Was ist Kraftwerksabwasser?
Kraftwerksabwasser umfasst alle wasserführenden Neben- und Prozessströme, die beim Betrieb von Kraftwerken entstehen. Dazu gehören insbesondere Abwässer aus Kühlwassersystemen, Kesselanlagen, Rauchgasreinigung, Wasseraufbereitung, Kondensataufbereitung sowie Reinigungs- und Wartungsprozessen.
Abwasser entsteht unter anderem in:
- Kohlekraftwerken
- Gaskraftwerken
- Biomassekraftwerken
- Müllheizkraftwerken
- Geothermieanlagen
- Kernkraftwerken
- Kraft-Wärme-Kopplungsanlagen
Die Zusammensetzung der Abwässer hängt stark vom eingesetzten Brennstoff, der Wasserführung, den Kühlsystemen sowie den eingesetzten Wasseraufbereitungsverfahren ab. Typische Belastungen sind hohe Salzfrachten, Sulfate, Chloride, Schwermetalle, Korrosionsprodukte, Biozide sowie suspendierte Feststoffe.
Wie entsteht Abwasser in Kraftwerken?
Abwasser entsteht in mehreren zentralen Prozessbereichen der Energieerzeugung:
1. Kühlwasserprozesse
Kühlkreisläufe und Nasskühltürme erzeugen salzhaltige Abschlämmungen mit erhöhten Konzentrationen an:
- Chloriden
- Sulfaten
- Bioziden
- Korrosionsschutzmitteln
- Härtebildnern
Durch Verdunstung im Kühlturm steigen die Salzkonzentrationen im Kreislaufwasser kontinuierlich an.
2. Kesselspeisewasseraufbereitung
Für Dampfkessel wird hochreines Prozesswasser benötigt. Bei der Wasseraufbereitung entstehen:
- Regenerate aus Ionenaustauschern
- Konzentrate aus Umkehrosmoseanlagen
- Rückspülwässer aus Filtrationen
Diese Teilströme weisen häufig hohe Leitfähigkeiten und Salzfrachten auf.
3. Kesselbetrieb
Abschlämmungen aus Dampfkesseln enthalten:
- gelöste Salze
- Silikate
- Eisen- und Kupferverbindungen
- Korrosionsprodukte
Die Abschlämmung dient dazu, Ablagerungen und Korrosion im Kesselkreislauf zu vermeiden.
4. Rauchgasreinigung
In thermischen Kraftwerken entstehen bei der Rauchgaswäsche und Entschwefelung belastete Abwasserströme mit:
- Sulfaten
- Chloriden
- Schwermetallen
- Feststoffen
- Reaktionsprodukten aus der Rauchgasreinigung
Besonders Rauchgasreinigungsabwässer stellen hohe Anforderungen an die industrielle Abwasserbehandlung.
5. Biomasse- und Müllverbrennungsprozesse
Biomassekraftwerke und Müllheizkraftwerke erzeugen zusätzliche Belastungen durch:
- organische Inhaltsstoffe
- Aschepartikel
- Stickstoffverbindungen
- Schwermetalle aus Brennstoffrückständen
Die Zusammensetzung der Abwässer kann dabei stark schwanken.
6. Reinigungs- und Wartungsarbeiten
Bei Anlagenreinigung, Flächenreinigung und chemischer Reinigung entstehen Spül- und Reinigungsabwässer mit:
- Ölen und Fetten
- Reinigungschemikalien
- Feststoffen
- Korrosionspartikeln
7. Kondensataufbereitung
Kondensate aus Turbinen und Wärmetauschern können Spuren enthalten von:
- Ölen
- Korrosionsschutzmitteln
- Ammoniak
- gelösten Metallen
Welche Aufgaben/Ziele erfüllt die Behandlung?
Die Behandlung von Kraftwerksabwässern dient mehreren technischen und gesetzlichen Zielen:
- Entfernung von Feststoffen und Schlämmen
- Reduktion von Schwermetallen und anorganischen Belastungen
- Entfernung von Salzen und Sulfaten
- Neutralisation saurer oder alkalischer Teilströme
- Reduktion von Bioziden und Prozesschemikalien
- Schutz von Rohrleitungen, Wärmetauschern und Membranen vor Korrosion und Scaling
- Einhaltung gesetzlicher Einleitgrenzwerte
- Reduktion des Frischwasserverbrauchs
- Wiederverwendung von Prozess- und Kreislaufwasser
- Stabilisierung schwankender Abwasserzusammensetzungen
Eine zentrale Rolle spielt dabei die industrielle Wasseraufbereitung zur Kreislaufführung und Wasserwiederverwendung.
Wie funktioniert die Behandlung?
Mechanische Verfahren
Mechanische Verfahren dienen der Abtrennung grober und sedimentierbarer Stoffe.
Typische Verfahren:
- Sedimentation
- Lamellenklärer
- Sandfilter
- Bandfilter
- Mikrofiltration
- Kammerfilterpressen
- Schlammentwässerung
Dabei werden Feststoffe, Aschepartikel und Schlämme aus dem Abwasser entfernt.
Chemisch-physikalische Verfahren
Chemisch-physikalische Verfahren werden zur Entfernung gelöster Inhaltsstoffe eingesetzt.
Typische Verfahren:
- Neutralisation
- Fällung und Flockung
- Schwermetallfällung
- Oxidation und Reduktion
- Aktivkohleadsorption
- Ölabscheidung
- Flotation
Diese Verfahren reduzieren Schwermetalle, Sulfate, Feststoffe und organische Belastungen.
