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Fachlicher Schlussbericht für das Verbundvorhaben » IWRM Vietnam, Modellregion Nam Dinh, Teil IV b«

PIUS bei der Steuerung von Abwasserströmen – Wissenschaftliche Begleitung der ingenieurtechnischen Entwicklung

Projektzeitraum: 01.10.2006 bis 30.09.2009

für Projektträger des BMBF und BMWA für Wassertechnologie und Entsorgung Forschungszentrum Karlsruhe PTWT+E Postfach 3640 76021 Karlsruhe

von Fraunhofer UMSICHT Fraunhofer-Institut für Umwelt-, Sicherheits- und Energietechnik UMSICHT Osterfelder Straße 3 46047 Oberhausen

Projektleitung Dr.-Ing. Stefan Schlüter Projektbearbeitung Dipl.-Ing. Volkmar Keuter Dipl.-Geogr. Simone Krause

Oberhausen, 15. April 2010

Abschlussbericht für das Verbundvorhaben Seite 2

»IWRM Vietnam, Modellregion Nam Dinh, Teil IV b« 15.04.2010

Inhaltsverzeichnis

1 Einleitung (Aufgabenstellung, Planung, Ablauf, Zusammenarbeit) ......................................3 2 Stand des Wissens............................................................................................................7

2.1 Länderanalyse Vietnam inkl. Region Nam Dinh/Tong Xa ............................................7 2.2 Wasser-/Abwassersituation.......................................................................................9 2.3 Gießereitechnik......................................................................................................10 2.4 Entscheidungsstrukturen in Vietnam als Hintergrund für die Organisation und Durchführung von Schulungen...........................................................................................14

3 Methoden, Ergebnisse und Bewertung............................................................................16 3.1 Produktionsintegrierter Umweltschutz in Gießereibetrieben in Tong Xa (Wasser, Energie, Staub) ..................................................................................................................16

3.1.1 Aufgabenstellung und Methodik ........................................................................16 3.1.2 Ergebnisse und Bewertung zum Gewerbegebiet Tong Xa ....................................22 3.1.3 Abgeleitete Handlungsempfehlungen für Betriebe in der Industriezone Tong Xa ..55

3.2 Entwicklung eines Abwasserbehandlungskonzeptes für bestehende Industriezonen am Beispiel der IZ Tong Xa.......................................................................................................73

3.2.1 Aufgabenstellung und Methodik ........................................................................73 3.2.2 Anlagenversuchsbetrieb (Sonthofen)...................................................................73

3.3 Entwicklung eines Abwasserkonzeptes für neue Industriezonen am Beispiel der IZ My Trung (Auslegungsprogramm mit Moskito) .........................................................................80 3.4 Entwicklung eines Abwasserkonzepts für ländliche Siedlungen am Beispiel der Gemeinde Tong Xa ............................................................................................................84 3.5 Entwicklung eines Abwasserkonzepts für städtische Strukturen am Beispiel der Stadt Nam Dinh City ...................................................................................................................87 3.6 Maßnahmen in Workshops und Schulungen...........................................................92

4 Zusammenfassung..........................................................................................................98 5 Publikationen im Rahmen des Projektes...........................................................................99 6 Danksagung.................................................................................................................100 7 Literaturverzeichnis.......................................................................................................101 8 Abbildungsverzeichnis ..................................................................................................103 9 Tabellenverzeichnis.......................................................................................................105



1 Einleitung (Aufgabenstellung, Planung, Ablauf, Zusammenarbeit)

Als direkte Folge von Kriegen, Armut und einem schnellen Wachstum der Bevölkerung ist die Umwelt Vietnams in einem kritischen Zustand. Die kommunale Wasserversorgung greift zu 1/3 auf Grundwasser und zu 2/3 auf Oberflächenwasser zurück. Beide Ressourcen sind wegen kaum vorhandener Abwasserreinigung extrem verunreinigt. In den Städten wird das Abwasser durch mehr oder weniger gut funktionierende Kanalsysteme abgeleitet und mechanisch gereinigt. Eine biologische bzw. weitergehende Reinigung ist äußerst selten anzutreffen. Aufgrund der extremen Verschmutzung der Oberflächengewässer und des Grundwassers hat der Ausbau der Abwasserreinigung höchste Priorität. Der teilweise desolate Zustand von Umwelt und Wasserressourcen hat die vietnamesische Regierung veranlasst mehrere Programme aufzulegen, um die Situation zu verbessern. Vor diesem Hintergrund sind deshalb auch Forschung, Know-how- und Technologietransfer zur Sicherung von Umwelt und Ressourcen ein vorrangiges Feld der bilateralen Zusammenarbeit zwischen Vietnam und Deutschland.

Im Rahmen des Förderschwerpunktes »Integriertes Wasserressourcen-Management« wurde seitens des Lehrstuhls für Umwelttechnik und Ökologie im Bauwesen, Ruhr-Universität Bochum (Prof. Dr. Harro Stolpe), zusammen mit dem Institut für Pflanzenernährung, Universität Bonn (PD Dr. J. Clemens), ein gemeinsames Projekt zu zwei Untersuchungsgebieten in Vietnam bearbeitet. Das Projekt wurden in enger Abstimmung mit der Universität Greifswald (Prof. Dr. Steingrube) durchgeführt.

Das Gesamtprojekt wurden im Projektverbund »IWRM Vietnam« in drei regionale Schwerpunkte unterteilt (siehe Abbildung 1), dass ausgehend von den erarbeiteten Ansätzen für eine wasser-wirtschaftliche Planung zusätzlich ein Entscheidungsunterstützungssystem (DSS - Decision Support System) für wasserwirtschaftliche Massnahmen in Vietnam entwickelt werden sollte.

1. Provinz Can Tho im Süden Vietnams (PD Dr. Joachim Clemens, Institut für Nutzpflanzenwissenschaften und Ressourcenschutz – Pflanzenernährung: (INRES – Pflanzenernährung), Universität Bonn): Minderung von Einträgen aus der Intensivtierhaltung, Oberflächenwassermonitoring, Anwendung DSS

2. Provinz Lam Dong im Hochland Vietnams (Prof. Dr. H. Stolpe, Umwelttechnik und Ökologie im Bauwesen, Ruhr-Universität Bochum): Wasserversorgung und Wasserentsorgung im ländlichen Bereich, Entwicklung DSS, Anwendung DSS

3. Provinz Nam Dinh im Norden Vietnams (Prof. Dr. Steingrube, Institut für Geographie und Geologie, Universität Greifswald): Behandlung industrieller, gewerblicher und kommunaler Abwässer, Anwendung DSS

Grundgedanke Gesamtprojekts ist der Ansatz des integrierten Wasserressourcenmanagements (IWRM), wie er auch bei der derzeitigen Umsetzung der Europäischen Wasserrahmenrichtlinie (EU WRRL) zum Ausdruck kommt.



Provinz Nam Dinh

Universität Greifswald Institut für Geographie und Geologie Prof. Dr. Steingrube

Provinz Lam Dong

Ruhr-Universität Bochum Umwelttechnik und Ökologie im Bauwesen Prof. Dr. H. Stolpe

Provinz Can Tho

Universität Bonn Institut für Nutzpflanzen-wissenschaften und Ressourcenschutz (INRES - Pflanzenernährung) PD Dr. J. Clemens

Abbildung 1: IWRM- Aktivitäten in Vietnam



Der vorliegende Bericht beschreibt die Teilkomponente IVb des Verbundprojekts zum inter-disziplinären Forschungsvorhabens »Modellhafte Entwicklung und Errichtung refinanzierbarer Abwasserbehandlungsanlagen in der Provinz Nam Dinh«. Der regionale Projektschwerpunkt in der Provinz Nam Dinh gliedert sich in die folgenden Teilprojekte:

Forschungsthema Antragsteller

Teilprojekt IV a Nachhaltiges Ressourcen- Management

Universität Greifswald

Teilprojekt IV b Ingenieurtechnische Entwicklung (PIUS und wissenschaftliche Begleitung)

Fraunhofer UMSICHT, Oberhausen

Teilprojekt IV c Ingenieurtechnische Entwicklung

iaks GmbH, Sonthofen

Teilprojekt IV d Beschaffung und Verarbeitung der Raumdaten

Moskito GmbH, Dortmund

Im vorliegenden Abschlussbericht von werden die von Fraunhofer UMSICHT erbrachten wissenschaftlichen Forschungsleistungen für vier Modellregionen innerhalb der Provinz Nam Dinh beschrieben sowie ein übergreifender Arbeitsschwerpunkt beschreiben. Es handelt sich hierbei um:

1. Entwicklung übertragbarer Branchenkonzepte unter Einbeziehung von Methoden des produktionsintegrierten Umweltschutzes und wissenschaftliche Begleitung der Erprobung speziell angepasster Verfahrenstechnik für zahlreiche kleine und kleinste Metall verarbeitenden Betriebe in der Modellregion Tong Xa („rural industrial zones“, Branchenkonzept 1).

2. Entwicklung angepasster und übertragbarer Technologien zur Vermeidung und Behandlung des Abwassers aus stadtnahen mittelständischen Unternehmen für ausgewählte Branchen in der Modellregion My Trung („urban industrial zones“). Auch hier werden Methoden des produktionsintegrierten Umweltschutzes zur Entwicklung von Branchenkonzepten einbezogen (Branchenkonzept 2).

3. Zuarbeit zur Entwicklung angepasster Abwasserbehandlungsanlagen für die ländlich strukturierten Randgebiete (Modellregion Tong Xa, „rural residential zones“) sowie wissenschaftliche Begleitung des Aufbaus und des Versuchsbetriebs einer angepassten Behandlungstechnologie (Abwasserbehandlungsanlage 1).

4. Zuarbeit zur Entwicklung des Konzepts einer angepassten, modellhaften Abwasserbehandlungsanlage für den großstädtischen Raum (Modellregion Nam Dinh, „urban residential zones“ (Abwasserbehandlungsanlage 2).



5. Organisation und Durchführung von Schulungen für Stakeholder der Abwasserwirtschaft zur Verdeutlichung deutscher Konzepte und Technologien sowie der Projektergebnisse, deren Anwendung die Teilnehmer der Schulungen als Multiplikatoren auch an anderen Standorten in Vietnam fördern können (Arbeitsschwerpunkt Schulungen).

Fraunhofer UMSICHT hat die ingenieurtechnischen Forschungs- und Entwicklungsarbeiten innerhalb des interdisziplinär angelegten Gesamtantrags in enger Kooperation mit den Projektpartnern des Teilprojekts IV durchgeführt. Ziel war es hierbei, übertragbare Methoden zu entwickeln, die vor Ort in Nam Dinh oder bei Dritten umgesetzt werden können. Dabei wurden einerseits bestehende Produktionsprozesse durch Methoden des produktionsintegrierten Umweltschutzes hinsichtlich ihrer Emissionen optimiert, sowie andererseits auch angepasste Abwasserbehandlungskonzepte entwickelt, die auf bestehenden, in Deutschland verfügbaren Technologien aufbauen. Die Arbeiten wurden durch eine Reihe fachspezifischer Schulungen ergänzt, auf denen eine Weitergabe des erarbeiteten Know-hows an Fachleute und Stakeholder der Zielregion erfolgte.



2 Stand des Wissens

2.1 Länderanalyse Vietnam inkl. Region Nam Dinh/Tong Xa

Die Provinz Nam Dinh liegt im Norden Vietnams im Delta des Roten Flusses. In der Region leben rund 2 Mio. Einwohner, davon 236.000 in der gleichnamigen Provinzhauptstadt. Es handelt sich um eine stark landwirtschaftlich geprägte Region; die ökonomische Basis der Bevölkerung baut in erster Linie auf Landwirtschaft, Verarbeitung landwirtschaftlicher Produkte, Aquakultur, Textil-industrie und Metallverarbeitung (Schwerpunkt Gussherstellung) auf.

Die Region im Delta des roten Flusses liegt im Bereich eines gemäßigten tropischen Wechselklimas im Gegensatz zum tropischen Klima im Süden Vietnams. Dies bedeutet warme feuchte Sommer mit Temperaturen von 25-30°C, eine Regenperiode mit starken Regenfällen von Mai bis Oktober sowie einen milden Winter mit Temperaturen um die 20°C. Die Trockenzeit dauert etwa von November bis April.

Die Stadt Nam Dinh umfasst eine Fläche von 4.621,8 ha mit aktuell 254.700 Einwohner und ist in 25 Verwaltungseinheiten unterteilt [(Statistical Office of Nam Dinh City, 2007]. Die aktuelle Abwassersituation in Nam Dinh Stadt (innerer Bezirk) stellt sich wie folgt dar: Die Abwasserkanäle sind Mischkanäle, d.h. Regenwasser und auch das Abwasser (Haushalt, Industrie) werden gemeinsam abgeführt. Dieses passiert teilweise oberirdisch, d.h. die Kanäle sind offen und somit auch den jährlichen und täglichen Schwankungen des Wasserpegels unterlegen. Probleme entstehen vor allem in den Monsunmonaten von Oktober bis April (Nordostmonsun). Das Mischwasser tritt über die Ufer und schwemmt in die anliegenden Häuser. Hinzu kommt der zudem sehr hoch anstehende Grundwasserspiegel (in 50 cm Tiefe) in der Region.

In den Randbereichen der Stadt Nam Dinh gibt es keine Mischwasserkanäle. Dort werden einfache Kanäle zum Abwassertransport genutzt, die auch teilweise zur Bewässerung dienen. Das Mischwassernetzwerk umfasst um die 24,9 km und die kleinen Randkanäle um die 4,4 km [Nguyen Thi H., 2009]. In der Regel werden in Nam Dinh zwei Pumpstationen durchgehend betrieben, die das Mischwasser aus Nam Dinh in den höher liegenden Dao Fluss pumpen. Das Mischwasser fließt über die Vorfluter zu einem Sedimentationstank und dann zu den Pumpstationen. Die zwei Pumpstationen sind in Kenh Gia (Kapazität 43.000 m³/d) und Quan Chuot (Kapazität 20,000 m³/d) [Nguyen Thi H., 2009]. Während der Regenzeit müssen beide Pumpstationen die Wassermengen fassen und transportieren. Eine Kläranlage für das Stadtgebiet Nam Dinh existiert nicht (ausgenommen die Faulbehälter einzelner Haushalte), daher wird das ungeklärte, teilweise absedimentierte Abwasser über den Dao Fluss in den Roten Fluss geleitet. Etwa 26 Millionen m³ Abwasser werden im Jahr auf diese Weise abgepumpt.

Das Handwerkerdorf Tong Xa liegt ca. 30 km südwestlich von Nam Dinh City. Das Dorf besteht aus ca. 550 Haushalten mit 2.500 Einwohnern (Stand 2006). Die durchschnittliche Lebens-erwartung liegt mit 60 Jahren ca. 13 Jahre unter dem Landesdurchschnitt; ca. ¼ der Bevölkerung ist von Atemwegserkrankungen betroffen [ASSMUS 2009]. Beides dürfte unmittel-bar auf die erhebliche industriell bedingte Luft- und Wasserverschmutzung im Dorf und seiner Umgebung zurückzuführen sein.



Das Hauptgewerbe in Tong Xa ist die Metallverarbeitung, die hauptsächlich in ca. 70 kleineren Gießereibetrieben durchgeführt wird. Aufgrund der produktionsbedingten Verschmutzungen innerhalb der Siedlung wurden die Betriebe in ein neu geschaffenes Gebiet außerhalb der Siedlung ausgelagert. In diesem neuen Areal, das allerdings unmittelbar an den westlichen Teil des Dorfes angrenzt, haben sich 53 der Betriebe niedergelassen [ASSMUS 2009]. Durch die Nähe zur Wohnbebauung hat sich die Situation aber nicht wesentlich verbessert.

In den Gießereien wird vorrangig Metallschrott zu neuen Maschinenteilen (z.B. Kugeln für Kugelmühlen, Radkränze und Baggerzähne) gegossen. Die Produktionsmenge beträgt ca. 40.000 t/a. Die Produktionsprozesse sind extrem technologiearm und emissionsreich gestaltet, was zu erheblichen Staubemissionen und zum Austrag schwermetallhaltiger Stäube und Abwässer in die unmittelbare Umgebung der Betriebe führt (s. Abschnitt 2.2 ff).

Als Wasserquellen dienen in Tong Xa Brunnen, Wasserspeicherbecken und Regenwasser. Seit dem Jahre 2000 verfügt das Dorf außerdem über einen Anschluss an das öffentliche Wasserversorgungssystem. Als Brunnensysteme dienen Schöpfbrunnen (oberflächennahes Wasser aus ca. 4 m Tiefe) und gebohrte Brunnen (gepumptes Grundwasser aus ca. 50 m Tiefe) [ASSMUS 2009].

Ein Abflusssystem nach europäischem Standard ist für das örtliche Abwasser in Tong Xa nicht vorhanden. Die Haushaltsabwässer und der Niederschlag auf dem Wohngebiet werden über kleine Rinnen und Kanäle direkt auf die Felder oder in den Hauptentwässerungskanal geleitet. Abwässer aus dem Industriegebiet fließen ungefiltert in den Hauptentwässerungskanal oder auch aus diffusen Quellen an den Gebäuden über kleine Kanäle direkt auf die landwirtschaftlichen Nutzflächen.

Neuere ausgewiesene Industriegebiete außerhalb des dicht besiedelten städtischen Raums haben in Vietnam eine wachsende Bedeutung. Neben den Vorteilen einer freien bebaubaren Fläche ist es der politische Wille der lokalen Behörden insbesondere Emissions- und abwasserintensive Betriebe aus den städtischen Zentren in die Peripherie zu verlegen, um die Konzeption der städtischen Abwasserreinigung auf kommunale Belastungen konzentrieren zu können. Ziel in den neuen Industriegebieten ist es, emissionsintensive Betriebe zu einer eigenen Vorreinigung zu zwingen und den verbleibenden Anfall dann in einer gebietseigenen Anlage nachzureinigen. Daneben soll moderne und emissionsärmere Produktion mit hohem Wert-schöpfungspotential angesiedelt werden.

Ein Problem dieser Konzeption besteht darin, dass der Aufbau der neuen Gebiete in der Regel nicht mit der zeitlichen Planung und dem geplanten Branchenmix übereinstimmt und so eine ausreichende Planbarkeit der gebietseigenen Abwasserreinigung nicht gegeben ist. Für das im Projekt untersuchte Industriegebiet My Trung bedeutet dies, dass bis zum Projektende lediglich ein einziger metallverarbeitender Betrieb angesiedelt war, obwohl lt. Planungen zu diesem Zeit-punkt schon ca. 50% der Fläche vergeben sein sollte. Die ursprüngliche Planung, hauptsächlich Kunststoff- und Metall verarbeitende Betriebe anzusiedeln, musste nach letztem Stand dahin-gegend verändert werden, dass auch und mit deutlichem Schwerpunkt Textilindustrie und Färbereien mit entsprechend hoch belastetem Abwasser angesiedelt werden sollten, was die abwassertechnischen Planungen vor große Probleme stellt.



2.2 Wasser-/Abwassersituation

Bei der Wasserver- und Abwasserentsorgung sind die ländlichen Regionen und die städtischen Räume Vietnams separat zu betrachten. In beiden Regionen unterscheidet sich die Versorgung der Bevölkerung mit Trinkwasser erheblich voneinander, so dass auch der Abwasseranfall stark unterschiedlich ist. Nach Angaben der WHO haben 95 % der städtischen und 74 % der länd-lichen Bevölkerung Zugang zu sicherem Trinkwasser. In Tabelle 1 sind die Strukturdaten der viet-namesischen Wasserwirtschaft zusammengestellt.

Lediglich zehn von mehr als 60 Städten besitzen ein Kanalisationsnetz, welches eine Gesamt-länge von etwa 1.000 km aufweist. Zum Vergleich: Deutschland besitzt ein Kanalnetz mit einer Gesamtlänge von etwa 460.000 km. Aufgrund unzureichender Klärkapazitäten (vorhandene Kläranlagen sind wegen fehlender Finanzmittel oder reparaturbedingt außer Betrieb) gelangt der größte Teil des Abwassers ungereinigt in die Oberflächengewässer Vietnams.

Tabelle 1: Strukturdaten zur vietnamesischen Wasserwirtschaft [Rudolph 2005]

Größte Abwasserverursacher sind die Industriebetriebe, vor allem aus den Bereichen der Papier-, Textil-, Bekleidungs- und Lederwarenproduktion. In Hanoi werden laut Schätzungen etwa 500.000 m³ Abwasser aus verschiedenen Industriebereichen nahezu ungeklärt in die Flüsse ein-



geleitet. Ähnlich prekär ist die Abwassersituation in der Wirtschaftsmetropole Ho Chi Minh City (ehemals Saigon). Allein in einigen Industriezonen fallen täglich über 500.000 m³ Abwasser an.

Nach Rudolph 2005 werden dort, wo Klärwerksprojekte konkret vorbereitet und berechnet werden, auch in der Regel die Standards eingehalten, die jene Institutionen verlangen, welche die entsprechenden Projekte finanzieren sollen – zumeist an die Standards in entsprechenden Regelwerken der Weltbank oder der WHO. Bei der aus eigener Kraft finanzierenden Industrie ist dagegen zu beobachten, dass internationale Standards greifen, zumeist nach US-amerikani-schen Katalogen und Messmethoden (EPA) oder aber nach europäischen (je nach Herkunft der Firma und der Anlagen, die errichtet wurden). Erst im zweiten Schritt werden diese Standards dann mit den vietnamesischen Vorschriften in Übereinstimmung gebracht.

Rudolph [2005] kommt in seiner Analyse auch dazu, dass die Verantwortlichkeit für den Gewäs-serschutz und dessen Überwachung über mehrere Ministerien verteilt ist, so dass eine Koordina-tion der verschiedenen zuständigen staatlichen Behörden nicht immer einfach erscheint. Auf regionaler Ebene wurden aber Umweltämter eingerichtet (EPAs, z. B. Department of Natural Resources and Environment in Saigon), die dann für die Überwachung sowohl von Abwasser-einleitungen als auch (soweit vorhanden) Abwasseranlagen tätig werden.

2.3 Gießereitechnik

In Gießereibetrieben werden Eisen- sowie Nichteisenmetalle und deren Legierungen geschmol-zen. Durch Gießen in eine Form werden Gussteile erzeugt, die nach Abkühlung des Metalls meist verbrauchsfertig sind bzw. nur noch weniger Nachbehandlungsschritte bedürfen. [UBA 2004].

Die mechanischen Eigenschaften dieser Gusswerkstoffe, wie Zugfestigkeit, Dehngrenze und Härte, sind in Normen – auf nationaler Ebene DIN und auf internationaler Ebene ISO - festgelegt [HERFURTH, 2003]. Nach UBA 2004 gliedert sich der Gießereiprozess in folgende Hauptberei-che:

• Schmelzen und Metallbehandlung - Schmelzbetrieb

• Herstellung der Formen und Kerne - Formerei

• Gießen des flüssigen Metalls in die Form, Abkühlung, damit das Metall erstarrt und das Gussteil aus der Gießform herausgenommen werden kann – Gießerei

• Fertigbearbeitung des Rohgussteils, Nachbearbeitung – Putzerei

Der Gießereiprozess erfolgt also in vier Schritten. Zuerst muss ein Modell des herzustellenden Gegenstandes angefertigt werden. Dies kann z.B. aus Metall, Gips oder Holz bestehen. Mit die-sem Modell wird aus Formsand und Bindemittel eine Form hergestellt. Nun wird das Metall ge-schmolzen und anschließend in die Form gegossen.

Nach dem Abkühlen kann das Gussstück entnommen und nachbearbeitet werden. Je nach Art des Metalls, der Größe der Serie und dem Produkttyp sind verschiedene Prozesse möglich. Hauptsächlich wird nach der Art des Metalls, also Eisen bzw. Nichteisen sowie der verwendeten Gießform Einzelgießform oder Dauerform unterschieden.

Üblicherweise gilt, dass Eisengießereien Einzelgießformen (d.h. Sandformen) und Nichteisengie-ßereien vorwiegend Dauerformen nutzen. Bei jeder einzelnen dieser grundlegenden Prozessvari-



anten steht je nach Ofentyp, Art der Form- und Kernherstellung, Gießsystem und Fertigbearbei-tungsmethode eine Vielzahl von Verfahren zur Verfügung.

Bevor das Metall gegossen werden kann, muss es in einen flüssigen Zustand versetzt werden. Dazu werden Einsatzstoffe in den Schmelzöfen der Gießereien eingeschmolzen. Einsatzstoffe für die Schmelze in Eisengießereien sind Roheisen, Eisenlegierungen, Stahlschrott, Gussbruch und Kreislaufmaterial (Gussreste, die beim Putzen anfallen).

Abbildung 2 : Übersicht über Stoffströme des Gießereiprozesses [UBA, 2004]

Je nach Art und Dosierung der Einsatz- und Zusatzstoffe kann die Zusammensetzung der Schmelze und damit deren Eigenschaften, sowie denen des Gussstückes, beeinflusst werden. Zusatzstoffe sind z.B. Entgasungsmittel, wie Chlor oder Kohlendioxid, die auf chemisch-physika-lischen Weg Gase in der Schmelze entfernen sollen. Zum Schutz vor übermäßiger Oxidation der Schmelze können ihr , z.B. Mangan, Kalkstein oder Silizium zugegeben werden, die sich nicht im flüssigen Metall lösen, sondern durch ihre geringere Dichte eine Decke, die sogenannte Schlacke, an der Oberfläche der Schmelze ausbilden. Bestandteile dieser schlackenbildenden



Schmelzebehandlungsmittel sind auch Flussmittel wie z.B. Flussspat CaF2 [HASSE, 2001], die nebenbei die Schmelzbarkeit oder das Zusammenschmelzen anderer Stoffe begünstigen.

Da unterschiedliche Zusammensetzungen an Einsatzmaterialien und Metallen verschiedene Schmelzpunkte aufweisen, gibt es verschiedene Ofentypen, die sich je nach Schmelztemperatur-anforderung des zu schmelzenden Metalls in Bauart und Energiezufuhr unterscheiden. Neben dem Kupolofen, der auf dem Gegenstromprinzip beruht, ist der Induktionsschmelzofen der wichtigste elektrische Schmelzofen bei der Gusseisenherstellung. [HERFURTH, 2003]. In einem Induktionsofen wird Energie mittels einer Spule übertragen. Durch Anlegen eines elektromagne-tischen Wechselfelds wird in der Schmelze ein Wechselstrom erzeugt, der diese aufgrund des elektrischen Widerstands des Metalls erwärmt. Die Induktionstiegelöfen bestehen meist aus einem feuerfest ausgekleidetem Tiegel, um den sich eine wasserdurchflossene Kupferspule windet [BARGEL et al., 2005]. Ist die Schmelze verarbeitungsfertig wird sie aus dem Ofen in Transportbehälter gefüllt, zu den Formen gebracht und abgegossen. Induktionsöfen sind sehr effizient, da die Energie direkt in das Werkstück induziert wird, sodass die Wärme nicht noch Luft überwinden muss, sondern direkt im Werkstück selbst entsteht.

Es gibt zwei grundlegende Arten an Formen - zum einen die Einzelform, auch verlorene Form genannt, und die Dauerform (Kokillen) [STÖLZEL, 1979]. Einzelformen dienen dem einmaligen Gebrauch, da die Formen nach dem Abkühlen des Gussstückes zerstört werden müssen. Solch eine Einzelform kann ein- oder mehrteilig sein. Bei einer einteiligen Form wird das Model vom Formstoff umschlossen und dampft während des Gießvorgangs aus. Eine mehrteilige Form be-steht meist aus einem Ober- und Unterkasten aus Holz in die mittels eines Modells die Guss-stückabbildung in den darin enthaltenem Formstoff eingedrückt wird. Die Modelle bestehen zumeist aus Holz, Gips, Leichtmetall oder Kunststoff, wobei die Möglichkeit besteht Höhlräume herauszubilden. Um dies zu realisieren müssen Kerne in der Form angebracht werden.

Als Basis für den Formstoff dient in den meisten Fällen Quarzsand. Damit daraus eine thermisch und mechanisch beanspruchbare Form gebildet werden kann, muss ein Bindemittel verwendet werden, das den Sand verfestigt und zusammen hält. Prinzipiell unterscheidet man zwischen tongebundenen und chemisch gebundenen Formsanden. Meist werden synthetische Formsande eingesetzt, die zu einem bestimmten Verhältnis aus Quarzsand, Ton und Wasser, manchmal auch noch speziellen Zusätzen bestehen. Die Zusammensetzung sieht dann z.B. so aus: 83- 95 % Quarzsand, 5- 12 % Ton, 3-5 % Wasser und bis zu 7 % Zusätze, z.B. kohlenstoffhaltige Stoffe bei der Gusseisenverarbeitung.

