv in eine partikuläre sedimentierbare Form überführt. Sehr effektiv lassen sich mit dem verwendeten Fällmittel auch die Farbbelas-tungen vermindern. Im vorliegenden Fall lag der Farbeliminationsgrad in allen drei Farbberei-chen deutlich über 90 %. Das gebildete Konzentrat wurde dann am ISWA der Universität Stuttgart auf sein anaerobes Abbauverhalten hin untersucht. Das Ergebnis ist in der folgenden Abbildung dargestellt.


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Faul

gasv

olum

en

[mL/

g oT

S]

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30

0,00

2,65

5,59

12,5

8

33,5

6

Zeit [d]


Abbildung 39: Anaerobes Abbauverhalten eines durch Fällung erzeugten Konzentrates aus dem Zulauf der Kläranlage in System 2

Die Zugabe des Konzentrates zur Faulmatrix hatte im gesamten Belastungsbereich eine deut-liche Steigerung der Gasproduktion zur Folge. Die ist nicht weiter verwunderlich, da neben den Farbbelastungen aus dem Textilbetrieb dieses Konzentrat zu einem wesentlichen Teil aus organischen Belastungen des kommunalen Abwassers besteht. Die in dem Konzentrat ent-haltenen Textilfarbstoffe und sonstigen Textilhilfsmittel zeigten in diesem Versuchsansatz in keiner Weise eine hemmende Wirkung. Als Fazit aus den Laboruntersuchungen ergibt sich, dass die durch Fällung erzeugten Kon-zentrate den anaeroben Abbau im Faulturm der Kläranlage nicht beeinträchtigen.


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Nachdem die Ergebnisse der Voruntersuchungen Erfolg versprechend waren, wurde die Stra-tegie der Konzentraterzeugung mit einem geeigneten Fällmittel großtechnisch realisiert und untersucht. Mit dieser Vorgehensweise ist eine Vielzahl verschiedener Verfahrensvarianten denkbar. Klassisch würde man das Konzentrat im Textilbetrieb erzeugen, das Konzentrat se-parieren und dieses dann wie z.B. in System 1 zum Klärwerk transportieren. Solch eine Vor-gehensweise ist allerdings mit einem erheblichen finanziellen und bautechnischen Aufwand verbunden. So müsste z.B. im Textilbetrieb eine Abscheideeinrichtung sowie Speichervolumen für die Konzentrate erstellt werden. Im Klärwerk wären eine Annahmestation und/oder ein Zwi-schenspeicher für die Konzentrate erforderlich. Viel einfacher und kostengünstiger wäre es, wenn der Textilbetrieb die ausgefällten Textilfarb-stoffe über das Kanalnetz ableiten, diese dann über die vorhandene Vorklärung des Klärwerks abscheiden und dem Faulturm zuführen könnte. Eine derartige Vorgehensweise setzt aller-dings voraus, dass die erzeugte Flocke stabil bleibt und auf dem Weg zum Klärwerk nicht zerfällt. Diese Frage kann nur der großtechnische Versuch klären. Eine Alternative zu dem oben beschrieben Ansatz mit der Fällmittelzugabe im Textilbetrieb wäre die Fällmitteldosierung im Klärwerk und die Phosphatelimination mit der Farbelimination zu kombinieren. Auch bei dieser verfahrenstechnischen Variante sind verschiedenste Strate-gien denkbar. Die Voruntersuchungen haben gezeigt, dass man mit einer Vorfällung die Tex-tilfarbstoffe sehr effektiv abscheiden kann. Grundsätzlich sollte auch eine Zugabe des Fällmit-tels in die Biologie zur Verstärkung des bereits vorhandenen Adsorptionseffektes zielführend sein. Weitere Alternativen wären eine Kombination aus Vor- und Simultanfällung oder eine zweigleisige Strategie mit zwei verschieden Fällmitteln, wobei das aluminiumhaltige und poly-merversetzte Fällmittel (PAC) nur bei Bedarf zudosiert wird. Da das PAC im Vergleich zu her-kömmlichen Fällmitteln vergleichsweise teuer ist, würde sich dies lohnen. Allerdings erfordert diese Strategie eine zweite Dosierstrasse. Im großtechnischen Versuch wurde die reine Simultan- sowie eine Kombination aus Simultan- und Vorfällung im Klärwerk untersucht. Außerdem wurde das PAC im Textilbetrieb eingesetzt. Dabei wurde im Klärwerk selbst mit dem herkömmlichen Fällmittel (Südflock K2) gearbeitet.


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In Abbildung 40 ist am Beispiel des Rotbereichs (525 nm) der zeitliche Verlauf der großtechni-schen Versuche in System 2 skizziert. Die eigentlichen Versuchszeiträume sind durch Pfeile und eine andere Füllfarbe hervorgehoben. Der Zeitpunkt von September 2001 bis Ende März 2002 diente als Referenzbereich zur Ermittlung der Farbgrundbelastungen im Klärwerk. Im April 2002 ist man im Klärwerk auf das PAC als Fällmittel umgestiegen und hat in zwei Ver-suchsabschnitten die Auswirkungen des PACs bei einer reinen Simultan- und der Kombination einer Simultan- und Vorfällung untersucht. Nachdem das PAC aufgebraucht war, hat man wie-der mit dem herkömmlichen Fällmittel weitergearbeitet. Im März 2003 wurde dann noch ein Versuch im Textilbetrieb mit dem PAC durchgeführt.

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20

30

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50

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70

80

Sep 01 Nov 01 Jan 02 Mrz 02 Mai 02 Jul 02 Sep 02 Nov 02 Jan 03 Mrz 03 Mai 03

DFZ

525

nm m

-1

ZulaufAblaufAblauf TVU

KA Südflock K2 KA Südflock

PAC Simultan PAC Simult + Vorf PAC TVU

Abbildung 40: DFZ-Werte bei 525 nm im Zu- und Ablauf der Kläranlage sowie im Ablauf Textilbetrieb


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Aus Abbildung 40 kann man entnehmen, dass die Farbbelastungen im Zulauf der Kläranlage einer relativ großen Schwankungsbreite unterworfen sind. Ursächlich sind neben den wetter-bedingten Einflüssen u.a. auch saisonale und produktionsbedingte Einflüsse im Textilbetrieb. Erschwerend kam noch hinzu, dass das Textilveredlungsunternehmen gegen Ende 2002 in wirtschaftliche Schwierigkeiten geriet und sich die Randbedingungen somit nochmals verän-derten, was sich vor allem in einer reduzierten Produktion widerspiegelte. Insgesamt er-schwerte dies die Bewertung der großtechnischen Versuchsergebnisse. Wie sich die Ausgangsbedingungen in den einzelnen Versuchsabschnitten darstellten, ist in folgender Tabelle an Hand der Mittelwerte zusammengefasst. Die weiteren statistischen Kennzahlen zu den einzelnen Versuchsabschnitten können dem Anhang entnommen werden.

Tabelle 28: Farbzahlen im Zulauf der Kläranlage in System 2 für verschiedene Versuchsabschnitte (Mittelwerte)

Zulauf KA Referenz-zeitraum

Simultan - Fällung KA

Simultan + Vorfällung KA

Fällung Textilbetrieb

Qd m³/d 2.444 2.430 2.729 2.429

Qdt m³/d 2.009 2.093 2.456 2.017

Qd TVU m³/d 176 194 140 105

Q TVU % 7,2 8,0 5,1 4,3

PAC Me3+/l 5,6 5,8 6,4 5,5 / 501)

DFZ436nm m-1 14,1 15,2 13,5 5,7

DFZ525nm m-1 10,4 10,0 9,1 4,6

DFZ620nm m-1 8,1 6,2 6,7 3,3

1) Südflock K2 mit 5,5 mg/l auf KA und PAC mit 50mg/l im Textilbetrieb


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In grober Näherung waren die hydraulischen Verhältnisse im Zulauf des Klärwerks vergleich-bar. Allerdings war der hydraulische Beitrag des Textilbetriebes in der zweiten Jahreshälfte 2002 bedingt durch die wirtschaftlichen Schwierigkeiten deutlich rückläufig. Nichtsdestotrotz waren die Farbbelastungen im Rohabwasser von der Größenordnung her in etwa vergleichbar mit dem Referenzzeitraum. Im letzten Versuchsabschnitt, bei dem das Fällmittel in das Puffer-becken des Textilbetriebs zugegeben wurde, ist ein deutlicher Rückgang der Farbbelastungen im Zulauf des Klärwerks feststellbar. Dieser Rückgang ist darauf zurückzuführen, dass die im Textilbetrieb gebildete Flocke auf dem Weg zum Klärwerk nicht zerfällt, sondern wie erhofft stabil bleibt. Durch die Filtration die bei der Probenvorbereitung wird die Flocke zurückgehal-ten. Dass dies tatsächlich der Fall ist und nicht sonstige Effekte eine Rolle spielen, wurde ge-prüft, indem die Fällmitteldosierpumpe für einen Tag abgeschaltet wurde. An diesem Tag sind die Farbzahlen sowohl im Ablauf des Textilbetriebes als auch im Zulauf der Kläranlage signifi-kant angestiegen. Der betreffende Tag Ende März 2003 ist in Abbildung 40 durch nicht gefüllte Punkte gekennzeichnet. Auch die anfänglichen Probleme mit dem Betrieb der Dosierpumpe unterstreichen die Effizienz des Verfahrens. Aus den Farbmessungen ist deshalb zu folgern, dass die im Textilbetrieb erzeugten „Konzentrate“ auf dem Weg zur Kläranlage weder durch die mechanische Beanspruchung noch durch die Mischung mit den anderen kommunalen Ab-wässern zerstört werden und somit in der Vorklärung abscheidbar sind. Damit ist eine Grund-voraussetzung für eine wirkungsvolle Entfärbung und anschließende Co-Fermentation im Faulturm erfüllt. Wie sich die Farbbelastungen im Ablauf des Textilbetriebes durch die Zugabe von PAC mit Wirksubstanzmengen von ca. 50 mg Al3+/l veränderten ist in Abbildung 41 dokumentiert.


