Die Wasserwiederverwendung, auch als Wasserrecycling bezeichnet, ist ein zentraler Bestandteil nachhaltiger Wasserwirtschaft und unverzichtbar für die industrielle Wasser- und Abwasserbehandlung. In Zeiten steigender Wasserknappheit und strengerer Umweltauflagen gewinnt die Wiederverwendung von behandeltem Abwasser zunehmend an Bedeutung. Sie ermöglicht die Schonung natürlicher Wasserressourcen, reduziert Betriebskosten und minimiert die Umweltauswirkungen durch die Verringerung der Abwassermengen.
Inhaltsverzeichnis
Definition und Bedeutung der Wasserwiederverwendung
Wasserwiederverwendung bezeichnet die Aufbereitung von Abwasser oder Prozesswasser, sodass es für einen definierten Zweck erneut genutzt werden kann. Die Qualität des wiederverwendeten Wassers wird an die Anforderungen der jeweiligen Anwendung angepasst, beispielsweise Kühlwasser, Prozesswasser oder Bewässerungswasser.
Vorteile der Wasserwiederverwendung:
Ressourcenschonung:
- Reduktion der Entnahme von Frischwasser aus natürlichen Quellen wie Flüssen oder Grundwasser.
Kosteneinsparung:
- Geringere Wasserentnahme- und Entsorgungskosten durch geschlossene Kreisläufe.
Nachhaltigkeit:
- Verringerung der Abwassereinleitung in öffentliche Kanalnetze oder Gewässer, wodurch die Umweltbelastung reduziert wird.
Einhaltung gesetzlicher Vorgaben:
- Unterstützung bei der Erfüllung strenger Umweltauflagen und Wasserentnahmebeschränkungen.
Technologische Grundlagen der Wasserwiederverwendung
Die Wasserwiederverwendung erfordert eine präzise Auswahl und Kombination von Behandlungsverfahren, um die Qualität des recycelten Wassers an die spezifischen Anforderungen der jeweiligen Anwendung anzupassen. Diese Verfahren lassen sich in physikalische, chemische und biologische Kategorien einteilen, die oft miteinander kombiniert werden, um eine optimale Aufbereitung zu gewährleisten.
1. Physikalische Verfahren
Filtration
Filtration ist eine grundlegende physikalische Methode, die Schwebstoffe, Partikel und andere Verunreinigungen aus dem Wasser entfernt. Sie dient häufig als Vorbehandlung, um nachfolgende Prozesse zu entlasten und ihre Effizienz zu steigern.
- Multimedia- oder Mehrschichtfilter:
- Diese Filter bestehen aus mehreren Schichten unterschiedlicher Materialien wie Quarzsand, Anthrazit oder Aktivkohle. Jede Schicht hat spezifische Eigenschaften, um Partikel unterschiedlicher Größen und Dichten zu entfernen.
- Einsatzgebiet: Entfernung von Schwebstoffen, Partikeln und groben Verunreinigungen, beispielsweise bei der Vorbehandlung vor Membranverfahren.
- Vorteile: Robust, wartungsarm und geeignet für große Volumenströme.
Ionenaustauscheranlagen
Ionenaustauscheranlagen sind leistungsstarke physikalisch-chemische Systeme, die gelöste Ionen durch spezifische Austauschreaktionen entfernen. Sie bieten eine präzise Kontrolle über die Wasserzusammensetzung und kommen häufig in Kombination mit anderen physikalischen Verfahren zum Einsatz.
Funktionsweise:
- Ionenaustauscherharze binden spezifische Kationen (z. B. Calcium, Magnesium) oder Anionen (z. B. Chlorid, Sulfat) und ersetzen diese durch Wasserstoff- oder Hydroxidionen.
- Nach der Sättigung der Harze wird das System regeneriert, indem Chemikalien wie Natronlauge (NaOH) oder Salzsäure (HCl) zugegeben werden.
Einsatzgebiet:
- Enthärtung: Entfernt Härtebildner wie Calcium und Magnesium zur Vermeidung von Ablagerungen.
- Entsalzung: Reduziert den Leitwert, um vollentsalztes Wasser für Anwendungen wie Kesselspeisewasser oder Prozesswasser bereitzustellen.
