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Weiterbildendes Studium »Wasser und Umwelt«Bauhaus-Universität Weimar – Leibniz Universität Hannover

Industrieabwasserbehandlung

Rechtliche Grundlagen, Verfahrenstechnik, Abwasserbehandlung ausgewählter Industriebranchen,

Produktionsintegrierter Umweltschutz

Zusammenfassung

Das Reinigen der Abwässer aus industriellen Produktions- und Verarbei-tungsprozessen unterliegt besonderen Anforderungen. Herkunft und Zu-sammensetzung dieser Abwässer erfordern in der Regel eine Vorbe-handlung, bevor diese in eine öffentliche Kläranlage eingeleitet werdendürfen bzw. ist bei Direkteinleitung der Einsatz spezieller Reinigungsver-fahren erforderlich. Dieses Buch gibt einen Überblick über mögliche Ver-fahrenstechniken der Industrieabwasserbehandlung und deren Einsatz inausgewählten Industriebranchen.Ausgehend von den rechtlichen Anforderungen werden wichtige Pla-nungsgrundlagen zur Integration von Umweltschutzmaßnahmen in in-dustrielle Prozesse vermittelt. In den folgenden Kapiteln wird auf die ver-schiedenen Behandlungsverfahren näher eingegangen. Der letzte Teildes Buches widmet sich ausgewählten Industriebranchen und den Ver-fahrenstechniken zu deren Abwasserbehandlung.

Die Reihe des Weiterbildenden Studiums »Wasser und Umwelt« führtausgewählte Fachinhalte aus den Bereichen Hydraulik und Wasserbau,Abfallwirtschaft und Siedlungswasserwirtschaft mit den Teilbereichen Ab-wasser und Wasserversorgung.

in fachlicher KooperationDeutsche Vereinigung für Wasserwirtschaft, Abwasser und Abfall e.V.

Universitätsverlag WeimarISBN: xxxxx

Industrieabwasserbehandlung

Rechtliche Grundlagen, Verfahrenstechnik, Abwasserbehandlung ausgewählter Industriebranchen, Produktionsintegrierter Umweltschutz

Impressum:

Industrieabwasserbehandlung

HerausgeberWeiterbildendes Studium Wasser und UmweltBauhaus-Universität WeimarCoudraystraße 799421 Weimar

in fachlicher Kooperation mit derDWA Deutsche Vereinigung für Wasserwirtschaft, Abwasser und Abfall e.V.Theodor-Heuss-Allee 1753773 Hennef

September 2007

Druck: Rombach Druck- und Verlagshaus GmbH & Co. KG Freiburg/Br.

Bezugsmöglichkeiten:Universitätsverlag WeimarFax: 03643/581156E-Mail: verlag@uni-weimar.de

DWATel: 02242/872333Fax: 02242/872100E-Mail: kundenzentrum@dwa.deInternet: www.dwa.de

Redaktion: Weiterbildendes Studium Wasser und UmweltSatz und Layout: Satzservice S. Matthies ⋅ www.doctype-satz.de