Ihre Festigkeit erhalten die Formstoffe indem sie per Hand oder maschinell verdichtet werden. Bei diesem physikalischen Vorgang entstehen zwischen Sand und Ton durch die höhere Pac-kungsdichte der Teilchen Bindungskräfte. Dadurch bilden sich Brücken zwischen den Molekülen der Teilchen aus, die dem Formstoff die nötige Härte verleihen. Zur Verbesserung der Gussober-fläche können die Formteile durch Auftragen von Suspensionen, Emulsionen oder Lösungen vorbehandelt werden. Neben den tongebundenen Formstoffen gibt es wie erwähnt noch die Möglichkeit der chemischen Bindung. Die Gliederung erfolgt hier nach dem chemischen Aushär-tungsmechanismus: thermische Aushärtung durch Wärmezufuhr oder kalthärtende Bindung bei normaler Umgebungstemperatur. Die Aushärtung kann dann durch Zugabe eines geeigneten Stoffes oder durch Begasung beschleunigt werden.

Begasung findet zum Beispiel beim Wasserglasverfahren Anwendung. Als Formstoffgrund-gemisch werden Quarzsand und Wasserglas (eine wässrige Lösung von Alkalimetallsilikaten wie



Na4SiO4) verwendet. Durch Begasen mit CO2 mittels handgeführten Duschen oder in Bega-sungskammern erfolgt die beschleunigte Aushärtung der Formen bzw. Kerne. Die Vorteile des Wasserglasverfahrens sind gute Maßhaltigkeit, günstiger und wieder verwendbarer Formstoff, lange Lagerfähigkeit des Formstoffes sowie die schnelle Aushärtung der Formteile. Dem stehen Nachteile wie unzureichender Kernzerfall und dadurch aufwendige Putzarbeiten sowie eine begrenzte Lagerfähigkeit der Formteile gegenüber [WESTKÄMPER & WARNICKE, 2004].

Eine weitere und dazu kostengünstige, umweltfreundliche und arbeitshygienisch unbedenkliche Möglichkeit zur Herstellung von Gussformen durch chemische Bindung bietet das Zementsand-verfahren. Als Bindemittel dient aufgrund seiner guten Reaktionsgeschwindigkeit Portlandze-ment, der Bestandteile von Kalziumoxid (CaO), Siliziumdioxid (SiO2), Aluminiumoxid (Al2O3) und Eisenoxid (Fe2O3) enthält. Der Vorteil des Verfahrens ist die gute Regenerierbarkeit des Formstof-fes. Bis zu 85 % des Zementsandes lassen sich wieder verwenden [WESTKÄMPER & WARNICKE, 2004].

Muss eine große Stückzahl an gleichen Gussrohlingen hergestellt werden, empfiehlt sich der Einsatz von Dauerformen. Diese bestehen aus Grauguss, Temperguss oder Warmarbeitsstählen und können zwischen 5 000 bis 25 000 Mal wieder verwendet werden [STÖLZEL, 1979].

Kerne werden oft mit dem sogenannten Hot-Box-Verfahren hergestellt. Bei diesem Verfahren wird eine feuchte Mischung aus Sand und hergestellt. Der Formstoff wird in einen auf 180 bis 250 °C aufgeheizten Kernkasten gefüllt, die elektrisch oder mit Gas beheizt werden können. Nach Temperaturangleichung des Formstoffes wird der Kernkasten geöffnet, der Kern heraus genommen und bis zur endgültigen Durchhärtung gelagert. Beim Aushärten der Kerne im Werkzeug werden Schadstoffe frei, die abgesaugt werden müssen [WESTKÄMPER & WAR-NICKE, 2004].

Eine Weiterentwicklung des Hot-Box-Verfahrens ist das Cold-Box-Verfahren. Hierbei werden Kerne aus einer Mischung von Sand mit einem 2-Komponenten-Bindemittel hergestellt. Die Aushärtung erfolgt bei Raumtemperatur durch Begasung mit einem tertiären Amin (z.B. Tri-äthylamin, TEA oder Dimethyläthylamin, DMEA). Gegenüber dem Hot-Box-Verfahren bietet das Cold-Box-Verfahren die Vorteile des geringen Energieverbrauchs und der billigeren Formwerk-zeuge, zudem sind die Kerne sofort verwendbar. Allerdings kommt es auch hier zu Schadstoff-freisetzungen.

Nachdem die abgekühlten Gussstücke aus der Form gerüttelt wurden, haften an ihnen noch Reste des Formstoffes, Grate sowie Speiserrückstände vom Einguss. Die Gussstücke müssen demzufolge zuerst einmal gesäubert werden. Einguss- und Speiserrückstände werden abge-schlagen oder mechanisch abgetrennt und gehen als Kreislaufmaterial wieder zurück in den Produktionsprozess.

Das Entfernen der Formsande von der Oberfläche erfolgt häufig durch Sandstrahlen mit Eisen-schrot, wodurch kleine Eingussrückstände, Speisereste und Graten abgeschliffen werden. Sollten beim Gießen Fehlstellen entstanden sein, müssen diese ausgebessert werden. Kleinere Hohl-räume an mechanisch nicht beanspruchten Stellen können mit metallpulverhaltigen Harzen aus-gefüllt werden. Zum Verbessern des Zusammenhalts kann die Oberfläche durch Lackierung be-schichtet werden. Anschließend werden die Gusswerkstücke auf Maßhaltigkeit und Werkstoff-eigenschaften wie Härte und Gefügeausbildung überprüft [STÖLZEL, 1979].



Die bisher beschriebenen Verfahren beziehen sich auf deutsche bzw. europäische Standards. In den untersuchten vietnamesischen Gießereien unterscheidet sich zwar der Aufbau des Verfah-rensprozesses nicht, es gibt jedoch vor allem Unterschiede in Arbeits- und Umweltschutzvorkeh-rungen. Außerdem finden kaum Maschinen Einsatz, die Herstellung der Produkte erfolgt vom Formenbau über das Gießen bis zum Recycling per Hand.

2.4 Entscheidungsstrukturen in Vietnam als Hintergrund für die Organisation und Durchführung von Schulungen

Vietnam ist ein kommunistisch-sozialistischer Staat. Der Führungsanspruch der Kommunistischen Partei Vietnams ist in der Verfassung festgeschrieben. Pluralismus und eine formale Opposition existieren in Vietnam nicht. Die Regierung und Volksvertretung der nationalen und lokalen Ebene bilden gleichermaßen das System der Landesverwaltung in Vietnam. Die Regierung ist das oberste vietnamesische administrative Verwaltungsorgan (unter dem Vorsitz des Premiermini-sters) und bildet das exekutive Organ der Nationalversammlung. Die Regierung besteht aus Ministerien, öffentliche Agenturen und Einrichtungen, die auf gleicher Ebene mit den Ministe-rien stehen. Die Volksvertretung wird vom Volksrat gewählt, der wiederum vom Volk in einem 5-jährigen Rhythmus neu gewählt wird. Die Volksvertretung verrichtet ihre administrativen Tä-tigkeiten in Zusammenarbeit mit lokalen Ministerien (provinziale Ebene), Behörden (Distrikt, kommunale Ebene) und behördlichen Agenturen [Grothe, 2009].

Das Management von Wasser basiert auf zwei wesentlichen nationale Strategie:

• das Wasserressourcen-Gesetz von 1998 [GOV, 1998]

• und das Umweltschutzgesetz von 2005 [GOV, 2005]

Beide Gesetze stellen den Flußeinzugsgebietsansatz vor, jedoch fokussiert das Umweltschutzge-setz stärker auf den Schutz des Elements Wassers. In Vietnam sind die in Tabelle 2 aufgeführten Ministerien mit der Aufgabe des Wassermanagement betraut.

Tabelle 2: Ministerien und ihre Aufgaben / Funktionen im Bereich des Wassermanagements [Grothe, 2009]

Ministerium Aufgaben und Funktionen im Bereich des Wassermanagements

Ministerium für natürliche Ressourcen und Umwelt (MoNRE)

Staatliche Steuerung von Wasserressourcen, Wetterkunde und Hydrologie; integriertes und einheitliches Management der Meere und der Inseln

Ministerium für Landwirtschaft und Entwick-lung ländlichen Raums (MARD)

Staatliche Steuerung der Landwirtschaft, der Salzproduktion, der Fischerei, der Bewässerung und der ländlichen Entwicklung

Ministerium für Industrie (MOI) Entwicklung von Wasserkraft; Erstellen und Betreiben von hydraulischen Arbeiten

Ministerium für Wissenschaft und Technologie Verordnung, Beratung und Leitung von Ab-



(MOST) wasser-Standardanwendung

Ministerium für Bau (MOC) Implementierung der Planung von Wasseran-schluss und Entwässerung in ländlichen, indus-triellen und bevölkerungsreichen Gebieten

Ministerium für Transport (MOT) Management und Entwicklung von Transport über Wasserwege, Wasserwegkonstruktion und Häfen

Ministerium für Gesundheit (MOH) Management von Trinken, alltäglicher Hygiene und Sicherheitsstandards

Ministerium für Finanzierung (MOF) Beratung und Leitung von Wasserwirtschafts-kosten, Gebühren und Steuern

Ministerium für Planung und Investition (MPI) Koordinierung und Einreichung von Plänen bezüglich der Investition von Geldern in Was-sermanagementprojekte und wasserbedingte Katastrophen

Auch die eingesetzten Flusseinzugsgebiets-Organisationen in Vietnam basieren auf den zwei oben genannten Gesetzen.

Die Entwicklung des Wasserressourcenmanagement in Vietnam ist u.a. auch seit 2002 durch den Konflikt zwischen MARD und MoNRE charakterisiert. Der inter-ministeriale Konflikt handelt von Entscheidungsbefugnis und der Finanzplanung. Als 2003 die Abteilung für Wasserressour-cenmanagement (DWRM) zu MoNRE hinzukam, wurde die Förderung und die Ausstattung in voller Höhe, sowie ein Drittel des Personals, von MARD zu MoNRE verlegt [GOV et al., 2003]. Zwei Monate nach der Gründung von DWRM, wurde das Flussgebietsmanagement allerdings dem MARD zugewiesen. Dieses Beispiel zeigt, dass es keine langfristige strategische Planung gibt. Das größte Problem ist, dass das Wasserressourcenmanagement in Vietnam auf zu viele Behörden verteilt ist. Dies führt zu mangelhafter Koordination zwischen den zuständigen Behör-den und damit zu ungünstigen Voraussetzungen für das Wasserressourcenmanagement. Für die Sicherstellung eines effektiven und effizienten Flussgebietsmanagements, ist zunächst eine klare Verteilung von Tätigkeiten und Verantwortung an alle teilnehmenden administrativen Organe von Wichtigkeit. Solange Widersprüche und Konflikte in der Verteilung zwischen Ministerien, amtlichen Abteilungen und der nationalen und provinziellen Ebene den politischen Verlauf bestimmen, kann eine Reform nicht erfolgreich sein [Grothe, 2009].

Zusätzlich verfügen die verantwortlichen Institutionen des Wassersektors auch nicht über ausrei-chend fachliches Wissen sowie Erfahrungen, um die heutigen und zukünftig notwendigen Maßnahmen zum Schutz des Wasservorkommens im Rahmen eines Integriertes Wasserressour-cenmanagement (IWRM) planen und umsetzen zu können.

Diese genannten Ausgangspunkte bilden die Grundlage der Schulungen im Rahmen des hier beschriebenen Projekts. Es wurden sowohl die fachlichen Grundlagen und praktischen Umsetzungen als auch die rechtlichen und organisatorischen Strukturen erläutert und mittels Beispielen Best-Practice-Wege aufgezeigt.



3 Methoden, Ergebnisse und Bewertung

3.1 Produktionsintegrierter Umweltschutz in Gießereibetrieben in Tong Xa (Wasser, Energie, Staub)

3.1.1 Aufgabenstellung und Methodik

Die im Dorf Tong Xa angesiedelten Gießereibetriebe wurden als Branchenbeispiel für dörfliche metallverarbeitende Betriebe hinsichtlich ihres Potenzials für PIUS-Maßnahmen untersucht. Die vorgefundenen Belastungen erstrecken sich dabei nicht nur auf den Abwasserbereich, sondern auch und insbesondere auf den Bereich der Luftemissionen und der betrieblichen Organisation. Davon ausgehend wurde unter Einbeziehung von Methoden des Produktionsintegrierten Um-weltschutzes ein Branchenkonzept für metallverarbeitende Kleinbetriebe entwickelt, das sich auch auf ähnliche Produktionsstätten in Vietnam übertragen lässt (Modellregion: »Rural Indus-trial Zones«). Bei der Konzeptentwicklung wurde auf

• Rohstoffe, Hilfsstoffe und Abfallstoffe

• Staubemissionen (als mutmaßliche Quelle der Gewässerbelastung)

• Wasser- und Abwasser

• Energien und

• betriebliche Organisation

eingegangen. Zur Unterstützung des methodischen Prozesses wurden diverse Messungen vor Ort und Interviews mit Führungskräften der Unternehmen durchgeführt. Das sich hieraus erge-bende Bild wurde analysiert und bildete zusammen mit dem methodischen PIUS-Vorgehen den Rahmen des neuentwickelten Branchenkonzeptes.

Schon innerhalb der Produktionsprozesse in Gießereibetrieben bieten sich eine Vielzahl von Möglichkeiten, Belastungen und Gefahren für die Umwelt zu vermeiden. Dieser vorsorgende Umweltschutz wird als Produktionsintegrierter Umweltschutz (PIUS) bezeichnet.

Basierend auf der VDI-Richtlinie 4075 Blatt 3 »PIUS Gießereitechnik« wird durch die Analyse be-trieblicher Material- und Energieströme versucht, betriebsspezifische Ansatzpunkte für inner-betriebliche Verbesserungsmaßnahmen in industriellen Prozessen herauszuarbeiten. Dazu zählen nicht nur die Minderung des Ressourcen-, Wasser- und Energieverbrauchs und die Vermeidung von Abfällen, Abgasen und Abwasser, gleichzeitig soll die Wettbewerbsfähigkeit durch effizien-teren Rohstoffeinsatz und Optimierung der betrieblichen Abläufe gesteigert werden.

Um Ansätze für PIUS-aßnahmen in dem jeweiligen Unternehmen ausfindig machen zu können, ist eine systematische Analyse der Ist-Situation Voraussetzung. Die VDI-Richtlinie 4075 Blatt 3 bietet dafür folgende Vorgehensweise an: als erstes müssen die Wirkungsbereiche der PIUS- Maßnahme festgelegt werden. Die Analyse kann sich dabei auf einzelne Produktionsprozesse oder -anlagen beziehen. Des Weiteren sollten die Ein- und Ausgangströme identifiziert werden. Dazu werden die Stoff- und Energieströme der im ersten Schritt festgelegten Wirkungsbereiche



ermittelt. Als nächstes sollte geprüft werden, ob für die Ein- und Ausgangsströme Zulässigkeits-beschränkungen oder Beschränkungen durch das Unternehmen bestehen.

Dazu zählen Vorgaben zu Emissionsgrenzwerten, Grenz- und Höchstwerte für Abwassereinlei-tungen, aber auch Unternehmensvorgaben wie Wirtschaftlichkeit und Produktqualität. Weiter-hin erfolgt die Auswahl und Darstellung der für die Produktion kosten- und umweltrelevanten Ein- und Ausgangströme, zum Beispiel in Form eines Stoffflussdiagramms, um letztendlich ab-schätzen zu können, an welcher Stelle der Produktionsprozesse eine Verbesserung im Sinne von PIUS möglich ist.

Zur Einschätzung und Bewertung der Betriebe erfolgte eine Analyse der Produktionslinien in Bezug auf Energie- und Wasserverbrauch sowie Rohstoffanfall, wobei die nach westlichen Stan-dards erstellten Vorgehensweisen an Vietnam angepasst werden müssen. Im Allgemeinen eignet sich ein Vorgehen in der Reihenfolge Bestandsaufnahme, Analyse und Maßnahmen.

Die Bestandsaufnahme gibt viele Ansatzpunkte für erste Optimierungen. Sie umfasst das Fest-stellen des aktuellen Verbrauchs an Wasser und Energie sowie die Erfassung der Wasser und energieintensiven Produktionsprozesse und der Darstellung der Energie- und Wasserströme in einem Fließbild.

Bei der Analyse erfolgt, gestützt durch den Vergleich mit Kennzahlen aus der Branche, die Auf-deckung von Schwachstellen und anschließend die Festlegung von Prioritäten in einem Maß-nahmenplan.

Häufig können deutliche Senkungen der Energie-, Wasser- und Abwasserkosten bereits durch sehr einfache Maßnahmen mit geringem Aufwand erzielt werden. Ziele dieser Maßnahmen können gleichermaßen die Einsparung von Energie, Betriebswasser und die Vermeidung von Schadstoffeinträgen in das Abwasser und die Reduzierung des Abfallaufkommens sein.

Methodik Gewässerbelastung - Probenahme und vor Ort Messungen

Im Herbst 2006 wurde von Mitarbeitern der Universität Greifswald damit begonnen das Kanal-system in Tong Xa zu karthographieren und an wesentlichen Punkten eine Analyse des Kanal-wassers durchzuführen.

Abbildung 3: Lokalisierung der Entnahmestellen, Fließrichtungen der Kanäle für zwei Beispiele innerhalb der Industriezone von Tong Xa



Aufgrund der häufig stark wechselnden Niveaus innerhalb der Nebensammler von Tong Xa konnte eine eindeutige Fließrichtung bei den ersten Besuchen vor Ort nicht zugeordnet werden. Die Bestimmung der Fließrichtungen innerhalb des Kanalsystems wurde mit der Entnahme von Wasserproben an 24 unterschiedlichen Messpunkten verknüpft. Neben den physikalischen Pa-rametern wie pH-Wert, Leitfähigkeit, Temperatur und Sauerstoffgehalt wurden auch chemische Parameter wie Schwermetallgehalte (Cu, Cr(VI), As, Ni etc.) sowie typische Parameter aus der Abwasseraufbereitung wie CSB, BSB5, NH4-N, NO3-N, PO4-P und weitere bestimmt.

Im Sommer 2007 wurden an 32 Stellen in Tong Xa erneut stichprobenartig Wasserproben zur Analyse auf Schwermetalle entnommen, um ein genaueres Bild über die Gewässersituation zu erhalten. Dabei handelt es sich um 9 Proben Brunnenwasser (3 gebohrte Brunnen, 6 gegrabene Brunnen), 1x Leitungswasser, 10 Proben aus Oberflächengewässern und 12 Proben aus den Wasserbecken innerhalb der Gießereien und metallverarbeitenden Betriebe (Ponds).

Abbildung 4: Übersicht der entnommenen Wasser- und Abklingbeckenschlämme im Gewerbegebiet Tong Xa

Die Probenahme wurde durch folgende Angaben dokumentiert: Datum, Uhrzeit, Ort, Wetter-lage, Farbe und Geruch des Wassers sowie Eintrag der Probeentnahmestelle per Hand in eine Karte (Abb. 18). Die Entnahme der Proben erfolgte mit Hilfe eines Kunststoffeimers als Schöpf-gefäß, wenn die Probenahme mit Probenflaschen nicht direkt möglich war, oder, im Falle der Brunnen, mit dem vorhandenen Schöpfeimer. Das entnommen Wasser wurde in 0,5 l Plastik-flaschen gefüllt, nachdem diese zuvor mehrmals mit dem Probenwasser gespült worden waren. Anschließend wurden vor Ort folgende Parameter der Probe bestimmt: die Wassertemperatur, der pH-Wert, die Redoxspannung, die Leitfähigkeit, die Salinität und der Sauerstoffgehalt.



Für diese Parametermessungen wurde das pH- Sauerstoff- Leitfähigkeits- Messgerät Multi 340i der Firma WTW verwendet, sowie die pH- Einstabmesskette Sentix H/HW, der Sauerstoffsensor CellOx 325 und die Standartleitfähigkeitsmesszelle TetraCon 325. Für die Untersuchung auf Schwermetalle wurde den Proben mit ein paar Tropfen 65%-iger Salpetersäure angesäuert, um sie in Lösung zu bringen.

Neben den vor Ort elektrometrisch bestimmbaren Parametern (vgl. Kap.1.1) wurden die Schwermetallgehalte von Chrom, Mangan, Eisen, Nickel, Kupfer, Zink, Cadmium, Quecksilber und Blei im Labor ermittelt. Die Untersuchungen wurden an der »Vietnamese Academy for Natural Science and Technology (VAST)«, Institute of Geological Sciences in Hanoi durchgeführt. Laut Angabe im ausgehändigten Untersuchungsbericht (siehe Anhang) erfolgte diese mittels ICP-MS (Inductively Coupled Plasma - Mass Spectrometry), also der Massenspektrometrie mittels induktiv gekoppeltem Plasma.

Diese Analysemethode wird häufig in der Umweltanalytik zur Spurenanalyse von Schwermetal-len eingesetzt, da sie eine geringe Nachweisgrenze besitzt und viele Elemente gleichzeitig be-stimmt werden können. Aus einem Teil der zu untersuchenden Probe wird zunächst ein Aerosol erzeugt, dem dann Argon als Trägergas zugemischt wird. Dieses Gemisch gelangt in das Plasma – ein ionisiertes Gas, das freie Ladungsträger wie Ionen und Elektronen enthält – und wird dort selbst ionisiert. Dieser Plasmastrom wird nun durch ein elektrisches Feld in Richtung des Analysa-tors des Massenspektrometers beschleunigt. Dabei werden die Ionen nach ihrer Masse getrennt und können anschließend selektiv detektiert werden [SCHWEDT, 1992].

Zur Kalibrierung wurde eine Standard ICP-MS Kalibrierflüssigkeit für 30 Elemente der Firma Merck verwendet. Die kleinste messbare Konzentration des Detektors liegt bei 0,01 ppb, die höchste Intensität bei 5 million counts/sec.

Methodik Luftbelastung

Der bei den Messungen zur Luftbelastung auf Filtern abgeschiedene Staub wurde hier hinsicht-lich des Schwermetallinventars untersucht, um Aussagen über staubgebundene bzw. luftgetra-gene Emissionen zu erhalten.

Probennahme

In den Betrieben wurden im Juli/August 2008 in Anlehnung an EN 481 mehrstündige Messun-gen zur Partikelverteilung und arbeitsplatzmedizinische Messungen von 2 x 5 min durchgeführt. Um Partikel in der Luft und ihre Größe bestimmen zu können, wurde nacheinander Messungen in sieben verschiedenen Betrieben mit einem tragbaren Aersosolspektrometer, das die Partikel-anzahl und -größe optisch bestimmen kann, durchgeführt.

Zu jeder Messung kann für gravimetrische Kontrollen der optisch gewonnenen Daten ein Filter verwendet werden [GRIMM-Aerosoltechnik, 2002]. Im Rahmen dieser Arbeit wurden solche beladenen Filter hinsichtlich der Staubteilchen in der Luft untersucht. Der Ort in der Gießerei wurde so gewählt, dass das Gerät in den Luftströmen der unterschiedlichen Gießereiprozesse Schmelzen, Gießen und Nachbearbeiten stand. Jeder Messplatz wurde fotografiert und von ihm ein Protokoll angefertigt, in dem Datum, Uhrzeit, Name des Gießereibetriebes, Dauer der Mes-sung sowie der Prozess und die Entfernung des Gerätes zur Emissionsquelle vermerkt wurde.



Geräte und Materialien

Die Filter, die in das Aerosolspektrometer eingelegt wurden, stammen von der Firma Sartorius. Sie haben einen Durchmesser von 47 mm, einen Porendurchmesser von 1,2 μm und bestehen aus Polytetrafluorethylen (PTFE bzw. Teflon). Dieses Material ist ein vollfluoriertes Polyalken- Polymer, besteht also aus verketteten Monomereinheiten. Es ist beständig gegenüber aggressi-ven Säuren, gegen alle Basen, Alkohole, Benzine, usw.. Die Filter wurden vor dem Verwenden in Vietnam nummeriert, getrocknet und gewogen. Vor den qualitativen Untersuchungen in Greifswald wurden die Filter erneut getrocknet und gewogen.

Das Aerosolspektrometer der Fa. Grimm Aerosol Technik GmbH & Co. KG, Modell 1.108 dient als Partikelzähler für höhere Konzentrationen luftgetragener Partikel oder als Staubmessgerät. Das Messsystem entnimmt einer volumenstromgeregelten Pumpe kontinuierlich eine Luftprobe, führt diese durch eine Laser-Messkammer und sammelt die luftgetragenen Partikel anschließend zur weiteren gravimetrischen, chemischen oder mikroskopischen Kontrolle auf einem PTFE-Filter. So sind in dem Messsystem zwei Messverfahren zum Vergleich der Messergebnisse vereint. Er-fasst werden können 1 bis 2.000.000 Partikel von 0,3 bis 20 μm. Die Ausgabe der Messergeb-nisse erfolgt alle sechs Sekunden. Die Auswertung ist über Windows-kompatible Software mög-lich (GRIMM - Aersoltechnik).

Um einen schnellen Überblick über die Höhe der Staubbelastung zu gewinnen, zur Betrachtung der Morphologie und zur qualitativen Analyse der Zusammensetzung der sich auf den Filtern befindenden Staubpartikel wurden diese mit einem Rasterelektronenmikroskop (REM) unter-sucht. Die Elektronenmikroskopie dient der extremen Vergrößerung von Objekten und bietet somit die Möglichkeit zu deren Analyse, z.B. durch Betrachtung der Oberflächenbeschaffenheit.

Vorbereitend wurde aus jedem der 25 Filter ein Stück ausgeschnitten, das mit doppelseitig haf-tenden Leit-Tabs auf Metallplättchen geklebt und anschließend mit Kohlenstoff bedampft wurde. Jeweils drei mit Proben beklebte Metallplättchen wurden zusammen mit Hilfe eines Hal-ters auf den Probentisch im REM eingebracht.

Nach Herstellen des Vakuums konnte mit der Analyse begonnen werden. Die Auswertung er-folgte mit dem Computerprogramm ISIS auf einem mit dem Mikroskop verbundenem PC. Jeder Filter wurde in unterschiedlichen Vergrößerungsstufen digital fotografiert. Dann erfolgte die qualitative Analyse der Teilchen auf den Filtern. Dazu wurden die Filter von oben nach unten, dann von links nach rechts bei einer Vergrößerung auf 100 μm abgerastert. Teilchen die dabei auf dem Monitor erschienen, wurden betrachtet und analysiert. Die in den Teilchen enthalten-den Elemente wurden aufgezeichnet. Aufgrund der Vielzahl an Teilchen und ihrer häufig wie-derkehrenden gleichen Zusammensetzung wurden sie nach Art der Zusammensetzung in Grup-pen eingeteilt und nur qualitativ erfasst. Somit wurde nicht von allen ein Bild und Spektrum ge-speichert.

Für die Transmissionselektronenmikroskop- Analyse wurden die Filter im Ultraschallbad vorberei-tet. Dazu wurden von den 5 Filtern ein Stück herausgeschnitten, in je ein Reagenzglas mit bide-stilliertem Wasser gegeben und für ca. 45 Minuten ins Ultraschallbad gestellt. Aus dieser Sus-pension wurde anschließend eine geringe Menge entnommen und ein Tropfen auf ein vorher im Plasma entladenes Kupfergitter pipettiert. Nach Trocknung konnte das Gitter ins TEM einge-bracht werden.



Abbildung 5: Staubmessungen im Schmelzbereich einer der untersuchten Gießereien

Es wurde ein Rasterelektronenmikroskop (Anregungsspannung 18 kV; Auflösung 4-10 nm) der Firma JEOL - SM 840 A mit einer Wolframkathode in Verbindung mit einem stickstoffgekühlten Silizium-Lithium Si(Li) EDX-Detektor (KEVEX Analyst 8000) verwendet. Da der Detektor nur Ener-gien bis zu 10 keV aufnimmt, konnte das Element Blei nicht bestimmt werden, denn dessen Hauptlinien liegen bei über 10 keV (z.B. Pb Lα1 mit 10,552 keV oder Lβ1 mit 12,614 keV). Die einzige Linie innerhalb dieses Bereichs, bei 2,443 keV überlagert sich mit einer Linie des Schwe-fels, daher wurden zur Kontrolle einige Proben im TEM untersucht. Dazu wurden 5 Filter aus-gewählt, die bei der REM- Analyse besonders viele schwefelhaltige Partikel aufwiesen.

Die Partikelanalyse erfolgte mit einem Elektronenmikroskop vom Typ JEM 1210 der Firma JOEL mit einer LaB6-Kathode und einer Auflösung von 0,2 - 0,35 nm. Für die analytische Messung steht ein LINK-EDX-System mit S-ATW-Si(Li)-Detektor zur Verfügung. Die Anregungsspannung betrug 120 kV. Die digitale Bildaufnahme erfolgte mit GATAN-MultiScanCamera mit Digital-Micrograph V. 2.5.

Die Elementquantifizierung erfolgte mit der LINK-ISIS Software, wodurch Masse- und Element-prozente bestimmt werden konnten.



