Albert Köhler GmbH & Co. KG

90 Prozent weniger Abwasser in der Papierherstellung

Ausgangslage

Altpapier als Ausgangsmaterial der Pappenproduktion

Die Firma Albert Köhler GmbH & Co. KG produziert auf drei Papiermaschinen verschiedene Pappensorten ausschließlich aus Altpapier.

Bei der Produktion entstanden etwa 8 Kubikmeter Abwasser pro Tonne Pappe. Das Abwasser wurde rein mechanisch durch Sedimentation geklärt und im Anschluss in der kommunalen Kläranlage gereinigt. Dabei entstanden Abwassergebühren in Höhe von etwa 100.000 Euro.

Ziel

Die neue firmeninterne, energieeffiziente Abwasseraufbereitung sollte den Großteil des Abwassers wieder in den Produktionskreislauf zurückführen.

Eine zusätzliche Energieersparnis sollte durch eine Wärmerückgewinnung aus dem Abwasser möglich werden.

Anlage der Albert Köhler GmbH aus der Luft

Technische Umsetzung

Schematische Darstellung der Prozesskette im Membranbioreaktor

Die vorhandene Vorklärung durch Sedimentation wurde durch eine Entkalkungsstufe und eine Abwasser­reinigung mittels Membranbioreaktor mit nachgeschalteter Umkehrosmose ergänzt.

Die neue Kreislaufwasserbehandlungs­anlage macht die Reinigung des Abwassers trotz hoher Kalkgehalte und organischer Belastung möglich, so dass 90 Prozent des gesamten Abwassers ohne Qualitätseinschränkungen wieder dem Produktionsprozess zugeführt werden kann.

Nach der Vorklärung des Abwassers erfolgt die Entkalkung im High-Rate-Clarifier (HRC), da Kalkablagerungen zu Störungen im Membranbioreaktor sowie in der Pappenproduktion führen. Der Kalkschlamm wird im HRC abgetrennt und kann aufgrund seines hohen Reinheitsgrades direkt in den Produktionsprozess zurückgeführt werden.

Das teilenthärtete Abwasser wird mittels eines Plattenwärmetauschers gekühlt und gelangt in den Membranbioreaktor. Dieser besteht aus der dreistufigen aeroben Belebungskaskade und dem Membrane Operating System (MOS).

In der Belebungskaskade erfolgt die biologische Reinigung des Rohabwassers. Die Belüftung des Belebtschlamms sorgt für eine hohe Abbauleistung der Mikroorganismen.

Großes Becken der Belebungskaskade
Parallel arbeitende Stränge im MOS

Anschließend gelangt das Abwasser in das Membrane-Operating-System (MOS), in dem mit Hilfe von 144 Hohlfasermembranmodulen eine vollständige Trennung von biologisch gereinigtem Wasser (Filtrat) und Belebtschlamm stattfindet. Der Belebtschlamm wird in die erste Kaskade der Belebung zurückgeführt.

Nach der Reinigung im Membranbioreaktor wird ein Teilstrom des gereinigten Wassers in einer zweistufigen Umkehrosmose entsalzt. So wird vermieden, dass sich die Salze im Wasserkreislauf aufkonzentrieren und zu Ablagerungen sowie Korrosion führen.

Das gereinigte Abwasser gelangt zurück in den Frischwasserkreislauf.

Das gereinigte Abwasser wird mit einem Temperaturniveau von 35 Grad Celsius in die Produktion zurückgeführt. Das ergänzende Frischwasser (10 Grad Celsius) wird mit Hilfe eines Wärmetauschers vorgewärmt. Für die Erwärmung des Wassers auf Prozesstemperaturen von 65 Grad Celsius wird nun weniger Energie benötigt. Dadurch können jährlich ungefähr 750 Tonnen Kohlendioxid eingespart werden.

Vorwärmung des Frischwassers mit Wärmetauscher

Umwelt­entlastung

Die innovative Abwasserreinigung ermöglicht eine Rückführung von Abwässern in die Produktion ohne Qualitätsverlust. Der Wasserverbrauch in der Pappenproduktion wird dadurch deutlich gesenkt.

Wirtschaftlichkeit

Die Investition in die neue Abwasserbehandlungsanlage ergibt eine Einsparung in Höhe von 625.000 Euro im Vergleich zur Entsorgung der Abwässer in der kommunalen Abwasserreinigungs­anlage (ARA).

Betonwerk Godelmann KG

Abfall- und abwasserfreies Schleifen von Betonteilen

Ausgangslage

Wassergekühlter Schleifprozess

Die Betonwerk Godelmann KG ist ein Hersteller von Betonprodukten für den Städte- und Straßenbau sowie für den Garten- und Landschaftsbau.

Das Schleifen von Beton- und Betonwerksteinplatten mit Diamant- und Karborundumwerkzeugen erfolgte bisher unter Wasserkühlung. Die beim Schleifen entstehenden Feststoffe sammeln sich im Abwasser, das zum Teil mit hohem Energieaufwand aufbereitet wurde.

Der vom Wasser abgetrennte Schleifschlamm wurde zu Filterkuchen gepresst, die kostenintensiv auf Deponien entsorgt wurden. Über 6.000 Tonnen Filterkuchen fielen bisher pro Jahr an.