Vorteile:
- Hohe Effizienz und Selektivität für spezifische Ionen.
- Regenerierbar, was die Betriebskosten reduziert.
- Ideal für die Nachbehandlung von Wasser in anspruchsvollen Prozessen.
Foto: Unsere Mehrschichtfilter ALMA FIL mit nachgeschalteten Ionenaustauscher ALMA ION
Membranverfahren
Membranverfahren nutzen semipermeable Membranen, um gelöste und ungelöste Stoffe aus dem Wasser zu entfernen. Sie bieten eine hohe Effizienz und Flexibilität, besonders bei der Aufbereitung von Prozesswasser und Reinwasser.
- Entfernt Partikel, Bakterien, Viren und kolloidale Verunreinigungen durch Membranen mit Porengrößen von 0,01 bis 0,1 Mikrometern.
- Einsatzgebiet: Vorbehandlung für Umkehrosmoseanlagen und Aufbereitung von Prozesswasser in der Lebensmittel- und Getränkeindustrie sowie in Kühlkreisläufen.
- Vorteile: Hohe Rückhalterate bei geringen Betriebs- und Wartungskosten.
- Nutzt hohen Druck, um Wasser durch eine Membran zu pressen, die gelöste Salze, organische Verbindungen und Mikroverunreinigungen zurückhält.
- Einsatzgebiet: Herstellung von Reinwasser oder vollentsalztem Wasser für die Elektronik-, Pharma- und Energieindustrie.
- Vorteile: Entfernt bis zu 99 % der gelösten Stoffe und bietet eine hervorragende Wasserqualität.
UV-Desinfektion
UV-Desinfektion nutzt ultraviolettes Licht zur Inaktivierung von Mikroorganismen wie Bakterien, Viren und Parasiten.
- Funktionsweise: UV-Licht zerstört die DNA von Mikroorganismen und verhindert so deren Vermehrung.
- Einsatzgebiet: Desinfektion von Prozesswasser oder als abschließender Schritt nach biologischen und chemischen Verfahren.
- Vorteile: Chemikalienfrei, einfach zu installieren und wirksam gegen eine Vielzahl von Keimen.
Foto: Unsere Umkehrosmoseanlage für das betriebsinterne Wasserrecycling
2. Chemische Verfahren
Fällung und Flockung
Fällung- und Flockungsanlagen basieren auf chemisch/physikalischen Verfahren, die gelöste oder kolloidale Verunreinigungen in feste Partikel umwandeln, die anschließend entfernt werden können.
Fällung:
- Zugabe von Chemikalien wie Eisen- oder Aluminiumsalzen, die gelöste Verbindungen wie Phosphate oder Schwermetalle in unlösliche Feststoffe überführen.
Flockung:
- Zugabe von Polymeren oder anderen Flockungshilfsmitteln, um die gebildeten Partikel zu größeren Flocken zu aggregieren.
- Einsatzgebiet: Entfernung von Schwermetallen, Phosphaten und organischen Stoffen in der Lebensmittel- und Metallverarbeitungsindustrie.
Oxidationsverfahren
Oxidationsverfahren nutzen starke Oxidationsmittel, um organische Verbindungen und Mikroverunreinigungen abzubauen.
Eingesetzte Oxidationsmittel:
- Ozon: Starkes Oxidationsmittel, das organische Verbindungen effektiv abbaut.
- Wasserstoffperoxid: Wird häufig in Kombination mit UV-Licht oder Ozon verwendet, um Hydroxylradikale zu erzeugen.
- Advanced Oxidation Processes (AOPs): Kombinierte Verfahren, die durch Hydroxylradikale eine hohe Oxidationsleistung erzielen.
Einsatzgebiet: Entfernung von Mikroverunreinigungen wie Arzneimittelrückständen, Pestiziden oder Biofilmen.
Foto: Unsere CP-Anlage mit Neutralisation und Aktivkohlefiltration zur Vorbehandlung von schwermetallhaltigen Abwässern vor einer Umkehrosmose
3. Biologische Verfahren
Belebtschlammverfahren
Das Belebtschlammverfahren ist ein aerober Prozess, bei dem Mikroorganismen organische Substanzen im Abwasser abbauen.
