Notwendigkeit von Abwasserkonzepten in Industriezonen

Der Abwassersektor in Vietnam litt unter unzureichendem Management und chronischen Unterinvestitionen. Das AKIZ-Managementkonzept sollte daher geeignete technische und betriebliche Maßnahmen sowie deren erfolgreiche Umsetzung aufzeigen, und damit Betreibern von Industriezonen, Investoren, Finanzinstitutionen und zuständige Behörden tragfähige Lösungen an die Hand geben.

In den meisten Fällen sind angemessene Abwasserkonzepte für Industriezonen eine Kombination aus zentralen und dezentralen, sowie technischen und ökonomischen Maßnahmen. Zentrale Kläranlagen können ohne dezentrale Vorbehandlung des Abwassers nicht funktionieren, wenn toxische Stoffe oder Hemmstoffe eingeleitet werden. Zusätzlich ist die (Wieder-)Verwendung von Wasser, Wertstoffen und Energie aus Abwasser in produktionsnahen, dezentralen Anlagen in der Regel profitabler, da hier die direkte Einbindung von wasser- und energieeffizienten Lösungen möglich ist.

Der integrierte Managementansatz war notwendig, um eine optimale Wertschöpfung der Abwasserbehandlung in Industriezonen sicherzustellen. Ein Finanzmodell sollte als wichtiger Bestandteil des Konzepts nötige Investitionen, Betriebskosten-Budgets und zu erwartende Cash-flows aufzeigen.

Entwicklung des integrierten Gesamtkonzepts

Neben der Koordination des gesamten Forschungsvorhabens stellten die Entwicklung und der Funktionsnachweis eines integrierten Managementkonzepts für die Abwasserentsorgung in tropischen Industriezonen (AKIZ) die wesentlichen Aufgaben des Teilprojekts 1 dar.

Beruhend auf den Ergebnissen der anderen Teilprojekte musste das AKIZ-Managementkonzept einerseits zentrale und dezentrale, entstehungsnahe Lösungen für die Behandlung von Industrieabwasser aufzeigen, andererseits aber auch technologische und ökonomische Aspekte berücksichtigen. Das Konzept deckt alle relevanten Aufgaben des nachhaltigen Betriebs der Abwasserinfrastruktur in der Industriezone ab, wobei den spezifischen Gegebenheiten vor Ort besondere Beachtung zukommt.

Das Konzept beinhaltet ein umfassendes Monitoring- und Überwachungssystem, das die Leistungsfähigkeit im täglichen Betrieb überwachte, und Grundlagen für Kostenkalkulation und Refinanzierung aller Anlagen und Organisationen innerhalb der Industriezone schafft.

Sektorübergreifende Aspekte und Capacity Building

Um das Managementkonzept zu vervollständigen wurden Untersuchungen zu angrenzenden Fachgebieten wie Abfall- und Altlastenmanagement sowie zu soziologischen und ökologischen Aspekten durchgeführt. Die nachhaltige Umsetzung und Verbreitung der Ergebnisse wurde zusätzlich durch Maßnahmen zum Capacity Building unterstützt.

Ziele und Aufgaben

Giftige Abwässer sind eine akute Gefahr für Mensch und Umwelt. Im Rahmen des TP 2 wurden bewährte chemisch-physikalische Technologien für die dezentrale, entstehungsnahe Detoxikation von industriellem Abwasser an die lokalen Bedingungen angepasst. Deren Anwendbarkeit wurde mit Pilotanlagen demonstriert.

Verschiedene Optionen zur Abwasserbehandlung

Die Verschiedenartigkeit der Inhaltsstoffe in industriellem Abwasser erforderten in der Regel eine Kombination von mehreren Behandlungsmethoden zur Detoxikation. Das Ziel des Projekts war die Ermittlung einer effizienten Kombination gängiger Verfahren, wie Separationstechniken, Fällung und Flockung, Adsorption mit Aktivkohle, Filtration (z. B. durch Membranen), biologische Behandlung (z. B. SBR, Schwebekörper), chemischer und weitergehender Oxidation mit H2O2 etc.

Pilotanlage für die Detoxikation

Basierend auf der Identifikation relevanter Industrien und toxischer Abwasserströme in Can Tho wurde ein anwendungsbezogenes Behandlungskonzept ausgearbeitet und untersucht. Dazu wurde eine Pilotanlage vom Industriepartner HST auf dem Gelände eines pestizidverarbeitenden Unternehmens eingerichtet. Die Anlage mit verschiedenen chemisch-physikalischen Behandlungsmethoden für die Detoxikation von stark belastetem Industrieabwasser wurde im laufenden Betrieb evaluiert und optimiert.

