Industrielles Abwassermanagement

Kosteneffiziente Einhaltung von Umweltschutzauflagen für Abwässer - mit zuverlässigen Instrumenten

Grenzwerte für Abwässer

Weltweit haben Umweltaufsichtsbehörden Abwassergrenzwerte für definierte Stoffklassen festgelegt, die je nach Herkunft im Abwasser enthalten sein können. Neben organischen Substanzen, die eine problematische Sauerstoffzehrung im aufnehmenden Gewässer verursachen, müssen auch Stickstoff und Phosphor streng kontrolliert werden, da sie die Hauptursache für übermäßiges Algenwachstum sind. In Industrieabwässern müssen je nach Art und Herkunft des Abwassers auch zusätzliche Parameter wie Schwermetalle, definierte chemische Komponenten oder einfach die Farbe des Abwassers genau überwacht werden.

Die Echtzeit-Überwachung des BSB-Gehalts von Abwasserströmen ermöglicht es der Anlage, die kommunalen Behandlungskosten zu senken, die Prozesseffizienz zu erhöhen und die Betriebskosten zu senken.

Organischer Kohlenstoff

Der wichtigste Parameter ist jedoch die Menge des im Abwasser vorhandenen organischen Kohlenstoffs. Traditionell wird dieser durch die Messung des sogenannten Biochemischen Sauerstoffbedarfs (BSB) bestimmt, der ein Maß für die Menge an biologisch abbaubaren Stoffen im Abwasser ist. Diese Stoffe werden von Mikroorganismen abgebaut; daher wird der Sauerstoffbedarf als der von den Mikroorganismen verbrauchte Sauerstoff über einen Zeitraum von fünf Tagen (BSB5) bzw. sieben Tagen (BSB7) gemessen. In den USA verwendet die Environmental Protection Agency (EPA), die Richtlinien gemäß dem Bundesgesetz über die Wasserreinhaltung festlegt, die BSB-Werte zur Messung der Abwasserstärke einer Industrieanlage. Es obliegt dem effektiven Abwasserreinigungsprogramm einer Anlage, den BSB-Gehalt ihres Abwassers effektiv zu überwachen, bevor es in die Kanalisation oder Oberflächengewässer geleitet wird.

Wie messen Sie die Kohlenstoffbelastung in Echtzeit?

Obwohl die BSB-Überwachung die Methode ist, die der biologischen Realität am besten entspricht, kann der Parameter aufgrund seiner langen Vorlaufzeit von fünf oder sieben Tagen nicht als Echtzeitindikator zur Kontrolle von Abwasserströmen verwendet werden. Daher müssen andere in Echtzeit messbare Parameter, die die organische Kohlenstoffbelastung widerspiegeln, für Kontrollzwecke verwendet werden. Abhängig von der vorherrschenden Art der organischen Belastung können verschiedene Sensoren eingesetzt werden. Kommt die organische Fracht in Form von ungelösten Feststoffen oder einer Suspension (z.B. Milchprodukte) vor, kann sie mit den Nahinfrarot (NIR)-Sensoren von optek erfasst und gemessen werden. AS16-N, AF16-N oder TF16-N Trübungssensor. Gelöste organische Stoffe werden klassischerweise durch den Spektralen Absorptionskoeffizienten (SAC) dargestellt, der bei 254 nm gemessen wird, unter Verwendung eines UV-Sensors wie dem AF45.

Nachklärbecken in einer Abwasserbehandlungsanlage

Quellen von organischem Kohlenstoff in industriellen Prozessen

Hohe Gehalte an organischem Kohlenstoff sind typischerweise ein direkter Indikator für Produktverluste während der Produktion. Neben beschädigten Geräten wie z.B. defekten Wärmetauschern, bei denen Produkt in das Kühlwasser gelangen kann, sind unzureichend kontrollierte Reinigungs- und Sterilisationsprozesse (CIP/SIP) und eine suboptimale Erkennung von Produktoberflächen der Hauptgrund für Produktverluste und hohe organische Belastungen im resultierenden Abwasserstrom.

