Verfahrenstechnische Maschinen und Apparate

13. VDMA – Wasser- und Abwassertagung

Trends in der industriellen Wassertechnik  Zusammenfassungen der Tagungsbeiträge  2. Dezember 2014  VDMA-Haus  Frankfurt am Main

www.waterwastewatertechnology.info

 

Verfahrenstechnische Maschinen und Apparate

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2 IMPRESSUM

Impressum

Fachlicher Träger VDMA Verfahrenstechnische Maschinen und Apparate Lyoner Straße 18 60528 Frankfurt am Main Internet http://vtma.vdma.org Fachliche Auskünfte Peter Gebhart VDMA Verfahrenstechnische Maschinen und Apparate Fachabteilung Rückkühltechnik / Fachabteilung Wasser- und Abwassertechnik Telefon +49 69 6603-1468 E-Mail [email protected] Veranstalter Maschinenbau-Institut GmbH (MBI) Ein Unternehmen des VDMA Projektleitung: Tobias Elbert E-Mail [email protected] Veranstaltungsort VDMA-Haus Lyoner Str. 18 D-60528 Frankfurt am Main Gesamtherstellung h.reufurth gmbh Mühlheim am Main Internet www.reufurth.net Umschlagbild Yellowj/fotolia Abbildungen im Inhalt Bildquelle ist das entsprechende Unternehmen des jeweiligen Beitrages Für Inhalt und Form der abgedruckten Manuskripte zeichnen die Autoren verantwortlich. © 2014 by VDMA-Fachverband Verfahrenstechnische Maschinen und Apparate, Frankfurt am Main

INHALTSVERZEICHNIS 

Inhaltsverzeichnis

Impressum 

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Inhaltsverzeichnis 

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Ganzheitliche Wasserführung am Beispiel von Waschdichtigkeitsprüfanlagen bei der Fahrzeug-Qualitätsprüfung Joachim Voigt 

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Erstmalige Anwendung der biozidfreien Wasserbehandlung in Lackierstraßen bei AUDI Otmar Klimkewitz / Dr. Jürgen Koppe / Fred Stenzel 

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Nachhaltige Wasser- und Abwasserbehandlung für die Ford-Werke in Ahmedebad, Indien Thomas Klamp / Steven Horn 

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Nachhaltiges Wassermanagement in der Automobilindustrie – Vermeidung, Recycling, Zero Liquid Discharge Prof. Dr. Klaus Hagen 

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Weitergehende Abwasserbehandlung – Automobilindustrie Russland und Usbekistan Elmar Billenkamp 

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Abwasseraufbereitung, Wasserkreislaufführung und Wertstoffrückgewinnung am Beispiel der Fa. TE Connectivity in Kurim, Tschechien Patrick Fischer 

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Abwasserfreie Produktion: Vakuumdestillationssysteme als Basis für eine sichere Kreislaufführung Thomas Dotterweich  16 Online-Prozesswasser-Management zur Steigerung von Prozesssicherheit und Hygiene durch das W|C|S®-System Marc Mathieu 

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Effektive Regelung von Wasser- und Abwasserbehandlungsanlagen mittels Summenparameter Martin Glittenberg  21 Vorstellung des neuen VDMA-Einheitsblattes „Wasseraufbereitung und Abwasserbehandlung – Prozessautomatisierung zur Effizienzsteigerung und Betriebssicherheit“ Dr. Andreas Pirsing  23 Verzeichnis der Referenten 

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Notizen

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4 WASCHDICHTIGKEITSPRÜFANLAGEN BEI DER FAHRZEUG-QUALITÄTSPRÜFUNG

Ganzheitliche Wasserführung am Beispiel von Waschdichtigkeitsprüfanlagen bei der FahrzeugQualitätsprüfung Joachim Voigt, BAUER Water GmbH, Oberndorf

In den letzten Jahren sind die Standards an die Qualitätssicherung in der Automobilindustrie stetig angestiegen. Es werden immer intensivere Prüfungen nach den einzelnen Fertigungsschritten durchgeführt, vor allem bei hochwertigen Produkten. Dementsprechend werden die Fertigfahrzeuge zum Ende noch mehreren Prüfungen unterzogen – so auch einer Dichtigkeitsprüfung mit anschließendem Waschvorgang. Hierbei werden die Fahrzeuge über einen bestimmten Zeitraum mit definierter Wassermenge berieselt und später auf Undichtigkeiten oder Ausfälle an der elektrischen Anlage geprüft. Der Waschvorgang dient zur anschließenden Prüfung der Lackoberflächen auf Beschädigungen. Je nach Anzahl der zu prüfenden Fahrzeuge gibt es unterschiedliche Anlagenkonzepte. Für kleine Stückzahlen kommen Standanlagen zum Einsatz, während es für die Ausbringungen von über 200 Fahrzeugen pro Tag sinnvoll ist, eine Durchlaufanlage zu konzipieren. Hierin werden die Fahrzeuge über ein Transportband direkt aus der Endmontage durch die Zonen Berieselung, Waschen und Trocknen transportiert. Da teilweise auch Fahrzeuge aus der Straßenfahrt eingeschleust werden, wird zu Beginn meistens eine Hochdruckwäsche vorgeschaltet. Am Ausgang werden die Fahrzeuge vom Werker für die Qualitätskontrolle übernommen. In solchen Durchlaufanlagen werden große Mengen an Wasser für die Hochdruckwäsche, Berieselung und den Waschvorgang eingesetzt. Für die Hochdruckwäsche wird Frischwasser verwendet. In der Berieselung wird das Wasser im Kreislauf über ein Filtersystem geführt. Bei der Wäsche kommt ebenfalls Kreislaufwasser zum Einsatz, wobei, nach der Wäsche über einen sogenannten Klarspülbogen noch frisches enthärtetes oder vollentsalztes Wasser benötigt wird, damit anschließend keine Schlieren auf den Fahrzeugoberflächen sichtbar werden.

Ein Problem bei diesen Anlagen ist die erforderliche Hallenfläche. Deshalb ist zwischen der Berieselung und der Waschzone keine separate Abtropfzone vorhanden. Somit gerät durch Verschleppungen Wasser über die Fahrzeuge in die Waschzone. Die Hochdruckreinigung und die Klarspülung nach dem Waschprozess führen ebenfalls zu einem Wasserüberschuss. Demzufolge ist es notwendig, über die Kanalisation größere Mengen Wasser während der Produktionszeit abzuleiten. Ziel war es, eine ganzheitliche Wasserführung umzusetzen, welche den Wasserverbrauch deutlich minimiert. Der BAUER Water GmbH ist es gelungen, mit einer Verschaltung der beiden Wasseraufbereitungskreisläufe und Einbau eines Membranbioreaktors das Überschusswasser im Waschbereich wieder in der Qualität so aufzubereiten, dass es der Hochdruckreinigung und dem Berieselungssystem zu 100 % zurückgeführt werden kann. Somit geht nur noch Wasser über die Fahrzeuge nach der Trocknung und das Abluftsystem aus der Anlage verloren. Dieses wird über den Klarspülbogen mit einem Mischwasser aus Restpermeat der Membranbiologie und enthärtetem Wasser ergänzt. Generell fallen nur noch Wasserverluste durch das Wegpumpen des Überschussschlammes aus der Biologie und durch Anlagenreinigungen an. Diese werden über die Werks-Kanalisation abgeführt. In einem halbjährigen Vorversuch wurde die Membranfähigkeit des Waschwassers an einer Kleinanlage getestet. Anschließend wurde die Wasseraufbereitung an der Produktionsanlage umgebaut und vor zwei Monaten in Betrieb genommen. Eine Wasserreduzierung von weit über 90 % konnte mit dieser ganzheitlichen Wasserführung realisiert werden.

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Erstmalige Anwendung der biozidfreien Wasserbehandlung in Lackierstraßen bei AUDI

Otmar Klimkewitz, AUDI AG, Ingolstadt / Dr. Jürgen Koppe, MOL Katalysatortechnik GmbH, Schkopau Fred Stenzel, VWS Deutschland GmbH, Celle

Lack ist das erste optisch wahrnehmbare Qualitätsmerkmal eines Autos, z. B. auch beim AUDI A4.