Anaerobe Behandlung bei hohen organischen Abwasserbelastungen in tropischen Regionen

Die damalige Forschung und Anwendung zeigte, dass die dezentrale anaerobe Behandlung von Industrie- und Kommunalabwasser in tropischen Regionen besonders effektiv ist, da diese Methode durch die hohen Temperaturen begünstigt wird. Dies ist besonders für Abwasser mit einem hohen Gehalt an organischen Verbindungen relevant, wie man es in Fisch und Meeresfrüchte verarbeitenden Industrien vorfindet.

Die anaerobe Behandlung bietet zusätzlich Vorteile: Zum einen entsteht Biogas, das zur Energiegewinnung genutzt werden kann und den Prozess damit sowohl ökologisch als auch ökonomisch interessant macht. Zum anderen ist die Produktion von überschüssigem Klärschlamm bei anaerober Abwasserbehandlung gering, bei gleichzeitig sehr guten Entwässerungseigenschaften des Schlamms.

Ziele und Aufgaben

Um die Anwendbarkeit eines Systems zur anaeroben Abwasserbehandlung mit Energiegewinnung unter realen Bedingungen zu zeigen, wurde im TP 3 eine Pilotanlage für ein fischverarbeitendes Unternehmen mit hohen organischen Frachten konzipiert und getestet.

Pilotsystem

Die Pilotanlage bestand aus anaeroben Reaktoren, Anlagen zur Fassung und Reinigung des anfallenden Biogases sowie Probe- und Kontrolleinheiten. Das Biogas wurde als Energiequelle für Kühlungszwecke verwendet. 

Die Pilotanlage wurde von dem Industriepartner Passavant-Roediger gebaut. Innerhalb des Projekts wurde der Prozess im Hinblick auf hohe Umsetzungsraten und Biogaserträge optimiert.

Im TP 4 wurden zunächst die Betriebe in der Industriezone Tra Noc identifiziert, bei denen die Rückgewinnung von Wertstoffen aus dem anfallenden Abwasser ökonomisch sinnvoll erschien. Ziel war es, hierfür eine angepasste, prozessbegleitende stoffliche Wiedergewinnung mit Membrantechnologie zu entwickeln und deren Funktionsweise aufzuzeigen.

Anwendung von Membrantechnologie

Bei der Industrieproduktion anfallendes Abwasser enthält häufig eine hohe Konzentration an Wertstoffen, die nutzbar gemacht werden können. Die Rückgewinnung der Wertstoffe kann realisiert werden, indem die Wertstoffe separiert bzw. aufkonzentriert werden. Zu diesem Zweck war die auf physikalischer Separation basierende Membranfiltration besonders geeignet. Die Eigenschaften der Inhaltstoffe blieben bei der Membranfiltration unverändert und eine Wiederverwertung war ohne aufwendige Nachbehandlung möglich.

Die Wiederverwertbarkeit der Wasserinhaltsstoffe senkte den erforderlichen Nettoeinsatz des produzierenden Unternehmens und somit seine Betriebskosten. Aufgrund der Filtration verringerte sich die im Zentralklärwerk ankommende Schmutzfracht mit positivem Einfluss auf Investitions- und Betriebskosten.

Aufgrund der verschiedenen Membranmaterialien und -anwendungsbereiche war eine detaillierte Voruntersuchung zur Auswahl des passenden Membranverfahrens erforderlich. Wichtiges Kriterium dabei war ein hoher wirtschaftlicher Ertrag durch effiziente Wertstoffrückgewinnung.

Pilotanlage

Durch Labortests in Deutschland und Tra Noc wurden im Vorfeld passende Membranverfahren ausgewählt. Auf Grundlage der Untersuchungsergebnisse wurde dann eine Pilotanlage vom Industriepartner EnviroChemie gebaut und am ausgewählten Produktionsstandort (Brauerei bzw. Chitinproduktion) in Tra Noc installiert.

Während des Betriebs der Pilotanlage wurden verschiedene Betriebsmodi getestet, um einen optimalen Wirkungsgrad zu erzielen. Durch den praktischen Einsatz vor Ort konnten relevante Aspekte untersucht werden, wie die Anfälligkeit für Fouling und Scaling unter den klimatischen Bedingungen, die Qualität, Stabilität und Wiederverwertungskonzepte der zurückgewonnenen Stoffe sowie die Reduzierung der Betriebskosten.

Veröffentlichung der Ergebnisse

Zusätzlich zur Veröffentlichung und Verbreitung der Projektergebnisse durch die Projektpartner des TP 4 war die Vietnamesisch-Deutsche Universität (VGU) in das Projekt involviert, um mit ergänzenden Maßnahmen zum Wissenstransfer zu unterstützen.

