Behandlung von Abwässern aus dem Färbe- und Veredelungsprozess in der Textilindustrie

• 1. Abwasseranfall beim Färben und Veredeln in der Textilindustrie
• 2. Eigenschaften der bei Färbe- und Veredelungsprozessen anfallenden Abwässer
• 3. Aufbereitungsanlage für Abwässer aus dem Färbe- und Veredelungsprozess
• 4. Fazit

1. Abwasseranfall beim Färben und Veredeln in der Textilindustrie

Die Färbe- und Veredelungsbetriebe der Textilindustrie verleihen Materialien, Fasern und Geweben durch eine Reihe physikalischer und chemischer Verfahren Farbe, Textur und funktionale Eigenschaften. Dazu gehören unter anderem:

1. Stoffaufbereitung: Es werden Vorgänge wie Entfetten, Entschmieren und Bleichen durchgeführt, um natürliche Verunreinigungen (Fette, Wachse, Pektine) und Rückstände aus dem Spinnprozess zu entfernen. Dazu werden Reinigungsmittel, Laugen und Oxidationsmittel eingesetzt.
Die Abwässer aus diesen Prozessen weisen einen hohen pH-Wert und eine erhebliche Konzentration an suspendierten Feststoffen (TSS) auf. Beim Bleichprozess können Rückstände von Oxidationsmitteln wie H₂O₂ auftreten.

2. Färben: In diesem Schritt wird dem Gewebe durch Zugabe von Farbstoffen und chemischen Hilfsmitteln Farbe verliehen. Für die Färbebäder und Spülgänge wird viel Wasser benötigt. Die anfallenden Abwässer weisen aufgrund des Auswaschens von Farbstoffen eine intensive Färbung, einen hohen Salzgehalt, einen hohen CSB-Wert sowie Schwankungen des pH-Werts auf. Sie enthalten zudem weitere Schadstoffe wie Dispergiermittel, Fixiermittel und in einigen Fällen Metallrückstände.

Farbstoffe sind die umweltschädlichsten Abfälle, da sie erhebliche Auswirkungen auf die Umwelt haben:

• Sie verringern den Sauerstoffgehalt in Gewässern, indem sie das Licht abschirmen, was zu fauligen Zuständen führt.
• Sie wirken bei Tieren und Menschen mutagen und karzinogen.
• Sie sind giftig für Pflanzen, da sie die Photosynthese hemmen.
• Hohe SDT-Werte führen zu einem Anstieg des Salzgehalts und verändern den natürlichen pH-Wert des Wassers.

3. Bedrucken: Beim Bedrucken werden Motive oder Muster mithilfe von Farbstoffen aufgebracht. Der Vorgang umfasst eine Fixierungsphase und anschließende Waschgänge. Bei den Waschgängen nach dem Bedrucken entstehen Abwässer, die Pigmente, Verdickungsmittel, Bindemittel und Lösungsmittel enthalten. Diese weisen eine hohe organische Belastung, einen hohen Farbstoffgehalt und einen hohen Gehalt an Schwebstoffen auf sowie schwer biologisch abbaubare Verbindungen.

4. Veredelung: Dieser Prozess verleiht dem Material bestimmte Eigenschaften wie Weichheit oder Wasserundurchlässigkeit. Dabei kommen Harze, Weichmacher und andere Veredelungsmittel zum Einsatz, gefolgt von Trocknungs- und thermischen Aushärtungsphasen.

Die bei der Veredelung anfallenden Abwässer enthalten Harze, Weichmacher, Silikone und Imprägniermittel sowie synthetische organische Verbindungen und Katalysatorrückstände, die zu einem hohen CSB-Wert führen; außerdem weisen sie Restfarbstoffe auf.

2. Eigenschaften der bei Färbe- und Veredelungsprozessen anfallenden Abwässer

Die Abwässer dieser Anlagen zeichnen sich durch Folgendes aus:

• Hohe organische Belastung (CSB und BSB), oft nur in geringem Maße biologisch abbaubar
• Haarfärbung
• variabler pH-Wert
• Gelöste Salze
• Schwebstoffe
• Beständige organische Verbindungen
• Vorkommen von Schwermetallen und toxischen Verbindungen.

Es handelt sich um Abwässer, die sowohl in den aufnehmenden Gewässern als auch in den Kläranlagen Umwelt- und Betriebsprobleme verursachen.

