Behandlung und Wiederverwendung von Abwasser in der Kosmetikindustrie

• 1. Einleitung: Abwasser aus der Kosmetikindustrie
• 2. Technologien zur Wasseraufbereitung und -wiederverwendung in der Kosmetikindustrie. Von SIGMA vorgeschlagenes Verfahren
  • 2.1. Abscheidung von Ölen und Fetten: CAF-Anlagen
  • 2.2. Physikalisch-chemische Behandlung und DAF-Anlagen
  • 2.3. MBR-Bioreaktor mit Ultrafiltrationsmembranen
  • 2.4. Umkehrosmose
  • 2.5. Schlammbehandlung
• 3. SIGMA-Erfolgsgeschichte: Beiersdorf Manufacturing Tres Cantos – Madrid.
• 4. Literaturverzeichnis

1. Einleitung: Abwasser in der Kosmetikindustrie

Die Kosmetikindustrie verbraucht große Mengen an Wasser und unterliegt immer strengeren Einleitungsgrenzwerten. Diese beiden Faktoren haben zu einem erheblichen Anstieg beim Bau von Kläranlagen geführt, die dieWiederverwendung von Abwasser ermöglichen.

DieWiederverwendung von Abwassersteht im Einklang mit den Prinzipien der Kreislaufwirtschaft und der ökologischen Nachhaltigkeit, die immer mehr Branchen in ihren Abfallmanagementprozessen umsetzen.

Das in der Kosmetikindustrie anfallende Abwasser zeichnet sich durch einen hohen Gehalt an Schwebstoffen, chemischem Sauerstoffbedarf (CSB) sowie Ölen und Fetten (Farbstoffe, Öle und Emulsionen) aus.

Anschließend erfolgt eine biologische Behandlung, bei der CSB und Nährstoffe mithilfe eines Membranbioreaktors entfernt werden. Vor der endgültigen Schlammbeseitigung kann eine tertiäre Behandlung mittels Umkehrosmose durchgeführt werden, um die Qualität des gereinigten Wassers zu verbessern.

Angesichts der verschärften Einleitungsgrenzwerte und der zunehmenden Notwendigkeit derWasserwiederverwendungkommen jedoch immer häufiger intensive und hocheffiziente Aufbereitungsverfahren zum Einsatz,die fortschrittliche Technologien umfassen, um die Qualitätsanforderungen für die Wasserwiederverwendung zu erfüllen.

In den letzten Jahren wurden verschiedene physikalische, chemische und biologische Technologien erprobt. Eines der wirksamsten Verfahren ist der Einsatz vonMBR-Membranbioreaktoren, denen einesorgfältig konzipiertephysikalisch-chemische Vorbehandlung vorausgeht. Dank der Einbindung fortschrittlicher Filtrationsverfahren mit Umkehrosmosemembranen lässt sich aufbereitetes Wasser von hoher Qualität gewinnen, das für die Wiederverwendung geeignet ist.

2. Technologien zur Wasseraufbereitung und -wiederverwendung in der Kosmetikindustrie

Ein wirksames Verfahren zur Abwasserbehandlung in der Kosmetikindustrie muss folgende Ziele erfüllen:

• Die Entsorgungsvorschriften einhalten.
• Wasser in einer Qualität zu produzieren, die für die Wiederverwendung geeignet ist.
• Es muss sowohl in ökologischer als auch in wirtschaftlicher Hinsicht effiziente Ergebnisse liefern.
• Angesichts der steigenden Nachfrage und Produktion in diesem Sektor muss es künftige Kapazitätserweiterungen ermöglichen.

Die Konfiguration, die sich als am effizientesten erwiesen hat, ist eine Kombination der folgenden Prozesse:

• Abscheidung von Ölen, Fetten und Schwebstoffen durch physikalisch-chemische Vorbehandlung
• Fortschrittliche biologische Abwasserbehandlung.
• Tertiäre Abwasserbehandlung mittels Umkehrosmose-Membrantechnologien.

Dieses Verfahren kann für jeden Einzelfall und jede Wasserart angepasst und modifiziert werden, die Grundprinzipien bleiben jedoch unverändert.

Vorbehandlung: Entfernung von Ölen, Fetten und Schwebstoffen.

