Selektivaustauscheranlagen, SAT-Anlagen

Selektivaustauscheranlagen bzw. SAT-Anlagen werden als sog. Polizeifilter in industriellen Abwasseranlagen (CP-Anlagen, chemisch-physikalische Abwasseranlagen) in der Schlussfiltration nach Fällung/Flockung oder z.B. in der Grundwassersanierung eingesetzt, um regulatorisch relevante Restschwermetallegehalte im Abwasser unter den geforderten Überwachungswert zu halten.

In industriellen Abwasseranlagen ist in der Regel eine Chargen- oder Durchlaufbehandlung des anfallenden Abwassers vorhanden, in der überwachungsrelevante Inhaltsstoffe über Fällung und Flockung aus dem Abwasser entfernt werden. Aufgrund der komplexen Zusammensetzung und Diskontunität industrieller Abwasser(teil)ströme kann es jedoch vorkommen, dass diese Behandlung alleine nicht ausreicht, um die behördlichen Anforderungen an die Abwasserbehandlung nach dem relevanten Anhang der AbwasserVO bzw. bei Indirekteinleitern zusätzlich der Entwässerungssatzung der lokalen kommunalen Kläranlage einzuhalten. Um dies nach dem Stand der Technik zu gewährleisten, werden in diesen Fällen eine Selektivaustauscheranlage mit einem IDE-Austauscherharz (Iminodiessigsäureaustauscher), z.B. Lewatit TP 207, eingesetzt, um die in der CP-Behandlung nicht ausreichend reduzierten Schwermetalle, häufig Nickel, Kupfer, Zink oder Blei, zu entfernen und gegen Na+, Ca2+ oder ein anderes Kation auszutauschen, mit dem das Ionenaustauscherharz konditioniert wurde. Nicht überwachungsrelevante Parameter wie z.B. Erdalkalimetalle (z.B. Mg), werden vom Austauscher nicht in relevanten Ausmaß gebunden um die Kapazität des Austauschers nicht unnötig auszuschöpfen.

Das gleiche Verfahren kann auch in der Grundwassersanierung eingesetzt werden, je nach Parameter ggf. auch mit anderen Harztypen als dem Selektivaustauscher TP 207, z.B. einem schwach oder stark basischen Anionenaustauscher für Cyanidkomplexe.

Ein typischer Anwendungsfall von Selektivaustauscheranlagen ist der sog. Polizeifilter nach der CP-Abwasserbehandlung in metallverarbeitenden Betrieben, die indirekt in eine kommunale Kläranlage einleiten. Die überwachungspflichtigen Parameter für die Indirekteinleitung sind nach Anhang 40 der AbwasserVO in der Regel bei z.B. 0,5 mg/L Nickel und 0,5 mg/L Kupfer. Im Rahmen der CP-Abwasserbehandlung, also mittels z.B. Hydroxidfällung und Flockung über ein Polymer und/oder ein Bentonit, werden die Schwermetalle in einen Bereich von wenigen mg/L Restgehalt gefällt. In diesem Bereich kann die Lösung wirtschaftlich sinnvoll auf einen IDE-Selektivtauscher wie z.B. Purolite S930 Plus bzw. Lewatit TP 207 geführt werden um mittels Ionenaustausch gegen z.B. Natrium die gesetzlichen Grenzwerte zu erreichen. Mit Einsatz eines IDE-Selektivaustauschers kann ggf. auf den Einsatz von Komplex-Spaltmitteln auf sulfidischer Basis verzichtet werden. Neue Selektivaustauscheranlagen oder wesentliche Änderungen an Altanlagen sind WHG genehmigungspflichtig.

Ein weiterer Anwendungsfall ist die gezielte Entfernung von Fremdstoffen aus Prozesslösungen, z.B. die Entfernung von Fremdmetallionen (Cu, Ni, ggf. Fe(III)) aus einer Prozesslösung zur Chromabscheidung auf Basis von Cr(III) Salzen.

Weiterhin wird je nach Anwendung eine (physikalische) Vorfiltration mittels Kiesfilter bzw. Mehrschichtfilter und eine pH-Anpassung im Zulauf und im Ablauf des Ionenaustauschers vorgenommen um die Aufgabeparameter für den Selektivionenaustauscher für die Schwermetallabtrennung zu optimieren. Zusätzlich kann ggf. eine Denaturierung etwaig störender Biologie durch UV-Licht und separater Nachfiltration und/oder eine Entfernung apolarer bzw. nicht-ionogener Stoffe (insbesondere Mineralöle) mittels Aktivkohle oder eines Scavengerharzes als Tauscheinheit vorgenommen werden. In seltenen Fällen können weitere Filterstufen mit gesonderten Filtermaterial erforderlich sein, z.B. ein stark basischer Anionenaustauscher, um anionische Komplexe bzw. anionische Verbindungen (z.B. PFC) zu entfernen oder ein weiteres ionogenes Filtermaterial.