• Probleme aufgrund von Veränderungen des pH-Werts und des Salzgehalts.
• Die starke Färbung des Wassers verringert den Lichteinfall an den Einleitungsstellen, was sich auf die Photosynthese und die aquatischen Ökosysteme auswirkt. 
• Die hohe organische Belastung (CSB/BSB) verbraucht gelösten Sauerstoff und kann zu anoxischen Zuständen, Eutrophierung und zum Tod von Tieren führen.
• Einige der in diesen Verfahren verwendeten Farbstoffe und Chemikalien sind giftig oder nur schwer biologisch abbaubar.

Die Abwässer aus den Färbe- und Veredelungsprozessen der Textilindustrie weisen eine äußerst variable Zusammensetzung auf, deren Werte sich im Rahmen der folgenden Tabelle bewegen:           

PARAMETER	EINHEIT	KONZENTRATION
pH-Wert	-	6 – 11
Temperatur	ºC	25 – 45
COD	mg/l	800 – 3.000
DBO5	mg/l	200 – 800
SST	mg/l	100 – 600
TDS	mg/l	1.500 – 8.000
Öle und Fette	mg/l	10 – 100
Chloride	mg/l	300 – 2.000
Sulfate	mg/l	200 – 1.500
Metalle	mg/l	1 – 10
Tenside	mg/l	5 – 50
Gesamtstickstoff	mg/l	10 – 50
Gesamtphosphor	mg/l	2 – 15

Der Wasserverbrauch der Textilindustrie wird auf 80 bis 150 Liter pro Kilogramm verarbeiteten Stoffes geschätzt. Die bei der Herstellung von Kleidungsstücken verwendete Wassermenge hängt von der Art der Fasern (Baumwolle, Wolle, Nylon, Polyester usw.) und den in den einzelnen Prozessen eingesetzten Maschinen ab.

Industrieabwässer enthalten eine große Menge an nicht biologisch abbaubaren und in der Umwelt – insbesondere im Wasser – langlebigen Stoffen. Die verwendeten Pigmente sind stark umweltschädlich, da sie so hergestellt sind, dass sie eine hohe Haltbarkeit und Beständigkeit gegen biologischen Abbau aufweisen.

3. Aufbereitungsanlage für Abwässer aus dem Färbe- und Veredelungsprozess

Die Abwässer aus Textilfärbe- und Veredelungsbetrieben werden so behandelt, dass Farbstoffe, organische Stoffe, Schwebstoffe und andere Schadstoffe, die die in den geltenden Abwasserrichtlinien festgelegten Grenzwerte überschreiten (N, P, Metalle usw.), entfernt werden.

Die gängigste Aufbereitungsanlage zur Behandlung dieser Abwässer umfasst die folgenden Schritte:

3.1. Vorbehandlung

• Gitter und Siebe zum Zurückhalten grober Feststoffe.
• Homogenisierungstank, der den Durchfluss und die Schadstoffbelastung ausgleicht und die Einstellung des pH-Werts ermöglicht.

3.2. Physikalisch-chemische Behandlung 

• Koagulation und Flockung mit Al- und Fe-Salzen sowie Polymeren (Polyelektrolyten).
• Flotation mit gelöstem Luft (DAF) zur Abscheidung von Feststoffen.

3.3. Chemische Oxidation

Gelegentlich werden chemische Oxidationsverfahren unter Einsatz von Oxidationsmitteln (Ozon, Peroxid, Fenton-Reaktion) und geeigneten Katalysatoren (Fe, Cu) eingesetzt, um schwer abbaubare organische Verbindungen wie Farbstoffe und Pigmente abzubauen. Auf diese Weise wird die Kettenlänge der entstehenden Verbindungen verkürzt und ihre biologische Abbaubarkeit erhöht, was die biologische Wirkung bei der anschließenden Behandlung erleichtert.

OXIDATIONSTECHNOLOGIE	LEISTUNG
TiO₂/UV/H₂O₂	Farbentfernung zwischen 65 und 100 %. Entfernung von 60 % des TOC.
Ozonisierung (O3)	Entfernung von >95 % der Farbe. Entfernung von >60 % des CSB.
H₂O₂in subkritischem Wasser (150–200 °C)	Vollständige Entfernung der Farbe und des CSB
OHP mitH₂O₂und Katalysatoren (Fe, Cu)	Vollständige Entfernung von Farbe und CSB bei 104 °C
Fenton-Verfahren (Fe(II) +H₂O₂)	Entfernung von >96 % der Farbe. Entfernung von 40 % des TOC.
Elektro-Fenton	Vollständige Entfernung der Farbe. Entfernung von 89 % des CSB.
Elektrochemische Oxidation (Elektrolysezelle)	Entfernung von >95 % der Farbe. Entfernung von >95 % des CSB.3.

