Neuer Lösungsansatz zur Reinigung von verunreinigtem Prozesswasser

Elektrolyse ist das Zauberwort für Kosteneinsparung und Energieeffizienz

Herausforderung

Wasser, als knapper werdender Rohstoff, wird auch in der industriellen Fertigung vielseitig eingesetzt. So kommen unter an-derem große Mengen bei der Teilereini-gung zum Einsatz. Nach der Reinigung von Werkstücken aus der spanenden Bearbei-tung ist das Waschwasser zum Beispiel mit Bohremulsion verunreinigt. Hat das Wasch-medium seinen maximalen Sättigungs-grad erreicht, können keine weiteren Schmutzpartikel mehr aufgenommen wer-den. Da das verschmutzte, unbrauchbare Waschwasser aber nicht ohne Weiteres in die Kanalisation geleitet werden darf, musste es bislang gesammelt und von spe-ziellen Entsorgungsunternehmen abtrans-portiert werden.

Lösungsansatz

Zur Aufbereitung von mit Bohremulsion verunreinigtem Waschwasser entwickelte die Kunststofftechnik Weißbach GmbH in Kooperation mit weiteren Unternehmen einen innovativen Lösungsansatz in einer Anlage mittels Elektrolyse. Die an zwei Diamantelektroden entstehenden OH- Radikale zerstören die Kohlenwasserstoff-gruppen der Bohremulsion sowie andere organische Bestandteile im Waschwasser. So muss das Waschwasser nicht teuer ent-sorgt werden, sondern kann zu 100 Prozent wieder in den Produktionskreislauf zurück-geführt werden. Das spart Kosten und schont die Umwelt.

Verfahren

Das verschmutzte Waschwasser wird zu-nächst in den Schmutzwassertank der Anlage geleitet. Dabei schöpft ein Sieb grö-bere Schmutzpartikel ab und aufschwim-mendes Öl wird abgeschieden. Die Emulsi-on wird daraufhin in einen Umwälztank gepumpt. Sobald darin ein vordefinierter Füllstand erreicht ist, drückt eine Pumpe die Emulsion durch zwei Elektrolysezellen. Dort werden die einzelnen mit einer hauch-dünnen Diamantschicht überzogenen Elektroden in den Elektrodenstapeln be-stromt. Dieser Prozess löst eine elektro-

chemische Reaktion im Medium aus. Durch das Anlegen einer Spannung und des dar-aus resultierenden Stromfluss über die Elektroden durch das Medium wird in den Diamantoberflächen ein OH-Radikal gebil-det, welches die Kohlenstoffverbindungen der Bohremulsion sowie anderer Schad-stoffe aufspaltet. Die Schmutzpartikel wer-den dabei in ihre jeweiligen Grundbestand-teile zerlegt, z. B. Kohlenstoff und Wasser, welche in Folge mit Sauerstoff in Bindun-gen gehen und CO2 und H2O bilden. So werden bei der Reaktion Öle und organi-sche Bestandteile bei niedrigen Tempera-turen abgebaut. Ein Turbidimeter misst während der Bestromung der Diamant-elektroden fortlaufend die Wasserqualität.

Der Elektrolyseprozess erfolgt bis die gewünschte Wasserqualität kontinuierlich für mindestens 5 Minuten unterschritten wird. Das so aufbereitete Wasser bleibt für die Produktion nutzbar und kann aus ei-nem Vorlagetank in vollem Umfang zurück in den Produktionskreislauf der Waschstra-ßen gepumpt werden. Zusätzlich entzieht ein Wärmetauscher dem Schmutzwasser während der Umwälzung im Elektrolyse-prozess die dabei entstehende Prozesswär-me. Diese wird im weiteren Prozessverlauf nachhaltig zum Beheizen der Waschstraße eingesetzt oder kann anderweitig genutzt werden. Da eine zunehmende Verschmut-zung der Elektroden deren Leitfähigkeit und somit auch die Leistungsfähigkeit der Anlage beeinträchtigt, setzt nach jedem Elektrolyseprozess automatisch eine Zitro-

nensäurespülung der Elektrodenstapel ein. Diese entfernt Kalkablagerungen und Öl-reste auf den Elektroden und gewährleistet eine lange Laufzeit der Anlage.

Nutzen

Dank der Aufbereitungsanlage erfolgt die Reinigung des Waschwassers direkt am Einsatzort. Das Sammeln und der Abtrans-port durch entsprechende Entsorgungsun-ternehmen entfallen dadurch komplett. So kann das gesamte aufbereitete Prozess-wasser wieder in den Produktionskreislauf zurückgeführt werden. Die während der Elektrolyse entstehende Prozesswärme

Verunreinigtes Waschwasser (Quelle: P3N MARKETING GMBH)

Elektrode (Quelle: DiaCCon GmbH)

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dient zudem zur Beheizung der Wasch-straße oder anderer Anlagen.