Ein Ionenaustauscher wie bei Selektivaustauscheranlagen arbeitet zwar grundsätzlich wie ein Filter, es ist jedoch ein Ionenaustauscher. Das bedeutet er benötigt stets eine Vorbeladung, beim Selektivaustauscher in der Regel Natrium, die beim Beladen mit einem anderen, in der Regel zweiwertigen Kation wie Nickel, freigegeben wird. Wenn der Selektivaustauscher am Ende seiner Kapazität ist, d.h. Natrium wurde vollständig z.B. gegen Nickel und Kupfer ersetzt, geht der Selektivaustauscher bei weiterer Beladung in eine Abgabephase. Das bedeutet entsprechend seiner Selektivitätsreihe wird nun Kupfer weiter gebunden, jedoch mangels weiterer Austauschergruppen das weniger stark gebundene Nickel wieder freigegeben. In diesem Fall ist der Selektivaustauscher überfahren, der Wert im Ablauf des Ionenaustauschers ist höher als im Zulauf und kann dabei auch einen Überwachungswert verletzen. SAT-Austauscher werden daher stets als 2 Patronen in Reihe betrieben, um ein unbeabsichtigtes Überfahren des Ionentauschers zu vermeiden.

Die Selektivitätsreihe der Selektivaustauscheranlagen mit dem Selektivaustauscherharz Lewatit TP 207 lautet:

Fe3+ > Cu2+ > TiO2+ > VO5+ > UO2+ > VO2+ > Hg2+ > Pb2+ > Sc3+ > Ni2+ > Zn2+ > Co2+ > Co2+ > Cd2+ > Fe2+ > Be2+ > Al3+ > Mn2+ > Ca2+ > Mg2+ > Sr2+ > Ba2+ > Na+ > K+ > Cs+

In der Regel wird das durch Selektivaustauscheranlagen gereinigte Abwasser anhand des Schwermetallgehalts in der pH-Endkontrolle überwacht. Je nach Anhang der AbwasserVO bzw. der Satzung der kommunalen Kläranlage gelten für den Einleiter individuelle, regulatorische Schwermetallüberwachungswerte die mittels eines SAT eingehalten werden können, in der Regel aufgrund von Teil D des jeweiligen Anhangs der AbwasserVO:

Kupfer 0,5 mg/L, Nickel 0,5 mg/L, Blei 0,5 mg/L, Zink 2,0 mg/L

Daneben gelten regelmäßig noch weitere kommunale Anforderungen für Indirekteinleiter, die auf DWA-M 115-2 basieren, wie z.B. pH, Temperatur, Sulfat bzw. Anforderungen aus Teil C des jeweiligen Anhangs der AbwasserVO, die in der individuellen Indirekteinleitererlaubnis zusammengefasst sind.

In gesonderten Fällen kann anstatt oder zusätzlich zu einem Iminodiessigsäureaustauscher auch ein weiterer oder anderer Ionenaustauscher oder Filtermaterial erforderlich sein, z.B. ein stark basischer Anionenaustauscher für anionisch vorliegende Komplexe.

Der Selektivaustauscher kann grundsätzlich auch als Wertstoffrückgewinnung ausgeführt werden, so dass sich die gewonnenen Schwermetalle, z.B. Nickel aus der Verdichtung im Eloxalprozess, im Regenerat aufkonzentriert werden. Die Anlage besteht aus zwei Ionenaustauschersäulen, die in Reihe durchströmt werden. Nach der Regeneration wird die frisch regenerierte Säule nachgeschaltet (Betrieb I – II / II – I). Der Ableitungsgrenzwert für Nickel wird jederzeit eingehalten. Die Regeneration der beladenen Säule (450 L Selektivaustauscherharz Lewatit TP 207, beladen mit ca. 17,4 – 22,5 kg Nickel) erfolgt mit Schwefelsäure. Die Regeneriersäure wird dabei mehrfach zur Regeneration verwendet um eine recyclingfähige Konzentration zwischen 50 und 70 g/L Nickel zu erzeugen. Das Nickelkonzentrat wird bei jeder Regeneration automatisch anteilig entnommen und mit Frischsäure nachgespeist. Es werden keine nickelhaltigen Spülwässer bei der Regeneration abgeleitet, sondern verbleiben zur Nachspeisung im System.

Produkte

Je nach Auslegung der Anlage auf den Kundenprozess besitzen Selektivaustauscheranlagen eine eigene Regenerierstation um vor Ort regeneriert zu werden. Aufgrund der oft langen Laufzeiten von SE-Anlagen ist es häufig sinnvoll die Regeneration extern in der zentralen Regenerationsstation in 92348 Berg durchführen zu lassen.