Mineral-Metall-Folien aus Wasser Eisen(II)Hydroxylradikal-Precursor-Strukturen zu bilden, die in der Lage sind unter Zugabe von etwas Sichtbarem Licht mit C=C-Doppelbindungen der Phospholipidverbindungen in der Außenhülle der Bakterien unter Ausbildung von Dialkoholen – sogenannten „Biotensiden“ zu reagieren. Diese Biotenside sind unkritisch für Mensch, Umwelt und Material und haben die Fähigkeit, selektiv den arteigenen Biofilm im gesamten System abzulösen. Ohne Biofilm gibt es auch kein mikrobiologisches Wachstum. Die erwarteten Vorteile gegenüber den bisherigen Behandlungen sind:

Abb.1: Karosse vom AUDI A4 in der Vorbehandlungsanlage

Die Lackierung eines AUDI A4 ist mit einer Massezunahme von kleiner 1 ‰ verbunden, wohingegen der Wertzuwachs des Autos durch die ­Lackierung ca. 10 % beträgt. Zur Sicherung der Lackqualität, sind antibakterielle Maßnahmen notwendig, wie z. B. UV-Licht, Zugabe von Wasserstoffperoxid oder Ozon.

Abb. 2: Mineral-Metall-Folien und LED-Licht im sichtbaren Bereich

Mittels der Lichtinduzierten Katalyse ist es möglich, unter Ausnutzung der energiearmen Infraroten Strahlung auf der Oberfläche von

• Keine Biofimbildung und damit sichere Einhaltung der Hylite-Werte • Einsparung an Wasserstoffperoxid • Einsparung an Elektroenergie • Einsparung an Reinigungsaufwand

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6 WASSERBEHANDLUNG IN LACKIERSTRAßEN BEI AUDI

Im Juni 2012 wurde diese Technologie in Form von Edelstahlreaktoren mit integrierten MineralMetall-Folien und LED-Beleuchtung in Zone 10 in der VBH 1 in Ingolstadt installiert.

Abb. 3: Edelstahlreaktoren mit integrierten Mineral-Metall-Folien und LED-Beleuchtung in Zone 10 in VBH 1 und VBH 2

Die UV-Lampe mit einer Leistung von 200 W wurde sofort außer Betrieb genommen und die Wasserstoffperoxid-Zugabe zunächst auf 25 kg pro Woche halbiert und nach einer Woche komplett abgestellt. Es wurden nur noch 5 W Leistungsaufnahme für die LED benötigt. Aufgrund der weitreichenden Wirkung der Biotenside reichte es aus, nur ca. 10 % des gesamten ­Volumenstroms durch die Edelstahlreaktoren mit den integrierten Metall-Mineral-Folien zu leiten.

Mit zunehmender Einsatzdauer dieser Technologie nahmen die Hylite-Werte deutlich ab und liegen seitdem stabil unterhalb des Grenzwertes. Eine Inspektion der Rohrleitung nach 4 bis 6 Wochen ergab, dass diese frei von Biofilm sind. Das System wird nunmehr monatlich mechanisch ohne Einsatz von Chemie gereinigt. Unerwünschte Nebenwirkungen, speziell in der nachfolgenden KTL, wurden nicht beobachtet. Ausgehend von diesen Erkenntnissen wurde in der 21. KW in 2014 begonnen, die Behandlung des Anolyt-Kreislaufes der KTL1 B durch die Lichtinduzierte Katalyse zu ergänzen, mit dem Ziel, die CIP-Spülung einzusparen. Seitdem war – mit Ausnahme der planmäßigen Betriebsunterbrechung von KW 32 bis KW 34 – keine CIP-Spülung mehr notwendig, verbunden mit der Einsparung von Spülwasser und Personaleinsatz und mit einem signifikant verminderten Gefahrpotenzial. Die Hylite-Werte liegen auch hier deutlich unterhalb des Grenzwertes von 500 RLU. In den mittels Lichtinduzierter Katalyse behandelten Teilstufen liegen die Belastungen signifikant unter denen der jeweils vorhergehenden Stufe. Unerwünschte Nebenwirkungen auf Mensch, Umwelt und Material wurden nicht beobachtet.

NACHHALTIGE WASSER- UND ABWASSERBEHANDLUNG FÜR DIE FORD-WERKE IN AHMEDEBAD, INDIEN 

Nachhaltige Wasser- und Abwasserbehandlung für die Ford-Werke in Ahmedebad, Indien Thomas Klamp/Steven Horn, Passavant Energy & Environment GmbH, Frankfurt am Main

Einführung India Pvt Ltd, eine 100%tige Tochtergesellschaft des amerikanischen Automobilherstellers FordWerke, baut derzeit ein neues Auto- und Motorenwerk in Sanand in Gujarat, Indien. Mit EUR 750 Mio ist die Anlage die größte ausländische Direktinvestition im Bundesstaat Gujarat. Das Werk verfügt über eine Fabrikationskapazität von 270.000 Motoren und 240.000 Fahrzeugen pro Jahr und ist eines der best-automatisierten Automobilwerke im gesamten asiatischen Pazifik und im Raum Afrika. Teil der Fertigungsprozesse sind Karosseriebau, Schweißen, Beschichten und Lackieren, Motorenbau, Fahrzeugmontage und Prüfung. Mit dem Bau der Anlage wurde Anfang 2012 begonnen, bis Ende 2014 soll diese in Betrieb genommen werden und in 2015 die Produktion aufnehmen. Es ist geplant, dass bei voller Auslastung ca. 5.000 Mitarbeiter beschäftigt werden. Die größte Herausforderung für die Planer des Projekts bestand in der nur begrenzt zur Verfügung stehenden Wasserversorgung. In den letzten Jahren hat der Bundesstaat Gujarat ein zunehmendes Bevölkerungswachstum, Urbanisierung, Industrialisierung und einer übermäßigen Entnahme von Grund- und Oberflächenwasser erfahren, was zur Wasserknappheit im ganzen Land geführt hat. Ford’s globale Strategie für das Abwassermanagement sieht vor, dass 100 % des behandelten Abwassers in der Anlage wiederverwendet wird. Angesichts dieser Herausforderung wurde ein nachhaltiger Ansatz für die Wasser- und Abwasserbehandlungsanlage des Ford-Werkes gewählt. Um den Wasserverbrauch am Standort zu minimieren, wurde eine 100%ige Wiederverwendung des behandelten Abwassers, durch die Implementierung eines sogenannten „Zero-Liquid Discharge“ (ZLD), erzielt. Hierbei

werden 40 % des behandelten Abwassers für die Werkes-Produktionsanlagen zur Wiederverwendung recycelt und 60 % des behandelten Abwassers für die Bewässerung von Grünflächen verwendet. Eine eigens für das Werk gebaute Wasseraufbereitungsanlage stellt die notwendige Wasserversorgung für den Betrieb der Anlage sicher. Im Jahr 2012 erhielt Passavant Energy & Environment GmbH den Auftrag von Ford India für die schlüsselfertige Erstellung der ZLD-Abwasserbehandlungsanlage und für die Wasseraufbereitungsanlage. Die Wasseraufbereitungsanlage wird derzeit in Betrieb genommen und es ist vorgesehen die ZLD-Abwasserbehandlungsanlage bis zum Jahresende in Betrieb zu nehmen. Wasser Management Bei voller Produktionsauslastung werden täglich ca. 8.500m³ Wasser in der Anlage verbraucht. Dieses Wasser wird für den Trinkwasserverbrauch, zur Bewässerung von Grünanlagen, als Wasserzufluss für die sanitären Einrichtungen und der Cafeteria, sowie für einzelne Produktionsprozesse wie die Entfettungsstation, die Lackiererei einschließlich Grundierung, Elektrobeschichtung, Fahrzeugmontage und die Kühltürme verwendet. Etwa 35 % dieses Wassers wird über die Wiederverwendung von behandeltem Abwasser aus der ZLD-Abwasserbehandlungsanlage bereitgestellt und 65 % des Wassers wird von einer eigens für dieses Werk konzipierte Wasseraufbereitungsanlage geliefert, welche ebenfalls auf dem Werksgelände errichtet ist. Das Rohwasser für die Wasseraufbereitungsanlage wird von dem nahegelegenen Narmada Kanal bezogen. Die Wasseraufbereitungsanlage umfasst die Verfahrungsstufen Rechenanlage, Vorchlorierung, Sandfiltration, Membranfiltration und Nachchlorierung.