Methodik Feste Abfallstoffe – Probenahme und Analysen

Zur Analyse der Schwermetalle in festen Abfällen wurden verschiedene Proben aus mehreren Gießereibetrieben genommen. Zum einen waren dies abgesetzte Schlämme am Boden der Metallkühlbecken, zum anderen Formsandproben aus den festen Abfällen der Betriebe. Um die abgelagerten festen Reststoffe aus dem Metallkühlprozess zu gewinnen, musste aus den Kühl-becken Bodengrund herauf befördert werden. Die Kühlbecken sind ca. 2 m tief und mit Wasser gefüllt. Zur Probenahme wurde eine als Hilfsmittel zur Verfügung stehende Hacke verwendet, die erst über den Grund und anschließend nach oben gezogen wurde, wodurch ca. 200 g ab-gelagerte Feststoffe auf ihrem Blatt nach oben geholt werden konnten. Zusätzlich wurden Betriebsmitarbeiter nach Herkunft und Verbleib des Wasser und der Häufigkeit des Wasserwech-sels befragt. Außerdem wurden die Wassertemperatur, der pH-Wert, die Leitfähigkeit, die Salini-tät sowie die Redoxspannung mit Hilfe des vorher beschriebenen WTW Multimeter 340i ,,in situ“ bestimmt, indem die Messsonden ins Beckenwasser gehängt wurden.

Die Probenahme der überwiegend aus Formsandresten bestehenden festen Abfallstoffe erfolgte aus Abfallzwischenlagern, die während der Produktion unmittelbar neben den Fertigungspro-zessen zusammengetragen werden. Dabei wurde zur Erhöhung der Repräsentativität mehrere Teilproben an verschiedenen Stellen eines Haufens entnommen, vereinigt, gemischt und in Plastiktüten transportiert.

Die abgesetzten Bodenablagerungen sowie die gesammelten Formsandreste wurden in einem Labor in Hanoi analysiert. Zur Art des Aufschlusses der Proben und den verwendeten Säuren konnten keine Informationen ermittelt werden. Eine in Frage kommende Methode wäre der Königswasseraufschluss (nach DIN38414-S7) oder ein Aufschluss mit Salpetersäure und Wasser-stoffperoxid. Dazu werden 5 g gemahlene Probe zusammen mit 5 ml Salpetersäure sowie 2 ml Wasserstoffperoxid in ein Reagenzglas gegeben und dieses Gemisch 1 h gekocht. Anschließend in 100 ml-Messkolben filtriert und mit destilliertem Wasser aufgefüllt.

3.1.2 Ergebnisse und Bewertung zum Gewerbegebiet Tong Xa

Gewässersituation Tong Xa

Als Wasserquellen dienen in Tong Xa Brunnen, Wasserspeicherbecken, und Regenwasser. Seit 2000 verfügt das Dorf zusätzlich über einen Anschluss an das öffentliche Wasserversorgungs-system [LE & NGUYEN, 2003]. Es gibt zwei verschiedene Brunnentypen - zum einen die Schöpf-brunnen aus denen oberflächennahes Wasser aus 4 m Tiefe mit einem Eimer oder durch Pum-pen entnommen wird und zum anderen gebohrte Brunnen mit bis zu 50 m Tiefe, aus denen das Grundwasser mit Pumpen gefördert wird. Das Regenwasser wird auf den Dächern aufgefangen und in Zisternen gesammelt. Die Bewässerung der Felder erfolgt mit eigens dafür angelegten Bewässerungsgräben, die an das regionale Bewässerungssystem mit weit verzweigten Bewässe-rungskanälen angeschlossen sind.

Bei der Produktion in Gießereien wird Wasser als Kühlmittel benötigt. Die Industrie deckt ihren täglichen Wasserbedarf zur Kühlung der Anlagen (die Transformatoren an den Induktionsöfen und insbesondere die Induktionsspulen am Schmelztiegel) und der heißen Gussstücke primär



aus Oberflächenwasser. Dazu wird mittels betriebseigener Pumpen Wasser aus dem Hauptent-wässerungskanal, der durch das Industriegebiet fließt, in Wasserspeicherbecken in den Gieße-reien gepumpt.

Das Kühlwasser der Anlagen wird laut mündlicher Auskunft ein bis zweimal pro Jahr ausge-tauscht, dass Kühlwasser für Gussstücke je nach Auftragslage und Werkstoffqualität mehrmals im Monat manchmal auch nur einmal im Jahr gewechselt. Einige Gießereien verfügen zusätzlich über Speicherbecken, die direkt hinter den Betriebsgeländen angelegt sind und aus denen per-manent Kühlwasser in die Betriebe hinein gepumpt wird und gleichzeitig wieder hinauslaufen kann. Diese Becken bilden einen Wasserkreislauf, weshalb hier das Wasser nur durch Verdun-stungsprozesse verloren gehen kann.

Ein Abflusssystem nach europäischem Standard ist für das örtliche Abwasser nicht vorhanden [LE & NGUYEN, 2003]. Die anfallenden Haushaltsabwässer und der Niederschlagsabfluss aus dem Wohngebiet (sofern nicht aufgefangen) werden über kleine Rinnen und Kanäle direkt auf die Felder oder in den Hauptentwässerungskanal geleitet. Abwässer aus dem Industriegebiet (Metall- und Maschinenkühlwasser, sowie Sanitärabwässer der dort wohnenden Familien) fließen ungefiltert in den Hauptentwässerungskanal oder über kleine Kanäle auf die landwirt-schaftlichen Nutzflächen, wenn sie nicht in den oben erwähnten Speicherbecken aufgefangen werden.



Hauptentwässerungskanal (Tong Xa Fluss)

Wasserspeicherbecken (Pond)

Abwasserkanal am nördlichen Industriegebiet

Abbildung 6: Gewässersysteme in Tong Xa



Das Kanalsystem im Kartiergebiet besteht im Wesentlichen aus kleinen, ein bis zwei Meter brei-ten, offenen und mehr oder weniger miteinander verzweigten Gerinnen. Zum Teil sind kleine Teiche zwischengeschaltet oder sie enden in Versickerungsmulden. Sie dienen hauptsächlich der Abwasserabfuhr und Feldbewässerung. Einige Kanalabschnitte werden jedoch auch befischt oder zum Gemüseanbau genutzt. Die Wasserführung der Kanäle unterliegt, je nach landwirt-schaftlicher Saison und Jahreszeit, stärkeren Schwankungen.

Abbildung 7: Kanalstruktur Tong Xa mit Messstellen

Einspeisungen erfolgen durch Niederschläge während der Regenzeit, Siedlungsabwässer und Grundwasserzufluss über Pumpstationen. Generell sind die Kanäle ganzjährig Wasser führend. Die Strömungsgeschwindigkeiten variieren zwischen stehend bist sehr gering. Aus diesem Grunde lassen sich die Strömungsrichtungen auch nicht immer mit Sicherheit bestimmen.

Das Kanalnetz lässt sich vereinfacht in zwei Teilsysteme unterteilen. Das Hauptsystem befindet sich nördlich des Hauptkanals, welcher die Ortschaft durchzieht. In diesem Gebiet, insbesondere im NW, wird fast ausschließlich und ganzjährig Reis angebaut. Südlich des Hauptkanals befinden sich kleinere Kanalnetze, einzelne Gerinne und Teiche. In diesem Gebiet liegen überwiegend Felder, welche wechselweise mit Reis und Gemüse oder ausschließlich mit Gemüse bewirtschaf-tet werden.



Typische Fruchtfolgen sind hier Reis und Erdnüsse. In beide Fließsysteme gelangen über punktu-elle und diffuse Einleitungen von Siedlungs- und Industrieabwässern vermutlich Schwermetalle und in der Metallverarbeitung eingesetzte chemische Substanzen, wie Farben, Lacke, Öle und Korrosionsschutzanstriche. Größtenteils werden diese Verschmutzungen dem Hauptsystem nördlich der Ortschaft zugeführt. Von dort aus verteilen sie sich, gelangen auf die Felder, in das Grundwasser und in den ca. 750 m nördlich gelegenen Vorfluter. Im Bereich der Messstellen TX24, TX17 und TX23 entlang des Hauptkanals sind die Gießereibetriebe angesiedelt, welche ihre Abwässer dort in den Kanal einleiten.



Tabelle 3: Messwerte für ausgewählte Messstellen in Tong Xa

Parameter NH4 NO3 NO2 SO4 Cl Mn Messstelle (mg/l) (mg/l) (mg/l) (mg/l) (mg/l) (mg/l) TX 1 400,00 0,00 <0,05 150,00 >60,0 0,10 TX 7 10,00 0,00 0,05 <25,0 60,00 0,50 TX 8 400,00 0,00 <0,05 150,00 >60,0 0,50 TX 11 17,50 20,00 0,10 90,00 >60,0 0,20 TX 18 150,00 0,00 <0,05 120,00 >60,0 0,20 TX 19 0,70 1,00 0,03 50,00 >60,0 0,70 TX 21 0,20 0,00 <0,05 50,00 40,00 0,00 TX 22 300,00 0,00 <0,05 110,00 >60,0 0,20 TX 23 1,00 5.0 <0,05 35,00 40,00 0,00 TX 24 0,70 15,00 <0,05 35,00 40,00 0,30 Parameter Cu Fe Ni As CSB BSB5 Messstelle (mg/l) (mg/l) (mg/l) (mg/l) (mg/l) (mg/l) TX 1 0,00 >1,0 0,10 0,00 440,00 0,00 TX 7 0,00 0,50 0,00 0,00 100,00 0,00 TX 8 0,00 0,15 0,00 0,03 109,00 0,00 TX 11 0,00 0,20 0,00 0,00 87,00 0,00 TX 18 0,00 0,50 0,10 0,03 / 0,00 TX 19 0,00 0,10 0,00 0,00 54,00 1,06 TX 21 0,00 0,20 0,00 0,00 40,00 0,00 TX 22 0,00 >1,0 0,10 0,00 104,00 0,00 TX 23 0,00 0,04 0,00 0,00 <14,8 0,54 TX 24 0,00 0,10 0,00 0,00 41,00 1,38 Parameter N-NH4 Cr(VI) pH-Wert Messstelle (mg/l) (mg/l) TX 1 310,08 <0,02 7,64 TX 7 7,75 <0,02 7,46 TX 8 310,08 <0,02 8,11 TX 11 13,57 <0,02 8,20 TX 18 116,28 <0,02 8,09 TX 19 0,54 <0,02 7,54 TX 21 0,16 <0,02 7,22 TX 22 232,56 0,02 7,81 TX 23 0,78 <0,02 8,54 TX 24 0,54 <0,02 7,42



Man kann davon ausgehen dass der relativ hohe CSB-Wert in Verbindung mit der hohen Leitfä-higkeit (vgl. Abbildung 8) nicht auf organisch oxidierbare Verbindungen in dem Kanalwasser schließen lässt (BSB5 nahezu nicht vorhanden), sondern auf Salze von Metallen in niedriger Oxi-dationszahl (Fe2

+, Mn2+, Cr3

+, V2+ etc.). Sie werden bei der CSB-Bestimmung ebenfalls aufoxidiert

und ergeben einen entsprechend hohen Sauerstoffbedarf. Organische Säuren wären ansonsten leitfähig, wobei natürlich die Möglichkeit einer Kombination von Metallsalzen und organischen oxidierbaren Stoffen besteht.

Abbildung 8: Leitfähigkeitswerte an den Messstellen der beiden Residential Zones West und East

Ein hoher CSB heißt, dass viele schwer abbaubare Verbindungen enthalten sind, was zur Folge hat, dass unter natürlichen Bedingungen der Abbau stark verzögert abläuft. Das Wasser zeigt also über einen sehr langen Fließzeitraum ein Sauerstoffdefizit mit entsprechend negativen Fol-gen für die Gewässerfauna. Auch andere Schwermetalle bleiben dadurch länger in ihren niedri-gen Oxidationsstufen und sind damit besser löslich, d.h., die Schwermetalle bleiben im Gewäs-ser und gehen weniger stark ins Sediment.

Die vorhandenen hohen Konzentrationen an Ammoniumstickstoff NH4-N und auch der orga-nisch gebundene Stickstoff wirken sauerstoffzehrend, wodurch bei hohem N-Eintrag in Gewäs-sern mit geringer natürlicher Belüftung Sauerstoffmangel auftreten kann. Bei starker 02-Zehrung und pH-Werten im alkalischen Bereich sorgt das NH4

+/NH3 -Gleichgewicht für die Bildung von stark toxischem Ammoniak. Mit Ausnahme der Alkali- und Ammonium-Verbindungen sind die meisten Phosphate schlecht wasserlöslich und können Verbindungen mit Schwermetallen ein-gehen. Diese Eigenschaft macht die Verwendung von Phosphaten problematisch, da die Phos-phate aus dem Grund des Tong Xa-Flusses unter reduzierenden Bedingungen Schwermetalle mobilisieren können. Zum überwiegenden Teil enthalten Lagerstätten von Phosphatverbindun-gen auch Schwermetalle, wie z.B. Cadmium und Uran.



Abbildung 9: Schadstoffanreicherungen Tong Xa

Um Aussagen über die Schwermetallbelastung von Gießereiabwässern, Oberflächenwässern sowie oberflächennahen Grundwässern treffen zu können, wurden in Tong Xa an insgesamt 32 Standorten Wasserproben entnommen und im Hinblick auf den Gehalt von Schwermetallen wie Chrom, Eisen, Mangan, Kupfer, Cadmium, Nickel, Zink, Quecksilber und Blei untersucht. Die Orte, an denen eine Probenahme erfolgte, sind in Abbildung 4: Übersicht der entnommenen Wasser- und Abklingbeckenschlämme im Gewerbegebiet Tong Xa markiert.

In den Wasserproben wurden pH-Werte zwischen 4,2 und 8,5 gemessen. Die Höchstwerte fin-den sich mit einem pH-Wert von 8,5 in je einer Kühlwasserprobe (Abschreckbecken Hai Yen), einer Pondprobe (Pond No1 Ngoc Ha) und einer Kanalwasserprobe (Anfang Tong Xa Fluss).

Das folgende Diagramm veranschaulicht, dass sich alle gemessenen pH-Werte, bis auf Probe KW Schmelzofen Toan Thang und Pond No3, innerhalb der Grenzwerte von 6-9 des vorgeschriebe-nen Standards A für Einleitung in Gewässer, die als Brauchwasser dienen, befinden.

Bei den Brunnenproben liegt der pH-Wert im Allgemeinen um 7. Im Kanalwasser konnte eine Abnahme des pH-Wertes verzeichnet werden, wobei dieser am Anfang des Kanals im Wohnge-biet 8,5 betrug und zum Ende des Wohngebietes unter 7 abfiel. Innerhalb des Industriegebietes konnte ein sehr leichter Anstieg des Wertes auf 7,2 (Kanalwasser Brücke TX Fliuss) verzeichnet werden, der dann mit dem Durchfluss durch das Feld aber wieder abnahm (Ende TX Fluss). Die Kühlwasserproben weisen mit einem pH zwischen 7 und 8 eher alkalische Werte auf. Auffallend sind die aus unterschiedlichen Gießereien stammenden Proben KW Schmelzofen Toan Thong und Probe des Pond No3, die mit pH-Werten von 4,2 bzw. 4,6 deutlich im sauren Milieu und damit unter dem Grenzwert von 6 des Einleitungsstandards A liegen.



Abbildung 10: Darstellung der Gewässersituation im Gewerbegebiet Tong Xa anhand des pH-Wertes

Abbildung 11: Darstellung der Gewässersituation im Gewerbegebiet Tong Xa anhand der Leitfä-higkeit



Die ermittelten Leitfähigkeiten in der folgenden Abbildung liegen zwischen 286 μS/cm für Lei-tungswassers und 3.410 μS/cm in einem der gebohrten Brunnen. Die Kühl- und Kanalwasser-werte ähneln sich, die Leitfähigkeit in den Ponds dagegen ist stets um etwa 500 μS/cm höher.

Die Chrom (VI)-Konzentration der meisten Proben liegt bei unter 10 μg/L (vgl. Abbildung 12). Bei der Probe des Kanalwassers vom Ende des Industriegebietes liegt er bei 17 μg/l, während die Konzentration an anderen Stellen maximal 2,7 μg/l beträgt. Auffällig ist eine Probe der Gießerei Tien Hung. Diese Probe aus einem Becken zur Kühlung von Gussstücken hat einen Chromgehalt von 2.149 μg/l und überschreitet damit den Grenzwert von 50 μg/l um das 40-fache.

Die Mangankonzentration liegt mit durchschnittlich etwa 500 μg/l insgesamt sehr hoch und liegt damit, bei 25 von 33 Proben, über dem Grenzwert der zulässigen Konzentration von 200 μg/l für Einleitungen in Gewässer, die als Brauchwasserquellen eingesetzt werden dürften.

Auffällig ist die Kühlwasserprobe der Gießerei Toan Thang für Maschinenkühlwasser, sowie die Kühlwasserprobe aus dem Abschreckbecken der Gießerei Tien Hung, die mit über 2.000 μg/l zwei- bis viermal höher sind als die Konzentration in den anderen Kühlwasserproben. Die Werte des Kanalwassers zeigen, dass die Konzentration an Mangan vom Anfang zum Ende des Ent-wässerungskanals entlang des Industriegebietes zunimmt und mit 860 μg/l am Ende des Indu-striegebietes das Maximum erreicht. Die Mangankonzentration am Ende des Kanals ist mit knapp 600 μg/l wieder geringer.

Besonders hoch ist der Gehalt in zwei Wasserspeicherbecken (Ponds) sowie in 6 von 9 Brun-nenwasserproben. Insgesamt liegen 5 Werte sogar außerhalb des Messbereiches des Mas-senspektrometers, so dass deren Gehalt auf ≥ 2.212 μg/l entsprechend der höchsten gemesse-nen Mangankonzentration abgeschätzt werden kann. Damit sind sie auch mindestens doppelt so hoch, wie der Grenzwert von 1.000 μg/l für den Grenzbereich B.

Im dritten Pond dagegen liegt die Konzentration mit 5 μg/l fast bei Null. Auch im Leitungswasser wurden nur 3 μg/l Mangan gemessen.



Abbildung 12: Darstellung der Gewässersituation im Gewerbegebiet Tong Xa anhand der Chromkonzentration

Abbildung 13: Darstellung der Gewässersituation im Gewerbegebiet Tong Xa anhand der Mangankonzentration



Mit 5.733 μg/l und 12.407 μg/l sowie 1.639 μg/l liegen die Tiefbrunnen-Proben in Ngoc Ha, Hai Yen und Tien Dat deutlich über dem Eisengehalt der gegrabenen Brunnen mit durchschnittlich 300 μg/l und damit auch über dem Grenzwert A der Einleitungsstandards (vgl. Abbildung 14). Auch beim Eisengehalt des Kanalwassers zeigt sich, dass am Ende des Industriegebietes die Konzentration mit 4.157 μg/l am höchsten ist.

Wie schon beim Mangangehalt liegt auch hier wieder die Probe aus dem Abschreckbecken der Gießerei Tien Hung mit 7.737 μg/l weit über dem Durchschnitt der übrigen Kühlwasserproben von etwa 400 μg/l. Auch die Feldwasserprobe und zwei Ponds weisen mit 1.120,9 μg/l sowie 1.115,4 μg/l und 1.138,2 μg/l hohe Werte auf und liegen über dem Grenzwert A von 1.000 μg/l.

Bis auf die schon zuvor auffällig gewordenen Proben aus dem Kühlwasser des Schmelzofens der Gießerei Toan Thang und dem Abschreckbecken der Gießerei Tien Hung ist die Nickelkonzentra-tion durchgehend gering (vgl. Abbildung 15). CL2 überschreitet den Grenzwert A um 50 μg/l, 5TX dagegen um das 33-fache. Damit ist die Konzentration auch doppelt so hoch wie der er-laubte Grenzwert B von 1.000 μg/l. Auch zwei Nickelgehalte in den Ponds CL12 und CL13 lie-gen deutlich über den anderen Werten, unterschreiten jedoch den Grenzwert A.

Abbildung 14: Darstellung der Gewässersituation im Gewerbegebiet Tong Xa anhand der Eisen-konzentration



Abbildung 15: Darstellung der Gewässersituation im Gewerbegebiet Tong Xa anhand der Nickelkonzentration

Die Schmelzofenkühlwässer weisen im Vergleich zu den anderen Wasserarten eine Erhöhung des Kupfergehaltes auf und betragen durchschnittlich 80 μg/l. Die Kupferkonzentration in der Probe der Gießerei Toan Thang sticht wieder mit 858 μg/l wieder aus dem Gesamtbild hervor. Die Probe der Gießerei Tien Hung sowie, die das Pondwasser des Ponds No3 sowie das Kanal-wasser an der Autowaschanlage zeigen eine - im Vergleich zu den anderen Proben - erhöhte Kupferkonzentration, bleiben insgesamt aber alle, bis auf die Probe aus Toan Thang, unterhalb des Grenzwertes A.



Abbildung 16: Darstellung der Gewässersituation im Gewerbegebiet Tong Xa anhand der Kupferkonzentration

Auch beim Zinkgehalt zeigt das Kühlwasser aus Toan Thang mit 2.850 μg/l eine deutlich höhere Belastung im Vergleich zu den anderen Kühlwasserproben. Im Abschreckkühlwasser konnte kein Zink nachgewiesen werden (vgl. Abbildung 17).

Die Zinkkonzentration im Kanalwasser liegt am Anfang bei 107 μg/l, nimmt dann ab und bildet am Ende des Industriegebiets das Maximum mit 192 μg/l. Die Tiefbrunnenprobe der Gießerei Ngoc Ha weist eine Konzentration von 1.300 μg/l auf. Die Pondprobe aus dem Pond No3 liegt nur knapp unter dem Grenzwert von 1.000 μg/l.

In sechs der untersuchten Wasserproben liegen die Cadmium-Konzentrationen oberhalb des Grenzwertes A. Bei den drei Proben aus dem Kühlwasser der Schmelzöfen der Gießerei Hai Yen mit 89 μg/l, der Gießerei Quoc Anh mit 46 μg/l und der Gießerei Tien Hung mit 74 μg/l sogar oberhalb des Grenzwertes B (vgl. Abbildung 18).



Abbildung 17: Darstellung der Gewässersituation im Gewerbegebiet Tong Xa anhand der Zinkkonzentration

Abbildung 18: Darstellung der Gewässersituation im Gewerbegebiet Tong Xa anhand der Cadmiumkonzentration



Abbildung 19: Darstellung der Gewässersituation im Gewerbegebiet Tong Xa anhand der Quecksilberkonzentration

Die höchste gemessene Quecksilberkonzentration von 5,2 μg/l findet sich in der Probe des Tief-brunnens der Gießerei Ngoc Ha. Die übrigen Analysen der Tiefbrunnen weisen keine erhöhten Werte auf. Im Vergleich dazu sind die Werte der Kühlwasserproben zwar mit durchschnittlich 0,8 μg/l höher als die Konzentrationen im Kanal-, Pond- und Brunnenwasser, reichen aber auch mit einem analysierten Maximum von 2,7 μg/l in der Probe aus dem Abschreckbecken der Gießerei Quoc Anh nicht an den Einleitgrenzwert für Industrieabwasser heran.

Höhere Bleigehalte sind in den Proben der Brunnen der Gießereien Hai Yen mit 15,7 μg/l (Tie-fenbrunnen) und Hoang Duy Duyen mit 19,5 μg/L (Schöpfbrunnen) und im Kühlwasser der Schmelzöfen auf. Im Entwässerungskanal wurden im Vergleich zu den anderen Kanalwasser-proben sehr hohe Werte an der Messstelle ,,Autowaschanlage’’ (24,7 μg/L) sowie am Ende des Industriegebietes (14,5 μg/L) gefunden (vgl. Abbildung 20). In dieses Diagramm wurde kein Grenzwert A eingezeichnet, da dieser 100 μg/L beträgt und somit von keiner Probe überschrit-ten wird.



Abbildung 20: Darstellung der Gewässersituation im Gewerbegebiet Tong Xa anhand der Bleikonzentration

Zusammenfassend kann man sagen, dass sich die Konzentrationen der untersuchten Metalle Kupfer, Zink, Cadmium, Quecksilber, Blei, Nickel und Eisen in allen Wasserproben meist unter-halb des Grenzwertes A des Standards für Industrieabwasser befinden. Insgesamt ist eine mini-male Erhöhung der Schwermetallgehalte in den Kühlwässern erkennbar. Es gibt aber zwei Pro-ben, die hervorstechen, die Schmelzofen-Kühlwasserprobe der Gießerei Toan Thang und die Probe aus dem Abschreckbecken der Gießerei Tien Hung. Diese zeigten oft eine deutlich über-höhte Konzentration an Schwermetallen.

Letztere Probe überschreitet den Grenzwert A für Industrieabwasser bei Cr, Fe, Mn, Ni. Die Chrom- und Nickelkonzentration liegen sogar über dem Grenzwert C mit erlaubten 500 μg/l für Chrom und 2.000 μg/L für Nickel. In der Probe der Gießerei Toan Thang zeigten sich sehr hohe Mn, Fe, Ni, Cu und Zn-Werte. Die Mangankonzentration ist hingegen insgesamt sehr hoch. Besonders Pond- und Brunnenwasser sind belastet, während das Wasser des Entwässerungska-nals sowie die meisten Kühlwasserproben geringere Konzentrationen zeigen. Eventuell über-schreiten die Mangankonzentrationen von fünf Proben auch Grenzwert C mit 5.000 μg/l. Ihr genauer Wert konnte jedoch nicht ermittelt werden, und sie mussten auf 2.212 μg/l geschätzt werden.

Das Kanalwasser weist meist am Ende des Industriegebietes die höchste Konzentration des je-weiligen Elements auf. Diese liegen bis auf Mangan und Eisen aber unter dem Grenzwert A des TCVN 5945. Die Messstelle des Kanalwassers außerhalb Tong Xa’s kurz vor der Einmündung in Kanal 57 zeigt bei allen Elementen eine niedrigere Konzentration als zum vorherigen Messpunkt am Ende des Industriegebietes auf.



Das Wasser des örtlichen Leitungswasserversorgungssystems zeigt bis auf eine Zinkkonzentra-tion von 264 μg/l keine nennenswerten Schwermetallgehalte. Ein Vergleich der Gehalte des Brunnen- und des Leitungswassers mit dem Standard TCVN 5444 - 2005 für Oberflächenwasser führt ebenfalls nur zu dem Ergebnis, dass ein sehr hoher Manganwert vorliegt. Der zugehörige Grenzwert für die Mangankonzentration wird ab 500 μg/l überschritten, was in bis auf drei Ausnahmen in jeder Probe zutrifft. Zu weiteren Grenzwertüberschreitungen nach TVCN 5944 kommt es bis auf die hohe Eisenkonzentration in den zwei Tiefenbrunnen in Ngoc Ha und Hai Yen, sowie einer Quecksilberkonzentration von 5,2 μg/l (bei einem zulässigen Wert von 1 μg/l) nicht.

Analyse der Gießereibetriebe

Produziert werden Teile für Baufahrzeuge (Zähne für Baggerschaufeln, Kettenglieder für Ketten-fahrzeuge, Teile von Förderschnecken), Ausrüstung für Maschinen (z.B. Mahlkugeln für Kugel-mühlen, Pumpengehäuse, Pumpenlaufräder) und Ausrüstung für Bergbau und Zementindustrie. Rohmaterial für die Schmelze ist vor allem Stahlschrott. Pro Monat werden durchschnittlich bis zu 200 t davon verarbeitet, einige Tonnen sind betriebseigene Abfallprodukte, der Rest wird angeliefert.

Tabelle 4: Ermittelte Kenndaten von 13 Gießereien im Gewerbegebiet von Tong Xa

Die Firmen arbeiten mit verlorenen Formen, die in Kleinserien von Hand hergestellt werden. Das Ausgangsmaterial des Formstoffes ist Quarzsand, wovon pro Unternehmen durchschnittlich etwa 0,263 t/t GG eingesetzt werden. Als Bindemittel dienen in der Region gewonnener Ton zur tongebundenen Formgebung und Wasserglas (etwa 200 l/Monat) zur chemischen Bindung des Formstoffes. Das Mischungsverhältnis von Sand zu Ton beträgt 70-75 % - 25-30 %. Dieses Ge-misch wird mit einem elektrischen Mischer erzeugt und mit Wasser vermischt. Einige Formen werden zum Härten in eine Brennkammer gebracht, dort getrocknet und gegebenenfalls an-schließend mit einem Blei-Überzug beschichtet (0,2 - 0,3 t/Monat). Dauermodelle aus Holz wer-den von Lieferanten bezogen und wiederverwendet.



Das Schmelzen erfolgt in Induktionsöfen, deren Tiegel zum Schutz mit hochtemperaturbeständi-gem Material, bestehend aus mineralisch-metallischem Granulat mit Chrom- und Manganoxid- Bestandteilen sowie Asbest oder Quarzit und Borsäure ausgekleidet sind. Die Induktionsspule am Ofen und die Transformatorspulen werden mit Wasser gekühlt. Die Entnahme erfolgt mittels Rohrsystem aus einem Kühlwasserspeicherbecken. Da sich das Wasser im Kühlprozess auf ca. 40°C erwärmt und verdunstet, muss zum Ausgleich von Kühlwasserverlusten monatlich eine Frischwasserzufuhr erfolgen. Die Betriebszeit der Schmelze und des Kühlwassers beträgt durch-schnittlich 8 h/d, 6 Tage/Woche. Durchschnittlich werden 1,29 t Stahlschrott/t GG verarbeitet. Zuschlagstoffe sind Mangan, Silizium und Aluminium. Durch am Schrott haftende Verunreini-gungen können außerdem Papier, Folie, Farbe, Öle und Fette in die Schmelze gelangen.

