Abwasserminimierung ( MLD)
- Abwasserfrei vs Abwasserminimierung (ZLD vs MLD)
Seit langem wird der ZLD-Prozess als umweltfreundliche Möglichkeit angesehen, um der Industrie zu helfen, die immer strengeren Einleitungsanforderungen zu erfüllen und ihre Abwasserströme wiederzuverwerten. Allerdings sind ZLD-Prozesse
- technisch komplex
- sehr teuer
- nicht unbedingt umweltfreundlich aufgrund des zusätzlichen Materials und der Energie, die sie benötigen
- Warum MLD?
Ein Abwasserminimierung (MLD - minimal liquid discharge) kann Anwendern dabei helfen, ihre Investitions- und Betriebskosten erheblich zu minimieren, da sich das Entfernen der letzten 5 bis 10% der Flüssigkeit zum Erreichen einer abwasserfreien Produktion als horrend kostspielig erweisen kann. Um dies besser zu verstehen, nehmen wir das Beispiel des MD-MVC-Kristallisators (Link to ZLD (MD-MVC-Crystallizer), aber dieses Mal beginnen wir mit der Berechnung der gesamten Wasserrückgewinnung aus einer einstufigen Meerwasser RO (mit 45% Ausbeute).
100 m3 Speisewasser → Vorbehandlung → Einstufige RO (45% Ausbeute) → 100 (1-0,45) = 55 m3 Konzentrat (Sole) → MD (75% Ausbeute) → 55 x (1-0,75) = 13,75 m3 Sole → MVC (90%) Ausbeute) → 13,75 x (1-0,9) = 1,375 m3 Sole → Kristallisator (50% Rückgewinnung) → 1,375 (1-0,5) = 0,68 m3 Sole → Zentrifuge mit Bandpresse
Der Energiebedarf für dieses System beträgt:
100 m³ · 3,5 kWh / m³ (RO) + 55 · 6,57 kWh / m³ (MD) + 13,75 m³ · 14,86 kWh / m³ (MVC) + 1,375 m³ · 50 kWh / m³ (Kristallisator) = 350 kWh (RO) + 361,35 KWh (MD) + 204,33 KWh + 68,75 KWh = 984,43 KWh / 100 m3 Speisewasser
Bis zur MD hat das System also [100 m3 x 0,45 = 45 m3 (RO)] + [55 m3 x 0,75 = 41,25 m3 (MD)] = 86,25 m3 Permeat zu einem Preis von 350 kWh (RO) + 361,35 kWh ( MD) = 711,55 KWh zurückgewonnen.
Ab dem MVC prozess gewinnt das System [(100 - 86,25 = 13,75) m³ · 0,9 = 12,375 m³ (MVC)] + [(13,75 - 12,375 = 1,375) m³ · 0,5 = 0,688 m³ (Kristallisator)] = 13,06 m³ Permeat zurück zu einem Preis von 201,33 KWh (MVC) + 68,75 KWh (Kristallisator) = 270,08 KWh.
Am Ende haben wir 711,55 KWh für 86,25 m3 Permeat (Single RO - MD) und 270,08 KWh für 13,06 m3 Permeat (MVC - Kristallisator) aufgewendet. Das heißt, dass die Umkehrosmose plus Membrandestillation (Single RO-MD) Permeat mit 711,55 KWh / 86,25 m3 = 8,25 KWh / m3 Kosten produziert und die Verdampfung und Kristallisation (MVC - Kristallisator) Permeat mit 270,08 KWh / 13,06 m3 = 20,66 KWh / m3 Kosten produziert. Siehe auch Tabelle 1 und die Grafik1.
Table 1, Rückgewinnung- und SEC-Werte des RO-MD-MVC-Kristallisators
| Rückgewinnung (%) | SEC (kWh/m3) | ||
| RO | 45 | 3.5 | |
| MD | 86.25 | 6.57 | |
| MVC | 98.625 | 14.86 | |
| Crystallizer | 99.313 | 50 |
Abb.1, Gesamte Wasserrückgewinnung des RO-MD-MCV-Kristallisationsprozesses im Vergleich zu den jeweiligen SECs. In der Grafik sind auch die Werte des Energiebedarfs in jeder Phase des Prozesses zusammen mit dem Energiebedarf / m3 der MLD- und der ZLD-Phase dargestellt.
