Ultrafiltration ölhaltige Aluminium-Druckguss Abwasser: sicher betreiben bei niedrigen Betriebskosten

Sichere Abwasseraufbereitung beginnt nicht beim Grenzwert, sondern bei einem stabilen Prozess

Ölhaltige Abwässer aus dem Aluminium-Druckguss stellen hohe Anforderungen an eine industrielle Abwasserbehandlungsanlage. Trennmittel, Kühlschmierstoffe, Hydrauliköle, Metallabrieb und weitere Prozesschemikalien führen zu einem Abwasser, dessen Zusammensetzung sich im Produktionsalltag teilweise deutlich verändern kann. Genau diese Schwankungen sind für den zuverlässigen Anlagenbetrieb häufig entscheidender als ein einzelner Analysewert.

Bei der Ultrafiltration ölhaltiger Aluminium-Druckguss-Abwässer geht es deshalb nicht allein darum, eine möglichst hohe Abscheideleistung zu erzielen. Eine industrielle Anlage muss über Jahre reproduzierbar arbeiten, Lastspitzen verkraften und eine definierte Wasserqualität liefern. Gleichzeitig müssen Energieverbrauch, Reinigungsaufwand, Ersatzteile, Entsorgung und Personalaufwand wirtschaftlich bleiben.

Die Ultrafiltration mit keramischen Membranen ist hierfür eine interessante Basis. Im Crossflow-Betrieb werden insbesondere dispergierte Öle, Emulsionen und Feststoffe vom Permeat getrennt. Die robuste Keramik bietet dabei eine hohe chemische, mechanische und thermische Beständigkeit. smart5 nennt für geeignete Anwendungen Membranstandzeiten von bis zu zwölf Jahren.

Entscheidend ist jedoch das Gesamtsystem. Die smartDieCast-Lösung kombiniert deshalb Vorbehandlung, Ultrafiltration und – dort, wo es hinsichtlich der verbleibenden Inhaltsstoffe erforderlich und wirtschaftlich sinnvoll ist – eine nachgeschaltete Aufkonzentrierung beziehungsweise Vakuumverdampfung.

Genau diese dreistufige Verfahrenskombination wurde auch im Fachbeitrag der Zeitschrift GIESSEREI 01/2024 beschrieben.

Das technische Ziel lautet nicht „maximal viel Technik“, sondern: stabile Einleitqualität mit möglichst niedrigen Lebenszykluskosten.

Mehr zur eingesetzten Anlagentechnik: Aluminium-Druckguss smartDieCast in der Industrie

Keramikmembranen: Warum lange Standzeiten die Betriebskosten entscheidend beeinflussen

Die Membran ist das Herzstück einer Ultrafiltrationsanlage. Ihre Standzeit wirkt sich direkt auf Ersatzteilkosten, Wartungsaufwand, Anlagenverfügbarkeit und damit auf die Gesamtkosten je behandeltem Kubikmeter Abwasser aus.

Bei ölhaltigem Druckgussabwasser werden Membranen besonders beansprucht. Emulgierte Öle, feinste Feststoffe und wechselnde Konzentrationen können Deckschichten bilden und den Permeatfluss reduzieren.

Entscheidend ist deshalb nicht nur die nominale Porengröße einer Membran, sondern das Zusammenspiel aus Vorbehandlung, Crossflow-Geschwindigkeit, Transmembrandruck, Temperatur, Konzentrationsgrad und Reinigungsstrategie.

smart5 setzt bei diesen Anwendungen auf keramische Ultrafiltrationsmembranen. In der Praxis werden Standzeiten von häufig mehr als zehn Jahren erreicht. Keramikmembranen besitzen zudem eine hohe Reinigungsfähigkeit und Beständigkeit gegenüber anspruchsvollen Industrieabwässern.

Wichtige Kostentreiber einer Ultrafiltrationsanlage

Genau hier liegt ein wesentlicher Unterschied zwischen einer lediglich funktionierenden und einer wirtschaftlich optimierten Ultrafiltration.

Ein weiterer Punkt ist die automatisierte Prozessführung. Eine UF sollte nicht permanent mit maximaler hydraulischer Leistung betrieben werden, wenn die aktuelle Abwassermenge oder Belastung dies nicht erfordert.