Ziel

Das Nassschleifverfahren sollte durch ein neuartiges umweltverträgliches Verfahren zum Schleifen von Betonwaren ersetzt werden, bei dem der Verbrauch an Frischwasser sowie der Schleifschlammabfall komplett entfallen. Dabei sollte eine identische Werkstückqualität im Vergleich zu im Nassschleifverfahren hergestellten Produkten erreicht werden.

Links: Stein vor dem Schleifen. Rechts: Geschliffener Stein mit Trockenschleifmaschine

Technische Umsetzung

Schleifsteine

In der neuen Trockenschleifanlage werden Schleifwerkzeuge mit metallgebundenen Diamanten eingesetzt. Bei der Grobbearbeitung kann damit eine Spanabnahme ohne nennenswerte Wärmeentwicklung realisiert werden. Die Feinbearbeitung erfolgt mit erhöhter Diamantenkonzentration im Werkzeug. In den Schleifstationen kommen frequenzgeregelte Motoren zum Einsatz.

Kühle Luft sorgt bei diesem Verfahren für die Abfuhr der beim Schleifen entstehenden Wärme. Dazu wurden an den Schleiftellern Leitbleche installiert, deren Nuten den Luftstrom direkt an die Bearbeitungsstelle leiten. Durch Rotation wird die Wärme von der Bearbeitungsstelle durch kühle Luft verdrängt.

Mit dem Trockenschleifverfahren ist es möglich, auf den Einsatz von Wasser als Kühlmittel komplett zu verzichten.

Leitblech zum Abtransport von Wärme und Zuführen kalter Luft
Trockenschleifanlage mit Staubabsaugung

Das anfallende Zerspanungsmaterial wird über spezielle Absauganlagen entnommen und über ein Spezialfiltersystem von der abgesaugten Luft getrennt.

Der anfallende Staub kann zu 100 Prozent als Zuschlagstoff für Kernbeton in den Produktionsprozess zurückgeführt werden und hilft dabei, Zuschlagstoffe wie Sand und Split einzusparen. Beim Trockenschleifen entsteht so ein geschlossener Kreislauf ohne Abfälle.

Umwelt­entlastung

Mit dem neuen Trockenschleifverfahren zum Schleifen von Betonteilen wird Wasser eingespart und damit auch die aufwendige Abwasseraufbereitung. Der beim Schleifen anfallende Staub wird zu 100 Prozent wieder dem Produktions­prozess zugeführt.

Wirtschaftlichkeit

Das neue Trockenschleifverfahren zum Schleifen von Betonwaren erbringt im Vergleich zum Nassschleifverfahren eine Ersparnis in Höhe von 31.204 Euro pro Jahr.

Audiokommentar von Hermann Keßler, Fachgebietsleiter im Umweltbundesamt

Brökelmann Aluminiumwerk GmbH & Co. KG

Aluminiumverarbeitung mit mehr Energieeffizienz

Ausgangslage

Erwärmung der Aluminium-Bolzen im Ofen

Die Firma F. W. Brökelmann ist seit 1910 in der Aluminiumverarbeitung tätig. Sie fertigt Halbzeuge, Profile und Rohre für die Verkehrstechnik, Bautechnik, Industrie- und Wärmetauschertechnik.

Die bis zu 7 Meter langen Aluminium-Bolzen wurden zunächst in einem Erwärmungsofen auf bis zu 500 Grad Celsius erwärmt und anschließend in einer Presse in bis zu 50 Meter lange Stränge gepresst.

Die Vorwärmung erfolgte über Gasbrenner im Ofen und anschließender induktiver Erwärmung direkt vor dem Pressvorgang. Der spezifische Gasverbrauch lag bei 313 Kilowattstunden pro Tonne Aluminium.

Ziel

Das neue energieeffiziente Aluminium-Bolzen-Erwärmungsverfahren sollte den Gasverbrauch deutlich senken und gleichzeitig die Durchsatzrate in der laufenden Produktion um 25 Prozent erhöhen.

Neuer Ofen mit optimierter Brenneranordnung und Abgasführung

Technische Umsetzung

Innenansicht des neuen Ofens mit Gasbrennern

Im Anwärmofen wurde die Anzahl der Gasbrenner verdreifacht und deren Positionierung optimiert. Dadurch wird die für den Wärmeübergang genutzte Oberfläche deutlich vergrößert und so ein verbesserter Wärmeeintrag in den Bolzen erreicht.

Der Ofeninnenraum wurde auf den Bolzendurchmesser angepasst, so dass die engere Abgasführung im Ofeninnenraum ebenfalls für eine verbesserte Wärmeaufnahme sorgt.

Die bestehende Vorwärmzone wurde durch eine Hochkonvektionszone ersetzt, die Konvektion wird mittels Ventilatoren erreicht.

Nach der Hochkonvektionsvorwärmkammer wird das Abgas über einen Wärmetauscher geleitet, um die Verbrennungsluft für die Gasbrenner vorzuwärmen. Durch die Luftvorerwärmung auf 120 Grad Celsius arbeiten die Brenner effektiver.

Da die Aluminiumbolzen dem Induktionsofen nun mit einer höheren Grundtemperatur zugeführt werden, reduziert sich der Stromverbrauch bei der nachgeschalteten Erwärmung im Induktionsofen.

