Abscheidung und Rückgewinnung von Fetten aus Gerbereiabwässern

• 1. Abwässer in der Gerbereiindustrie und ihre Auswirkungen auf die Umwelt.
• 2. Koagulation und Flockung mittels DAF zur Rückgewinnung von Fetten und zur Klärung des Abwassers.
• 3. Untersuchungsbericht des Labors Sigmalab.
• 4. Schlussfolgerungen

1. Abwässer in der Gerbereiindustrie und ihre Auswirkungen auf die Umwelt

Die Lederverarbeitungsindustrie, insbesondere die Lederindustrie, leistet einen enormen Beitrag zum industriellen Wachstum der Länder und zur Weltwirtschaft und zählt zu den wichtigsten Wirtschaftszweigen, vor allem in Ländern wie Indien, Bangladesch, China, Pakistan, der Türkei und Brasilien.

Der Lederherstellungsprozess besteht aus einzelnen, im Chargenbetrieb ablaufenden Verfahren, bei denen eine große Anzahl und Menge an Chemikalien benötigt wird, die für die Umwelt und Lebewesen (Pflanzen, Tiere und Menschen) gefährlich sind und die Gewässer stark verschmutzen. Zu den am häufigsten verwendeten Produkten gehören: Natriumhydroxid (NaOH), Natriumchlorid (NaCl), Pentachlorphenol (C6HCl5O), Natriumsulfid (Na2S), Enzyme, Kalkmilch (Ca(OH)₂), Chloride und freies Chlor, Schwefelsäure (H₂SO₄), Chrom, Ameisensäure (CH₂O₂), Ammoniumchlorid (NH₄Cl), Ammoniumsulfat ((NH₄)₂SO₄), Metallsalze, organische Chemikalien.

Neben diesen Produkten ist der Wasserverbrauch in dieser Branche mit über 40 m³ pro Tonne verarbeiteter Rohstoffe besonders hoch. Einzelheiten zum Gerbprozess und zur Abwasserbelastung finden Sie im folgenden Artikel, der im Blog „Tecnologías de SIGMADAF“ veröffentlicht wurde.

Die Aufbereitungsprozesse konzentrieren sich auf zwei Ziele: die Reinigung des Abwassers und die Rückgewinnung von Rohstoffen. Das Wasser wird so aufbereitet, dass es in das öffentliche Abwassernetz eingeleitet werden kann oder – bei besonders intensiven Verfahren – sogar in Gewässer eingeleitet oder für Sekundärzwecke genutzt werden kann. Die im Laufe der Behandlungsstufen rückgewinnbaren Rohstoffe sind: Kollagen, Kollagengele und -fasern, Fette, Keratin, Polypeptide und Proteine.

2. Koagulation und Flockung mittels DAF zur Rückgewinnung von Fetten und zur Klärung des Abwassers

Unter all den möglichen Verfahren und Gesamtprozessen zur Behandlung und Entsorgung von Gerbereiabwässern sind physikalisch-chemische Verfahren (Ansäuerung oder Alkalisierung, Emulsionsaufbrechung und Koagulation – Flockung) in Kombination mit der DAF-Flotation ein unverzichtbarer Bestandteil, nicht nur der Vorbehandlung der Abwässer, sondern auch für die Rückgewinnung von Rohstoffen wie Fetten und anderen Verbindungen.

Unter Koagulation versteht man die Destabilisierung von kolloidalen Verbindungen, Fetten, Schwebstoffen sowie Feststoffen und organischen Stoffen, die aus der flüssigen Phase ausfallen können, durch die Neutralisierung der sie trennenden Kräfte und die Wechselwirkung von Ladungen, wodurch die Verbindungen in die feste und abtrennbare Phase übergehen. Die Partikel kollidieren und bilden größere Partikel; diese Kollisionen müssen durch den Einsatz einer zweiten Chemikalie gefördert werden: flockulierende Polyelektrolyte.

Es hat sich gezeigt, dass der Einsatz anorganischer Koagulierungsmittel in Kombination mit einem Polyelektrolyt-Flockungsmittel eine wirksame Entfernung von Fetten, organischen Stoffen und Schwermetallen ermöglicht, insbesondere von Chrom(III), einem Metall, das Gewässer in höchstem Maße belastet und für die Gesundheit von Organismen schädlich ist.

Die am häufigsten verwendeten Koagulierungsmittel sind die folgenden:

• Aluminiumsulfat
• Aluminiumchlorid
• Eisen(III)-chlorid
• Eisensulfat

Der Koagulations- und Flockungsprozess kann durch Emulsionsspaltstufen unterstützt werden, bei denen spezielle Chemikalien zum Einsatz kommen: durch Veränderung des pH-Werts mittels Alkalisierung oder Ansäuerung sowie durch den Einsatz von Produkten, die speziell für Gerbereifette entwickelt wurden.

