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Konzipierung und Projektierung einer Reinigungsanlage für Abwässer aus Probefahrten von Fährschiffen

Diplomarbeit 2000 137 Seiten

Ingenieurwissenschaften - Allgemeines

Leseprobe

Inhaltverzeichnis

Anhangverzeichnis

Abbildungsverzeichnis

Tabellenverzeichnis

Verzeichnis der verwendeten Abkürzungen

1 Einführung und Ziel der Arbeit
1.1 Flensburger Schiffbau-Gesellschaft mbH & Co. KG
1.2 Ziel der Arbeit

2 Gesetzliche Grundlagen

3 Stand der Technik zur Abwasserreinigung
3.1 Verfahrensübersicht zur Abwasserreinigung
3.2 Biologische Abwasseraufbereitung
3.3 Chemisch / physikalische Abwasseraufbereitung
3.3.1 Adsorption
3.3.2 Fällung / Flockung
3.3.3 Elektrochemische Verfahren
3.3.4 Ionenaustausch
3.3.5 Nassoxidation
3.4 Mechanische Abwasseraufbereitung
3.4.1 Schwerkraftsedimentation
3.4.2 Fliehkraftsedimentation
3.4.3 Flotation
3.4.4 Filtration
3.4.5 Membrantrennverfahren
3.5 Thermische Abwasseraufbereitung

4 Abwasseruntersuchung
4.1 Qualitative Abwasseruntersuchung
4.1.1 Definition und Herkunft der zu behandelnden Abwässer
4.1.2 Erläuterungen zu den analysierten Abwässern
4.1.3 Analyseergebnisse [vgl. Anhang 10 und 11]
4.1.4 Einstufung des Abwassers in Wassergefährdungsklassen nach Anhang 4 der VwVwS / Beurteilung der Genehmigungspflicht nach §33 des LWG
4.2 Untersuchung der Reinigungsleistung verschiedener Fällungs- und Flockungs- bzw. Adsorptionschemikalien
4.2.1 Untersuchungsergebnisse der Firma Buderus
4.2.2 Untersuchungsergebnisse der bei der Firma Protec behandelten Abwasserprobe
4.3 Quantitative Abwasseruntersuchung
4.3.1 Darstellung der angefallenen Abwassermengen der Jahre 1998 bis 2000
4.3.2 Bestimmung der mittleren jährlichen Abwassermenge und der mittleren Gesamtchargengröße
4.3.3 Bestimmung der maximalen Chargengröße und des minimal notwendigen Volumens eines Sammel- bzw. Pufferbehälters

5 Anlagenkonzept
5.1 Variationsmatrix
5.2 Grundfliessbild der Reinigungsanlage für Abwässer aus dem Schiffsbetrieb und der Schiffsinnenreinigung
5.3 Verfahrensfliessbild der Abwasserreinigungsanlage für Abwässer aus dem Schiffsbetrieb und der Schiffsinnenreinigung
5.4 Aufstellraum und Platzbedarf der Anlage
5.4.1 Beschreibung des Aufstellraumes
5.4.2 Lageplan der Werft mit Aufstellraum der Abwasserreinigungsanlage und schematischer Darstellung der Rohrleitungen
5.5 Skizze des Aufstellraumes mit Aufstellungsplan der Anlage

6 Projektplanung

7 Auslegung und Berechnung von Rohrleitungen, Behältern, Pumpen und Apparaten
7.1 Auslegung der Hauptrohrleitungen
7.2 Berechnungen zur Auslegung der Pumpe P1
7.2.1 Grundlagen für die Berechnung der minimal notwendigen Förderhöhe der Pumpe P1
7.2.2 Berechnung der minimal notwendigen Förderhöhe der Pumpe P1
7.2.3 Spezifikation der Pumpe P1
7.3 Auslegung und Spezifikation der Pumpe P4
7.4 Auslegung und Spezifikation der Pumpen P5 und P6
7.5 Auslegung und Spezifikation der Dosierpumpen P2 und P3
7.6 Auslegung und Festigkeitsnachweis des Sammelbehälters B1
7.6.1 Festigkeitsnachweis des Behälters B1
7.6.2 Skizze des Sammelbehälters B1
7.7 Auslegung und Spezifikation des Reaktionsbehälters B2
7.8 Auslegung und Spezifikation des Trockengutdosierers H1
7.9 Auslegung und Spezifikation der Filtersackeinheit F1
7.10 Auslegung des Rührwerks R1
7.11 Auslegung des Rührwerks R2
7.12 Grafische Darstellung des Ablaufs des Chargenprozesses

8 Wirtschaftlichkeitsberechnung
8.1 Erläuterung der angewendeten Investitionsrechenverfahren
8.1.1 Statische Investitionsrechnung / Amortisationsrechnung
8.1.2 Dynamische Investitionsrechnung / Kapitalwert- und Annuitätenmethode
8.2 Ermittlung der Betriebs- und Investitionskosten unterschiedlicher Abwasserreinigungsanlagen
8.2.1 Ermittlung der Investitionskosten für verschiedene Investitionsvarianten
8.2.2 Ermittlung der Investitionskosten für die verschiedenen Investitionsvarianten unter Berücksichtigung unterschiedlicher Entsorgungskostenentwicklungen
8.3 Ergebnisse der Wirtschaftlichkeitsberechnung
8.3.1 Ergebnisse der Berechnung der Amortisationszeit möglicher Investitionsvarianten
8.3.2 Ergebnisse der Berechnung der Annuität möglicher Investitionsvarianten

9 Schlussbetrachtung

10 Literaturverzeichnis

Anhang

Anhangverzeichnis

Anhang

Gesetz zur Ordnung des Wasserhaushalts; (Wasserhaushaltsgesetz – WHG )

Auszug §7

In der Fassung vom 12. November 1996 (BGB1.I S. 2455)

Zuletzt geändert am 03. Mai 2000 (BGB1. I S. 632)

Anhang

Allgemeine Verwaltungsvorschrift zum Wasserhaushaltsgesetz über die

Einstufung wassergefährdender Stoffen in Wassergefährdungsklassen

(Verwaltungsvorschrift wassergefährdende Stoffe – VwVwS)

Auszüge §1, §2; Anhang 2, Anhang 4

In de Fassung vom 17. Mai 1999

Anhang 36

Wassergesetz des Landes Schleswig-Holstein; (Landeswassergesetz - LWG)

Auszug § 32 und § 33

In der Fassung vom 07. Februar 1992

Zuletzt geändert am 08. Februar 2000

Anhang 48

Landesverordnung (des Landes Schleswig–Holstein) über Anlagen zum Umgang

mit wassergefährdenden Stoffen; (Anlagenverordnung – VAwS)

Auszüge §6 und §13

In der Fassung vom 31. Mai 1996

Anhang 5

Verwaltungsvorschrift zum Vollzug der Landesverordnung (des Landes

Schleswig-Holstein über Anlagen zum Umgang mit wassergefährdenden Stoffen (VV– VAwS)

Auszüge §3, §11, Anlage zu §4

In de Fassung vom 09. Oktober 1996

Anhang 6

Satzung über die Abwasserbeseitigung der Stadt Flensburg

(Abwassersatzung)

Auszug § 3

In der Fassung vom 30. März 1995

Anhang 7

Auszug aus Arbeitsblatt A115 der ATV (Abwassertechnische Vereinigung e. V.)

