DE10164623A1 - Die Mikrofiltration, Umkehrosmose und UV-Oxidation (Mitteldruckstrahler) als Kombinationsverfahren zur Entkeimung und zur Entfernung von Schadstoffen in Textilindustriellen- und Wäschereiabwässern - Google Patents

Die Mikrofiltration, Umkehrosmose und UV-Oxidation (Mitteldruckstrahler) als Kombinationsverfahren zur Entkeimung und zur Entfernung von Schadstoffen in Textilindustriellen- und Wäschereiabwässern

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine weitgehende Untersuchung, Entwicklung und Optimierung eines Kombinationsverfahrens zur Entkeimung und zur Entfernung von Schadstoffen in textilindustriellen und Wäschereiabwässern mit dem Zweck, das gereinigte Wasser dem Waschprozeß wieder zuzuführen. DOLLAR A È Aufbereitung von schwach belasteten textilindustriellen und Wäschereiabwässern durch Mikrofiltration, gekoppelt mit UV-Oxidation, DOLLAR A È Aufbereitung von stark belastetem textilindustriellem Abwasser durch Kombination von Fällung/Flockung, gekoppelt mit der UV-Oxidation und auch weitgehend mit den traditionellen bekannten Verfahren wie Umkehrosmose. DOLLAR A Die Aufgabe wird mit dem Kombinationsverfahren dadurch gelöst, daß die UV-Oxidation mit anderen bekannten Verfahren gekoppelt wird. Das Abwasser wird über drei oder vier Stufen gereinigt.

Description

  • Im Januar 1999 traten die Anhänge 55 und 57 der Abwasserverordnung für Wäschereien und Wollwäschereien in Kraft. Darin sind die Reinigungsziele für Direkteinleitung (Vorfluter) und die Indirekteinleitung (Kläranlage) definiert. Neben den festgelegten Grenzwerten müssen bei der Einleitung in das öffentliche Kanalnetz die Grenzwerte gemäß der Ortssatzung eingehalten werden. Bei Nichteinhaltung zahlt der Verschmutzer zu den Abwassergebühren Starkverschmutzerzuschläge entsprechend den Konzentrationen bestimmter Parameter (CSB: Chemischer Sauerstoftbedarf, AOX: adsorbierbare organische Halogene, Kohlenwasserstoffe). Ebenso kann der Wäscherei die Einleitung in das öffentliche Kanalnetz untersagt werden.
  • Neben den Anhängen 55 und 57 gilt ferner die Ortssatzung der Kommunalen Kläranlage, in die das Abwasser eingeleitet wird. Die Ortssatzung legt weitere Parameter und Grenzwerte fest. Bei Überschreitung dieser Grenzwerte wird ein Starkverschmutzerzuschlag zu den Abwassergebühren fällig und es kann eine Einleitung ins Kanalnetz untersagt werden.
  • Wirtschaftlichkeit ist oberstes Prinzip. Neben der Erfüllung gesetzlicher Auflagen für die Ableitung von Abwasser in die öffentliche Kanalisation geht es aufgrund steigender Frisch- und Abwassergebühren auch darum, das Abwasser so aufzubereiten, daß ein Wiedereinsatz im Waschprozeß möglich ist. In den vergangenen Jahren sind die Gebühren für Wasser und Abwasser stetig gestiegen. Dabei ist ein Ende dieser Entwicklung heute noch nicht abzusehen. Um diesem Dilemma auszuweichen, ist es erforderlich, die Betriebskosten so niedrig wie möglich zu halten. Gleichzeitig können sich Wäschereien von der oft nicht vorhersagbaren kommunalen Wassergebührenpolitik unabhängig machen und ihre Kosten langfristig kalkulieren. Dies läßt sich erreichen indem man den Bedarf grundsätzlich senkt und das Wasser im Waschprozeß mehrfach nutzt. Nicht nur die Einhaltung der Grenzwerte, auch der Abwasserverbrauch sowie der Abwasseranfall und die daraus resultierenden Betriebskosten sind wichtige Entscheidungsimpulse, eine Abwasserreinigung gerade mit dem Ziel der Brauchwasserrückgewinnung in der Wäscherei zu realisieren.