Aluminiumchlorid gilt als das wirksamste Koagulierungsmittel. Dieses Koagulierungsmittel wird zusammen mit anderen spezifischen Chemikalien in der Studie zur Behandlung und Rückgewinnung von Fetten verwendet, die in den Labors von Sigma durchgeführt wird und im Folgenden beschrieben wird.

Eine richtig ausgelegte physikalisch-chemische Aufbereitung mit DAF-Flotation ermöglicht die Vorbehandlung des Wassers und die Rückgewinnung von Fetten.

3. Behandlungsuntersuchung im Labor Sigmalab

Anhand von Versuchen und Studien im Labormaßstab lassen sich die für die Abwasserbehandlung erforderlichen Chemikalien sowie die Dosierungen und Verweilzeiten für die einzelnen Reaktionen ermitteln. Durch die Analyse des Klärschlamms lässt sich die erreichbare Reinigungsleistung bestimmen.

In den Labors von SIGMA werden vier Abwässer aus verschiedenen Stufen eines Gerbprozesses angenommen: A) erste Wäsche oder „Ribera“, B) zweite Wäsche oder „Ribera“, C) Kalzinierung und D) Mazeration. Jedes dieser Abwässer weist spezifische Eigenschaften auf und erfordert eine eigene chemische Behandlung zur Fettabscheidung und Wasseraufbereitung. Anschließend werden alle aufbereiteten Abwässer zusammengeführt und in einer gemeinsamen Anlage behandelt.

Informieren Sie sich auf unserer Website über unsere Labordienstleistungen und zögern Sie nicht, uns bei Fragen zu dieser Arbeit oder zur Beauftragung von Untersuchungen Ihrer Abwässer zu kontaktieren.

A. Aufbereitung des Abwassers aus der ersten Waschstufe oder der Vorwäsche.

Das milchig aussehende und scheinbar homogene Abwasser erfordert eine Behandlung, die ein Aktivkohleadsorbens, gefolgt von einem PAC-Koagulierungsmittel, einer pH-Einstellung und einem kationischen Flockungsmittel kombiniert. Die Abscheidung von Feststoffen erfolgt durch die Zugabe des Koagulierungsmittels und die Anhebung des pH-Werts auf 8–9. Zudem wird durch die Erhöhung des pH-Werts auch die Fettabscheidung gefördert. In jedem Schritt ist eine lange Verweilzeit erforderlich, damit jede Chemikalie genügend Zeit hat, mit dem Wasser zu reagieren. Fette und Feststoffe werden in Form von festen Flocken entfernt.

Die Analyseergebnisse lauten wie folgt: hohe Entfernung von organischen Stoffen und Schwebstoffen sowie Rückgewinnung von fast der Hälfte der Fette.

	Beispiel A	Geklärt	Leistung
pH-Wert	7	8 – 9
Fette	292	157	46%
Gesamter organischer Kohlenstoff	2750	2270	17%
COD	15000	4500	70%
DBO5	6060	1520	75%
Biologische Abbaubarkeit		34%
Schwebstoffe	4570	912	80%

B. Behandlung des Abwassers aus der zweiten Waschstufe oder der Spülung.

Dieses milchig aussehende und scheinbar homogene Abwasser erfordert eine Behandlung, bei der zunächst eine Säurebehandlung mit Schwefelsäure durchgeführt wird, gefolgt von einer Fettabscheidung mittels eines Emulsionsbrechers. Zunächst wird der pH-Wert auf extrem saure Werte gesenkt, anschließend wird ein Emulsionsbrecher zugegeben, woraufhin sofort eine Fettabscheidung zu beobachten ist. Die Fette und Öle sind weich und schaumig; sie trennen sich ab und schwimmen auf, wenn man die Probe über eine Stunde lang ruhen lässt.

Die Analyseergebnisse lauten wie folgt: äußerst hohe Effizienz bei der Entfernung von Fetten, Feststoffen und organischen Stoffen.