Wie wir sehen können, steigt der Energiebedarf für eine weitere Rückgewinnung nach MD um 20,66 kWh / m3 / 8,25 kWh / m3 = 2,50 bzw. um 250%!
An diesem Punkt muss jeder Anwender entscheiden, ob sich der zusätzliche Schritt nach vorne wirklich lohnt. Zumal dieser Teil des ZLD-Prozesses in der Regel 60-70% der Gesamtinvestitionskosten kosten wird.
Eine abwasserfreie Produktion kann vonnöten sein, wenn strenge Gesetze vorliegen oder in wassersensiblen Regionen, in denen jeder Tropfen zählt; ist aber wirtschaftlich sehr herausfordernd. Die letzten Schritte zur Erreichung einer vollständigen abwasserfreien Lösung können die Kosten nahezu verdoppeln.
Im Fahrzeugmontagewerk von General Motors (GM) in San Luis Potosi, Mexiko, fand ein hervorragendes Beispiel für die MLD-Praxis statt. Die Anlage befindet sich in einem trockenen, abgelegenen Gebiet, in dem kein Vorfluter oder kommunaler Abwasserkanal zur Ableitung von Abwässern zur Verfügung steht. Durch die Verwendung einer Kombination aus RO-Technologie, einem Hochgeschwindigkeits-Enthärtungsprozess und anderen Technologien gewinnt die Anlage 90% ihres tertiären Abwassers zurück und verwendet es erneut. Die restlichen 10% des flüssigen Abfalls werden zur Verdampfung in benachbarte Solarteiche geleitet.
- Reduzierte Kosten und Umweltbelastung
Die neuen technologischen Fortschritte können die Größe von Verdampfern und Kristallisatoren minimieren und möglicherweise sogar deren Verwendung eliminieren. Gleichzeitig haben diese Technologien eine höhere Rückgewinnungskapazität. Insbesondere, da einige von ihnen Abwärme nutzen können, ist es äußerst wichtig, sie für zusätzliche Kosteneinsparungen und Leistungsvorteile in einem MLD-Prozessdesign in Betracht zu ziehen.
- Bewertung des MLD Bedarfs
Um zu verstehen, ob ein bestimmter Fall für MLD geeignet ist, ist die erste Frage, ob die Wiederverwendung von Wasser erforderlich ist. Wenn dem so ist, könnte der MLD-Ansatz genau das sein, was benötigt wird. Wenn die örtlichen Gesetze zur Einleitung von Abwässern eingehalten werden müssen, kann die MLD ein Teil der Lösung sein, die möglicherweise die ZLD / Verdunstungsteiche / Grundwasserinjektion umfasst.
Der nächste Schritt besteht darin, die Abfallströme anhand des Durchflusses, ihrer Verunreinigungen und ihrer jeweiligen Konzentrationen zu identifizieren. Nicht jeder Fall benötigt die gleiche Behandlung. Durch die Überprüfung der Abfallströme können wir einen wirtschaftlicheren und nachhaltigeren Ansatz für jeden Fall berechnen. Beispielsweise erfordern Kondensat und Regenwasser nur eine sehr geringe Aufbereitung, während Abwasserströme mit hohen Konzentrationen an organischen Verbindungen, Salzen, Metallen und suspendierten Feststoffen eher eine umfassende Aufbereitung erfordern.
Aufgrund des Wasserbedarfs, der gesetzlichen Bestimmungen und der Umweltanforderungen sowie des CAPEX- und OPEX-Budgets kann sich MLD als eine gute Option für eine Vielzahl von Industrie- und Kommunalstandorten erweisen, die ihren Wasser-footprint kostengünstig verbessern möchten