3.4. Biologische Behandlung

Aufgrund ihrer hohen Effizienz bei der Reduzierung des Gesamtgehalts an suspendierten Feststoffen und der Farbe werden häufig biologische Membranreaktoren (MBR) eingesetzt. Sie können anoxische/aerobe Zonen zur Entfernung von Stickstoff und Kalium enthalten, falls diese die Einleitungsgrenzwerte überschreiten.

3.5. Tertiäre Behandlung (falls erforderlich)

Eine Tertiärbehandlung ist erforderlich, wenn Wasser wiederverwendet werden soll oder wenn die Einleitungsvorschriften sehr streng sind. Die am häufigsten eingesetzten Technologien sind:

• Adsorption mit Aktivkohle (FCA)
• Halbdurchlässige Membranen (Nanofiltration oder Umkehrosmose)
• Abschließende Desinfektion (_O₃,_Cl₂O₂, UV-Strahlung)

3.6. Schlammmanagement

Der Schlamm aus der Vor- und biologischen Abwasserbehandlung wird in einer Filterpresse entwässert, um die Kosten für Transport und Deponierung zu senken, und anschließend als Abfall entsorgt.

Manchmal enthalten die anfallenden Abfälle Pigmente, die zurückgewonnen und verwertet werden können.

Schematische Darstellung einer Kläranlage für Abwässer aus dem Färbe- und Veredelungsprozess in der Textilindustrie

Eine ordnungsgemäß konzipierte und dimensionierte Anlage muss die folgenden Ziele erfüllen:

• Das Abwasser so aufbereiten, dass es die Einleitungsgrenzwerte einhält.
• Wiederverwendung des Wassers in verschiedenen Herstellungsprozessen von Textilprodukten (Waschen, Färben, Wärmebehandlung) sowie bei Reinigungsarbeiten, zur Bewässerung usw.
• Rückgewinnung von im Abwasser gelösten Rohstoffen wie Pigmenten oder Farbstoffen (möglich bei der separaten Schlammbehandlung).
• Die Betriebskosten des Produktionsprozesses senken.
• Die durch die Geschäftstätigkeit der Unternehmen verursachten Umweltauswirkungen verringern.

4. Schlussfolgerungen

Bei den Färbe- und Veredelungsprozessen in der Textilindustrie fallen Abwässer an, die sich durch eine hohe organische Belastung, intensive Färbung, hohen Salzgehalt, komplexe chemische Verbindungen und große Schwankungen auszeichnen. Diese Abwässer weisen einen variablen pH-Wert, Schwebstoffe, Tenside, Salze und in einigen Fällen Schwermetalle sowie schwer abbaubare Stoffe auf.

Zu den Umweltauswirkungen zählen der Sauerstoffverbrauch in den aufnehmenden Gewässern, die Toxizität für Wasserlebewesen und Probleme in den Kläranlagen.

Für die Behandlung wird eine kombinierte Lösung eingesetzt, die Folgendes umfasst:

• Vorbehandlung (Sieben und Homogenisierung mit pH-Einstellung)
• Physikalisch-chemische Behandlung (Koagulation-Flockung und Flotation mit aufgelöster Luft (DAF)).
• In Fällen, in denen der chemische Sauerstoffbedarf (CSB) gegenüber dem biologischen Verfahren unempfindlich ist, werden als Vorstufe fortgeschrittene Oxidationsverfahren eingesetzt.
• Biologische Membranbehandlung (MBR) zur Reduzierung organischer Stoffe und, falls erforderlich, tertiäre Behandlungsverfahren wie Filtration oder Membranfiltration. Ziel ist es, Farbe, Feststoffe und Schadstoffe zu entfernen, die Einleitungsvorschriften einzuhalten und in vielen Fällen die Wiederverwendung des Wassers zu ermöglichen.

Literaturverzeichnis und Quellenangaben

Behandlung und Wiederverwendung von Abwasser aus der Textilindustrie

Abwasserbehandlung in der Textilindustrie: Ein umfassender Leitfaden für einen nachhaltigen Prozess | Wasserinstitut