• CAF-Flotation mit induzierter Luft zur Abscheidung von Fetten und Ölen.
• Koagulation – Flockung und Neutralisation zur Agglomeration von Schwebstoffen.
• DAF-Flotation (Dissolved Air Flotation) zur Abscheidung von Schwebstoffen und einem Teil der organischen Substanzen.

Biologische Behandlung: Entfernung von CSB und Nährstoffen.

• MBR-Membranbioreaktor mit Belüftungs- und Ultrafiltrationssystem.
• Tertiäre Abwasserbehandlung: höchste Abwasserqualität.
• Einsatz von Umkehrosmosemembranen zur Erzielung einer außergewöhnlich hohen Qualität des aufbereiteten Wassers.

Schlammbehandlung.

Die in den verschiedenen Phasen anfallenden Schlämme müssen ordnungsgemäß entsorgt und behandelt werden.

Eine wirksame Behandlungsmethode für Schlämme aus der Kosmetikindustrie ist die Stabilisierung durch Vergärung (entweder aerob oder anaerob) und die anschließende Entwässerung und Eindickung mittels Zentrifuge.

Abbildung 1 zeigt ein vereinfachtes Schema der vollständigen Abwasserbehandlung in der Kosmetikindustrie, das die Wiederverwendung des Wassers und/oder dessen Einleitung in das Abwassernetz ermöglicht.

2.1. Abscheidung von Ölen und Fetten: CAF-Anlagen

Systeme zur Trennung mittels induzierter Luft (CAF, „Cavitation Air Flotation“) sind in der Regel einfach aufgebaut und direkt zu bedienen.

Das von SIGMADAF hergestellte ACAF-System ist äußerst einfach zu bedienen, da es keine komplexen mechanischen Komponenten enthält und keinen manuellen Eingriff erfordert. Die mechanische Anlage besteht aus nur zwei Teilen und benötigt weder Luftkompressoren noch Pumpen oder Druckbehälter.

Es handelt sich um einen äußerst effizienten Öl- und Fettabscheider mit einer Abscheideleistung von 99 % und sehr geringen Wartungskosten. Die CAF-Systeme ermöglichen die Aufbereitung von Abwasser mit stark schwankenden Durchflussmengen und Konzentrationen und liefern in allen Fällen hervorragende Ergebnisse. 

Das zu behandelnde Wasser gelangt in einen kleinen Belüftungsabschnitt, in dem der Kavitationsbelüfter installiert ist. Anschließend steigt es durch den Belüftungsabschnitt auf und vermischt sich dabei mit den vom Kavitationsbelüfter erzeugten Mikroblasen.

Dieser Belüfter ist ein Gerät, das über einen Ansaugschlauch Luft vom oberen Bereich der Oberfläche in den unteren Bereich leitet. Der Belüfter funktioniert nach dem Prinzip der Erzeugung eines Unterdrucks in den Wirbeln der Luftabgabeschläuche, die untergetaucht in der Flüssigkeit rotieren.

Die Luft strömt durch die Maschinenachse, sinkt vom oberen Rand der Oberfläche herab, füllt den Hohlraum aus und bildet Mikrobläschen. Die Bläschen steigen spiralförmig zur Oberfläche auf. Der in der Luft enthaltene Sauerstoff wird an die Flüssigkeit abgegeben.

Das Dichtegefälle zwischen der Luft-Wasser-Masse und der Flüssigkeit erzeugt eine Aufwärtsströmung, dieFettpartikel und Schwebstoffe an die Oberfläche befördert.Die Mikroblasen haften an den Partikeln und halten sie an der Oberfläche schwimmend. An der Oberfläche strömt die Luft radial ab und drückt dabei die Öle und Feststoffe mit.

Das Flotationsgut wird regelmäßig und automatisch von einem Abstreifmechanismus entfernt, der die an der Oberfläche schwimmenden Rückstände vom Einlauf des Flotationstanks zum Auslauf schiebt, von wo aus sie in den Abflusskanal geleitet werden.

Das geklärte Wasser wird über einen untergetauchten Auslass in eine Überlaufkammer geleitet, bevor es abgeleitet wird. Der Überlauf regelt die Flüssigkeitstiefe im Flotationsbecken und verhindert so, dass die Ölschicht in den Feststoffablaufkanal gelangt.

Entlang des Bodens der Flotationskammer sind die Rückführleitungen angeordnet, die ein kontinuierliches Aufschwimmen des Tankinhalts gewährleisten, selbst wenn die Zufuhr unterbrochen wird.