ISBN: 978-3-86068-321-7

I

Vorwort

VorwortVorwort

Das Weiterbildende Studium „Wasser und Umwelt“steht mittlerweile seit 1996 als Synonym für eine kon-tinuierliche und effektive hochschul- und bundeslände-rübergreifende Zusammenarbeit Niedersachsen/Thürin-gen im Bereich der universitären Weiterbildung. DieseKooperation folgt grundsätzlich dem Prinzip „zweiUniversitäten – ein Studium“ im Sinne der Nutzungvon Synergien und berücksichtigt hierbei in angemes-sener Weise ebenso die fachlich-wissenschaftliche undauch organisatorische Eigenständigkeit dieser beidenEinrichtungen. Zunächst zu Beginn der 1980er Jahre als Fernstudiummit Zertifikatsabschluss am Studienstandort Hannovermit den fachlichen Schwerpunkten Allgemeine Wasser-wirtschaft, Gewässerökologie und Gewässerschutz so-wie Bodenschutz und Abfallwirtschaft begründet,wurde vom Partner aus Weimar dann ein komplementä-res Fernstudienangebot entwickelt, dessen fachlicheSchwerpunkte den Wasserbau und die Hydraulik, dieSiedlungswasserwirtschaft und die Abfallwirtschaftumfassen. Beide Universitäten haben mittlerweile dieseStudienangebote auch zu anerkannten (zertifizierten)Masterstudiengängen weiterentwickelt, so dass auchein qualifizierter universitärer Hochschulabschluss mitdiesem weiterbildenden Masterprogrammen erreichtwerden kann. Mit den baukastenartigen, modularenStrukturen wird bei den Studienangeboten „Wasser undUmwelt“ hierbei ein hohes Maß an flexibler und indivi-dueller Studienplangestaltung bei gleichzeitiger Wah-rung hoher fachinhaltlicher Standards erreicht.Das vorliegende Buch enthält den Stoff eines Kursesaus diesem Studium in Schriftform. Es ist der ersteBand, der als gemeinsame Veröffentlichung der beidengenannten Partner diese Fachinhalte nicht nur für dieStudierenden in Hannover oder Weimar erschliessensoll, sondern auch einem erweiterten, fachlich interes-sierten Kreis außerhalb dieser Studienangebote inBuchform zugänglich gemacht wird. Gleichzeitig wirdmit dieser Veröffentlichung auch die Qualität und derUmfang der Zusammenarbeit mit der Deutschen Verei-nigung für Wasserwirtschaft, Abwasser und Abfall e.V.(DWA) vertieft.Dieses Buch basiert auf einer vollständig überarbeitetenund aktualisierten Lehrbriefsammlung des Kurses „In-dustrieabwasser – WW54“ des Weiterbildenden Studi-

ums Wasser und Umwelt der Bauhaus-Universität Wei-mar, der unter Leitung von Prof. Dr.-Ing. U. Rott,Stuttgart von den Autoren Prof. Dr.-Ing. habil. Dr. phil.S. Kunst, Prof. Dr.-Ing. K.-H. Rosenwinkel, Prof.Dr.-Ing. R. Gräf, Dr.-Ing. H. Sixt, Prof. Dr.-Ing. U.Rott, Dr.-Ing. U. Menzel, Dr.-Ing. D. Bock, Dipl.-Ing.R. Minke erstellt und auch gepflegt wurde. Integriert imSinne einer fachlichen Verschmelzung wurden in diesenun vorliegende Veröffentlichung auch die relevantenTeile des Kurses „Industrielle Wasserwirtschft – U4“der Leibniz Universität Hannover.Wir danken allen, die an der fachlichen Bearbeitung dervorliegenden Ausgabe mitgewirkt haben, recht herz-lich. Dieser Dank gilt neben den beteiligten Mitarbeite-rinnen und Mitarbeitern unserer beiden Lehrstühle(Professur Siedlungswasserwirtschaft in Weimar bzw.Institut für Siedlungswasserwirtschaft und Abfalltech-nik in Hannover) vor allem auch Frau Dipl.-Ing. SonjaSauer (inawa Weimar) für die umfangreiche Restruktu-rierung und Aktualisierung des Skriptes sowie HerrnDr.- Ing. Ulrich Meyer für das neue Teilkapitel zum„Papierabwasser“. Unser Dank gilt aber auch den Be-teiligten der Arbeitsgruppen Wasser und Umwelt inHannover und Weimar, die diese Herausgabe in Buch-form erst ermöglicht haben, speziell Herrn Dr.-Ing.H.-W. Frenzel sowie Herrn Dipl.-Ing. S. Matthies fürden Satz und die Gestaltung. Nicht zuletzt bedankenwir uns bei den Kursteilnehmern für ihr Interesse undihre vielfältigen Rückmeldungen sowie der DWA fürIhre kooperative Unterstützung.Möge die Fortsetzung dieser Reihe im Wissensgebiet„Wasser und Umwelt“ in der Fachwelt eine freundlicheAufnahme finden und der Aufgabe dienen, unsere Um-welt und die Ressource Wasser einer fachgerechten undnachhaltigen Nutzung zuzuführen.