Verbrennungsluft-Ventilation (links) und Wärmetauscher (mittig) über der Hochkonvektionszone

Umwelt­entlastung

Der neue Anwärmofen senkt den Gasverbrauch, spart Strom und verringert damit die Kohlendioxid-Emissionen.

Wirtschaftlichkeit

Die Investition in ein neues Aluminium-Bolzen-Erwärmungsverfahren erbringt eine Kostenersparnis von 191.900 Euro.

Audiokommentar von Hermann Keßler, Fachgebietsleiter im Umweltbundesamt

Edelstahlwerke Schmees GmbH

Energiesparende Pfannenaufheizstation halbiert den Gasverbrauch

Ausgangslage

Herkömmliches Verfahren zur Pfannenbeheizung mit offener Gasflamme

Die Edelstahlwerke Schmees GmbH gehört international zu den bedeutenden Anbietern von gegossenen Edelstahlprodukten.

Im Bereich des Schmelzbetriebes werden Transportpfannen eingesetzt, die das flüssige Metall vom Schmelzofen zur Gießhalle transportieren. Diese Pfannen wurden bisher über vier konventionellen Erdgasbrennern etwa 5 Stunden auf die Einsatztemperatur von 850 Grad Celsius vorgeheizt, unter Einsatz von etwa 95.000 Kubikmeter Erdgas jährlich. Dies entsprach 8,4 Prozent der gesamten Energiekosten.

Durch die offene Flamme wurde die Pfannenoberfläche sehr ungleichmäßig erwärmt. Das Feuerfestmaterial in der Transportpfanne wurde dadurch extrem beansprucht und die Standzeit der Transportpfannen verkürzt. Die benutzten Brenner waren darüber hinaus sehr laut und wartungsintensiv.

Ziel

Der Gasverbrauch für die Vorheizung der Transportpfannen sollte um rund 50 Prozent reduziert werden.

Gleichzeitig sollten durch geringere Beanspruchung des Feuerfestmaterials der Pfanneninnenauskleidung die Standzeiten der Pfannen verlängert werden.

Neue Pfannenaufheizstation mit drei Beheizungssystemen

Technische Umsetzung

Neu errichtete Pfannenaufheizstation

Die innovative, energieeffiziente Pfannenaufheizstation besteht aus fünf Pfannenparkplätzen und drei Beheizungssystemen für unterschiedliche Pfannengrößen. Das Herzstück jedes Beheizungssystems ist ein flammenloser Gas-Porenbrenner.

Auf die Transportpfanne wird ein isolierter Deckel gesetzt, in dem der flammenlose Gas-Porenbrenner integriert ist. Das Gas verbrennt in einer porösen Hochtempera­turkeramik, die dabei zum Glühen gebracht wird.

Die Verbrennungswärme wird an ein Strahlrohr aus hochtemperaturbestän­digem Stahl abgegeben, das genau an die Innenkonturen der Pfanne angepasst ist.

Das Strahlrohr gibt die Energie mittels Infrarotstrahlung an die Innenwand der Pfanne ab.

Querschnitt der Pfannenheizstation
Funktionsweise der Pfannenheizstation

Die heißen Gase werden über Konvektion entlang der Pfanneninnenwände geleitet, wodurch sich der Wärmeübertrag zusätzlich verbessert. So können die Transportpfannen auf nun etwa 1.000 Grad Celsius Oberflächentemperatur aufgeheizt werden. Dadurch kann Energie in der Stahlschmelze eingespart werden.

Die Pfanne wird sehr gleichmäßig und um den Faktor 2 bis 3 schneller erwärmt als bisher. Durch die gleichmäßige Erwärmung der Transportpfanne wird das Feuerfestmaterial weniger beansprucht. Dies wirkt sich positiv auf die Standzeit der Pfannen aus.

Umwelt­entlastung

Die neue Pfannenaufheiz­station spart rund 60 Prozent des Gasverbrauchs für die Transportpfannenerwärmung. Die innovativen Brenner produzieren damit nicht nur weniger Kohlendioxid sondern schonen durch weniger Lärm auch die Gesundheit der Arbeiter.

Wirtschaftlichkeit

Die Investition in eine innovative Pfannenaufheizstation erbringt eine Kostenersparnis von 40.286 Euro jährlich.

EJOT GmbH & Co. KG

Innovative Galvanik-Anlage vermeidet Schadstoffe im Abwasser

Ausgangslage

Microschrauben

Die EJOT GmbH stellt Verbindungselemente mit galvanisch beschichteten Oberflächen für den Automobilbau, die Elektro- und Elektronikindustrie her. Aufgrund des EU-weiten Verbots von Chrom-VI-Verbindungen im Automobilbau stellte das Unternehmen seine metallische Beschichtung auf die Zink/Nickel-Beschichtung um.

Abwasser aus der Zink/Nickel-Beschichtung ist jedoch mit schwer abbaubaren organischen Verbindungen belastet, die in vorhandenen Abwasserreinigungssystemen nicht oder nur unzureichend abgebaut werden. Als einzige technische Möglichkeit der Entsorgung wurde zu diesem Zeitpunkt die thermische Beseitigung angeboten.

Ziel

Der mit organischen Schadstoffen belastete Abwasserteilstrom aus der Zink/Nickel-Galvanik-Anlage sollte getrennt gehalten und intern abwasserfrei verarbeitet werden.

