Hohe Salzfrachten in Oberflächengewässern sind problematisch für die Trinkwasseraufbereitung und schädigen potenziell im Wasser lebende Organismen. Einige Industrieabwässer führen vergleichsweise hohe Salzfrachten (Kochsalz, NaCl) mit sich. Die am Covestro-Standort Krefeld-Uerdingen beheimatete Polycarbonat-Produktion leitet, nach Aufreinigung in der Kläranlage, salzhaltige Abwässer mit einer Konzentration von ca. 7 Gew.-% in den Rhein. Gleichzeitig wird in der ebenfalls am Standort installierten Chlorelektrolyse eine gesättigte Kochsalzlösung (ca. 25 Gew.-%) als Rohstoff für die Chlorproduktion benötigt.

Die Schwierigkeit in der Nutzung von verdünntem salzhaltigem Abwasser besteht darin, dass die Membranen der Elektrolyse äußerst sensibel auf nicht abgetrennte Begleitkomponenten reagieren. Diese können sich auf den Membranen ablagern und zu einer Spannungserhöhung führen. Tritt diese ein, leidet die Gesamteffizienz des Verfahrens durch den höheren Stromverbrauch, zudem treten dann erfahrungsgemäß Schäden an den Membranen auf, was zu erheblichen Kostenbelastungen führt.

Den Salzkreislauf schließen

Ungeachtet der Schwierigkeiten hatte sich Covestro das Ziel gesetzt, den Kreislauf des NaCl zu schließen. Während mehrjähriger Forschungsarbeiten wurden die Grundlagen dafür gelegt, zunächst einen Teil des 7%igen NaCl-haltigen Abwassers nutzbar zu machen. Auf Basis der Forschungsergebnisse wurde nunmehr im Rahmen eines öffentlich geförderten Projektes eine Pilotanlage zur Rückführung des Abwassers realisiert. Die Pilotierung erfolgte im Rahmen des Umweltinnovationsprogramms mit einer Förderung durch das BMUB, damit wurde erstmalig in Deutschland die Kreislaufführung von salzhaltigen Produktionsabwässern <10 % in aus der chemischen Industrie in einem industriellen Maßstab mit einer Kapazität von maximal 70m³/h realisiert.

Die einzelnen Prozessschritte sind wie folgt: Nach Filtration und Entfernung der flüchtigen organischen Bestandteile wird ein Teil des Abwassers wie bisher zur Kläranlage geführt. Im Rahmen des neuen Prozesses wird ein Teilstrom des salzhaltigen Abwassers abgetrennt und über Aktivkohletürme geleitet, um enthaltene organische Komponenten abzutrennen. Danach werden, nach Einstellen des pH-Werts auf 2-3 mittels HCl, Carbonate ausgetrieben und die Lösung in den so genannten Solekreislauf (Eduktstrom der gesättigten Kochsalzlösung) der Chlorelektrolyse geführt.

NaCl-Recyclinganlage

Die Errichtung und Inbetriebnahme der Pilotanlage erfolgte planmäßig und ohne größere Schwierigkeiten. Die NaCl-Recyclinganlage läuft seit Dezember 2015 störungsfrei im kontinuierlichen Betrieb und wurde am 29. Januar 2016 im Beisein von Bundesumweltministerin Dr. Barbara Hendricks offiziell eingeweiht und symbolisch in Betrieb genommen. Bislang ist keine Erhöhung der Zellspannung bei den Elektrolysezellen aufgetreten. Langzeiteffekte wie eine vorzeitige Alterung und Schädigung der Membranen der Elektrolyse können zu gegenwärtigen Zeitpunkt allerdings noch nicht sicher ausgeschlossen werden.

Neben der Ersparnis von Wasser kann auch eine Einsparung beim als Rohstoff benötigten Salz erzielt werden. Beim aktuellen Durchsatz von 30 m³/h belaufen sich die Einsparungen auf rund 223.200 t voll entionisiertes Wasser und 19.187 t Siedesalz pro Jahr. Dem gegenüber steht der zusätzliche Aufwand des Verfahrens durch benötigte HCl, NaOH sowie Aktivkohle und einem durch den Ventilator und Pumpen bedingten zusätzlichen Stromverbrauch des Kreislaufverfahrens. Das Projekt hat Modellcharakter und kann auf andere Anwendungen mit verdünnten salzhaltigen Abwässern übertragen werden.

Stärkung der Verbundstruktur

Des Weiteren existieren F&E-Aktivitäten bei Covestro im Hinblick auf die Aufkonzentration von salzhaltigen Abwässern mittels Membranverfahren, um größere Teilströme nutzen zu können. Beispielhaft kann hier das durch das BMBF im Rahmen der Bekanntmachung „Zukunftsfähige Technologien und Konzepte zur Erhöhung der Wasserverfügbarkeit durch Wasserwiederverwertung und Entsalzung (WavE)“ geförderte Projekt „Recycling von industriellen salzhaltigen Prozessabwässern (Re-Salt)“ genannt werden. Projektstart war am 1. Oktober 2016. Im Rahmen des Projektes entwickelt Covestro gemeinsam mit den Partnern Donau Carbon, Envirochemie, DVGW-Technologiezentrum Wasser, Dechema-Forschungsinstitut, Universität Duisburg-Essen und Technische Hochschule Köln Technologien u.a. zur Aufkonzentration von NaCl-haltigen Abwässern. Eine Demonstration in einem ersten kleineren technischen Maßstab am Standort Uerdingen ist ebenfalls im Rahmen des Projekts geplant. Zum Einsatz kommt dabei die Hochdruckumkehrosmose zum Zweck der Vorkonzentration bis zu einem Salzgehalt von 12-15 % NaCl, nachgeschaltet ist eine Membrandestillation, mittels der bis zu Sättigung aufkonzentriert werden soll. Darüber hinaus evaluiert Covestro gemeinsam mit Partnern im vom BMBF geförderten Projekt „ElektroWirbel“ weitere, in frühen Entwicklungsstadien stehende Technologien (elektrochemische Wirbelbettreaktoren) auf deren Eignung zur Aufkonzentration von salzhaltigen Abwässern.