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8 NACHHALTIGE WASSER- UND ABWASSERBEHANDLUNG FÜR DIE FORD-WERKE IN AHMEDEBAD, INDIEN

Die Vorchlorierung stellt eine Inaktivierung der Mikroorganismen sicher, welches als Standard für die örtliche Trinkwasserqualität festgelegt ist. Zusätzlich verhindert dies ein Bio-fouling im nachgeschalteten Sandfilter und in der Membranfiltrationsanlage. Neun kontinuierlich rückspülende Sandfilter (Parkson DynaSand® Filter) wurden für die Entfernung von partikulären Stoffen aus dem Wasser vor der Membranfiltration eingesetzt. Der DynaSand® Filter ist ein einzigartiges System, welches trübes Wasser für die vorgesehene Abwasserqualität mit weniger als 5 mg/l Schwebstoffanteil filtert, während gleichzeitig das Sandbett gereinigt wird. Der Filter wird dabei während der Rückspülung nicht von der Beschickung abgetrennt, sondern verbleibt im Betrieb. Der Filter wurde ebenfalls modifiziert, um eine kontinuierliche Filtration mit stoßweise paralleler Sandwaschung zu ermöglichen. In diesem Modus reduziert das System die Wassermenge, erhöht die Filterleistung, verlängert den Lebenszyklus der Luftheber und verringert die Wartungszeit. Für die abschließende Reinigung des Wassers verfügt das System über zwei Prozesslinien bestehend aus Koch Membranen TARGA II Hohlfaser Ultra-Filtrationsmembraneinheiten mit jeweils einer Kapazität von 7.500 m³/Tag. Der garantierte Gesamtfeststoffgehalt im ablaufenden Wasser (Permeat) dieser Einheiten ist geringer als 1 mg/l und der Gesamtwirkungsgrad beträgt 90 %. Eine Membranrückspülung und eine Clean In Place (CIP) Anlage wird für die Ultrafiltration (UF) eingesetzt, um einen optimalen Filtrationsfluss zu gewährleisten. Brackewasser und Retentat, das vom UF System erzeugt wird, wird abgeführt und zur weiteren Behandlung an die ZLD-Abwasserbehandlungsanlage weitergeleitet.

Das behandelte Wasser wird nachchloriert, um einen bestimmten Restchlorgehalt im Wasser sicherzustellen, was notwendig ist, um eine biologische Aktivität (Nachverkeimung) in der folgenden Anlage vorzubeugen. Behandlung von öligem Abwasser Das Abwasser mit bis zu 5.000 mg/l Öl und Schmiermittel kommt aus der Motorenproduktion. Aufgrund solch eines hohen Anteils an Öl und Schmiermittel wird das Abwasser mittels einer Öl- und Fettabscheidung vorbehandelt, bevor es mit dem Prozess- und Sanitärabwasser vermischt wird. Hier kommt die Ultrafiltration (UF) mittels Membrantechnologie zum Einsatz. Das UF System beinhaltet zwei automatische KONSOLIDATORTM Querstrom Rohrmembran UF Einheiten (hergestellt von Koch Membrane Systems), die für einen Spitzendurchfluss von 12,5m³ pro Tag ausgelegt sind. Das Abwasser sollte erwartungsgemäß weniger als 50 mg Öl- und Fett pro Liter enthalten. Die UF-Einheiten konzentrieren das ölhaltige Abwasser mit einem Faktor von Zwanzig auf, wonach ein konzentrierter Ölanfall mit dreißigprozentigem Feststoffanteil als Retentat entsteht. Vor der UF Behandlung wird das ölige Abwasser in zwei Behälter zugeführt, um Ungleichheiten in der Abwassermenge und der Zusammensetzung auszugleichen und um eine ausreichende Menge an gespeichertes Abwasser für den Betrieb der UF Einheiten sicherzustellen. Ein sogenannter Corrugated Plate Interceptor (CPI) Öl-WasserSeparator wird zur Entfernung von Ölen und abgelösten Feststoffen aus dem Abwasser verwendet, bevor das Abwasser weiter über die bereits erwähnte Ultrafiltration behandelt wird. Das aufbereitete, ölige Abwasser aus den UF Einheiten (Permeat) wird mit den Prozess- und häuslichen Abwässern in einen Ausgleichstank

NACHHALTIGE WASSER- UND ABWASSERBEHANDLUNG FÜR DIE FORD-WERKE IN AHMEDEBAD, INDIEN 

gemischt und dann der biologischen Behandlungsanlage zur weiteren Behandlung zugeführt. Das konzentrierte Öl aus dem CPI Öl-Wasser-Separator wird außerhalb der Anlage entsorgt. Abwasserbehandlung und ­Wiederverwendung Das im Werk produzierte Abwasser besteht aus Prozess- und Sanitärabwasser. Das Prozesswasser enthält Abläufe aus der Elektrobeschichtung sowie aus dem Prozess der phosphathaltigen Grundierung, Abschlämmung aus den Kühltürmen und Heizkesseln, Ablauf aus der Montagehalle und Abwasser von allgemeinen Reinigungsarbeiten. Das Sanitärabwasser kommt von den sanitären Einrichtungen und der Cafeteria. Bis zu 40 % des Abwassers, das vom Werk produziert wird, wird zu hoch-qualitativen Betriebswasser aufbereitet und in der Lackiererei wiederverwendet. Die restlichen 60 % des behandelten Abwassers dienen zur Bewässerung. Eine Kombination aus chemischen, biologischen und physikalischen Behandlungsstufen werden eingesetzt, um den strengen Wasserqualitätsauflagen gerecht zu werden, die für die Wiederverwendung erfüllt werden müssen. In das Abwasser aus dem Betrieb werden in Ansetzbehältern entsprechende Chemikalien dosiert, um den pH-Wert einzustellen und Phosphate sowie Schwermetalle auszufällen. Die ausgefällten Metalle und Phosphate werden durch einen gravitären Lamellenabscheider vom behandelten Abwasser getrennt. Ein Membranbioreaktor (MBR) wird zur biologischen Behandlung von vermischtem Sanitärabwasser und chemisch vorbehandelten Werksabwasser verwendet. Während der biologischen Behandlung in der MBR werden die organischen und stickstoffhaltigen Stoffe, sowie

gelöste Feststoffe auf BOD < 5 mg/l reduziert, Gesamtstickstoffgehalt als N < 10 mg/l und TSS < 1 mg/l. Vor der biologischen Behandlung in der MBR wird das Abwasser durch ein fein gelochtes Sieb mit 1 mm Durchmesser geführt, damit der Zulauf in die MBR hinsichtlich partikulärer Stoffe begrenzt ist und die Membranoberflächen nicht belegt werden (fouling). Der MBR Prozess umfasst einen belüfteten Bioreaktor mit Membran-Filtration-System. Das ­biologisch behandelte Abwasser wird von dem belüfteten Bioreaktor zur Membranfiltration­ skammer gepumpt, das mit PURON™ ausgestattet ist, getauchte Hohlfasermembranen, Ultrafiltration (UF), Membranen von Koch Membranes Systems. Die eingetauchten UF Membranen trennt die flockige Biomasse vom behandelten Abwasser ab, das als Permeat abgeführt wird. Die MBR-Anlage ist für eine durchschnittliche Durchflussrate von 3.000 m³ pro Tag bis zu 4.500 m³ pro Tag Spitzendurchsatz ausgelegt. Ein Teil des Permeats aus der MBR-Anlage wird in einer Umkehrosmoseanlage weiterbehandelt, in der bis zu 97 % der gelösten Feststoffen abgetrennt werden. Anschließend wird das Wasser entionisiert (Anionen-/Kationenaustauscher), wobei die gelösten Feststoffe noch weiter verringert werden und das produzierte Wasser als Betriebswasser dann in der Lackiererei verwendet werden kann. Das Retentat aus der Umkehrosmose wird mit dem restlichen Permeat aus der MBR-Anlage vermischt und zur Bewässerung verwendet.

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10 NACHHALTIGES WASSERMANAGEMENT IN DER AUTOMOBIL­INDUSTRIE

Nachhaltiges Wassermanagement in der Automobil­ industrie – Vermeidung, Recycling, Zero Liquid Discharge Prof. Dr. Klaus Hagen, VWS Deutschland GmbH – Krüger WABAG, Bayreuth

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Einleitung / Aufgabenstellung

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Referenzen

Auf der Basis einer uns übermittelten Rohwasseranalyse/ Vorgabe (Maximalwert Leitfähigkeit 2.000 μS/cm = ca. 1.500 mg/l TDS, restliche Analysenwerte wie vorgegeben) sowie der vorgegebenen Wassermenge von 75 m³/h haben wir ein mehrstufiges Konzept entwickelt, um das Abwasser so aufzubereiten, dass nur feste Rückstände übrig bleiben.

Vergleichbare Anlagen wurden z. B. in Tanger (Marokko) für Renault gebaut, da es dort nicht möglich ist, Abwasser zu entsorgen. Hier werden aus 110 m³ UO-Konzentrat/Tag 1 Tonne fester Rückstand/Tag produziert. Das Destillat der Verdampfer geht in den Prozess zurück.