Membranverfahren und Entsalzung
Zur Wasserwiederverwendung und Reduktion von Salzfrachten kommen häufig Membranverfahren zum Einsatz:
- Umkehrosmose
- Ultrafiltration
- Nanofiltration
- Elektrodialyse
Sie ermöglichen die Aufbereitung von Prozesswasser und Kreislaufwasser für die interne Wiederverwendung.
Kreislaufführung und Wasserrecycling
Moderne Kraftwerke setzen zunehmend auf geschlossene Wasserkreisläufe und Wasserrecycling.
Dazu gehören:
- Wiederverwendung von Kühlwasser
- Kondensatrückgewinnung
- interne Nutzung aufbereiteten Prozesswassers
- Reduktion von Abschlämmungen
- Zero-Liquid-Discharge-Konzepte (ZLD)
Dadurch wird der Frischwasserbedarf deutlich reduziert.
Welche Stoffe bzw. Parameter sind typisch?
Typische Parameter in Kraftwerksabwässern sind:
Anorganische Inhaltsstoffe
- Chlorid
- Sulfat
- Natrium
- Calcium
- Magnesium
- Silikate
Schwermetalle
- Quecksilber
- Blei
- Cadmium
- Nickel
- Kupfer
- Eisen
Die Konzentrationen hängen stark vom Brennstoff und den eingesetzten Prozessen ab.
Organische Stoffe
- Biozide
- Korrosionsschutzmittel
- Ölrückstände
- organische Additive
Physikalische Parameter
- pH-Wert
- Leitfähigkeit
- Temperatur
- Trübung
- Feststoffgehalt
Typische Eigenschaften
- hohe Salzfrachten
- erhöhte Sulfat- und Chloridkonzentrationen
- variable Abwasserzusammensetzung
- teilweise hohe Temperaturen
- korrosive Eigenschaften
- Scaling- und Fouling-Potenzial
Entsorgung und Wiederverwendung
Schlämme aus Fällung, Filtration und Rauchgasreinigung werden entwässert und entsprechend der Abfallverzeichnisverordnung (AVV) entsorgt oder verwertet.
Salzhaltige Konzentrate und belastete Teilströme werden häufig behandelt durch:
- Membranverfahren
- Eindampfer
- Kristallisationsanlagen
- ZLD-Systeme
Behandeltes Wasser kann nach Einhaltung der Grenzwerte:
- in Gewässer eingeleitet werden
- kommunal entsorgt werden
- als Prozesswasser wiederverwendet werden
- in Kühlkreisläufe zurückgeführt werden
Die Wasserwiederverwendung gewinnt insbesondere bei wasserintensiven Kraftwerksstandorten zunehmend an Bedeutung.
Industrielle Herausforderungen
Die Abwasserbehandlung in Kraftwerken steht vor wachsenden technischen und regulatorischen Herausforderungen.
Steigende Wasserknappheit
Viele Kraftwerksstandorte müssen ihren Frischwasserverbrauch reduzieren. Dadurch gewinnen Wasserrecycling, Kreislaufführung und Zero-Liquid-Discharge-Konzepte zunehmend an Bedeutung.
Höhere Salzfrachten durch Kreislaufführung
Geschlossene Kühlkreisläufe führen zu steigenden Konzentrationen von:
- Chloriden
- Sulfaten
- Härtebildnern
- Korrosionsprodukten
Dadurch steigen Anforderungen an Entsalzung und Konzentrataufbereitung.
Strengere Grenzwerte
Insbesondere für:
- Schwermetalle
- Sulfat
- Chlorid
- Temperatur
- PFAS und Spurenstoffe
werden die gesetzlichen Anforderungen zunehmend verschärft.
Carbon-Capture-Prozesse
CO₂-Abscheidung und Carbon-Capture-Anlagen erzeugen zusätzliche Prozessabwässer mit komplexen chemischen Zusammensetzungen und erhöhtem Behandlungsaufwand.
Schwankende Abwasserzusammensetzungen
Besonders Biomasse- und Müllheizkraftwerke weisen stark schwankende Belastungen auf. Dies erschwert die stabile Prozessführung der Abwasserbehandlung.
Korrosion, Scaling und Fouling
Hohe Salzgehalte und Temperaturbelastungen führen häufig zu:
- Korrosion
- Ablagerungen
- Membranverschmutzung
- verringerter Energieeffizienz
Eine stabile Wasserchemie und kontinuierliche Überwachung gewinnen daher an Bedeutung.
Digitalisierung und Online-Monitoring
Moderne Kraftwerke setzen zunehmend auf:
- digitale Prozessüberwachung
- Online-Messsysteme
- automatisierte Dosierungssysteme
- datenbasierte Anlagenoptimierung
Dadurch können Wasserverbrauch, Chemikalieneinsatz und Betriebskosten reduziert werden.
Gesetzliche Anforderungen
Für Kraftwerksabwässer gelten umfangreiche gesetzliche Anforderungen und Einleitbedingungen.
Relevante Vorgaben sind unter anderem:
Überwacht werden insbesondere:
- pH-Wert
- Leitfähigkeit
- Sulfat
- Chlorid
- Schwermetalle
- CSB
- Temperatur
- Feststoffe
Je nach Kraftwerkstyp und Standort gelten zusätzliche betriebs- und genehmigungsspezifische Anforderungen.