Weimar und Hannover, im September 2007

Univ.-Prof. Dr.-Ing. Jörg Londong, Bauhaus-Universität WeimarUniv. Prof. Dr.-Ing Karl-Heinz Rosenwinkel, Leibniz Universität Hannover

Vorwort

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Inhaltsverzeichnis

Inhaltsverzeichnis

Vorwort . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . I

1 Rechtsgrundlagen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11.1 Einführung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11.2 EU-Recht . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11.2.1 EG-Gewässerschutzrichtlinie (76/464/EWG) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11.2.2 IVU-Richtlinie (96/61/EG) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21.2.3 Wasserrahmenrichtlinie (2000/60/EG) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21.2.4 Richtlinien über Umweltverträglichkeitsprüfungen (85/337/EWG, 2001/42/EG) . . . . 41.3 Bundesrecht . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 41.3.1 Wasserhaushaltsgesetz . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 41.3.2 Abwasserverordnung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 51.3.3 Abwasserabgabengesetz . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 51.3.4 Ausblick . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 61.4 Landesrecht . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 61.4.1 Kommunalabwasserverordnung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 61.4.2 Ausführungsvorschriften zum Abwasserabgabengesetz . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 71.4.3 Indirekteinleiterverordnungen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 71.4.4 Eigenkontrollverordnungen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 71.4.5 Umgang mit wassergefährdenden Stoffen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 71.5 Rechtsvorschriften und Regelwerke . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 71.6 Begriffsbestimmungen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 81.6.1 Stand der Technik, beste verfügbare Technik . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 81.6.2 Schadstoffe, Prioritäre Stoffe, Gefährliche Stoffe . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 81.6.3 Direkteinleiter . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 91.6.4 Indirekteinleiter . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 91.6.5 Produktionsintegrierter Umweltschutz . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9

2 Planungsgrundlagen zum Umweltschutz in der Industriewasserwirtschaft . . . 112.1 Integration von Umweltschutz in industrielle Prozesse . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 112.1.1 Additiver Umweltschutz . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 132.1.2 Integrierter Umweltschutz . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 132.1.2.1 Produktionsintegrierter Umweltschutz . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 142.1.2.2 Prozessintegrierter Umweltschutz . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 142.2 Planungsgrundlagen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 152.2.1 Bestandsaufnahme . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 152.2.1.1 Abwasserteilströme . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 162.2.1.2 Abwasserinhaltsstoffe . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 172.2.2 Prozessintegrierte Verfahrensvorschläge . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 202.2.3 Produktionsintegrierte Verfahrensvorschläge . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 202.2.3.1 Produktionsintegrierte Maßnahmen – Mehrfachverwendung von Wässern . . . . . . . 202.2.3.2 Produktionsintegrierte Maßnahme – Kreislaufführung von Wässern . . . . . . . . . . . . 222.2.3.3 Produktionsintegrierte Maßnahme – Stoffrückgewinnungstechniken . . . . . . . . . . . . 232.2.4 Abwasservorbehandlung oder -aufbereitung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 232.2.5 Wirtschaftlichkeitsvergleich . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 23

3 Mechanisch-Physikalische Verfahren . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 273.1 Mengen- und Konzentrationsausgleich . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 273.1.1 Mengenausgleich . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 273.1.2 Konzentrationsausgleich . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 293.2 Rechen und Siebe . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 313.3 Sedimentation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 323.3.1 Physikalische Grundlagen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 323.3.2 Verfahren . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 333.3.2.1 Absetzbecken . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 333.3.2.2 Sandfänge . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 34