Ein weiteres Ziel war die technische und wirtschaftliche Optimierung des Gesamtprozesses. Dazu gehörte die Steigerung des elektrochemischen Wirkungsgrads, die Vermeidung der Cyanid-Bildung sowie eine Reduzierung des Spülwasserbedarfs.

Absaugung oberhalb der Prozessbäder der Zink-Nickel-Anlage

Technische Umsetzung

Aufbau des Zink/Nickel-Membransystems

Die alkalische, cyanidfreie Zink/Nickel-Beschichtung in einer Trommelanlage wurde erstmalig mit einer thermischen Abwasserbehandlung kombiniert.

Durch den Einsatz der Membrantech­nologie wird der Verbrauch an orga­nischen Zusatzstoffen verringert und die Cyanid- und Carbonatbildung vermieden. Darüber hinaus steigert die Membrantechnologie den elektro­chemischen Wirkungsgrad um 50 Prozent gegenüber einem konventionellen Verfahren der Zink/Nickel-Beschichtung.

Der innovative Kern der neuen Anlage ist ein Verdampfersystem zur thermischen Behandlung von Spülwasser, Halbkonzentraten und Konzentraten aus der Zink/Nickel-Linie.

Das Spülwasseraufkommen wird bereits durch eine Vierfach-Spülkaskade reduziert. Anschließend wird das Spülwasser mit Hilfe von 32 Infrarot-Brennern in einem offenen Verdampfer verdampft. Dabei werden die organischen Bestandteile weitgehend zersetzt, während die verbleibenden Inhaltsstoffe aufkonzentriert werden. Das in geringer Menge anfallende Verdampferkonzentrat wird thermisch entsorgt.

Das Verdampfersystem ermöglicht somit, dass die Spülwässer der Zink/Nickel-Linie nicht ins Abwasser gelangen.

Oben: Verdampfereinheit. Unten: Anordnung der Infrarotbrenner und die Zuführung des Gas-/Luftgemischs
Röntgenspektrometer

Das technisch anspruchsvolle Zink/Nickel-Membranverfahren erfordert eine kontinuierliche Überwachung der Elektrolytinhaltsstoffe. Dazu kommt in den Membranelektrolysebädern ein Röntgenspektrometer zum Einsatz, der eine präzise Bestimmung der Leitmetalle Zink und Nickel erlaubt. Dies dient der Prozesssicherheit, der Einhaltung der Produktqualität und der Verbesserung der Effizienz des Prozesses.

Umwelt­entlastung

Die neue Beschichtungsanlage arbeitet vollkommen abwasserfrei. Zusätzlich konnte der elektro­chemische Wirkungsgrad gesteigert und der Chemikalien­einsatz verringert werden. Beim neuen Beschichtungsverfahren fällt außerdem kein giftiges Cyanid an.

Wirtschaftlichkeit

Die Investition in eine Galvanik-Anlage mit Membrantechnologie in Kombination mit der internen thermischen Abwasserbehandlung erbringt eine Kostenersparnis von 40.700 Euro.

Audiokommentar von Hermann Keßler, Fachgebietsleiter im Umweltbundesamt

Gerhard Lang GmbH & Co. KG

Metallhaltige Abfälle werden zu hochwertigen Einsatzstoffen

Ausgangslage

Vormaterial (Mischung aus Mo-haltigen Stäuben und Spänen)

Die Firma Gerhard Lang GmbH & Co. KG ist ein Entsorgungsfachbetrieb mit Schwerpunkt Metallrecycling.

Bei der Metallbearbeitung sowie der Oberflächenbehandlung entstehen Schlämme und Stäube mit teilweise hohen Gehalten an hochwertigen Metallen, wie z. B. Molybdän, Kobalt, Wolfram, Chrom, Nickel und Titan.

Diese wurden teilweise als gefährliche Abfälle beseitigt oder ohne Aufbereitung mit anderen Metallabfällen entsorgt. Die enthaltenen Legierungsmetalle wurden somit nicht genutzt.

Ziel

Die Legierungsmetalle aus den Schleifschlämmen und Bearbeitungsstäuben sollten durch effektive Recyclingmethoden so aufbereitet werden, dass sie mit sehr geringen Verlusten wieder in den Kreislauf der Produktion zurückgeführt werden können.

Mischbriketts

Technische Umsetzung

Oben: Optische Emissionsspektrometrie (OES) eines Blechstreifens. Unten: Herstellung einer Gussprobe

Die Abfallchargen werden auf metallische Inhaltsstoffe und enthaltene Stör- und Schadstoffe analysiert. Dazu werden repräsentative Gussproben mit Hilfe der Optischen Emissionsspektrometrie (OES) untersucht.

Anhand der Analyseergebnisse wird eine Zuordnung zum zukünftigen Verwerter (Gießereien, Stahlwerke, Metallhersteller) der aufbereiteten Abfälle vorgenommen. Die weiteren Behandlungsschritte werden gemäß den Anforderungen des Verwerters festgelegt. Dabei soll sichergestellt werden, dass die Chargen direkt zur Herstellung von Guss- und Stahllegierungen eingesetzt werden können.

Vor der weiteren Bearbeitung werden Fremdstoffe (z.B. massive Werkstücke, Filtervliese) aus den Schlämmen und Stäuben zuverlässig entfernt. Dazu werden sie über Siebtrommeln und Stangensizer von grobstückigen Bestandteilen befreit.