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5

10

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ohne Fällmittel mit Fällmittel

DFZ

m-1

445 nm

525 nm

620 nm

Abbildung 41: Farbbelastungen im Textilabwasser ohne (2. HJ 2002) und mit Fällmittelzugabe (März 2003)

Die Ergebnisse des großtechnischen Versuches mit Farbeliminationsleistungen im Bereich von 85 % bestätigen im Wesentlichen die Voruntersuchungen im Labor. Letztendlich entscheidend für die Fragestellung dieses Forschungsprojektes ist aber, wie sich die Maßnahmen auf die Farbbelastungen an der Einleitstelle in den Vorfluter auswirken. In Abbildung 42 sind die Ergebnisse der großtechnischen Versuche auf Basis der Mittelwerte und der 84 %-Werte zusammengefasst. Der 84 %-Wert ergibt sich aus dem Mittelwert und der einfachen Standardabweichung. Die Standardabweichung ist ein Maß für die Streubreite der zugrunde liegenden Grundmenge, je kleiner der Wert umso geringer ist die Streuung. Der 84 %-Wert spielt bei der Anlagenüberwachung eine entscheidende Rolle, da er näherungs-weise den theoretisch einzuhaltenden Grenzwert bei einer Überwachung nach der Vier von Fünf-Regel beschreibt.


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0,5

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3,5

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Referen

z

Simulta

nTVU

Referen

z

Simulta

nTVU

Referen

z

Simulta

nTVU

DFZ

m-1

dunkler Hintergrund: Mittelwertheller Hintergrund: 84 %-Wert

436 nm 525 nm 620 nm

Abbildung 42: Restfarbbelastungen im Ablauf des Klärwerks bei verschiedenen Betriebseinstellungen

Im Vergleich zur herkömmlichen Betriebsweise mit Südflock K2 als Fällmittel lassen sich mit dem PAC die Farbbelastungen an der Einleitstelle in den Vorfluter deutlich reduzieren wie Ab-bildung 42 verdeutlicht. Im Mittel ist gegenüber dem Referenzzeitraum ein Rückgang der Farbbelastungen um ca. ein Drittel in allen drei Farbbereichen festzustellen. Neben der Ab-nahme der Durchschnittswerte ist auch eine deutliche Abnahme bei der Schwankungsbreite festzustellen. Hierdurch war der Betrieb während der einzelnen Versuchsabschnitte wesentlich prozessstabiler als im Referenzzeitraum. Aus den Versuchen ergibt sich weiter, dass die Zugabestelle keinen wesentlichen Einfluss auf das Ergebnis hat. Zwar wurden die besten Ablaufergebnisse bei der direkten Zugabe im Tex-tilbetrieb erzielt. Unter Berücksichtigung der unterschiedlichen Randbedingungen wie z.B. die schwankenden hydraulischen Anteile des Textilbetriebes am Gesamtabwasseraufkommen in


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den einzelnen Versuchsabschnitten, so sind die Zugabestellen nach unserer Einschätzung gleichwertig. Aus verfahrenstechnischer Sicht lässt sich deshalb kein wesentlicher Vorteil für eine Dosierstelle herleiten. Unter Kostenaspekten ist die Fällmittelzugabe im Textilbetrieb am wirtschaftlichsten. Im Textil-betrieb kann man wesentlich bedarfsgerechter dosieren als z.B. im Klärwerk, da hier aufgrund der Anforderungen an den Phosphor ständig dosiert werden müsste. Zur reinen Phosphatfäl-lung ist das Produkt aber zu teuer. Aufgrund des sauren Charakters des Fällmittels kann im Textilbetrieb Schwefel- oder Salzsäure, das für die Neutralisation des Abwassers benötigt wird, eingespart werden, so dass zumindest ein Teil der Mehrkosten für die Entfärbung hier-durch aufgefangen wird. Basierend auf den Untersuchungen in System 2 lässt sich zusammenfassend festhalten, dass mit dem PAC Textilfarbstoffe gefällt werden können. Da labortechnische Versuche im System 1 (vgl. Abbildung 9) ebenfalls Erfolg versprechend verliefen, ist dieses Verfahren vermutlich generell zur Reduzierung von Farbbelastungen in Textilabwässern geeignet. Im Zweifelsfall lässt sich die Wirksamkeit vorab in Laborversuchen klären. Der wesentliche Vorteil dieses Verfahrens besteht darin, dass keine aufwändigen Einrichtungen zur Ausschleusung und Zwi-schenspeicherung farbiger Konzentrate erforderlich sind. Auch der Transport vom Textilbetrieb zum Klärwerk mittels LKW wird hinfällig. Für das Klärwerk ist dieses Verfahren ebenfalls von Vorteil, da die Belastungen vergleichmäßigt und vermindert werden.


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3.3 System 3

Das System 3 liegt in Sachsen, in einem Gebiet, das traditionell durch die Textilindustrie ge-prägt ist. Mit der politischen Wende Anfang der 90er Jahre hat sich dort in der Textilindustrie sehr viel verändert, viele Betriebe wurden geschlossen, manche modernisiert und erweitert, andere sind unverändert bestehen geblieben. Im Verbandsgebiet des Abwasserzweckverbandes leben 150.000 Einwohner. Es gibt im Ver-bandsgebiet eine Vielzahl von Textilbetrieben. Der AZV betreibt fünf größere Kläranlagen (> 20.000 EW). Auf einer dieser Kläranlagen wurden die großtechnischen Versuche durchge-führt. Diese Kläranlage wurde ausgewählt, weil sie im Vergleich zu vielen anderen Anlagen eine Faulung mit kleinem Volumen und dadurch eine kurze Aufenthaltszeit hat. Die Empfind-lichkeit ist dadurch größer. Im direkten Einzugsgebiet dieser Kläranlage gibt es keine Textilbe-triebe, so dass die Auswirkungen der farbigen Konzentratzugabe direkt und ohne Einflüsse aus der Abwasserreinigung bewertet werden konnten. Die Konzentrate wurden in den Textilbetrieben in 1 m³-Gebinden gesammelt und zur Kläran-lage gefahren. Die Fotos zeigen die Abwasserreinigung, den Schlammschacht in den das Konzentrat zum Frischschlamm zugegeben wurde, den Faulturm (grün) mit Nacheindicker und die Siebband-presse mit der der Schlamm entwässert wird. Bei einer großtechnischen Umsetzung muss eine einfache Annahmestation mit Dosiermöglichkeit vorgesehen werden. Hier wurden die 1 m³-Gebinde zum Schlammschacht transportiert und von Hand jeweils 10 bis 150 l/d abge-lassen. Da die Konzentrate stark farbig waren, ist die Betoninnenseite des Schachtes heute noch rosarot gefärbt.


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Abbildung 43: Kläranlage System 3


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3.3.1 Bestandsaufnahme Kläranlage 3

Die Kläranlage 3 hat eine Ausbaugröße von 34.000 EW. Die Verfahrenstechnik ist schema-tisch in Abbildung 44 dargestellt.

O2 O2

O2 O2

Abbildung 44: Verfahrensschema der Kläranlage 3


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Das Abwasser wird mechanisch in Rechen - Sandfang - Vorklärung gereinigt. Das zweistra-ßige Belebungsbecken ist in acht Kaskaden unterteilt (Bio-P, vorgeschaltete Denitrifikation, Nitrifikation). Die Nachklärung ist zweistraßig. Der Schlamm wird anaerob stabilisiert. Der maschinell vorentwässerte Überschussschlamm und der Primärschlamm fließen in die Vorlage zum Faulbehälter. Dort wird während des Ver-suchs auch das Konzentrat aus den Textilbetrieben zugegeben. Der Faulbehälter wird diskon-tinuierlich (ca. alle drei Stunden) beschickt. Der ausgefaulte Schlamm wird auf einer Sieb-bandpresse entwässert und zur Kompostierung / Rekultivierung abgegeben. Seit April 2003 ist ein Behälter mit 500 m³ in Betrieb, der wahlweise als Voreindicker oder Nacheindicker be-schickt werden kann, um Engpässe bei Ausfall der Presse o. ä. besser ausgleichen zu kön-nen. Das anfallende Faulgas wird im BHKW zur Strom- und Wärmegewinnung verbrannt. Die statistische Auswertung für den Zeitraum 01.01.2000 bis 30.06.2003 der Abwassermen-gen und der Abwasserbeschaffenheit im Zulauf ist in Tabelle 29 beschrieben.