„Einleiten von nicht häuslichem Abwasser in eine öffentliche Abwasseranlage“

Oktober 1994

Anhang 8

Auszug aus Arbeitsblatt M707 der ATV (Abwassertechnische Vereinigung e. V.)

„Abwässer aus der Transportbehälterinnenreinigung“

August 1994

Anhang 9

Analysebericht der Firma Buderus / Chemisches Labor ZQ/5,

- Analyse einer unbehandelten Abwasserprobe -

vom 14. August 2000

Anhang 10

Analysebericht des Instituts für Umweltanalytik und Angewandte Ökologie,

- Analyse einer unbehandelten sowie mehrerer mit Adsorbentien behandelter Abwasserproben -

vom 13. September 2000

Anhang 11

Det Norske Veritas

Rules for Klassifikation; Auszug: Part 3, Appendix B, Seite 74

vom Juli 1998

Anhang 12

Angebot der Firma PROTEC über eine

„Automatische Abwasserreinigungsanlage für Abwässer aus Schiffsprobeläufen“ vom 19. Oktober 2000

Abbildungsverzeichnis

Abbildung 3-1: Verfahrensübersicht der Verfahren zur Abwasserbehandlung

Abbildung 3-2 aus [ 6 ] : Löslichkeit der Metallhydroxide in Abhängigkeit vom pH-Wert

Abbildung 3-3 aus [ 6 ] : Verlauf des pH-Wertes bei der Fällung von Eisen-II-Ionen als Hydroxide aus saurem Abwasser mit Natronlauge

Abbildung 3-4 aus [ 2 ] : Schematische Darstellung eines Rechteckvorklärbeckens

Abbildung 3-5 aus [ 6 ] : Lamellenabscheider Querschnitt

Abbildung 3-6 aus [ 2 ] : Hydrozyklon schematisch

Abbildung 3-7 aus [ 2 ] : Prinzip der Kuchenfiltration

Abbildung 5-1:Grundfließbild der Reinigungsanlage für Abwässer aus dem Schiffsbetrieb und der Schiffsinnenreinigung

Abbildung 5-2: Verfahrensfliessbild der Abwasserreinigungsanlage für Abwässer aus dem Schiffsbetrieb und der Schiffsinnenreinigung

Abbildung 5-3: Auszug aus dem Lageplan der Werft mit Aufstellraum und schematischer Darstellung der notwendigen Rohrleitungen

Abbildung 5-4: Skizze des Aufstellraumes mit Aufstellungsplan der Anlage

Abbildung 6-1: Projektplanung (zeitlich) Erstellt in Acos Plus.1, Version 8.1

Abbildung 7-1: Belastungsfall der Seitenwände des Sammelbehälters

Abbildung 7-2: Belastungsfall des Bodens des Sammelbehälters

Abbildung 7-3: Skizze des Aufstellraumes mit Aufstellungsplan der Anlage

Abbildung 8-1: Vergleich der Amortisationsdauer verschiedener Investitionsvarianten

Abbildung 8-2: Vergleich der Amortisationsdauer verschiedener Investitionsvarianten

Abbildung 8-3: Vergleich der Amortisationsdauer verschiedener Investitionsvarianten

Abbildung 8-4: Vergleich der Annuitäten verschiedener Investitionsvarianten

Abbildung 8-5: Vergleich der Annuitäten verschiedener Investitionsvarianten

Abbildung 8-6: Vergleich der Annuitäten verschiedener Investitionsvarianten

Tabellenverzeichnis

Tabelle 3-1: Beispiele technischer Adsorbentien und deren Anwendungen

Tabelle 3-2: Erweiterte Fällungs-pH-Wert-Bereiche einiger Metallionen

Tabelle 4-1: Allgemeine Angaben zu den Abwasserproben

Tabelle 4-2: Analyseergebnisse von zwei Rohwasserproben (Probefahrten 1 und 2 der Bau-Nr.711)

Tabelle 4-3: Ergebnisse der Abwasseranalyse der Probe Nr.1 behandelt mit LUGAN-Anlage (Firma Buderus)

Tabelle 4-4: Analyseergebnisse der bei der Firma Protec behandelten Abwasserprobe

Tabelle 4-5: Angefallene Abwassermengen (Öl-Wassser-Gemisch) der Jahre 1998-2000

Tabelle 5-1: Variationsmatrix

Tabelle 8-1 Darstellung der, unter Einbeziehung unterschiedlicher Entsorgungskostenentwicklungen, berechneten Investitionsvarianten

Tabelle 8-2: Berechnung der Kosten für die Entsorgung des in der Vorreinigungsstufe der Abwasserreinigungsanlage abgeschiedenen Altöls

Tabelle 8-3: Berechnung der jährlichen Betriebskosten der Hauptreinigungsstufe der Abwasserreinigungsanlage

Tabelle 8-4: Jährliche Gesamt-Betriebs-Kosten der Abwasserreinigungsanlage

Tabelle 8-5: Jährliche durchschnittliche Entsorgungskosten für Öl-Wasser-Gemische (ohne Abwasserreinigungsanlage)

Verzeichnis der verwendeten Abkürzungen

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

1 Einführung und Ziel der Arbeit

1.1 Flensburger Schiffbau-Gesellschaft mbH & Co. KG

Die Flensburger Schiffbau-Gesellschaft (FSG) ist eine kompakte Serienschiffbauwerft, die 1872 in Flensburg gegründet wurde.

Die Werft wurde 1990 im Anschluss an ein 4-jähriges Insolvenzverfahren von der Reederei Egon Oldendorff, dem größten deutschen Tramp (Fracht-) Reeder mit einer Flotte von ca.160 Schiffen (80 gecharterte sowie 80 eigene), übernommen.

Die Betätigungsfelder der Oldendorff-Gruppe sind, neben der Schifffahrt und dem Schiffbau, die Landwirtschaft und Immobilien.

Die FSG beschäftigt derzeit etwa 600 Mitarbeiter, die einen Umsatz von 250 Mio. DM pro Jahr erwirtschaften. Dies entspricht der Fertigung von z. B. vier Containerfähren (Gesamttragfähigkeit 26.600 t / Länge 193 m).

Der 280 m * 50 m * 50 m große überdachte Bauhelgen ermöglicht eine von Wetter und Jahreszeiten unabhängige Fertigung.

Die Produktpalette der FSG umfasste in der Vergangenheit alle vorstellbaren Schiffstypen, von Segelschiffen bis zu Schwimmbaggern.

Seit der Übernahme durch die Oldendorff-Gruppe wurde das Hauptgewicht auf die Serienfertigung von Containerschiffen gelegt. In den letzten Jahren wurde jedoch durch Preisdumping asiatischer Werften die Produktion von Containerschiffen in Deutschland zusehends unrentabler. Aufgrund dieser Tatsache wurde eine Neuausrichtung der Werft vorgenommen, so dass jetzt Ro-Ro-Fähren (Containerfähren) und Ro-Pax-Fähren (Fähren mit hohem Passagieranteil) den größten Teil der produzierten Schiffe ausmachen.