Wir haben die Aufbereitung in 4 Stufen gegliedert (siehe Abb. 1)

Auf der Basis einer realen Rohwasseranalyse eines gereinigten Kläranlagenablaufs war die Aufgabenstellung, dieses Abwasser so zu behandeln, dass nur feste Rückstände übrigbleiben sowie nutzbares Prozesswasser.

• Vorbehandlung plus Umkehrosmose (UO) • Langsamentkarbonisierung mit nachgeschalteter Filtration/Ionenaustausch • Verdampfer • Kristallisator

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Zusammenfassung

Diese Aufgabenstellung wurde mittels eines 4-stufigen Konzeptes gelöst, das in der Praxis in anderen Automobilfabriken bereits erprobt ist.

2

Betriebskosten

Die grob abgeschätzten Betriebskosten gliedern sich in • Chemikalienkosten von ca. 0,4 Euro/m³ • Energiekosten von ca. 0,3 Euro/m³; somit ergeben sich Gesamtbetriebskosten von ca. 0,7 Euro/m³. Diese Werte sind natürlich stark abhängig von den Randbedingungen.

Weiterhin wurde eine grobe Abschätzung der Betriebskosten durchgeführt.

Abb.1: Gesamtfließbild

Salt

0,14

m³/h

800 000 ppm TDS

Storage tank

50 000 ppm TDS 2,25 m³/h

15 m³/h 7500 ppm TDS

ph, NTU SAK254 NTU QT xxx

M

Air

FeCl3

M

M

Multimediafilter

FQI

Multiflo

M

M

H2SO4

LF

Super concentrator

Ultrafiltration

Chamber filter press

pH

NTU

.

200 000 ppm TDS 0,56 m³/h

Waste water

20-30 °C 75 m³/h

Cool water

NaOH

Biozid

NaOCl

Storage UFFiltrat

m³/h

Antiscalant

Vacuum Evaporater

Ion Exchange Softener

Cool water

Hot water

Multimediafilter

Pump

75

H2SO4

2,25 m³/h 50 000 ppm TDS

Reverse osmosis

15 m³/h 7500 ppm TDS

Reverse osmosis

CIP

Bisulfat

0,42

1,69

m³/h

m³/h

12,75 m³/h

Rev. 0

Destillate

4. Stage

Destillate

3. Stage

Permeat

2. Stage

Permeat

1. Stage

Designation Process flow diagram Water Treatment Plant

Audi Puebla

Project

56-60 m³/h

Date 11-09-2014

NACHHALTIGES WASSERMANAGEMENT IN DER AUTOMOBIL­INDUSTRIE 

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12 WEITERGEHENDE ABWASSERBEHANDLUNG – AUTOMOBILINDUSTRIE RUSSLAND UND USBEKISTAN

Weitergehende Abwasserbehandlung – Automobilindustrie Russland und Usbekistan Elmar Billenkamp, EnviroChemie GmbH, Rossdorf

Die industrielle Abwasserbehandlung in Russland stellt besondere Anforderungen an die technischen Lösungen: Die lokal geltenden Grenzwerte für das behandelte Abwasser sind häufig weit aus strenger als z. B. in Deutschland. Dies erfordert eine weitergehende Verfahrenstechnik, um diese Werte sicher zu unterschreiten. Alternativ kann das Abwasser auch soweit aufbereitet werden, dass eine Wiederverwendung möglich ist. Gerade in der Automobilindustrie fallen hoch belastete Abwässer an. Anhand von zwei Beispielen wird erläutert wie EnviroChemie diese Anforderungen erfolgreich umsetzen konnte. Internationaler Automobilhersteller in St. Petersburg Am Standort St. Petersburg produziert der Automobilhersteller ca. 98.000 Autos pro Jahr für den russischen Markt. Das Werk hat 2.500 Beschäftigte. Neben den Abwässern aus der Produktion (im Wesentlichen aus der Lackieranlage) fallen auch Abwässer aus der Wasseraufbereitung und dem Sanitärbereich an. Die Produktionsabwässer werden in einer bestehenden Anlage konventionell chemischphysikalisch über Fällung / Flockung aufbereitet, welche jedoch die strengen Anforderungen an das behandelte Abwasser nicht erfüllt. Dies betrifft die Schwermetalle Zink, Kupfer und Nickel sowie die Parameter Kohlenwasserstoff und als Besonderheit die Grenzwerte für anionische und nichtionische Tenside.

EnviroChemie wurde angefragt ein Konzept auszuarbeiten, um alle Parameter sicher zu unterschreiten. Hierfür hat der Anlagenbauer mit den Originalabwässern aus dem bestehenden Werk in der eigenen Abteilung Forschung & Entwicklung ausführliche Laborversuche durchgeführt. Das daraus resultierende Konzept überzeugte den Kunden, der EnviroChemie mit der Umsetzung beauftragte. In einem ersten Schritt werden die vorbehandelten Abwässer aus der Produktion und die Sanitärabwässer über eine Membranbiologie vom Typ Biomar OMB vorbehandelt. Hier werden Kohlenwasserstoffe sowie die Tenside biologisch abgebaut. Die im Sanitärabwasser vorhandenen Stoffe dienen gleichzeitig als Nährstoffe, um die Biologie mit Stickstoff und Phosphor zu versorgen. Die eingesetzte Membrantechnik sorgt für eine optimale Qualität für die nachgeschalteten „Polishing“ Stufen. Gemeinsam mit den Abwässern aus der Wasseraufbereitung werden diese Abwässer über eine mehrstufige Filtrationsanlage bestehend aus einer Filteranlage zur Mangan- und Eisen Eliminierung, einer Aktivkohleadoptionsanlage und einer Filtrationsanlage mit Spezialharzen zur Adsorption von Tensiden und Schwermetallen geleitet. Die Gesamtanlage ist für eine hydraulische Kapazität von 36 m3/h bei 24 h/d ausgelegt. Mit dem Konzept können folgende Grenzwerte unterschritten werden: • • • • • •

Zink 0,1 mg/l Kupfer 0,04 mg/l Nickel 0,08 mg/l Kohlenwasserstoffe 0,7 mg/l Anionische Tenside 1,4 mg/l Nichtionische Tenside 0,8 mg/l

WEITERGEHENDE ABWASSERBEHANDLUNG – AUTOMOBILINDUSTRIE RUSSLAND UND USBEKISTAN 

Internationaler Automobilhersteller in Tashkent (Usbekistan) Bei diesem Projekt war die Aufgabenstellung eine andere. Der Kunde hatte geplant „auf der grünen Wiese“ eine neue Produktion für Motoren zu errichten. Die hier anfallenden Abwässer unterscheiden sich wesentlich von den Abwässern des oben beschriebenen Projekts. Sie sind mit Schneid- und Schmierölen aus der mechanischen Metallverarbeitung verunreinigt. Die Belastungen an freien mineralischen Ölen beträgt bis zu 16.000 mg/l und der Anteil an emulgierten mineralischen Ölen bis zu 64.000 mg/l. Neben den Grenzwerten für mineralische Öle von 1 mg/l sind auch Grenzwerte für den biologischen Sauerstoffbedarf (BSB5) von 435 mg/l sowie für Chlorid von 350 mg/l und ein Gesamtsalzgehalt von 2.000 mg/l einzuhalten. Ebenso wie bei dem Projekt in St. Petersburg gelten auch Grenzwerte für Tenside. In Tashkent liegen dafür die Grenzwerte bei 20 mg/l. Für den Kunden hat EnviroChemie folgendes verfahrenstechnische Konzept ausgearbeitet und realisiert: Alle anfallenden Abwässer werden in Stapeltanks gepuffert. Aufschwimmendes Öl und Fett können über eine spezielle Skimmvorrichtung abgezogen werden. In einem ersten Verfahrensschritt erfolgt eine weitere Abtrennung von Öl und Fett durch Zugabe von Säure und die Behandlung in einer Flotation vom Typ Lugan.

Gerade die Anforderungen an den Gesamtsalzgehalt und Chlorid erfordern eine weitergehende Behandlung. Diese erfolgt über eine Envopur Umkehrosmose. Das anfallende Konzentrat wird anschließend eingedampft. Das Permeat aus der Umkehrosmose und das Destillat aus der Eindampfanlage weisen eine solch gute Qualität auf, dass dieses Wasser recycelt werden kann und nicht abgeleitet werden muss. Die Gesamtanlage hat eine Kapazität von 65 m3/d. Beide Konzepte zeigen auf wie durch eine weitergehende Behandlung auch sehr strenge Grenzwerte sicher eingehalten werden können bzw. das Abwasser soweit aufbereitet werden kann, dass eine Wiederverwendung möglich ist.

