Condorchem Envitech entwirft, baut und installiert Anlagen zur Behandlung von Salzwasser für das Abwasser, das bei Meerwasserentsalzungsprozessen entsteht, sowie für die Behandlung von Sole, die in industriellen Produktionsprozessen anfällt.
Derzeit stehen zahlreiche Technologien für die Auslegung einer Anlage zur Behandlung von Salzwasser und zur Behandlung von Sole, die in industriellen Prozessen erzeugt wird, zur Verfügung. Die Auswahl des am besten geeigneten Verfahrens hängt von verschiedenen Faktoren ab, wie der Zusammensetzung des Abwassers, dem zu behandelnden Volumen, den verfügbaren Energiequellen oder dem endgültigen Verwendungszweck des behandelten Abwassers. Diese Alternativen können wie folgt klassifiziert werden:
- Verdünnungsprozesse: Vor der Einleitung ins Meer wird die erzeugte Sole mit Abwässern aus anderen Kläranlagen mit sehr niedriger Salzkonzentration und einem Ausgangsvolumen, das höher ist als das der Sole, verdünnt, um eine angemessene Verdünnung sicherzustellen. Normalerweise werden Abwässer aus Kläranlagen oder thermischen Kraftwerken verwendet.
- Managementprozesse: Diese umfassen verschiedene Behandlungsverfahren für salzhaltige Abwässer, die sowohl in Entsalzungsanlagen als auch in anderen Sektoren anfallen. Die Solebehandlung gewährleistet eine größere ökologische Nachhaltigkeit und eine Verringerung der Umweltbelastung.
Die wichtigsten Verfahren zur Abwasserbewirtschaftung werden im Folgenden beschrieben.
Salzwasserbewirtschaftung
Die Salzwasserbewirtschaftung ist zweifellos ein entscheidender Faktor für jede Art von Industrie oder Sektor, der salzhaltige Abwässer produziert. Obwohl die Einleitung an sich nicht gefährlich ist, kann sie bei unkontrollierter Durchführung erhebliche Umweltauswirkungen haben und muss daher ordnungsgemäß verwaltet werden.
Eine Vielzahl von Industrien, wie Entsalzungsanlagen, Gas- und Ölförderanlagen, Energieerzeugungsanlagen, Ledergerbereien, Konservenherstellung, Oliven-, Salz- und Lebensmittelverarbeitung, Öl-, Schinken- und Wurstwarenherstellung sowie alle Industrien, die große Wassermengen benötigen (Entkalkung, Entmineralisierung, Umkehrosmose usw.), erzeugen aus verschiedenen Gründen Sole.
Die Bewirtschaftung ist nicht immer einfach, und die am besten geeignete Option hängt stets von einer Vielzahl von Faktoren ab, wie Durchfluss, Konzentration, geografische Lage und Verfügbarkeit von Restenergiequellen. Unter den möglichen Optionen für die Solebewirtschaftung ist zweifellos die umweltverträglichste Methode deren Behandlung.
Soleproduktion
Da die Vielfalt der Industrien, die salzhaltige Abwässer erzeugen, groß ist, werden im Folgenden die repräsentativsten vorgestellt:
I. Meerwasserentsalzung
Die Entsalzung umfasst die Gewinnung von Frischwasser für den menschlichen Verbrauch oder für industrielle bzw. landwirtschaftliche Nutzung aus Meerwasser oder Sole. In den letzten Jahrzehnten hat sich diese Praxis in Regionen mit Wasserdefiziten verbreitet, in denen die Versorgung daher nicht garantiert werden kann. Die intensive Produktion von entsalztem Wasser zu moderaten Preisen ist heute möglich, sodass diese Lösung in vielen Fällen zur Lösung von Wasserversorgungsproblemen angewandt wird. Laut UN Water, dem zwischenbehördlichen Mechanismus für alle wasserbezogenen Aspekte bei den Vereinten Nationen, gab es im Februar 2014 weltweit mehr als 16.000 Entsalzungsanlagen mit einer Produktionskapazität von 70 hm³/Tag.
Unabhängig von der verwendeten Technologie zur Entsalzung entstehen in allen Fällen ein Frischwasserstrom und ein Abfall- oder Ableitstrom. Letzterer enthält eine hohe Salzkonzentration, die von der zu entsalzenden Rohwasserqualität und dem Trennwirkungsgrad abhängt, welcher wiederum von der verwendeten Technologie bestimmt wird. Dieses Abwasser sollte wegen der hohen Umweltauswirkungen nicht unbehandelt in die Umwelt zurückgeführt werden, da dies auch zu einer progressiven Erhöhung der Entsalzungskosten führt, als direkte Folge des Anstiegs der Salzkonzentrationen im Ausgangswasser.