Des weiteren wird zur Zeit noch ein zweites Marineschiff (Einsatzgruppenversorger) gefertigt.

1.2 Ziel der Arbeit

Es soll eine Abwasserreinigungsanlage konzipiert und projektiert werden für Abwässer aus dem Schiffsbetrieb während der Probefahrt sowie für Abwässer aus der Reinigung des Maschinenraumes nach der Probefahrt.

Auf Neubauten fallen diverse Abwässer an, die sich alle im Bilgetank sowie auch in der Maschinenraumbilge sammeln. Des weiteren fallen bei der Probefahrt und dem Probelauf der Hauptmaschinen Ölschlämme aus der Schwerölaufbereitung an Bord an, die im Sludge (Schlamm-) Tank gesammelt werden. Da die Neubauten jedoch bei der Übergabe an den Käufer meist leere und gereinigte Tanks sowie auch einen gereinigten Maschinenraum aufweisen müssen, ist es notwendig, nach der Probefahrt die entstandenen Ab- und Waschwässer zu entsorgen.

Das in den Tanks und der Maschinenraumbilge gesammelte Gemisch aus Wasser, Öl und Reinigungsmitteln soll zunächst mit einer geeigneten Pumpe von Bord gepumpt werden und anschließend in einer, in der Nähe des Ausrüstungskais stationär aufgestellten, Abwasserreinigungsanlage behandelt werden. Das aufbereitete Wasser soll anschließend in die Kanalisation eingeleitet werden (Indirekteinleitung), wobei Auflagen von Seiten der zuständigen Behörden zu beachten sind.

Bei der Erstellung des Konzepts sollte von vornherein die Wirtschaftlichkeit als eines der Hauptentscheidungskriterien für die spätere Umsetzung beachtet werden.

2 Gesetzliche Grundlagen

Der Gesetzgeber hat das Abwasserrecht zunächst grob in zwei Gruppen geteilt. Entscheidendes Kriterium für die Zugehörigkeit zu einer Gruppe ist die Art der Abwassereinleitung.

- Direkteinleiter

leiten die vorher gereinigten Abwässer direkt in Vorfluter (Seen, Flüsse) ein,

z. B. kommunale Kläranlagen und Kraftwerke.

- Indirekteinleiter

leiten ihre Abwässer in die öffentliche Kanalisation ein, wo sie mit diversen anderen Abwässern gemischt und schließlich (in einer kommunalen Kläranlage) gereinigt werden. Eine Reinigung vor Einleitung in die Kanalisation ist nur bei Nichteinhaltung von Grenzwerten notwendig.

Private Haushalte sind keine Indirekteinleiter.

Die Flensburger Schiffbaugesellschaft ist derzeit ein sowohl direkt, als auch indirekt einleitendes Unternehmen.

Für die Abwasserreinigungsanlage ist die Indirekteinleitung vorgesehen. Es werden daher nur die Gesetze, die für Indirekteinleiter zutreffend sind, im Folgenden dargestellt.

- Bundesebene:

- Im Wasserhaushaltsgesetz (WHG) wird das Wasserrecht geregelt. Nach §7a des WHG [Anhang 1] stellen die Länder sicher, dass beim Einleiten in die öffentliche Kanalisation die Schadstofffracht so gering ist, wie es der Stand der Technik erlaubt.
- In der Abfallbestimmungsverordnung (AbfBestV) werden „besonders überwachungsbedürftigen Abfällen“ Schlüsselnummern zugeordnet, um eine klare und einheitliche Einteilung der Abfälle nach Herkunft und Inhalt zu gewährleisten.
- In der Verwaltungsvorschrift wassergefährdende Stoffe (VwVwS) [Auszüge in Anhang 2] wird eine weitere Klassifizierung der Abwässer bzw. die Bewertung des Gefährdungspotenzials einzelner Inhaltsstoffe vorgenommen. Sämtliche möglichen Inhaltsstoffe werden in dieser Vorschrift in drei Wassergefährdungsklassen bzw. als ungefährlich eingestuft.

- Landesebene

- Gemäß §7 des WHG hat das Land Schleswig-Holstein ein Landeswassergesetz (LWG) erlassen. In §33 dieses Gesetzes [Anhang 3] wird auf §7 der Abwasserverordnung bzw. die untergeordneten Verwaltungsvorschriften verwiesen, in denen alle Abwässer mit wassergefährdenden Stoffen als genehmigungspflichtig eingestuft werden.
- In der Verordnung (des Landes Schleswig – Holstein) über Anlagen zum Umgang mit wassergefährdenden Stoffen (VAwS) [Anhang 4] und der

- Verwaltungsvorschrift zum Vollzug der Landeverordnung des Landes Schleswig-Holstein über Anlagen zum Umgang mit wassergefährdenden Stoffen (VV-VAwS) [Anhang 5]

werden diverse Auflagen für den Betrieb von Anlagen mit wassergefährdenden Stoffen festgelegt. Diese Auflagen sind je nach Wassergefährdungsklasse des Abwassers abgestuft.

Kommunale Ebene

- Auf kommunaler Ebene ist die Satzung über die Abwasserbeseitigung der Stadt Flensburg (Abwassersatzung) [Anhang 6] zu beachten. Diese Satzung ist für genehmigungspflichtige sowie auch für nicht genehmigungspflichtige, indirekt eingeleitete Abwässer, bindend.

Die Abwassersatzung dient dem Schutz der Kanalisation sowie auch der kommunalen Kläranlage. In dieser Satzung werden nochmals die Einleitbedingungen festgelegt, die als Mindeststandard anzusehen sind.

In der Flensburger Abwassersatzung wurden die im Arbeitsblatt A 115 [Anhang 7] der Abwassertechnischen Vereinigung (ATV) festgelegten „Allgemeinen Richtwerte für die wichtigsten Beschaffenheitskriterien“ von Abwasser als verbindliche Grenzwerte übernommen.

Bis zum Zeitpunkt der ersten Kontaktaufnahme mit der Flensburger Stadtreinigung, die zuständige Behörde für Indirekteinleiter in Flensburg, waren dort noch keine Beschaffenheitskriterien für Abwässer aus der Tankinnenreinigung bzw. dem Schiffsbetrieb festgelegt. In Absprache mit dem zuständigen Sachbearbeiter wurde schließlich das Arbeitsblatt M707 der Abwassertechnischen Vereinigung „Abwässer aus der Transportbehälterinnenreinigung“ [Anhang 8] als Bewertungsgrundlage für die Genehmigung einer Abwasserreinigungsanlage für Abwässer aus dem Schiffsbetrieb und der Tankinnenreinigung festgelegt.

Konsequenz:

Die Einstufung des Abwassers in Wassergefährdungsklassen muss anhand von Abwasseranalysen erfolgen.

Es muss geprüft werden, ob die Abwasserreinigungsanlage genehmigungspflichtig ist. Gegebenenfalls sind die in der VAwS und der VV-VAwS beschriebenen Sicherheitsvorkehrungen gegen den Austritt wassergefährdender Stoffe bei der Erstellung des Anlagenkonzeptes zu beachten.