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14 ABWASSERAUFBEREITUNG, WASSERKREISLAUFFÜHRUNG UND WERTSTOFFRÜCKGEWINNUNG

Abwasseraufbereitung, Wasserkreislaufführung und Wertstoffrückgewinnung am Beispiel der Fa. TE Connectivity in Kurim, Tschechien Patrick Fischer, Antech-Gütling Wassertechnologie GmbH, Fellbach

Das Unternehmen Antech-Gütling Wassertechnologie ist im Jahre 2012 aus der Fusion der beiden Firmen Antech und Gütling entstanden. Antech-Gütling hat rund 50 Mitarbeiter aufgeteilt auf die Bereiche Vertrieb, Projektierung, AfterSales Service, Labor und Vormontage. Der Jahresumsatz liegt zur Zeit bei 10 Mio. €.

Antech-Gütling und TE Connectivity Europa besteht seit mehr als 30 Jahren eine erfolgreiche Zusammenarbeit. In diversen TE-Werken in Europa werden unsere Technologien zur Behandlung von industriellen Abwässern aus den Galvanikbereichen sowie zur Herstellung von Reinstwasser für die Galvaniklinien eingesetzt.

Antech-Gütling Wassertechnologie bietet ein umfangreiches Programm an Anlagen und Verfahren zur Behandlung von industriellem Abwasser und zur Herstellung von Prozesswasser aus Frischwasser:

Im Jahre 1996/97 hat Firma TE ein neues Produktionswerk in der Nähe von Brno in Tschechien gebaut. In dem Werk werden hauptsächlich Steckverbindungen und Kabelstränge für die Automobilindustrie hergestellt. Die Produktion besteht im Wesentlichen aus Kunststoffspritzgussmaschinen, Montagelinien und einer großen Bandgalvanik wo die zu behandelnden Abwässer anfallen sowie das Prozesswasser verwendet wird. Die Anlage wurde seit 1997 in mehreren Schritten erweitert, da die Abwassermengen kontinuierlich stiegen. Im Jahre 2011 wurde die Entscheidung getroffen, die Abwasseranlage komplett zu erweitern, was praktisch einem Neubau in einer bestehenden Anlage entsprach. Dabei wurden von TE folgende Vorgaben gemacht:

• Chemisch-Physikalische Abwasserbehandlungsprozesse • Ionenaustauschertechnik • Membranfiltration • EVALED™ Verdampferanlagen • Recyclingverfahren • Prozesswasseraufbereitung Ein weiterer Schwerpunkt von Antech-Gütling ist der After-Sales Service: • Montage, Reparatur und Wartung von ­unseren Anlagen sowie Fremdanlagen • Anlagenerweiterung und Modernisierung sowie Softwareentwicklung • Laborservice, Entwicklung und Technikumsversuche • Schulungen und Seminare • Chemikalien für die Abwasserbehandlung und Kühlwasserkonditionierung

TE Connectivity, vormals ein Teil der Tyco International Ltd., ist der weltweit größte Hersteller von elektronischen Steckverbindungen für die Automobilindustrie, Luft- und Raumfahrt, Telekommunikation und Rüstungsindustrie. Das Unternehmen hat 90.000 Mitarbeiter bei einem Umsatz von rund 15 Milliarden USD und ist an der New Yorker Börse gelistet. Zwischen

• Umbau und Erweiterung der Abwasser­ anlage, des Chemikalienlagers und des Abwasserraums bei laufender Produktion mit max. 5 Stillstandstagen • Aufbereitung des behandelten Abwassers mit der Vorgabe der Wiederverwendung in der Galvanik > Abwasserfreie Produktion • Erfüllung der strengen tschechischen Grenzwerte in einem Wasserschutzgebiet • Rückgewinnung von mehr als 99 % der im Abwasser befindlichen Wertstoffe wie Gold, Silber, und Nickel • Keine Unterbrechung der Reinstwasser­ versorgung • Keine vorübergehende externe Entsorgung von Abwässern während der Umbauphase

ABWASSERAUFBEREITUNG, WASSERKREISLAUFFÜHRUNG UND WERTSTOFFRÜCKGEWINNUNG 

Die Abwasserströme setzen sich wie folgt zusammen: • • • • • • • •

Saure Spülwässer Goldhaltig Saure Spülwässer Zinnhaltig Saure Spülwässer Nickelhaltig Saure Konzentrate Alkalische Spülwässer Entfettung Alkalische Spülwässer Konzentrate Cyanidhaltige Spülwässer Cyanidhaltige Konzentrate

Um den Abwasseranfall von vornherein auf ein Minimum zu reduzieren wurden direkt an den Anfallstellen Systeme installiert um die Standzeit der Prozessbäder um ein Vielfaches zu erhöhen und um die Spülwassermengen auf ein Minimum zu reduzieren. Dabei kommen folgende Systeme zum Einsatz: • Selektive Nickelbadreinigung • Mikrofiltration zur Standzeitverlängerung der Entfettungslösung • 4-fach Spülkaskadensysteme

Zur Rückgewinnung der im Abwasser befindlichen Edelmetalle Gold und Silber kommen folgende Verfahren zum Einsatz: • Atmosphärischer Verdunster zur Aufkonzentrierung der Silberspülwässer • Elektrolyse zur Rückgewinnung des Silbers • Elektrolyse zur Rückgewinnung des Goldes • Ionenaustauscher zur Filterung von allen Spül- und Waschwasserkreisläufen für Gold und Silber

Das chemisch-physikalisch aufbereitete Abwasser wird mittels Vakuumverdampferanlagen und Ionenaustauscheranlagen soweit aufbereitet, dass es als VE-Wasser 2. Qualität in der Galvanik wieder eingesetzt werden kann. Mit den vorgestellten Verfahren erreicht die Firma TE-Connectivity eine fast 100 %-tige Recyclingquote für die Edelmetalle Gold und Silber, sowie eine komplette Rückführung des behandelten Abwassers in den Produktionsbetrieb.

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16 ABWASSERFREIE PRODUKTION

Abwasserfreie Produktion: Vakuumdestillationssysteme als Basis für eine sichere Kreislaufführung Thomas Dotterweich, H2O GmbH, Steinen

Vakuumverdampfer haben sich als wirtschaftlichste Methode zur Aufbereitung von Abwässern aus der Automobilindustrie, ­Metallverarbeitung und Oberflächenbehandlung etabliert. Gründe dafür sind die Einsparung von Frischwasser und die Reduzierung von Abwasser-Entsorgungskosten. Aber auch der Umweltaspekt spielt in vielen Industrieunternehmen eine immer größere Rolle. In Deutschland wird rund ein Drittel des von der Industrie in der Warenproduktion eingesetzten Wassers mehrfach verwendet. Zwei Drittel allerdings werden gerade so weit aufbereitet, dass es legal in die Kanalisation oder direkt in Flüsse eingeleitet werden kann. Moderne Aufbereitungsmethoden machen es möglich, Wasser immer wirtschaftlicher im Kreislauf zu führen.

So lässt sich nicht nur der industrielle Verbrauch von Frischwasser, sondern auch die Schadstoffbelastung der Flüsse drastisch senken. Das geltende Recht toleriert derzeit den Eintrag von „einleitfähigem“ Abwasser und damit von Restchemikalien und Schwermetallen in die Flüsse. Die Vision der H2O GmbH ist es, die Einleitung von Industrieabwasser gänzlich zu beenden. Eine solche „abwasserfreie Industrie“ müsste natürlich nicht auf Wasser in ihren Werkshallen verzichten, sie müsste es lediglich in Kreisläufen mehrfach verwenden. Mit der ­VACUDEST Technologie ist die H2O GmbH in der Lage, für viele Produktionsbereiche bereits eine komplette Kreislaufführung zu erzielen.

ABWASSERFREIE PRODUKTION 

Das VACUDEST Verfahren beruht im Wesentlichen auf dem Prinzip der Destillation – der physikalischen Trennung von Stoffen mittels Siedepunktunterschieden. Beim Verdampfungsprozess bleiben z. B. Salze, Öle und Schwermetalle im Destillationsrückstand zurück und bilden einen flüssigen Restanteil zwischen ein und fünf Prozent der Ausgangsmenge. Dieser kleine Rest wird separat entsorgt. Das Wasser aber, bis zu 98 Prozent des ursprünglichen Abwassers, kann wieder in den Produktionsprozess zurückgeführt werden. Diese Methode macht es möglich, dass Firmen durch die Einsparung der Entsorgungskosten bis zu 10 Millionen Euro in 10 Jahren sparen können.

