Umkehrosmose und Ionenaustausch Hand in Hand

Tex­til­fasern und ‑gewebe ble­ichen und fär­ben, ohne die Umwelt mit Abwass­er zu belas­ten: Das klingt zunächst wie eine Wun­schvorstel­lung. Den­noch: „Min­i­mal liq­uid dis­charge“ (MLD) und „zero liq­uid dis­charge“ (ZLD), also die Min­imierung bzw. kom­plette Ver­mei­dung flüs­siger Abfälle, sind heute bere­its Real­ität – und das dank hoch effizien­ter Auf­bere­itungsver­fahren, die Umkehros­mose und Ione­naus­tausch im Ver­bund ein­set­zen. Umkehros­mose-Ele­mente der Marke Lewabrane und Ione­naus­tauscher­harze aus dem Sor­ti­ment Lewatit des Spezial­chemie-Konz­erns LANXESS spie­len dabei eine wichtige Rolle.

Wie essen­tiell ein fortschrit­tlich­es Abwasser­man­age­ment im Rah­men des ver­ant­wor­tungsvollen Umgangs mit der wertvollen Ressource Wass­er ist, verdeut­licht das The­ma des diesjähri­gen Welt­wassertags am 22. März: Wass­er und Abwasser.

Beispiel­sweise die Tex­til- und Led­erindus­trie mit ihrem tra­di­tionell hohen Wasserver­brauch und bisweilen hoch belasteten Abwässern stellen die Entsorgung­stech­nik und die Trinkwassergewin­nung vor große Her­aus­forderun­gen. Das gilt beson­ders im asi­atis­chen Raum, wo heute ein regionaler Schw­er­punkt dieser Indus­trien liegt und zugle­ich ger­ade in indus­triellen Bal­lungszen­tren viele Men­schen mit sauberem Trinkwass­er ver­sorgt wer­den müssen. Ein­er Studie aus dem Jahr 2009 zufolge wird in 2030 der Wasserbe­darf in Indi­en dop­pelt so hoch sein wie die ver­füg­baren Frischwasser­res­sourcen. Das macht deut­lich, dass an Wasser­recy­cling kein Weg vorbeiführt.

„Wasser­auf­bere­itung ist eine bedeu­tende glob­ale Her­aus­forderung und zugle­ich ein attrak­tiv­er, wach­sender Markt“, betont Jean-Marc Ves­selle, Leit­er des Geschäfts­bere­ichs Liq­uid Purifi­ca­tion Tech­nolo­gies (LPT) bei LANXESS im Vor­feld des diesjähri­gen Welt­wassertags. So wächst der Markt für Umkehros­mose-Mem­branele­mente nach aktueller Ein­schätzung auch in den kom­menden drei Jahren mit jährlich zehn Prozent über­durch­schnit­tlich stark. Bei Ione­naus­tausch­ern wird mit einem kon­tinuier­lichen Wach­s­tum von vier Prozent pro Jahr gerech­net. „Mit tech­nolo­gieüber­greifend­en Inno­va­tio­nen und kon­tinuier­lichen Investi­tio­nen wer­den wir auch kün­ftig den Kun­de­nan­forderun­gen und unser­er Ver­ant­wor­tung gerecht wer­den“, sagt Vesselle.

Modernes Abwassermanagement in Tirupur

Die indis­che Regierung fördert seit Jahren Ini­tia­tiv­en zur Abwasserver­mei­dung und zum Recy­cling speziell in indus­triellen Schw­er­punk­tre­gio­nen. Ein Beispiel dafür sind leis­tungs­fähige Auf­bere­itungsan­la­gen im südindis­chen Tirupur in der Prov­inz Tamil Nadu, dem Zen­trum der indis­chen Baum­wol­lver­ar­beitung. Hun­derte von Tex­til­fab­riken, speziell viele dort ansäs­sige Baum­wollfär­bereien, leit­eten noch in den 1990er Jahren große Abwasser­men­gen oft ungek­lärt in den Fluss Noyyal, der eine wichtige Trinkwasserquelle für die ganze Region ist. Vor allem anor­gan­is­che Salze und organ­is­che Sub­stanzen aus der Cel­lu­lose­fär­berei verun­reinigten das Fluss­wass­er so stark, dass die Gewin­nung unbe­lasteten Trinkwassers nahezu unmöglich wurde. Gle­ichzeit­ig hat sich in den ver­gan­genen 25 Jahren die Bevölkerung von Tirupur mehr als ver­dop­pelt – und damit auch der Trinkwasserbedarf.