3 Stand der Technik zur Abwasserreinigung nach [2] und [6]

3.1 Verfahrensübersicht zur Abwasserreinigung

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Abbildung 3 - 1 : Verfahrensübersicht der Verfahren zur Abwasserbehandlung

Um einen kompletten Überblick über den Stand der Technik zu den Verfahren der Abwasseraufbereitung (vgl . Abbildung 3-1) zu erhalten, wird im Folgenden auch kurz auf die für die aktuelle Problemstellung nicht relevanten Verfahren eingegangen.

3.2 Biologische Abwasseraufbereitung

In natürlichen Gewässern läuft kontinuierlich ein Reinigungsprozess ab. Organisches und anorganisches Material wird dabei durch Mikroorganismen oxidiert oder mineralisiert.

In der biologischen Reinigungsstufe einer Kläranlage macht man sich die Aktivität dieser spezifischen Mikroorganismen zu Nutze. Man unterscheidet zwischen Aerobiern, welche bei Gegenwart von Sauerstoff tätig sind, und Anaerobiern, die sich bei Abwesenheit von Sauerstoff vermehren und dabei bestimmte Stoffe abbauen können. In der biologischen Reinigungsstufe werden die gelösten und kolloidal gelösten organischen Inhaltsstoffe durch Mikroorganismen hauptsächlich in CO2 und Biomasse umgewandelt. Die partikuläre Biomasse lässt sich dann mechanisch aus dem Abwasser entfernen. Kommunales Abwasser wird biologisch nur aerob gereinigt. Es lassen sich drei Verfahrensziele definieren:

I. der Abbau der organischen Kohlenstoffverbindungen,
II. die Entfernung der Stickstoffverbindungen über Ammonifizierung, Nitrifizierung und Denitrifizierung und
III. die Entfernung der Phosphate.

Um auch nur die ersten beiden Verfahrensziele zu erreichen, ist das Zusammenschalten mehrerer Reaktoren mit dem Einsatz jeweils spezieller Mikroorganismen notwendig. Dabei können sehr unterschiedliche Verfahren und Verfahrenskombinationen zum Einsatz kommen. Bei totalem Abbau bildet sich Kohlendioxid, Ammoniak und Wasser.

Bezug zur Aufgabenstellung:

Die biologische Abwasseraufbereitung der bei der Flensburger Schiffbau-Gesellschaft entstehenden Abwässer findet in der kommunalen Kläranlage statt. Um jedoch einen störungsfreien Betrieb der kommunalen Kläranlage zu gewährleisten, müssen dem Abwasser vor dem Indirekteinleiten, also dem Einleiten in die Kanalisation, die toxischen Inhaltsstoffe (z. B.: Schwermetalle) weitestgehend entzogen werden.

3.3 Chemisch / physikalische Abwasseraufbereitung

3.3.1 Adsorption

Die Adsorption ist ein Anreicherungsverfahren für Stoffe in geringen Konzentrationen in großen Stoffströmen. Angewendet wird dieses Verfahren auf

- gelöste Stoffe in wässrigen Phasen,
- flüchtige organische Stoffe in Gasphasen und
- kolloidal gelöste und disperse Stoffe in wässrigen Phasen.

Die Stoffe werden je nach den physiko-chemischen Eigenschaften des Adsorbens durch Van-der-Waals-, Dipol- oder Coulombkräfte an der Adsorberoberfläche angelagert. In vielen Fällen kann das Adsorptionsmittel regeneriert werden; die adsorbierten Stoffe liegen dann als Konzentrat vor. Die Regeneration kann mittels

- thermischer Verfahren,
- Dampf oder
- Lösemitteln erfolgen.

Die unterschiedlichen Adsorbentien können durch ihre stoffspezifischen Eigenschaften verschiedene Inhaltsstoffe an ihrer Oberfläche anreichern. Aluminiumoxid, eingesetzt als poröses Material, ist beispielsweise in der Lage, gelöste polare Stoffe an der Oberfläche zu binden.

In der Tabelle 3-1 sind beispielhaft einige Anwendungsfälle mit den verwendeten Adsorbentien dargestellt.

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Tabelle 3 - 1 : Beispiele technischer Adsorbentien und deren Anwendungen

Aktivkohle wird zur Sorption von unpolaren oder schwach polaren Stoffen verwendet (z. B. Kohlenwasserstoffe, chlorierte Kohlenwasserstoffe). Adsorberharze sind makroporöse Polymere, die gelöste, mäßig polare Stoffe, wie z. B. Aromaten, chlorierte Kohlenwasserstoffe und nicht-ionische Tenside sorbieren. Die technische Gestaltung der Adsorption erfolgt als

- Perkolation- bzw. Filterbettkolonne oder
- Einrührverfahren.

Bei Anwendung des Einrührverfahrens ist oftmals eine adsorptive Flockung notwendig, damit die beladenen Adsorbentien nach Erreichen des Adsorptionsgleichgewichtes durch Filtration, Flotation oder Sedimentation vom gereinigten Medium (meist Wasser) getrennt werden können. Diese Flockenbildung wird durch Oxidhydrate des Eisens oder des Aluminiums erreicht. Beim Wachsen der Flocken werden gelöste, kolloidal gelöste oder disperse Stoffe (z. B. Emulsionen) sorbiert und von der Flocke eingeschlossen.

Um eine optimale Adsorption zu erreichen, sind besonders bei Vielstoffgemischen Temperatur, pH-Wert und Salzgehalt der Ausgangslösung zu untersuchen bzw. anzupassen. Des weiteren ist das Abwasser vor der Behandlung mit dem Adsorptionsmittel weitestgehend von Feststoffen zu befreien, da diese sonst die Oberfläche des Adsorbens blockieren würden.

Bezug zur Aufgabenstellung:

Die Adsorption ist bei schwermetallbelastetem Abwasser ein einfaches und sicheres Reinigungsverfahren. Es wird insbesondere bei der Behandlung kleiner Abwassermengen mit wechselnder Belastung im Chargenbetrieb angewendet. Durch die Weiterentwicklung der notwendigen Chemikalien in den letzten Jahrzehnten ist der Einsatzbereich weit gefächert und in fast allen Bereichen langjährig erprobt.

Die Kombination mit einem anschließenden Abscheideverfahren (Flotation, Sedimentation, Filtration) ist notwendig. Dieses Verfahren bestimmt einen großen Teil der Investitionskosten. Der apparatetechnische Aufwand für die eigentliche Adsorption ist, wie auch die Investitionskosten, gering.

3.3.2 Fällung / Flockung

Fällung und Flockung beschreiben zwei zeitlich aufeinanderfolgende Vorgänge.

Fällung beschreibt die Bildung einer unlöslichen Phase aus zwei oder mehr echt gelösten Komponenten. Es handelt sich um einen Phasenübergangsprozess, bei dem feindisperse bzw. kolloidal gelöste Mikroflocken entstehen.

Flockung beschreibt hingegen die Überführung der bei der Fällung entstandenen Mikroflocken in abscheidbare Makroflocken.

Fällung:

Die Fällung wird zur Abtrennung von Metallionen und Anionen, wie Fluorid, Sulfid, Sulfat und Phosphat, angewendet, wobei besonders die Phosphateliminierung in den kommunalen Kläranlagen große Bedeutung gewonnen hat.