Tabelle 29: Abwassermengen und Abwasserbeschaffenheit im Zulauf zur Kläranlage 3

Parameter N min xm 84 % max Qd m³/d 1.261 1.892 6.486 10.053 22.149 Qd m³/d 576 1.892 4.641 6.714 14.117 CSB mg/l 143 49 557 1.074 3.300 BSB5 mg/l 107 7 269 506 1.410 Pges mg/l 145 1,7 9,0 16,0 37,2 Nges mg/l 55 19,4 39,1 57,0 119,0 NH4-N mg/l 148 1,1 25,3 40,2 88,0 NO3-N mg/l 83 0 13,7 48,1 312,0 DFZ 436 nm m-1 99 0,3 2,7 4,8 14,5 DFZ 525 nm m-1 96 0,0 1,3 2,6 10,5 DFZ 620 nm m-1 92 0,0 0,8 1,8 7,3


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Im Jahresmittel werden in der Kläranlage rd. 6.500 m³ Abwasser pro Tag behandelt. Die Kon-zentrationen sind durch hohen Fremdwasseranfall vergleichsweise gering. Die Farbigkeit des Zulaufs beschrieben durch die DFZ kommt nicht von Textilbetrieben, sondern aus der Eigen-färbung des Rohabwassers, z. B. gelb aus Urin, rot durch das Blut des angeschlossenen Wurstverarbeiters u. ä. Die zeitweise hohen Nitratwerte im Zulauf kommen aus den Abwäs-sern eines Metall verarbeitenden Betriebes. Aus der Multiplikation der täglichen Abwassermengen mit der zugehörigen Zulaufkonzentration ergeben sich die in Tabelle 30 zusammengestellten Schmutzfrachten. Diese sind großen Schwankungen unterworfen. Mit angegeben ist die Belastung bezogen auf die Einwohner-werte nach ATV A 131.

Tabelle 30: Schmutzfrachten im Zulauf zur Kläranlage 3

Parameter N min max xm 84 % spezif. g/EW·d

EW

CSB kg/d 129 279 16.637 3.201 5.055 120 42.000 BSB5 kg/d 130 5 228 51 80 1,8 44.000 NH4-N kg/d 135 3 470 133 230 7 30.000

Je nach Parameter liegt die Belastung der Kläranlage zwischen 30.000 und 42.000 EW. Sie ist damit gegenüber ihrer rechnerischen Ausbaugröße von 34.000 EW voll ausgelastet. An die Kläranlage sind ca. 15.000 natürliche Einwohner angeschlossen, weitere ca. 5.000 EW aus in-dustriellen Einleitungen (Fleischverarbeitung, Metallverarbeitung). Die verbleibende Belastung kommt aus der Mitbehandlung von Fäkalien, weil im Einzugsgebiet noch viele 3-Kammer-Hauskläranlagen existieren, deren Schlamm zur Kläranlage gefahren wird.


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Tabelle 31 zeigt die statistische Auswertung der Ablaufanalysen. Die Reinigungsleistung ist trotz der hohen Auslastung sehr gut. Die Schwankungsbreite ist vergleichsweise hoch. Die Eigenfärbung des Rohabwassers wird mit 63 bis 77 % eliminiert.

Tabelle 31: Ablaufbeschaffenheit im Ablauf der Kläranlage 3

Parameter N min max xm 84 % max η [%]

CSB mg/l 225 12 86 28 40 86 95 BSB5 mg/l 108 1 11 6 8 11 98 Pges mg/l 369 0,1 4,6 1,5 2,2 4,6 83 Nges mg/l 122 0,1 30,1 13,7 18,6 30,1 65 NH4-N mg/l 219 0,1 15,2 1,4 3,8 15,2 94 NO3-N mg/l 373 0,1 31,8 12,6 17,6 31,8 - NO2-N mg/l 152 0,1 0,6 0,1 0,2 0,6 -

DFZ 436 nm m-1 93 0 1,6 0,9 1,2 1,6 67 DFZ 525 nm m-1 82 0 1,0 0,3 0,6 1,0 77 DFZ 620 nm m-1 65 0 0,8 0,3 0,5 0,8 63


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In Tabelle 32 sind die Volumina und Massenströme des Faulturmes zusammengestellt.

Tabelle 32: Faulung System 3

Parameter

Faulturmeintrag Schlammmenge m³/a 20.510 Rohschlamm m³/a 14.160 Überschussschlamm (nach Zentrifuge) m³/a

6.350

Schlammanfall t TS/a ca. 800 Rohschlamm t TS/a ca. 350 Überschussschlamm t TS/a ca. 450

Faulturm TS-Gehalt Eingang % 3,9 Ausgang % 2,6 Aufenthaltszeit im Jahresmittel d

22

Faulturmaustrag Menge m³/a 20.510 Feststoff t TS/a 535

Die Bilanz zeigt, dass von 2001 bis 2003 pro Jahr rd. 20.000 m³ Schlamm im Faulturm behan-delt wurden. Davon sind über den gesamten Zeitraum betrachtet ca. 70 % Rohschlamm aus dem Vorklärbecken und ca. 30 % Überschussschlamm aus der biologischen Abwasserreini-gung. Im betrachteten Zeitraum ist der Überschussschlammanteil schrittweise gewachsen, weil die Vorklärung verkleinert wurde, um die Randbedingungen für die Stickstoffelimination zu verbessern. 2001 hatte der Überschussschlamm nur einen Anteil von 17 %, der bis 2003 auf nahezu 60 % angestiegen ist. Im Gegenzug sinkt der Anteil an Primärschlamm.


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Die Aufenthaltszeit von 22 Tagen ergibt sich im Jahresmittel. Durch Schwankungen im Betrieb sinkt sie zeitweise unter den notwendigen Minimalwert von 12 Tagen. Dies zeigt, dass die Faulung an ihrer Belastungsgrenze arbeitet.


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Für die großtechnischen Versuche wurden im Textilbetrieb Konzentrate gesammelt. Die Pro-zesse und die Anfallstellen sind schematisch in Abbildung 45 dargestellt. In der Druckerei wur-den Restdruckpasten gesammelt, aus den Kalt-Klotz-Verweilverfahren Restklotzflotten. Um sie in der Faulung behandeln zu können, wurden nur schwermetallfreie Konzentrate in 1 m³-Ge-binden gesammelt. Obwohl alle informiert waren und mit Sorgfalt gearbeitet wurde, musste eine Charge wegen zu hoher Chromgehalte, eine wegen zu hoher Kupfergehalte bei der Ana-lyse für die Co-Fermentation zurückgewiesen werden. Dies muss bei der großtechnischen Umsetzung beachtet werden. Restdruckpasten und Restklotzflotten, die für die Co-Fermenta-tion geeignet sind, müssen von denen getrennt werden, die die Anforderungen nicht erfüllen. Dies ist im praktischen Betrieb schwierig und aufwändig. Alternativ könnten Rezepturen umge-stellt werden, das erfordert aber Zeit für Probedrucke und Engagement, denn viele Rezepturen sind im Färbeprozess altbewährt und werden nicht verändert.

Druckerei

Restdruckpasten

Strangwaschmaschine

Auswaschen von Druck und KKV

BreitwaschmaschineAuswaschen von Druck und KKV

Färbeapparat 1 Färbeapparat 2

KKV 1

Restflotte (Foulard)

KKV 2

Restflotte (Foulard)

Abwasser-Reinigung

zur Kläranlage

Retentat

KKV = Kalt-Klotz-Verweilverfahren

Abbildung 45: Schematische Darstellung Textilbetrieb 3


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Die Zusammensetzung und die Analysenwerte der Restdruckpasten enthalten die Tabellen 33 und 34, für die Restklotzflotten die Tabellen 35 und 36.