  • Mehrfachnutzung ist in jedem Fall sinnvoll. Grundsätzlich muß beim Überbegriff Abwasserbehandlung zwischen Abwasservorbehandlung und Abwasserrecycling unterschieden werden. Ziel der Abwasservorbehandlung ist die Minimierung von Schadstoffen, damit gesetzliche Grenzwerte eingehalten und das Abwasser in das Kommunale Kanalsystem (Indirekteinleiter) oder direkt in ein Gewässer (Direkteinleiter) eingeleitet werden kann. Ziel des Abwasserrecyclings ist die Errichtung eines (weitgehend) geschlossenen Wasserkreislaufs in der Wäscherei. Das Abwasser muß so gründlich gereinigt werden, daß die Wasserqualität in chemischer und hygienischer Hinsicht den Ansprüchen des Waschprozesses entspricht. Die Ziele der beiden Prozesse (Abwasservorbehandlung und Abwasserrecycling) sind also deutlich verschieden. Die Technologie, die dafür eingesetzt wird, ist weitgehend identisch. Beim Abwasserrecycling ist allerdings ein deutlich intensiverer Einsatz dieser Technologie notwendig.
  • Unabhängig von der Art und Größe der Wäschereibetriebe liegt der Schwerpunkt von Umweltschutzmaßnahmen beim Waschen in der Senkung des Haushaltswasserverbrauchs durch Mehrfachnutzung des Wassers.
  • Für die Entkeimung und die Entfernung von Schadstoffen aus Wäschereiabwässern ist eine Vielzahl von Verfahren bekannt. Die bekannten Reinigungsverfahren für Wäschereiabwasser bewirken im allgemeinen nur eine ungenügende Eliminierung bzw. Inaktivierung der im Abwasser vorhandenen Bakterien und Viren.
  • Um die erforderliche Entkeimung, die Entfernung von Schadstoffen in Wäschereiabwässern und Wiedernutzung des Wassers als Betriebswasser zu erreichen, müssen spezielle Verfahren angewandt werden. Erfolgreich wird bei der Entkeimung und der Reinigung von Industriellen- und Wäschereiabwässern das UV-Oxidation in der Kombination mit traditionellen bekannten Verfahren wie biologische, sowie, neuartigen Methoden wie Mikro-Crossflow-Filtration, Mikrofiltration und Umkehrosmose der Schadstoff-Eliminierung angewandt.
  • Stand der Technik
  • Das bisherige Haupteinsatz- und Forschungsgebiet bildet die Verfahrenskombination von UV-Oxidation (Mitteldruckstrahler) entspricht dem AOP-Verfahren und dem biologischen Verfahren von Deponiesickerwasser.
  • Angaben zu diesem Thema siehe unter:
    Aktenzeichen: 199 32 268.6
    Anmelder Nr.: 10585850
  • Umweltfreundliches Kombinationsverfahren von AOP-Verfahren und Membranfiltration zur Entkeimung, zur Entfernung von Schadstoffen und Reduktion von TOC in den Wäschereiabwässern.
  • Für den Bereich der Textilindustriellen- und der Wäschereiabwässeraufbereitung liegen bisher keine Erfahrungen vor.
  • Anwendungsgebiet der Erfindung
  • Es erscheint sinnvoll, die UV-Oxidation (Mitteldruckstrahler) auf Textilindustriellen und Wäschereiabwässer anzuwenden. Der Nachteil der UV-Desinfektion nur zur Desinfizierung von Abwässern wird durch UV-Oxidation vermieden. Dadurch entstehen keine erheblichen Investitionskosten wie bei den bekannten. Verfahren. Die Vorteile bleiben dagegen erhalten: kein Anfall von Reststoffen, die Behandlung des gesamten Abwasserstroms ist möglich. Es erfolgt eine direkte Überführung der Schadstoffe in schadloses Kohlendioxid, das Abwasser wird gleichzeitig desinfiziert. Die UV-Bestrahlung bringt nach heutiger Kenntnis unter den diskutierten Abwasserdesinfektionsverfahren die geringsten Gefahren für die Umwelt mit sich.