Bei der Behandlung von industriellem Abwasser ist die Eliminierung von Schwermetallen meist das primäre Ziel. Die Metallionen werden mit Hilfe von Fällungsmitteln in schwer lösliche

Abbildung 3 - 2 aus [6 ]: Löslichkeit der Metallhydroxide in Abhängigkeit vom pH-Wert

- Hydroxide,
- Carbonate oder
- Sulfide umgesetzt.

Die Löslichkeit von Schwermetallen ist stark vom pH-Wert abhängig, d. h. jedes Metall hat ein ionenspezifisches Löslichkeitsminimum (vgl . Abbildung 3-2).

Findet die Fällung in diesem Bereich statt, so ist das Reinigungsergebnis optimal, man spricht daher auch von einem Fällungsoptimum. Die unterschiedliche Löslichkeit bei verschiedenen pH-Werten kann zu Problemen führen, da der pH-Wert während der Fällung nicht konstant ist (vgl. Abbildung 3-3). Bei zu starkem Übergang der Lösung in den alkalischen oder sauren Bereich können aufgrund der gesteigerten Löslichkeit bereits ausgefällte Metalle erneut in Lösung gehen.

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Abbildung 3 - 3 aus [6 ]: Verlauf des pH-Wertes bei der Fällung von Eisen-II-Ionen als Hydroxide aus saurem Abwasser mit Natronlauge

Der für die Fällung nutzbare pH-Wert-Bereich kann durch Zugabe verschiedener Chemikalien erweitert werden (vgl. Tabelle 3-2).

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Tabelle 3 - 2 : Erweiterte Fällungs-pH-Wert-Bereiche einiger Metallionen

Flockung:

Die bei der Fällung entstandenen Mikroflocken sind überwiegend negativ geladen, wodurch die feindispersen oder kolloidal gelösten Stoffe sich nicht ohne weitere Behandlung zu größeren Flocken verbinden können. Der Vorgang der Flockung kann in zwei zeitlich aufeinander folgende Abschnitte unterteilt werden.

Bei der Koagulation werden durch Zugabe von Elektrolyten (Salze) die elektrostatischen Abstoßungskräfte zwischen den feindispersen und kolloidal gelösten Teilchen aufgehoben.

Bei der Flocculation wird ein Zusammenballen der Feststoffpartikel durch Kollision erreicht. Die notwendige Energie wird durch Rühren in die Trägerflüssigkeit eingebracht. Unterstützt wird dieser Prozess durch diverse synthetische Flockungshilfsmittel. Dies sind langkettige Moleküle (Polymere), die je nach Einsatzbestimmung unterschiedliche Eigenschaften aufweisen.

Die wichtigsten Arten der heute angewendeten Flockungshilfsmittel sind:

- Nichtiogene Polymere
- Anionische Polymere
- Kationische Polymere

Bezug zur Aufgabenstellung:

Für Abwässer, die mit gelösten Schwermetallen belasteten sind, ist das Verfahren der Fällung / Flockung ein einfaches und sicheres Reinigungsverfahren. Die notwendigen Chemikalien können in ihrer Zusammensetzung variiert werden, so dass für jeden Anwendungsfall ein optimales Ergebnis erzielt werden kann.

Die Kombination mit einem anschließenden Abscheideverfahren (Flotation, Sedimentation, Filtration) ist notwendig. Dieses Verfahren bestimmt den größten Teil der Investitionskosten einer Aufbereitungsanlage. Der apparatetechnische Aufwand für die eigentliche Fällung und Flockung ist gering, ebenso die Investitionskosten.

3.3.3 Elektrochemische Verfahren

Elektrochemische Verfahren erreichen durch Anlegen eines elektrischen Feldes eine selektive Aufkonzentrierung bestimmter Ionen. Die Elektrolyse sowie auch die Elektrodialyse werden diesen Verfahren zugeordnet, wobei die Elektrodialyse aufgrund der Verwendung einer Membran auch den Membrantrennverfahren zugeordnet werden kann.

Das Verfahren eignet sich zur Rückgewinnung von gelösten Metallen, da keine Reaktion oder Vermischung mit anderen Stoffen stattfindet.

Bezug zur Aufgabenstellung:

Das Verfahren ist nur bei bekannter Zusammensetzung eines mit Schwermetallen belasteten Abwassers anwendbar und auch nur dann wirtschaftlich vertretbar, wenn ein Metall zurückgewonnen werden soll. Es verlangt einen relativ hohen apparatetechnischen Aufwand sowie hohe Investitionen. Durch Störstoffe im Abwasser kann die Wirksamkeit dieser Verfahren stark beeinträchtigt werden. Das Verfahren eignet sich nur bei Verschmutzung des Abwassers mit nur einer Ionenart.

3.3.4 Ionenaustausch

Ionenaustausch ist ein Anreicherungsverfahren, um aus wenig konzentrierten Wässern bei großem Durchsatz bestimmte Ionen zu binden. Mit Hilfe von hochpolymeren Kunstharzen mit makroporöser Oberfläche, die als Träger für auf der Oberfläche angesiedelte funktionelle Gruppen dient, können Ionen gleicher Ladung ausgetauscht werden. Die störenden Metallionen können so dem Abwasser entzogen werden. Man unterscheidet die funktionellen Gruppen in

- Anionentauscher,
- Kationentauscher und
- Mischtauscher.

Bezug zur Aufgabenstellung:

Für Abwässern, die mit Schwermetallen belastet sind, ist dieses Verfahren anwendbar. Wirtschaftlich sinnvoll ist dieses Verfahren allerdings nur bei Rückführung des behandelten Abwassers als Brauchwasser. Das zu behandelnde Abwasser muss frei von störenden Inhaltsstoffen, wie Emulsionen oder Feststoffen, sein, um einen störungsfreien Betrieb eines Ionentauschers zu gewährleisten. Im vorliegenden Fall müsste also eine Reinigungsstufe zur Entfernung von Emulsionen aus dem Abwasser dem Ionentauscher vorgeschaltet werden. Die Investitionskosten wären daher insgesamt sehr hoch, ebenso der apparatetechnische Aufwand.

3.3.5 Nassoxidation

Bei der Nassoxidation werden organische Inhaltsstoffe des Abwassers durch Oxidation bzw. Reduktion zerstört bzw. umgewandelt. Als Oxidationsmittel wird meist Sauerstoff oder Luft genutzt. Durch diese Reaktionen werden gelöste Inhaltsstoffe soweit modifiziert, dass sie in einer nachgeschalteten biologischen Reinigungsstufe besser abbaubar sind oder durch Mineralisierung als Carbonat oder Sulfat im Wasser vorliegen und damit in einer nachgeschalteten Reinigungsstufe entfernt werden können.

Eine Variation der Nassoxidation ist das nasschemische Oxidationsverfahren, das bei höheren Temperaturen stattfindet. Durch Energieeintrag, z. B. in Form von UV-Strahlung, werden Wasser (H2O) und Sauerstoff (O2) oxidiert, sodass Wasserstoffperoxyd (H2O2) und Ozon (O3) entsteht. Die Ausgangsstoffe der Oxidationsmittel liegen also bereits im Abwasser vor; es sind keine zusätzlichen Stoffe notwendig. Die entstehenden Hydroxylradikale können durch ihre sehr große Oxidationskraft mehr Schadstoffe in geringerer Zeit abbauen, als die bei der Nassoxidation verwendeten Oxidationsmittel.