Geschäftsführer Peter Weißbach, ist zuversichtlich, dass neben der Pilotanlage,

die seit Herbst 2014 bei Schulte & Schmidt in Vohenstrauß in Betrieb ist, bald weitere Anlagen bei Kunden installiert werden. Mit dieser Investition in die Zukunft sollen die Kosten an Energie, Entsorgung und Wasser gesenkt werden.

Kunststofftechnik Weißbach GmbH

Das mittelständische Familienunterneh-men fertigt seit 20 Jahren kundenspezifi-sche Lösungen aus Kunststoff.

Auf Basis der hervorragend ausgebilde-ten Fachkräfte sowie des ständig moder-nisierten Maschinenparks konnte die Fertigung kontinuierlich erweitert wer-den. Ursprünglich auf den Anlagen- und Schwimm badbau spezialisiert, wurde zu-nehmend die Verarbeitung von Kunst-stoffhalbzeugen zu technischen Teilen, Behältern und Apparaten für das produ-zierende Gewerbe vorangetrieben.

Heute fertigen 45 Mitarbeiter in Gornau eine breit gefächerte Palette von Bauteilen, Behältern bis zu komplexen Großanlagen für den Maschinen- und Anlagenbau, die

Medizin- und Umwelttechnik sowie für die Halbleiterindustrie.

Eine eigene Entwicklungsabteilung arbeitet an Innovation und Effizienzsteig-erung. Dieses Know-how, das interne Kons-truktionsbüro sowie die technisch und tech-nologisch moderne Fertigung garantieren den Kunden eine ganzheitliche und hoch-wertige Betreuung. Auch immer mehr in-ternationale Kunden vertrauen von der Idee bis zum fertigen Produkt „made by KTW“.

Anlage zur Waschwasseraufbereitung bei Schulte & Schmidt (Quelle: P3N MARKETING GMBH)

Wasseraufbereiter offen (Quelle: DiaCCon GmbH)

Fraunhofer-Studie: Recycling gewinnt immer

Fraunhofer-Institut für Umwelt-, Sicherheits- und Energietechnik UMSICHT

Der internationale Rohstoffbedarf steigt stetig, parallel sinkt die Menge der verfüg-baren Primärressourcen. Es ist daher umso wichtiger, die Rohstoffe, die bereits im Um-lauf sind, effizient zu nutzen. Klima und Umwelt durch nachhaltiges Wirtschaften mit Ressourcen zu schonen, ist eine globale Herausforderung. Fraunhofer UMSICHT zeigt in einer aktuellen Studie auf, welchen Beitrag die ALBA Group dazu leistet. Der

Recycling- und Umweltdienstleister schon-te 2014 durch die Kreislaufführung von rund 6 Millionen Tonnen Wertstoffen über 48,3 Millionen Tonnen Primärressourcen.

Tausende Tonnen Abraum aus der Roh-stoffgewinnung, Erdöl oder Erdgas für Kraftstoffe, hinzukommen Raffinerieab-fälle und Gewässerverschmutzung – die Nutzung von Primärressourcen wie Kup-fererze oder Rohöl ist mit einem immen-sen Rohstoffaufwand verbunden. »Diese Vorkette fällt in der Sekundärproduktion teilweise deutlich kürzer aus«, erklärt Dr. Hartmut Pflaum, Abteilungsleiter Ressour-

cen- und Innovationsmanagement bei Fraunhofer UMSICHT. Denn im Recycling-fall schöpfe die Industrie aus einem bereits im Wirtschaftskreislauf vorhandenen Ma-terialfundus, ohne energie- und rohstoff-intensive Gewinnung.

3,3 Millionen Autos weniger

Deutschland ist Vorreiter auf dem Gebiet der Wiederverwertung von Abfällen und Reststoffen. Jährlich ersetzt das Recycling von Abfällen hier Rohstoffimporte im Wert von 20 Milliarden Euro. Bis zum Jahr 2020 könnte die Summe auf rund 30 Milliarden Euro ansteigen*. Einen wichtigen Part über-nehmen dabei Unternehmen aus der Recy-cling- und Umweltbranche. Fraunhofer UMSICHT begleitet bereits seit 2007 die ALBA Group wissenschaftlich und ermittelt, welchen Effekt das Recycling der Unter-nehmensgruppe auf die Umwelt hat. Für 2014 hat das Oberhausener Forschungsin-stitut die gebündelten Recyclingaktivitäten in Deutschland, Österreich, Polen und Slo-wenien untersucht.(Quelle: Fraunhofer UMSICHT, ALBA Group 2015)