Daher führen Techniken mit hocheffizienter Trennung zu einem Ableitstrom mit hoher Salzkonzentration und umgekehrt.
II. Textilindustrie
Die Textilindustrie zeichnet sich durch einen hohen Wasserverbrauch aus, wobei das Wasser von hoher Qualität sein muss. Das verwendete Wasser, egal ob aus dem Versorgungsnetz oder anderen Quellen, wird einer Reinigung, meist einer Enthärtung, unterzogen. Ionenaustauscherharze, deren Regeneration ein Abwasser mit hoher Salzkonzentration erzeugt, wurden traditionell zur Entfernung von Wasserhärte eingesetzt.
Zudem sind hohe Salzkonzentrationen im Medium für den Färbeprozess von Textilfasern erforderlich, um sicherzustellen, dass das Pigment am Gewebe haftet. Diese Färbewässer weisen auch nach der Behandlung einen hohen Salzgehalt auf.
III. Deponien
Deponien für kommunale feste Abfälle (MSW) erzeugen Sickerwasser, das behandelt werden muss, um eine umweltverträgliche Einleitung zu gewährleisten. Nach verschiedenen Prozessen wird das behandelte Abwasser in der Regel einer Umkehrosmose unterzogen, um einen reinen Wasserstrom zu gewinnen, der wiederverwendet oder eingeleitet werden kann, sowie einen kleineren Strom mit konzentrierten Schadstoffen. Dieses Abwasser weist eine hohe Salzkonzentration auf, da es alle ursprünglich im Sickerwasser enthaltenen Salze enthält.
IV. Lebensmittelzubereitung
Salz- und Solekonservierungstechniken werden traditionell verwendet, um Lebensmittel über lange Zeiträume ohne mikrobiellen Befall zu lagern. Die Sole wird üblicherweise aus kaltem Wasser, Natriumchlorid, Natriumnitrit und Aromastoffen hergestellt.
Damit die Sole konservierend wirkt, muss die Salzkonzentration im Produkt zwischen 15 % und 20 % liegen. Folglich erzeugen die Salz- und Lebensmittelkonservierungsindustrien im Allgemeinen Abwässer mit hoher Salzkonzentration.
Die Herstellung von eingelegtem Gemüse (Oliven, Gewürzgurken, Karotten, Zwiebeln usw., mariniert in Sole und Essig) ist eine Tätigkeit, die Abwässer mit organischer Belastung sowie hoher Salzkonzentration erzeugt. Diese Abwässer müssen vor der Einleitung behandelt werden, und es ist ratsam, möglichst viel Wasser für die Wiederverwendung im Prozess zurückzugewinnen.
V. Abwässer aus Wasseraufbereitungsanlagen
Eine Vielzahl von Industrien benötigt eine Quelle von Wasser höchster Qualität (ultrapures Wasser) für ihre Produktionsprozesse, insbesondere die Pharma-, Lebensmittel- und Textilindustrie. Solche Industrien verwenden typischerweise Ionenaustauscherharze zur Wasserenthärtung oder membranbasierte Verfahren (Nanofiltration oder Umkehrosmose) für umfassendere Behandlungen. Die durch diese Prozesse erzeugten Abwässer konzentrieren alle aus dem Rohwasser entfernten Salze und Verunreinigungen. Ein hoher Wasserverbrauch im Prozess führt zu hohen Abwassermengen mit hoher Konzentration gelöster Salze.
VI. Ledergerberei
Die Ledergerberei zeichnet sich durch ein hohes Kontaminationspotenzial aus, sowohl durch die verwendeten Reagenzien als auch durch die in den verschiedenen Prozessen erzeugten Abwässer.
Im Allgemeinen umfassen die in der Gerbung von Tierhäuten verwendeten Prozesse das Salzen (mit NaCl), Enthaaren (unter Verwendung von Natriumsulfid, Natriumpolysulfid oder Natriumcarbonat), Entfilzen (unter Verwendung von Natriumsulfid, Natriumhydrosulfid, Aminen, Calciumhydroxid und Natronlauge), Kalken (in einem Bad aus Natronlauge), Entkalken (unter Verwendung von Salzsäure, Schwefelsäure, Borsäure, Ammoniumchlorid, Ammoniumacetat und zyklischen Estern), Beizen (Chromsalze und Formaldehyd), Gerben, Schmieren, Trocknen, Konditionieren und Finishen (unter Verwendung von Farbstoffen und Anilin). Die in den verschiedenen Prozessen verwendeten Chemikalien gelangen während der Anwendung in das Abwasser.
