Kombinierte Technologien bei der Prozesswasseraufbereitung

Ein Behandlungssystem refinanziert sich schnell

Findet keine Prozesswasserbehandlung im Bereich Kunststoffrecycling statt, steigen die Kosten des Unternehmens enorm. Das sind zum einen die Kosten für die regelmäßige Frischwasserzufuhr, zum anderen aber auch die Kosten für die Einleitung in die Kanalisation. Das Prozesswasser ist meist so stark verschmutzt, das Starkverschmutzungsgebühren anfallen. Eine Behandlungsanlage für das Prozesswasser senkt – trotz Betriebsaufwendungen – diese Kosten auf ein Minimum.

Entscheidend ist dabei, jedes Prozesswasser individuell zu bewerten. Je nach Art des recycelten Kunststoffs, die Rückstände, die an dem Kunststoff haften und dem finalem Recyclingprodukt liegen unterschiedliche Verschmutzungen im Abwasser vor. Dabei handelt es sich hauptsächlich um CSB und BSB. Diese setzen sich hauptsächlich aus gelösten und ungelösten Stoffen zusammen. Auch die anfallende Menge des Prozesswassers sowie der gewünschte Behandlungsgrad sind entscheidend, um die Anlage korrekt zu planen. Die PPU Umwelttechnik GmbH bietet dafür hausinterne Laboranalysen an. Eine vollständige Analyse des Prozesswassers ist hier innerhalb einer Woche abgeschlossen und enthält einen umfassenden Prüfbericht.

Die Anlagenplanung

Auf Basis der Laborergebnisse sind wir in der Lage, die passende Behandlungsanlage für Ihre Anforderungen zu konzipieren. Ein erster Behandlungsschritt ist ein einfaches physikalisches Verfahren wie Rüttelsieb, Bandfilter oder Dekanter zum Abtrennen von Fest- und Schwebstoffen. Meist findet dabei eine erste Reduktion von CSB und BSB statt. Diese haften zum Teil an den Fest- und Schwebstoffen an, welche die Filtrationsverfahren entfernen.

Je nachdem, wie viel Sediment vorhanden ist, lohnt sich der Einsatz eines Lamellenschrägklärers (Clarifier). Bei diesem Verfahren transportieren Lamellen die absetzbaren Stoffe mithilfe von einfacher Physik nach unten. Bei bestimmten Anwendungen erreichen Polymere eine bessere Bindung und schnellere Absenkung. Das abgesetzte Material kann dann über einen Schlammabzug entnommen werden.

Druckentspannungsflotation

Der erste Schritt nach der Vorbehandlung ist eine Druckentspannungsflotation. Dabei handelt es sich um ein chemisch-physikalisches Verfahren. Dieses ist dafür ausgelegt, ungelöste Schwebstoffe aus dem Prozesswasser zu entfernen. Dazu gehören unter anderem Öle, Fette, Schmierstoffe und Mikroplastik. Der erste Schritt der Druckentspannungsflotation ist eine chemische Reaktion. Dabei kommen Flockungsmittel zum Einsatz, welche die Schwebstoffe im Prozesswasser zu größeren Konglomeraten zusammenbinden. Die Art der Flockungsmittel sowie die Menge sind auf das individuelle Prozesswasser angepasst. Im Anschluss gelang dieses in den Flotationsreaktor.

Auf dem Weg in den Reaktor wird ein Teilstrom des Prozesswassers per Druck mit Luft übersättigt. Gelangt dieser Teilstrom ebenfalls in den Flotationsreaktoren, entspannt sich der Druck, sodass sich die Luft wieder aus dem Prozesswasser löst. Dabei entstehen hochfeinen Mikroblasen, welche mit einer Geschwindigkeit von rund 4 Metern pro Stunde steigen. Damit sind sie in der Lage, die gebundenen Schwebstoffe nach oben zu flotieren. Durch dieses Verfahren entsteht ein Schlamm, welcher sich im oberen Teil des Reaktors konzentriert und sich einfach über eine Konosöffnung austragen lässt. Je nach Verschmutzung des Abwassers erreicht eine Druckentspannungsflotation einen Reinigungsgrad zwischen 85 und 99 Prozent.

Eine Flotation ist eines der bekanntesten und beliebtesten Verfahren bei der Prozesswasserbehandlung in der Plastikrecyclingindustrie. Prozesswasser besteht häufig aus ungelösten Stoffen, weswegen eine Druckentspannungsflotation besonders effizient arbeitet. Eine Wiederverwendung ist allerdings noch nicht möglich, da sich auch gelöste Verunreinigungen im Prozesswasser befinden. Das sind zum Beispiel Lebensmittelreste wie Zucker sowie Düngemittel oder Medikamentenrückstände.

