Gerade dort, wo Wasser knapp ist, entscheidet ein sparsamer und verantwortungsvoller Wassereinsatz wesentlich über die Akzeptanz von Industrie und industriellem Wachstum. Dem tragen etwa die Dow Jones Sustainability-Indizes Rechnung, bei denen der nachhaltige Umgang mit der Ressource Wasser ein wichtiges Bewertungskriterium ist. Beim Abwasser – Thema des diesjährigen Weltwassertages der Vereinten Nationen am 22. März – gilt: Vermeiden und Verwerten statt klassischer Entsorgung rücken stärker in den Fokus.

Die Potenziale für eine nachhaltige Nutzung von Prozesswasser und die Abwasserminimierung in der Industrie sind erheblich. Gerade in Regionen mit Wassermangel wird die Realisierung dieser Potenziale immer dringlicher. In vielen Ländern ist dies bereits gesetzliche Auflage. Die Anforderungen werden weiter steigen, um die Trinkwasserversorgung für immer mehr Menschen zu sichern. Umkehrosmose und Ionenaustausch zur Wasseraufbereitung tragen wesentlich dazu bei, diese Ziele zu erreichen. So wächst der Markt für Umkehrosmose-Membranelemente nach aktueller Einschätzung auch in den kommenden drei Jahren mit jährlich 10 % überdurchschnittlich stark. Bei Ionenaustauschern wird mit einem kontinuierlichen Wachstum von 4 % pro Jahr gerechnet.

Die chemische Industrie trägt besondere Verantwortung für die Ressource Wasser, denn sie kann wichtige Lösungsansätze liefern. Mit jahrzehntelanger Erfahrung in der Wasserbehandlung, mit innovativen Technologien und Produkten stellt sich Lanxess den Herausforderungen. Das beginnt in den eigenen Produktionsanlagen. So wurde die auf den Produktausstoß bezogene Menge Prozessabwasser in den vergangenen fünf Jahren konzernweit nochmals um rund sechs Prozent gesenkt.

Frischwasser einsparen

Sparsamer Wassereinsatz ist der einfachste Weg, um Abwassermengen zu verringern. Ähnlich wie beim produktionsintegrierten Umweltschutz kann dies schon bei der Verfahrensentwicklung angestrebt werden, so geschehen etwa im chinesischen Ningbo, wo wir Eisenoxidpigmente nach einem optimierten Penniman-Rot-Verfahren produzieren.

Viele industrielle Prozesse lassen sich so führen, dass wenig oder keine flüssigen Abfälle entstehen – „Minimal Liquid Discharge“ (MLD) ist das Stichwort. Wird Wasser etwa für die gleichen Prozessschritte, z. B. Mehrphasenreaktionen oder Waschvorgänge, mehrfach benutzt, sinken der Frischwasserbedarf und die produktspezifische Abwassermenge.

Im Forschungsprojekt „Modulare Aufbereitung und Monitoring bei der Abwasser-Wiederverwertung“ (Multi-ReUse), das vom Bundesministerium für Bildung und Forschung gefördert wird, bringt unsere Tochtergesellschaft IAB Ionenaustauscher ihre Erfahrung rund um Ionenaustausch und Umkehrosmose ein. So sollen Verfahren zur wirtschaftlichen Nutzung von Abwässern entwickelt bzw. verbessert werden.

Ein weiteres Beispiel für einen abwasseroptimierten Prozess liefert die Regeneration von Ionenaustauschern. Dabei wird ein nach dem Einsatz mit Ionen beladenes Harz mit einer wässrigen Lösung von Regenerierchemikalien behandelt und so in den Ausgangszustand zurückversetzt. Das Harz kann dann erneut eingesetzt werden. Traditionell benötigte ein solcher Regenerierschritt für eine Menge Ionenaustauscher, mit der zuvor 1.000 L Wasser gereinigt wurden, zwischen 50 und 60 L Wasser, die danach als Abwasser behandelt werden. Mit der Schwebebett- und Gegenstrom-Technologie sinkt dieser Wasserbedarf für die Regenerierung auf nur noch 10 bis 20 L. Auch der Bedarf an Regenerierchemikalien sinkt – ein weiterer ökonomischer und ökologischer Vorteil.

In ähnlicher Weise können konstruktive Maßnahmen - etwa spezielle Abstandhalter (Spacer) in Umkehrosmose-Elementen – das Fouling, eine unerwünschte Belagbildung auf den Membranen, vermindern. Die Elemente müssen dann seltener gespült werden. Fazit auch hier: Weniger Abwasser und weniger eingesetzte Chemikalien!