SIGMA bietet eine breite Palette an SIGMA-ACAF-Geräten an, die unter den folgenden Links eingesehen werden können:

ACAF-Flotationssystem

Vorteile der SIGMA ACAF-Systeme

• Einfache Bedienung: Das Gerät enthält keine komplexen mechanischen Bauteile und erfordert keinen manuellen Eingriff.
• Breiter Leistungsbereich: Wir fertigen SIGMA ACAF-Anlagen, die eine Durchflussmenge von bis zu 500 m³/h bewältigen können und sich mithilfe spezieller Systeme sogar an höhere Durchflussmengen anpassen lassen.
• Hervorragende Ergebnisse: Die Öl- und Fettabscheidung in einem SIGMA ACAF-System beträgt 99 %.
• Neben der Entfernung von Ölen und Fetten unterstützen diese Anlagen den weiteren Behandlungsprozess, da sie die Abscheidung eines hohen Anteils an Schwebstoffen ermöglichen.

2.2. Physikalisch-chemische Behandlung und DAF-Anlagen

Die physikalisch-chemische Behandlung dient dazu, die Schwebstoffe vor dem Eintritt in eine DAF-Anlage zu agglomerieren, und umfasst verschiedene Verfahren:Koagulation, pH-Einstellung und Flockung.

Das Ziel der Koagulation ist es, kolloidale Stoffe zu destabilisieren. Die Reaktion wird durch die Zugabe eines Koagulierungsmittels (Aluminiumchlorid, organische Koagulierungsmittel usw.) mittels einer Dosierpumpe ausgelöst.

Der Zweck der Neutralisation besteht darin, den durch den Koagulationsprozess entstandenen pH-Wert auf einen Wert um 7,0 einzustellen. Die Neutralisation erfolgt durch Zugabe von Basen oder Säuren mittels einer Dosierpumpe, die durch ein pH-Messgerät gesteuert wird.

Bei der Flockung wird ein anionisches oder kationisches Polyelektrolyt zugesetzt, dessen Polarität je nach Einzelfall variiert. Seine Aufgabe besteht darin, die im Koagulationsprozess gebildeten Koagulate zu aggregieren und Flocken zu bilden, deren Größe eine effiziente und schnelle Abscheidung vom Wasser (Klärung) in der Flotationsanlage ermöglicht.

Um die erforderlichen Arten und Dosierungen von Flockungsmitteln, Koagulierungsmitteln und pH-Regulierungsmitteln zu ermitteln, müssen Laboruntersuchungen des Abwassers durchgeführt werden. Bei SIGMA können wir diese als „Jar-Test“ bezeichneten Untersuchungen in unseren SIGMALAB-Einrichtungen durchführen.

SIGMA bietet zwei Arten von Technologien für die Koagulation, pH-Regulierung und Flockung an: ein System mit Rührbehältern, in denen die Reaktionen stattfinden, oder ein spezielles kontinuierliches System mit dem Flockerkolben SIGMA PFL. Die Technologie wird entsprechend dem zu behandelnden Durchfluss und den erforderlichen Dosierungen der Produkte ausgewählt und ausgelegt.

Die im Koagulations- und Flockungsprozess gebildeten Flocken weisen eine ideale Größe auf, um in einer DAF-Anlage (Dissolved Air Flotation) aus dem Wasser abgeschieden zu werden. Die von SIGMA entwickelte DAF-Technologie verbindet die Prinzipien der Flotation mit gelöster Luft und der Sedimentation mit einer optimalen Anlagenkonstruktion.

Die DAF-Technologie ist ein effizientes und robustes Trennverfahren für Öle, Fette, Kolloide, Ionen, Makromoleküle, Mikroorganismen und Fasern.

Der Prozessablauf aus Koagulation und Flockung, gefolgt von einer DAF-Anlage, ist ein weit verbreitetes und häufig eingesetztes Konzept in der Abwasserbehandlung der Kosmetikindustrie und hat sich im Laufe der Jahre bei korrekter Auslegung als effizient in Bezug auf Leistung sowie Betriebs-, Chemikalien- und Energiekosten erwiesen. Es handelt sich um eine wirksame und robuste Vorbehandlung für die industrielle Abwasserbehandlung im Allgemeinen.