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3.3.2.3 Hydrozyklone . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 363.3.2.4 Zentrifugen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 363.4 Flotation und Abscheidung von Leichtflüssigkeiten, Fetten und Emulsionen . 373.4.1 Einführung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 373.4.2 Physikalische Grundlagen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 373.4.3 Flotation durch Anlagerung von Gasblasen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 373.4.3.1 Grundlagen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 373.4.3.2 Flotationsverfahren . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 393.4.3.3 Bemessung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 413.4.4 Abscheideranlagen für Leichtflüssigkeiten, Fette und Emulsionen . . . . . . . . . . . . . 423.4.4.1 Einführung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 423.4.4.2 Verfahren . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 433.4.4.3 Bemessung von Leichtflüssigkeits-, Fett- und Koaleszenzabscheidern . . . . . . . . . . 453.4.4.4 Beispiel für die Entsorgung von Fett aus Abscheideranlagen . . . . . . . . . . . . . . . . . 473.5 Filtration . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 483.5.1 Einführung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 483.5.2 Raumfiltration . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 493.5.2.1 Grundlagen der Raumfiltration . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 493.5.2.2 Bemessung, Betrieb . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 493.5.2.3 Raumfiltrationsverfahren . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 513.5.3 Oberflächenfiltration . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 523.5.3.1 Grundlagen der Oberflächenfiltration . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 523.6 Membrantechnik . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 533.6.1 Einleitung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 533.6.2 Diffusion und osmotischer Druck . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 543.6.3 Hinweise zur Bemessung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 553.6.4 Membranen und Module . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 563.7 Eindampfung, Trocknung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 58

4 Chemisch-Physikalische Verfahren . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 614.1 Neutralisation, Fällung, Flockung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 614.1.1 Einleitung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 614.1.2 Neutralisation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 624.1.2.1 Grundlagen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 624.1.2.2 Neutralisationsmittel . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 624.1.3 Fällung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 634.1.3.1 Grundlagen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 634.1.3.2 Fällung von Kationen bzw. Metallen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 644.1.3.3 Fällung von Anionen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 694.1.4 Flockung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 714.1.4.1 Grundlagen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 714.1.5 Verfahren . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 734.1.5.1 Neutralisations- und Fällungsverfahren . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 734.1.5.2 Flockungsverfahren . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 744.1.5.3 Emulsionsspaltung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 754.2 Adsorption . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 764.2.1 Grundlagen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 764.2.2 Aktivkohleadsorption . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 774.2.2.1 Charakterisierung des Adsorbens Aktivkohle . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 774.2.2.2 Adsorptionsgleichgewicht . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 774.2.2.3 Adsorptionskinetik . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 804.2.3 Verfahren der Adsorption . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 814.2.3.1 Verfahren der Pulveraktivkohleanwendung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 814.2.4 Verfahren der Kornkohleanwendung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 824.2.4.1 Aktivkohlefestbettadsorber . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 824.2.5 Kombination Adsorption – Biologie . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 854.2.5.1 Adsorption vor der biologischen Stufe . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 854.2.5.2 Adsorption simultan zur biologischen Behandlung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 854.2.5.3 Adsorption nach der biologischen Stufe . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 85

V

Inhaltsverzeichnis

4.2.6 Regeneration der Aktivkohle . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 854.2.6.1 Thermische Regeneration . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 854.2.6.2 Chemische Regeneration . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 864.2.6.3 Biologische Regeneration . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 864.2.7 Ionenaustauschverfahren . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 864.3 Oxidations-/Reduktionsverfahren . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 874.3.1 Grundlagen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 874.3.2 Verfahren . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 87