Das Abgießen der Schmelze erfolgt in einen Schmelzguttransportbehälter. In kleineren Betrieben mit geringeren Mengen Schmelzgut sind dies oft Handpfannen, die von ein oder zwei Arbeitern getragen werden können. Als zusätzlicher Arbeitsschritt erfolgt in einigen Gießereien das Glü-hen zur kontrollierten Abkühlung einiger Rohgussstücke.

Dazu gibt es speziell gemauerte und mit Steinkohle befeuerte Glühöfen (vgl. Abbildung 21). Durch einen Wagen können die Produkte ein- und ausgefahren werden. Zum Abschluss des Glühprozesses wird das Gussstück in ein Wasserbad gelassen. Verluste durch Verdunsten wer-den auch hier mit Frischwasser oder Flusswasser ausgeglichen. Überlaufendes Wasser fließt in den Kanal hinter dem Betriebsgelände ab.

Abbildung 21: Glühofen und Kühlwasserbecken der Gießerei Tien Hung in Tong Xa



Am Ende der Produktionsprozesse steht auch hier das Nachbearbeiten der Werkstücke, um Formsandreste und Graten zu entfernen oder Fehlstellen auszubessern und ggf. Schutzanstriche aufzubringen.

Abfälle aus den Gießereien sind vor allem zerstörte Formen, Asche, verklumpte Gießereisand-rückstände, Luftemissionen, Abwasser, Kohleverbrennung. Ofenausbrüche und Gusssandreste werden auf einem öffentlichen Abfalllagerungsplatz entsorgt und dienen als Baustoff für den Unterbau von Häusern in Tong Xa. Der anfallende Formsand wird gesiebt und teilweise wieder-verwendet.

Ein weiterer Ansatz zur Beschreibung von Stoffsystemen sind Fließbilder, wie sie in der Verfah-renstechnik zur Darstellung stofflicher und energetischer Flüsse verwendet werden. Fließbilder können Prozesse oder Anlagen sowohl qualitativ als auch quantitativ beschreiben. Ein Beispiel für ein qualitativ-quantitativ beschreibendes Fließbild sind die sogenannten Sankey-Diagramme, bei denen die Pfeilbreite der Stoffflüsse deren Quantität entspricht. Sowohl Stoff- und Energie-bilanzen, als auch Sankey-Diagramme sind deskriptive Modelle von Stoffstromsystemen, die Ansatzpunkte für eine Steigerung der Material- und Ressourceneffizienz darstellen können.

Aufgrund einer detaillierten Analyse der Gießereibetriebe in Tong Xa konnte für vier ausge-wählte Unternehmen kombinierte Stoffstrom- und Energiebilanzen aufgestellt werden, die in den folgenden vier Abbildung 22 bis Abbildung 25 dargestellt sind. Hieraus und aus den Beobachtungen vor Ort sowie den Detailanalysen der Luftbelastungen wurden grundlegende Handlungsempfehlungen für den produktionsintegrierten Umweltschutz in vietnamesischen Handwerksdörfern erarbeitet.



Abb

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Abbildung 26: Gesamtenergieverbräuche in kWh/t Gutem Guss für zwei ausgesuchte Gieße-reien in Tong Xa (Hai Yen und Quoc Anh) in Vergleich zu europäischen Unternehmen (skw Metallurgie GmbH, Unterneukirchen, Umweltbericht 2003; Rexroth Guss, Lohr a. M., Umwelter-klärung 2005; VAW-IMCO Guss und Recycling GmbH, Grevenbroich, Umwelterklärung 2004; Vald. Birn A/S, Holstebro (DK), Umweltbereicht 2005)

Luftbelastung

Die Untersuchungen zur Partikelgrößenverteilung mit dem Aerosolsektrometer in den vietname-sischen Betrieben ergaben, dass dort sehr hohe Konzentrationen an Feinstäuben < 10 μm vor-handen sind. In allen Betrieben und Prozessbereichen werden die maximal erlaubten Konzentra-tionen von 150 μg/m³ nach der TCVN 5937 – 2005 um ein Vielfaches überschritten. Vor allem im Bereich der Nachbearbeitung von Gussstücken finden sich Konzentrationen von bis zu 2.500 μg/m³. Die Feinstaubkonzentrationen im Bereich des Schmelzofens liegen um 500 μg/m³. Nach LAHMANN et al. (1987) finden sich die gesundheitsgefährdenden Metalle am häufigsten in Par-tikeln die kleiner als 2,5 μm sind, also der fast vollständig lungengängigen Fraktion. Die auf vie-len Filtern gefundenen Zink- und Mangan-Partikel waren sehr klein (unter 1 μm) und können daher tief in die Lunge eindringen.



Abbildung 27: Feinstaubkonzentrationen (bis 10 µm) in den 3 Prozessbereichen Schmelze, Formenbau und Werkstückbearbeitung ausgewählter Gießereibetriebe in Tong Xa [ASSMUS, KEUTER, EMMERICH, 2009]

Abbildung 28: Gesamtstaubkonzentrationen (bis 22 mm) in den 3 Prozessbereichen Schmelze, Formenbau und Werkstückbearbeitung ausgewählter Gießereibetriebe in Tong Xa



Staubanalytik

Die Filterproben dienten dem qualitativen Nachweis von Schwermetallen in der Luft in verschie-denen Arbeitsbereichen der Gießereibetriebe. Besonderes Augenmerk wurde auf die Analyse der Belastung spezieller Prozessbereiche gelegt. Insgesamt wurden 26 Proben aus sieben unter-schiedlichen Firmen an unterschiedlichen Arbeitsstellen und mit unterschiedlichen Probenahme-zeiten entnommen.

Das ermittelte Gewicht der Filter wies nach der Nutzung häufig geringere Größen auf als vor den Messungen. Durch eine Gewichtsbestimmung der Filter kann daher keine Aussage bezüg-lich der Masse der Partikel getroffen werden. Optisch waren nach dem Einsatz vereinzelt kaum Partikel auf den Filtern erkennbar. Einige zeigten eine punktförmige gräulich-braune Verfärbung. Bei Betrachtung mit dem REM wurde ersichtlich, dass viele Filter nur mit wenigen Partikeln (unter 100 Teilchen pro 10.000 μm²) belegt waren.

Die Partikelgröße der untersuchten Teilchen lag im Bereich zwischen 4 und 20 μm. Oft lagen sie vereinzelt auf den Filtern vor, manchmal kam es jedoch zu Ansammlungen gleicher Partikel an einer Stelle. Von diesen Partikeln erfolgte dann eine EDX–Analyse auf deren Elementzusammen-setzung.

Die Elemente aller Teilchen wurden für jeden Filter aufgezeichnet und prozentual für jeden Pro-duktionsprozess zusammengefasst. Die Einteilung in Produktionsprozesse gibt allerdings nur den Punkt an, in dessen Nähe das Staubmessgerät in den Betrieben positioniert wurde, denn durch die vor Ort herrschenden Bedingungen war es nicht möglich, konkrete Abluft des jeweiligen Prozesses zu gewinnen (z.B. durch ein Abluftrohr), stattdessen kam es immer wieder zu Durch-mischungen.

Blei konnte aufgrund des eingeschränkten Messbereiches mit dem Rasterelektronenmikroskop nicht bestimmt werden.



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60

80

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CEN

TAG

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]

Fe Mn Zn Cr Cu Ni Si Ca Al Mg K Cl S Na Ti V P

MOLDING 51 16 41 2 0 0 60 40 32 6 42 51 36 32 6 1,2 0,8

FINISHING 53 7 46 2 0,1 0,2 61 30 26 4 25 20 16 5 4 2 1

MOLDING + FINISHING 62 19 10 4 0,4 0,4 52 30 20 7 20 22 14 6 4 2 0,2

CASTING 36 4 7 1 0 0 58 51 41 4 45 36 30 4 6 2 1

Fe Mn Zn Cr Cu Ni Si Ca Al Mg K Cl S Na Ti V P

Abbildung 29: Verteilung der analysierten Elemente auf vier Produktionsschritte der betrachte-ten Gießereien [ASSMUS, KEUTER, EMMERICH, 2009]

In Abbildung 29 erkennt man, dass etwa 51 % der Partikel, die sich auf Filtern befanden, wel-che nahe der Schmelze standen, die Elemente Eisen und Chlor gefunden. Weiterhin beinhalte-ten 41 % der Teilchen aus diesem Produktionsprozess Zink und 16 % der Teilchen Mangan. Besonders häufig treten die Elemente Eisen und Silizium auf. Eisen konnte auf allen Proben nachgewiesen werden.

Die detektierten Schwermetalle Eisen, Mangan und Zink, sind je nach Probenahmeort des Filters innerhalb des Gießereiprozesses unterschiedlich verteilt. Chrom, Kupfer und Nickel kommen in allen untersuchten Bereichen kaum in der Luft vor.

In der Abluft im Bereich des Schmelzens befinden sich mit 50 % und 40 % besonders häufig Eisen- und Zink- enthaltende Teilchen. Der Mangananteil beträgt hier 16 %. An Nicht-Schwer-metallen wurde besonders häufig Kalium, Chlor, Natrium und Silizium gefunden.

In der Nachbearbeitung finden sich besonders häufig Eisen-, Silizium- und Zinkanteile. An den Probenahmeorten, an denen sich Luftströme aus den Prozessbereichen Schmelzen und Nachbe-arbeiten vermischten, dominieren Eisen, Mangan und Silizium. Zink ist mit 10 % allerdings um 30 % weniger vertreten, als in den separierten Prozessbereichen.



Bei Partikeln aus dem Prozessbereich Gießen wurde häufig Eisen (36 %) nachgewiesen. Mangan und Zink (4 % und 7 %) wurde seltener gefunden. Hier wurden eher Silizium (58 %), Calcium (51 %) und Kalium (45 %) gefunden. Besonders viel Eisen, Mangan und Zink wurden also bei Teilchen in der Luft nahe der Schmelze und Nachbereitung gefunden.

Mit dem REM konnten nur Teilchen analysiert werden, die größer als 1 μm waren. Bei kleineren Partikeln wurde nur noch Fluor aus dem Filtermaterial gefunden. Die Analyse ergab, dass unter-schiedliche Gruppen an Partikeln in den Filtern vorkommen. Zum einen sind dies Partikel, die aus reinem Silizium oder Silizium-Verbindungen bestehen (und auch Schwermetalle enthalten kön-nen), zum anderen Teilchen, die nur aus Schwermetallen bestehen. Dabei handelte es sich pri-mär um Eisenpartikel, aber auch Mangan-Eisen-, Chrom-Mangan-Eisen- und Mangan-Eisen-Zinkhaltige Teilchen wurden gefunden. Zink wurde außerdem häufig in kleineren Partikeln zusammen mit Natrium und Kalium nachgewiesen. Unter Zuhilfenahme von REM - Aufnahmen des „Interaktiven Schwebstoffatlas“ [HENNING et al., 1997] und ,,Die Schwebstoffe der Oder’’ [KASBOHM et al., 2002] konnten verschiedene Partikel auf den Filtern als anthropogen verur-sacht identifiziert werden. Häufig wurden als anthropogene Partikel Flugaschen gefunden. Bei-spiele für diese Flugaschen, die eine typische Kugelform aufweisen, zeigen die folgenden Abbil-dungen.

Abbildung 30: REM-Aufnahme (links) und Elementarverteilung (EDX) (rechts) der Flugasche auf Filter 15 aus dem Schmelzprozess

Zur Überprüfung, ob Blei in den Staubpartikeln enthalten ist, wurden fünf der schon mit dem REM analysierten Filter zusätzlich mit dem TEM untersucht. Von Luftfilter Nummer 9 (aus dem Luftstrom im Schmelzprozess der Gießerei Chien Thang) wurden 50 Teilchen analysiert. Gefun-den wurden die Schwermetalle Mangan, Eisen, Zink, Cadmium und Blei. In 18 Teilchen konnten die Elemente Eisen, Mangan und Zink gemeinsam nachgewiesen werden, davon beinhalteten 5 Teilchen zusätzlich Blei. Ein Teilchen bestand nur aus Blei. Auch in den untersuchten 105 Parti-keln des Filters Nummer 18 (Schmelzprozess der Gießerei Hai Yen) wurde vorrangig Eisen, Man-



gan und Zinn gefunden, allerdings nur noch in zehn Teilchen gemeinsam. In drei Teilchen fand sich Blei, in zwei weiteren Cadmium. In 75 Partikeln des Filters 24 (Nachbearbeitung der Gieße-rei Hai Yen) wurde Eisen zu mehr als 70 % nachgewiesen. Cadmium, Nickel und Zinn konnten ebenfalls nachgewiesen werden. Mangan und Chrom konnten jeweils nur bis zu maximal 0,04 % ermittelt werden, Zink und Blei dagegen konnten nicht gefunden werden. Dafür fanden sich hier vermehrt die Nicht-Schwermetall-Elemente Aluminium, Silizium und Kalium. Für Probe 41 (aus der Nachbearbeitung der Gießerei Hai Yen) wurden 73 Partikel analysiert. Auch in dieser Probe wurden weder Zink noch Blei gefunden. Es dominieren Eisen, Silizium und Kalium. Man-gan konnte viermal, Chrom zweimal gemessen werden. Nickel wurde zweimal, Cobalt und Cadmium je einmal detektiert.

In der Filterprobe 44 (aus der Nachbearbeitung der Gießerei Quoc Anh) fanden sich in 70 Parti-keln fast nur kaliumhaltige Partikel, 19 davon in Zusammenhang mit Eisen. In fünf dieser Eisen-Kalium-Teilchen fand sich zusätzlich Chrom. Cadmium und Blei wurden nicht nachgewiesen. Nickel war in 5, Zink in 2, Cobalt und Mangan in je einem Partikel enthalten.

Abbildung 31: REM-Aufnahme (links) und Elementarverteilung (EDX) (rechts) der Flugasche auf Filter 41 (LF41L12) aus dem Prozess der Nachbearbeitung



Abbildung 32: REM-Aufnahme (links) und Elementarverteilung (EDX) (rechts) Partikel auf Filter 32 (LF32L15) aus dem Prozess Nachbearbeitung

Abbildung 33: REM-Aufnahme (links) und Elementarverteilung (EDX) (rechts) eines Siliziumparti-kels, wie er in allen Prozessbereichen und auf allen Filtern häufig gefunden wurde



Abbildung 34: TEM-Untersuchung (links) und Spektrum (rechts) eines Metallpartikels aus dem Schmelzbereich der Gießerei Quoc Anh

Abbildung 35: TEM-Untersuchung (links) und Spektrum (rechts) eines Metallpartikels aus dem Schmelzbereich der Gießerei Quoc Anh



Abfallstoffe (Formsandreste, Kühlbeckenrückstände)

Im Rahmen dieses Projektes wurden in den Gießereibetrieben der Industriezone Tong Xa zwei unterschiedliche Typen von Abfallproben untersucht. Zum einen Formsandreste und zum ande-ren Ablagerungen aus den Abschreckbecken für geglühte Gussstücke. Diese Ablagerungen wa-ren augenscheinlich kleine metallische Bruchstücke und Späne, weshalb ein hoher Gehalt an Metallen zu erwarten war. Die Formsandreste enthielten vereinzelt kleine Metallpartikel, die durch eine dunklere Färbung oder Glanz auffielen.

Die Kühlwässer in den Gussstückkühlbecken werden ein- bis zweimal im Monat gewechselt und je nach Gießerei mit Fluss-, Pond- oder Leitungswasser aufgefüllt. Der pH-Wert des Wassers in den Kühlbecken lag zwischen 7,2 und 8,7. Das Wasser im Metallkühlbecken der Gießerei Thanh Cong weist mit 9,7 den höchsten pH-Wert der untersuchten Gießereien auf. Zu drei Feststoff-proben aus den Kühlbecken liegen zusätzlich Wasseruntersuchungen auf Schwermetalle vor.

Bei den Werten der Feststoffproben der Gussstückkühlbecken fallen besonders die hohen Eisen-konzentrationen auf, die zwischen 11,3 g/kg und 410, 1 g/kg lagen. Einige Proben enthalten extrem viel Eisen, andere weniger, die Spanne beträgt etwa eine 10er-Potenz. Die drei Proben mit den geringsten Eisenkonzentrationen weisen auch die niedrigsten Nickel- und Cadmiumge-halte auf (vgl. Tabelle 5). Bis auf zwei Ausnahmen liegen ebenfalls sehr hohe Mangankonzen-trationen vor, die häufig außerhalb des Messbereichs des Messgerätes lagen. Verglichen zur Wertespanne der Eisenkonzentrationen lagen die Mangankonzentrationen in allen Proben in einem engen Bereich. Identisch ist es bei Konzentrationen von Kupfer, Zink, Quecksilber und Blei.

Die Probe mit der höchsten Konzentration an Eisen von 410,10 g/kg (Gießerei Duc Nam Dinh) enthält auch die höchste Mangankonzentration (außerhalb des Messbereichs). In dieser Probe liegen Chrom bei 4,20 g/kg, Nickel bei 1,75 g/kg, Cadmium bei 0,4 mg/kg und Quecksilber bei 4 mg/kg.

Das Wasser war zum Zeitpunkt der Probenahme eine Woche alt. Auch die geringsten Konzen-trationen an Metallen befinden sich zusammen in einer Probe der Gießerei Thanh Cong. In die-ser beträgt der Gehalt an Chrom 96 mg/kg, Mangan 11,80 g/kg, Eisen 11,35 g/kg, Nickel 12 mg/kg und Quecksilber 1,6 mg/kg. Das Wasser in diesem Becken wurde schon seit 6 Mona-ten genutzt, der pH-Wert betrug 9,7.

In den 6 Formsandrestproben (vgl. Tabelle 6) ist die Verteilung der Schwermetallgehalte vor allem bei Mangan und Eisen sehr unterschiedlich. Die Gehalte reichen bei Mangan von 28 mg/L in einer Probe aus Vu Dai bis hin zu 11.475 mg/kg in einer Probe der Gießerei Hai Yen.

Der Gehalt an Blei ist im Formsand höher als in den Ablagerungen. Die durchschnittliche Blei-Konzentration im Formsand beträgt 72 mg/kg, im Rückstand des Abschreckbeckens dagegen 40 mg/kg. Auch die Eisenproben im Formsandrest sind höher als die kleinste Konzentration von 11.349 mg/kg im Sediment aus dem Abschreckbecken. In der Formsandprobe aus Tien Hung liegt Nickel mit einem außergewöhnlich hohen Gehalt bei 19.222 mg/kg vor.



Tabelle 5: Schwermetallkonzentrationen in den Kühlbeckensedimenten der untersuchten Gieße-reien

Tabelle 6: Schwermetallkonzentrationen in den Formsandresten der untersuchten Gießereien

3.1.3 Abgeleitete Handlungsempfehlungen für Betriebe in der Industriezone Tong Xa

Einschätzung und Schlussfolgerung zur Gewässersituation in Tong Xa

Anhand der bestimmten elektrischen Leitfähigkeiten der Wasserproben wurde ersichtlich, dass vor allem die Brunnenwasserproben, aber auch vier Kühlwasser- sowie die Pondwasserproben, mit über 1.500 μS/cm über eine hohe Konzentration an Ionen verfügen und damit dem Leitfä-higkeitswert von Abwasser entsprechen. Um feststellen zu können, ob es sich bei diesen Ionen auch um Schwermetalle handelt, die mit dem Abwasser der Gießereien in Tong Xa in die umlie-genden Gewässer gelangen und somit eine potentielle Gefahrenquelle darstellen können, wur-den Wasserproben auf ausgewählte, in Gießereien häufig auftretende, Schwermetalle unter-sucht und mit den ’’Einleitungsstandards für Industrieabwasser in Oberflächenwasser TCVN 5945-2005’’ verglichen. Obgleich es sich bei den untersuchten Brunnenwässern per Definition nicht um Industrieabwasser handelt, wurden sie dennoch in Vergleich zu dem Regelwerk gesetzt.

Ein zur Kontrolle durchgeführter Vergleich der Brunnenwässer mit dem Standard für Grundwas-ser TCVN 5944-2005 ergab, dass bis auf einige Ausnahmen, nämlich jene, die schon beim Ver-



gleich mit dem TCVN 5945-2005 grenzwertüberschreitende Konzentrationen zeigten, keine weiteren erhöhten Schwermetallgehälter im Brunnenwasser zu finden waren.

Vergleicht man nun alle Wasserproben, fällt auf, dass insbesondere ein sehr hoher Mangange-halt vorlag, der häufig den Grenzwert A überschritt, vor allem im Brunnen-, Pond- und Kanal-wasser. Mangan kommt in 44 % der Brunnenproben mit über 2.000 μg/l vor und überschreitet damit Grenzwert A um mehr als das 10-fache, während dies nur bei 17 % der Proben aus den Abschreckbecken der Fall ist. Auch in den Flusswasserproben liegen deutlich höhere Konzentra-tionen an Mangan mit durchschnittlich 570 μg/l im Gegensatz zum Wasser aus den Abschreck-becken mit 263 μg/l, (die zwei Spitzenwerte ausgenommen), vor. Die natürliche Konzentration an Mangan in Oberflächengewässern liegt zwischen 0,02-130 μg/l. Diese natürlichen Werte werden aber deutlich überschritten. Dies kann auf einen anthropogenen Einfluss und auf An-sammlung des Metalls im oberflächennahen Grundwasser hindeuten. Auch die Proben, die aus den gebohrten Brunnen entnommen wurden, weisen hohe erhöhte Mangankonzentrationen auf, so dass eine natürlich hohe Konzentration an Mangan in Betracht gezogen wurde. Im Grundwasser findet sich bei geringen Sauerstoffgehalten oftmals ein höherer Mangangehalt, meist zusammen mit ebenfalls hohen Eisenwerten, wobei der Mangangehalt meist niedriger als der Eisengehalt ist. Auch Eisen wurde in hohen Konzentrationen im Wasser vorgefunden. Eisen und Mangan sind bei sauerstoffarmen Wässern, wie Tiefenwasser, als Eisen(II)- bzw. Mangan(II)-Ionen im Grundwasser gelöst. Kommen sie an die Oberfläche, reagieren sie mit Sauerstoff und fallen meist zusammen mit weiteren Metallen als unlösliche Eisen(III)- und Mangan(IV)–Oxide aus. Diese liegen anschließend unlöslich gebunden im Sediment vor. Nur unter anaeroben Be-dingungen und niedrigem pH-Wert können sie wieder gelöst werden.

Die Ergebnisse der von der AG HANNOVER untersuchten Kanal- und Feldbodenproben würden diese Annahme bestätigen, da sie ebenfalls sehr hohe Mangangehalte aufweisen (> 120 mg/kg) [AG HANNOVER, 2006]. Mangan und Eisen gelangen an die Oberfläche, oxidieren und fallen aus, was eine hohe Konzentration in den Kanälen verursacht. In eutrophierten Gewässern unter anaeroben Bedingungen können Mangan und Eisen dann wieder in Lösung gehen.

Hohe Eisen- und Mangankonzentrationen im Brunnenwasser sind neben der Geschmacksbeein-trächtigung und rostbraunen Verfärbung vor allem für die Nutzung zur Schmelzofenkühlung problematisch, da es durch ausfallendes Eisen(III)-hydroxid zu Inkrustierungen und somit zu Ver-stopfungen in Wasser- und Kühlleitungen kommen kann.

Bei einer gesamtheitlichen Betrachtung der Schwermetallkonzentrationen in den weiteren Was-serproben zeigten sich bis auf die erwähnten Ausnahmen keine übermäßig hohen Schwerme-tallgehalte. Die in den untersuchten Wasserproben bestimmten Metallkonzentrationen von Kup-fer, Zink, Cadmium, Quecksilber, Blei und Nickel befanden sich meist unterhalb des Grenzwertes A des Standards für Industrieabwasser. Schon die im Jahr 2006 analysierten Wasserproben der AG HANNOVER aus den Kanälen rund um das Industriegebiet wiesen einen geringen Gehalt an Schwermetallen auf.

Vorangegangene Untersuchungen in Tong Xa [ROHRBECK, 2007; AG HANNOVER 2007] zeigten aber, dass Bodenproben der Felder und Kanalsedimente in unmittelbarer Gießereinähe eine hohe Konzentration an Schwermetallen enthielten. Da in den Kanalsedimenten deutlich höhere Schwermetallgehalte zu finden waren, als in Bodenproben der angrenzenden Felder, wurde daher davon ausgegangen, dass die Schwermetalle durch das Gießereiabwasser in die Kanäle



gelangten. Anhand der Verteilung der Schwermetallkonzentrationen auf den Feldern, wurde vermutet, dass ein Großteil der Schwermetalle an größere Partikel gebunden im Kanalwasser transportiert wird. Größere Partikel sedimentieren schnell in den Kanälen aus, was eine extreme Konzentration der Schwermetalle in unmittelbarer Industrienähe zur Folge hat. Auch die Mess-ergebnisse des vorliegenden Projektabschlussberichtes lassen auf einen Eintrag von Schwerme-tallen innerhalb des Industriegebietes schließen, denn folgt man den Ergebnissen der Messstel-len des Hauptentwässerungskanals in Abflussrichtung ist erkennbar, dass die Konzentrationen der Schwermetalle zunehmen. Daher ist anzunehmen, dass es innerhalb des Industriegebietes zu einem Eintag kommt.

Betrachtet man nun aber den Produktionsablauf in den Gießereien, stellt man fest, dass insbe-sondere das Maschinenkühlwasser selten mit Schwermetallen in Berührung kommt und sich so gar nicht mit diesen anreichern kann. Das Wasser aus den Abschreckbecken für geglühte Guss-stücke weist zwar höhere Schwermetallkonzentrationen auf, doch sind auch diese nach den Grenzwerten der ,,Einleitungsstandards für Industrieabwasser’’ meist nicht als kritisch einzustu-fen.

Als weitere Emissionswege und damit auch als Eintragspfade von Schwermetallen aus den Gie-ßereien können die Adsorption an Staubpartikel und als Ablagerungen aus dem Gussstückkühl-prozess in den Becken in Betracht gezogen werden. Diese Partikel lagern sich auf Dächern und betonierten Flächen bzw. in den Kühlbecken ab, werden durch Regen und Reinigungsmaßnah-men bzw. Abpumpen der Kühlwässer ausgewaschen und gelangen daher in das Kanalsystem. Aufgrund dieser Vermutung und der relativ niedrigen gelösten Schwermetallkonzentrationen im Wasser, ist es wahrscheinlich, dass die Schwermetalle, an Ablagerungen, Staubpartikeln und Aerosole gebunden auf diesem Weg emittiert werden.

Zu dieser Ansicht kam auch ROHRBECK (2007), die durch REM–Analyse von Kanalsedimentpar-tikeln anthropogen verursachte Flugasche- und Schlacketeilchen in den Kanalsedimenten nach-weisen konnte. Im Zuge dieser Arbeiten wurde allerdings angenommen, dass die Schwermetalle in Partikelform über oberirdische Abflüsse auf den Betriebsgeländen in die Sedimente der Ab-wasserkanäle gelangen.

Brauchwasser-Untersuchungen des National Institutes of Labour Protection im Jahre 2007 zeig-ten, dass unter anderem in Zisternen aufgefangenes Regenwasser eine Bleikonzentration von durchschnittlich 33 μg/l aufwies. Damit weisen diese Ergebnisse eine höhere Bleikonzentration auf, als die Proben aus den Oberflächengewässern in dem vorliegenden Projekt. Begründen lässt sich dies mit der Annahme, dass bleihaltige Stäube in der Luft verbreitet werden, sich in der Umgebung ablagern und von Niederschlägen weggespült werden.

Bei Betrachtung der Metallkonzentrationsverteilung im Kanalwasser wird deutlich, dass die Messstellen außerhalb von Tong Xa häufig niedrige Konzentrationen aufwiesen, wohingegen am Ende des Industriegebietes die höchsten Konzentrationen in den Sammlern nachgewiesen werden konnten. Da der Kanal zwischen diesen Messpunkten durch ein Feld fließt und teilweise stark bewachsen ist, ist es möglich, dass Pflanzen im Wasser gelöste Schwermetalle aufgenom-men haben. Von EBEL (2007) zusammengefasste Studien zeigen, dass sich die Wasserhyazinthe Eichhornia crassipes, die in den Abwasserkanälen in Tong Xa massenhaft auftritt, als effektiver Biofilter für Schwermetallionen eignet, indem die Wurzeln als Kationentauscher fungieren.