Produkt-Interface-Erkennung

Um die Produkthandhabung streng zu kontrollieren, ist eine zuverlässige Erkennung des Produkts erforderlich. Die Fähigkeit zur Unterscheidung zwischen Produkten und dem für den Transport der Produkte verwendeten Wasser minimiert direkt die Produktmenge, die in den Abfallstrom gespült und verloren wird. Je nach der physikalisch-chemischen Beschaffenheit des Produkts können unterschiedliche Sensoren eingesetzt werden. In Molkereianwendungen können Trübungssensoren wie der AS16-N oder AF16-N eingesetzt werden, während in der Getränkeindustrie meist Farbsensoren wie der AF26 oder der AF16-F verwendet werden.

Mit einem Inline-Sensor können Produktübergänge in Echtzeit beobachtet werden, wodurch die Betreiber Wasser und Produkt sparen können.

Überwachung von Clean-in-Place (CIP) und Sterilization-In- Place (SIP)

Neben der Erreichung der primären Ziele von CIP/SIP-Prozessen wie Reinigung und Sterilisation hat die ordnungsgemäße Überwachung dieser Prozesse mehrere Vorteile, wie z.B. die Minimierung des Energie-, Wasser- und Reinigungsmittelverbrauchs. Die Menge an Rückständen und Ablagerungen im Reinigungswasserstrom kann mit einem Trübungssensor wie dem TF16-N überwacht werden, um eine zu lange Reinigung zu vermeiden. Falls saure oder ätzende Mittel zur Reinigung und/oder Sterilisation verwendet werden, kann ein zuverlässiger Breitband-Leitfähigkeitssensor wie der ACS60 oder ACF60 verwendet werden, um die Konzentration des Reinigungsmittels bis hinunter zur Leitfähigkeit von Reinstwasser zu bestimmen, mit dem das System anschließend gespült wird. Auf diese Weise können ausreichend saubere Reinigungsmittellösungen wiederverwendet werden und die Menge an Reinstwasser für die Reinigung wird ebenfalls minimiert. Die Minimierung des Einsatzes von Reinigungsmitteln verringert nicht nur deren Verbrauch, sondern auch die Belastung des Abwasserstroms mit Reinigungsmitteln. Reinigungsmittelüberschüsse können den Abwasserreinigungsprozess negativ beeinflussen, da ihre bioziden Eigenschaften oder extreme pH-Werte die Mikrobenpopulation in der biologischen Behandlung reduzieren.

Inline-Sensoren überwachen und steuern den CIP-Prozess, um Wärme, Reinigungsmittel und Wasserverbrauch zu optimieren.

Farbüberwachung

Während die Farbüberwachung von Rohwasser für Industrie- oder Trinkwasserzwecke relativ verbreitet ist, insbesondere wenn eine natürliche Wasserquelle genutzt wird, ist die Farbüberwachung von Abwasser aus Kläranlagen normalerweise auf "farbintensive" Industrien wie Textil- oder Lederherstellungsbetriebe beschränkt. Um eine farblose Abwasserqualität zu gewährleisten, können die VIS-Absorptionssensoren AF16-F oder AF26 zur Echtzeit-Farbüberwachung eingesetzt werden.

Vorteile der Überwachung

Während die Vorteile eines reduzierten Produktverlustes offensichtlich sind, müssen die Vorteile einer Kontrolle der organischen Belastung im Abwasserstrom differenzierter beschrieben werden. Falls die Anlage über eine eigene Abwasserbehandlungsanlage verfügt, kann die gemessene Belastung zur direkten Steuerung von Behandlungsparametern wie der Belüftungsintensität verwendet werden. Falls das Industrieabwasser in einer kommunalen Anlage behandelt wird, wird diese in der Regel die organische Kohlenstofffracht verwenden, um die Gebühren für die industriellen Nutzer ihrer Abwasserbehandlungsanlagen zu bestimmen. Darüber hinaus gibt es Belastungsgrenzen, die die Industrieanlage zu einem bestimmten Zeitpunkt einleiten darf, um eine Überlastung der Kläranlage zu vermeiden. Das Überschreiten dieser Grenzwerte kann zu erheblichen Strafzahlungen führen. Da für die Analyse keine Reagenzien sondern direkte Sensoren eingesetzte werden, sind die Gesamtbetriebskosten sehr niedrig, was eine kurze Amortisationszeit auf der Grundlage reduzierter Produktverluste und eines geringeren Wasserverbrauchs ermöglicht.