Tabelle 33: Zusammensetzung der Restdruckpasten

Restdruckpasten 1 bis 3kg/l

Cibacron Gelb P-6GS Fl. 33 % 33,3 Cibacron Goldgelb P-2RN Fl. 33 % 24,2 Cibacron Orange P-2R Fl. 40 % 3,5 Cibacron Orange P-4R Fl. 40 % 1,9 Cibacron Rot P-B Fl. 33 % 2,7 Cibacron Rot P-6B Fl. 33 % 13,4 Cibacron Blau P-3R Fl. 40 % 17,8 Cibacron Marine P-G 2,0 Cibacron Braun P-6R 1,0

Verdicker 151,5 Wasser 600,0

Druckpaste gesamt 1.004,0


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Tabelle 34: Analysenwerte der Restdruckpasten

Restdruckpasten 1 2 3 Mittelwert

CSBhomog mg/l 62.800 65.800 60.300 62.967 TOC mg/l 42.200 46.400 43.100 43.900 DOC mg/l 41.900 44.700 41.700 42.767 Nges mg/l 55.100 68.500 63.100 62.233 Pges mg/l 1.171 1.220 1.350 1.247

AOX mg/l 300 220 - 260

DFZ 436 nm m-1 25.950 25.400 36.600 29.317

DFZ 525 nm m-1 52.800 40.350 17.020 36.723 DFZ 620 nm m-1 24.900 13.300 5.640 14.613 FZ m-1 39.375 30.995 28.030 32.800

TS kg/m³ 82,6 153 147 128 Glühverlust % 4,31 9 9,3 7,5

Crges mg/l - 0,16 0,13 0,15 Cu mg/l - 0,3 0,18 0,24 Ni mg/l - 0,14 0,15 0,15


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Tabelle 35: Zusammensetzung der Restklotzflotten

Restklotzflotte 1 2 3 Remazol brillantrot F3B fl 25 % g/l 10 7 10 Remazol gelb R fl 50 % g/l 10 5 10 Remazol brillantorange 3R fl 25 % g/l 10 3 10 Remazol schwarz B fl 50 % g/l 10 10 10

Natronlauge konzentriert ml/l 21 22 21 Natronwasserglas ml/l 50 54 50 Textilhilfsmittel (3 verschiedene) ml/l 1 1 2 Wasser k. A. 898 887

Tabelle 36: Analysenwerte der Restklotzflotten

Restklotzflotten 1 2 3 Mittelwert CSBhomog mg/l 11.340 9.280 44.873 21.831 TOC mg/l 3.630 - - - DOC mg/l 3.420 - - - Nges mg/l 290 - 202 246 Pges mg/l 6,1 - - 6,1 P-PO4 mg/l - - 55 55 AOX mg/l - 2,2 - 2,2

DFZ 436 nm m-1 17.300 9.560 9.550 12.137 DFZ 525 nm m-1 15.900 13.180 10.625 13.235 DFZ 620 nm m-1 11.900 15.840 11.350 13.030 FZ m-1 15.382 13.375 10.560 13.106

TS kg/m³ 91,3 - 80 85,65 oTS kg/m³ - - 33 17,5

Crges mg/l n. n. - - - Cu mg/l < 1 0,5 0,02 0,26 Ni mg/l n. n. - - -

pH - 11,9 12,5 8,94 11,1 LF mS/cm 58,6 122 46 75,5


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Die Laboruntersuchungen wurden von den Verbundpartnern, dem Sächsischen Textilfor-schungsinstitut e. V. und der Universität Stuttgart durchgeführt. Die Ergebnisse sind in deren Abschlussberichten ausführlich dokumentiert. Im Folgenden sind nur einige Ergebnisse im Vergleich zu den großtechnischen Versuchen exemplarisch dargestellt. Eine der Restklotzflotten wurde im Labor des sächsischen Textilforschungsinstitutes unter-sucht. Das Ergebnis ist in Abbildung 46 dargestellt. Die Entfärbung war im niederen Konzent-rationsbereich gut und sank mit zunehmender Konzentration.

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Abbildung 46: Laboruntersuchung Sächsisches Textilforschungsinstitut e.V.

Die erste Restdruckpastenmischung wurde von der Universität Stuttgart im Labor untersucht. Die Ergebnisse sind in der Abbildung 47 dargestellt.


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• Typ 6 • bis 0,89 g/g oTS inert • darüber hemmend bis toxisch


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]

254 nm 436 nm 525 nm 620 nm

• im Rot- und Blaubereich > 85 % im Konz.-bereich zwischen 0,08 und 12,06 g/g oTS Entfärbung mit Konz.

leicht steigend • im Gelbbereich > 60 % im Konz.-bereich zwischen 0,40 und 12,06 g/g oTS Entfärbung mit Konz. steigend

Abbildung 47: Laboruntersuchung Universität Stuttgart Konzentrat Restdruckpasten vom 23.08.2002

Das Konzentrat war bis zu einer Konzentration von 0,89 g/g oTS inert, d. h. die Faulgaspro-duktion war genauso wie in der Referenzprobe. Bei höheren Konzentrationen trat eine Hem-mung ein. Die Entfärbung war im Rot- und Blaubereich > 85 % und im Gelbbereich nur bei ca. 60 %.


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Die Betriebsgrößen der Faulung sind in Abbildung 48 dargestellt.

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Schlamm zur Presse in m3/dpH-Wert Faulung x100Zugabe Konzentrat in l/dTemperatur Faulung in °CCH4-Gas in %Aufenthaltszeit Faulung

Abbildung 48: Betriebsgrößen der Faulung

Der Faulturm wird in Verdrängung betrieben. Bis zum April 2003 gab es nur einen Vorlage-speicher mit 40 m³ und einen Puffer nach der Faulung / vor der Presse mit 70 m³. Der anfal-lende Schlamm wird in den Faulturm geschickt und verdrängt die gleiche Menge ausgefaulten Schlamm, der dann "sofort" über die Presse entwässert werden muss. Die täglich anfallende Menge schwankt zwischen 0 und 165 m³/d und damit auch die Aufenthaltszeit im Faulturm. Bei großem Schlammanfall sinkt sie immer wieder auf 10 Tage ab und damit unter die Min-destaufenthaltszeit von 12 Tagen, weil der Faulturm vergleichsweise klein ist. Die rechnerisch sehr hohen Werte ab April 2003 ergaben sich, weil zum einen die Presse defekt war und des-


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halb der Faulturm nur mit wenig Primärschlamm beschickt werden konnte, zum anderen weil der neue Zwischenspeicher nach der Faulung (500 m³) in Betrieb genommen wurde. Die Tem-peratur der Faulung wird gesteuert und liegt im Mittel bei 35 °C (min = 30 °C, max = 36 °C). Der pH-Wert schwankt. Die Schwankung ist unabhängig von der Konzentratzugabe, sondern wird von der wechselnden Beschickung geprägt. Er ist tendenziell zu niedrig, das liegt an der hohen Belastung und der kurzen Aufenthaltszeit. Der Methangasanteil im Biogas hat über den Versuchszeitraum abgenommen, weil der Faulturm mit mehr Überschussschlamm und weni-ger Primärschlammanteilen beschickt wurde. Die betrieblichen Schwankungen waren stärker als die Einflüsse der Konzentratzugabe. In Abbildung 49 ist die CSB-Konzentration im Zulauf und Ablauf der Kläranlage sowie im Filtrat der Presse dargestellt. Im Filtrat der Presse sind die Konzentrate nach der Behandlung ent-halten.

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Zulauf KA CSB in mg/lFiltrat CSB hom. in mg/lFiltrat CSB filt. in mg/lAbl KA CSB in mg/lZugabe Konzentrat in l/d

Abbildung 49: CSB-Konzentrationen


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Am 01.08.2002 sind in der Abbildung die "Nullproben" aufgetragen. Sie schwanken zwischen 370 und 890 mg CSB/l ohne Konzentratbehandlung. Durch die Konzentratbehandlung gab es keinen signifikanten Anstieg im Ablauf der Faulung. Der Kläranlagenablauf war immer stabil und sehr gut. In Abbildung 50 sind die Mittelwerte der AOX-Konzentrationen vor und nach der Behandlung der Restdruckpasten in der Faulung dargestellt.

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Abbildung 50: AOX-Konzentrationen vor und nach der Behandlung

Das Konzentrat aus Restdruckpasten hatte im Mittel 260 mg AOX/l. Durch die Mischung mit den Kläranlagenschlämmen im Zulauf zur Faulung ergibt sich rechnerisch eine Mischkonzent-ration von 0,6 mg AOX/l unter der Annahme, dass der kommunale Schlamm eine Konzentra-


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tion von 0,15 mg AOX/l, die der Zulaufkonzentration des Abwassers zur Kläranlage entspricht (Minimalabschätzung). Die Konzentration im Ablauf der Faulung (Filtrat der Presse) lag bei im Mittel 0,3 mg AOX/l, d. h. die Hälfte der AOX-Verbindungen wurde adsorbiert bzw. entnom-men. Im Ablauf der Kläranlage sind im Mittel 0,14 mg AOX/l enthalten. Im großtechnischen Versuch war zu prüfen, ob die Co-Fermentation Auswirkungen auf die Ab-wasserreinigung hat. Der empfindlichste Prozess der Abwasserreinigung ist die Stickstoffelimi-nation mit der Nitrifikation. Die Nitrifikanten reagieren meist als erste Bakterienart auf Störstof-fe oder Hemmstoffe, selbst bei kleinsten Konzentrationen. In Abbildung 51 sind die NO3-N- und NH4-N-Konzentrationen, die mit Onlinegeräten in der Belebung gemessen werden, sowie die Laboranalysen des Ablaufs dargestellt. Die Ablaufwerte waren durchgängig gut und nicht durch die Konzentratzugabe beeinflusst.