Funktionsweise:
- Mikroorganismen oxidieren organische Stoffe in einem belüfteten Becken zu CO₂ und Biomasse.
- Die Verweilzeit im Belebungsbecken ist entscheidend für die Effizienz des Prozesses.
Vorteile:
- Effektive Reduktion von CSB (Chemischer Sauerstoffbedarf) und BSB (Biochemischer Sauerstoffbedarf).
- Weit verbreitet und robust im Betrieb.
Biofiltration
Die Biofiltration kombiniert biologische und physikalische Prozesse, indem Mikroorganismen auf einem Trägermaterial angesiedelt werden.
Funktionsweise:
- Das Wasser durchfließt Filtermaterialien, auf denen bioaktive Filme wachsen. Diese Mikroorganismen bauen organische Belastungen und Nährstoffe wie Ammonium ab.
Einsatzgebiet: Entfernung von Restbelastungen in der Abwasserbehandlung oder als Vorbehandlung für Umkehrosmoseanlagen.
Vorteile:
- Kompakte Bauweise.
- Hohe Abbauleistung bei niedrigen Betriebskosten.
Foto: Unsere Biofiltration zur Vorbehandlung von organisch belasteten Abwässern vor einer Umkehrosmoseanlage
Anwendungen der Wasserwiederverwendung
Die Wasserwiederverwendung spielt eine zentrale Rolle in zahlreichen Industrien und Prozessen. Sie trägt zur Ressourcenschonung, Kostensenkung und Einhaltung gesetzlicher Vorgaben bei. Die Anforderungen an die Qualität des recycelten Wassers sind stark vom jeweiligen Einsatzgebiet abhängig und bestimmen die Auswahl der Behandlungsverfahren. Hier sind die wichtigsten Anwendungsbereiche detailliert erläutert:
1. Prozesswasser
Prozesswasser wird in industriellen Abläufen als direkte oder indirekte Komponente in Produktionsprozessen genutzt. Die Anforderungen an die Wasserqualität sind abhängig von der Art des Prozesses und den spezifischen Produkten.
Anforderungen:
- Geringe Salzkonzentration:
- Hohe Salzgehalte können chemische Reaktionen stören oder unerwünschte Ablagerungen an Maschinen und Anlagen verursachen.
- Hohe chemische Stabilität:
- Schwankungen im pH-Wert oder in der Leitfähigkeit des Wassers können Produktionsprozesse beeinträchtigen.
Typische Verfahren:
- Umkehrosmose (RO):
- Effektive Entfernung von gelösten Salzen und anderen Ionen, um eine konstant hohe Wasserqualität zu gewährleisten.
- Ionenaustausch:
- Wird ergänzend zur Umkehrosmose eingesetzt, um spezifische Ionen zu entfernen, die in hochsensiblen Prozessen störend wirken können.
Anwendungen:
- Chemische Industrie: Bereitstellung von Wasser für Synthesen.
- Pharmazeutische Produktion: Herstellung von Arzneimitteln und Wirkstoffen.
2. Kühlwasser
Kühlwasser ist ein wesentlicher Bestandteil in vielen Industrien, insbesondere in der Energieerzeugung und der chemischen Produktion. Es dient der Temperaturkontrolle und schützt Anlagen vor Überhitzung.
Anforderungen:
- Geringer Feststoffgehalt:
- Feststoffe können zu Ablagerungen in Wärmetauschern und Kühlsystemen führen.
- Niedriger Leitwert (unter 150 µS/cm):
- Ein niedriger Leitwert reduziert das Risiko von Korrosion und Ablagerungen, die die Effizienz von Kühlsystemen beeinträchtigen.
Typische Verfahren:
- Mehrschichtfilter:
- Entfernen effektiv Schwebstoffe und Partikel, die die Systeme belasten könnten.
- Ionenaustausch:
- Zur Enthärtung und Reduktion des Leitwertes durch Entfernung von Calcium-, Magnesium- und anderen leitfähigen Ionen.
Anwendungen:
- Kraftwerke: Kühlung von Turbinen und Generatoren.