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Wie viele Ressourcen wurden in einem Jahr durch die Kreislaufführung von Metal-len, Elektroaltgeräten, Papier/Pappe/Kar-ton, Glas, Leichtverpackungen, Kunststof-fen und Holz eingespart? Die Studie »re-sources SAVED by recycling« zeigt, dass die ALBA Group mehr als 48,3 Millionen Tonnen Primärressourcen durch die Wie-derverwertung von rund 6 Millionen Ton-nen Wertstoffen schonen konnte. Im selben Zeitraum wurden zudem 6,6 Milli-onen Tonnen weniger Treibhausgas-emissionen in die Umwelt emittiert. Um einen vergleichbaren Effekt zu erzielen, müsste die Anzahl der Autos auf deut-schen Straßen um etwa 3,3 Millionen re-duziert werden.

Ganzheitliche Kreislaufwirtschaft der richtige Schlüssel

Recycling-Experte Dr. Pflaum weiß: »In un-serem Vergleich ‚Primär’ gegen ‚Sekundär’ gewinnt Recycling fast immer – egal ob es um Ressourcenschonung, Treibhausgaser-sparnis oder wirtschaftliche und gesell-schaftliche Implikation geht.« Um die Ziele des von der Bundesregierung fixierten Ressourceneffizienzprogramms ProgRess einzuhalten, bis 2020 die Ressourcen-produktivität in Deutschland gegenüber 1994 zu verdoppeln, sind ehrgeizige Maßnahmen notwendig. Fraunhofer UMSICHT zeigt mit der vorliegenden Stu-die, dass Recyclingunternehmen einen

deutlichen Beitrag leisten können und eine ganzheitliche Kreislaufwirtschaft der richtige Weg ist.

Die Studie »resources SAVED by recyc-ling« ist kostenlos über das ALBA-Group- Informationsportal www.resources-saved.com erhältlich.

*Quelle: Studie des Instituts der Deut-schen Wirtschaft Köln (IW) im Auftrag des BDE vom 9. September 2010: »Volkswirt-schaftliche Bedeutung der Entsorgungs- und Rohstoffwirtschaft«

Weitere Informationen: http://www. resources-saved.com

Dipl.-Chem. Iris Kumpmann Abteilung Public Relations

resources SAVED by ecycling: über 48,3 Millionen Tonnen (Quelle: Fraunhofer UMSICHT)

Wertvoller Phosphor aus Klärschlamm: DBU fördert Pilotanlage der AVA cleanphos Technologie in Karlsruhe

Ein neues Verfahren, das wertvollen Phos-phor aus HTC-Klärschlammkohle gewinnt: Um diese neue Technologie zu etablieren, fördert die Deutsche Bundesstiftung Um-welt (DBU) eine AVA cleanphos Pilotanlage mit Standort in Karlsruhe. Das auf der hy-drothermalen Carbonisierung (HTC) basie-rende Verfahren wurde bereits im Labor von AVA-CO2 erfolgreich getestet. In den nächsten 12 Monaten wird die innovative Lösung bei der AVA-CO2 Forschung GmbH in Karlsruhe in Zusammenarbeit mit den

Projektpartnern, der Universität Hohen-heim und der Projektgruppe für Wertstoff-kreisläufe und Ressourcenstrategie IWKS des Fraunhofer-Instituts für Silicatfor-schung ISC, im halbtechnischen Maßstab erprobt. Das Projekt soll zeigen, dass sich dank der AVA cleanphos Technologie ein pflanzenverfügbarer Recycling-Dünger aus Klärschlamm effizient und kostengünstig herstellen lässt.

Für die Industrie wird durch die erfolg-reiche AVA cleanphos Pilotierung ein

Durchbruch bei der Phosphor-Rückge-winnung, wie sie durch die Novelle der Klärschlammverordnung gefordert wird, erwartet. Das Verfahren hat nicht nur das Potenzial effizienter und kostengünstiger als andere, bestehende Verfahren zu sein. Denn über das HTC-Verfahren wird Klärschlamm zuerst auch in Kohle umge-wandelt, ehe das Phosphat isoliert wird. So entstehen gleich zwei wirtschaftlich interessante Produkte: Ein wertvoller Dünger und die phosphorfreie HTC-Klär-

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schlammkohle, die auch in Zukunft als Ersatz für Braun- oder Steinkohle in der Mitverbrennung eingesetzt werden kann – was zu beträchtlichen Einsparungen von CO2-Emissionen führt. „Die HTC in Kombi-nation mit der AVA cleanphos Lösung macht den Weg frei für eine echte, lang-fristige Klärschlammverwertung“, erklärt Thomas Kläusli, Chief Marketing Officer von AVA-CO2.