Thomas Dotterweich, seit über zehn Jahren Experte für abwasserfreie Produktion bei der H2O GmbH, erklärt in seinem Vortrag „Abwasserfreie Produktion: Vakuumdestillationssysteme als Basis für eine sichere Kreislaufführung“ die technischen Hintergründe der VACUDEST Vakuumdestillationsanlage. Zudem zeigt er auf, welche Vorteile die Kreislaufführung bietet und warum das aufbereitete Wasser selbst hohen Ansprüchen an die Aufbereitungsqualität entspricht.

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18 ONLINE-PROZESSWASSER-MANAGEMENT

Online-Prozesswasser-Management zur Steigerung von Prozesssicherheit und Hygiene durch das W|C|S®-System Marc Mathieu, Dr. O. Hartmann Chemische Fabrik – Apparatebau GmbH & Co. KG, Vaihingen/Enz

Der Kostendruck im Bereich Prozesswasser in industriellen Anlagen nimmt stetig zu. Gründe hierfür sind die zunehmende Komplexität der Systeme, steigende Anforderungen an die Wasserqualität und die immer höheren Auflagen hinsichtlich Dokumentationspflicht. Die sichere Funktion und Verfügbarkeit von Prozesswassersystemen ist in der Regel von entscheidender Bedeutung für die Produktionsprozesse im Unternehmen und den effizienten Betrieb angeschlossener Anlagen und Geräte. Die sehr umfangreiche Erfahrung von Dr. Hartmann Chemietechnik in der Betreuung von wasserführenden Systemen zeigt, dass es zu Problemen wie Belagsbildung u. a. durch Kalk, Korrosion und/oder Biofilme sowie zu erhöhter mikrobiologischer Belastung kommt, wenn die Wasseraufbereitung und/oder die Konditionierung nicht funktioniert oder mangelhaft eingestellt ist. Neben Schäden an den Anlagenkomponenten wird auch der Wärmeübergang an den entscheidenden Stellen reduziert, was sich in einem erhöhten Energiebedarf ausdrückt. Diese Mängel bzw. Fehlfunktionen an den Anlagen zur Wasseraufbereitung bzw. Konditionierung können durch technische Defekte, fehlerhafte oder ungenügende Dosierung von Konditionierungsmitteln und Bioziden, aber auch durch unzulängliche Wartung hervorgerufen werden. Zudem herrscht in vielen Betrieben ein Engpass an entsprechend geschulten Mitarbeitern. Der Betrieb von offenen Kühlwasserkreisläufen wird von einer Reihe Verordnungen und Richtlinien reglementiert. Hier sind die Abwasserverordnung sowie einschlägige Richtlinien vom VDI oder vom VDMA zu nennen. Zudem sollten die Spezifikationen von Komponentenherstellern eingehalten werden. Aufgrund einiger in der näheren Vergangenheit nachweislich durch Legionellen im Kühlwasser verursachter Fälle von Legionärskrankheit (Legionellose) mit Todesfolge, wurde die neue Richtlinie VDI 2047

zum hygienischen Betrieb von Rückkühlanlagen erarbeitet. In dieses Fachgremium wurde auch ein Spezialist von Dr. Hartmann Chemietechnik berufen. Die Richtlinie liegt aktuell im Gründruck vor und wird voraussichtlich Anfang 2015 in Kraft treten. All diese Aspekte müssen im Zusammenhang mit dem komplexen Thema „Betreiberverantwortung“ und dem besonderen Augenmerk auf Hygiene betrachtet werden. Als Antwort auf all diese Herausforderungen entstand von Dr. Hartmann Chemietechnik die Idee zum WaterCareSystem W|C|S®. Das übergeordnete Ziel dieser Entwicklung ist es, unser Know-How und unsere Erfahrung für die Betreiber von wasserführenden Systemen nutzbar zu machen. Diese Eigenentwicklung ist ein individuell für das jeweilige Kühlwassersystem konfiguriertes, SPS-basiertes System zur kontinuierlichen Aufzeichnung von Kühlwasserparametern. Die Daten werden an den Server von Dr. Hartmann Chemietechnik via Mobilfunk übertragen und dort gespeichert. Hierdurch ist eine Verfügbarkeit der Daten für die Dokumentation und die Vorbereitung auf evtl. anstehende Audits zu Zertifizierungen gegeben. Die auf dem W|C|S®-Server gespeicherten Daten werden aufbereitet, mit hinterlegten Sollwerten abgeglichen und von Wasser-Spezialisten im Hause Dr. Hartmann Chemietechnik ausgewertet. Und genau hier setzt die Innovation an: Ein Fachmann bewertet die Daten mindestens täglich mit Hilfe einer eigens entwickelten Software sowie einer Plausibilitätsprüfung und stellt damit sicher, dass das Kühlwassersystem optimal betrieben wird. Überdies erhält er individuelle, kundenspezifische Alarmmeldungen und kann hierdurch sofort reagieren. Somit geht das W|C|S® sehr weit über häufig eingesetzte Alarmmeldesysteme hinaus. W|C|S® ist „expert on demand“. Durch die regelmäßige Kontrolle ist der Fachmann bereits beim Auftreten von Problemen „vor Ort“ und kann den Betreiber bei der Beseitigung des Störfalls unterstützen.

ONLINE-PROZESSWASSER-MANAGEMENT 

Kürzer kann die Reaktionszeit zwischen Eintreten und Erkennen eines Problems und dessen Beseitigung kaum sein. Bei Bedarf kann sogar direkt ein Servicetechniker für einen Einsatz vor Ort alarmiert werden. Die gesammelten Daten werden zur Trendermittlung in den Systemen herangezogen, was eine Optimierung der Systeme hinsichtlich des Energie- oder Wasserverbrauchs sowie der Betriebssicherheit bedeutet. Ein weiterer, wichtiger Vorteil für den Betreiber ist das individuelle Alarmmanagement. Alle vom Fachmann festgestellten Auffälligkeiten werden nach Brisanz und Wichtigkeit eingestuft. Bei einer defekten Enthärtungsanlage mit Härtedurchbruch wird der Prozess-Fachmann sofort mit dem Betreiber Kontakt aufnehmen und das weitere Vorgehen abklären, während er bei niedrigem Füllstand im Dosierbehälter zunächst eine E-Mail mit der Bitte um Nachfüllung versendet. Somit wird der Betreiber nicht mit Meldungen überhäuft und kann sich auf die wesentlichen Aufgaben im Betrieb konzentrieren. Ergänzend ist im W|C|S® eine Absalzregelung mit Biozidsteuerung und Absalzverriegelung ­integriert. Die Einbindung einer volumenproportionalen Absalzsteuerung ist ebenso realisierbar. Selbst der gleichzeitige Einsatz eines W|C|S® für mehrere Kühlwassersysteme oder andere wasserführende Systeme stellt kein Problem dar. Bestehende Mess- und Regeleinrichtungen können häufig weiterhin verwendet werden. Hier sind dann lediglich die fehlenden Einrichtungen nachzurüsten und ungeeignete Komponenten zu ersetzen.

Die Auswahl der spezifischen Prozessparameter erfolgt abhängig von einer sehr intensiven Systemaufnahme vor Ort und von Gesprächen mit dem Betreiber. Dabei werden alle Aspekte eines Kühlkreislaufs beleuchtet, u. a. eingesetzte Werkstoffe, Vorgaben der Komponentenhersteller zur Wasserqualität, eingesetzte Dosiertechnik und Geräte zur Wasseraufbereitung sowie unternehmensspezifische Vorgaben aus Verordnungen (z. B. Abwasserverordnung). Durch diese Vorgehensweise wird sichergestellt, dass die aufgezeichneten Daten dem Spezialisten von Dr. Hartmann Chemietechnik tatsächlich die Ableitung eines Gesamtbilds vom Zustand der Kühlwasseranlage ermöglichen und gleichzeitig Wünsche und Vorgaben des Kunden berücksichtigt werden können. Häufig findet man in Kältemaschinen Ammoniak als Kältemittel. In diesen Fällen wird ergänzend der pH-Wert des Kühlwassers aufgezeichnet. Somit wird eine Leckage im Ammoniakkreislauf auch anhand des pH-Werts des Kühlwassers unmittelbar detektiert. Um dem Betreiber jederzeit Einblick in den Betriebszustand seines Kühlkreislaufs zu ermöglichen, erhält jeder Kunde Zugang zu „seinem“ Bereich auf dem W|C|S®-Server mittels sicherer VPN-Verbindung.