Lastabhängiger Anlagenbetrieb, geeignete Sensorik, definierte Reinigungssequenzen und eine auf den tatsächlichen Prozess abgestimmte Steuerung können Membranbelastung und Energieverbrauch reduzieren.

Die Frage lautet deshalb nicht nur: „Welche Membran wird eingesetzt?“ Entscheidend ist vielmehr: Unter welchen Betriebsbedingungen wird diese Membran über viele Jahre gefahren?

Weitere technische Informationen zur Membranfiltration finden Sie hier: Mikrofiltration und Ultrafiltration zur effektiven Abwasserbehandlung

Vom ölhaltigen Rohabwasser zur stabilen Einleitqualität: Vorgehen aus der Praxis

Eine betriebssichere Anlage sollte nicht anhand einer einzelnen Laborprobe dimensioniert werden. Gerade Aluminium-Druckguss-Abwässer können sich durch Produktionsprogramme, Reinigungszyklen, eingesetzte Trennmittel oder Fremdöleinträge verändern.

Deshalb beginnt die Auslegung mit einer belastbaren Betrachtung der realen Betriebsbedingungen.

Schritt 1: Abwasser charakterisieren

Neben Abwassermenge und Tagesgang sind insbesondere Öl- und Emulsionsbelastung, Feststoffe, CSB, Leitfähigkeit, pH-Wert und die für den jeweiligen Einleiter relevanten Parameter zu betrachten.

Ebenso wichtig sind außergewöhnliche Betriebszustände: Was gelangt beispielsweise bei Maschinenreinigung, Wartung oder einem erhöhten Hydrauliköleintrag in die Abwasseranlage?

Schritt 2: Einleitgrenzwerte als Auslegungsparameter definieren

Die jeweils geltenden Anforderungen aus Genehmigung, Satzung beziehungsweise behördlichen Vorgaben müssen bereits während der Verfahrensauslegung berücksichtigt werden.

Eine Ultrafiltration ist insbesondere für die Abtrennung dispergierter Stoffe, Öle und Emulsionen leistungsfähig. Gelöste Stoffe können dagegen weitere Behandlungsschritte erforderlich machen.

Die sichere Einhaltung der Grenzwerte entsteht deshalb durch die richtig gewählte Verfahrenskette – nicht durch das pauschale Versprechen einer einzelnen Technologie.

Schritt 3: Vorbehandlung und UF aufeinander abstimmen

Grobstoffe, freie Öle und störende Feststofffrachten sollten möglichst vor der Keramikmembran separiert werden.

Anschließend erfolgt die eigentliche Ultrafiltration im Crossflow-Verfahren. Permeat und Konzentrat werden kontrolliert getrennt; das Konzentrat kann gezielt weiterbehandelt werden.

Schritt 4: Nur den erforderlichen Teilstrom thermisch behandeln

Bei der smart5-UF wird nicht zwangsläufig die gesamte ursprüngliche Abwassermenge verdampft. Die Ultrafiltration übernimmt einen großen Teil der Trennaufgabe; der Verdampfer kann anschließend den konzentrierten Teilstrom weiter aufbereiten.

Das reduziert die thermisch zu behandelnde Menge und damit den Energiebedarf.

Schritt 5: Betrieb überwachen und kontinuierlich optimieren

Permeatleistung, Druck, Temperatur, Energieverbrauch und relevante Qualitätsparameter sollten nicht isoliert betrachtet werden.

Aus Trends lassen sich Membranverschmutzung, veränderte Abwasserzusammensetzungen oder ungünstige Betriebszustände frühzeitig erkennen.

Das Praxisziel ist ein beherrschbarer Prozess: nicht reagieren, wenn ein Grenzwert überschritten wurde, sondern Prozessabweichungen vorher erkennen.

Niedriger Energiebedarf: Warum die richtige Verfahrenskombination die Kosten pro m³ senkt

Bei der Bewertung einer Abwasseranlage ist der Energieverbrauch inzwischen ein wesentlicher Kostenfaktor. Besonders deutlich wird dies, wenn große Abwassermengen vollständig thermisch aufbereitet werden.

Für Gießereien mit mehreren tausend Kubikmetern Abwasser pro Jahr können bereits wenige Kilowattstunden Unterschied je Kubikmeter erhebliche jährliche Kosten verursachen.