Nach ALLOWAY (1999) reagieren in Wasser gelangte Schwermetalle entweder mit den vom Wasser mitgeführten Schwebstoffen oder setzen sich am Boden ab, wo sie Reaktionen mit den Sedimenten eingehen. Als Schwebstoffe werden im Allgemeinen die in Gewässern schweben-den Feststoffteilchen bezeichnet. Sie setzen sich aus anorganischen (mineralischen) Stoffen und aus organischem Material zusammen, das aus tierischen und pflanzlichen Lebewesen sowie toter organischer Substanz besteht [HESSISCHES LANDESAMT für Umwelt und Geologie, 2006].

Bezugnehmend auf eine Interaktion der Schwermetalle mit dem Sediment, erfolgt eine Adsorp-tion dieser und somit eine temporäre Immobilisierung, die jedoch aufgehoben wird, sobald die Adsorptionskapazität der Sedimente erschöpft ist. Daraus resultierend kann die Konzentration der Schwermetallionen im Wasser laut FELLENBERG (1997) stark ansteigen.

Ebenso kann ein absinkender pH-Wert zur Lösung von Schwermetallen aus dem Bodengrund führen. Schwermetalle sind nach FELLENBERG (1997) unter sauren Bedingungen am mobilsten. Sinkt der pH-Wert des Wassers unter 7, werden an Sedimente adsorbierte Schwermetalle mobi-lisiert. Dies könnte auch den hohen Schwermetallgehalt in den Proben aus dem Kühlwasser des Schmelzofens der Gießerei Toan Thang und aus dem Pond No3 erklären. Der pH-Wert beträgt in jeweils beiden Proben 4,5. Nach HÖLTING & CALDEWEY (2005) sind in diesem sauren Milieu Metallverbindungen leicht löslich. Sie fallen jedoch bei steigendem pH-Wert als Hydroxid oder Salz erneut aus. Um auszuschließen, dass in den übrigen Wasserproben mit neutralem pH-Wert ausgefällte Schwermetallsalze oder Hydroxide im Wasser vorliegen, wurden die Proben mit Schwefelsäure angesäuert.

Zwar wiesen die direkt eingeleiteten Industrieabwässer keinen sauren pH-Wert auf, dennoch kann es in den Abwasserkanälen zu Versauerungen kommen. Der pH-Wert sinkt, wenn das Wasser stark eutrophiert ist, durch die rasante Zunahme an CO2, verursacht durch massenhafte Zunahme an mikrobieller Biomasse. Dieses durch Atmung freigesetzte CO2 löst sich in Wasser und bildet Oxoniumionen, wodurch ein Absinken des pH-Wertes verursacht wird. Anhand der Gegebenheiten vor Ort, der unkontrollierten Einleitung von Haushalts- und Sanitärabwässern, kann man von einer Eutrophierung der Gewässer ausgehen. Ein weiterer Faktor wäre auch hier die Wasserhyazinthe Eichhornia crassipes die nach EBEL (2007) durch Wurzelatmung CO2 frei-setzt. In Sedimenten adsorbierten Schwermetalle können vor allem in warmen Sommern gelöst werden und mit dem Regenwasser durch Kanäle auf die Felder gelangen (Regenzeit).

Aufgrund dieser Beobachtungen und Hypothesen ist davon auszugehen, dass die Abwässer indi-rekt als Schwermetallemittent fungieren, indem sie als Transportmittel für schwermetallenthal-tende Partikel aus den Gießereien dienen. Zwar sind die Metalle in diesem Zustand immobil, durch chemische und biologische Prozesse können sie dennoch im Oberflächenwasser freige-setzt werden und somit zu temporär hohen Belastungen führen.

Eine Reinigung bzw. Filterung der aus den Gießereibetrieben gespülten Abwässer erscheint so-mit notwendig. Da außerdem die vorliegenden Untersuchungsergebnisse auf Stichproben beru-hen, kann eine hohe Konzentration der Gießereiabwässer zu anderen Zeitpunkten keinesfalls ausgeschlossen werden..

Eindeutig und als problematisch zu betrachten, ist die hohe Eisen- und Mangankonzentration in dem zur Kühlung der Öfen und Anlagen in den Gießereien verwendeten Brunnenwasser, da sie zu Verstopfungen innerhalb der Rohrleitungen und somit schnellem Verschleiß führen.



Einschätzung und Schlussfolgerung zur Luftbelastung in den Gießereibetrieben von Tong Xa

Aufgrund der betrachteten Herstellungsverfahren in den Gießereien zeigt sich, dass in allen Pro-duktionsstufen Stäube entstehen und damit Partikel in der Luft vorzufinden sind. Innerhalb des Gießereiprozess sind Emissionen in der Luft in der Regel nicht auf eine oder mehrere Quellen beschränkt. Vielmehr umfasst der Prozess verschiedene Emissionsquellen [LAHMANN et al. 1979]. Aufgrund der vorgefundenen fehlenden räumlichen Abtrennung der untersuchten Arbeitsbereiche, die gemeinsam in einer Gießereihalle untergebracht sind, kommt es zur Durchmischung von Partikeln unterschiedlichster Provenienz, wodurch keine eindeutige Zuord-nung zum jeweiligen Prozess zweifelsfrei möglich ist.

Um herauszufinden, ob Schwermetalle in Gießereiprozesse emittiert werden und sich an Stäube gebunden über die Luft verbreiten und um abschätzen zu können in welchem Teilherstellungs-prozess jeweilige Schwermetallpartikel freigesetzt werden, wurden an unterschiedlichen Produk-tionsorten der Gießereien Luftproben gezogen und untersucht. Anschließend wurden die gesammelten Staubproben mittels Elektronenmikroskopie einer näheren Analyse zugeführt. Bei im Jahr 2001 durchgeführten Untersuchungen von Partikeln auf Atemschutzmasken von Gieße-reiarbeiter der Betriebe in Tong Xa wurde eine Vielzahl von eisenhaltigen Flugaschen gefunden [LE et al. 2003].

Nach Auswertung der Elementverteilungen der gesammelten Partikelproben auf den, in der vor-liegenden Arbeit, betrachteten Filterproben wurde deutlich, dass Schwermetalle und weitere Elemente in den Gießereistäuben vorzufinden sind. Nach HELLWIG & THRIENE (1977) entstehen Schwermetallemissionen bei dem Schmelzvorgang durch Verdampfen und beim Putzen durch Abrieb.

Beobachtungen des Schmelzvorganges in den vietnamesischen Gießereien zeigten eine deutli-che Emission von Schmelzepartikeln und Rauch im Bereich des Tiegels. Nach HASSE (2001) besteht der größte Teil der Staubemissionen beim Schmelzen in Induktionsöfen aus Eisen mit 45 % gefolgt von Silizium- (6,5 %) und Manganoxid (2 %). Die auf den Filterproben gefunde-nen Partikel enthielten vielfach Eisen. Silizium trat jedoch in deutlich größeren Mengen auf als von HASSE beschrieben. Reine Siliziumpartikel waren auf jedem Filter in unterschiedlichen Grö-ßen und Formen zu finden. Es handelt sich in diesen Fällen wohl um Quarz, SiO2, welches in der Formherstellung eingesetzt wird.

Durch Luftaustausch in den Gießereibereichen werden die feinen Quarzpartikel aufgewirbelt und verteilen sich, so dass sie in nahezu allen Bereichen der Gießereien zu finden sind. Zusätzlich zum Siliziumoxid wurden viele verschiedene Siliziumverbindungen mit anderen Elementen detek-tiert. Häufig wurden Teilchen, die neben Silizium auch Chlor, Calcium, Kalium, Schwefel, Na-trium und/oder Aluminium enthielten. Primär liegen demnach Quarz und Feldspäte vor. Teilchen auf den Filtern im Bereich der Nachbearbeitung zeigten dagegen eine deutlich geringere Anzahl dieser Partikel. Dies hängt mit der räumlichen Entfernung des Arbeitsbereichs Nachbearbeitung von der Formgebung zusammen. Im Gegensatz zum Schmelzofen, der sich gleich neben der Formgebung befindet, findet die Nachbearbeitung meist in größerer Entfernung zur Formge-bung am Eingang der Betriebe statt. Dort werden die Formsandteilchen nicht so stark aufgewir-belt. Chlor wird nach HASSE (2001) als Entgasungsmittel zum Entfernen gelöster Gase aus der Schmelze sowie als Flussmittel eingesetzt. Zink in der Schmelze kann aus Legierungen, z.B. Mes-



sing, stammen und unter Bildung von Zinkoxidrauch aufgrund seines niedrigeren Schmelzpunk-tes ausdampfen.

Das im Schmelzprozess doppelt so häufig wie in der Nachbearbeitung gefundene Mangan stammt ebenfalls aus der Schmelze, da es als Zuschlagstoff und als Bestandteil der Schmelztie-gelauskleidung verwendet wird.

In Partikeln des Schmelzprozesses wurden ebenfalls bleihaltige Partikel gefunden. Meist traten sie in Verbindung mit Fe, Mn und Zn auf. Blei wird in den Betrieben als Suspension auf fertige Gusstücke aufgetragen. Werden diese Werkstücke später wieder eingeschmolzen, gelangt das Blei in die Schmelze und kann sich von dort durch die hohen Temperaturen verflüchtigen. Die früher als Korrosionsschutz eingesetzte Bleiverbindung Mennige Pb3O4 beispielsweise, zersetzt sich bei 550 °C zu PbO, das unterhalb des Schmelzpunktes von 884 °C flüchtig ist [RIEDEL, 2002].

Ähnlich wie bei der Schmelze ist auch im Gießprozess ein hoher Anteil an Nichtschwermetallen in den Partikeln vorhanden. Der im Vergleich hohe Anteil an Calciumpartikeln im Gießprozess kann seinen Ursprung durch den Einsatz von Portlandzement als Bindemittel für den Formsand haben. Dieser enthält neben Calciumoxid auch Siliziumdioxid, Aluminiumoxid und Eisenoxid [GREFHORST, 2006], die ebenfalls in diesem Prozessschritt häufig verwendet werden. Da zum Prozess ’’Gießen’’ nur eine Filterprobe der Gießerei Tien Dat zur Auswertung zur Verfügung stand, wurde nur diese Elementverteilung aufgenommen.

Auf Filtern aus dem Arbeitsbereich der Nachbearbeitung wurden neben eisen- viele zinkhaltige Teilchen gefunden. Weiterhin häufig wurden Calcium, Aluminium und Kalium gefunden, aller-dings weniger häufig als in Partikeln, die aus dem ’’Bereich Schmelze’’ stammen.

Vereinzelt konnte Chrom, Kupfer, Cadmium und Blei nachgewiesen werden. Calcium-, Kalium und Siliziumpartikel stammen auch hier wahrscheinlich aus dem Formprozess. Neben den in den Gießereien vorhandenen Stäuben aus der Formgebung, kommt es bei Arbeiten in der Nachbe-handlung zusätzlich zu Formstoffemissionen, wenn Formrückstände an den erkalteten Gussstüc-ken durch Putzarbeiten entfernt werden. Die gefundenen Schwermetallpartikel gelangen eben-falls durch Bearbeitungsmaßnahmen in die Luft. Durch mechanische Abtrennung von Einguss- und Speiserrückständen, Schleifen der Oberflächen, Drehen oder spannende Bearbeitung wer-den Metallpartikel vom Gussstück abgerieben. Ein Beispiel für die Menge der Metallemissionen durch Putzen der Gussstücke zeigen Zahlen der Metallgießerei Joachim Tietz in Bitterfeld. In der Putzerei dieses Unternehmens fallen jährlich etwa 18-23 kg Späne und Stäube in der dort instal-lierten Absauganlage an [MINISTERIUM FÜR LANDWIRTSCHAFT UND UMWELT, 2002].

Wie auch schon bei LE et al. (2001) konnten in der Gießereiluft anthropogen verursachte Parti-kel gefunden werden, was eindeutig zeigt, dass die Gießereiprozesse Schwermetalle emittieren. Auf allen Filtern und somit in der gesamten Luft in den Gießereien kamen Flugaschen vor. Diese etwa 1μm bis 1mm großen Teilchen entstehen bei Verbrennungsprozessen und weisen neben Plättchen und Fasern meist eine glatte, massive Kugelform auf. Die Zusammensetzung der Flug-asche hängt stark vom Brennmaterial ab. Meist bestehen sie zu etwa 55 % aus Siliziumdioxid und zu 30 % aus Aluminiumoxid sowie Eisen, es können aber auch Schwermetalle enthalten sein. Da die Glühöfen der Gießereien, in die Gussstücke zum kontrollierten Abkühlen verbracht werden, mit Kohle beheizt werden, kommt es hier zu Schwermetalleinträgen, da fossile Brenn-stoffe einen natürlichen Gehalt an Schwermetallen besitzen und über die Flugaschen, als Inhalts-



stoffe oder Anlagerungen emittiert werden. Somit wird beispielsweise Blei hauptsächlich über die Verbrennung fossiler Energieträger emittiert.

Die in den Gießereien in Tong Xa gefundenen Flugaschen sind sehr eisenreich. Zum Teil enthal-ten sie auch Mangan und Chrom sowie Zink. Chrom und Mangan werden im Auskleidungsma-terial des Schmelztiegels verwendet und können sich daher zusammen mit Eisen aus der Schmelze verflüchtigen. Weitere anthropogen verursachte Teilchen sind Schlackepartikel, die während des Schmelzens von Metallen durch Zugabe von Stoffen entstehen. Zuschlagstoffe in den untersuchten Gießereien sind z.B. Mangan, Kalkstein und Silizium, die sich nicht im flüssi-gen Metall lösen, sondern durch ihre geringere Dichte eine Decke, die sogenannte Schlacke, an der Oberfläche der Schmelze ausbilden. Die gefundenen Schlackepartikel waren calciumhaltige Aluminiumsilikate die oft Eisen und Mangan enthielten.

Zusätzlich zu diesen anthropogen verursachten Teilchen wurden auf einigen Filtern feinfaserige Magnesium–Silizium-Verbindungen gefunden. Diese Silikatminerale (Asbestverbindungen) stammen aus Schmelztiegelverkleidungen oder Baustoffen, die innerhalb der Gießereien ver-wendet werden.

Die Untersuchungen zur Partikelgrößenverteilung mit dem Aerosolspektrometer in den Gie-ßereibetrieben ergaben, dass hohe Konzentrationen an Feinstäuben < 10 μm vorhanden sind. In allen Betrieben und Prozessbereichen wurde die maximal erlaubte Konzentration von 150 μg/m³ nach TCVN 5937 – 2005 um ein Vielfaches überschritten. Vor allem im Bereich der Nachbearbei-tung von Gussstücken wurden Konzentrationen von bis zu 2.500 μg/m³ nachgewiesen. Die Feinstaubkonzentrationen im Bereich der Schmelzöfen lagen durchschnittlich um 500 μg/m³. Nach LAHMANN et al. (1987) finden sich die gesundheitsgefährdenden Metalle am häufigsten in Partikeln, die kleiner als 2,5 μm sind, also der fast vollständig lungengängigen Fraktion. Die auf vielen Filtern gefundenen Zink- und Mangan-Partikel waren sehr klein (unter 1 μm) und können daher tief in die Lunge eindringen.

Eisen- und chromhaltige Partikel wiesen eher größere Formen auf. Ihre schädigende Wirkung aufgrund der Lungengängigkeit ist geringer als bei den Mangan- und Zinkpartikeln. In den Gie-ßereien kommt es in allen Prozessen zum Eintrag von Schadstoffen in die Luft. Neben den Schwermetallen Eisen, Zink, Mangan, Chrom und Blei wird besonders viel Feinstaub emittiert. Nach Informationen des BUNDESUMWELTAMTES FÜR MENSCH UND UMWELT (2005) beträgt der Tagesgrenzwert an Feinstaub (PM10) 50 μg/m3 und darf nicht öfter als 35mal im Jahr über-schritten werden. Der zulässige Jahresmittelwert zum Schutz der menschlichen Gesundheit liegt bei 40 μg/m³. Diese Grenzwerte werden in den vietnamesischen Gießereien um ein Vielfaches überschritten.

Zusätzlich sorgt der Staub durch Anlagerungen für eine Verbreitung der in den Gießereien frei-gesetzten Schwermetalle. Dabei können zwei Wege des Schwermetallpartikeltransports unter-schieden werden – die unmittelbare Ablagerung in der Industrieumgebung und der wegfüh-rende Transport. Somit ist das Problem einer möglichen Verschmutzung nicht nur lokal be-grenzt, sondern kann auch Auswirkungen auf die nähere Umgebung haben.

Die AG HANNOVER wies darauf hin, dass die Schwermetallbelastungen der Bodenoberfläche ein ausgeprägtes NW-SO-Gefälle aufweisen. Die darin ersichtlichen Konzentrationsunterschiede können maßgeblich durch eine äolische Verbreitung von schwermetallhaltigen Stäuben über die vorherrschende Windrichtung aus SO erklärt werden.



Einschätzung und Schlussfolgerung zur Situation fester Abfälle in den Gießereibetrie-ben von Tong Xa

Bei den betrachteten betrieblichen Abfallstoffen handelt es sich um abgesetzte Schlämme und Metallpartikel der Gussstücke vom Boden der Abschreckbecken und um Proben der Formsand-reste.

Die Formsandgrundstoffe bestehen aus Siliziumdioxid, Alkalisilikaten oder Tonen und enthalten eigentlich nur einen sehr geringen natürlich Anteil an Schwermetallen. Nach dem Abgießen der Schmelze in die Formen kann es zu einem Eintrag an Schwermetallen in das Formmaterial kom-men, was aufgrund der hohen Schwermetallkonzentrationen in den Formsandresten dokumen-tiert wird.

Bentonit kann als verwendetes Bindemittel Spuren von Schwermetallen enthalten, die durch Anlagerungen von austauschbaren Kationen verursacht werden, die zwischen den Schichtkom-plexen enthalten sind [GREFHORST, 2006]. Zum anderen lassen die extrem unterschiedlichen Konzentrationen in den verschiedenen Proben, insbesondere von Eisen, vermuten, dass es in den Formstoffen durch Wiederverwendung zu einem Anstieg an Schwermetallpartikeln kommt. Die Gießereien vor Ort verwenden nahezu identische Formgrundstoffkomponenten. Während des Abgusses dringt Schmelze am Randbereich der Form in die Poren des Formstoffes ein und die Randbereiche des Formstoffes werden mit Schmelze durchsetzt. Dadurch werden Teile des Formstoffes in die Schmelze eingebunden und fest mit dem Gussstück verbunden. So bilden sich Konglomerate aus Sand, Metall und Schlacke, Vererzung genannt, die nach dem Abkühlen aufwändig mechanisch entfernt werden müssen. Hierdurch werden die erhöhten Bleiwerte in den Formsandproben erklärbar. Der zur Verbesserung der Festigkeit und als Korrosionsschutz auf die Formen und Kerne aufgebrachte Bleianstrich verbackt beim Eingießen mit dem Form-sand. Eine weitere Möglichkeit des Bleieintrags in die Formsande ist, dass das Blei beim Eingie-ßen der Schmelze in die Formen aufgrund seines niedrigeren Schmelzpunktes verdampft und sich an die umgebenden Formsandpartikel anlagert.

TROJAN et al. (1984) beschreibt, dass es besonders beim Gießen von Kupfer-Zink-Legierungen in betonitgebundenen Formsanden durch Anreicherung niedrigschmelzender Bleianteile zu Ve-rerzungen kommt. Ein Vergleich der Formsandbodenproben mit dem Standard TCVN 7209-2002 für den Gesamtgehalt an Schwermetallen, den Bodenproben aufweisen dürfen, zeigt eine zu hohe Schwermetallkonzentration, die in die Umwelt emittiert wird. Es lässt sich kein weiterer Vergleich treffen, da für die vorliegenden Formsandproben kein Aufschlussmittel bekannt ist. Da im Standard der Gesamtgehalt aufgelistet ist, müssten ermittelte Werte mit schlechterem Extrak-tionsmittel bei geringen Konzentrationen an Schwermetallen in den Proben weit darunter lie-gen. Kupfer und Zink werden dennoch um ein Vielfaches überschritten, Kupfer sogar um das zehnfache des erlaubten Wertes von 100 mg/kg für Industrieflächen.

Auch für Blei liegen höhere Werte vor, allerdings wird der Grenzwert von 300 mg/kg für Indu-strieflächen nicht überschritten. Bei zwei Formsandproben aus Quoc Anh und Hai Yen liegen die Bleikonzentrationen mit 80 mg/kg bzw. 152 mg/kg über dem zulässigen Maximalgehalt von 70 mg/kg für landwirtschaftliche Nutzflächen. Durch Siebung der Formsande nach der Nutzung werden die größeren Metallteile entfernt, so dass der Sand wieder verwendet werden kann.



Größere Metallteile werden häufig erneut eingeschmolzen. Der darin enthaltene Bleianteil ge-langt dann in die Schmelze, wo das Blei durch den niedrigeren Schmelzpunkt aus der Schmelze ausgedampft wird und somit in die Luft gelangt.

Die sehr hohen Konzentrationen in den abgesetzten Schlämmen am Boden der Abschreckbec-ken entstehen durch die Vielzahl von darin enthaltenen Metallpartikeln. Wenn die Gussstücke nach dem Glühen in das Kühlwasser gebracht werden, lösen sich die nach dem Entfernen der Form anhaftenden Sand- und Metallpartikel und sinken auf den Beckenboden. Wird das Wasser gewechselt (abgelassen oder abgepumpt), können die Metall-Partikel und Schlämme mitgerissen und in die Kanäle gespült werden. Da einige Unternehmen das Wasser einmal pro Woche wech-seln und die Ablagerungen anscheinend sehr hohe Metallkonzentrationen aufweisen, kann es so zu einem hohen Anteil an Metallpartikeln in den Sammlern kommen. Diese können anschlie-ßend mit dem Kanalwasser abtransportiert werden und sich ablagern, bis sie durch biologische oder chemische Prozesse gelöst werden. Aufgrund ihrer Größe sedimentieren die Metallpartikel sehr schnell, so dass gerade in unmittelbarer Umgebung hohe Schwermetallgehalte gefunden werden können. In Abbildung 7 sind die Fließrichtungen der hinter den Gießereien verlaufenden Kanäle, in die Abwasser eingeleitet und anfallende Gießereiabfälle verbracht werden dargestellt. Die Schwermetallkonzentrationen in den Kanalsedimenten nehmen mit zunehmender Entfer-nung ab.

Neben diesen Transportfunktionen hat auch der pH-Wert des Kühlwassers in den Abschreck-becken Einfluss auf den Eintrag von Schwermetallen in die Umwelt. Die Löslichkeit der darin abgelagerten Metalle hängt von der Höhe des pH-Wertes ab. Nur bei einem neutralen Wert liegen die Schwermetalle gebunden vor. Sinkt der pH-Wert des Wassers unter einen Wert von 7 werden adsorbierte Schwermetalle mobilisiert. Aber auch unter alkalischen Bedingungen kön-nen Schwermetalle gelöst werden. Vor allem Blei kann aus Bodenproben bei einem alkalischen pH-Wert gelöst werden [LEWANDOWSKI et al.1997].

Erkennbar ist dies bei der Probe der Gießerei Than Cong. Das Wasser im Abschreckbecken weist einen pH-Wert von 9,4 auf und zeigt eher niedrige Gehalte an Metallen in den Bodenablage-rungen. Aufgrund des niedrigen pH-Wertes können Metalle gelöst werden.

Da die Abfälle aus den Gießereien, also zerstörte Formen, verklumpte Gießereirückstände, Ofen-ausbrüche und Gusssandreste auf öffentlichen Abfalllagerungsplätzen entsorgt werden, ist zu vermuten, dass die Gefahr besteht, dass Schwermetalle in das Ökosystem eingebracht werden.

Technische Maßnahmen

Aus den in den vorangegangen Kapiteln dargestellten Erkenntnissen und dem Vergleich mit deutschen Gießereien werden im Folgenden technische Möglichkeiten dargestellt, um die Um-weltsituation in dem Gewerbegebiet und gleichzeitig die Prozesse und die Produkte zu optimie-ren. Im rahmen des vorliegenden Projektes wurde besonders wert auf einfache Maßnahmen gelegt, die rasch zu einer Umsetzung führen können. Im Weiteren werden aber auch Investiti-onsmaßnahmen aufgelistet, die längerfristig zu einer Kostenersparnis für die betrachteten Un-ternehmen führen können. Neben einer Optimierung des Materialmanagements (vgl. Sankey-diagramme der vier im Detail untersuchten Gießereien), primären und sekundären Umweltentla-stungsmaßnahmen gehören ebenfalls Energiesparmaßnahmen zu den betrachteten Vorgängen.



Die Überdachung von Lager- und Schrottplätzen stellt eine Möglichkeit dar, bei der Schadstoffe (z. B. Öle, Fette, Farben) an dem gelagerten Schrott nicht über versiegelte Flächen in den nahe gelegenen Kanal oder auf die Felder im Bereich der Gießereien fließen können.

Der Schrottlagerbereich sollte unter Berücksichtigung folgender Faktoren geordnet und betrie-ben werden:

• Die Zusammensetzung des Ofenbeschickungsmaterials erfordert Kenntnis des zugeführten Metalls. Anwendung einer getrennten Lagerung für unterschiedliche Metalltypen oder -grade ermöglicht die Kontrolle der Zusammensetzung des Beschickungsmaterials. Das kann durch Verwenden von Bereichen oder Containern auf dem Lagerplatz erfolgen.

• Das Einbringen von mineralischem oder oxidiertem Material, wie Rost, Erde oder Schmutz, führt zu erhöhtem Verschleiß von Feuerfestmaterial. Ein betonierter Schrottplatz verhindert das Mitführen von Erde, Schmutz und Wasser.

• Eine Dachkonstruktion über dem Lagerbereich kann Regenwasser fernhalten und Staubemis-sionen zurückhalten.

• Ein Wasserbehandlungssystem kann Boden- und Wasserverschmutzung verhindern.

• Die Verwendung eines Daches und eines befestigten Platzes erlaubt die Sammlung von Ab-laufwasser und verhindert damit unkontrollierte Emissionen in Wasser oder Boden. Dieser Umweltentlastungseffekt für dazu, dass direkte Emissionen in den Boden und das Mischen von Material mit Erde verhindert wird.

Die Lagerung von Binder-Chemikalien stellt in diesem Zusammenhang ein Verbesserungspoten-zial dar. Für Binder-Chemikalien gibt es spezifische Herstellerempfehlungen für die Lagerung. Nichtbeachtung der Empfehlungen führt zu unbrauchbarem oder in seiner Qualität geminder-tem Binder, der dann entweder als Sonderabfall zu entsorgen ist oder zu einer schlechteren Gussqualität führen kann.

Grundsätzliche Maßnahmen zur Verhinderung von Qualitätsproblemen nicht fachgerechter La-gerung flüssiger Binder-Chemikalien sind:

• überdachte und belüftete Bereiche

• Sammeln verschütteter Flüssigkeiten

• Abgeschlossene Lagerbereiche

Der Umweltentlastungseffekt dieser Maßnahme liegt in der Verringerung der Abfallmenge an unbrauchbaren Abfallchemikalien. Die meisten Binder-Chemikalien sind gefährlich und durch eine oder mehrere der folgenden Eigenschaften gekennzeichnet: giftig, korrosiv, brennbar. Diese Eigenschaften bedeuten, dass selbst kleinste Verschüttungen zur Gefahr für die Gesund-heit und Sicherheit der Arbeiter, größere Leckagen aber sicher zu ernsthaften Zwischenfällen führen können. Ein größerer Austritt, der eine Direkteinleitung erreicht, kann zu ernsthafter Ver-schmutzung eines Gewässers führen.

Das Schmelzen von sauberem Schrott verhindert das Risiko der Aufnahme von nichtmetallischen Verbindungen durch Schlacke und/oder Angreifen der Ofenoberfläche. Typische Verbindungen sind Kalk, Eisenoxide, Manganoxide und basische Oxide in Kombination mit silikatischem Feuer-



festmaterial wie sie auch in verschiedenen Proben der Gießereien in Tong Xa gefunden wurden. Wenn die Menge an Verunreinigungen begrenzt werden kann, wird weniger Schlacke gebildet, was die Haltbarkeit der Öfen und Pfannenfutter erhöht.

Die Präsenz von Verunreinigungen und Oxiden bei der Ofenbeladung verbraucht zusätzliche Energie zur Schmelze des Rohmaterials. Außerdem erfordert die Entfernung von Schlacke eine höhere Badtemperatur, um die Schlacke flüssig zu halten.

Gerade in Vietnam wurden häufig Reste von Ölen, Fetten und Farben am Stahlschrott festge-stellt, die zu einer Verunreinigung der Schmelzöfen führen und somit ein Hochhalten der Schmelztemperatur erforderten. Derzeit ist die Lebensdauer des Pfannenfutters eingeschränkt und muss nach jedem Schmelzvorgang erneuert werden.

Die Minimierung des Chemikalienverbrauchs bei der Form- und Kernherstellung kann durch Optimierung der Prozesskontrolle und der Materialbehandlung erreicht werden. Im Folgenden werden einige Prozessmaßnahmen diskutiert.