  • Die bekannten Kombinationstechnologien von H2O2-UV-Niederdruckstrahler, O3-UV- Niederdruckstrahler und H2O2-O3-UV-Niederdruckstrahler erfordern zusätzlichen verfahrenstechnischen Aufwand und besondere Sorgfalt im Umgang mit H2O2 und O3. Dadurch entstehen erhebliche Investitionskosten.
  • Vorrichtung 1
  • Zum grundsätzlichen Aufbau der Anlage zur Aufbereitung von schwach belasteten Textilindustriellen- und Wäschereiabwässern im Rahmen eines Brauchwasser Recycling- Systems gehören ein Flusenfilter, zwei Behälter für Schmutz- und Klarwasser, eine Pumpe, eine Mikrofiltration, eine UV-Oxidation, eine H2O2 Dosierungsanlage, eine Kammerpresse, eine Enthärtungsanlage, ein Schlammbehälter und schließlich ein Verteilungssystem. Die Lösung zur Wasser Aufbereitungsvorrichtung wird aus vier aufeinanderfolgenden Stufen bestehen.
  • Die Vorrichtung ist nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Abwässer aus verschiedenen Maschinen und aus den verschiedenen Bädern gesammelt, und anschließend dem Vorratstank zugeführt werden.
  • In der Stufe 1 befindet sich ein Flusenfilter und ein Vorratstank: Hier werden grobe Verunreinigungen und Schmutzpartikel entfernt und die Abwässern gesammelt.
  • Zur Stufe 2 gehört die Mikrofiltration: Hauptrolle der Mikrofiltration ist alle emulgierten und suspendierten Schmutzstoffe abzutrennen
  • Stufe 3 ist die UV-Oxidation: Die noch verbleibenden Restkonzentrationen werden in der UV- Oxidationsanläge durch Zusatz von geringen Mengen von H2O2 zerstört. In der dritten Stufe erfolgt eine Umwandlung der Schadstoffe ein schadlose Stoffe. Es wird hier die Reinigung und die Entkeimung erzielt.
  • Stufe 4 Umkehrosmose RO: Bei Bedarf können mit der Umkehrosmose periodisch gelöste Salze und Schwermetalle entfernen werden.
  • Vorrichtung 2
  • Zum grundsätzlichen Aufbau der Anlage zur Aufbereitung von stark belastetem Textilindustriellem Abwasser im Rahmen eines Brauchwasser Recycling-Systems gehören ein Flusenfilter, zwei Behälter für Schmutz- und Klarwasser, eine Pumpe, eine chemische Fällung/Flockung, ein Reaktionsbehälter, eine Filtrationsanlage, eine UV-Oxidation, eine H2O2- Dosierung, ein Kammerpresse, ein Schlammbehälter, eine Umkehrosmose, eine Enthärtungsanlage und schließlich ein Verteilungssystem. Die Lösung zur Wasser Aufbereitungsvorrichtung wird aus vier aufeinanderfolgenden Stufen bestehen.
  • Zur Stufe 1 gehören Flusenfilter und Vorratstank. Hier werden grobe Verunreinigungen und Schmutzpartikel entfernt und die Abwässern gesammelt.
  • Zur Stufe 2 gehören Flockung und Filtration: Die chemische Fällung/Flockung bewirkt die Mikro- und Makroflockenbildung wodurch der Reinigungseffekt verstärkt wird. Die Flockung dient der Verbesserung des Filtrationsergebnisses. Im Filtrationsverfahren werden die suspendierter Partikel zurückzuhalten.
  • Stufe 3 ist die UV-Oxidation: Die noch verbleibenden Restkonzentrationen werden in der UV- Oxidationsanlage durch Zusatzt von geringen Mengen von H2O2 zerstört. In der dritten Stufe erfolgt eine Umwandlung der Schadstoffe ein schadlose Stoffe. Hier wird die Reinigung und die Entkeimung erzielt.
  • Stufe 4 ist die Umkehrosmose RO: Dient zur tägliche Entfernung von gelösten Salzen und Schwermetallen. Durch eine chemische Analyse wird entschieden ob UV-Oxidation vor oder nach Umkehrosmose durchgeführt wird.