Monitoring-Konzept

Für die technische und ökonomische Planung von Systemen der Abwasser-
behandlung sind verlässliche Datengrundlagen aus diversen Abwasseranalysen nötig. Zum Projektbegin waren solche Datensätze weder für die Industriezone Tra Noc noch für ähnliche Industriezonen in ausreichendem Umfang verfügbar. Deshalb wurde ein Monitoring- und Überwachungskonzept entwickelt, das für die spezifischen Bedingungen in Vietnam aber auch in anderen Schwellen- und Entwicklungsländern mit ähnlichen Rahmenbedingungen geeignet ist.

Das Monitoringkonzept berücksichtigte dabei die lokalen Besonderheiten im Hinblick auf ökologische, rechtliche, institutionelle organisatorische sowie ökonomische Aspekte.

Messprogramme

Aufbauen auf die Identifikation relevanter Messstellen und Parameter wurden geeignete Messprogramme entwickelt und in der Industriezone Tra Noc durchgeführt. Das Hautaugenmerk lag dabei auf toxischen Verunreinigungen und Hemmstoffen, die den biologischen Reinigungsprozess in der Kläranlage beeinträchtigen.

Entwicklung und Inbetriebnahme eines Containerlabors

In der Industriezone Tra Noc wurde ein Containerlabor installiert, das speziell auf die Bedingungen von Industriezonen in tropischem Klima abgestimmt ist. Für das Labor wurden analytischer Konzepte ausgearbeitet und evaluiert, mit Blick auf die Monitoringaufgaben sowie auf die praktische Funktionalität und optimale Labororganisation.

Das Labor verfügte zusätzlich über Analysekapazitäten für Messprogramme der anderen Teilprojekte des AKIZ-Verbundvorhabens. Für die Verwaltung der Analysedaten wurde ein Archivierungssystem mit Fernabfrage erprobt werden.

Konzept für das Klärschlamm-Management

Aufgrund der vor dem AKIZ-Projekt rapide gestiegenen Anzahl von Kläranlagen in Vietnam wurden dringend nachhaltige Konzepte zum Klärschlamm-Management benötigt.

Ziele und Aufgaben

Am Beispiel der Industriezone Tra Noc wurde ein speziell auf tropische Industrie-
zonen ausgelegtes Konzept zum Klärschlamm-Management entwickelt, das den Einfluss der vorhandenen Anlagen zur Abwasser(vor-)behandlung sowie der Qualität des anfallenden Klärschlamms berücksichtigte. Die erarbeiteten Handlungsanweisungen für den Umgang mit Klärschlamm, einschließlich Wiederverwertung und Entsorgung, wurden nicht nur auf das zentrale Klärwerk beschränken, sondern schloßen ebenso die dezentralen Abwasseranlagen in ausgesuchten Industriebranchen ein (u. a. aus TP 2 – 4).

Studie zur Klärschlammsituation und Praxistests zur Klärschlammbehandlung

Da nur wenige Daten über Qualität und Quantität des Klärschlammaufkommens in der Industriezone Tra Noc verfügbar waren, wurden in der ersten Projektphase Grundlagendaten über Abwasserqualität und Klärschlammproduktion gesammelt.

Mit Sedimentationsversuchen und Experimenten zur biologischen Abwasser-
behandlung im Labormaßstab wurde Primär- und Sekundärschlamm verschiedener Abwässer gewonnen. Diese simulieren die unterschiedlichen Charakteristika der Abwässer verschiedener Industrien und somit den gemischten Zulauf zum Zentralklärwerk. Damit wurde eine Prognose bezüglich Menge und Qualität des Klärschlamms ermöglicht und die Verschiedenartigkeit der Abwässer berücksichtigt.

Für die Schlammuntersuchungen in Tra Noc wurde die technische Versuchs-
ausrüstung vom Industriepartner Passavant-Roediger geliefert.

Relevante Technologien für die Klärschlammbehandlung

Folgende Methoden wurden für das Projekt als relevant befunden:

• Anaerobe Gärung mit und ohne chemischen Abbau
• Co-Kompostierung zusammen mit organischem Abfall
• Natürliche Entwässerung und Trocknung
• Klärschlammvererdung

Das Konzept zum Klärschlamm-Management umfasste unter anderem Praxisversuche zur Ermittlung adäquaten Technologien für Tra Noc. Unter anderem wurde der Effekt von Hemmstoffen in Abwasser und Klärschlamm untersucht, die eine Einschränkung der biologischen Klärschlammbehandlung darstellten.