Filtrationsverfahren

Da das Prozesswasser nach der Flotation nahezu frei von Schwebstoffen ist, eignet sich im Anschluss ein Filtrationsverfahren. Bei der Prozesswasserbehandlung kommen vermehrt Ultrafiltration und Umkehrosmose zum Einsatz. Diese Verfahren verwenden Membranen, welche die Stoffe auf molekularer Ebene passieren lassen oder zurückhalten. Da die Druckentspannungsflotation bereits einen Großteil der Schwebstoffe entfernen konnte, ist die Gefahr der Verstopfung geringer und der Austausch der Filtrationsmedien seltener nötig.

Finalisierung

Je nachdem, welches Filtrationsverfahren zum Einsatz kommt, ist eine finale Behandlung des Prozesswassers denkbar, um es vollständig im Kreislauf verwenden zu können. Dafür ist die beste Lösung ein Oxidationsverfahren. Die PPU Umwelttechnik GmbH hat die ClearFox® DiOx entwickelt – ein Verfahren, welches bordotierte Diamantelektroden für die Oxidation verwendet. Diese Elektroden liegen im Prozesswasser als Anode und Kathode vor. Unter Zugabe von elektrischer Spannung wandeln sie die Verschmutzungen im Prozesswasser in das stark oxidierende OH-Radikal um. Dieses oxidiert verbleibende Verunreinigungen wie Schwermetalle.

Der erste Vorteil des Oxidationsverfahrens ist die Ressourcenschonung. Da bei dieser Lösung ausschließlich elektrische Energie zum Einsatz kommt, entfällt die regelmäßige Zugabe von Behandlungschemikalien. Verfügt das Recyclingunternehmen über eine eigene Stromproduktion, lohnt sich der Einsatz der gewonnenen Energie für den Betrieb der ClearFox® DiOx. Der zweite Vorteil ist die zuverlässige Entfernung von selbst schwer oxidierbaren Stoffen. Dazu gehören unter anderem Farbpartikel, welche sich nach dem Deinking-Verfahren in das Prozesswasser lösen. Das Prozesswasser lässt sich nach diesem Schritt bedenkenlos wieder in den Waschkreislauf einleiten.  Aufgrund verschiedener Parameter wie Verdunstung oder den Wassergehalt, welcher in den Schlämmen zurückbleibt, ist eine Frischwasserzugabe von etwa drei bis fünf Prozent notwendig.

Alternative Behandlungsverfahren

Ein Behandlungsverfahren für Prozesswasser, das im Kunststoffrecycling Sektor immer mehr an Bedeutung gewinnt, ist die biologische Behandlung. Diese baut zuverlässig organische Verbindungen ab. Besonders durch die steigende Anzahl der Milchflaschen aus Kunststoff und anderen Kunststoffprodukten des täglichen Bedarfs steigt die organische Belastung des Prozesswassers.

Um diese organische Belastung zuverlässig abzubauen, lohnt sich das ClearFox® FBR-Verfahren. Dabei handelt es sich um ein getauchtes Festbett, auf denen die Mikroorganismen, welche natürlich im Prozesswasser vorkommen, ansiedeln und heranwachsen können. Diese veratmen die biologischen Verschmutzungen im Prozesswasser und wandeln sie in einen Belebtschlamm um. Dieser setzt sich am Boden ab und unterstützt die weitere biologische Behandlung. Ist die Schlammbelastung zu hoch, gelangt dieser über einen automatischen Abzug in einen Lamellenklärer, welcher den Schlamm physikalisch vom Klarwasser trennt.

Durch Kombination zum gewünschten Behandlungsergebnis

Jedes Verfahren ist in der Lage, Prozesswasser alleinstehend zu behandeln. Damit ist es allerdings nicht möglich, einen Reinigungsgrad zu erzielen, welcher sich für die Wiederverwendung des Prozesswassers in Waschkreislauf oder zur Ableitung eignet. Ausschließlich die Kombination der Verfahrensschritte ermöglicht diesen Reinigungsgrad.

Bei alleinstehenden Verfahren eignet sich das behandelte Prozesswasser entweder für die Einleitung in die öffentliche Kanalisation oder für die Wiederverwendung in der Nassschneidmühle, da dort die Anforderungen für das Prozesswasser oft nicht hoch sind. Soll das Prozesswasser allerdings bei der Schwimm- und Sinktrennung zum Einsatz kommen, ist ein höherer Reinigungsgrad notwendig. Hier besteht die Gefahr, dass sich der Verschmutzungsgrad bei der regelmäßigen Wiederverwendung aufsummiert, weswegen die Kombination der Behandlungsschritte notwendig ist. Auch für den Rinsing-Prozess ist ein hoher Reinigungsgrad notwendig, für welchen sich ein vorgeschaltetes Membranverfahren eignet.