  • Bisherige durchgeführte Projekte in den Wäschereien sind:
    Biocleaners Brauchwasserführung im Kreislauf. Literatur: Andreas Pries 30-31, Reiniger & Wäscher, LI, Heft I/98
    Mikro- und Nanofiltration: Abwasser-Recycling-Anlage für Wäscherei Literatur: Lutz Kunze: Reiniger & Wäscher, LI, Heft 7/97, 13-14
    Mehrstufige Membransysteme zur effektiven Schmutzentfernung: Literatur: Lutz Kunze: Reiniger & Wäscher, LI, Heft 8/98, 23
    Mikro-Crossflow-Filtration: Entwicklung einer Abwasserautbereitungsanlage zur Behandlung von Abwasser aus Wäschereien. Projektbeginn 13.12.1995 Projektende 31.10.96 Projektkennblatt der Deutschen Bundesstiftung Umwelt
    Membranbioreaktosystem (Biomembrat-Verfahren) Wehrle Werk AG stellt Membranbioreaktorsystem vor Ziel: Weitestgehende Abwasserreinigung mit Brauchwassergewinnung 20 WRP 3/1999 - 3/1999 WRP 25
    Abwasserbehandlung: Hohensteiner <<Abwasserrecycling>> - neue Trends, neue Systeme 20 WPR 1/2000
    Der Aquamiser von Henkel-Ecolab: 1/2000 WRP 19
    Amberpack für Neuanlagen: 1/2000 WRP 19
  • 4 Verfahrensprinzip 4.1 Filtration Eingenheiten der Abwasserfiltration
  • Filtrationsverfahren gehören zu dem mechanischen Verfahren. Über den rein mechanische Siebeffekt hinaus, also den Rückhalt suspendierter Partikel, welche größer als die Porendurchmesser der Filterschüttung sind, werden weitere Stofftransport- und Stoffanlagerungsmechanismen wirksam. Diese bewirken ein hohes Rückhaltevermögen von Filtern auch für kleine suspendierte, kolloidal gelöste und echt gelöste Stoffe.
  • Ein Vorschlag für die Nutzung des Verfahrens ist der Aufbau des Filterbetts in mehreren Schichten mit von oben nach unten abnehmenden Korndurchmessern. Das obere Filtermaterial muß geringe Dichte und das untere Filtermaterial die größere Dichte aufweisen. (Rückspülung)
  • 4.2 UV-Oxidation (Mitteldruckstrahler)
  • Der Einsatz der UV-Oxidation (Mittelsdruckstrahler) in Verbindung mit H2O2 zur Eliminierung organisch-chemischer Schadstoffe in belasteten Industriellen- und Wäschereiabwässern ist eine neuartige Entwicklung. Vorrichtungen dieser Art zum kontinuierlichen Abbau von Umweltschadstoffe in Textilindustriellen- und Wäschereiabwässern sind nicht im Handel. Es erscheint aber sinnvoll, das Kombinationsverfahren für die Reinigung von Textilindustriellen- und Wäschereiabwasser auszuprobieren und anzuwenden.
  • Die Technik besticht durch die Einfachheit in der Durchführung, aber auch durch den geringen Energieaufwand, wodurch sie äußerst kostengünstig ist. Die Endprodukte des Schadstoffabbaus sind im wesentlichen CO2 und H2O. Der Personal- und Wartungsaufwand für solche Anlagen ist gering. Selbstverständlich werden anorganische Stoffe, wie Phosphat oder Substanzen mit Metallcharakter nicht entfernt. Aus diesem Grunde ist es empfehlenwert, die beschriebene Technik mit einer anderen Reinigungsoperation zu koppeln.
  • Die direkte Wirkung des UV-Lichtes resultiert aus der Tatsache, daß viele organische Wasserinhaltsstoffe UV-Licht absorbieren und dadurch eine Änderung in ihrer chemischen Zusammensetzung erfahren. Viele Stoffe zerfallen allein schon durch die Bestrahlung mit UV- Licht.