Große Metallspäne werden vor der Weiterverarbeitung im Spänebrecher zerkleinert.

Aufgabevorrichtung mit Stangensizer zur Entfernung von Fremdbestandteilen sowie zur Klassifizierung von Spänen
Späneaufbereitung mit Trocknungszentrifuge

In der Trocknungszentrifuge werden emulsionshaltige Schlämme und Späne getrocknet, ölbehaftete Späne werden entölt.

Die Abfälle aus verschiedenen Metallverarbeitungspro­zessen werden in einem Intensivmischer homogenisiert, um Materialmischungen mit gleichmäßigen metallur­gischen Zusammensetzungen und physikalischen Eigenschaften herzustellen.

In der Brikettieranlage werden die Materialmischungen zu kompakten Briketts gepresst. Die Anlage kann Briketts aus verschiedenen Einsatzmaterialien wie Schlämmen, Stäuben oder Spänen herstellen. Die 90 Millimeter-Briketts weisen eine hohe Dichte und sehr gute Bruchfestigkeit auf.

Die Abfallaufbereitung basiert ausschließlich auf physikalischen Prozessen, bei der die Metallfraktion nicht chemisch verändert wird und so keine zusätzlichen Umweltbeeinträchtigungen auftreten.

Briketts verschiedener Werkstoffe und Einsatzstoffe

Umwelt­entlastung

Wertvolle metallische Rohstoffe aus Abfällen der Metallverarbeitung können durch ein effektives Recylingverfahren wieder der Produktion zugeführt werden.

Ohm & Häner Metallwerk GmbH & Co. KG

Innovative Sandaufbereitung in der Aluminiumgießerei

Ausgangslage

Betriebsgelände der Firma OHM & HÄNER

Die OHM & HÄNER Metallwerk GmbH & Co. KG produziert Gussteile aus Aluminium für den Maschinen- und Gerätebau sowie für die Automobilindustrie.

Beim Sandguss kommen kunstharzgebundener Kernsand und tongebundener Formsand zum Einsatz. Beim Entformen der Gussstücke vermischt sich der Formsand teilweise mit dem Kernsand.

Bei konventioneller Aufbereitung des tongebundenen Formsandes war eine vollständige Trennung von Formsand, Kernsand und weiteren im Verfahren anfallenden Fremdstoffen bisher nicht möglich. Große Mengen des Formsandes mussten regelmäßig durch Neusand unter Zugabe hoher Mengen Bindeton ersetzt werden.

Der Altsand musste deponiert werden. Zahlreiche LKW-Transporte für Alt- und Neusand waren erforderlich.

Ziel

Die neuartige Sandaufbereitung sollte eine vollständige Trennung von Formstoff und Fremdstoffen in der Aluminium-Sandgießerei ermöglichen.

Der Einsatz von Neusand und Bentonit sowie das Abfallaufkommen in Form von Gießerei-Altsand sollten reduziert werden.

Roh-Altsand, Aufbereiteter Fertigsand

Technische Umsetzung

Mehrdeck-Sieb

Nach Zerkleinerung und Vorreinigung des Formstoffes auf Vibrationsrinnen und Entfernung metallischer Verunreinigungen mittels Metallabscheidern wird der Umlaufsand in die Siebreinigung transportiert.

Ein Mehrdeck-Sieb mit nachgeschalteten Flachsieben bildet eine effektive Siebkaskade, die den Umlaufsand in mehreren Stufen zerkleinert und Kernsandreste und weitere Verunreinigungen entfernt.

Wichtigster Bestandteil der Formstoffaufbereitung ist die MikroSort-Anlage, die ursprünglich für Recycling-Aufgaben konzipiert wurde.

Die Anlage erkennt die im Formstoff verbliebenen Verunreinigungen mittels eines optischen Scanners und sortiert sie nahezu rückstandsfrei aus.

Funktionsprinzip der MikroSort-Anlage
Vakuum-Intensivmischer für die Sandaufbereitung

Im Vakuum-Intensivmischer erfolgt die Fertigsandaufbereitung mit Hilfe von Zuschlagsstoffen wie Quarzsand, Filterstäuben aus der Sandaufbereitung und frischem Bindeton. Durch das Vakuum wird der Sand gekühlt und gleichzeitig ein gutes Aufschließen des Bindetons bewirkt.

Die Qualitätskontrolle des Fertigsandes erfolgt mittels eines vollautomatischen Analysegerätes (Qualimaster AT1).

Umwelt­entlastung

Die neuartige Sandauf­bereitung ermöglicht eine nahezu vollständige Wiederverwendung des Formsandes und reduziert dadurch das Abfall­aufkommen und die Neusandzuschläge. Durch die Vermeidung von Transportleistungen werden die Kohlendioxid-Emissionen reduziert.

Wirtschaftlichkeit

Die Investition in die neue Sandaufbereitung erbringt eine jährliche Kostenersparnis von 1.183.650 Euro.

Optiservice GmbH

Gummiabfälle werden zu Sekundärrohstoff

Ausgangslage

Abfälle aus der Antriebsriemenproduktion

Die Optiservice GmbH ist ein Unternehmen der Arntz Optibelt Gruppe, die Antriebsriemen herstellt.