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20 ONLINE-PROZESSWASSER-MANAGEMENT

Das Konzept von W|C|S® kann folgendermaßen zusammengefasst werden: Der Betreiber hat bei Nutzung des Systems einen sehr erfahrenen Partner an der Hand, der im „Hintergrund“ den Kühlkreislauf im Blick hat und sich bei Abweichungen vom Soll-Betrieb umgehend meldet und gemeinsam mit dem Betreiber nach den Gründen für die Veränderung recherchiert sowie Vorschläge zur Problembeseitigung unterbreitet. Damit verbessert sich die Betriebssicherheit und der Einsatz von chemischen Produkten wird optimiert (Vermeidung von Über-/Unterdosierung). Durch die Kontrolle der Dosierung von Biozid wird sichergestellt, dass die hygienischen Anforderungen erfüllt werden. Der Betreiber kann seiner Betreiberverantwortung deutlich leichter nachkommen und den Kühlkreislauf entsprechend gültiger Verordnungen und Richtlinien effizient betreiben. Die Dienstleistung von Dr. Hartmann Chemietechnik im Rahmen des W|C|S® gliedert sich in Ereignisüberwachung (Soll-/Ist-Vergleich, Plausibilitätsprüfung), ­Ereignisbearbeitung (Überprüfung der Anlage, ggf. Reparatur) und Systemoptimierung.

Seit einiger Zeit ist in den Medien und auf ­ eminarveranstaltungen von der Entwicklung S „Industrie 4.0“ die Rede. Dabei geht es um die zunehmende Vernetzung von Anlagen untereinander, wodurch eine Beschleunigung der internen Prozesse und eine Effizienzsteigerung möglich sein werden. W|C|S® vernetzt zwar in der heutigen Ausführung keine Anlagen miteinander, kann aber aufgrund der Verbindung von Apparaten im Bereich Prozesswasser mit den entsprechenden Fachleuten von Dr. Hartmann Chemietechnik als integrativer Teil von Industrie 4.0 verstanden werden. Gemeinsam mit den Betreibern von mit W|C|S® ausgerüsteten Prozesswassersystemen sind wir davon überzeugt, dass das WaterCareSystem W|C|S® schon heute, aber erst recht in der Zukunft den Betrieb von wasserführenden ­Systemen sicherer und effizienter macht.

EFFEKTIVE REGELUNG MITTELS SUMMENPARAMETER 

Effektive Regelung von Wasser- und Abwasserbehandlungsanlagen mittels Summenparameter Martin Glittenberg, LAR Process Analysers AG, Berlin

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Einleitung

Die Europäische, Nationale und Landesgesetzgebung verpflichtet schon heute die meisten Unternehmen, welche in irgendeiner Form Wasser entnehmen und zurückführen, bestimmte Parameter zur Wasserqualität zu überwachen. Der Fokus lag auf der Dokumentation der Daten. Oft wird mit den Überwachungsbehörden verhandelt, was man wie oft messen soll, und in welcher Form die Daten gespeichert werden. Viele Unternehmen haben eine manuelle Probenahme mit Laboranalyse etabliert. Diese schien auf den ersten Blick die günstigste Lösung zu sein, um den gesetzlichen Anforderungen zu genügen. Ein wirtschaftlicher Nutzen für die Unternehmen wurde dabei meistens nicht beachtet. 2

Anwendungsbereich

Die Anforderungen der verschiedenen Anlagen sind individuell. Mit der Installation von Online- Messsystemen für die Summenparameter TOC/ CSB, TNb, und Systeme für die Parameter pH, Leitfähigkeit, Temperatur, Durchfluss und Verbrauch an Betriebsmitteln ist eine solide Basis geschaffen. Der große Vorteil für Betreiber von Wasserbehandlungsanlagen ist, dass die Messdaten zeitgleich mit dem Behandlungsprozess zur Verfügung stehen. Die gewonnenen Messdaten können für die Steuerung der Anlagen effektiv genutzt werden. Detaillierte Vorschläge zu den verschiedenen Behandlungsanlagen werden mit dem neuen Einheitsblatt des VDMA gemacht.

Auch aus dem Hintergrund der Bestrebungen die so genannte „Industrie 4.0 „ in den Produktionsprozess zu implementieren, sind Onlinesysteme mit modernen Schnittstellen zur Datenübertragen ein wichtiger Baustein. Neben der effektiven Steuerung der Behandlung von Wässern lassen Summenparameter Rückschlüsse auf Unregelmäßigkeiten im Betriebsablauf zu. Im Grunde kann man behaupten, dass alle Stoffe, welche sich im Abwasser befinden, Ausgangs- oder Endprodukte sind, die entweder teuer eingekauft, oder, da im Abwasser gelandet, nicht mehr verkauft werden können. 3

E  ntscheidungskriterien für ­Investitionsentscheidungen

Moderne Online- Messsyteme erledigen die Messung der Umweltparameter genauer und zuverlässiger. Nach einer Untersuchung des Bundesumweltministeriums kann schon bei einer Labormessung pro Tag ein Online- Messsystem bei einer Investbetrachtung über zwei Jahren wirtschaftlicher sein. Oft laufen Behandlungsanlagen auf der Grundlage der Erfahrung des Betriebspersonals. Es ist natürlich gut, erfahrenes Personal mit den Aufgaben zu betrauen; aber, was ist, wenn das Personal in den Ruhestand geht oder länger ausfällt? Auch die Austauschbarkeit von verschiedenen Mitarbeitern für verschiedene Tätigkeiten ist durch persönliche Erfahrung nicht gegeben. Manuell gesteuerte Anlagen berücksichtigen in der Regel keine Schwankungen der Qualität und Menge des zu behandelnden Wassers. Eingriffe im Ablauf während der Abwesenheit des Betriebspersonals sind gar unmöglich. So laufen viele Anlagen mit einem überdimensionierten

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22 EFFEKTIVE REGELUNG MITTELS SUMMENPARAMETER

Puffer an Kapazität, damit alle Eventualitäten abgedeckt werden. Durch Online- Messsysteme werden einerseits gesetzlichen Auflagen erfüllt und über Einsparung von Energie, Wasser und Betriebsmitteln das Invest refinanziert. 4. Zukünftige Entwicklungen Kaliumdichromat, auch als Doppelt- oder Pyrochromsaures Kalium bekannt, wird in der CSB Messung und in der chemischen Analyse verwendet. Obwohl es noch vor wenigen Jahren nur als reizend eingestuft war, gilt es heute als erbgutverändernd, fortpflanzungs- und umweltgefährdend sowie krebserregend. Das europäische Parlament und der Rat zur Registrierung, Bewertung, Zulassung und Beschränkung chemischer Stoffe (REACH) haben daher ein Gesetzt verabschiedet, das den Gebrauch der Chemikalie verbietet. Der Gefährlichkeit, den unterschiedlichen Wiederfindungsraten, den bekannten ChloridStörungen sowie dem hohen Zeitbedarf von 2h ist es zuzuordnen, dass seit langem Alternativen gesucht werden. Ein erster Schritt ist der Ersatz der CSB-Messung durch die TOC-Analytik, die völlig auf gefährliche Chemikalien verzichtet.

Die CSB-Messung ist für eine kosteneffiziente Prozesssteuerung sowie -überwachung nicht mehr wegzudenken. Ein Messgerät, das zuverlässige und schnelle Ergebnisse liefert, ist nicht nur deshalb unumgänglich, sondern auch, um sämtliche Richtlinien und Vorgaben einzuhalten. Die LAR AG erfüllt diese Voraussetzungen und bietet zudem eine umweltfreundliche und sichere Alternative, für verschiedenste Industrien und nun auch für den Laborbereich. Bei der Reinhaltung der Gewässer haben die Unternehmen durch die Einhaltung der Gesetzgebung einen deutlichen Beitrag geleistet. Jetzt gilt es, daraus auch einen wirtschaftlichen Nutzen für die Unternehmen zu generieren. Denn eines ist sicher. Die Kosten für Energie und Wasser werden steigen.