Auch für die Landwirtschaft bietet das Verfahren neue Möglichkeiten. „Obwohl Klärschlamm viel wertvolles Phosphat ent-hält, spricht vieles gegen eine landwirt-schaftliche Verwertung. Der Schlamm kann Krankheitserreger mit sich führen und ent-hält zusätzlich viele Schwermetalle“, so Prof. Dr. Andrea Kruse, Agrartechnologin der Universität Hohenheim. Bisherige Tech-nologien für die Phosphor-Rückgewinnung setzen zudem vor allem auf die Entsorgung in Monoverbrennungsanlagen, um dann aus der Asche das Phosphat zu gewinnen und als Dünger zu verarbeiten. Diese Ver-fahren sind aber teurer und deutlich auf-wendiger als die HTC.“

Bisher, so Prof. Dr. Kruse weiter, schöp-fe man das Phosphat zwar noch aus Mine-ralwerken in China, den USA und Marok-ko. „Diese Mineralwerke sind aber mittler-weile so ausgebeutet, dass immer tiefer abgebaut  werden muss. Doch je tiefer gebohrt wird, desto mehr Schwermetalle wie Uran sind im Phosphat angereichert, der wiederum als Dünger auf die Felder kommt. Wir brauchen daher neue Phos-

phatquellen. Der Klärschlamm ist eine davon, und mit der HTC basierten AVA cleanphos Technologie kann er nutzbar gemacht werden.“

Auch die Fraunhofer-Projektgruppe IWKS begleitet das Projekt wissenschaftlich und wird detaillierte Analysen in Anleh-nung an die Vorgaben der Düngemittelver-ordnung vornehmen.

Über AVA-CO2

Das Biotechnologie-Unternehmen AVA-CO2 ist führend beim Einsatz hydrother-maler Prozesse zur stofflichen und ener-getischen Nutzung von Biomassen. Zum Leistungsangebot gehört ein patentiertes Verfahren zur großtechnischen Herstel-lung der biobasierten Plattformchemika-lie 5-HMF (5-Hydroxymethylfurfural). Die-se dient als erneuerbares Substitut für erdölbasierte Ausgangsstoffe in der che-mischen und pharmazeutischen Industrie. Für die feinchemische Industrie produ-ziert die Tochtergesellschaft AVA Biochem bereits heute hochreines 5-HMF. Das Unternehmen ist auch führend beim Einsatz der hydrothermalen Carbonisie-rung (HTC) zur effizienten Verwertung von Klärschlämmen und anderen biogenen Reststoffen sowie zur Herstellung von Hoch leis tungskohlenstoffen wie Pul-veraktivkohle oder Carbon Black. Als Tech- no logieführer ermöglicht das Unterneh-men mit dem eigens entwickelten HTC

basierten Verfahren AVA cleanphos auch wirtschaftliche Lösungen für die Phos-phorrückgewinnung.

Das Schweizer Unternehmen mit Sitz in Zug und Tochtergesellschaften in der Schweiz und Deutschland hat im Oktober 2010 in Karlsruhe mit der HTC-0 die welt-weit erste HTC-Demonstrationsanlage im industriellen Massstab in Betrieb genom-men. Im Februar 2014 wurde mit der Biochem-1 die weltweit erste Anlage zur kommerziellen Produktion von 5-HMF in Betrieb genommen.

Über die Universität Hohenheim

Gegründet 1818 nach verheerenden Hun-gersnöten fühlt sich die Universität Hohen-heim neben intensiver Grundlagenfor-schung immer auch der Tradition verpflich-tet, innovative Lösungen auf drängende gesellschaftliche Fragen zu entwickeln. Anders als andere Universitäten besitzt die Universität Hohenheim dazu einen bun-desweit einmaligen Fächerkanon. Heute ist die Universität Hohenheim Deutschlands Nr. 1 in Agrarforschung und Food Sciences, sowie stark und einzigartig in Natur-, Wirt-schafts-, Sozial-, und Kommunikationswis-senschaften.

Mehr über AVA-CO2 erfahren Sie unter: www.ava-co2.com

Mehr über AVA Biochem erfahren Sie unter: www.ava-biochem.com

Dank der AVA cleanphos Technologie lässt sich ein Recycling-Dünger aus Klärschlamm effizient und kostengünstig herstellen. (Quelle: © Fotolia/singkham #75824024)

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