Bezug zur Aufgabenstellung:

Durch die Nassoxidation kann eine Verminderung des AOX-Gehaltes erreicht werden sowie auch der chemische Sauerstoffbedarf (CSB) gesenkt werden. Da diese Parameter jedoch für die Indirekteinleitung nicht maßgeblich sind, kommt eine Nassoxidation für die zu konzipierende Anlage nicht in Frage. Der apparatetechnische Aufwand (und damit die Investitionskosten) für diese Verfahren ist hoch.

3.4 Mechanische Abwasseraufbereitung

3.4.1 Schwerkraftsedimentation

Die Sedimentation wird zur Trennung der Phasengemische flüssig / flüssig sowie flüssig / fest angewendet. Je nach Dichte der nicht wässrigen Phase kann zwischen der sedimentierten und der aufgeschwommenen Phase unterschieden werden.

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Abbildung 3 - 4 aus [2 ]: Schematische Darstellung eines Rechteckvorklärbeckens

Die Absetz- bzw. Aufschwimmgeschwindigkeit ist maßgeblich vom Partikeldurchmesser sowie dem Dichteunterschied zwischen Wasser und der abzuscheidenden Phase abhängig. Im Allgemeinen wird eine Abscheidegeschwindigkeit (wo) von

unter 0,05 m/h als unwirtschaftlich angesehen. Je nach Bauform wird der sedimentierte Schlamm kontinuierlich oder chargenweise abgezogen. Die aufschwimmende Phase kann über einen Überlauf oder einen Skimmer entnommen werden.

In den klassischen Bauformen als Becken (vgl. Abbildung 3-4) oder Behälter bildet sich in der oberen Zone (unter der aufschwimmenden Phase) des Apparates eine Klarphase (minimale Feststoffkonzentration) und im unteren Bereich eine Kompressionszone (maximale Feststoffkonzentration).

Bei neueren Bauformen wie dem Schrägplattenklärer oder auch Lamellenabscheider (vgl. Abbildung 3-5 ) wurde bei geringerem Platzbedarf eine Vervielfachung der Klärfläche erreicht. Durch die geringe Höhe der Trennräume wurde die Absetzzeit auf einen Bruchteil der früher notwendigen Zeit verringert. Das Prinzip der Klärung durch Absetz- bzw. Aufschwimmvorgänge infolge der Schwerkraft wurde beibehalten. Eine Steigerung der Absetzleistung ist durch die Zugabe von Flockungsmitteln möglich.

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Abbildung 3 - 5 aus [6 ]: Lamellenabscheider Querschnitt

Bezug zur Aufgabenstellung:

Die Entfernung von Feststoffpartikeln, Schlämmen und anderen aufschwimmenden Stoffen (Öle) aus dem Abwasser ist durch Schwerkraftsedimentation möglich. Eine vorgeschaltete Reinigungsstufe zur Abscheidung dieser Störstoffe ist für fast alle chemisch / physikalischen Reinigungsverfahren notwendig. Steht viel Zeit und Raum

zur Verfügung, so kann mit einfachsten Apparaten gearbeitet werden (minimale Investitionskosten). Geringerer zeitlicher Spielraum oder räumliche Beschränkungen können durch höhere Investitionen ausgeglichen werden, insgesamt ist das Investitionskostenniveau für dieses Verfahren jedoch gering.

3.4.2 Fliehkraftsedimentation

Die Fliehkraftsedimentation stellt eine Variation der Schwerkraftsedimentation dar. Es wird allerdings nicht die Schwerkraft genutzt, sondern ein künstlich erzeugtes Fliehkraftfeld. Die Fliehkraft beträgt bei diesem Verfahren ein Vielfaches der Schwerkraft, so dass die Dichtedifferenz zwischen Trägerflüssigkeit und dem abzuscheidenden Stoff geringer sein kann als bei der Sedimentation im Schwerefeld der Erde. Bei gleicher Dichtedifferenz (wie bei der Sedimentation) können bessere Reinigungsergebnisse bzw. höhere Feststoffanteile erreicht werden. Die Fliehkraft kann auf unterschiedliche Art erzeugt werden:

- In der Zentrifuge: Die Suspension liegt als Flüssigkeitsring an der Wand einer rotierenden Trommel vor. Die Relativgeschwindigkeit zwischen Flüssigkeit und rotierender Trommel ist Null.
- Im Hydrozyklon (vgl. Abbildung 3-6): Die Suspension wird mit Unterdruck in ein rotationssymmetrisches Gehäuse geführt, so dass eine Wirbelströmung entsteht.

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Abbildung 3 - 6 aus [2 ]: Hydrozyklon schematisch

1. Suspensionseintritt
2. Schlammaustritt
3. Austritt Klarflüssigkeit

Bezug zur Aufgabenstellung:

Mit Zentrifugen ist die Entfernung von Stoffen, deren Dichte von der Trägerflüssigkeit (meist Wasser) abweicht, möglich. Der Einsatz ist als Vorreinigungsstufe sowie auch zur Eindickung von Schlamm möglich. Der Platzbedarf ist gegenüber der Sedimentation sehr gering. Aufgrund der sehr hohen Investitions- und Betriebskosten ist der Einsatz jedoch nur bei großen Abwasser- bzw. Schlammengen und geringem zeitlichen Spielraum (kontinuierlicher Anfall von Abwasser) empfehlenswert.

3.4.3 Flotation

Bei der Flotation werden im Gegensatz zur Sedimentation die Feststoffe an der Oberfläche der Operationseinheit angereichert und abgetrennt. Der Transport findet mittels Gasbläschen statt. Feststoffe, die nur langsam sedimentieren, sowie geflockte Kolloide und geflockte fein disperse Stoffe, aber auch emulgierte Flüssigkeiten lagern sich an den Gasbläschen an und werden zur Oberfläche transportiert. Echt gelöste Stoffe können nicht ohne vorherige Fällung / Flockung abgeschieden werden.

Man unterscheidet zwischen den drei folgenden technischen Konzeptionen:

- Druckflotation mit Blasengrößen von Æ > 1 mm
- Überdruckflotation mit Blasengrößen von Æ » 0,5 mm
- Elektroflotation mit Blasengrößen Æ < 0,5 mm

Für die Abwasseraufbereitung werden in der Hauptsache Verfahren mit Gasblasen mit einem Durchmesser von weniger als 0,5 mm angewendet.

Bezug zur Aufgabenstellung:

Die Flotation wird zur Abscheidung von, in einer vorgeschalteten Reinigungsstufe entstandenen, Flocken angewendet. Gegenüber der Sedimentation im Schwerefeld der Erde kann bei der Flotation durch die Siebwirkung der aufsteigenden Gasbläschen eine bessere Reinigungsleistung erreicht werden. Der apparatetechnische Aufwand ist mäßig hoch, ebenso die Investitionskosten.

3.4.4 Filtration

Der Filtrationsprozess ist ein mechanischer Siebvorgang. Unterstützt durch eine Summierung von physiochemischen Einzelreaktionen wie Sorption, Agglomeration, Flockung und Umladung werden Partikel mit teilweise kleinerem Durchmesser als die Porenweite des Filtermaterials sowie teilweise sogar kolloidal gelöste Stoffe zurückgehalten.