Während des DAF-Verfahrens wird Druckluft in einen Rücklaufstrom des Klärwassers eingeleitet, löst sich in der Flüssigkeit auf und bildet anschließend Blasen von 30 bis 50 µm, wenn sie über einen Sprühkopf in die Flotationskammer geleitet wird. Die koagulierten und ausgeflockten Partikel haften an den Blasen und schwimmen an die Oberfläche der DAF-Anlage, wo sie mechanisch entfernt werden.

Das sedimentierbare Material sinkt in den Sedimentbehälter am Boden der DAF-Anlage und wird über ein Schlammabsaugsystem, in der Regel eine Förderschnecke, abgeführt.

Das geklärte Wasser verlässt die DAF-Anlage über ein regelbares Überlaufsystem. Ein Teil dieses geklärten Wasserstroms wird von der Rückführpumpe umgeleitet und in das Luftkompressions- und -sättigungssystem geleitet. 

Abbildung 6.SIGMA DAF-Geräte: Ansicht eines installierten Geräts und Ausschnitt aus dem Installationsprozess.

SIGMA bietet eine breite Palette an DAF-Flotationsanlagen an, die speziell auf den zu behandelnden Durchfluss und die Platzverhältnisse zugeschnitten sind – von Anlagen für Durchflussmengen von 5 m³/h bis hin zu Anlagen für 1.000 m³/h; darüber hinaus sind auch kompakte Anlagen erhältlich. Die Behandlungskapazität der SIGMA-DAF-Anlagen deckt Schadstoffbelastungsbereiche von bis zu 40 kg Feststoffen pro Flotationsfläche ab.

Wir verfügen über ein breites Sortiment an leistungsstarken Anlagen, die für unterschiedliche Durchflussmengen geeignet sind. Jede Anlage wird speziell auf die zu behandelnde Durchflussmenge und deren Eigenschaften zugeschnitten:

• SIGMA DAF FPAC: für Durchflussmengen zwischen 5 und 160 m³/h bei sehr hohem Feststoffgehalt. Es handelt sich um ein Querstromsystem mit hoher Leistung.

• SIGMA DAF FPBC:für Durchflussmengen zwischen 10 und 250 m³/h bei geringer bis mittlerer Feststoffbelastung. Die Anlage arbeitet im Gegenstrom und zeichnet sich durch einen hohen Wirkungsgrad aus.

• SIGMA DAF FPHF: fürDurchflussmengen zwischen 200 und 1000 m³/h und einen hohen Gehalt an Schwebstoffen. Für eine optimale Leistung wird eine Kombination aus Gegenstrom- und Querstromströmung eingesetzt.

• COMPACT DAF:Kompakte, auf einem Skid montierte Anlagen, bei denen das Koagulations-Flockungssystem und der DAF in einem Gerät vereint sind, was Platz- und Energieeinsparungen ermöglicht.

Vorteile der SIGMA DAF-Systeme:

• Gleichbleibend hohe Qualität des geklärten Wassers.
• Schnelle Inbetriebnahme.
• Minimale Schlammbildung (Schlammkonzentrationen von bis zu 5 %, deutlich höher als bei herkömmlichen Absetzbecken)
• Einfach zu bedienen dank einfacher, anpassungsfähiger und effizienter Steuerungssysteme.
• Bewährte Technologie, flexibel an jeden Einzelfall anpassbar und robust.

2.3. MBR-Bioreaktor mit Ultrafiltrationsmembranen

Zur Behandlung von Abwässern aus der Kosmetikindustrie wird üblicherweise ein aerobes biologisches Belebtschlammverfahren in einem MBR-Reaktor (Membranbioreaktor) eingesetzt, das sich als wirksam erwiesen hat.

MBR-Reaktoren kombinieren den biologischen Klärprozess mit Ultrafiltrationsmembranen als Technologie zur Trennung von Wasser und Schlamm. Der biologische Prozess kann aerob, anoxisch oder anaerob ablaufen; bei der Behandlung von Abwässern aus der Kosmetikindustrie wird üblicherweise eine aerobe Behandlung angewendet.

Der Einsatz von Ultrafiltrationsmembranen als Klärtechnologie ermöglicht es, im Reaktor sehr hohe Biomassekonzentrationen von 6000 bis 12000 mg/l MLSS (Mixed Liquor Suspended Solids) zu erreichen, was zu einer hohen Leistungsfähigkeit des biologischen Prozesses bei gleichzeitig minimaler Überschussschlammproduktion führt; daher sind die Volumina dieser Art von Reaktoren deutlich geringer als bei herkömmlichen biologischen Verfahren.