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Abbildung 51: Stickstoffkonzentrationen in der Belebung und im Ablauf der Kläranlage


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In Abbildung 52 sind die Durchsichtsfarbzahlen (DFZ) der Restdruckpasten vor und nach der Behandlung im logarithmischen Maßstab dargestellt. Die Konzentrate hatten DFZ je nach Parameter zwischen 15.000 und 37.000 m-1. Durch die Mischung mit den Schlämmen der Kläranlage zur Behandlung ergeben sich rechnerisch im Mittel DFZ zwischen 18 und 45 m-1 vor der Behandlung. Im Filtrat betragen die DFZ 0,5 bis 3,0 m-1. Die Differenz zwischen "Mischung" und "Filtrat" nach der Behandlung ist die Entfärbung bei der Co-Fermentation, sie lag bei diesem Versuch zwischen 92 % (gelb) und 98 % (rot) und war damit deutlich besser als in den Voruntersuchungen im Labor.

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Abbildung 52: DFZ vor und nach der Behandlung


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In Abbildung 53 sind die Ganglinien der Durchsichtsfarbzahlen im Filtrat, d. h. Ablauf der Fau-lung nach der Konzentratbehandlung und im Zulauf der Kläranlage dargestellt.

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Druckpasten Restklotzflotten Restklotzflotten

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Grenzwert

Grenzwert

Abbildung 53: Ganglinien der DFZ - Filtrat und Zulauf Kläranlage

Die Druckpasten wurden vollständig entfärbt. Zwei Spitzen sind voraussichtlich auf Messprob-leme zurückzuführen, da diese beim voll durchmischten Faulbehälter sonst am nächsten Tag hätten wieder auftreten müssen. Beim zweiten Versuch mit den Restklotzflotten sinken die DFZ im Laufe der Zeit trotz zunehmender Beschickung mit Konzentrat. Dies kann eine Adap-tion der Bakterien zur Entfärbung sein. Die DFZ-Grenzwerte für eine Direkteinleitung nach An-hang 38 (3 = blau, 5 = rot, 7 = gelb) wurden eingehalten. Die Zulaufkonzentrationen zur Klär-anlage liegen in ähnlicher Größenordnung wie der Ablauf der Faulung (Filtrat). In den Zulauf dieser Kläranlage leiten keine Textilbetriebe ein, so dass dies der "Eigenfärbung" des Rohab-wassers entspricht.


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In Abbildung 54 sind die DFZ nochmals des Filtrats und des Kläranlagenablaufs dargestellt. Im Ablauf der Kläranlage sind alle DFZ kleiner 2, dominant ist die abwassertypische Gelbfärbung.

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Druckpasten Restklotzflotten Restklotzflotten

Abbildung 54: Ganglinien der DFZ - Filtrat und Ablauf der Kläranlage


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4 Übertragbarkeit auf andere Anwendungsfälle

Die vorliegenden Ergebnisse in den drei untersuchten Systemen aus Textilveredelungsunter-nehmen und kommunalen Klärwerken zeigen, dass unter Beachtung entsprechender Randbe-dingungen eine umweltgerechte und kostengünstige Möglichkeit zur Behandlung von orga-nisch belasteten und farbigen Abwässern und Konzentraten aus der Textilveredelungsindustrie besteht: Durch getrennte Erfassung und/oder chemische Fällung mit Polyaluminiumchlorid können Konzentrate bereitgestellt werden, die in den Schlammfaulungsanlagen der kommu-nalen Klärwerke vor- bzw. mitbehandelbar sind. Im Wesentlichen erfolgt hierbei eine reduktive Entfärbung bei allen untersuchten Farbstoffklassen und Konzentraten. Des Weiteren führt diese Vorgehensweise (sofern die Inhaltsstoffe biologisch abbaubar sind) zu einem energe-tisch günstigeren Abbau der organischen Schmutzstoffe (CSB) als im Wasserpfad des Klär-werks. Die gelöste Restverschmutzung gelangt mit den klärwerksinternen Rückläufen aus der Schlammentwässerung wieder zurück in den Wasserpfad, wo die Restreinigung ohne die teil-weise störenden Nebenwirkungen einer direkten Behandlung (z.B. auf die Nitrifikation) erfol-gen kann. Um diese Vorgehensweise sachgerecht umsetzen zu können, müssen verschiedene Randbe-dingungen geprüft und beachtet werden:

Das Textilveredelungsunternehmen setzt nur Hilfsmittel ein, die den Anforderungen des Anhangs 38 zur Abwasserverordnung entsprechen.

Anhand entsprechender Messungen und Bilanzierungen sowie ggfs. Laborversuchen

wird das Potenzial an Konzentraterfassung und -erzeugung sowie dessen zu erwartende Beschaffenheit geklärt. Insbesondere die Schwermetallgehalte von Chrom, Kupfer und Nickel sind zu prüfen. In Abhängigkeit vom Verwertungspfad des Klärschlammes müs-sen die Quellen ermittelt und die Schadstoffe ausgegrenzt werden.

Seitens des Klärwerksbetreibers müssen die Belastungsverhältnisse der Schlammfau-

lung verifiziert und geeignete Möglichkeiten zur Kontrolle, Zwischenlagerung und Ein-speisung der Textilkonzentrate geschaffen werden. Eine sachgerechte Prozessüberwa-chung, -dokumentation und -kontrolle ist sicherzustellen. Der notwendige Eigenkontroll-


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umfang hängt vom Auslastungsgrad des Faulbehälters, der Produktionspalette des Tex-tilveredlers sowie dem Verwertungspfad und den -modalitäten des Klärschlammes ab. Auf Basis der ermittelten Ergebnisse können bis zu 2 g TS aus Konzentraten/kg oTS·d im Faulbehälter ohne betriebliche Schwierigkeiten verarbeitet werden.

Vom Betreiber der Kläranlage ist in der Regel eine wasserrechtliche Genehmigung zur

getrennten Annahme und Mitbehandlung einzuholen. Der Textilveredler muss den Pfad ebenfalls ausweisen. Hier sind gegebenenfalls mit Unterstützung eines Sachverständi-gen die ortsspezifischen Regelungen zu klären und zu beachten. In Abhängigkeit der bisherigen Deklaration der betreffenden Konzentrate muss eine Entbindung von der Nachweispflicht gemäß § 46 KrW/AbfG erfolgen.

Abwassertechnisch vorteilhaft ist die Co-Fermentation insbesondere dann, wenn die betref-fenden Teilströme nitrifikationsstörende Inhaltsstoffe enthalten: Nach der anaeroben Vorbe-handlung waren keine störenden Auswirkungen in den klärwerksinternen Rückläufen feststell-bar. Somit kann durch die Co-Fermentation ein signifikanter wasserwirtschaftlicher Vorteil er-zielt werden, da fischgiftige Ammoniumemissionen infolge Störungen der Nitrifikation durch Abwasserinhaltsstoffe textilen Ursprungs vermieden werden. Anhand der Untersuchungsergebnisse im Labormaßstab und der halbtechnischen Versuchs-anlage sowie der großtechnischen Erfahrungen kann das Abbauverhalten nicht alleine an eine bestimmte Farbstoffklasse gekoppelt werden. Die Rezepturen der Stammlösungen und Verdi-ckungsmittel sind ebenso entscheidend. Unter der Annahme, dass im kommunalen Klärwerk ein stabiler Betrieb der Schlammfaulung vorliegt, kann eine Mitbehandlung bis zu den in Ta-belle 37 aufgeführten Grenzen als unbedenklich gelten.


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Tabelle 37: Unbedenklichkeitsgrenzen für Co-Fermentation von Konzentraten aus der Textilveredelungsindustrie

Zulaufkonzentration Faulbehälter kg Konzentrat/m³ Frischschlamm 10

Reaktorkonzentration (Vergleichsgröße für Laborversuche)

kg Konzentrat/kg oTSFB 0,5

Faulschlammbelastung g TSKonzentrat/kg oTSFB·d 1,5

Die Zulaufkonzentration ermittelt sich aus dem Verhältnis der Konzentrate zu den Frisch-schlämmen der Kläranlage, z.B. 600 kg Konzentrat pro Tag auf 60 m³ Frischschlamm pro Tag. Die Reaktorkonzentration errechnet sich aus der Zulaufkonzentration bezogen auf die orga-nische Feststoffkonzentration im Faulturm und ist damit die Vergleichsgröße für die Datenbank der Laborversuche. In die Faulschlammbelastung gehen zusätzlich die Feststoffkonzentration des Konzentrats und die Aufenthaltszeit im Faulturm ein. Unterhalb der o.g. spezifischen Werte waren keine Störungen der anaeroben Abbauprozesse feststellbar. Gleichzeitig waren Entfärbungswirkungen im Bereich von 60 - 99 % zu verzeich-nen. Die Entfärbung hängt von den Wellenlängen und den Farbstoffen, der rechnerische Wir-kungsgrad von den analytischen Randbedingungen ab. Die beschriebene Vorgehensweise mit den erforderlichen Entscheidungskriterien ist im folgen-den Schema in Abbildung 55 dargestellt.