5 Biologische Verfahren zur Stoffumsetzung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 915.1 Einführung in die biologische Industrieabwasserreinigung . . . . . . . . . . . . . . . 915.2 Abwasserinhaltsstoffe . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 915.3 Aerobe biologische Stoffumsetzung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 935.3.1 Grundlagen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 935.3.2 Abbau von Kohlenstoffverbindungen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 945.3.2.1 Stoffwechsel . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 945.3.2.2 Biologisches Wachstum . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 965.3.3 Stickstoffumsetzung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 985.3.3.1 Nitrifikation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 985.3.3.2 Denitrifikation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1005.3.3.3 Neue Entwicklungen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1015.3.4 Biologische Phosphorelimination . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1025.3.5 Struktur aerob belebter Schlämme . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1035.4 Aerobe Reaktoren . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1055.4.1 Hinweise zur Bemessung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1055.4.2 Aerobe Verfahren ohne Biomassenrückhalt . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1075.4.3 Aerobe Verfahren mit suspendierter Biomasse . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1075.4.3.1 Belebungsverfahren . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1075.4.3.2 Reinsauerstoffverfahren . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1105.4.3.3 Verfahren mit besonderer Tiefe und Form der Reaktoren . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1105.4.3.4 Verfahren mit Batch-Betrieb . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1135.4.3.5 Verfahren ohne konventionelle Nachklärung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1135.4.4 Aerobe Biofilmverfahren . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1145.4.4.1 Tropfkörper . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1155.4.4.2 Wirbelbettreaktor . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1175.5 Anaerobe biologische Stoffumsetzung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1195.5.1 Grundlagen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1195.5.2 Stoffwechsel, Biologisches Wachstum . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1195.5.3 Struktur anaerob belebter Schlämme . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1225.6 Anaerobe Reaktoren . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1235.6.1 Hinweise zur Bemessung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1235.6.2 Anaerobe Reaktoren . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1245.6.2.1 Ausschwemmreaktoren (Rührkessel, CSTR (continously stirred tank reactor)) . . . 1265.6.2.2 Anaerobes Belebungsverfahren (Kontaktschlammverfahren, contact-Process) . . . 1265.6.2.3 Schlammbettreaktoren, UASB-Reactor (Upflow anaerobic sludge blanket reactor) 1275.6.2.4 Festbettreaktoren, Anaerober Filter (Fixed-Film-Reactor) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1275.6.2.5 Wirbelbettreaktoren (Fluidised-Bed) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1285.6.2.6 Ein- und zweistufige Verfahren . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 128

6 Beispiele industrieller Abwasserreinigung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1296.1 Einführung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1296.1.1 Gliederung der Industrien . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1296.1.2 Merkblätter, Anforderungen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1306.2 Abwasserbehandlung in der Nahrungsmittelindustrie . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1326.2.1 Allgemeines/ Übersicht . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1326.2.2 Zuckerfabriken . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1346.2.2.1 Charakterisierung der Branche . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1346.2.2.2 Abwasseranfall und -beschaffenheit, Anforderungen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1356.2.2.3 Abwasserbehandlung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1356.2.2.4 Zucker verarbeitende Industrie: Süßwarenherstellung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 137

