Logo des Projektes In vielen industriellen Prozessen fallen beträchtliche Mengen Abwasser an, in denen hohe Konzentrationen an Inertsalzen enthalten sind. Das Einleiten hoher Salzfrachten in Oberflächengewässer stellt eine große Belastung für das Ökosystem dar, insbesondere dann, wenn sie für die Trinkwassergewinnung genutzt werden. Daher sind Anstrengungen notwendig, die zur Reduzierung der Salzfrachten führen. Vor diesem Hintergrund besteht aus Sicht der Industrie Handlungsbedarf zur Erforschung und Entwicklung neuer, umweltfreundlicher und ökonomisch tragfähiger Verfahren zur Reinigung, Entsalzung und Nutzung der Salze bzw. der gereinigten aufkonzentrierten Salzlösungen.

Dieses Projekt beschäftigt sich mit der Wiedergewinnung des in industriellen Abwasserströmen enthaltenen Salzes (NaCl) und dessen Rückführung als Rohstoff in die Chlor-Alkali-Elektrolyse sowie der Weiterverwertung des anfallenden Wassers. Das Projekt umfasst folgende Schritte:

  • Entwicklung der Spurenstoffanalytik in stark salzhaltigen Lösungen
  • Reinigung der salzhaltigen Abwasserströme durch angepasste adsorptive und elektrochemische Verfahren
  • Aufkonzentrierung der salzhaltigen Lösungen mittels innovativer und umweltfreundlicher Verfahren (u. a. unter Verwendung von Abwärme auf niedrigem Energieniveau)
  • Prüfung der Nutzung der gewonnenen gereinigten und aufkonzentrierten Abwasserströme in der Chlor-Alkali-Elektrolyse

Bei erfolgreicher Projektdurchführung soll eine Demonstrationsanlage aufgebaut werden, die reale NaCl-haltige Abwasserströme, die bei Covestro in der Kunststoffherstellung anfallen, recycelt. Diese Anlage soll einen Abwasserstrom von ca. 20 m³ pro Tag reinigen, aufkonzentrieren und anschließend einer Chlor-Alkali-Elektrolyse zuführen. Hierbei werden Langzeiterfahrungen gesammelt, mit denen eine wirtschaftliche und ökologische Bewertung der entwickelten Verfahrensschritte sowie deren Übertragbarkeit auf andere salzhaltige Abwässer erfolgen können.

Die beteiligten Projektpartner verfügen über ein exzellentes Know-how im Bereich Wasseraufbereitung.

Um eine effiziente Reinigung der Abwässer durchführen zu können, sollte zum einen bekannt sein, um welche Art von Verbindungen es sich handelt und zum anderen, in welchen Mengen diese vorliegen. Der Nachweis organischer Verbindungen, deren Konzentrationen im mg/L-Bereich liegen, wird durch die hohen Salzkonzentrationen erschwert. Die Erfolgskontrolle der im Projekt zu testenden Aufbereitungstechniken ist auch nur über eine begleitende Analytik möglich. Durch Aufkonzentrierungsverfahren kann der Salzgehalt bis auf ca. 300 g/L ansteigen. Verglichen mit der Bestimmung von organischen Komponenten in typischen Wassermatrices (Oberflächen- oder Trinkwasser) muss bei diesen hohen Salzkonzentrationen eine spezielle Adaption der Probenvorbereitungstechniken und Analysetechniken entwickelt werden. Zur Detektion organischer Verbindungen, die problematisch für den nachfolgenden Prozess sind, soll eine Online-Sonde entwickelt werden, die Analysenergebnisse im Minutenbereich bereitstellen soll.

In vielen industriellen Herstellungsprozessen fallen großvolumige Prozesswässer an, welche zeitlich starke Konzentrations- und Frachtunterschiede an organischen Verunreinigungen aufweisen. Um diese Prozesswasservolumenströme mit konstanter Qualität aufzubereiten, ist eine Vielzahl an Aktivkohle-Adsorbern notwendig, welche oft zur Regeneration ausgetauscht werden müssen. Das wirkt sich negativ auf die Wirtschaftlichkeit des Prozesses aus. Um die Reinigung der salzhaltigen Abwasserströme effektiver durchzuführen, werden angepasste adsorptive und elektrochemische Verfahren entwickelt. Ziel ist dabei zum einen die Erhöhung der Adsorptionskapazität der verwendeten Adsorbentien, zum anderen die Verbesserung der Selektivität gegenüber bestimmten, im weiteren Aufbereitungsprozess besonders störenden Substanzen. Dabei steht die Erhöhung der Polarität der Aktivkohleoberfläche im Vordergrund.

Für eine Rückführung des NaCl-haltigen Prozesswassers in die Chlor-Alkali-Elektrolyse ist eine Mindestkonzentration von 25 % notwendig, um die Elektrolyse optimal betreiben zu können. Es fallen jedoch großvolumige Prozesswassermengen mit einer geringeren NaCl-Konzentration an. Ein Aufkonzentrierungsschritt würde es ermöglichen, dass der gesamte Abwasserstrom recycelt und der Kreislauf für Wasser und NaCl geschlossen werden kann. Nach aktuellem Stand der Technik existieren aber keine Methoden, um großvolumige Wasserströme umweltfreundlich in Reinwasser und konzentrierte Salzlösungen (NaCl 25 %) aufzutrennen. In diesem Arbeitspaket wird daher die Aufkonzentrierung der salzhaltigen Lösungen mittels innovativer und umweltfreundlicher Verfahren (u.a. Membranverfahren unter stark erhöhtem Druck und thermische Verfahren auf niedrigem Energieniveau unter Verwendung von Abwärme) verfolgt. Sinnvollerweise werden mehrere Aufkonzentrierungsschritte gekoppelt.