VORSTELLUNG VDMA-EINHEITSBLATT 

Vorstellung des neuen VDMA-Einheitsblattes „Wasseraufbereitung und Abwasserbehandlung – Prozessautomatisierung zur Effizienzsteigerung und Betriebssicherheit“ Dr. Andreas Pirsing, Siemens AG, Nürnberg 1

Einleitung

Das neue VDMA-Einheitsblatt „„Wasseraufbereitung und Abwasserbehandlung – Prozessautomatisierung zur Effizienzsteigerung und Betriebssicherheit“ soll bei der Auswahl und Auslegung von Automatisierungssystemen in der Wasserwirtschaft unterstützen. Eine wesentliche Zielsetzung besteht darin, dass bei der Planung, Projektierung und Ausführung der Mess-, Steuer- und Regelungstechnik (MSRTechnik) wirtschaftlich und technisch optimale Lösungen zum Einsatz kommen. Zielgruppen sind u. a. Planer, Anlagenbauer, Anlagenausrüster, Automatisierer und Anlagenbetreiber. Als Entscheidungskriterien werden u. a. Energieund Prozesseffizienz, Betriebssicherheit sowie Anlagenverfügbarkeit betrachtet. 2

Anwendungsbereich

Das Einheitsblatt gilt sowohl für kommunale als auch für industrielle Anlagen zur Behandlung von: • • • • • • •

Trinkwasser Schwimmbadwasser Kühlwasser Prozesswasser Kesselspeisewasser und Kondensat Abwasser aus Kommunen und Industrie Schlamm

Für diese Anlagentypen zeigt das neue Einheitsblatt beispielhafte Verfahrensschemata, die zeigen wie eine aufgabengerecht ausgelegte Prozessautomatisierung zur Energieeffizienz, Betriebssicherheit und Ressourcenschonung beiträgt.

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E  ntscheidungskriterien für Investitionsentscheidungen

In der Praxis werden Investitionsentscheidungen oftmals alleine auf Basis der Erstellungskosten (CAPEX, Capital Expenditures) getätigt, dabei werden die Folgekosten (OPEX, Operational Expenditures) außer Acht gelassen. Eine Betrachtung der über die Lebensdauer anfallenden Kosten zeigt, dass eine Entscheidung auf Basis der Lebenszykluskosten häufig wirtschaftlicher sein kann. Investitionsentscheidungen müssen die gesetzlichen Randbedingungen, insbesondere bezüglich der Qualitätsanforderungen berücksichtigen. Über den Einsatz einer Steuerung oder Regelung entscheidet im Einzelfall eine KostenNutzen-Analyse. Die Regelung führt im Allgemeinen zu besseren betrieblichen Ergebnissen, ist allerdings mit einem höheren Aufwand, insbesondere im Bereich der Instrumentierung, verbunden. Zu unterscheiden ist zwischen ­Einzel- und Mehrgrößenregelungen. Die Leistungsfähigkeit der Prozessautomatisierung wird einerseits durch die Auslegung sowie andererseits durch die Projektierung bestimmt. Dabei soll das Einheitsblatt einen Beitrag zur Standardisierung leisten. Während bisher die Vereinheitlichung der Hardware im Fokus stand, wird diese Entwicklung zukünftig auch die System- und Applikations-Software sowie die Schnittstellen erfassen. Um den scheinbaren Widerspruch zwischen Standard-Leitsystemen und maßgeschneiderten Branchen-Systemen zu überwinden, wird der Einsatz von Modul­ bibliotheken für alle in den betrachteten Anlagentypen eingesetzten Komponenten (Unit Operations) vorgeschlagen. Die Verständigung auf Standards schafft die Grundlage für eine vertikale und horizontale Durchgängigkeit, so

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24 VORSTELLUNG VDMA-EINHEITSBLATT

dass auch komplexere Konfigurationen mit Komponenten unterschiedlicher Herstellern unproblematisch aufgebaut werden können. Das Einheitsblatt erläutert anhand ausgewählter Anlagenbeispiele verschiedene Steuerungsund Regelungskonzepte für verschiedene Anlagentypen. Dabei werden Hinweise zu folgenden Schwerpunkt-Themen gegeben: • • • •

Schlüsselparameter Einzelregelungen Prozessübergreifenden MSR-Lösungen Energiemanagement-Systeme

Abgerundet wird das Einheitsblatt durch verschiedene Projektbeispiele, die den Mehrwert von Prozessautomatisierungen aufzeigen. 4

Zukünftige Entwicklungen

Ausgehend von den Zukunftstrends Klimawandel und Wasserverknappung wird sich das Gesicht der Wasserwirtschaft bis zum Jahr 2030 deutlich wandeln. Dabei wird die Bedeutung der Prozessautomatisierung weiter zunehmen. Aus heutiger Sicht ist es wichtig, diese zukünftigen Trends bereits bei der Planung heutiger Anlagen zu berücksichtigen. Zur Optimierung der Prozessführung werden zunehmend Assistenz- und Simulationssysteme eingesetzt, die mit Methoden der mathematischen Optimierung arbeiten und in das Prozessleitsystem integriert sind. Diese Integration bietet den Vorteil, dass die Berechnungser­gebnisse an die unterlagerte Automatisierungsebene durchgereicht werden können und damit ein Vollautomatikbetrieb möglich wird.

Parallel zur Optimierung wird sich die Simulation von Prozessen der Wasserwirtschaft durchsetzen. Mit Hilfe der dynamischen Simulation ist es möglich, das Verhalten einer Anlage im zeitlichen Verlauf nachzubilden, ohne dass die zu untersuchende Verfahrensweise in die Realität umgesetzt werden muss und ohne die Prozessqualität der realen Anlage zu gefährden. Nachdem sich die Simulation bei Großbetreibern als Planungs-Unterstützung weitgehend durchgesetzt hat, geht der Trend zur Onlinesimulation zur Unterstützung des Betriebes. Kernstück dieser in die Prozessleittechnik der realen Anlage eingebundenen Assistenzsysteme, ist eine prozessparallele Simulation, die den Zustand der Anlage zeitnah nachbildet und damit die Basis für Prognosen des zukünftig zu erwartenden Anlagenverhaltens bildet.

VERZEICHNIS DER REFERENTEN 

Verzeichnis der Referenten

Joachim Voigt

BAUER Water GmbH Teckstraße 11 78727 Oberndorf a.N.

Telefon + 49 7423 86 88 0-22 E-Mail [email protected] Internet www.bauer-water.com

Dr. Jürgen Koppe

MOL Katalysatortechnik GmbH Leunastraße 6 06258 Schkopau

Telefon + 49 3461 72 30 97 E-Mail [email protected] Internet www.molkat.de

Thomas Klamp

Passavant Energy & Environment GmbH Herriotstr. 1 60528 Frankfurt am Main

Telefon + 49 69 94 74 15-22 9 E-Mail [email protected] Internet www.passavant-ee.com

Prof. Dr. Klaus Hagen

VWS Deutschland GmbH – Krüger WABAG Christian-Ritter-von-LangheinrichStraße 7 95448 Bayreuth

Telefon +49 921 15 08 79-32 6 E-Mail [email protected] Internet www.krueger-wabag.com

Elmar Billenkamp

EnviroChemie GmbH In den Leppsteinswiesen 9 64380 Roßdorf

Telefon + 49 6154 69 98-58 E-Mail [email protected] Internet www.enviro-chemie.com

Patrick Fischer

Antech-Gütling Wassertechnologie GmbH Merowingerstraße 7 70736 Fellbach

Telefon + 49 711 51 85 50-14 1 E-Mail [email protected] Internet www.antech-guetling.de

Thomas Dotterweich

H2O GmbH Wiesenstraße 32 79585 Steinen

Telefon + 49 7627 92 39-30 6 E-Mail [email protected] Internet www.h2o-de.com

Marc Mathieu

Dr. O. Hartmann Chemische Fabrik – Telefon + 49 7042 97 26-77 E-Mail [email protected] Apparatebau GmbH & Co.KG Internet www.dr-hartmann-chemie.eu Uhlandstraße 30 71665 Vauhingen

Martin Glittenberg

LAR Process Analysers AG Neuköllnische Allee 134 12057 Berlin

Telefon + 49 30 27 89 58-10 E-Mail [email protected] Internet www.lar.com

Dr. Andreas Pirsing

Siemens AG Gleiwitzer Straße 555 90475 Nürnberg

Telefon + 49 80 911 89 5-71 07 E-Mail [email protected] Internet www.siemens .com

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26 NOTIZEN

Notizen

NOTIZEN 

Notizen

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28 NOTIZEN

Notizen

www.waterwastewatertechnology.info

VDMA Verfahrenstechnische Maschinen und Apparate Lyoner Str. 18 60528 Frankfurt am Main Germany Phone +49 69 6603-1432 Fax +49 69 6603-1421 E-Mail [email protected] Internet http://vtma.vdma.org

www.waterwastewatertechnology.info