Bei einem Durchsatz zwischen 2,5 bis 20 m³/h und bei stark belasteten Abwässern ist eine Anlage mit eigener Regenerierstation sinnvoll. Die in der Anlage eingesetzten Harze in den beiden hintereinander geschalteten Säulen werden mit einer Säure regeneriert und einer Lauge aktiviert, in der Regel mit Salzsäure und Natronlauge. Die Regenerate der Anlage werden anschließend in der betriebsinternen Abwasseranlage behandelt. Beachten Sie, dass die Anlage zumindest wasserrechtlich anzeigepflichtig ist.

Bei einem Durchsatz bis zu 5 m³/h ist oftmals eine extern zu regenerierende Anlage die wirtschaftlichere Lösung, in Sonderanwendungen bis zu 25 m³/h. Das bedeutet, dass die Ionenaustauscherpatronen beim Kunden im Kundenprozess beladen werden und dann anschließend an die zentrale Regenerationsstation in 92348 Berg gesendet werden. Nach erfolgter Regeneration werden die Patronen wieder an den Kunden zurückgesendet. Die Patronengröße kann je nach Durchsatz und Kapazität variieren und liegt typischerweise zwischen 30 – 1500L Harzvolumen.

  • Kundenspezifische Auslegung auf den Abwasserbehandlungsprozess in bestehenden oder neuen CP-Abwasseranlagen (z.B. auch Cr(VI)- und cyanhaltige Abwässer) und Automationsgrad ausgehend von einer halbautomatisierten, funktionalen Basisausführung mit 2 Säulen bis zur automatisierten und remoteüberwachten 3 Säulen Ausführung.
  • Anpassung an die ggf. vorhandene Steuerungstechnik und Anbindung an ein Prozessleitsystem und die vorhanden baulichen Gegebenheiten am Standort bzw. der Einbringung zum Standort
  • Voruntersuchungen und optionale Stellung von Testanlagen/Technikum möglich
  • Erfüllung der gesetzlichen Anforderungen an zweiwertige Schwermetalle gem. den Anhängen der AbwasserVO gem. den besten verfügbaren Techniken (BVT) für IED-Anlagen gem. der IE-RL 2010/75/EU bzw. der 4. BImSchV.
  • SPS Schaltung Siemens mit/ohne Touchdisplay sowie mit der Option auf externe Zugriffsmöglichkeit
  • Duplex-Ausführung für einen unterbrechungsfreien 24/7 Betrieb serienmäßig, zusätzliche Absicherung mit einer 3. Säule möglich
  • Edelstahl- oder Kunststoffrahmenaufbau für korrosive Umgebungen
  • Drucktanks in PE/GfK, PVDF/GfK oder beschichteter Stahl
  • Selektivaustauscherharze von LANXESS, Lewatit TP 207 bzw. Purolite S930 Plus
  • Rohrleitungen und Armaturen in PVC, PP, PE oder PVDF der Hersteller GF, GEMÜ (pneumatisch oder elektrisch) oder nach Kundenanforderung; im Übrigen Ausführung mit Standard-Industriekomponenten ohne Sonderelemente soweit möglich.
  • Temperaturauslegung bis 70°C möglich, höhere Temperaturen auf Anfrage. Beachten Sie jedoch die maximale Einleittemperatur von 35°C, die auch nur unter gesonderten Denaturierungsmaßnahmen dauerhaft genutzt werden sollte.
  • Anlagenaufbau für einen arbeitssicherheitskonformen Betrieb auch bei typischen Fehlanwendungen
  • Desinfektionsmöglichkeit des Harzbetts
  • Möglichkeit der Vorabnahme und des Probebetriebs in der eigenen Werkstatt
  • Modulare, wartungsfreundliche Bauweise nach Kundenanforderung mit diversen optionalen Erweiterungsmöglichkeiten, z.B. um Mehrschichtfilter, Vorlagetanks, Chemikalienlagertanks als Dosierstationen oder als AwSV LAU-Anlagen, Auffangwannen, einfache Beschickungs- bis redundante FU-Duplex-Druckerhöhungsstationen, Druckdifferenzanzeige, tatsächliche Verbrauchs- und Produktionsdatenerfassung, gesonderte Harzwechselanschlüsse, Anlagenzugriffskontrolle, Ventilstellungsrückmeldung, zusätzliche Filterstufen.
  • Ausführung als extern zu regenerierende Anlage mit Tauschpatronen (ohne Abwasseranfall vor Ort) oder als Anlage mit automatischer Regenerierstation vor Ort (mit zu behandelnden Abwasser vor Ort).

Gerne helfen wir Ihnen weiter.