Abwasser-Recycling

Abwasser zu verwerten, also etwa als Prozesswasser zu nutzen, ist schon deshalb attraktiv, weil so wertvolles Trinkwasser eingespart werden kann. Optimale Wasseraufbereitung in der Industrie erfordert in der Regel maßgeschneiderte Prozesse und Systeme, weil Industrieabwasser – anders als Haushaltsabwässer – sehr unterschiedlich und prozessspezifisch zusammengesetzt sein kann. So fällt
z.B. in einer Papierfabrik anderes Abwasser an als in einer Textilfärberei oder einem Düngemittelbetrieb.

Auf Abwasser-Recycling setzen wir nicht nur in Kundenanlagen, sondern auch an vielen Standorten weltweit, so auch im indischen Nagda in der Provinz Madhya Pradesh, in der Basischemikalien und chemische Zwischenprodukte hergestellt werden. Neben dem Produktionsabwasser wird dafür auch das Abwasser einer benachbarten Wohnsiedlung aufbereitet. Täglich entstehen so rund 900 m³ Prozesswasser für den Standort. Nach einem Filtrationsschritt wird dabei durch Umkehrosmose die Hauptmenge der gelösten Bestandteile entfernt, die schließlich als fester Abfall deponiert werden. Das Permeat kann unmittelbar in den Kühltürmen oder nach Feinreinigung mittels Ionenaustausch als Kesselspeisewasser für Wasser-Dampf-Kreisläufe eingesetzt werden. Der indische Chemieverband (Indian Chemical Council) hat diese Lösung bereits mehrfach ausgezeichnet, bspw. 2014 mit dem Award „Water Resource Management in Chemical Industry“.

„End-of-pipe“-Lösungen

Wichtige Prozesswasserkreisläufe sind – um ein weiteres Beispiel zu nennen – bei der Produktion von Ionenaustauschern an unserem indischen Standort Jhagadia bereits geschlossen. Derzeit wird die ergänzende Einspeisung von Wasser aus der „End-of-pipe“-Abwasseraufbereitung pilotiert. Vor der Umkehrosmose werden dabei organische Verunreinigungen mit Hilfe von Adsorberharzen entfernt. Diese lassen sich mit Dampf regenerieren, so dass ein robuster und ökonomischer Prozess resultiert. Einmal entwickelt und erprobt, können solche Prozesse weltweit zur Nachrüstung oder als integraler Bestandteil von Neuanlagen genutzt werden. Die betreffenden Betriebe werden zudem unabhängiger von der externen Ver- und Entsorgungsinfrastruktur.

Angesichts der Langlebigkeit industrieller Produktionsanlagen muss auch das Abwassermanagement existierender Betriebe verbessert werden. Dies gilt besonders in industriellen Ballungs- und Wachstumsregionen. Investitions- und Betriebskosten müssen dabei überschaubar bleiben, damit möglichst viele Unternehmen die Technik nutzen können. Wie Ionenaustausch und Umkehrosmose gemeinsam in speziell konzipierten Prozessen helfen, flüssige Abfälle fast vollständig zu vermeiden, zeigen Anlagen in Tirupur in der Provinz Tamil Nadu, dem Zentrum der indischen Baumwollindustrie. Abwässer der Textilfärbereien haben hier zuvor die Umwelt erheblich belastet.

Zukunftstrends in der Abwasserbehandlung

Ionenaustausch und Umkehrosmose im Verbund bieten auch einen Lösungsansatz für ein anderes, derzeit viel diskutiertes Problem in Europa. Riesige Güllemengen, die bisher oft überdosiert auf Äcker ausgebracht werden und das Grundwasser kontaminieren, lassen sich wirtschaftlich aufarbeiten. Dabei entstehen konzentrierte, und damit besser dosierbare feste sowie flüssige Düngemittel. Die Hauptmenge des Wassers verlässt die Anlage nahezu salz- und ammoniakfrei und kann bedenkenlos in die Umwelt abgegeben werden. In den Niederlanden und in Belgien arbeiten bereits 20 kleinere Anlagen erfolgreich nach diesem Prinzip. Ein größerer Betrieb zur Aufbereitung von jährlich mehr als 600 t Gülle soll 2017 im niederländischen Coevorden entstehen.

Moderne Abwasserbehandlung nutzt innovative Prozesse und Produkte. Auch Energieeffizienz ist dabei wichtig, damit weniger Abwasser bzw. bessere Aufbereitung nicht mit übermäßigem Energieeinsatz erkauft werden müssen. Neben effizienten Prozessen und Systemen spielen dabei regenerative Energiequellen, etwa Sonnen- oder Windenergie, eine wichtige Rolle.