Ein Mehrverbrauch zur Kompensation einer fehlenden Prozesskontrolle ist die häufigste Art der Chemikalienverschwendung. Schlüsselparameter in Verbindung mit gutem Bindermanagement sind beispielsweise:

• Sandkonsistenz: Verwenden einer Sandqualität die zum Bindersystem passt. Gutes Manage-ment von Sandlagerung und Sandtests (Reinheit, Korngröße, Form, Feuchtigkeit) sind von großer Bedeutung. Ein geringer Feinanteil und ein maximaler Anteil von wieder verwende-tem Sand reduziert die benötigte Harzmenge.

• Temperaturkontrolle: Die Sandtemperatur muss in einem niedrigen Temperaturbereich gehalten werden bei regelmäßiger Überwachung und Einstellung des richtigen Anteils des Härters. Die Positionierung des Sandheizers unmittelbar vor dem Mischer erlaubt eine enge Temperaturkontrolle.

• Mischerwartung und -reinigung

• Formqualität: Überprüfen, Entfernen und Verhindern von Formdefekten

• Zuführraten: Die geeignete Binderzufuhr hängt von der Art des Binders, der Oberfläche des Sandes und der Größe des Gussstücks ab.

• Mischerbetrieb: Das Optimieren der Mischerleistung beinhaltet die Überwachung und Kon-trolle des Vorganges.

Die Reduzierung des Binder- und Harzverbrauchs führt zu einer Minimierung von chemischen Additiven. Flüchtige organische Verbindungen (VOC) machen zwischen 50 und 60 % des Ge-wichtes der Binderkomponenten aus. Die Menge hängt von der Art des Bindersystems ab. Die meisten organischen Verbindungen werden während des Sandmischens und des Metallgießens emittiert. Eine Minderung des Binderverbrauchs führt deshalb zu einer entsprechenden Minde-rung der VOC-Emissionen.

Bei vorsichtiger Schätzung kann man davon ausgehen, dass durch die Verwendung moderner Misch-Kontroll-Systeme in Nam Dinh rund 5 % der Bindermenge eingespart werden können und rund 1 % weniger Ausschussformen hergestellt werden. In vielen Gießereien in Europa sind



die Einsparungen erheblich größer. Von verschiedenen Gießereien wurden 5 bis 25 % Bin-dereinsparung berichtet und es wurden keine Ausschussformen mehr produziert.

Zur Prozessoptimierung der Induktionsöfen trägt die Optimierung des Einsatzmaterials, des Chargiervorgangs und des Betriebs bei. Optimierungspotentiale für Induktionsöfen werden un-ter anderem in den folgenden Punkten gesehen:

• Optimierung der Eigenschaften des Einsatzmaterials: Dies beinhaltet die Vermeidung von rostigem und verunreinigtem Einsatzmaterial, die Chargierung von Einsatzmaterial/Schrott mit optimaler Größe und Dichte und die Verwendung saubererer Aufkohlungsmittel. Diese Maßnahmen verkürzen die Einschmelzzeit, reduzieren den spezifischen Energiebedarf für das Einschmelzen und/oder reduzieren die anfallende Schlackemenge.

• Schließen des Ofendeckels: Durch die Vermeidung von schlecht schließenden Ofendeckeln und unnötigen/verlängerten Öffnungszeiten sowie durch schnelles Chargieren oder den Ein-satz einer Schutzatmosphäre über der Schmelze wird die Oxidation vermindert. Ofenöff-nungszeiten müssen minimiert werden, um einen Energieverlust zu vermeiden. Die Zeiten, die für das Chargieren, Entfernen der Schlacke, Temperaturmessungen, Probennahme und Gießen benötigt werden, variieren von 50 % bis 25 % der Schichtzeit. Der letztere Wert be-zieht sich auf neue Öfen, die unter optimierten Bedingungen betrieben werden. Ein gut schließender Deckel begrenzt den Oberflächenwärmeverlust auf ca. 1 % der eingesetzten Energie. Bei geöffnetem Deckel kann der Wärmeverlust beispielsweise bei einem 10-t-Ofen bis zu 130 kWh/t betragen, was im Jahr einen Mehrverbrauch von rund 406.000 kWh (1 Schmelzvorgang pro Tag bei 6 Tagen in der Woche) bedeuten kann. Beim Schmelzen mit geschlossenem Deckel muss allerdings sorgfältig darauf geachtet werden, dass der Ofen nicht überhitzt wird.

• Betrieb bei maximalem Energieeinsatz: Öfen sind in ihrem Energieverbrauch effizienter, wenn sie bei höchstmöglichem Energieeinsatz betrieben werden und die Resultate sind am besten, wenn die zur Verfügung stehende Energie während des größten Teils des Schmelz-zyklus vollständig genutzt werden kann. Dies beinhaltet auch das Vermeiden von Kaltstarts (Optimierung des Produktionsprogramms) und das Steuern des Prozesses mittels Überwa-chung.

• Vermeidung von überschüssiger Temperatur und unnötiger Überhitzung: Es ist wichtig, dass das Metall die erforderliche Temperatur in dem Moment erreicht, wenn die Former es benö-tigen. Eine gute Zusammenarbeit von Schmelzerei und Formerei ist erforderlich, um den Stromverbrauch zu reduzieren.

• Optimierung von Hochtemperaturschmelzen zur Entfernung von Schlacke (gute Ausgewogenheit): Die Ansammlung von Schlacke mit niedrigem Schmelzpunkt kann redu-ziert werden durch die Erwärmung des Ofens auf höhere Temperaturen (1.580 ºC gegen-über 1.450 ºC normal). Dies erhöht den Energieverbrauch und kann die metallurgischen Ei-genschaften der Schmelze beeinflussen. Wenn die Schlacke sich auf der Ofenausmauerung ablagern kann, kann der elektrische Wirkungsgrad des Ofens beeinflusst werden. Zur Ent-fernung der Schlacke muss der Deckel geöffnet werden, hierdurch entstehen Wärmeverlu-ste. Es muss ein ausgewogenes Gleichgewicht von Erhöhung der Schmelztemperatur und Schlackeentfernungspraktiken gefunden werden.



• Vermeidung von Schlackeaufbau: Häufiger und schwerwiegender sind die Fälle, in denen es zum Aufbau von Schlacke mit hohem Schmelzpunkt kommt. Ursache hierfür ist hauptsäch-lich das Einführen von Sand während des Schmelzvorgangs von Eisen und Aluminium. Einige Ofenbetreiber haben Flussmittelzugabe und Reinigungstechniken ausprobiert, aber Vorsorge ist in diesem Fall besser. Vorsorge heißt Minimierung von Sand und Aluminium in den Roh-stoffen.

• intermittierende Sauerstoffeindüsung: anstelle einer herkömmlichen Entkohlung

• Minimierung und Kontrolle der Abnutzung der feuerfesten Ausmauerung: Die Lebensdauer der feuerfesten Ausmauerung hängt von der Wahl des Materials in Abhängigkeit von der Schlackenchemie (sauer oder basisch), der Betriebstemperatur (Stahl, Eisen, Nichteisen) und von der Sorgfalt bei der Neuzustellung (Sinterung) ab. Die Lebensdauer kann von 50 (bei Stahl, Gusseisen) bis zu 200 – 300 Schmelzen (Gusseisen) variieren. Betriebskontrollmessun-gen dienen der Überwachung der Abnutzung. Diese beinhalten visuelle Inspektionen, physi-kalische Messungen und automatisierte Überwachungsprogramme. Maßnahmen einer gu-ten Beschickungspraxis vermeiden die kumulativen Einflüsse von physikalischen Stößen und mechanischen Spannungen. Hierzu gehören automatische Beschickungssysteme, Heißchar-gierung, Vermeidung von hohen Abwurfhöhen und der Einsatz von kompaktem und troc-kenem Schrott.

Eine weitere Möglichkeit stellt der Wechsel von Netzfrequenzöfen- zu Mittelfrequenzöfen dar. Mittelfrequenzöfen (250 Hz) haben eine höhere Energiedichte (bis zu 1.000 kW/t) als Netzfre-quenzöfen (50 Hz) mit etwa 300 kW/t. In den betrachteten Unternehmen in Tong Xa kommen nach derzeitigem Kenntnisstand nur Netzfrequenzöfen zum Einsatz. Der Einsatz von Mittelfre-quenzöfen ermöglicht darüber hinaus den Einsatz kleinerer Schmelztiegel (bis zu einem Drittel), was wiederum zu geringeren Wärmeverlusten führt. Der thermische Wirkungsgrad eines Mittel-frequenzofens ist 10 % größer als der von Netzfrequenzöfen. Darüber hinaus muss ein Netzfre-quenzofen mit einem Metallsumpf von bis zu 2/3 der Tiegelkapazität gefahren werden, um den spezifischen Energieverbrauch zu optimieren, und er erfordert spezielle Anfahrblöcke für den Kaltstart. Mittelfrequenzöfen können einfach mit kaltem Einsatz gestartet und am Ende jeder Arbeitsschicht oder des Schmelzzyklus entleert werden.

Die Erhöhung der Metallausbringung führt zu geringerem Verbrauch an Energie, Sand und Ad-ditiven pro erzeugten guten Guss. Die Metallausbringung ist definiert als Verhältnis von ge-schmolzenem Metall zum Gewicht der fertigen Gussstücke. Die Differenz ergibt sich aufgrund von Metallverlusten (z.B. Schmelzverluste, Metallspritzer, Schleifverluste) und Metallrückläufen (z.B. Gießkanäle, Gussausschuss). Eine Verbesserung der Metallausbringung beinhaltet eine Re-duktion der Metallverluste und der Menge der Metallrückläufe.

Eine Verbesserung der Metallausbringung ist durch Einsatz einer oder mehrerer der folgenden Maßnahmen möglich:

• Effiziente Planung: angemessenes Design von Gießkanälen, Speisern, Anschnitten, Eingusstümpeln und eine optimierte Kastenausnutzung (Gussstücke/Metall, das in eine Form gegossen wird).

• Anwendung von optimierten Anläufen beim Schmelzen und Gießen: um Schmelzverluste, übermäßiges Gießen in Masseln (Barren) und Ausschussquoten etc. zu vermindern.



• Anwendung von optimierten Praktiken in der Formerei und Kernherstellung: zur Reduktion von Schrott aufgrund von Mängeln bei Form- und Kernherstellungsprozessen.

Das Schmelzen von Metall macht einen wesentlichen Teil des Energieverbrauches der Gießereien in Vietnam aus. Darüber hinaus werden erhebliche Energiemengen in anderen Bereichen als der Metallbereitstellung verbraucht. Ein energiesparender Betrieb wird durch Anwendung von “Good practice”-Maßnahmen zur Reduzierung von Energieverbräuchen in allen erwähnten Pro-zessbereichen erzielt. Verbesserte Energieausnutzung ist einer der Hauptumweltentlastungsef-fekte der Maßnahmen, die darunter fallen.

Ein Großteil der elektrischen Energie, die einem Induktionsschmelzofen zugeführt wird, wird in Abwärme umgewandelt. Etwa 20 bis 30 % des Gesamtenergieeinsatzes einer Anlage werden ungenutzt über die Kühlung abgeführt. Daher kann die Abwärmenutzung ein wichtiger Aspekt sein. Der Kühlkreislauf eines Ofens behandelt nicht nur die elektrischen Verluste der Heizspule, sondern schützt die Heizspule auch vor der Hitze der Metallschmelze, die durch die feuerfeste Ausmauerung des Schmelztiegels dringt. Die im Kühlsystem enthaltene Wärme wird in einigen Anlagen zu Heizzwecken, Raumheizung und Duschwasser sowie zur Trocknung von Rohstoffen verwendet, da metallische Einsatzstoffe mit Restwasser bei der Chargierung in den geschmolze-nen Sumpf eines Induktionsschmelzofens eine Gefahr darstellen. Obwohl Schrott in der Gießerei unter Dach gelagert wird, kann er, wenn er vom Schrotthändler geliefert wird, feucht sein. Die Wärme, die im Wasser der Ofenkühlung enthalten ist, kann in einem Luft/Wasser-Wärmetau-scher zurück gewonnen und mittels eines Gebläses kann die warme Luft am Grund des Roh-stoffbunkers eingeleitet werden.

Da die Temperatur im Kühlwasser von Systemen, die ohne Druck betrieben werden, normaler-weise 60 – 70 ºC nicht überschreitet, benötigen Heizkörper große Oberflächen für eine effi-ziente Wärmeübertragung. Alternativ kann die Wassertemperatur durch zusätzliche Heizquellen, wie ergänzende Öl- oder Gasbrenner oder durch elektrische Heizer, erhöht werden. Für die Zeit, in der die Öfen nicht in Betrieb sind, z.B. frühmorgens, können Alternativheizmöglichkeiten notwendig sein, um eine angenehme Hallentemperatur zu erzielen. Diese Maßnahmen setzen allerdings geschlossene Hallen voraus.

Die normale Ofenkühlung muss in Zeiten, in denen die Raumheizung keine angemessene Wär-memenge aus dem System entzieht, in Betrieb bleiben. Es ist wichtig, dass die Funktionstüchtig-keit des Ofenkühlsystems erhalten bleibt. Das gesamte System muss ausfallsicher sein, um zu jedem Zeitpunkt ausreichenden Schutz für den Ofen zu gewährleisten.

Reduzierung von Luftemissionen

Die Erfassung und Reinigung von Rauchgas, Abgas und Abluft stellt ein großes Verbesse-rungspotenzial in Gießereiprozessen dar. Da diverse Prozessschritte in einer Gießerei Staub, Rauchgas oder andere Gase erzeugen, z. B. bei der Lagerung, Handhabung und Verarbeitung von Materialien, werden in diesem Kapitel Techniken zur Verminderung der Luftemissionen, welche die Vermeidung, Minimierung und Abgaserfassung beinhalten, dargestellt. Schmelzbe-trieb, Kernmacherei, Sandanlage und Gussnachbehandlung können erhebliche Emissionsquellen darstellen, wie bereits eingehend in den vorangegangenen Abschnitten auch für die Gießereibe-triebe in Tong Xa dargestellt wurde.



Organische und anorganische Verbindungen sind als individuelle Schadstoffe aufgeführt. Staub-emissionen sind von spezieller Bedeutung, da die thermischen Prozesse erhebliche Mengen an Schwermetall verursachen.

In einem ersten Schritt können neue Ofenabdichtungen (oder der Einsatz von luftdichten Öfen) in Kombination mit Prozessregelungen eingesetzt werden, um Emissionen aus einem Prozessbe-reich zu vermeiden. Bei älteren Anlagen, wie sie in den Gießereien in Vietnam vorgefunden wurden, können über die Jahre die Abdichtungen verschleißen und somit Rauchgas austreten. Gase und Rauchgase, die aus dem Prozess entweichen, gelangen in die Arbeitsbereiche und von dort in die Umgebung. Sie können die Gesundheit und Sicherheit von Arbeitskräften gefährden und zur Umweltbelastung durch den Prozess beitragen.

Durch Absaughauben, die so konzipiert sind, dass sie möglichst nahe an der Emissionsquelle angeordnet sind, können diffuse Emissionen vermieden bzw. minimiert werden. In einigen Fäl-len können an einem Schwenkarm beweglich montierte Absaughauben verwendet werden.

Neben den prozessbezogenen Emissionsquellen, können mögliche Quellen für diffuse Emissio-nen an folgenden Orten entstehen:

• Lager (z.B. Bunker, Halden, Haufen)

• Be- und Entladen von Transportcontainern

• Materialumfüllvorgänge von einem Behälter in einen anderen (z.B. Ofen, Pfannen, Silos)

• Mischen und Härten von chemischen Bindern (organische und anorganische Emissionen)

• Formschlichte (Lösemittel)

• Materialtransportsysteme

• schlechte Gebäudeeinhausung und Absaugung

• unfallbedingte Emissionen aus Gebäuden oder Anlagenversagen, inklusive Leckagen

• ausgelaufene Flüssigkeiten.

• Zur Minimierung von diffusen Emissionen, werden die folgende Maßnahmen für die Gieße-reien in Tong Xa vorgeschlagen:

• Abdecken von Kübeln und Gefäßen

• Vermeidung von Materiallagerungen im Freien oder ohne Abdeckung

• wenn eine Lagerung im Freien nicht vermieden werden kann: Besprühen oder Einsatz von Bindern, Haldenmanagement, Windbrechern, etc.

• Säuberung von Rädern und Straßen (d.h. vermeiden, dass Verschmutzungen ins Wasser oder die Luft gelangt)

• Einsatz von geschlossenen Transportsystemen und Minimierung von verschüttetem Material

• Staubsaugen in der Formerei und Gießhalle in Sandgießereien

• Außentüren geschlossen halten, z.B. durch Klappen



• gute Betriebsführung, d.h. sicherstellen, dass regelmäßige Inspektionen durch verantwort-liches, hierfür abgestelltes Personal im Rahmen der guten Betriebsführung ausgeführt wer-den und eine Berichterstattung erfolgt.

Zur Reinigung des erfassten Abgases können verschiedene nasse und trockene Abscheidetech-niken eingesetzt werden. Die Auswahl der passenden Technik hängt von der Zusammensetzung, dem Volumenstrom und den Eigenschaften des Abgases ab. Die Auslegung der Reinigungsan-lage ist wichtig. Faktoren, wie Wirkungsgrad, Eignung der Methode, Rohgasbelastung, Reingas-konzentration der abzuscheidenden Stoffe müssen berücksichtigt werden. Folgenden Verfahren können grundsätzlich zur Abgasaufbereitung in den Gießereien in Tong Xa eingesetzt werden, erfordern allerdings teilweise erhebliche Investitionen.

Für die Staub- und Partikelabscheidung werden sowohl nasse als auch trockene Systeme ver-wendet. Der Hauptvorteil von trockenen Verfahren ist, dass der abgeschiedene Staub trocken vorliegt, so dass er einer anschließenden Wiederverwertung zugeführt werden kann. Darüber hinaus wird die Verschmutzung nicht in ein anderes Medium übertragen, wie es bei Nasswä-schern der Fall ist. Für gasförmige Verbindungen, wie SO2 und Chloride sind Gewebefilter aller-dings unbrauchbar, da sie nicht an der Filteroberfläche adsorbiert werden. Versuche mit Kalk-eindüsung haben keine guten Ergebnisse geliefert.

Nachfolgend werden die für die Staub- und Partikelabscheidung eingesetzten Systeme beschrie-ben:

• Zyklone: Wenn die richtigen Maßnahmen ergriffen werden (d. h. Verwendung von hitzebe-ständigem Stahl, Feuerfestmaterial), können Zyklone für die Entstaubung von heißen Abga-sen (500 – 600°C) verwendet werden. Der Wirkungsgrad ist zu gering, um Emissionswerte unter 20 mg/Nm3 zu erreichen. Zyklonen werden hauptsächlich zur Eliminierung von Funken vor Gewebefiltern eingesetzt. Zyklone dienen als Vorabscheider vor nachgeschalteten Ab-scheidesystemen.

• Multizyklone: Die Abscheideleistung eines Zyklon steigt mit fallendem Durchmesser. Der Einsatz von mehreren parallelen kleinen Zyklonen ermöglicht die Abscheidung kleiner Staubpartikel ohne einen starken Druckabfall über die Reinigungseinrichtung.

• Gewebefilter: Dieser Abscheidertyp wird wegen seines guten Wirkungsgrades und seiner geringen Emissionswerte in vielen Bereichen einer Gießerei eingesetzt. Er erzielt gute Lei-stungen bei der Abscheidung von Feinstaub, wie er bei Schmelzprozessen in Vietnam auf-tritt. Auch Partikel im Submikron-Bereich, wie metallische Oxide, können abgeschieden wer-den. Für den optimalen Betrieb muss eine Kühlung des Abgases (T = 130 – 160 °C) und Eli-minierung von Funken (mittels Zyklon) erfolgen. Bei Abgas mit einem hohen Gehalt an VOC kann zur Reduzierung des Brandrisikos eine Nachverbrennung eingesetzt werden. Eine Nachverbrennung zum Schutz für Gewebefilter wurden für einige Fälle beim Abgas von Ausschlagtrommeln berichtet. Abbildung 26 zeigt die Innen- und Außenansicht von Gewe-befiltereinheiten.

Abgasreinigungssysteme für Induktionsöfen müssen sehr effizient sein, da die Partikel sehr klein sind. Gewebefilter zur Entstaubung sind weit verbreitet in Europa und werden Elektrofiltern vor-gezogen, da sie besser geeignet sind für große Schwankungen der Abgastemperatur und der Partikelkonzentration.



Beim Einsatz von Gewebefilter muss dem Öl im Schrott große Aufmerksamkeit gewidmet wer-den, da Öldämpfe auf dem Filtergewebe kondensieren, die Poren verstopfen und so die Entfer-nung von anhaftendem Staub verhindern. Daher ist bei den betrachteten Gießereien in Vietnam die vorherige Reinigung des Stahlschrotts von großer Bedeutung, da der schnell steigende Druckverlust die Absaugrate des Systems drastisch reduziert. Die ölverschmutzten Metallteile können durch den Einsatz von Lösungsmitteln vorgereinigt werden. Um eine Kontamination der Arbeitsplätze zu vermeiden, muss das Filtermaterial öfter ausgewechselt oder regeneriert (gerei-nigt) werden, als dies beim Einsatz von sauberem Schrott der Fall ist. Eine Lösung dieses Pro-blems kann die Verwendung von beschichteten Geweben oder das Eindüsen von Kalk in die Rohrleitungen sein. Darüber hinaus muss, wenn die Möglichkeit besteht, dass die Öldämpfe im Leitungssystem brennen, genügend Verweilzeit eingeplant werden, so dass die Verbrennung beendet ist, bevor die Dämpfe den Filter erreichen. Die Gastemperatur darf die Auslegungstem-peratur des Gewebes nicht überschreiten, was eine Kühlung der Gase erforderlich machen kann. Die üblicherweise eingesetzten Nasswäscher sind Hoch-Energie-Wäscher (Venturi), weil die kohlenstoffhaltigen und metallurgischen Rauchgase sehr kleine Partikel mitführen. Dies er-fordert eine erhebliche Ventilatorkraft, um im Wäscher ausreichend Turbulenzen zu schaffen und die Partikel abzuscheiden. Abgasvolumenströme werden daher durch Erfassungssysteme, die möglichst wenig Umgebungsluft ziehen, minimal gehalten. Korrosion ist unter normalen Bedingungen kein Problem. Wenn jedoch Bohrspäne mit anhaftender Schneidflüssigkeit char-giert werden, ist zu bedenken, dass einige dieser Flüssigkeiten Schwefel enthalten können. Diese können zur SO2-Bildung führen, was zu Problemen in der Anlage führt, weil das SO2 im Wäscher absorbiert wird und zu einer Versauerung des Wassers und damit schließlich zur Korrosion der Anlage beiträgt, falls das Wasser nicht behandelt wird.

Gewebefilter können für nahezu alle Induktionsöfen in Eisengießereien verwendet werden. Die Investitionskosten für eine Gewebefiltereinheit bei einem Normvolumenstrom von 120.000 Nm3/h (Schmelzanlage für 15 t/h) und einer Staubbelastung von kleiner 20 mg/Nm³ liegt bei etwa 200.000 Euro, der spezifische Energieverbrauch für diese Anlage liegt bei rund 150 kW.

Eine Minderung der Geruchsbelästigung in Gießereien kann vor allem bei der Kern- und Form-herstellung durch VOC-Emissionen entstehen. Gängige Maßnahmen zur Reduzierung dieser Emmissionen kann über die Adsorption mittels Aktivkohle, eine Nachverbrennung oder einem Biofilter erfolgen.

Bei der Adsorption durchströmt die Abluft ein Aktivkohlebett. Nach Sättigung wird die Kohle thermisch regeneriert. Aktivkohle hat einen hohen Adsorptions- und Abscheidewirkungsgrad.

Für eine wirkungsvolle Nutzung der Nachverbrennung ist eine Minimalkonzentration an VOC notwendig. Diese Grenzkonzentration ist abhängig von der jeweiligen Verbindung und vom gewählten Verfahren. Eine Nachverbrennung ist möglich für die Abluft von Maskenformverfah-ren. Das Abgas aus der Gießhalle hat im Allgemeinen keine ausreichenden VOC-Gehalte für eine Nachverbrennung. Eine Alternative zur Nachverbrennung ist es, die Abluft von Kernschieß-maschinen als Verbrennungsluft für einen Kupolofen zu nutzen Diese Schmelzöfen konnten allerdings in Vietnam vorgefunden werden.

Eine weitere Möglichkeit ist der Einsatz von Biofiltern. Die Biofiltration nutzt die Fähigkeit von Mikroben, in einem Faser-Torf-Filterbett schlecht riechende Gase zu oxidieren und sie in ge-ruchlose Komponenten umzuwandeln. Das zu reinigende Gas wird mit Gebläsen durch ein Bett



aus feuchtem Filtermaterial geblasen und verlässt den Filter idealerweise geruchlos am oberen Ende. Die geruchsintensiven Komponenten werden in der Wasserphase absorbiert und durch die Mikroorganismen, die auf dem Filtermaterial leben, zersetzt. Die gute Funktion des Filters hängt von der Balance zwischen Nährstoffzugabe (Schadstoffe, die abgeschieden/zersetzt werden) und der Anzahl an Mikroorganismen ab. In Gießereien werden Biofilter zur Entfernung von ge-ruchsintensiven Gasen, die hauptsächlich aus Aminen aus dem Abgas der Coldbox-Kernherstel-lung bestehen, und zur Entfernung von VOC (z.B. Benzol) aus dem Abgas der Gießhalle ver-wendet. Die kritischen Parameter für eine gute Funktion eines Biofilters sind:

• Durchlässigkeit der Filterschicht: Gase müssen mit gutem Kontakt zum Filterbett durch das Filterbett strömen. Ein Zuviel an feinem Material im Filterbett kann Verstopfungen, Druck-aufbau und Austrag von Bettmaterial verursachen.

• Benetzung des Filtermediums: Ein Wasserverteilsystem kann zur kontinuierlichen oder periodischen Benetzung des Bettmaterials installiert werden.

• Konditionierung der Abgase: Das Abgas muss, bevor es in den Filter eintritt, befeuchtet wer-den. Für einen optimalen Betrieb muss eine konstante Temperatur (30 ºC) beibehalten wer-den. Dies kann eine Vorwärmung des Abgases erforderlich machen.

• Angemessene Wasserbehandlung: Biofilter hinterlassen Restwasser, welches vor Ableitung oder Rückführung in einer Abwasserbehandlungsanlage gereinigt wird. Eine Rückführung erfordert eine zusätzliche Entsalzungsstufe.

Die Emissionen beim Gießen, Kühlen und Ausschlagen sind vielfältig und variieren in Qualität und Quantität. Grundsätzlich entstehen Staub, organische und anorganische gasförmige Ver-bindungen. Diese sind hauptsächlich Reaktionsprodukte, die durch die hohen Temperaturen und die reduzierende Atmosphäre beim Gießen und Kühlen entstehen. Die Zusammensetzung der Dämpfe beim Gießen sind komplex. Sie bestehen hauptsächlich aus CO, CO2, H2 und Methan als Hauptvertretern organischer Zersetzungsprodukte. Polyzyklische aromatische Kohlenwasser-stoffe und Benzol entstehen, abhängig von der Zusammensetzung des Form- und Kernsystems.

Eine Erfassung und Behandlung der Abgase dieser Prozessstufen ist bei automatisierten Form- und Kernherstellungsanlagen generell möglich. Spezifische Emissionen (angegeben als kg/t ge-schmolzenes Metall) steigen während der Gieß-Kühl-Ausschlag-Phase an. Generell wird die Er-fassung von Emissionen beim Gießen, Kühlen und Ausschlagen aufwändiger, wenn die Anlage größer wird.

Je mehr der Gießvorgang auf eine bestimmte Stelle oder Zone beschränkt werden kann, desto kleiner sind die abzusaugenden Luftmengen und umso leichter ist die Erfassung mittels Ventila-toren und Einhausungen. Die Abluftbehandlung wird so effektiver.



3.2 Entwicklung eines Abwasserbehandlungskonzeptes für bestehende Industriezonen am Beispiel der IZ Tong Xa

3.2.1 Aufgabenstellung und Methodik

Im Rahmen des Vorhabens sollte ein passives biologisches Behandlungsverfahren zur Fixierung von Schwermetallen aus einfacher industrieller Produktion (am Beispiel Tong Xa) entwickelt werden, das in Grundzügen bereits an der Universität Hanoi erarbeitet war. Das ursprünglich in drei kleinen Kunststoffbehältern dargestellte System sollte durch Fa. iaks verfahrenstechnisch weiterentwickelt, als Versuchsanlage in Deutschland aufgebaut, untersucht und gemeinsam mit Fraunhofer UMSICHT bewertet werden. Nach Abschluss der Versuchsreihen sollte ein größeres technisches System in Vietnam installiert und angefahren werden (diese Arbeiten lagen im Ver-antwortungsbereich der iaks GmbH).