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Zusammenstellen Einsatzstofflisten und Rezepturen (Schwermetalle prüfen)Bilanzierung Massenströme und Prüfung Wiederverwertbarkeit Farbstoffe

Abgleich der Inhaltsstoffe der Rezepturen(Farben und Hilfsstoffe) mit der Datenbank und den Laboruntersuchungen

Analyse des nicht mehr verwertbaren KonzentratsMinimum: CSB, AOX, Nges, Pges, Cr, Cu, Ni (SM),

DFZ, TS, oTS, Schwefelverbindungen

Kläranlage suchenFaulturmbetrieb und Klärschlammentsorgung prüfen (Größe, Durchsatz, Stabilität)

Preis vereinbaren (Textilbetrieb, Kläranlagenbetreiber)

Zugabemengen und Zyklen festlegen (Sachverständiger)

Abstimmung Behördenzur Erlangung wasser- und/oder abfallrechtlicher Genehmigung

großtechnische UmsetzungProbebetrieb / Dauerbetrieb

ja

neinLaboruntersuchung(en)

Bewertung der Ergebnisse durch Sachverständige

ohneProblem-

stoffeSM,AOX,...

nein

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Infovorhanden

ja

Unter-schreitung

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Tab. 37

nein

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Bewertung durch Sachverständige

Entsorgung

Bewertung durch Sachverständige

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Abbildung 55: Vorgehensschema zur Anwendung der Co-Fermentation von Konzentraten aus der Textilveredelungsindustrie in den Schlammfaulungsanlagen kommunaler Klärwerke


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Wird als Basis die aktuelle Kostensituation herangezogen, so beträgt der verursachergerechte Kostenaufwand der vom Textilbetrieb an den Klärwerksbetreiber für eine Mitbehandlung von Konzentraten im Faulbehälter zu entrichten ist, weniger als ein Zehntel dessen, was für die klassische Abfallentsorgung (Schlüssel-Nr. 080308 ff.) aufzuwenden wäre. Prinzipiell gilt das-selbe für den Vergleich der Konzentraterzeugung mittels Polyaluminiumchlorid im Vergleich zur Membrantechnik. Insofern eröffnet sich für Textilveredler hiermit die Möglichkeit, dem gesetzlichen Anforderungsprofil mit vertretbarem finanziellem Einsatz gerecht zu werden. Dr.-Ing. Jedele und Partner GmbH Dr.-Ing. Klaus Jedele

Winword, 15.07.2004, ber_416_Textil.doc Dieses Werk darf nur vollständig und unverändert zu dem Zweck, der unserer Beauftragung mit der Erstellung des Werkes zugrunde liegt, vervielfältigt werden. Eine Vervielfältigung zu anderen Zwecken bzw. eine auszugsweise oder veränderte Wiedergabe oder eine Veröffentlichung bedürfen unserer Genehmigung.


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5 Literaturverzeichnis

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DIN 38 414, Tl. 8 (1985-06): Bestimmung des Faulverhaltens. DEV S. 8

DIN EN 2940 (1993-04): Bestimmung der vollständigen aeroben biologischen Abbaubarkeit organischer Stoffe in einem wässrigen Medium über die Bestimmung des Sauerstoff-bedarfs in einem geschlossenen Respirometer. ISO 9408, 1991, DEV L 22

DIN EN ISO 8192 (1995-04): Wasserbeschaffenheit - Bestimmung der Hemmung des Sauer-stoffverbrauchs von Belebtschlamm. ISO 8192, 1986, dt. Fassung EN ISO 8192, 1995, DEV L 39

DIN EN ISO 9408 (1999-12): Wasserbeschaffenheit - Bestimmung der vollständigen aeroben biologischen Abbaubarkeit organischer Stoffe im wässrigen Medium über die Bestim-mung des Sauerstoffbedarfs in einem geschlossenen Respirometer. ISO 9408, 1999, dt. Fassung EN ISO 9408, 1999-04, DEV L 22


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DIN EN ISO 9509 (1995): Verfahren zur Bestimmung der Nitrifikationshemmung von Mikroor-ganismen im Belebtschlamm durch Stoffe und Abwasser

EN ISO 7887 (1994): Untersuchung und Bestimmung der Färbung

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Koppe, P.; Stozeck, A. (1993): Kommunales Abwasser - Seine Inhaltsstoffe nach Herkunft, Zusammensetzung und Reaktionen im Reinigungsprozess einschließlich Klär-schlämme, 3. Auflage, Essen: Vulkan-Verlag

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Weber, M. (2000-2003): persönliche Mitteilungen des Gewerbeaufsichtsamts Sigmaringen


Seite 123 von 123

Anhang

D

r.-Ing. Jedele und Partner Gm

bH

Anhang S

eite 1 Ana lytik V e rsuch 1

A nsätze S aprom at pHoN pHN A FS oN CS B Nges NH4-N NO3-N NO2-N Norg- - m g/l m g/l m g/l m g/l m g/l m g/l m g/l

S tart V K B 8,27 7,12 56 166 44,3 37,3 1,05 0,27 5,68E nde 9,8 95,4 41 47,4 36 0,3 0,52 10,58

S tart Druckn.w.5% 9,03 7,06 116 409 83 37,9 1,68 0,25 43,17E nde 9,89 112 177 77,7 50,4 0,97 0,69 25,64

S tart S trangw.10% 8,77 7,41 88 205 45,4 33,8 1,43 0,23 9,94E nde 9,96 95,6 60 45 33,8 0,36 0,69 10,15

S tart K LW 5% 7,88 7,34 102 383 49,3 34,9 1,6 0,6 12,2E nde 9,75 130 163 45,8 36,9 0,55 0,86 7,49

S tart Laugier 10% 8,08 7,09 93 341 48,3 34,4 1,21 0,37 12,32E nde 9,86 93,5 169 48 36,4 0,47 0,7 10,43

S tart Ges . 50% 11,54 7,48 100 530 57 31 2,95 0,35 22,7E nde 9,99 100 237 55,2 37,2 4,22 0,53 13,25

Ana lytik V e rsuch 2

A nsätze S aprom at pHoN pHN A FS N CS B Nges NH4-N NO3-N NO2-N Norg- - m g/l m g/l m g/l m g/l m g/l m g/l m g/l

S tart V erdünnungsw. 8 6,84 142 15 50 48 1 0 1E nde 6,6 128 15 50 30 20 0 0

S tart Druckn.w.5% 8 7,05 172 204 56 49 1 0 5E nde 6,2 157 79 56 35 20 0 0

S tart S trangw.10% 9 7,17 155 69 51 48 2 0 1E nde 6,6 135 29 51 31 20 0 0

S tart K LW 5% 7 7,42 160 264 56 51 1 0 4E nde 6,28 141 108 56 35 20 0 1

S tart Laugier 10% 10 6,94 144 266 87 49 2 0 36E nde 8,81 141 147 88 56 15 4 13

S tart Ges . 50% 12 6,79 151 444 84 51 5 0 28E nde 9 135 106 83 64 4 3 12


Anhang Seite 2

0

50

100

150

200

250

300

350

400

0 24 48 72 96 120 144 168 192 216 240 264 288 312 336 360 384 408 432 456 480

Stunden

BSB

mgO

2/l

Null DNW SWM KLW LA GA

0

50

100

150

200

250

300

350

400

0 24 48 72 96 120 144 168 192 216 240 264 288 312 336 360 384 408 432 456 480

Stunden

BSB

mgO

2/l

Null DNW SWM KLW LA GA


Anhang Seite 3

Tabelle: Analysen Reaktivdruckpasten

Parameter Reaktiv-DP Reaktiv-DP Parameter Reaktiv-DP Reaktiv-DP hohe Dichte niedere Dichte hohe Dichte niedere Dichte pH n.mgl. n.mgl. Ca mg/kg 40 35