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6.2.3 Stärkefabriken . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1376.2.3.1 Charakterisierung der Branche . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1376.2.3.2 Abwasseranfall und -beschaffenheit, Anforderungen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1386.2.3.3 Abwasserbehandlung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1396.2.4 Speiseöl- und Fettherstellung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1406.2.4.1 Carakterisierung der Branche . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1406.2.4.2 Abwasseranfall und -beschaffenheit, Anforderungen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1416.2.4.3 Abwasserbehandlung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1436.2.4.4 Modifikation: Umesterung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1436.2.5 Kartoffelveredelungsindustrie . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1446.2.5.1 Charakterisierung der Branche . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1446.2.5.2 Abwasseranfall und -beschaffenheit, Anforderungen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1446.2.5.3 Abwasserbehandlung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1456.2.6 Gemüse und Obst verarbeitende Industrie . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1466.2.6.1 Charakterisierung der Branche . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1466.2.6.2 Abwasseranfall und -beschaffenheit, Anforderungen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1486.2.6.3 Abwasserbehandlung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1496.2.6.4 Fruchtsaftherstellung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1506.2.7 Brauereien . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1516.2.7.1 Charakterisierung der Branche . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1516.2.7.2 Abwasseranfall und -beschaffenheit, Anforderungen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1536.2.7.3 Abwasserbehandlung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1536.2.8 Brennereien . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1546.2.8.1 Charakterisierung der Branche . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1546.2.8.2 Abwasseranfall und -beschaffenheit, Anforderungen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1556.2.8.3 Abwasserbehandlung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1566.2.9 Milch verarbeitende Industrie . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1566.2.9.1 Charakterisierung der Branche . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1566.2.9.2 Abwasseranfall und -beschaffenheit, Anforderungen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1576.2.9.3 Abwasserbehandlung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1586.2.10 Schlachthöfe . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1586.2.10.1 Charakterisierung der Branche . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1586.2.10.2 Abwasseranfall und -beschaffenheit, Anforderungen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1596.2.10.3 Abwasserbehandlung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1626.3 Sonstige Industrien mit überwiegend organischen Inhaltsstoffen . . . . . . . . . . 1636.3.1 Textilindustrie . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1636.3.1.1 Charakterisierung der Branche . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1636.3.1.2 Abwasseranfall und -beschaffenheit, Anforderungen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1646.3.1.3 Abwasservermeidung, Abwasserbehandlung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1676.3.2 Abwasser aus der Lederherstellung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1706.3.2.1 Charakterisierung der Branche . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1706.3.2.2 Abwasseranfall und -beschaffenheit, Anforderungen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1706.3.2.3 Abwasserbehandlung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1716.3.3 Abwässer aus der Papier- und Zellstoffherstellung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1726.3.3.1 Papierverbrauch und Papierindustrie in Deutschland . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1726.3.3.2 Rohstoffeinsatz und -aufbereitung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1726.3.3.3 Beschreibung des Papierherstellungsprozesses . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1746.3.3.4 Wasserkreisläufe und innerbetriebliche Maßnahmen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1756.3.3.5 Anfall und Zusammensetzung des Restabwassers, Einleitbedingungen . . . . . . . . . 1786.3.3.6 Abwasserbehandlungsverfahren . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1806.4 Übersicht zur Wasserwirtschaft in der chemischen Industrie . . . . . . . . . . . . . . 1846.4.1 Allgemeines/ Übersicht . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1846.4.2 Produktionsverfahren . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1846.4.3 Abwasserinhaltsstoffe, Anforderungen, Abwasserbehandlung . . . . . . . . . . . . . . . . . 1856.4.3.1 Abwasserinhaltsstoffe, Anforderungen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1856.4.3.2 Innerbetriebliche Maßnahmen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1866.4.3.3 Abwasserbehandlung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1866.5 Abwasserbehandlung in der Metallindustrie . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1886.5.1 Allgemeines/ Übersicht . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1886.5.2 Abwasserinhaltsstoffe, Anforderungen, Abwasserbehandlung . . . . . . . . . . . . . . . . . 189

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6.5.3 Galvanik . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1916.5.3.1 Charakterisierung der Branche . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1916.5.3.2 Entfetten . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1916.5.3.3 Beizen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1926.5.3.4 Elektrochemische Metallabscheidung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1926.5.3.5 Abwasseranfall und Abwasserbeschaffenheit, Anforderungen . . . . . . . . . . . . . . . . 1936.5.3.6 Innerbetriebliche Maßnahmen zur Abwasserreduzierung nach Menge und

Beschaffenheit, Abwasserbehandlung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1946.6 Übersicht über die Abwasserbehandlung in der Schwerindustrie . . . . . . . . . . 1956.6.1 Allgemeines/ Übersicht . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1956.6.2 Hüttenwerke . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1956.6.2.1 Eisen- und Stahlindustrie – Halbzeugwerke . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1956.6.2.2 Nichteisenmetallindustrie . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1976.6.3 Steine-Erden-Industrie . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1986.6.4 Glasindustrie . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1996.6.5 Raffinerien . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2006.6.5.1 Petrochemische Industrie . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2006.6.5.2 Erdölraffinerien . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2016.7 Abkürzungsverzeichnis – BREF codes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 203

Literaturverzeichnis . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 205

Glossar . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 213

Stichwortverzeichnis . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 229

Inhaltsverzeichnis

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