Das technische Konzept von smartDieCast setzt deshalb auf eine Aufgabenverteilung: Die Ultrafiltration trennt Öl, Emulsionen und Feststoffe energieeffizient ab. Nur der verbleibende Konzentratstrom wird – sofern erforderlich – weiter aufkonzentriert.

Für das kombinierte System kann ein Stromverbrauch von unter 10 kWh/m³ in der Praxis erreicht werden. Die tatsächlich erreichbaren Werte hängen von Prozesswasserzusammensetzung, Anlagenkonfiguration und Betriebsbedingungen ab.

Auch der Fachbericht in der GIESSEREI beschreibt die energieeffiziente Kombination aus Vorbehandlung, Ultrafiltration und Vakuumverdampfung als wesentlichen Bestandteil des Anlagenkonzeptes.

Entscheidend sind die Gesamtbetriebskosten

Für eine seriöse Wirtschaftlichkeitsbetrachtung sollte der Energiebedarf allerdings nie allein betrachtet werden.

Die relevantere Kennzahl sind die Gesamtbetriebskosten in €/m³:

Gesamtbetriebskosten = Energie + Betriebsmittel + Membran- und Ersatzteilkosten + Wartung + Entsorgung + Personal + Kosten ungeplanter Stillstände

Gerade hier zahlt sich eine lange Membranstandzeit aus. Eine Membran, die bei niedrigerem Anschaffungspreis regelmäßig ersetzt werden muss oder häufige chemische Reinigungen benötigt, kann über zehn Betriebsjahre deutlich teurer sein als eine robuste keramische Lösung.

Hinzu kommen Wärmerückgewinnung und intelligente Prozesssteuerung. Die smart5-UF ist beispielsweise für die Nutzung von Wärme aus dem Permeat beziehungsweise vorhandenen betrieblichen Wärmeströmen ausgelegt. Bestehende Verdampfer können ebenfalls in ein Gesamtkonzept integriert werden.

Das entspricht auch der smart5-Philosophie: Nicht eine bestimmte Technologie soll verkauft werden. Entscheidend ist, welche Kombination für das jeweilige Abwasser technisch sicher und über den gesamten Lebenszyklus wirtschaftlich ist.

Mehr zum Zusammenspiel der Verfahren: Membranfiltration und Verdampfer für industrielle Abwässer

Fazit: Lange Membranstandzeiten, niedrige Betriebskosten und sichere Einleitwerte gehören zusammen

Eine Ultrafiltrationsanlage für ölhaltige Aluminium-Druckguss-Abwässer ist dann erfolgreich, wenn sie nicht nur am Tag der Abnahme funktioniert. Sie muss auch nach mehreren tausend Betriebsstunden reproduzierbare Ergebnisse liefern.

Genau deshalb gehören Membranstandzeit, Energiebedarf, Anlagenverfügbarkeit und Einleitqualität technisch zusammen.

Langlebige keramische Membranen können bei geeigneter Auslegung und Betriebsweise Standzeiten von mehr als zehn Jahren beziehungsweise bis zu zwölf Jahren erreichen. Der Energiebedarf der Ultrafiltration kann dabei deutlich unter dem thermischer Vollstrombehandlungen liegen.

Wird nur der tatsächlich erforderliche Konzentratstrom einer weiteren Aufbereitung zugeführt, lässt sich auch der Energiebedarf des Gesamtsystems begrenzen.

Die wichtigste technische Erkenntnis lautet jedoch: Für die sichere Einhaltung der gesetzlichen beziehungsweise behördlich festgelegten Einleitgrenzwerte reicht es nicht, eine Ultrafiltration „von der Stange“ einzusetzen.

Abwasserzusammensetzung, Lastfälle, Grenzwerte, Vorbehandlung, Membranbetrieb, nachgeschaltete Technik und Überwachung müssen als Gesamtsystem betrachtet werden.

smart5 unterstützt Industrieunternehmen deshalb technologie- und herstellerunabhängig – von der Analyse bestehender Anlagen über Labor- und Betriebsversuche bis zur Planung, Optimierung, Lieferung und langfristigen Betreuung der Abwassertechnik.

Der ergänzende Fachbeitrag aus dem GIESSEREI-Magazin zeigt die technische Herangehensweise und die Hintergründe der smartDieCast-Lösung im Aluminium-Druckguss.

Zum Fachbeitrag in der GIESSEREI