Die Versuchsanlage wurde seitens Fa. iaks geplant und konstruiert und zur Erprobung an der Kläranlage Obere Iller (Sonthofen) installiert. Dort wurde verschiedene Versuchsreihen mit künst-lichem Abwasser durchgeführt, das jeweils unterschiedliche Mengen an bestimmten Schwer-metallen enthielt. Die Abwasserproben wurden im Labor von Fraunhofer UMSICHT auf Schwer-metall-Restgehalte analysiert. Die Ergebnisse wurden mit Fa. iaks diskutiert und gingen in die technische Weiterentwicklung des Systems ein.

Die Versuchsanlage der Fa. iaks zur Abwasseraufbereitung industrieller Abwässer in der Ge-meinde Tong Xa sollte in einer Demonstrationsphase zeigen, dass Schwermetalle aus industriel-len Gießereiabwässern durch einfache biologische Verfahren aus dem Abwasser eliminiert wer-den können. Die projektierten Prozessströme kamen im Wesentlichen aus zwei Quellen:

(i) der Aufbereitung von Kühlwasser aus den Abschreckbecken von geglühten Gussstücken und

(ii) der Behandlung von Abwässern aus galvanischen Produktionsstätten.

Es war vorgesehen, dass diese beiden Abwassertypen durch Fahrzeuge gesammelt werden soll-ten und der Abwasserbehandlungsanlage zugeführt werden sollten. Im Vorfeld zu der Betriebs-phase in Vietnam wurden Versuche in Deutschland auf dem Betriebsgelände der Kläranlage Obere Iller mit künstlichem Abwasser durchgeführt. Diese Versuche wurden von der Fa. Iaks durchgeführt und betreut und durch Fraunhofer UMSICHT begleitet.

3.2.2 Anlagenversuchsbetrieb (Sonthofen)

Das projektierte Abwasserbehandlungskonzept besteht aus vier hintereinander geschalteten Prozessschritten für die Behandlung der flüssigen Phase und bis zu maximal zwei Schritten zur nach gelagerten Schlammbehandlung. In der Technikumsphase wurde die Versuchsanlage in unterschiedlichen Betriebsweisen (batch und Durchlaufbetrieb) getestet. Im Folgenden wird nur kurz auf die einzelnen Prozessschritte der passiven Behandlungsanlage für Industrieabwässer eingegangen. Eine detailliertere Beschreibung des Prozessablaufs sowie der Abbauergebnisse wird im Abschlussbereicht des Projektpartners iaks dargestellt.

1. Puffer-, Ausgleichs- und Absetzbecken: Das Puffer-, Ausgleichs- und Absetzbecken ist mit einem Rührwerk und einem Förderorgan ausgerüstet. Das unbehandelte Abwasser fließt in dieses Becken, dessen Volumen in der Demonstrationsanlage für eine Aufent-



haltszeit von 2 Tagen auf 2 m³ begrenzt wurde. Der Überstand fließt im freien Fall bzw. wird zur folgenden Behandlungsstufe gepumpt. Der Primärschlamm aus dem diesem Tank wird zu einer externen Schlammbehandlungsstufe gefördert. In dieser wird der Schlamm entsprechend dem Konzept getrocknet und für eine alternative Weiterverwen-dung oder Deponierung zwischengelagert. Das Restwasser aus dem Trocknungsprozess wird wieder in die erste Behandlungsstufe zurückgeführt.

2. Anaerobe Behandlung: biologisches Festbettverfahren zur Behandlung des Abwassers unter Luftausschluss (kalkuliertes Schlammalter 30-60 Tage). Das Festbett besteht aus einer Mischung aus Kuhdung, Stroh, Sägemehl und anderen organischen Fasermaterialien. Der Reaktor wird etwa bis zu 66% mit dem Füllmaterial gepackt. In der Demonstrationsanlage hat der Reaktor ein Volumen von umgerechnet 26 m³. Der sich ergebende hoch CSB-belastete Abwasserteilstrom wird in die nachfolgende Behandlungsstufe gefördert, in der die Huminstoffe zu biologisch abbaubaren Substanzen aufgeschlossen. Der entstehende Schlamm, der im Wesentlichen aus organischem Material und der menge an Überschussschlamm aus dem biologischem Abbauprozess besteht wird in die externe Schlammbehandlungsstufe gefördert in der er zusammen mit dem Primärschlamm getrocknet und zwischengelagert wird. Das Restwasser aus dem Trocknungsprozess wird wieder in die erste Behandlungsstufe zurückgeführt.

3. Adsorptions- und Ozonierungsstufe: voraussichtlich wird in der Demonstrationsanlage etwa 1m³/d aus der anaeroben Behandlungsstufe der Ozonierung zugeführt. Hier wer-den die in der biologischen Stufe gebildeten Huminstoffe zu biologisch abbaubaren Komponenten reduziert. Abhängig vom Abbauergebnis besteht die Möglichkeit in dieser 3. Stufe eine Adsorptionsstufe zu integrieren.

4. Aerobe Nachbehandlungsstufe: der CSB, die reduzierten Verbindungen sowie die rest-liche organische Fracht wird in der aeroben Nachbehandlungsstufe, in einem Belebtschlammverfahren eliminiert. Das Volumen dieser Stufe ist für die Demonstra-tionsanlage auf 16 m³ dimensioniert. Dieser Stufe folgt ein nachgeschaltetes Absetz-becken aus dem die Klarphase zu einer industriellen Wiederverwendungsmöglichkeit fließt oder gepumpt wird. Der Schlamm aus der Absetzstufe wird ebenfalls der externen Schlammbehandlung zugeführt, getrocknet und zwischengelagert. Das Restwasser aus dem Trocknungsprozess wird wieder in die erste Behandlungsstufe zurückgeführt.

Nach Erreichen einer stabilen Betriebsphase wurde die Versuchsanlage in Sonthofen über einen Zeitraum von mehr als vier Wochen an verschiedenen Anlagenabschnitten beprobt. Neben der Analyse der Schwermetallverbindungen wurden die Proben ebenfalls auf Sulfat und Schwefel zur Kontrolle des anaeroben Abbauprozesses untersucht. Letztere Parameter wurden analysiert, da Schwermetallverbindungen häufig in Die Ergebnisse sind in der Abbildung 37 und der Abbildung 38 dargestellt. Während die Parameter Zink und Chrom bereits nach einem Tag nied-rige Werte im Ablauf aufweisen, sinkt die Konzentration von Nickel erst nach rund 21 Tagen auf geringere Konzentrationen. Mögliche Ursachen hierfür können in pH-Wert Verschiebungen während der Betriebszeit oder in der begrenzten Sorptionskapazität des Festbettmaterials liegen. Während des Pilotbetriebs in Sonthofen konnte dieser Fragestellung aber nicht weiter nach-gegangen werden. Für weitere Ergebnisse zu den Pilotversuchen sei an dieser Stelle auf den Abschlussbericht des Projektpartners iaks GmbH verwiesen.



(a) (b) (c) (d)

Abbildung 36: Versuchsanlage auf dem Betriebsgelände der Kläranlage Obere Iller, (a) nach Fertigstellung [iaks] (b) im Betrieb (c) Detail des Förderprinzips (d) isolierter Anaerobreaktor

0

5

10

15

20

25

30

35

Sch

wer

met

allk

on

zen

trat

ion

[m

g/l

]

Zudosierung Tag 1 Tag 5 Tag 7 Tag 12 Tag 18 Tag 21 Tag 24 Tag 31

Versuchszeit

ChromNickelZink

Abbildung 37: Abbau der Schwermetallkomponenten über der Versuchszeit in der anaeroben Versuchsanlage in Sonthofen



0

20

40

60

80

100

120

140

Ko

nze

ntr

atio

n [

mg

/l]

Zudosierung Tag 1 Tag 5 Tag 7 Tag 12 Tag 18 Tag 21 Tag 24 Tag 31

Versuchszeit

Schwefel (ges.)

Sulfat

Abbildung 38: Schwefel- und Sulfatreduzierung über der Versuchszeit in der anaeroben Versuchsanlage in Sonthofen

Für das industrielle Abwasserbehandlungskonzept wurde das thermische Verhalten der Anlage unter vor Ort üblichen (Vietnam) Bedingungen simuliert und eine Abschätzung für den Biomas-sebedarf zur Deckung des Wärmebedarfs der Anlage aus Biogas durchgeführt. Es ist geplant, die Abwasserbehandlungsanlage 1 partiell mit dem passiven Behandlungssystem (AP1) zu kop-peln.

Abmessungen (Außen): L = 6,055 m, H = 2,591 m, B = 2,435 m

Wärmeverluste über Decke und Seitenwände, Boden wird beheizt: A = 58,7 m²

Wärmeübergang:

KmW

sk

KTATkQ

aia

ai

²10;

111171532

≈>>

++=

=−=∆⋅∆⋅=

ααα

αλα

Styropor: mKWbis 040,0025,0=λ ; s = 30 mm

k = 1,18 W/m²K => Q = 1.180 W



Wärmeverlust eines 20-ft-Containers

0

1.000

2.000

3.000

4.000

5.000

6.000

7.000

8.000

9.000

10.000

0 10 20 30 40 50 60 70 80

Dämmschichtdicke [mm]

Wär

mev

erlu

st [W

]

Abbildung 39: Wärmeverluste für einen 20-Fuß-Container

Biogasbedarf eines 20-ft-Containers / Tag

0

5

10

15

20

25

30

35

40

45

0 10 20 30 40 50 60 70 80

Dämmschichtdicke [mm]

V_Bi

ogas

[m3/

day]

Abbildung 40: Resultierender Biogasbedarf zur Beheizung in Abhängigkeit von der Dicke der Dämmschicht für einen 20-Fuß-Container



Der Berechnung lag zugrunde, dass der Container in einem Gebäude aufgestellt ist, in dem nur geringe Luftbewegungen herrschen. Für Aufstellung im Freien muss ein Regenereignis zugrunde gelegt werden; die Wärmeverluste wären hier wesentlich höher. Ohne Dämmung wäre der Wärmeverlust etwa 10-mal so hoch. Die Wärmeverluste können über die Dämmschichtdicke eingestellt werden (s. Abbildung 39 und Abbildung 40). Die Berechnung setzt eine Verarbeitung nach DIN-Standard voraus, d.h. dichte Auflage, keine größeren Spalte, in denen freie Konvektion auftreten kann, gute Trockenheit des Materials, ansonsten Anpassung der Leitfähigkeit. Es müssen senkrechte Luftspalte zwischen Dämmung und Wand vermieden werden (Konvektionsströme).

Der Heizwert von Biogas liegt bei 23,4 MJ/m³ bei einem Methangehalt von 60 % aus Klär-schlamm, der Rest ist CO2 und trägt somit nicht zum Heizwert bei. Umgerechnet entspricht dies 0,6 l Heizöl pro m³ Biogas.

Für einen 24-h-Betrieb muss eine Heizwärme von 102 MJ zugeführt werden, was für zwei Con-tainer einen täglichen Biogasbedarf von 10,2 m³ entspricht, inklusive 15 % Verluste für Trans-port und Verbrennung, oder jährlich 3.720 m³ Biogas bzw. 2.230 l Heizöl pro Jahr.

Die benötigte Substratzufuhr für einen Fermenter kann über den Viehbestand sowie durch Fäkalschlamm aus Faulgruben bereitgestellt werden. Basierend auf deutschen Daten berechnet sich der Bedarf wie folgt:

• Substrat aus Viehbestand:

40 Schweine (Gülle mit 6 % Trockenmasse)

30 Hühner (Kot mit 45 % Trockenmasse)

• Substrat aus Fäkalschlamm (z.B. über Sammelsystem aus Faulgruben):

60 t FM/a

Dies entspricht bei 2% Trockensubstrat und etwa 1 t/(EW a) einer Sammlung in durchschnittlich 15 Haushalten.

• Biogasertrag: 4.570 m³/a

• Heizöläquivalent: 2.740 l/a

Mit der o.g. Substratzufuhr kann die erforderliche Heizenergie demnach problemlos aufgebracht werden. Das benötigte Fermentervolumen liegt mit diesen Ansätzen bei etwa 15 m³.

Auf Basis der in Sonthofen errichteten und untersuchten Versuchseinrichtung wurde seitens der iaks Gmbh eine Demonstrationsanlage im technischen Maßstab konstruiert (s. Abbildung 41) und in zwei Containern nach Vietnam verschifft. Bei Projektabschluss zum 30.09.2009 befand sich diese Anlage noch im vietnamesischen Zoll. Die weitere Planung seitens des Projektpartners iaks sah vor, die Anlage nach Erledigung der Zollformalitäten nach Tong Xa zu transportieren, dort in den Containern aufzubauen und unter den lokalen Bedingungen anzufahren. Ein weite-rer Testbetrieb sollte durch Restmittel der Universität Greifswald unterstützt werden.

Nachtrag 16.04.2010: die Versuchsanlage wurde im Februar 2010 in Tong Xa in Betrieb genom-men; der Testbetrieb wurde zunächst durch die Uni Greifswald unterstützt und soll ab Mai 2010 durch die Universität Hanoi übernommen werden.



Abbildung 41: Behandlung der Schwermetallabwässer in Tong Xa, technischer Maßstab [Grafik: iaks GmbH]



3.3 Entwicklung eines Abwasserkonzeptes für neue Industriezonen am Beispiel der IZ My Trung (Auslegungsprogramm mit Moskito)

In Vietnam gibt es derzeit über 200 registrierte Industriezonen, für die überwiegend keine funk-tionierenden Abwasserkonzepte existieren. Die daraus resultierenden Umweltfolgen können im Moment nur abgeschätzt werden. Derzeit werden verschiedene Konzepte zur Aufbereitung der Abwässer in vietnamesischen Industriezonen betrachtet, die vielfach von einer Ansiedlung ein-heitlicher Branchen ausgehen.

Abbildung 42: Abwasseraufbereitung in petrochemischer IZ bei Ho Chi Minh City

Im Gewerbegebiet My Trung sind seit der ersten Erkundungsreisen in 2006/2007 lediglich we-nige Betriebe angesiedelt worden, zudem befanden sich während der Projektlaufzeit die meisten Betriebe noch in der Aufbauphase. Für die Entwicklung eines angepassten Abwasserkonzeptes konnte also nicht auf ein existierendes Abwasserprofil zurückgegriffen werden. Basierend auf den ursprünglichen Daten und auf Aussagen des zuständigen IZ-Managers sowie der IZ-Ent-wicklungsgesellschaft wurde daher Konzept entwickelt, das als wesentlicher Technologiebaustein eine anaerobe Abwasseraufbereitung mit integrierter Energienutzung und Wasserwiederverwendungsoptionen bietet. Dieses im Projektkonsortium entwickelte Konzept wurde im Rahmen der Projektarbeiten mit einem von Fraunhofer UMSICHT entwickelten Softwaretool zum optimierten Standortmanagement unterfüttert. Die Abwasserfracht neu hinzukommender (bzw. interessierter) Betriebe wird hierbei branchenspezifisch prognostiziert und die daraus für die Kläranlage ergebenden Anforderungen abgeschätzt.



Zur Einbindung refinanzierbarer Abwasserbehandlungssysteme z.B. auf Basis von anaeroben Be-handlungstechnologien als Schlüsseltechnologie für das Konzept im My Trung, wurden Aus-legungs- und Bewertungsroutinen unter Berücksichtigung derzeit verfügbarer landespezifischer Daten erstellt. Diese Daten wurden in Excel-Tabellen umgesetzt sowie innerhalb eines Ablauf-planes für die programmiertechnische Umsetzung abstrahiert. Ergebnisse dieser Auslegungsrou-tinen sind in den folgenden Abbildungen dargestellt.

In Abbildung 43 (Darstellung mit Beispielwerten) kann der Anwender aus einer Vielzahl von für die Region spezifischer Industriesektoren den entsprechend zuzuordnenden Betrieb auswählen und mit einer charakteristischen Produktionsgröße versehen. Ebenfalls können hier weitere Sub-strate ausgewählt werden, die evtl. in kleineren Mengen und/oder unspezifisch in dem Gewer-begebiet anfallen. Typische Erlösmodelle und zeitliche schwankende Faktoren bzgl. Refinanzie-rung können ebenfalls in die Maske eingegeben werden. Die Detailberechnungen und Ausle-gungskalkulationen finden auf verschiedenen Arbeitsblättern im Hintergrund statt. Auf der Aus-gabeseite (ebenfalls mit Beispielwerten) werden die wesentlichen Daten die durch die ausge-wählte Substratmenge beeinflusst werden für den Benutzer zusammengefasst.

Abbildung 43: Eingabeseite des Softwaretools zum Standortmanagement



Mit diesem Softwaretool ist es für das Management einer Industriezone möglich, Industriebe-triebe entsprechend der Kapazität und der Auslastung einer bereits vorhandenen Biogasanlage auszuwählen bzw. Optionen und Nutzen einer Anlagenerweiterung im Vorfeld zu bestimmen.

Abbildung 44: Ausgabeseite des Softwaretools zum Standortmanagement



Abbildung 45: Transfer des Softwaretools zum Standortmanagement in ein GIS basiertes Planungstool der Fa. Moskito

Durch die Einbindung des Softwaretools in GIS-unterstütze Systeme kann die Standortplanung für dezentrale Aufbereitungsverfahren, die auf Anaerobtechnik basieren, verbessert werden. Die Standortplanung kann so direkt mit Anlagenparametern gekoppelt werden. Als Ergebnis lassen sich Lösungen bestehend aus geographischen, logistischen, verfahrens- und verkehrstechnischen Parametern generieren.



3.4 Entwicklung eines Abwasserkonzepts für ländliche Siedlungen am Beispiel der Gemeinde Tong Xa

Das Dorf Tong Xa ist Teil der Verwaltungseinheit/Gemeinde Yen Xa. Die Gemeinde ist Teil des Distrikts Y Yen (Provinz Nam Dinh) und liegt im Delta des Roten Flusses. Dieses ist wiederum ein Teileinzugsgebiet des Roten Flusses. Der Distrikt Y Yen ist etwa 30 km südwestlich der Provinz-hauptstadt Nam Dinh Stadt gelegen. Er umfasst 14 Gemeinden, so genannte Handwerksdörfer sind weit verbreitet.

Im Dorf Tong Xa lebten 2006 ca. 2.400 Einwohner in 550 Haushalten. Wesentliche Einkom-mensquellen der Dorfbevölkerung sind die Landwirtschaft (Reis- und Erdnussanbau, Hühner- und Schweinehaltung u.a.) und die für dieses Dorf typische kleinmaßstäbige industrielle Eisen-gießerei-Produktion mit ca. 50 Betrieben und ca. 500 Beschäftigten.

Detaillierte Daten zum Be- und Entwässerungsnetzwerk, der Wasserressourcen sowie weitere Details zur Situation der Bebauung und der im Dorf Tong Xa vorherrschenden Haustypen finden sich im Schlussbericht der Universität Greifswald.

Im Rahmen der Konzepterstellung für ländliche Strukturen in Vietnam wurden von Fraunhofer UMSICHT in Abstimmung mit der Universität Greifswald verschiedene dezentrale Abwasserauf-bereitungsverfahren auf ihre Eignung hin für den Anwendungsfall Tong Xa betrachtet.

In Deutschland existieren auf dem Gebiet der Wasser- und Abwasserbehandlung zahlreiche teil-weise miteinander in Konkurrenz stehende Technologien. Innerhalb der historisch gewachsenen Ver- und Entsorgungsstruktur in Europa konnten durch diese Behandlungsverfahren neue Mög-lichkeiten zur weitergehenden Aufbereitung bzw. zur gezielten Substanzeliminierung erschlos-sen werden.

Aufgrund spezifischer Anforderungen in Vietnam, regionaler und kommunaler Bedürfnisse so-wie einer stark heterogenen Kostenstruktur sind die in Europa etablierten Technologien nur ein-geschränkt auf die lokalen Verhältnisse übertragbar.

Zur Beurteilung, ob eine Technologie als Schlüsseltechnologie zur Erzielung der regionalspezifi-schen Anforderungen in Vietnam geeignet ist, wurde ein Fragenkatalog erstellt. In den wesentli-chen Punkten galt es sowohl ökonomische Aspekte als auch soziale und ökologische Effekte bei der Bewertung zu berücksichtigen. Die Planung und die Verwaltung von dezentralen Behand-lungsanlagen in ländlichen Räumen sind sehr oft schwieriger als die bei großen Anlagen. Ursa-chen hierfür sind häufig unter anderem:

• Die Abwassermenge in kleinen Gemeinden kann unübliche Eigenschaften im Vergleich zu normalen häuslichen Abwässern aufweisen, sowohl in der Menge als auch in der Qualität. Der Grund hierfür ist, dass in vielen dieser bewohnten Räume die häuslichen Abwässer mit flüssigen landwirtschaftlichen und/oder gewerblichen Abfällen vermischt sein können.

• Bei der Nutzung von Maschinen und technischen Prozessen können Störungen auftreten, die negative Effekte für das ganze System haben können.

• Eine ausreichende Qualifikation des Betriebspersonals ist in vielen Gebieten häufig nicht gegeben.



Auf der Basis dieser besonderen Eigenschaften müssen folgende Planungsprinzipien festgelegt werden:

• Für den Fall, dass Maschinen und Aggregate verwendet werden, sollten diese robust und deren Instandhaltung einfach sein. Soweit wie möglich sollte auf die Nutzung von automati-sierten Einrichtungen verzichtet werden, da in der Regel eine Reparatur solcher Systeme auf lokaler Ebene nicht einfach zu realisieren ist.

• Die Betriebssicherheit hat Priorität gegenüber einer kleinen Verweildauer in den Einheiten oder gegenüber möglichen Energieeinsparungen.

• Die Einfachheit der Systeme, die Robustheit der Prozesse, die Nutzung einer geeigneten Technologie sowie die Flexibilität bei starken Änderungen in der Konzentration und der Ab-wassermenge sind von größerer Bedeutung als große Kapazitäten und die Effizienz der Be-handlung.

Die Auswahl einer Technologie muss als ein individuelles und lokales Problem betrachtet wer-den. Lösungen können häufig nur schwer verallgemeinert werden und der Einfluss der unter-schiedlichen Aspekte, nämlich der sozialen, wirtschaftlichen, kulturellen, gesetzlichen, umwelt- und ausbildungsbezogenen Aspekte, muss geprüft werden. Die Auswahl der Schlüsseltechnolo-gien (vgl. Tabelle 7) erfolgte entsprechend den oben aufgeführten Kriterien über die interne Beantwortung eines spezifischen Fragenkatalogs (vgl. Abbildung 46).

Tabelle 7: Verfahrensauswahl für ländliche Strukturen am Beispiel von Tong Xa

Kriterien (Fragen) Verfahren Technologie 1 2 3 4 5 6

Tropfkörper Ja Ja Ja Ja Nein1 Ja

Getauchtes Festbett Ja Ja Ja Ja Nein1 Ja

SBR Ja Ja Ja Bedingt Ja Ja

Membranbelebung Ja Ja Ja Bedingt Ja Ja

Pflanzenkläranlage Ja Ja Ja Ja Nein1 Ja Biol

ogis

che

Auf

bere

itung

Belebungsverfahren Ja Ja Ja Ja Ja Ja

Membranverfahren Ja Ja Ja Bedingt Ja Ja

Sandfilter Ja Ja Ja Ja k.A. Ja

Aktivkohleadsorption Ja Ja Ja Ja Ja Ja

Fällung/Flockung Ja Ja Ja Ja k.A. Ja

Ab

was

sera

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erei

tun

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ng

AOP Bedingt Ja Ja Bedingt Ja Ja

Wind Ja Ja Ja Ja Ja Ja

Sonne Ja Ja Ja Ja Ja Ja

Wasser Bedingt Bedingt Ja Ja Ja Ja

Ener

gie

Biomasse Ja Bedingt Ja Ja Ja Ja

1 Durch die Installation technischer Abwasseraufbereitungsanlagen ergibt sich grundsätzlich immer eine Verbesserung der Lebensbedingungen, wenn im Vorfeld keine Aufbereitung stattgefunden hat. Hier ist aber eine weitergehende Aufbereitung bezogen auf Phosphatverbindungen oder der Entfernung von Keimen gemeint.



Abbildung 46: Verfahrensauswahl über spezifischen Fragenkatalog



3.5 Entwicklung eines Abwasserkonzepts für städtische Strukturen am Bei-spiel der Stadt Nam Dinh City

Nam Dinh Stadt liegt im Norden Vietnams etwa 90 km von Hanoi entfernt im Mündungsgebiet des Roten Fluss Delta und ist die drittgrößte Stadt in diesem Gebiet. Nam Dinh umfasst eine Fläche von 4.622 ha (40% innerstädtisch, 60% Randzonen). Die Stadt hat aktuell 254.700 Ein-wohner und ist unterteilt in 25 Verwaltungseinheiten [(Statistical Office of Nam Dinh City, 2007].

Die aktuelle Situation in Nam Dinh Stadt (innerer Bezirk) stellt sich wie folgt dar: die Abwasser-kanäle sind Mischkanäle, d.h. Regenwasser und auch das Abwasser (Haushalt, Industrie) werden gemeinsam abgeführt. Dieses passiert teilweise oberirdisch, d.h. die Kanäle sind offen und somit auch den jährlichen und täglichen Schwankungen des Wasserpegels unterlegen. Probleme ent-stehen vor allem in den Monsunmonaten von Oktober bis April (Nordostmonsun). Das Misch-wasser tritt über die Ufer und schwemmt in die anliegenden Häuser. Hinzu kommt der zudem sehr hoch anstehende Grundwasserspiegel (in 50 cm Tiefe) in der Region.

In den Randbereichen der Stadt gibt es keine Mischwasserkanäle, dort werden einfach Kanäle zum Abwassertransport genutzt, die auch teilweise zur Bewässerung dienen. Das Mischwasser-netzwerk umfasst etwa 25 km und die kleinen Randkanäle etwa 5 km [Nguyen Thi H., 2009]. In der Regel werden in Nam Dinh zwei Pumpstationen durchgehend betrieben, die das Mischwas-ser aus Nam Dinh in den höher liegenden Dao Fluss pumpen. Das Mischwasser fließt über die Vorfluter zu einem Sedimentationstank und dann zu den Pumpstationen. Die zwei Pumpstatio-nen sind in Kenh Gia/Kapazität 43.000 m³/d und Quan Chuot/Kapazität 20.000 m³/d [Nguyen Thi H., 2009]. Während der Regenzeit müssen beide Pumpstationen die Wassermengen fassen und transportieren. Eine Kläranlage für das Stadtgebiet Nam Dinh existiert nicht (ausgenommen die Faulbehälter einzelner Haushalte), daher wird das ungeklärte, teilweise absedimentierte Ab-wasser über den Dao Fluss in den Roten Fluss geleitet, ca. 26 Millionen m³/Abwasser werden im Jahr auf diese Weise abgepumpt.

Für die weitere städtische Entwicklung müssen eine Reihe spezieller Probleme berücksichtigt werden. Die Wasserversorgung von Nam Dinh verwendet Oberflächenwasser des Dao Rivers; der Wasserabzug liegt allerdings unweit der nördlichen Pumpstation für die Entwässerung der Stadt (s.o.). Dies bedeutet, das alles Oberflächenwasser des Dao Rivers, das für die Wasserver-sorgung genutzt wird, potenziell mit Abwasser verschmutzt ist, was eine entsprechend aufwen-dige Konditionierung erforderlich macht. Darüber hinaus plant Nam Dinh eine bedeutende Ex-pansion bis 2020 sowohl hinsichtlich Fläche als auch Bevölkerung. Für 2020 ist eine Fläche von 45.200 ha vorgesehen bei einer Einwohnerzahl von geschätzt 1 Mio. Diese Vorhersage schließt den Bevölkerungsanstieg um ca. 300.000 durch Ausweitung der Stadtgrenzen ein. Damit einher geht eine industrielle Entwicklung, die Nam Dinh Stadt zu einem industriellen Zentrum im süd-lichen Teil des Deltas machen soll. Die Planungen sehen vor allem Industrien aus den Branchen Metallbearbeitung, landwirtschaftliche Maschinen, Schiffsbau, Transport, Textil- und Beklei-dungsindustrie vor. Hinsichtlich der Wasserversorgung ist das Ziel, bis 2020 90% der Bevölke-rung an ein Leitungsnetz mit sauberem Trinkwasser anzuschließen.



Abbildung 47: Provinzverwaltung und Stadtbezirke Nam Dinhs. [Nguyen Thi H., 2009]



Ausgangspunkt für die Überlegungen der Projektgruppe war die schnelle Entwicklung der Stadt Nam Dinh im kommenden Jahrzehnt. Bei der Lösung waren die folgenden Randbedingungen zu beachten:

1. die Abwasserbehandlungskapazität soll mit der Stadtentwicklung ohne erhebliche Maß-nahmen mitwachsen können

2. um weiteren Verlust von Ackerland zu begrenzen und Umsiedlungsmaßnahmen zu vermeiden ist der Flächenbedarf für die Anlagen zu minimieren

3. die zu errichtenden Behandlungsanlagen sollen die industrielle Entwicklung der Stadt Nam Dinh unterstützen

Aufgrund dieser Randbedingungen waren die in Europa üblichen Klärbeckenlösungen zu ver-werfen und es wurde vom Projektteam ein Vorschlag »Nam Dinh CityLine« erarbeitet, der den o.g. Randbedingungen gleichermaßen gerecht wird. Das im folgenden dargestellt Abwasser-konzept »Nam Dinh CityLine« wurde in den verschiedenen Workshops in Nam Dinh präsentiert und diskutiert.