pH i. Verd.*4 8,84(1/15) 8,78(1/15) Cd mg/kg <3,0 <1,6

LF mS/cm n.mgl. n.mgl. Co mg/kg <1,8 <1,0

LF i. Verd. mS/cm 3,670 2,760 Cr mg/kg 141 24

CSB mg/kg 41.243 29.620 Cu mg/kg <2,4 <1,3

CSB i. Verd. mg/kg 2.750 1.975 Fe mg/kg 6,00 5,50

CSBmf mg/kg 34.463 23.853 Hg mg/kg 0,043 <0,37

CSBmf i. Verd. mg/kg 2.298 1.590 K mg/kg 337 72

TOC mg/kg 14.265 9.371 Mg mg/kg 14 14

DOC mg/kg 12.752 8.623 Mn mg/kg <5,4 <3,0

org.Säuren mgHAc/kg n.n. n.n. Mo mg/kg <4,8 <2,6

SK mmol/kg 448,0 422,0 Na mg/kg 14.511 11.356

Nges mg/kg 2.584 1.122 Ni mg/kg <3,6 <2,0

NH4+-N mg/kg n.n. n.n. Pb mg/kg <6,0 <3,2

NO2--N mg/kg <12 <3,0 Se mg/kg <1,07 <0,71

NO3--N mg/kg <88 22,8 Sn mg/kg <12 <6,6

AFS g/kg 1,37 1,14 W mg/kg <6,0 <3,3

TS g/kg 70,2 52,5 Zn mg/kg 5 <1,6

oTS g/kg 30,1 23

oTS % 42,9 43,8

Pges mg/kg 173 71,7

PO43- mg/kg 153 83,9

SO42- mg/kg 1.870 1.490

Cl- mg/kg 6.450 3.080

AOX mg/kg 328 71,7

SAK 254 nm m-1 81.240 36.300

SAK 436 nm m-1 22.785 3.480

SAK 525 nm m-1 13.943 2.119

SAK 620 nm m-1 11.085 1.665


Anhang Seite 4

Tabelle: Analysen Dispersionsdruckpasten

Parameter Disper.-DP Disper.-DP Parameter Disper.-DP Disper.-DP hohe Dichte niedere Dichte hohe Dichte niedere Dichte pH n.mgl. n.mgl. Ca mg/kg 50 39

pH i. Verd.*4 5,4 (1/30) 5,01(1/30) Cd mg/kg <2,8 <2,6


LF i. Verd. mS/cm 0,930 0,830 Cr mg/kg <2,3 <2,1

CSB mg/kg 120.561 81.460 Cu mg/kg <2,3 <2,1

CSB i. Verd. mg/kg 4.019 2.715 Fe mg/kg 11,00 <4,6

CSBmf mg/kg 60.748 38.978 Hg mg/kg <0,025 <0,025


TOC mg/kg 41.565 27.527 Mg mg/kg 66 64

DOC mg/kg 22.045 14.734 Mn mg/kg <5,1 <4,6

org.Säuren mgHAc/kg 5.296 5.547 Mo mg/kg <4,5 <4,1

SK mmol/kg 59,0 53,0 Na mg/kg 6.726 5.621

Nges mg/kg 3.112 1.052 Ni mg/kg <3,4 <3,1

NH4+-N mg/kg n.n. n.n. Pb mg/kg <5,7 <5,1

NO2--N mg/kg n.mgl. <30 Se mg/kg <1,19 <1,00

NO3--N mg/kg n.mgl. <220 Sn mg/kg <11 <10

AFS g/kg 53,4 33,9 W mg/kg <5,7 <5,1

TS g/kg 98,5 72,3 Zn mg/kg <2,8 <2,6

oTS g/kg 78,2 57

oTS % 79,4 78,8

Pges mg/kg 91 92,6

PO43- mg/kg n.mgl. <330

SO42- mg/kg n.mgl. <1.000

Cl- mg/kg ca.7.740 4.400

AOX mg/kg 809 221

SAK 254 nm m-1 11.655 3.177

SAK 436 nm m-1 1.266 312

SAK 525 nm m-1 1.880 327

SAK 620 nm m-1 1.062 186


Anhang Seite 5

Tabelle: Analysen Küpendruckpasten

Parameter Küpen-DP Küpen-DP Parameter Küpen-DP Küpen-DP hohe Dichte niedere Dichte hohe Dichte niedere Dichte pH n.mgl. n.mgl. Ca mg/kg 556,8 42,83

pH i. Verd.*4 11,05 (1/10) 11,16 (1/10) Cd mg/kg <3,04 <2,67


LF i. Verd. mS/cm 7,430 8,190 Cr mg/kg <2,43 <2,14

CSB mg/kg 210.077 196.377 Cu mg/kg 3,59 <2,14

CSB i. Verd. mg/kg 7.003 6.546 Fe mg/kg 19,76 <5,80

CSBmf mg/kg 161.993 154.965 Hg mg/kg 0,06 <0,07

CSBmf i. Verd. mg/kg 5.400 5.166 K mg/kg 44.572 45.807

TOC mg/kg 58.225 51.483 Mg mg/kg 148,8 12,51

DOC mg/kg 38.120 34.679 Mn mg/kg <5,47 <4,81


SK mmol/kg 1.233,0 1.347,0 Na mg/kg 34.724 38.425

Nges mg/kg 865 557 Ni mg/kg <3,65 <3,21

NH4+-N mg/kg n.mgl. n.mgl. Pb mg/kg <6,08 <5,34

NO2--N mg/kg <3,0 <3,0 Se mg/kg <1,24 <1,55

NO3--N mg/kg 30,7 31,0 Sn mg/kg <12,16 <10,69

AFS g/kg 27,5 19,6 W mg/kg <6,08 <5,34

TS g/kg n.mgl. n.mgl. Zn mg/kg 3,64 <2,67

oTS g/kg n.mgl. n.mgl.

oTS % n.mgl. n.mgl.

Pges mg/kg 20,9 37,5

PO43- mg/kg <33 <33

SO42- mg/kg ca.9.570 12.100

Cl- mg/kg 29.700 33.700

AOX mg/kg 2.336 473

SAK 254 nm m-1 21.150 7.870

SAK 436 nm m-1 1.021 339

SAK 525 nm m-1 370 179

SAK 620 nm m-1 149 117


Anhang Seite 6

Tabelle: Analysen Säure- Metallkomplex-Druckpasten

Parameter S/M-DP S/M-DP Parameter S/M-DP S/M-DP hohe Dichte niedere Dichte hohe Dichte niedere Dichte pH n.mgl. n.mgl. Ca mg/kg 39,91 39,77

pH i. Verd.*4 6,87(1/30) 6,96(1/25) Cd mg/kg <2,41 <1,80

LF mS/cm n.mgl. n.mgl. Co mg/kg <1,45 6<1,09

LF i. Verd. mS/cm 2,050 2,210 Cr mg/kg 379 6

CSB mg/kg 170.500 133.000 Cu mg/kg <1,93 <1,44

CSB i. Verd. mg/kg 5.683 5.320 Fe mg/kg 8,39 7,62

CSBmf mg/kg 151.613 103.867 Hg mg/kg <0,023 <0,031

CSBmf i. Verd. mg/kg -- -- K mg/kg 178 165

TOC mg/kg 48.444 40.701 Mg mg/kg 26,98 27,12

DOC mg/kg 43.264 34.161 Mn mg/kg <4,34 <3,24


SK mmol/kg 263,0 227,0 Na mg/kg 6.045 4.452

Nges mg/kg 15.219 15.364 Ni mg/kg <2,89 <2,16

NH4+-N mg/kg 6.800 6.109 Pb mg/kg <4,82 <3,60

NO2--N mg/kg < 3,0 < 3,0 Se mg/kg < 0,96 < 0,74

NO3--N mg/kg < 23 < 23 Sn mg/kg <9,64 <7,2

AFS g/kg 14,0 9,50 W mg/kg <9,64 <7,2

TS g/kg ca. 123 106 Zn mg/kg 3,47 <1,8

oTS g/kg 102 90,7

oTS % 82,9 85,5

Pges mg/kg 221 128

PO43- mg/kg 153 98

SO42- mg/kg 20.200 18.100

Cl- mg/kg ca. 990 ca. 560

AOX mg/kg 19,1 23,3

SAK 254 nm m-1 33.900 4.280

SAK 436 nm m-1 13.760 424

SAK 525 nm m-1 11.690 687

SAK 620 nm m-1 13.300 420


Anhang Seite 7

Tabelle: Analysen Druckpasten mit basischen Farbstoffen

Parameter Bas.-DP Bas.-DP Parameter Bas.-DP Bas.-DP hohe Dichte niedere Dichte hohe Dichte niedere Dichte pH n.mgl. n.mgl. Ca mg/kg 40,56 52,06