	Beispiel B	Geklärt	Leistung
pH-Wert	8 – 9	3
Fette	2140	140	93%
Gesamter organischer Kohlenstoff	13700	1640	88%
COD	81200	6210	92%
DBO5	36900	3440	91%
Biologische Abbaubarkeit		55%
Schwebstoffe	15700	520	97%

C. Behandlung des Abwassers aus der Kalzinierung.

Dieses Abwasser ist von öliger und fettiger Konsistenz, dunkel gefärbt und enthält sichtbare Feststoffe und „Stücke“, die sich zwar auf natürliche Weise absetzen, jedoch nicht in ausreichendem Maße, um eine qualitativ hochwertige Klärung zu erzielen. Die Vorbehandlung besteht aus einer mechanischen Abscheidung der groben Feststoffe, gefolgt von einer Säurebehandlung mit Schwefelsäure und einer anschließenden Fettabscheidung mittels eines Emulsionsbrechers. Für diese Probe ist eine erste Abscheidung der sedimentierbaren Feststoffe erforderlich, wobei die groben Feststoffe absetzen gelassen und anschließend die flüssige Phase mechanisch abgezogen wird. Anschließend wird eine Säurebehandlung durchgeführt. Der pH-Wert wird zunächst auf einen neutralen Wert gesenkt (ausgehend von einem Probenwert von 13), und sobald sich das Fett abtrennt, wird ein Emulsionsbrecher eingesetzt. Die Fette und Öle trennen sich leicht in kompakte, ölige Klumpen.

Die Analyseergebnisse lauten wie folgt: hohe Wirksamkeit bei der Entfernung von Fetten und mäßige Wirksamkeit bei der Entfernung organischer Stoffe.

	Beispiel C	Geklärt	Leistung
pH-Wert	13	7
Fette	474	98.4	79%
Gesamter organischer Kohlenstoff	10700	5500	49%
COD	54900	42600	22%
DBO5	36200	16200	55%
Biologische Abbaubarkeit		38%

D. Behandlung des Maischeabwassers

Dieses Abwasser hat das Aussehen und die Konsistenz von „Molke“ – es ist weißlich und zähflüssig. Die Behandlung erfolgt direkt durch Koagulation mit PAC, gefolgt von einer Flockung mit einem kationischen Polyelektrolyten. Die Abtrennung der Feststoffe erfolgt unmittelbar nach Zugabe des Koagulierungsmittels; anschließend agglomeriert das Flockungsmittel das koagulierte Material. Es sind lange Reaktionszeiten erforderlich.

Die Analyseergebnisse lauten wie folgt: mäßige Entfernung organischer Stoffe; der Gehalt an Feststoffen und Fetten ist in der Probe nicht sehr hoch, sodass die Behandlung nur einen geringen Einfluss auf diese hat.

	Beispiel D	Geklärt	Leistung
pH-Wert	8 – 9	8
Fette	42.8	40.8	5%
Gesamter organischer Kohlenstoff	2675	2180	19%
COD	10500	7830	25%
DBO5	4340	2700	38%
Biologische Abbaubarkeit		34%
Schwebstoffe	236	101	57%

4. Schlussfolgerungen

• Die industrielle Leder- und Pelzproduktion ist einer der weltweit größten Wirtschaftszweige und leistet einen enormen Beitrag zur Wirtschaft der einzelnen Länder. Sie ist jedoch auch einer der größten Wasserverbraucher und Erzeuger von Abwasser, das stark verschmutzt und eine Gefahr für die Umwelt und die Lebewesen darstellt.

• Das Abwasser aus dem Gerbprozess ist reich an gefährlichen chemischen Verbindungen, Feststoffen, Fetten und organischen Stoffen. Es erfordert eine umfassende Aufbereitung, die aus einer Vorbehandlung und Aufbereitung des Abwassers, biologischen Reinigungsverfahren sowie Nachbehandlungsstufen mittels Membranen und anderer fortschrittlicher Technologien besteht. Ziele der Aufbereitung sind die Reinigung des Wassers und die Rückgewinnung von Rohstoffen wie Fetten.

• In den SIGMALAB-Labors wird eine Vorbehandlungsstudie für die Abwässer von vier Prozesslinien einer Gerberei durchgeführt: zwei Waschlinien, Kalzinierung und Mazeration. Jedes Abwasser muss separat vorbehandelt werden, da es unterschiedliche Chemikalien erfordert. Die Klärrückstände dieser vier Vorbehandlungsschritte werden für die anschließende gemeinsame Behandlung zusammengeführt.

• Die Vorbehandlungen bestehen aus physikalisch-chemischen Verfahren, für die Säuren, Basen, Emulsionsspalter, Koagulierungsmittel und Flockungsmittel benötigt werden. Die Schadstoffabscheidung ist sehr effektiv. Die abgetrennten Flocken und Fette können in einer Sigma-DAF-Anlage abgeschleudert werden, um sie zu entfernen und/oder als wertvolle Produkte zurückzugewinnen.