Die in diesen Prozessen eingesetzten Technologien werden zunehmend sauberer, wassersparender und nutzen Abwässer wieder, wodurch die Endkontamination des Wassers reduziert wird. Schließlich entfernt die Behandlung der Abwässer den Großteil der Verunreinigungen. Die im Abwasser gelösten Salze werden jedoch nicht entfernt, sodass sie nach Verlassen der Kläranlage unverändert bleiben und diese Wässer Salzkonzentrationen von bis zu 10.000 mg/L aufweisen. Folglich dürfen diese Wässer mit diesem Salzgehalt weder in das Kanalisationsnetz noch in öffentliche Gewässer eingeleitet werden.
VII. Wasseraufbereitung für Energieerzeugungsanlagen
Energieerzeugungsanlagen benötigen Wasser von höchster Qualität für den Betrieb. Dieses Wasser wird in Hochtemperaturdampf umgewandelt, der den Generator antreibt. Das verwendete ultrapure Wasser wird in der Regel durch Behandlung von Wasser aus dem Versorgungsnetz oder anderen Quellen gewonnen. Dieser Prozess erzeugt ein Abwasser, das alle aus dem Wasser entfernten Verunreinigungen konzentriert. Solche Abwässer zeichnen sich durch ihre hohe Salzkonzentration aus und müssen daher vor der Einleitung behandelt werden.
VIII. Gas- und Ölfelder
Die Gas- und Ölindustrie kann ebenfalls erhebliche Soleabwässer erzeugen. Viele Gas- und Ölquellen befinden sich in der Nähe von Steinsalzvorkommen. Die Technik zur Ölförderung umfasst das Bohren von Brunnen, in die Frischwasser injiziert wird, das das Salz löst und als Sole an die Oberfläche zurückkehrt. Öl wird durch Verdrängung nach oben gewonnen, indem Wasser oder Sole injiziert wird. Die überschüssige Sole muss behandelt oder im Falle eines Unterwasserfeldes ins Meer eingeleitet werden.
Solebehandlung
Salzwasserbewirtschaftung ist in den meisten Fällen keine einfache Aufgabe. Faktoren wie Durchflussrate, geografische Lage, das Vorhandensein von anderen Verunreinigungen als Salzen usw. beeinflussen die Wahl der Behandlungstechnik. In vielen Fällen ist die Behandlung der Sole die einzige Lösung, obwohl je nach den Eigenschaften des Einzelfalls auch andere Bewirtschaftungswege möglich sind.
Nachfolgend finden Sie eine Analyse der verschiedenen verfügbaren Bewirtschaftungsoptionen mit besonderem Schwerpunkt auf den Techniken, die eine Solebehandlung ermöglichen.
Behandlung von Sole mit einem Null-Abfall-System (ZWS)
Diese Option ist in der größten Anzahl unterschiedlicher Situationen die praktikabelste Bewirtschaftungsalternative, kann an jede Produktionsgröße von Sole angepasst werden und ist zweifellos die umweltfreundlichste.
Ziel einer Null-Abfall-Anlage zur Behandlung von Soleabwässern ist es, den salzhaltigen Rückstand in einen Strom von hochwertigem Wasser und Salzen in fester, kristalliner Form umzuwandeln. Dieses Wasser kann aufgrund seiner hohen Qualität im Prozess selbst oder in jeder anderen Anwendung wiederverwendet werden, und die kristallisierten Salze können zur möglichen Rückgewinnung verwertet werden. Somit verwandelt ein Null-Abfall-System die flüssigen Abfälle in zwei unterschiedliche, ungefährliche, rückgewinnbare und leicht zu handhabende Ströme.
Je nach Anfangskonzentration der Salze in der Sole umfasst die Behandlung eine anfängliche Konzentration des Abwassers mittels Umkehrosmose. Ist die Konzentration der Sole bereits hoch, kann der Umkehrosmoseschritt entfallen. Die konzentrierte Sole wird anschließend einem Vakuumverdampfungsprozess unterzogen, bei dem sie weiter konzentriert wird und ein Wasserstrom erzeugt wird, der mit dem durch Umkehrosmose erzeugten Wasserstrom gemischt werden kann. Schließlich werden die Salze durch einen Kristallisationsprozess in fester, trockener und kristalliner Form gewonnen (Abbildung 1). Diese Salze können zur Verwendung im Streusalz, zur Harzregeneration usw. zurückgewonnen werden.
Die Gewinnung von Natriumchlorid, Calciumsulfat, Magnesiumhydroxid und Calciumchlorid ist durch verschiedene sequenzielle Verdampfungsprozesse möglich. Diese Option kann verwendet werden, wenn die Sole marinen Ursprungs ist und die Produktion moderat ist.
Der Umkehrosmoseprozess kann durch ein Elektrodialysesystem ersetzt werden, das ebenfalls die Konzentration der Sole ermöglicht und einen Wasserstrom mit sehr niedriger Salzkonzentration erzeugt.