MBR-Verfahren können so ausgelegt werden, dass sich der Membranbereich oder -behälter außerhalb oder innerhalb des Reaktionsbehälters befindet.

 Der aerobe biologische Prozess besteht im Abbau der im zu behandelnden Abwasser enthaltenen organischen Stoffe durch die Wirkung von Mikroorganismen in Gegenwart von Sauerstoff. Während des Prozesses wird dem Reaktionsmedium (bestehend aus Abwasser und Mikroorganismen) mittels Belüftungssystemen Sauerstoff zugeführt.

Für typische Abwässer aus der Kosmetikindustrie wird der Einsatzspezieller Feinstblasen-Belüftungsdüsensowieeine strenge Überwachung des gelösten Sauerstoffsempfohlen, um einen optimalen und reduzierten Energieverbrauch zu erzielen.

Wenn ein aerobes Verfahren angewendet wird und daher Belüfter im Reaktionsmedium installiert werden, empfiehlt es sich, die Konfiguration a) aus Abbildung 13 für ein externes Membranmodul zu verwenden, um den Sauerstofftransfer in das Reaktionsmedium nicht zu behindern.

Damit dieser Prozess ordnungsgemäß ablaufen kann, müssen im Reaktionsmedium folgende Bedingungen gegeben sein:

• Den pH-Wert zwischen 6,5 und 8,5 halten.
• Temperaturen zwischen 10 und 40 °C. Optimale Erträge werden bei Temperaturen zwischen 20 und 35 °C erzielt.
• Das Fehlen toxischer oder den Prozess hemmender Stoffe wie Schwermetalle, übermäßiger Salzgehalt usw.

Die Mischflüssigkeit aus dem biologischen Reaktor mit einem sehr hohen Feststoffgehalt (MLSS) gelangt in den Bereich der Ultrafiltrationsmembranen, wo die Filtration stattfindet.

Die Membranen trennen den festen Anteil ab, und die Flüssigkeit (im Folgenden als „Permeat“ bezeichnet) wird in einen Vorratsbehälter geleitet, während die Feststoffe über einen Rückführungskreislauf wieder in den biologischen Reaktor zurückgeführt werden.

Einer der wichtigsten Aspekte eines MBR-Reaktors (und jeder anderen Technologie, bei der Membranen zum Einsatz kommen) ist dasReinigungssystem, da diese anfällig für Verschmutzung und Verstopfung sind, was ihre Effizienz und Lebensdauer beeinträchtigt. Die eingetauchten Membranen werden regelmäßig durch Rückspülung mit einem Gegenstrom aus Wasser gereinigt, wobei das Permeat selbst und Luft als Antriebskraft genutzt werden.

Gelegentlich werden die Membranmodule in eine Reinigungslösung getaucht, wobei chemische Mittel (in der Regel Säuren) zum Einsatz kommen.

Der überschüssige Schlamm aus dem biologischen Prozess, der zur Aufrechterhaltung einer konstanten Biomassekonzentration abgezogen werden muss und aus der Reinigung stammt, wird der in Abschnitt 2.5beschriebenen Schlammbehandlungzugeführt.

SIGMA entwickelt in Zusammenarbeit mit KOCH seine MBR-Anlagen so, dass die Membranleistung durch eine spezielle Auslegung der Hydrauliksysteme in diesem Bereich optimiert wird. Ziel ist es, die Durchflussgeschwindigkeiten durch die Membranen zu steuern und zu optimieren, wodurch der Energiebedarf gesenkt wird, um längere Filterzyklen zu erreichen und eine längere Lebensdauer der Membranen zu gewährleisten.