Bei der Herstellung von Antriebsriemen fallen verfahrensbedingt vulkanisierte Abfälle an. Diese bestehen aus Verbundwerkstoffen, vorwiegend aus Gummi und textilen Einlagen. Im Jahr 2008 betrug die Abfallmenge 835 Tonnen, die überwiegend thermisch verwertet wurden. Ein geringer Teil wurde ohne Nutzung von Wärme oder Strom thermisch beseitigt.

Aufgrund des hohen Chloranteils in den Gummiabfällen ist die thermische Entsorgung problematisch.

Ziel

Die entstehenden Gummiabfälle sollten nach einem werkstofflichen Recycling in den Produktionskreislauf als Ersatz für Neugummi zurückgeführt werden. Die Gummiabfälle müssen dafür so aufbereitet werden, dass sie zur Herstellung von dynamisch hoch beanspruchten Bauteilen eingesetzt werden können.

Aus Gummigranulat wird Gummimehl (rechts unten)

Technische Umsetzung

Förderband zur Schneidemühle

Die Zerkleinerung zu einem feinen Gummimehl geschieht in einem mehrstufigen Verfahren.

Die vulkanisierten Gummiabfälle werden zunächst auf eine Größe von etwa 30 Millimetern geschreddert. Anschließend erfolgt die Zerkleinerung in zwei Schneidmühlen und einer Feinmühle auf eine Korngröße zwischen 250 und 400 Mikrometern.

Nach jeder Zerkleinerungsstufe gelangen die Reste in einen Zick-Zack-Sichter. Dieser dient dazu, die textilen Bestandteile vom Gummimehl abzutrennen.

Mittels Zyklontechnologie werden die leichteren textilen Bestandteile aus der Mischung geblasen, während sich die schwereren Gummianteile nach unten abscheiden.

Zick-Zack-Sichter
Dosieranlage für das Gummimehl

Nach den Mahl- und Separierungsstationen erfolgt eine abschließende Siebung des Gummimehls, wobei der Siebrückstand erneut in die Zerkleinerung rückgeführt wird.

Das Endprodukt ist ein aktives Feinmehl mit sehr großer Oberfläche.

Das Gummimehl wird durch einen Schlauchbeutel-Verpackungsautomaten abgewogen und für die weitere Verwendung abgepackt.

Umwelt­entlastung

Durch die Rückführung von Gummiabfällen in die Antriebsriemen-Produktion werden wertvolle Rohstoffe eingespart und der Kohlendioxid-Ausstoß um zwei Drittel verringert.

Wirtschaftlichkeit

Die Aufbereitung von 500 Tonnen vulkanisierter Produktionsabfälle pro Jahr ergibt 425 Tonnen Gummimehl.

Die Investition in die neue Recyclinganlage erbringt einen jährlichen finanziellen Zugewinn von 616.750 Euro.

Sappi Ehingen GmbH

Streichfarben­rückgewinnung in der Papierproduktion

Ausgangslage

Streichmaschine

Das Sappi Werk Ehingen stellt holzfreie gestrichene und ungestrichene grafische Papiere her.

Papiere für hochwertige Druckerzeugnisse werden durch den Auftrag von Streichfarbe (Mischung aus Pigmenten, Bindemitteln und weiteren Verbindungen) veredelt. Im Herstellungsprozess fallen dabei streichfarbenhaltige Abwässer an. Eine Rückführung der im Abwasser enthaltenen Streichfarben in den Prozess war bis jetzt nicht möglich. Die Pigmente flossen mit dem Produktionsabwasser in die Betriebskläranlage, wurden dort abgeschieden und als Papierschlamm entsorgt. Die mit dem Abwasser entsorgte Streichfarbe musste in der Folge ersetzt werden.

Ziel

Die Streichfarbenpigmente sollten vollständig aus dem Abwasser rückgewonnen und unmittelbar im Produktionsprozess wieder eingesetzt werden.

Neben den Rohstoffeinsparungen sollte der Frischwasserverbrauch gesenkt werden.

Entwässerung in der Flockungskaskade

Technische Umsetzung

Schematische Darstellung der Streichfarbenrückgewinnung

Voraussetzung für die Rückführung der Farbpigmente in den Produktionsprozess ist ein Feststoffgehalt von mindestens 50 Prozent in der Trockensubstanz. Vor der Behandlung der Abwässer liegt der Feststoffgehalt zwischen 1 Prozent und 5 Prozent in der Trockensubstanz.

Die streichfarbenhaltigen Abwässer werden gesondert in einem Sammelbehälter erfasst und getrennt von den übrigen Fabrikationsabwässern weiter behandelt. Die enthaltenen Feststoffe bestehen zu etwa 98 Prozent aus Streichfarbe, der Rest sind Schmutz- und Störstoffe.

Vom Sammelbecken gelangt das Abwasser in den Pufferbehälter, dort werden die Abwässer homogenisiert. Grobe Verunreinigungen werden abgesiebt, die im Abwasser enthaltenen Pigmente werden ausgeflockt und durch Sedimentation abgetrennt. Der dabei entstehende Klarwasserüberstand wird in den Produktionsprozess zurückgeführt.

Die eingedickten Abwässer inklusive der noch enthaltenen kleineren Störstoffe werden in einer Kugelmühle feinst vermahlen. Dadurch sind Verunreinigungen nicht mehr sichtbar und stellen bei der Wiederverwendung der Farbpigmente keine Beeinträchtigung im Produktionsprozess dar.