pH i. Verd.*4 4,00 (1/20) 3,92 (1/20) Cd mg/kg < 0,588 < 3,53

LF mS/cm n.mgl. n.mgl. Co mg/kg < 1,59 < 2,12

LF i. Verd. mS/cm 6,750 6,690 Cr mg/kg < 2,13 < 2,83

CSB mg/kg 104.681 135.551 Cu mg/kg < 2,13 < 2,83

CSB i. Verd. mg/kg 5.234 6.778 Fe mg/kg < 4,78 < 6,36

CSBmf mg/kg 55.074 86.599 Hg mg/kg < 0,056 < 0,043


TOC mg/kg 35.822 46.826 Mg mg/kg 55,4 53,9

DOC mg/kg 24.062 34.493 Mn mg/kg < 4,78 < 6,36

org.Säuren mgHAc/kg 3.970 8.074 Mo mg/kg < 4,25 < 5,65

SK mmol/kg n.n. (pH<4,3) n.n. (pH<4,3) Na mg/kg 1.900 2.064

Nges mg/kg 3402 3437 Ni mg/kg < 3,19 < 4,24

NH4+-N mg/kg 3.032 3.166 Pb mg/kg < 5,31 < 7,06

NO2--N mg/kg < 3 < 3 Se mg/kg < 1,10 < 1,41

NO3--N mg/kg < 20 < 20 Sn mg/kg < 10,63 < 14,13

AFS g/kg 28,2 31,9 W mg/kg < 10,63 < 14,13

TS g/kg 90 105,4 Zn mg/kg < 2,66 < 2,83

oTS g/kg 82,8 96,6

oTS % 92 91,7

Pges mg/kg 780 783

PO43- mg/kg 560 570

SO42- mg/kg 5.850 5.790

Cl- mg/kg 250 493

AOX mg/kg 79,5 122

SAK 254 nm m-1 2.660 4.510

SAK 436 nm m-1 206 3.960

SAK 525 nm m-1 491 4.865

SAK 620 nm m-1 82 592


Anhang Seite 8

Tabelle: Analysen Restdruckpastengemisch

Parameter DP-Konz. 1 DP-Konz. 2 Parameter DP-Konz. 1 DP-Konz. 2 pH 9,19 n.mgl. Ca mg/kg -- 47,07

pH i. Verd.*4 -- 7,94(1/20) Cd mg/kg -- <1,32

LF mS/cm 31,7 n.mgl. Co mg/kg -- <0,79

LF i. Verd. mS/cm -- 1,730 Cr mg/kg -- 4

CSB mg/kg 75.862 63.323 Cu mg/kg -- <1,06

CSB i. Verd. mg/kg -- 3.166 Fe mg/kg -- 5,17

CSBmf mg/kg 51.232 -- Hg mg/kg -- <0,032

CSBmf i. Verd. mg/kg -- -- K mg/kg -- 142

TOC mg/kg 24.730 23.349 Mg mg/kg -- 39,4

DOC mg/kg 16.040 20.567 Mn mg/kg -- <2,37

org.Säuren mgHAc/kg 5.409 4.158 Mo mg/kg -- <1,06

SK mmol/kg 298,0 182,0 Na mg/kg -- 8.413

Nges mg/kg 8.928 2.293 Ni mg/kg -- <1,58

NH4+-N mg/kg 818 948 Pb mg/kg -- <2,64

NO2--N mg/kg -- < 3,0 Se mg/kg -- < 0,56

NO3--N mg/kg -- ca. 20 Sn mg/kg -- <5,28

AFS g/kg 21,2 -- W mg/kg -- <5,28

TS g/kg 103 70,7 Zn mg/kg -- <1,32

oTS g/kg 64,9 40,5

oTS % 63,0 57,3

Pges mg/kg 222 260

PO43- mg/kg -- 184

SO42- mg/kg -- 3.340

Cl- mg/kg -- 1.750

AOX mg/kg 142 --

SAK 254 nm m-1 13.710 17.750

SAK 436 nm m-1 1.914 860

SAK 525 nm m-1 1.170 510

SAK 620 nm m-1 828 415


Anhang Seite 9

Tabelle: Analysen der durch Fällung erzeugten Farbkonzentrat vom Ablauf des Textilbetriebes und vom Zulauf der Kläranlage in System 2

Parameter Textilbetrieb Kläranlage Parameter Textilbetrieb Kläranlage pH 7,19 6,58 Ca mg/kg 44,31 480pH i. Verd.*4 7,08 (1+1) 6,58 (1+1) Cd mg/kg < 0,25 < 0,025LF mS/cm 5,22 2,96 Co mg/kg < 0,015 < 0,015LF i. Verd. mS/cm 2,690 1,570 Cr mg/kg 0 0CSB mg/kg 8.124 ca.14.730 Cu mg/kg < 0,020 2CSB i. Verd. mg/kg 4.062 7.365 Fe mg/kg 3,00 44,75CSBmf mg/kg 338 1.629 Hg mg/kg < 0,0025 < 0,0025CSBmf i. Verd. mg/kg 169 815 K mg/kg 15,92 44TOC mg/kg 2.472 5.365 Mg mg/kg 8,3 68,58DOC mg/kg 111 1.049 Mn mg/kg < 0,045 0,858org.Säuren mgHAc/kg 90 1462 Mo mg/kg < 0,040 < 0,040SK mmol/kg 7,9 25,4 Na mg/kg 213 263Nges mg/kg 120 473 Ni mg/kg < 0,030 0,218NH4

+-N mg/kg < 5 (4,1) 213 Pb mg/kg < 0,050 0,398NO2

--N mg/kg < 0,3 < 0,3 Se mg/kg < 0,05 < 0,05NO3

--N mg/kg < 2 < 2 Sn mg/kg < 0,100 < 0,100AFS g/kg 9,10 11,5 W mg/kg < 0,100 < 0,100TS g/kg 11,9 14,4 Zn mg/kg 0,293 6,49oTS g/kg 5,9 9,2 oTS % 50 63,6 Pges mg/kg 86,4 324 PO4

3- mg/kg <3 2,1 SO4

2- mg/kg 369 10 Cl- mg/kg 1.190 313 AOX mg/kg 0,078 0,086 SAK 254 nm m-1 104 109 SAK 436 nm m-1 5 3 SAK 525 nm m-1 4 1 SAK 620 nm m-1 2 0


Anhang Seite 10

Großtechnische Versuche System 2

Beschreibung des Istzustandes

Tabelle: Wassermengen Zulauf Kläranlage und Ablauf Textilbetrieb

Parameter Anzahl Min Mittel 84 %-Wert Max

Qd KA m³/d 124 1.152 2.444 3.283 4.335 Qdt KA m³/d 64 1.152 2.009 2.530 3.199 Q TVU m³/d - - 176 - - Q TVU/ Q KA % - - 7,2 - -

Tabelle: Farbbelastungen im Zu- und Ablauf der Kläranlage

Parameter Anzahl Min Mittel 84 %-Wert Max Grenzwert

Zulauf KA DFZ 436 nm m-1 124 1,8 15,3 26,0 42,0 - DFZ 525 nm m-1 124 1,2 11,4 19,9 40,6 - DFZ 620 nm m-1 124 0,5 8,5 15,3 35,5 -

Ablauf KA DFZ 436 nm m-1 124 0,8 2,3 3,2 11,1 3,5 DFZ 525 nm m-1 124 0,2 1,7 2,9 9,6 2,0 DFZ 620 nm m-1 124 0,1 0,9 1,8 5,3 2,0


Anhang Seite 11

Simultanfällung Klärwerk



Qd KA m³/d 34 1.457 2.430 3.116 3.952 Qdt KA m³/d 17 1.457 2.093 2.480 2.777 Q TVU m³/d 34 9 194 273 321 Q TVU/ Q KA % 34 - 8,0 - -

Tabelle: Farbbelastungen im Zu- und Ablauf der Kläranlage bei Simultanfällung





Anhang Seite 12

Vor- und Simultanfällung im Klärwerk



Qd KA m³/d 42 1.157 2.729 3.632 4.252 Qdt KA m³/d 5 2.181 1.456 2.112 2.181 Q TVU m³/d 42 2 140 207 275 Q TVU/ Q KA % - - 5,1 - -

Tabelle: Farbbelastungen im Zu- und Ablauf der Kläranlage bei Parallelbetrieb der Vor- und Simultanfällung





Anhang Seite 13

Fällung im Textilbetrieb



Qd KA m³/d 17 1.702 2.429 2.997 3.557 Qdt KA m³/d 10 1.702 2.017 2.267 2.558 Q TVU m³/d 17 17 105 169 262 Q TVU/ Q KA % - - 4,3 - -

Tabelle: Farbbelastungen im Zu- und Ablauf der Kläranlage


Zulauf KA DFZ 436 nm m-1 17 0,9 5,7 8,8 17,9 9,1 1)

DFZ 525 nm m-1 17 0,8 4,6 7,8 13,6 6,8 1)

DFZ 620 nm m-1 17 0,4 3,3 5,4 9,7 5,1 1)


1) mittlere theoretische Farbbelastungen im Referenzzeitraum bei Reduzierung des Textilabwasseranteils von 7,2 % auf 4,3 % an der Gesamtabwassermenge

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Jedele und Partner - cleaner-production.de · 1 Zusammenfassung 3 2 Situation und Aufgabenstellung 5 3 Ergebnisse 7 3.1 System 1 7 3.1.1 Bestandsaufnahme kommunale Kläranlage 1 8