Die von SIGMA entwickelten MBR-Reaktoren für Abwasser aus der Kosmetikindustrie verwendenHohlfasermembranen mitAußen-Innen-Strömung, die alle zu Bündeln oder Modulen zusammengefasst sind, welche in der Membranzone in die Biomasse eingetaucht sind. Sie zeichnen sich durch einehohe mechanische Festigkeitaus.Die Membranen sind in Bündeln angeordnet, die auf mehreren Edelstahlkonstruktionen mit Halterungen montiert sind.Die Ultrafiltrationsmembranen ermöglichen es, folgende Stoffe zurückzuhalten und aus dem geklärten Wasser zu entfernen:

• Schwebstoffe
• Bakterien
• Virus
• Proteine
• Kolloide

Die wichtigsten Merkmale von Ultrafiltrationsmembranen und deren modularer Aufbau sind folgende:

• Das spezielle Design der Enden verhindert Verschmutzungen.
• Umfassende Unterstützung der Membranen, ermöglicht die Zirkulation von Luft und Permeat sowie Rückspülvorgänge, ohne dass die Konfiguration geändert werden muss, und spart dabei Energie.
• Hergestellt als eine durchgehende, robuste Baugruppe, die sich leicht installieren und warten lässt.
• Die Membranen werden durch Verflechtung verstärkt, um eine sehr hohe mechanische Festigkeit zu erreichen, die für ihre Langlebigkeit unerlässlich ist – insbesondere in besonders rauen biologischen Umgebungen – und die eine geringe Anfälligkeit für Risse und Verschmutzungen gewährleistet. Dies verleiht dem Prozess einehohe Betriebssicherheit.
• Die Module bieten eine hohe Flexibilität, um je nach Anwendungsfall folgende Parameter anzupassen: Anzahl der Reihen pro Modul, Anzahl der Elemente pro Reihe, Faserlänge (Modulhöhe) sowie Packungsdichte, um unterschiedliche Filteroberflächen zu erzielen. All dies ermöglicht eine vollständige Anpassung der Modulabmessungen an die Anforderungen der jeweiligen Anwendung.

Das Abwasser aus einem ordnungsgemäß ausgelegten MBR-Verfahren zur Behandlung von Abwässern aus der Kosmetikindustrie weist eine ausreichende Qualität auf, um das Wasser in bestimmten Prozessen wiederzuverwenden, wobei die Grenzwerte von den lokalen Behörden festgelegt werden.

Vorteile der SIGMA-MBR-Anlagen:

• Kontinuierliche Ableitung von geklärtem Abwasser.
• Vollständige Abscheidung (100 %) des Schlamms und keine Schwebstoffe oder Partikel im Klärwasser.
• Sehr hohe Effizienz bei der Reduzierung der organischen Belastung (> 90 % Entfernung von CSB und_BSB5).
• Sehr hohe Biomassekonzentration im Reaktor: zwischen 6.000 und 12.000 mg/l MLSS.
• Geringeres Reaktionsvolumen und Platzersparnis.
• Hohe Beständigkeit gegen Oxidationsmittel.
• Sehr hohe und KONSTANTE Qualität des abgeleiteten Wassers mit der Möglichkeit der WIEDERVERWENDUNG.
• Minimale Schlammbildung.

Neben der Implementierung von Zusatzmodulen für ein MBR-System entwickelt, baut und installiert SIGMAkompakte MBR-Anlagen, bei denendie Reaktionszone (einschließlich anoxischer Zone und Belüftungszone) und die Filtration in einer einzigen Anlage vereint sind. DieSIGMA SMBR-Anlagenbieten folgende Vorteile:

• Es handelt sich um eine Plug-and-Play-Lösung.
• Sie bieten höchste Zuverlässigkeit und Langlebigkeit.
• Sie gewährleisten eine gleichbleibende Abwasserqualität.
• Es handelt sich um eine kompakte Anlage, die den modularen Einbau von UF-Membranen ermöglicht.
• Die Bedienung und Steuerung sind einfach und zuverlässig.
• Sie weisen eine hohe Beständigkeit gegenüber Oxidationsmitteln auf.

Die SIGMA DAF SMBR-Anlagen werden speziell für jeden zu behandelnden Abwasserstrom ausgelegt. Die Kapazität liegt zwischen 20 und 100 m³/Tag.

2.4. Umkehrosmose

Auch wenn das Klärwasser aus dem vorangegangenen MBR-Verfahren eine sehr hohe Qualität aufweist, sodass es in bestimmten Prozessen als Wiederverwendungswasser eingesetzt werden kann, sind nicht alle Verwendungszwecke dieser Wiederverwendung nach den örtlichen Vorschriften zulässig.

Um die Möglichkeiten der Wiederverwendung zu erweitern, ist eine noch bessere Qualität des Abwassers erforderlich. Zu diesem Zweck werden Umkehrosmose-Technologien als letzte Stufe der Aufbereitung von Wasser zur Wiederverwendung eingesetzt.