Mahlprozess in der Kugelmühle
Dekanter

Nach dem Mahlen erfolgt im Dekanter eine weitere Aufkonzentrierung auf einen Feststoffgehalt von bis zu 55 Prozent in der Trockensubstanz. Das entstehende Klarwasser wird in den Produktionsprozess zurückgeführt.

Im Dispergierbehälter wird unter Zugabe von Dispergiermittel, Natronlauge und Biozid die fertige Dispersion hergestellt. Eine weitere Zugabe von Trockenpigmenten zur Erhöhung des Feststoffgehaltes ist nicht erforderlich. Das aufbereitete Pigment wird nach Bedarf den Streichfarbenansätzen in den Dispergiermaschinen zugemischt.

Umwelt­entlastung

Die Aufbereitungsanlage ermöglicht eine 100-prozentige Rückgewinnung von Streichfarben aus den Prozessabwässern. Das gereinigte Wasser kann dabei nahezu vollständig im Kreislauf geführt werden.

Wirtschaftlichkeit

Die Investition in die Abwasseraufbereitungsanlage und die Rückführung der Streichfarbenpigmente in die Produktion erbringt eine Kostenersparnis von 841.200 Euro.

Schweizer Electronic AG

Wasser sparen bei der Leiterplatten­herstellung

Ausgangslage

Leiterplatte in der Produktion

Die Schweizer Electronic AG ist einer der weltweit führenden Hersteller für Leiterplatten.

Die Herstellung von Leiterplatten ist ein abwasser- und abfallintensives Produktionsverfahren. 400 - 500 Liter Wasser pro Quadratmeter gefertigte Leiterplatte fielen bisher durchschnittlich als Spülwasser an, das sowohl mit anorganischen Schadstoffen, wie Schwermetallen als auch mit organischen Schadstoffen belastet ist.

Ziel

Durch Kreislaufführung und Mehrfachverwendung sollte der Spülwasserverbrauch auf unter 300 Liter pro Quadratmeter gefertigter Leiterplatte gesenkt werden.

Werkstücke durchlaufen die Spülkaskaden

Technische Umsetzung

Statt üblicher Dreifach-Spülkaskaden durchlaufen die mit verschiedenen Chemikalien behandelten Werkstücke nun nach dem jeweiligen Behandlungsschritt Fünffach-Spülkaskaden.

In der Spülkaskade werden die Spülströme in Abwasserteilströme und kreislauffähige Teilströme aufgetrennt. Gering belastetes Wasser der letzten Spülkaskade kann als Spülwasser in anderen Kaskaden des Prozesses eingesetzt werden. Durch diese Maßnahme verringert sich der Spülwasserbedarf und der Abwasseranfall um die Hälfte.

5-Fach-Spülkaskade
Parallele Ionentauscher

Ein Teil des gering belasteten Spülwassers aus der letzten Spülkaskade fließt zur Aufbereitung in einen Rohwassertank, der zusätzlich mit Trinkwasser und Niederschlagswasser von den Dachflächen gespeist wird. Das Rohwasser wird in einer Ionenaustauscher-Kreislaufanlage entsalzt und anschließend wieder im letzten Spülschritt (5. Kaskade) eingesetzt.

Durch den Einsatz von Niederschlagswasser lassen sich rund 15 Prozent des Betriebswassers ersetzen.

Umwelt­entlastung

Durch die innovative Fünffach-Spülkaskade sinkt der Frischwasserverbrauch um die Hälfte.

Der Einsatz von Niederschlagswasser verlängert die Standzeiten der Ionentauscher.

Wirtschaftlichkeit

Mit der Fünffach-Spülkaskade und intelligenter Kreislaufführung des Spülwassers können im Vergleich zur Dreifach-Spülkaskade etwa 50 Prozent der Kosten für Frisch- und Abwasser eingespart werden.

Durch die Nutzung von aufbereitetem Niederschlagswasser im Spülprozess werden zusätzlich jährlich etwa 18.000 Euro eingespart.

Tital GmbH

Neue Gusstechnik für Titan-Großbauteile senkt Materialeinsatz um 75 Prozent

Ausgangslage

Betriebsgelände der TITAL GmbH

Die TITAL GmbH stellt anspruchsvolle Feingussprodukte aus Titan- und Aluminiumlegierungen für die Luft- und Raumfahrt her.

Die Fertigung großer, komplex gestalteter Titanbauteile ab einer Größe von 600 Millimetern war bisher nur durch aufwendige Frästechniken möglich. Diese sind mit einem hohen Materialverbrauch von bis zu 10 Kilogramm je Kilogramm Titan-Fertigteil sowie einem hohen Energieverbrauch verbunden.

Gleichzeitig entstehen große Mengen Abfall in Form von öl- und fetthaltigen Frässpänen.

Ziel

Im Vergleich zur Frästechnik sollte mit dem neuen, innovativen Feingießverfahren eine ressourcenschonende Herstellung großer und komplex gestalteter Bauteile möglich werden.

Dabei sollte der Titanverbrauch pro Kilogramm Fertigteil um 50 Prozent gesenkt und 60 Prozent der bisher benötigten Energie eingespart werden.