Die Abwasser­si­t­u­a­tion verän­derte sich, als die zuständi­ge Behörde Tamil Nadu Pol­lu­tion Con­trol Board (TNPCB) im Rah­men eines lan­desweit­en Pro­gramms ein Auf­bere­itungsver­fahren speziell für Abwäss­er von Baum­wollfär­bereien entwick­elte. Die Tamil Nadu Water Invest­ment Com­pa­ny Lim­it­ed (TWIC) begann im Rah­men ein­er „Pub­lic Pri­vate Part­ner­ship“, entsprechende Pro­jek­te umzuset­zen. So ent­standen und entste­hen sowohl dedi­zierte Auf­bere­itungsan­la­gen für große Tex­tilun­ternehmen als auch Gemein­schaft­san­la­gen für kleine und mit­tel­ständis­che Fär­bereien. Solche Anla­gen lassen sich ide­al mit bere­its existieren­den Pro­duk­tions­be­trieben kom­binieren. Für neu errichtete Fab­riken bieten speziell opti­mierte Pro­duk­tion­sprozesse weit­ere Möglichkeit­en der Wiederver­wen­dung von Prozess­wass­er und der Abwasserver­mei­dung jen­seits von „End-of-pipe“-Lösungen.

Derzeit wer­den in der Region Tirupur ins­ge­samt täglich rund 24.000 Kubik­me­ter Abwass­er mit Mem­branele­menten und Ione­naus­tausch­ern von LANXESS behandelt.

Abwasserbehandlung für Färbereien – wie es funktioniert

Das mehrstu­fige „End-of-pipe“-Verfahren begin­nt mit ein­er biol­o­gis­chen Klärung, Schlam­mab­tren­nung und Grob­fil­tra­tion, um die Haupt­menge organ­is­ch­er Inhaltsstoffe sowie dis­pergierte Par­tikel, z. B. Fasern, abzutren­nen. Danach wird das Fil­trat mit Hil­fe von Ione­naus­tausch­ern zunächst adsorp­tiv ent­färbt und anschließend enthärtet. Im näch­sten Schritt entste­ht durch Umkehros­mose ein salzarmes, far­blos­es Per­me­at, das nur noch weniger als ein Prozent der ursprünglich gelösten Salze und kein­er­lei organ­is­che Verun­reini­gun­gen mehr enthält. Es kann häu­fig direkt in den indus­triellen Prozess zurück­ge­führt wer­den. „Die Vor­reini­gung durch Ione­naus­tausch stellt dabei eine sehr wirk­same Maß­nahme gegen organ­is­ches oder biol­o­gis­ches Foul­ing in der Umkehros­mose dar“, erk­lärt Alexan­der Schef­fler, Direc­tor Mem­brane Busi­ness bei LPT. Das mit Salz angere­icherte Reten­tat kann bei geringem Chlo­ridge­halt direkt wieder im Fär­be­prozess einge­set­zt, aber auch durch Nanofil­tra­tion oder frak­tion­iertes Aus­frieren aufge­tren­nt und mit­tels Solartrock­n­er weit­er aufkonzen­tri­ert wer­den. Schließlich wer­den die Salze, vor allem Natri­um­sul­fat und Natri­um­chlo­rid, getren­nt in fes­ter Form erhal­ten. Das Sul­fat kann erneut im Fär­be­prozess einge­set­zt, das Chlo­rid deponiert wer­den. Abwass­er fällt bei diesem Prozess nicht mehr an, es han­delt sich also um eine ZLD-Lösung. Diese schont nicht nur die Umwelt und die natür­liche Ressource Wass­er, son­dern birgt Kostensenkungspoten­ziale für die Tex­tilin­dus­trie, vor allem infolge der Salzrück­gewin­nung. Experten sind überzeugt, all dies könne hin­sichtlich der Betrieb­skosten beina­he zum Null­tarif real­isiert wer­den, wenn vor­rangig regen­er­a­tive Energiequellen einge­set­zt würden.

Ein innovativer und effizienter Weg

In ein­er Tex­til­fab­rik in Tirupur beispiel­sweise wer­den seit August 2016 154 Mem­branele­mente vom Typ Lewabrane RO S400 HR sowie 7.500 Liter des schwach sauren, makro­porösen Katio­ne­naus­tauscher­harzes Lewatit CNP-80 WS einge­set­zt, um stündlich rund 85 Kubik­me­ter Abwass­er aufzu­bere­it­en. „Wir rech­nen mit Standzeit­en der Umkehros­mose-Ele­mente von drei bis vier Jahren, so dass das Ver­fahren auch ökonomisch sehr attrak­tiv ist”, erläutert Schef­fler. „Die Kom­bi­na­tion von Ione­naus­tausch und Umkehros­mose stellt einen inno­v­a­tiv­en und effizien­ten Weg dar, um selb­st stark salzhaltiges Abwass­er aufzu­bere­it­en, das auch organ­isch hoch kon­t­a­miniert ist“, fasst er die bish­eri­gen Erfahrun­gen zusammen.