  • Die indirekte Wirkung des UV-Lichtes auf die organischen Wasserinhaltsstoffe wird durch die Kombination mit Wasserstoffperoxid H2O2 hervorgerufen. Durch die Vermischung von Wasserstoffperoxid mit Abwasser unter der Einwirkung von UV-Licht werden aus dem H2O2 die Hydroxylradikale (.OH) gebildet. Die Dosierung von geringen Mengen H2O2 als zusätzliche Chemikalie hängt von der Konzentration, der Belastung und Art der Schadstoffen im Abwasser ab.
  • Die aus der Graunwassertechnik bekannten Probleme von Belästigungen bei längeren Ruhephasen des Kreislaufwassers ist in Wäscherei zu erwarten, bei welchen an Wocheneden Stillstandszeiten auftreten und somit Wiederverkeimungsprozeße in Stapelbehältern auftreten können. Durch die Einsatz von Tauchstrahlern kann der Wiederverkeimungsprozeß vermiden werden.
  • Dosierung
  • Bei der Abwasseraufbereitung in Textilindustrie kommt es auf die exakte Dosierung der eingesetzten Wirkstoffe an. Denn ein "zuwenig" wirkt sich unmittelbar auf die Wasserqualität aus, ein "zuviel" auf die Betriebskosten. Daher empfielt sich der Einbau einer automatischen Dosierungvorrichtung.
  • 4.3 Membranfiltration - Mikrofiltration
  • Diese Verfahren werden bei bestimmten Industrieabwässern zur Abwasserreinigung eingesetzt. Da eine Abtrennung von Mikroorganismen erfolgt, können diese Verfahren in Sonderfällen auch zur Desinfektion eingesetzt werden. Die bisherigen Erfahrungen reichen für die Beurteilung dieser Verfahren nicht aus.
  • Verfahrensprinzip
  • Bei den bekannten Membranfiltrationsverfahren handelt es sich um Feinstfiltrationsprozesse. Das Abwasser wird mit Druck durch Membranen aus Keramik oder polymeren Werkstoffen gepreßt. Substanzen, welche größer sind als der Poren Durchmesser der Membranen, können diese nicht passieren und werden im sogenannten Retentat (auch Konzentrat genannt) angereichert. Wasser und Substanzen mit kleinerem Durchmesser als die Porengröße können die Membran passieren. Dieser Teil wird Permeat oder Klarwasser genannt. Je nach Porendurchmesser der Membranen sind unterschiedliche Arbeitsdrücke zum Betrieben der Anlage Notwendig. Es gibt hier keine Desinfektion und keine Oxidation.
  • Anlagenbeschreibung
  • Die aus der Berufskleidungswäsche stammenden Waschwässer werden über eine selbstreinigende Siebmaschine zur Flusenabtrennung in einen Stapeltank geführt.
  • In der ersten Behandlungsstufe, der Mikrofiltration, werden alle emulgierten und suspendierten Schmutzstoffe abgetrennt. Die Schmutzstoffe werden bis auf eine minimal zu entsorgende Restmenge aufkonzentriert. Das klare Filtrat enthält noch die unverbrauchten Waschmittelbestandteile und kann daher optimal für Vor- und Hauptwaschgänge eingesetzt werden. Für die Spülgänge wird das Wasser noch in einer zweiten Behandlungsstufe, der UV- Oxidation, aufbereitet.
  • Waschmittelrecycling
  • Ein Waschmittelrecycling ist nur mit Membrantrennverfahren möglich, da in der biologische Aufbereitung die Tenside vollständig abgebaut werden. Durch die zweitstufige Aufbereitung mittels Mikro- und UV-Oxidation ist die Gewinnung zweier unterschiedlicher Recyclingwasserqualitätten für unterschiedliche Anforderungen möglich. In der vorgeschalteten Mikrofiltration werden alle ungelösten Schmutzstoffe abgetrennt. Im Klarwasser enthalten sind jedoch alle im Waschprozeß unverbrauchten Tenside. Dieses Wasser kann wieder für Vor- und Hauptwaschgänge eingesetzt werden, so daß hier weniger Waschmittel zuzudosieren sind. Das für Spülgänge einzusetzende Wasser wird weiter mittels UV-Oxidation aufbereitet.