In diesem Abschnitt soll zunächst nur die klassische Filtration betrachtet werden. Weiterentwicklungen wie die Ultrafiltration und Reversosmose werden in Kapitel 3.4.5 behandelt. Die Normalfiltration lässt sich je nach Feststoffgehalt in der zulaufenden Trübe in zwei Filtrationsarten unterteilen:

- Klär- oder Tiefenfiltration mit einem Feststoffgehalt von weniger als 1 % in der zulaufenden Trübe. Ziel ist die Gewinnung wertvoller Filtrate.
- Trenn- oder Kuchenfiltration mit einem Feststoffgehalt von über 1 % in der zulaufenden Trübe. Ziel ist die Gewinnung von Rückständen.

Bei der Kuchenfiltration (vgl.Abbildung 3-7) werden bei einem unbeladenen Filtermittel die ersten Partikel durch die Maschen des Filtermittels zurückgehalten. Mit wachsender Feststoffschicht (Kuchen) übernimmt diese poröse Schicht die Funktion des Filtermittels. Es können bei der Kuchenfiltration hohe Druckverluste bei der Durchströmung des Kuchens entstehen.

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Abbildung 3 - 7 aus [ 2 ] : Prinzip der Kuchenfiltration

Bei der Tiefenfiltration werden die Feststoffe im Inneren des Filters festgehalten. Vorraussetzung für eine Tiefenfiltration ist daher eine geringe Belastung des zulaufenden Wassers, um ein Zusetzen des Filters zu vermeiden

Bezug zur Aufgabenstellung:

Die Filtration ist, wie auch die Sedimentation, eine Vorreinigungsstufe zur Entfernung von Feststoffen aus Suspensionen. Die Reinigungsleistung der Filtration liegt zwar deutlich über der einer einfachen Sedimentation, allerdings sind hohe Betriebskosten zu beachten. Die Investitionskosten und der Platzbedarf sind gering.

Bei einer Kuchenfiltration ist zudem in Vorversuchen zu klären, wie sich der abgeschiedene Feststoff als Filterkuchen ablagert. Bei zu geringer Porösität des Kuchens kann es zu sehr hohen Druckverlusten am Filter kommen.

3.4.5 Membrantrennverfahren

Das Membrantrennverfahren ist eine Weiterentwicklung der Filtration, wobei als Filtermittel poröse oder semipermeable Membrane eingesetzt werden. Diese Membrane sind je nach Verwendungszweck aus organischem oder anorganischem Material, fest oder flüssig, natürlich oder künstlich hergestellt.

Aufgrund dieser Vielfalt kann hier lediglich exemplarisch auf die gängigsten Membranen eingegangen werden. Die folgenden Membranarten decken eine Vielzahl der Verwendungszwecke ab:

- Porenmembranen sind vergleichbar mit feinporigen Filtern mit Mikroporenweiten von 1 bis 1000 nm. Die Trennschärfe und Trenngrenze werden von der Korngrößenverteilung und der Mindestgröße der Poren bestimmt;
- Lösungs-Diffusions-Membranen sind frei von Mikro- und Makroporen. Gemische aus Komponenten mit ähnlicher Molekülgröße können durch selektive Absorption-Diffusion-Exsorption mit hoher Trennschärfe getrennt werden.

Bezug zur Aufgabenstellung:

Membrantrennverfahren können eingesetzt werden, wenn eine selektive Stoffabtrennung ohne Veränderung der Ausgangsstoffe erreicht werden soll. Allerdings ist ein wirtschaftlicher Betrieb aufgrund der hohen Betriebskosten sowie einer notwendigen Vorfiltration (Vermeidung von Verstopfung der Membran) genau zu prüfen. Der apparatetechnische Aufwand und damit die Investitionskosten sind insgesamt hoch.

3.5 Thermische Abwasseraufbereitung

Thermische Verfahren werden insbesondere bei gleichmäßig anfallenden hochbelasteten Abwässern angewendet. Ziel der Verfahren ist die Aufkonzentrierung des abzuscheidenden Inhaltsstoffes bzw. das Abscheiden durch Änderung des Aggregatzustandes einer der Gemischkomponenten.

Zu den thermischen Verfahren zählen:

- Eindampfen: Die Trägerflüssigkeit wird verdampft, wodurch eine Aufkonzen-trierung der schwer flüchtigen Schadstoffe erreicht wird. Nach Erreichen der Sättigungsgrenze werden die Schadstoffe durch Kristallbildung abgeschieden.
- Verbrennen: Mittels Sauerstoff werden unter Verdampfung der Trägerflüssigkeit (meist Wasser) die organischen Inhaltsstoffe chemisch oxidiert. Dadurch wird eine Aufkonzentrierung der oxidierten Schadstoffe im Rückstand erreicht.
- Flüssig-flüssig Extraktion: Lösungsmittel, die eine größere Affinität zu den Schadstoffen aufweisen als diese zu Wasser, werden dem Gemisch beigefügt. Die Schadstoffe werden dadurch in dem Lösungsmittel aufkonzentriert. Eine nachgeschaltete thermische Trennung des Lösungsmittels (inklusive Schadstoffe) von der Trägerflüssigkeit ist notwendig.
- Destillation: Bei der Destillation werden die unterschiedlichen Siedepunkte der Komponenten des Gemischs genutzt. Die leichter flüchtige Komponente wird bei minimal möglicher Temperatur verdampft. Im Rückstand konzentriert sich mit zunehmender Verdampfungsdauer die schwerer flüchtige Komponente auf.

Bezug zur Aufgabenstellung:

Die thermischen Verfahren benötigen alle einen hohen Energieeintrag sowie auch einen hohen technischen Aufwand. Dies bedingt hohe Investitionskosten und auch hohe Betriebskosten. Diese Verfahren werden daher nur angewendet, wenn mit anderen Aufbereitungsverfahren kein ausreichendes Reinigungsergebnis erreicht wird. Als Ersatz für die chemisch / physikalischen Verfahren kommen thermische Verfahren aus wirtschaftlichen Gründen jedoch nicht in Frage.

4 Abwasseruntersuchung

4.1 Qualitative Abwasseruntersuchung

4.1.1 Definition und Herkunft der zu behandelnden Abwässer

Die bei der FSG gefertigten Neubauten müssen, bevor Sie dem Käufer übergeben werden können, zunächst auf einer Probefahrt auf „Herz und Nieren“ geprüft werden. Bei dieser Probefahrt fallen Abwässer an, die denen aus dem „normalen“ Schiffsbetrieb entsprechen. Die einzelnen Teilströme setzen sich folgendermaßen zusammen:

- Ölschlamm (aus der Schwerölseparation während des Schiffsbetriebs) bestehend aus:
- Wasser
- Asche (organische und anorganische Metallverbindungen auf der Basis von Vanadium, Natrium, Nickel, Magnesium, Kalium und Calcium)
- Sediment; ölfremde Feststoffe organischer Art (Dichtungsreste, Kohleartiges) und anorganischer Art (Rost, Sand, Stäube)
- Bilgenwasser aus dem Schiffsbetrieb (im „worst case“) bestehen aus:
- Wasser
- Schweröl / Dieselöl
- Schmieröl / Hydrauliköl / Syntheseöl
- Lösemittel (Verdünnung Farben / Lacke / Reinigungsmittel)
- Kesselwasserzusätze
- Kältemittel

Die jeweiligen Anteile der Schadstoffe im Wasser können, je nach Ausgangskonzentration und Anteil im Gesamtabwasser, von nicht nachweisbar bis zu fast 100%, variieren Beim Bruch einer Schwerölleitung z. B. würde das ausgetretene Öl beim Reinigen in die Bilge gespült werden. Dort könnte sich dann gegebenenfalls ein Öl-Wasser-Gemisch mit nur geringem Wasseranteil bilden.