Mit Umkehrosmose-Membranen lassen sich zusätzlich zu den bereits durch die Ultrafiltration entfernten Stoffen folgende Stoffe aus dem Wasser entfernen:

• Spuren von organischen Verbindungen mit hohem, mittlerem und niedrigem Molekulargewicht.
• Zweivalente und einwertige Ionen.

Der Schlamm aus einer Umkehrosmoseanlage kann zusammen mit dem übrigen Schlamm behandelt oder sogar in die Kanalisation eingeleitet werden.

Der der Umkehrosmose zugeführte Durchfluss wird in zwei Ströme aufgeteilt: Permeat, also frisches Wasser, das zur Wiederverwendung geeignet ist, und Konzentrat, also das Abwasser.

Die effizientesten Umkehrosmosemembranen arbeiten nach dem Kreuzstromprinzip: Das gereinigte Wasser wird senkrecht zum Einlassstrom des Wassers erzeugt.

Mit diesen Membranen lässt sich eine Rückgewinnung von wiederverwendbarem Wasser von bis zu 75 % des behandelten Wassers erreichen. Die Module sindmit Spiralmembranenausgestattet,einer Konfiguration, die eine maximale Filterleistung gewährleistet.

Die von SIGMA entwickelten Umkehrosmoseanlagen lassen eine Verschmutzung der Membranen von bis zu 15 % oder einen dadurch bedingten Durchflussrückgang zu, ohne dass die Frischwasserproduktionskapazität des Systems beeinträchtigt wird. Die Umkehrosmoseanlagen verfügen über ein Steuerungssystem, das einen autonomen und automatischen Betrieb mit minimalem Personaleinsatz ermöglicht.

Diese Membranen sind mit Sicherheits- und Warnsystemen ausgestattet, um das System und seine Komponenten vor Ausfällen zu schützen, die durch Verstopfung, Verschmutzung, Bruch, übermäßige mechanische Belastung, unkontrollierten Druck usw. verursacht werden.

Es ist gängige Praxis, zwei oder mehr Umkehrosmoseanlagen zu installieren, um eine optimale Qualität des gereinigten Wassers zu erzielen.

Die Reinigungsgrade der Umkehrosmoseverfahren bei Abwässern aus der Kosmetikindustrie sind in Tabelle 1 aufgeführt. Die Reinigungsgrade beziehen sich auf das Abwasser aus dem MBR-Verfahren und das Endprodukt der Umkehrosmose:

Tabelle 1. Leistungsdatender Umkehrosmose bei der Aufbereitung des Abwassers aus einem MBR-System.

Parameter	Entfernung durch Umkehrosmose (%)
Gesamtgehalt an gelösten Feststoffen	99,1
Gesamthärte (CaCO₃)	99,8
Kalzium	99,8
Magnesium	99,7
Natrium	98,9
Bikarbonate	98,4
Chloride	99,2
Sulfate	99,9
Nitrate	95,8

Vorteile der Umkehrosmoseverfahren von SIGMA:

• Gewinnung eines Klärschlamms von höchster Qualität zur Wiederverwendung.
• Möglichkeit, das Abwasser in die Kanalisation einzuleiten und sogar zur Kläranlage zurückzuführen.
• Rückgewinnung von bis zu 75 % des Zulaufs als gereinigtes Wasser.
• Module, die auf einfach zu montierenden Halterungen installiert sind.
• Einfache Bedienung und Wartung.
• Robuste Geräte mit hoher mechanischer Belastbarkeit.

2.5. Schlammbehandlung

Der im physikalisch-chemischen Prozess anfallende Schlamm sowie die Überschüsse aus dem biologischen Prozess werden in einem SCHLAMMFERMENTER behandelt. Schlammfermenter können je nach Beschaffenheit des Schlamms und der verfügbaren Energie aerob oder anaerob betrieben werden.

Durch den Faultankprozess verringert sich das Volumen des Schlamms, da sich die flüchtigen Bestandteile teilweise in Wasser umwandeln und die Trockenmassekonzentration zunimmt. Zudem bieten die Schlämme nach der Faulung, insbesondere die physikalisch-chemischen, bessere Bedingungen für die Entwässerung und Aufbereitung in dem gewählten Entwässerungssystem (Filterpresse, Dekanterzentrifuge usw.).