  • Membranfiltration
  • Die bekannte Kombinationstechnologien von Mikrofiltration + Ultrafiltration, Mikrofiltration + Umkehrosmose, Mikrofiltration + Nanoflitration oder Ultrafiltration + Umkehrosmose erfordern zusätzlichen verfahrenstechnischen Aufwand. Dadurch entstehen erhebliche Investitionskosten und Betriebskosten.
  • Der Energieverbrauch bei diesen Kombinationsverfahren ist im Vergleich mit der UV- Oxidation sehr hoch.
  • 1 Fließschema der Aufbereitung von schwach betasteten Textilindustriellen- und Wäschereiabwässern mit der Mikrofiltration gekoppelt mit der UV-Oxidation Kombinationsverfahren von: MF + UV-Oxidation ohne/mit Umkehrosmose (RO)
  • Zur Stufe 1 gehören Flusenfilter und Vorratstank: Hier werden grobe Verunreinigungen und Schmutzpartikel entfernt und die Abwässern gesammelt.
  • Zur Stufe 2 gehört die Mikrofiltration: Hauptrolle der Mikrofiltration, ist alle emulgierten und suspendierten Schmutzstoffe abzutrennen.
  • Stufe 3 ist die UV-Oxidation: Die noch verbleibenden Restkonzentrationen werden in der UV- Oxidationsanlage durch Zusatz von geringen Mengen von H2O2 zerstört. In der dritten Stufe erfolgt eine Umwandlung der Schadstoffe ein schadlose Stoffe. Es wird hier die Reinigung und die Entkeimung erzielt.
  • Stufe 4 Umkehrosmose RO: Bei Bedarf können mit der Umkehrosmose periodisch gelöste Salze und Schwermetalle entfernen werden (nicht im Schema). 2 Fließschema der Aufbereitung von stark belastetem Teitilindustriellem Abwasser durch Kombination von Fällung/Flockung gekoppelt mit der UV-Oxidation Kombinationsverfahren von: Flockung/Fällung, Filtration, UV-Oxidation und Umkehrosmose

  • Zur Stufe 1 gehören Flusenfilter und Vorratstank: Hier werden grobe Verunreinigungen und Schmutzpartikel entfernt und die Abwässern gesammelt.
  • Zur Stufe 2 gehören Flockung und Filtration: Die chemische Fällung/Flockung bewirkt die Mikro- und Makroflockenbildung, wodurch der Reinigungseffekt bei der Filtration verstärkt wird. Im Filtrationverfahren werden die suspendierter Partikel zurückgehalten.
  • Stufe 3 ist die UV-Oxidation: Die noch verbleibenden Restkonzentrationen werden in der UV- Oxidationsanlage durch Zusatz von geringen Mengen von H2O2 zerstört. In der dritten Stufe erfolgt eine Umwandlung der Schadstoffe ein schadlose Stoffe. Es wird hier die Reinigung und die Entkeimung erzielt.
  • Stufe 4 Umkehrosmose RO: Dient zur tägliche Entfernung von gelösten Salzen und Schwermetellen. Durch eine chemische Analyse wird entschieden ob UV-Oxidation vor oder nach der Umkehrosmose durchgeführt wird.

Claims (2)

1. Das Kombinationsverfahren zur Entkeimung, zur Entfernung von Schadstoffen in den Textindustriellen- und Wäschereiabwässern mit dem Zweck das gereinigte Wasser dem Waschprozeß wieder zuzuführen ist, dadurch gekennzeichnet, daß Abwässer mit Einsatz von geringen Mengen von Chemikalien gereinigt werden.
2. Verfahren nach Anspruch 1. Gekennzeichnet durch: den Einsatz der UV-Oxidation (Mitteldruckstrahler) in Verbindung mit H2O2 zur Eliminierung organisch-chemischer Schadstoffe und zur Entkeimung von belasteten Industriellen- und Wäschereiabwässer. Hierbei handelt es sich um eine neue Untersuchung und Entwicklung von entsprechenden Vorrichtungen.
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