Trennung der Gussteile vom Gießsystem

Technische Umsetzung

Der innovative Vakuumlichtbogen-Gießofen mit einer Kapazität von bis zu 500 Kilogramm Titan oder Titanlegierung ermöglicht die Herstellung von Titan-Großbauteilen bis zu einer Größe von 1.500 Millimetern im Schwerkraftgießverfahren.

Im Ofen wird eine Titan-Elektrode unter Vakuum in einen wassergekühlten Kupfertiegel abgeschmolzen, dadurch werden Reaktionen der hochreaktiven Schmelze mit dem Tiegelmaterial vermieden.

Modell des Schwerkraftgussofen
Neuer Schwerkraftgussofen

Ist die gewünschte Schmelzenmenge erreicht, wird die Elektrode zurückgezogen und der Tiegel zum Gießen gekippt. Die Schmelze wird innerhalb des Ofensystems abgegossen und fließt dabei in eine keramische Form. Nach dem Abguss kühlen die Formen in einer Inertgasatmosphäre ab, bis sie dem Ofen entnommen werden können ohne zu oxidieren.

Zur Vorwärmung der Gießformen wurde ein Herdwagenofen errichtet.

Umwelt­entlastung

Das neue Titan-Feingieß­verfahren ist im Vergleich zum klassischen Fräsen deutlich energie- und ressourceneffizienter. Der geringere Material- und Energieeinsatz reduziert die Kohlendioxid-Emissionen deutlich.

Wirtschaftlichkeit

Die Herstellung von Titan-Großbauteilen im Feingießverfahren erbringt eine Ersparnis an Materialkosten von 2.794.500 Euro im Vergleich zur klassischen Frästechnik.

ZM - Elektronikrecycling GmbH

Glasrückgewinnung aus alten Bildschirmen

Ausgangslage

Aufbau einer Farbbildröhre

Die ZM - Elektronikrecycling GmbH ist auf die Zerlegung ganzer Bildröhren spezialisiert.

Farbbildröhren bestehen hauptsächlich aus zwei Glaskomponenten: dem Schirm- und dem bleihaltigen Trichterglas. Voraussetzung für die Rückführung des Glases in die Produktion von hochwertigen Glasprodukten ist die präzise Trennung beider Glaskomponenten sowie eine hohe Reinheit der Glasfraktionen.

Mit dem weit verbreiteten Schredderverfahren wurde die gewünschte Trennreinheit bislang nicht erreicht.

Ziel

Die neue Anlage sollte eine sorgfältige Trennung der bleifreien und bleihaltigen Glaskomponenten einer Bildröhre ermöglichen, damit Bildschirmglas einer Verwertung als Sekundärrohstoff zugänglich gemacht werden kann.

Mit der Rückgewinnung von Bildschirmglas sollen wertvolle Primärrohstoffe geschont, die zu deponierende Abfallmenge reduziert sowie Energie eingespart werden.

gereinigtes (links) und ungereinigtes (rechts) Trichterglas

Technische Umsetzung

Die angelieferten Bildschirme werden zunächst manuell demontiert. Die dabei anfallenden Teile (Gehäuse, Platinen, Lautsprecher, Kabel) werden separat gesammelt und einer entsprechenden Verwertung zugeführt.

Die Kathode der Bildröhre wird entfernt und entlüftet. Das Spannband, das die Stabilität der Kathodenstrahlröhre trotz des hohen inneren Vakuums sicherstellte, wird entfernt.

Plasmatrenner
Lasertrennanlage

Die Trennung des Schirmglases vom Trichterglas ist der wesentliche Schritt im Bildröhrenrecycling.

Während das Trichterglas einen hohen Bleianteil aufweist, ist das Schirmglas mit einer Leuchtschicht versehen, die Oxide von Barium, Strontium, Zink und Silizium sowie seltene Erden wie Yttrium und Europium enthält.

Die Trennung der Glaskomponenten erfolgt mittels Laser. Die exakte Trennlinie wird per Lasermessung ermittelt, um eine Vermischung und damit Verunreinigung der beiden Glasarten zu verhindern. Nach der Trennung wird der Trichter abgekippt und zerspringt.

Das noch intakte Schirmglas wird daraufhin separat behandelt. Zunächst wird die Leuchtschicht vom Schirmglas abgesaugt. Anschließend werden die Glasteile in einem Schredder auf eine Größe von unter 5 Zentimetern zerkleinert und der Reinigung zugeführt. In einem vibrierenden Rohr werden durch die Eigenbewegungen der Scherben noch vorhandene Beschichtungen durch Abrieb abgetragen. Hocheffektive Filter halten dabei den entstehenden Staub zurück. Das Trichterglas wird mit im Wesentlichen gleichen Behandlungsschritten in einer separaten Produktlinie zerkleinert und gereinigt.

Das aufbereitete Trichterglas wird aufgrund seines Bleigehalts gezielt zur Herstellung neuer Bildröhren eingesetzt, das gereinigte Schirmglas hingegen wird in verschiedenen Produktionsprozessen eingesetzt.

Anlage zur Reinigung des Glasbruchs

Umwelt­entlastung

Die wertvollen und seltenen Ressourcen, die in alten Bildröhren stecken, können mit der neuen Recyclingtechnik genau getrennt werden. Ihr erneuter Einsatz in der Produktion hilft Primärstoffe und Energie einzusparen.