- Chemieanlagen: Kühlung von Reaktoren und Prozessen.
3. Kesselwasser
Kesselwasser wird zur Dampferzeugung in industriellen Prozessen und Kraftwerken verwendet. Die Anforderungen an die Wasserqualität sind hier besonders hoch, da Verunreinigungen zu Korrosion und Ablagerungen in Kesseln und Rohrleitungen führen können.
Anforderungen:
- Extrem niedrige Härte:
- Verhindert die Bildung von Kesselstein und Ablagerungen.
- Sehr niedrige Salzkonzentrationen:
- Minimiert die Gefahr von Korrosion und Leitfähigkeitsproblemen.
Typische Verfahren:
- Umkehrosmose:
- Entfernt gelöste Salze und organische Verbindungen als Vorstufe.
- Ionenaustausch:
- Zur Herstellung von vollentsalztem Wasser (VE-Wasser) durch Austausch von Kationen und Anionen.
Anwendungen:
- Energieerzeugung: Dampfturbinen und Heizkessel.
- Chemie- und Petrochemieindustrie: Dampfinjektionen für Produktionsprozesse.
4. Wasser für die Lebensmittel- und Getränkeindustrie
In der Lebensmittel- und Getränkeindustrie sind die Anforderungen an die Wasserqualität besonders hoch, da das Wasser direkt oder indirekt mit den Produkten in Kontakt kommt.
Anforderungen:
- Höchste Reinheit:
- Verunreinigungen wie Schwermetalle, Keime und organische Stoffe sind unzulässig, da sie die Qualität der Endprodukte beeinträchtigen könnten.
- Frei von Keimen und organischen Reststoffen:
- Hygiene und Lebensmittelsicherheit stehen im Vordergrund.
Typische Verfahren:
- Ultrafiltration (UF):
- Entfernung von Bakterien, Viren und Schwebstoffen zur Sicherstellung der mikrobiologischen Reinheit.
- Umkehrosmose (RO):
- Zur Entsalzung und Entfernung von organischen und anorganischen Schadstoffen.
- UV-Desinfektion:
- Chemikalienfreie Desinfektion zur Inaktivierung von Mikroorganismen.
Anwendungen:
- Getränkeproduktion: Herstellung von Softdrinks, Bier und Mineralwasser.
- Lebensmittelproduktion: Reinigung von Anlagen und Zutaten, Herstellung von Produkten wie Suppen oder Saucen.
Foto: Unsere Umkehrosmoseanlage für das betriebsinterne Wasserrecycling
Planung und Optimierung von Wasserrecyclinganlagen
Analyse der Wasserqualität
- Detaillierte Untersuchung der chemischen, physikalischen und biologischen Eigenschaften des Abwassers.
Dimensionierung der Anlage
- Auslegung der Behandlungskapazität basierend auf dem Volumenstrom und der Zulauffracht.
Prozessintegration
- Einbindung der Wasserrecyclinganlage in bestehende Produktionsprozesse, um geschlossene Wasserkreisläufe zu schaffen.
Überwachung und Steuerung
- Automatisierte Sensorik und Prozesskontrolle zur Sicherstellung der Einhaltung der Wasserqualitätsstandards.
Fazit
Die Wasserwiederverwendung ist ein entscheidender Schritt hin zu einer nachhaltigeren und ressourcenschonenderen Wasserwirtschaft. Durch den gezielten Einsatz moderner Technologien wie Membranverfahren, Biofiltration und CP-Anlagen können Unternehmen ihre Wasserressourcen effizient nutzen, Betriebskosten senken und Umweltauflagen erfüllen.
Insbesondere in der Industrie bietet die Wiederverwendung von Wasser vielfältige Möglichkeiten, geschlossene Kreisläufe zu schaffen, Abwassermengen zu reduzieren und gleichzeitig die Versorgungssicherheit mit Prozesswasser zu gewährleisten. Eine sorgfältige Planung und regelmäßige Überwachung der Recyclingprozesse sind dabei essenziell, um eine hohe Wasserqualität und langfristige Betriebseffizienz sicherzustellen.
Für weiter Informationen zu unseren Produkten können Sie uns gerne jederzeit kontaktieren!