Wenn eine Restenergiequelle verfügbar ist, kann diese im Vakuumverdampfungsprozess genutzt werden, was hervorragende Ergebnisse zu einem sehr wettbewerbsfähigen Preis liefert.
Derzeit gibt es eine Alternative zur Umkehrosmose, die Forward Osmose. Diese Technologie ermöglicht die Behandlung von Meerwasser oder Sole mit geringerem Energieverbrauch und einer Reduzierung des erzeugten Ableitstroms, wodurch die Endverdampfer kleiner ausfallen. Sie reduziert auch Investitions- und Betriebskosten bei Null-Abfluss-Anwendungen im Vergleich zu anderen Technologien und kann in einer Vielzahl von Anwendungen eingesetzt werden.
Die Bewirtschaftung salzhaltiger Abwässer mit einem Null-Abfall-System ist besonders vorteilhaft, wenn neben Salzen weitere schwer zu behandelnde Verunreinigungen vorhanden sind. Dies ist der Fall bei Abwässern aus kommunalen Deponiesickerwässern, Abwässern aus der Ledergerberei oder bei der Herstellung von eingelegtem Gemüse. Es ist auch eine ideale Option für Wasseraufbereitungsanlagen zur Herstellung von ultrapurem Wasser, insbesondere wenn Restenergie vorhanden ist, die im Vakuumverdampfungsprozess genutzt werden kann.
Tiefeninjektion (DWI)
Die Tiefenbrunneninjektion (DWI) umfasst die Einspritzung der Abfallflüssigkeit in den Untergrund über einen Tiefenbrunnen. Sie kann zur Bewirtschaftung sowohl von Sole als auch anderen flüssigen Abfällen verwendet werden, sofern keine Umweltauswirkungen auf den Untergrund entstehen. Dies ist unter den folgenden vier notwendigen und hinreichenden Bedingungen der Fall:
- Es gibt eine durchlässige Formation, die die Abfälle aufnehmen kann.
- Es gibt eine undurchlässige Formation, die die Abfälle für eine ausreichende Zeit einschließt, bis sie ungefährlich werden.
- Die Bedingungen beider Formationen ändern sich während des Betriebs nicht.
- Der DWI-Betrieb gefährdet keine anderen, wichtigeren Ressourcen.
Diese Bewirtschaftungstechnik ist daher nur dann praktikabel, wenn diese vier Bedingungen erfüllt sind und der Solefluss wirtschaftlich ausreichend hoch ist.
Verdunstungsteiche
Die Technik der Soleeinschließung in Teichen wird in trockenen Regionen angewandt, in denen ausreichend Landfläche zur Verfügung steht. Die Oberfläche und Mindesttiefe des Teichs können auf Basis des Soleflusses ausgelegt werden. Ein Hauptnachteil dieser Technik ist die Umweltkontamination benachbarter Grundwasserleiter durch mögliche Leckagen von Sickerwasser.
Brunnen
Dies besteht darin, Wasser aus Brunnen in Meeresnähe mit hohem Salzgehalt zu entnehmen, das hauptsächlich in Hotelkomplexen in Gebieten mit Frischwassermangel verwendet wird. Dieses Wasser hat drei verschiedene Verwendungszwecke:
- Kühlung der Klimaanlagen des Komplexes.
- Trinkwasserversorgung des Komplexes.
- Kühlung der Filter, die nach der Umkehrosmosebehandlung verwendet werden.
Nach der Nutzung werden alle anfallenden Abwässer in einem Tank gesammelt, der in einen anderen Brunnen mit einem etwas höheren Salzgehalt als der Eingang wieder eingeleitet wird.
Solche Systeme sind spezifisch für Meerwasser und werden in diesen Gebieten häufig eingesetzt.
Fazit
Eine Vielzahl von Prozessen erzeugt erhebliche Mengen an salzhaltigem Abwasser, das aufgrund der hohen Umweltauswirkungen nicht direkt in die Umwelt eingeleitet werden darf.
Eine wettbewerbsfähige Bewirtschaftung dieses Abwassers ist nicht immer leicht zu finden. Die verschiedenen Bewirtschaftungsalternativen umfassen Tiefeninjektion, Verdunstungsteiche, die Produktion rückgewinnbarer Produkte und die Solebehandlung mit einem Null-Abfall-System. Letztere Alternative ist die universellste, da sie in den meisten Situationen eingesetzt werden kann, die umweltfreundlichste ist, keine Einleitungen in die Umwelt verursacht, einen Strom von hochwertigem Wasser erzeugt, der im Produktionsprozess wiederverwendet werden kann, und kristallisierte Salze liefert, die zurückgewonnen werden können.