3. SIGMA-Erfolgsgeschichte: Beiersdorf Manufacturing Tres Cantos – Madrid.

Abwässer aus der Kosmetikindustrie zeichnen sich durch einen hohen Gehalt an Schwebstoffen, CSB, Ölen und Fetten aus. Angesichts der verschärften Einleitungsgrenzwerte und der zunehmenden Notwendigkeit der Wasserwiederverwendung kommen immer häufiger intensive und wirksame Aufbereitungsverfahren zum Einsatz, die fortschrittliche Technologien umfassen, um die Qualitätsanforderungen für die Wiederverwendung zu erfüllen.

Für Beiersdorf Manufacturing Tres Cantos S.L. entwirft und baut SIGMA eine komplette Anlage zur Abwasseraufbereitung, die auf einem physikalisch-chemischen Verfahren (CAF, Koagulation – Flockung, DAF) basiert, gefolgt von einem biologischen MBR-Verfahren.

Jahr: 2011

Standort des Projekts: Beiersdorf Manufacturing Tres Cantos – Madrid.

Ziele: Planung und Errichtung einer Kläranlage zur Gewinnung von Wasser höchster Qualität für die Wiederverwendung im Produktionsprozess. Aufbereitung des in der Anlage anfallenden Schlamms.

Installierte Geräte:

• Fett- und Ölabscheider SIGMACELL ACAF
• Homogenisierungsbehälter mit Belüftung durch AQUA-JET-Diffusoren.
• System zur Koagulation, Flockung und pH-Einstellung (einschließlich Reagenzvorbereitungs- und Reaktionsbehälter).
• SIGMA DAF FPBC-PWF-Flotationsanlage.
• Biologischer MBR-Reaktor mit externem Ultrafiltrationsmodul.
• Reaktor für die aerobe Schlammfaulung
• Schlammentwässerung mittels Zentrifugalabscheider

Kapazität: 600 m³/Tag, mit einer Ausbaufähigkeit auf 900^m³/Tag im Rahmen einer künftigen Erweiterung der Produktionsanlage.

Tabelle 2. Merkmaleund Leistungsdaten des SIGMA-Erfolgsbeispiels bei der Aufbereitung von Abwasser aus der Kosmetikindustrie zur Wiederverwendung. Fallbeispiel: Beiersdorf Manufacturing Tres Cantos S.L.

CSB (mg/l)	BSB₅ (mg/l)	SST (mg/l)	Öle und Fette (mg/l)
11600	3700	1060	2000

CSB (%)	BSB5 (%)	SST (%)	Öle und Fette (%)
44	19	81	95

CSB (%)	BSB5 (%)	SST (%)
96	95	95

CSB (%)	BSB5 (%)	SST (%)	Öle und Fette (%)
98	96	99	95

Fette und Öle werden in der SIGMACELL ACAF-Anlage entfernt. Anschließend wird das Wasser homogenisiert und einem sorgfältig untersuchten Koagulations- und Flockungsprozess unterzogen. Zu diesem Zweck wurden Jar-Tests durchgeführt, um die Art und die optimale Dosierung des Koagulierungsmittels (PAC mit Polyamid) und des Flockungsmittels (kationisches Polyelektrolyt) zu bestimmen. Die ausgeflockten Feststoffe werden in einer SIGMADAF FPBC-PWF-Anlage abgeschieden, wodurch ein Klärwasser von sehr hoher Qualität gewonnen wird. Zur Entfernung biologisch abbaubarer organischer Stoffe wird ein biologisches MBR-Behandlungssystem („Membrane Bio-Reactor“)mit fortschrittlicher Ultrafiltrationsmembran-Technologie installiert. Dies ermöglicht die Gewinnung von Wasser höchster Qualität, das im Produktionsprozess der Kosmetikfabrik rezirkuliert und wiederverwendet wird.

4. Literaturverzeichnis

Artiga, P. 2005. Beitrag zur Verbesserung der biologischen Abwasserbehandlung in der Gerbereiindustrie. Dissertationsschrift, Universität Santiago de Compostela, Fachbereich Chemieingenieurwesen.

Mohedano A.F., Monsalvo V.M., López J., Rodríguez J.J. Abwasserbehandlung in der Kosmetikindustrie in einem biologischen Membranreaktor. Veröffentlichungen der Abteilung für Chemieingenieurwesen, Autonome Universität Madrid.