Ausgehend vom „worst case“ umfasst die mögliche Verschmutzung des Bilgenwassers sämtliche auf dem Schiff verwendeten flüssigen Medien, da durch Undichtigkeiten, Materialfehler o. ä. immer die Möglichkeit eines Austritts aus den Rohrleitungen gegeben ist.

Neben den beim Schiffsbetrieb entstehenden Abwässern gibt es noch die bei der Reinigung des Maschinenraums und der Tanks entstehenden Waschwässer. Bei den Reinigungsarbeiten im Maschinenraum und den Tanks wird dem Wasser Reiniger zugesetzt, um die öligen Verunreinigungen besser entfernen zu können. Diese Reiniger wirken emulsionsfördernd, sodass das Abwasser weniger freies dafür aber emulgiertes Öl enthält. Insgesamt sind die Waschwässer relativ gering verschmutzt, da um eine gute Reinigung zu erreichen viel Wasser beim Reinigungsvorgang verwendet werden muss. Die im Waschwasser möglicherweise enthaltenen Schadstoffe entsprechen qualitativ denen des Bilgenwassers (zuzüglich Reiniger).

Da die Zusammensetzung der Teilströme stark variieren kann, sollte vor der Aufbereitung des Abwassers eine Vermischung aller Teilströme erfolgen, sodass durch diese „Verdünnung“ (mittels Mischung) Spitzenbelastungen abgedämpft werden können.

Die Zusammensetzung des aufzubereitenden Abwassers variiert stark und kann daher nicht eindeutig bestimmt werden. Es können nur mögliche Inhaltsstoffe aufgelistet werden.

Da die Aufbereitungsanlage für die Abwässer aller Neubauten verwendet werden soll, würde auch eine umfassendere Analyse des Abwassers (z. B. über 2 Jahre; entsprechend 8 bis 10 Proben) keine gesicherteren Ergebnisse erzielen. Beim Bau eines neuen Schiffstypen können neue oder weiterentwickelte Betriebsstoffe verwendet werden, sodass die Inhaltsstoffe des Abwassers je nach Schiffstyp variieren können.

4.1.2 Erläuterungen zu den analysierten Abwässern

Trotz der unter 4.1.1 dargestellten Unsicherheiten einer Abwasseranalyse erscheint es dennoch sinnvoll eine Abwasseranalyse durchzuführen, um die Grundbelastung des Abwassers festzustellen.

Die Analyseergebnisse sind jedoch nicht allein als Grundlage für die Erstellung eines Konzeptes für die Aufbereitungsanlage zu verwenden. Aufgrund der schwankenden Belastungen und wechselnden Inhaltsstoffe sollte zudem auf die Erfahrung der Hersteller von Aufbereitungsanlagen für Abwässer aus der Tankinnenreinigung zurückgegriffen werden.

Die analysierten Abwässer entstanden während der Probefahrt sowie der daraufhin folgenden Reinigung des Maschinenraums einer Ro-Ro-Fähre (Bau-Nr. 711).

Allgemeine Angaben zu den Proben:

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Tabelle 4 - 1 : Allgemeine Angaben zu den Abwasserproben

Die Probe Nr. 1 wurde nach der ersten, aufgrund eines Brandes im Maschinenraum abgebrochenen, Probefahrt durch den Entsorger Thies, Neelsen & Klöckner aus dem Sammeltank der Absauganlage des Entsorgungsschiffes entnommen. In diesem Sammeltank wurden alle Teilströme gemischt, sodass die Probe dem Gemisch der Teilströme entspricht, das im Sammeltank der Aufbereitungsanlage zu erwarten ist.

Die Probe Nr. 2 wurde nach der zweiten Probefahrt ebenfalls durch das Entsorgungsunternehmen Thies, Neelsen & Klöckner dem Sammeltank des Absaugwagens entnommen. Diese Probe wurde beim Entleeren des Tankwagens der Wasserphase des Abwassers entnommen, sodass der Anteil freier Öle nicht dem des homogenen Gemischs entspricht, da während des Transports zum Entsorger durch Absetzbewegungen (Aufschwimmen von Leichtstoffen sowie Sedimentieren von Feststoffen) eine Entmischung stattgefunden hat.

4.1.3 Analyseergebnisse [vgl. Anhang 10 und 11]

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Tabelle 4 - 2 : Analyseergebnisse von zwei Rohwasserproben (Probefahrten 1 und 2 der Bau-Nr.711)

4.1.4 Einstufung des Abwassers in Wassergefährdungsklassen nach Anhang 4 der VwVwS / Beurteilung der Genehmigungspflicht nach §33 des LWG

In Anhang 4 der Allgemeinen Verwaltungsvorschrift zum Wasserhaushalt über die Einstufung wassergefährdender Stoffe in Wassergefährdungsklassen wird die Einstufung von Gemischen je nach Zusammensetzung und Massenanteilen festgelegt. Ein Gemisch wird demzufolge in die Wassergefährdungsklasse (WGK) 3 eingestuft, wenn mindestens eine Komponente des Gemischs mit einem Massenanteil von über 3 % als Einzelkomponente in Anhang 2 der VwVwS in die WGK 3 eingestuft wurde.

Altöl ist nach Anhang 2 der VwVwS in die WGK 3 eingestuft.

Die Abwasseranalysen haben gezeigt, dass ein Massenanteil von 3 % Altöl im Abwassergemisch oftmals erreicht wird, zumindest aber nicht ausgeschlossen werden kann.

Daher erfolgt die Einstufung der bei der FSG anfallenden Abwässer aus dem Schiffsbetrieb sowie der Bilgen- und Maschinenraumwaschwässer in

Wassergefährdungsklasse 3.

Aufgrund der Einstufung der Abwässer in Wassergefährdungsklasse 3 ist die zu konzipierende Abwasserreinigungsanlage gemäß §7 des LWG des Landes Schleswig – Holstein genehmigungspflichtig.

[...]

Details

Seiten
137
Erscheinungsform
Originalausgabe
Jahr
2000
ISBN (eBook)
9783832432867
Dateigröße
4.7 MB
Sprache
Deutsch
Katalognummer
v218972
Institution / Hochschule
Hochschule Hannover – Maschinenbau
Note
1,3
Schlagworte
abwasserreinigung abwasser anlagenbau projektierung verfahrenstechnik

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Titel: Konzipierung und Projektierung einer Reinigungsanlage für Abwässer aus Probefahrten von Fährschiffen