Das Konzept beinhaltet dezentrale erweiterbare Kläranlagenkomponenten auf Basis einer Tropf-körpertechnologie eine zentrale Schlammbehandlungsanlage (s. Abbildung 48) . In den dezen-tralen Behandlungsstufen wird der Klärschlamm gesammelt und zu einer zentralen Klär-schlammbehandlungsanlage transportiert.

Abbildung 48: . Generalisierte Darstellung der dezentralen Abwasserbehandlungsanlagen und der zentralen Schlammbehandlung (Grafik: iaks GmbH)



Für den Abwasserreinigungsprozess werden mechanische Vorbehandlung, biologische Stufe und Nachreinigung in einem einzigen geschlossenen Gebäude realisiert. Die biologische Stufe wird durch eine Tropfkörperschüttung realisiert, bei dem die aktive Biologie als Biofilm auf einem Netzwerk aus Kunststoffoberflächen vorliegt. Eine ähnliche Technik wurde in Deutschland in der Stadt Kempten realisiert und die dortigen Betriebserfahrungen lassen auf eine zuverlässige Ab-reinigung kommunaler Abwässer schließen. Ein allgemeines Fließschema für den Prozess ist in Abbildung 49 dargestellt; weitere technische Details zum Verfahren sind dem Abschlussbericht der iaks GmbH oder der Publikation [ERHARDT et al., 2009] zu entnehmen.

Probleme, die in der Vergangenheit zur Verschlechterung des Rufes der Tropfkörpertechnik im Ausland beigetragen haben, liegen voraussichtlich an Kenntnismängeln von Betreibern, die Tropfkörper mit falschen Parametern betrieben haben wie beispielsweise einer unzureichenden Rezirkulation, schlechter Wasserverteilung oder geringer Spülkraft. Überlastete Tropfkörper kön-nen betriebliche Probleme aufweisen wie zum Beispiel Verstopfungen und Gerüche. Das Tropf-körperverfahren hat sich in der Vergangenheit jedoch als sehr konkurrenzfähig bewiesen. Die Energiekosten können in der Regel niedriger gehalten werden als bei Belebungsverfahren. Die-ser Vorteil kann für Tropfkörperanlagen mit Stickstoffelimination jedoch entfallen, da die not-wendige Rücklaufförderung häufig energieaufwendig ist und die gesamten Energiekosten dem-zufolge denjenigen eines Belebungsverfahrens ähneln können.

Tropfkörper sind in Regionen, in denen ein erster Schritt generell darin besteht, Stadtteile oder Kommunen an ein Abwasserreinigungssystem anzuschließen, besonders geeignet. Wird ein Tropfkörper zum Beispiel für alleinige Kohlenstoffelimination ausgelegt, ist ein energieoptimier-ter Betrieb möglich. Ein weiterer Vorteil des Tropfkörperverfahrens besteht gegenüber Konkur-renzverfahren in der Einfachheit des Verfahrens und der eingesetzten Technik.

Alle anfallenden Reststoffe werden verwertet. Angedacht sind neben der reinen Abwasserreini-gung die Nutzung der Gebäude als Parkfläche/Industriefläche oder Begrünung der Anlagen wie auch die energetische Nutzung des Klärschlamms zur Gasproduktion. Das gesamte Konzept soll in das Stadtbild integriert werden (vgl. Abbildung 50).

Vorteile der Konzeption sind

• erweiterbare Behandlungskapazität

• geringer Flächenbedarf

• im Vergleich zur Standardlösung günstige Bau- und Betriebskosten

• Integrierbarkeit in das Stadtbild

• Synergien zur industriellen Entwicklung der Stadt Nam Dinh

Als nachteilig kann die Notwendigkeit einer zentralen Schlammbehandlung angesehen werden, was einen Schlammtransport über größere Entfernungen nach sich zieht.



Abbildung 49: . Generalisiertes Fließschema für die vorgeschlagene Abwasserkonzept für Nam Dinh City (Grafik: iaks Gmbh)

Abbildung 50: . Mögliche zusätzliche Nutzung der Reinigungsanlagen für Nam Dinh-Stadt/ Viet-nam (Grafik: iaks GmbH)



3.6 Maßnahmen in Workshops und Schulungen

Im Rahmen dieses Teilprojekts wurden drei Themen-Workshops in Nam Dinh und eine Schulung für vietnamesische Entscheidungsträger in Deutschland durchgeführt. Fraunhofer UMSICHT war verantwortlich für Organisation, inhaltliche Zuarbeit und einen reibungslosen Ablauf in Koopera-tion mit den lokalen Behörden und Einrichtungen.

Die drei Themen-Workshops hatten folgende Themenausrichtungen:

1. Centralised and Decentralised Municipal Waste Water Treatment (Oktober 2007)

2. Decision-Making Process in WWT on the Example of Metal Working Industries / Deci-sion-Making Process in WWTP – Concept for Nam Dinh (Mai 2009)

3. Waste Water Treatment in the Key Industries of Nam Dinh / Final Workshop on the IRWM Concept at PC of Nam Dinh City (September 2009)

Die in dem Antrag and das BMBF im Jahr 2006 vorgegebenen Schulungsthemen wurden aufge-griffen, jedoch an die Anforderungen vor Ort und den Wünschen der vietnamesischen Partner angepasst. Aus den geplanten 6 einzelnen Workshoptagen wurden 3 zweitägige Veranstaltun-gen organisiert, was dem Diskussionsbedarf und der Nachhaltigkeit der Veranstaltungen zugute kam.

Die Schulung für vietnamesiche Entscheidungsträger in Deutschland fand im Oktober 2008 zu dem Themenkomplex: »Integrated Water Resources Management (IWRM) Vietnam (Nam Dinh Province)« – »Treatment of Industrial and Municipal Waste Water« – »Best Practice Technical Facilities« statt.

Das Trainings- und Workshopkonzept wurde erstmalig im April 2007 in Nam Dinh durch Fraun-hofer UMSICHT vorgestellt. Die Zielgruppe waren Behördenmitarbeiter und Entscheidungsträger (Planung, Stadt), Industrievertreter als auch wissenschaftlich/technische Entscheidungsträger. Gemeinsam mit den Anwesenden wurden die Strukturierung der Workshops und die zeitliche Planung der Trainingsreihe besprochen. Ziel der Trainings war es, das Umweltbewusstsein der Entscheidungsträger weiter zu sensibilisieren und ihnen Möglichkeiten sowohl technischer als auch planerischer Natur zu vermitteln, um nachhaltige Entscheidungen treffen zu können. Ein wichtiges Ziel der Trainingsaktivitäten war der Wissensaustausch in den genannten Feldern. Zu den drei Workshops wurden Flyer und Handouts vorbereitet. Die Zielgruppe wurden in Zusam-menarbeit mit der Akademie der Wissenschaften Vietnams – Institut für Geologie identifiziert und persönlich zu den Veranstaltungen eingeladen.

Im Oktober 2007 wurde der erste Workshop in Nam Dinh im DONre (People’s Committee of Nam Dinh Province, Department of Science and Technology) durchgeführt. 33 Teilnehmer waren anwesend. Neben den Themen zu »Centralised and Decentralised Municipal Waste Water Treatment« wurden auch Planungsinstrumente, vor allem die Geoinformationssysteme, erläutert. Zentrale Abwasserreinigung wurde anhand von Beispielen seitens Fraunhofer UMSICHT und der Universität Greifswald der dezentralen gegenübergestellt (u.a. Pflanzenklär-anlagen) und die Vor- und Nachteile erläutert. Die am dem darauffolgenden Tag geplanten Parallelveranstaltungen zu ausgewählten Themen wurden auf den Nachmittag des ersten Tages vorgezogen und auf eine Veranstaltung reduziert, da das Interesse besonders dem Thema „Betrieb und Bau einer Kläranlage“ galt. Der Projektpartner iaks GmbH präsentierte anschaulich mittels Auslegungsplänen und aktiven Einbeziehen der Teilnehmer das Thema. Der erste Work-



shop verlief sehr gut und wurde positiv von den Teilnehmern aufgenommen. Der Wissensaus-tausch wurde durch rege Beteiligung gefördert und als positives Signal für die weiteren Workshops gewertet.

Im Mai 2009 wurden in Nam Dinh im Rahmen der Workshop-Reihe der zweite Workshop »Deci-sion-Making Process in WWT on the Example of Metal Working Industries und Decision-Making Process in WWTP – Concept for Nam Dinh« durchgeführt, auf denen wesentliche Ergebnisse der Projektbearbeitung präsentiert und in dem bilateralen Teilnehmerkreis diskutiert. Am Tag 1 stand die regionale metallverarbeitende Industrie (im wesentlichen Gießerei-Unternehmen) im Fokus. In mehreren Vorträgen wurde die industrielle Abwasserbehandlung für metallverarbei-tende Betriebe sowie das Konzept des „Cleaner Produktion“ erläutert. Der Tag 2 war der Kon-zeption kommunaler Abwasserreinigungsanlagen vorbehalten. Es wurden die in Deutschland üblichen Konzepte und eine spezielle Anpassung auf die Situation in Nam Dinh vorgestellt und diskutiert. Wesentliches Ergebnis des Workshops wayr, dass der deutsche IWRM-Projektverbund von vietnamesischer Seite (PC Nam Dinh Provinz und PC Nam Dinh Stadt) aufgefordert wurde, auf Basis der der erarbeiteten Konzepte weitere Entwicklungen in Richtung einer Planungs-grundlage zu entwickeln. Darüber hinaus soll die deutsche Seite die Provinz- und Stadtverwal-tung aktiv bei der Akquisition von Finanzierungsoptionen für eine Abwasserentsorgungslösung der Stadt Nam Dinh begleiten.

Die Schulung der vietnamesischen Entscheidungsträger in Deutschland fand vom 13.-25. Okto-ber 2008 statt. Austragungsorte waren Oberhausen, Duckwitz und Sonthofen. In der folgenden Abbildung 51 sind die Veranstaltungsorte markiert:

Im Vorfeld der Schulung wurde die gesamte Detailplanung durchgeführt:

• Einladung der Teilnehmer: Es wurden die endgültigen Einladungen konzipiert und nach Vietnam versandt, die Visa wurden beantragt, es wurde Rücksprache mit der vietnamesi-schen Botschaft gehalten und mit den potentiellen vietnamesischen Teilnehmern.

• Inhaltliche Vorbereitung und Ausgestaltung der Schulung: Bei den Vorbreitungen der Schulungen achteten die Organisatoren u.a. auf einen ausgewogenes Angebot, d.h. Vor-träge wechselten sich ab mit Führungen und Diskussionsrunden. Kleinere produzierende Firmen wurden vorgestellt wie auch Abwasserverbände / Kommunen und ihre Konzepte.

• Vorbereitung der Reise, Logistik, Unterkunft und Freizeit: Da die Schulung in Deutschland an drei unterschiedlichen Orten stattfand bestand eine Herausforderung darin bei der Logistik eine höchstmögliche Flexibilität zu gewährleisten. Die Unterkünfte mussten prak-tisch gewählt werden, auch um die Kosten im Rahmen des vorgesehenen Budgets zu hal-ten. Zusätzlich sollte die Kultur und Natur Deutschland der vietnamesischen Delegation näher gebracht werden.



Abbildung 51: Veranstaltungsorte der Schulung in Deutschland

Ziel der Schulung war es, die Teilnehmer innerhalb der 2 Wochen Trainingswochen über die Abwassertechnologien zu informieren, ihnen best-practice Möglichkeiten aufzuzeigen, laufende Anlagen zu demonstrieren und gemeinsam mit den vietnamesischen Entscheidungsträger ange-passte Möglichkeiten auf für den vietnamesischen Raum zu diskutieren.

Der Fokus des Trainingskurses lag deshalb auf den folgenden Themen:

• Überblick über die Abwassertechnologie in Deutschland

• Darstellung der rechtlichen und verwaltungstechnischen Abläufe in Deutschland einer Abwasserbehandlungsanlagen

• Unterstützung der Entscheidungsträger durch Präsentation verschiedener angepasster dezentraler und zentraler Abwasserbehandlungsmöglichkeiten

• Präsentation von nachhaltigen integrierten Systemen der Abwasserreinigung

• Sensibilisierung für nachhaltige Lösungen

Duckwitz

Oberhausen

Sonthofen



• Wissensaustausch

In der ersten Woche wurde das Training in Oberhausen durchgeführt, die zweite Schulungs-hälfte fand sowohl in Duckwitz als auch in Sonthofen statt.

In Oberhausen wurden neben der Großkläranlage in Bottrop auch Produzenten von Kleinklär-anlagen vorgestellt, das Konzept des Emscher-Lippe-Verbands wurde erläutert wie auch ver-schiedene kommunale Konzepte. Refinanzierungsbeispiele wurden z.B. durch die Besichtigung der integrierten Biogasanlage auf dem Hof Loick vorgestellt, d.h. die Herstellung von Biogas aus Biomasse als eine zukünftige Energiequelle. Auch Forschungsaspekte und angewandte Techno-logien (Hightech Wasserrecyclingsystem KOMPLETT) wurden durch Fraunhofer UMSICHT vorge-stellt. Zusätzlich stellte sich der Bereich Umwelt- und Gewässerschutz der Stadt Oberhausen vor, eine Kanalinspektion mit Kamerawagen bei den Wirtschaftbetrieben Oberhausen WBO wurde demonstriert, die Pumpstation im CentrO und die Müllverwertungsanlage Asdonkshof wurde besichtigt, wie auch der Wasserversorger Gelsenwasser. Begleitet wurde das Programm durch einen Empfang bei der Bürgermeisterin im Rathaus Oberhausen und durch Besichtigungen von verschiedenen Einrichtungen der Industriekultur.

Abbildung 52: Schulung in den Räumlichkeiten von Fraunhofer UMSICHT



Abbildung 53: linke Seite: Kanalmonitoring (Wirtschaftsbetriebe Oberhausen), rechte Seite: Müllverwertungszentrum Asdonkshof

In Duckwitz und Sonthofen standen vor allem die Pflanzenkläranlagen und Kleinkläranlagen im Mittelpunkt. Energieautarke dezentrale Klärtechnik wurde u.a. auf den Parkplätzen an der Ost-see-Autobahn A20 anhand der dort errichteten Anlagen demonstriert. In Lübeck wurde das Siedlungskonzept Flintenbreite vorgestellt. Für das Siedlungsgebiet ist ein zukunftsweisendes integriertes Abwasserkonzept vorgesehen, das neben der Wassereinsparung die Nutzung von Nährstoffen und des Energieinhalts berücksichtigt. Innerhalb des integrierten Abwasserkonzepts für die ökologische Wohnsiedlung Lübeck-Flintenbreite ist die separate Behandlung der Teil-ströme Grauwasser (Abwasser ohne Fäkalien), Schwarzwasser (Toilettenabwasser) und Bioabfall (organische Abfälle) vorgesehen.

In Sonthofen wurde die Großkläranlage in Kempten vorgestellt, bei der eine Tropfkörpertech-nologie realisiert ist, welche sich prinzipiell auch als Konzeption für die Stadt Nam Dinh eignet. Daneben wurden verschiedene weitere Konzepte von Kleinkläranlagen besichtigt. Auch hier wurden die regionalen Besonderheiten herausgestellt und intensiv mit der vietnamesischen Delegation diskutiert.

Innerhalb der Schulung wurde sehr lebhaft diskutiert und Wissen ausgetauscht. Die Teilnehmer aus Vietnam waren sehr an der deutschen Technologie interessiert. Das Trainingskonzept war ausgeglichen und sehr informativ, wie die Teilnehmer am Ende bestätigten. Das Interesse galt vor allem regional angepassten technologischen Konzepten wie auch dem verwaltungstechni-schen Ablauf, der Kostenplanung und Refinanzierung.



Der Abschlussworkshop fand im September 2009 zum Thema »Waste Water Treatment in the Key Industries of Nam Dinh« statt. Im Fokus des ersten Tages standen die Textil- und Nahrungs-mittelindustrie von Nam Dinh. Seitens Fraunhofer UMSICHT (Hr. Keuter) wurden zu diesem Thema zwei ausführliche Übersichtsvorträge gehalten, ergänzt durch einen Vortrag eines Vertre-ters der Industriezone Tong Xa.

Das Konzept für die Industriezone Tong Xa wurde durch Herrn Erhardt (iaks) vorgestellt; hinzu kamen zwei Beiträge zum GIS-Einsatz (Fr. Hong) und zum Thema „Wassermanagement-Kon-zepte“ (Hr. Grothe). Ergänzend zum Workshop-Programm wurde von Herrn Erhardt ein Bericht über den Status der Planungen zur Abwasserreinigungsanlage für Nam Dinh vorgestellt, der großes Interesse fand und lebhaft diskutiert wurde. Am zweiten Tag stand das IWRM Concept für die Stadt Nam Dinh im Mittelpunkt. Der Workshop fand im Peoples Committee der Stadt Nam Dinh statt. Herr Dr. Kasbohm stellte für die Projektgruppe das Arbeitskonzept vor, welches eine dezentrale erweiterbare Reinigungskomponente auf Basis einer Tropfkörpertechnologie sowie eine zentrale Schlammbehandlungsanlage vorsieht. Es wurden verschiedene Kostenan-sätze vorgestellt, die auf Daten der Firma iaks beruhen (europäische Verhältnisse) und unter bestimmten Aspekten eine wirtschaftlich sinnvolle Umsetzbarkeit erwarten lassen.



4 Zusammenfassung

Im Vorhaben waren Konzepte zur Erzielung von Verbesserungen im Bereich industrieller und kommunaler Abwasserprozesse jeweils im ländlichen und im städtischen Raum zu entwickeln bzw. deren Entwicklung im Projektverbund wissenschaftlich-technisch zu begleiten. Das Vorha-ben war Teil eines übergreifenden deutschen Projektverbunds, der in drei Regionen in Vietnam tätig war.

Für eine ländliche Region wurde eine detaillierte Analyse des Emissionsproblems einfachster me-tallverarbeitender Betriebe und ein darauf aufbauendes PIUS-Konzept für Gießereiunternehmen in Handwerksdörfern erarbeitet. Ein auf der Analyse von Stoffflüssen, Staubemissionen und Wasserbelastung aufbauendes und vor Ort kommuniziertes PIUS-Konzept bietet Vorschläge für stoffliche Veränderungen, Maßnahmen zur Reduzierung der Staubbelastung, Maßnahmen zur Reduzierung der Abwasserbelastung sowie energetische und organisatorische Maßnahmen zur Verbesserung von Produktion und Qualität. Es wird erwartet, dass durch die Umsetzung der vorgeschlagenen Maßnahmen sowohl wesentliche Beiträge zur Entlastung der Umwelt, zur Pro-duktionssteigerung innerhalb der Unternehmen und Qualitätssteigerung der Produkte als auch zu einer Verbesserung des Gesundheitsschutzes am Arbeitsplatz führt.

Für den Bereich neu entwickelter Industriezonen am städtischen Rand wurde eine computerba-sierte Konzeption entwickelt, mit der die Vernetzung von Abfallstoffen und einer darauf auf-bauenden Energieerzeugungskomponente innerhalb eines Gebietes errechnet und mit Hilfe eines GIS-Programms planerisch verfügbar gemacht werden kann. Das Modell wurde vom Pro-jektpartner MOSKITO in einer in Vietnam vertriebenen GIS-Software implementiert und steht damit planerisch vietnamesischen Entscheidern zur Verfügung.

Im Bereich der kommunalen Abwasserreinigung wurde ein Konzept zur Errichtung dezentraler Abwasserbehandlungsanlagen auf Basis einer Tropfkörpertechnologie kombiniert mit einer zen-tralen Schlammbehandlung (Nam Dinh CityLine-Konzept) erarbeitet, das innerhalb des Projekts vietnamesischen Entscheidern kommuniziert und international publiziert wurde. Die Tropfkör-pertechnologie wurde aufgrund ihrer platzsparenden Bauweise verbunden mit dem Vorteil einer kombinierten Abluftreinigung ausgewählt. Hierdurch lassen sich mehrere dezentrale Anlagen angepasst an das Bevölkerungswachstum im Siedlungsgebiet errichten, wobei gleichzeitig Syn-ergien zur ökonomischen städtischen Entwicklung durch die Verfügbarkeit einer Abwasser- und Abluftreinigung und ggf. Kühlung freigesetzt werden.

Flankiert wurde das Projekt durch drei mehrtägige Workshops in Nam Dinh / Vietnam und eine 14-tägige Schulung in Deutschland zu Themen der industriellen und kommunalen Abwasser-behandlung, an denen jeweils vietnamesische Entscheider und Fachexperten sowie Vertreter von Wissenschaft und Wirtschaft teilnahmen.



5 Publikationen im Rahmen des Projektes

Keuter, Volkmar: Wastewater management in the food industry, In: UMSICHT Fraunhofer-Institut für Umwelt-, Sicherheits- und Energietechnik -IUSE-, Oberhausen/Rheinland: IWRM research Vietnam: integrated water resource management (IWRM) Vietnam (Nam Ðinh province); 3rd Workshop "Wastewater Treatment in the Key Industries of Nam Ðinh" / "IWRM Concept for Nam Ðinh City"; [Final Workshop on the IWRM Project NAM DINH]; 17-18 September 2009 / Nam Ðinh. [Oberhausen/Rheinland]: UMSICHT Fraunhofer-Institut für Umwelt-, Sicherheits- und Energietechnik -IUSE-, 2009, [36] Bl.

Keuter, Volkmar: Wastewater management in the textile industry, In: UMSICHT Fraunhofer-Institut für Umwelt-, Sicherheits- und Energietechnik -IUSE-, Oberhausen/Rheinland: IWRM research Vietnam: integrated water resource management (IWRM) Vietnam (Nam Ðinh province); 3rd Workshop "Wastewater Treatment in the Key Industries of Nam Ðinh" / "IWRM Concept for Nam Ðinh City"; [Final Workshop on the IWRM Project NAM DINH]; 17-18 September 2009 / Nam Ðinh. [Oberhausen/Rheinland]: UMSICHT Fraunhofer-Institut für Umwelt-, Sicherheits- und Energietechnik -IUSE-, 2009, [36] Bl.

Schlüter, Stefan: Hôi thao tông kêt du án IWRM Nam Ðinh: 17. & 18. Tháng 9, 2009; Tông quan, In: UMSICHT Fraunhofer-Institut für Umwelt-, Sicherheits- und Energietechnik -IUSE-, Oberhausen/Rheinland: IWRM research Vietnam: integrated water resource management (IWRM) Vietnam (Nam Ðinh province); 3rd Workshop "Wastewater Treatment in the Key Industries of Nam Ðinh" / "IWRM Concept for Nam Ðinh City"; [Final Workshop on the IWRM Project NAM DINH]; 17-18 September 2009 / Nam Ðinh. [Oberhausen/Rheinland]: UMSICHT Fraunhofer-Institut für Umwelt-, Sicherheits- und Energietechnik -IUSE-, 2009, 3 S.

Erhardt, Bernd; Fischer, K.; Kasbohm, Jörn; Keuter, Volkmar; Ngân, Lê Dúc; Oanh, Lê Thi Kim; Lài, Lê Thi; Hông, Nguyên Thi; Schlüter, Stefan; Steingrube, W.: Wastewater treatment for Nam Ðinh city: the "NDcitylineiaks"-concept; discussion II (September 2009), In: UMSICHT Fraunhofer-Institut für Umwelt-, Sicherheits- und Energietechnik -IUSE-, Oberhausen/Rheinland: IWRM research Vietnam: integrated water resource management (IWRM) Vietnam (Nam Ðinh province); 3rd Workshop "Wastewater Treatment in the Key Industries of Nam Ðinh" / "IWRM Concept for Nam Ðinh City"; [Final Workshop on the IWRM Project NAM DINH] ; 17-18 September 2009 / Nam Ðinh. [Oberhausen/Rheinland]: UMSICHT Fraunhofer-Institut für Umwelt-, Sicherheits- und Energietechnik -IUSE-, 2009, 22 S.

Krause, Simone; Schlüter, Stefan: Wastewater treatment in Germany: a review of the training course in Oberhausen/Duckwitz/Sonthofen October 2008, In: UMSICHT Fraunhofer-Institut für Umwelt-, Sicherheits- und Energietechnik -IUSE-, Oberhausen/Rheinland: IWRM research Vietnam: integrated water resource management (IWRM) Vietnam (Nam Ðinh province); 3rd Workshop "Waste Water Treatment in the Key Industries of Nam Ðinh" / "IWRM Concept for Nam Ðinh City"; [Final Workshop on the IWRM Project NAM DINH]; 17-18 September 2009 / Nam Ðinh. [Oberhausen/Rheinland]: UMSICHT Fraunhofer-Institut für Umwelt-, Sicherheits- und Energietechnik -IUSE-, 2009, 18 S.

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6 Danksagung

Die Autoren bedanken sich beim Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF) für die finanzielle Unterstützung.



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8 Abbildungsverzeichnis

Abbildung 1: IWRM- Aktivitäten in Vietnam .............................................................................4 Abbildung 2 : Übersicht über Stoffströme des Gießereiprozesses [UBA, 2004] .........................11 Abbildung 3: Lokalisierung der Entnahmestellen, Fließrichtungen der Kanäle für zwei Beispiele innerhalb der Industriezone von Tong Xa ...............................................................................17 Abbildung 4: Übersicht der entnommenen Wasser- und Abklingbeckenschlämme im Gewerbegebiet Tong Xa........................................................................................................18 Abbildung 5: Staubmessungen im Schmelzbereich einer der untersuchten Gießereien .............21 Abbildung 6: Gewässersysteme in Tong Xa ............................................................................24 Abbildung 7: Kanalstruktur Tong Xa mit Messstellen ..............................................................25 Abbildung 8: Leitfähigkeitswerte an den Messstellen der beiden Residential Zones West und East.............................................................................................................................................28 Abbildung 9: Schadstoffanreicherungen Tong Xa ...................................................................29 Abbildung 10: Darstellung der Gewässersituation im Gewerbegebiet Tong Xa anhand des pH-Wertes ..................................................................................................................................30 Abbildung 11: Darstellung der Gewässersituation im Gewerbegebiet Tong Xa anhand der Leitfähigkeit ..........................................................................................................................30 Abbildung 12: Darstellung der Gewässersituation im Gewerbegebiet Tong Xa anhand der Chromkonzentration .............................................................................................................32 Abbildung 13: Darstellung der Gewässersituation im Gewerbegebiet Tong Xa anhand der Mangankonzentration ...........................................................................................................32 Abbildung 14: Darstellung der Gewässersituation im Gewerbegebiet Tong Xa anhand der Eisenkonzentration ................................................................................................................33 Abbildung 15: Darstellung der Gewässersituation im Gewerbegebiet Tong Xa anhand der Nickelkonzentration...............................................................................................................34 Abbildung 16: Darstellung der Gewässersituation im Gewerbegebiet Tong Xa anhand der Kupferkonzentration .............................................................................................................35 Abbildung 17: Darstellung der Gewässersituation im Gewerbegebiet Tong Xa anhand der Zinkkonzentration .................................................................................................................36 Abbildung 18: Darstellung der Gewässersituation im Gewerbegebiet Tong Xa anhand der Cadmiumkonzentration .........................................................................................................36 Abbildung 19: Darstellung der Gewässersituation im Gewerbegebiet Tong Xa anhand der Quecksilberkonzentration ......................................................................................................37 Abbildung 20: Darstellung der Gewässersituation im Gewerbegebiet Tong Xa anhand der Bleikonzentration ..................................................................................................................38



Abbildung 21: Glühofen und Kühlwasserbecken der Gießerei Tien Hung in Tong Xa ...............40 Abbildung 26: Gesamtenergieverbräuche in kWh/t Gutem Guss für zwei ausgesuchte Gießereien in Tong Xa (Hai Yen und Quoc Anh) in Vergleich zu europäischen Unternehmen (skw Metallurgie GmbH, Unterneukirchen, Umweltbericht 2003; Rexroth Guss, Lohr a. M., Umwelterklärung 2005; VAW-IMCO Guss und Recycling GmbH, Grevenbroich, Umwelterklärung 2004; Vald. Birn A/S, Holstebro (DK), Umweltbereicht 2005)........................46 Abbildung 27: Feinstaubkonzentrationen (bis 10 µm) in den 3 Prozessbereichen Schmelze, Formenbau und Werkstückbearbeitung ausgewählter Gießereibetriebe in Tong Xa [ASSMUS, KEUTER, EMMERICH, 2009]...................................................................................................47 Abbildung 28: Gesamtstaubkonzentrationen (bis 22 mm) in den 3 Prozessbereichen Schmelze, Formenbau und Werkstückbearbeitung ausgewählter Gießereibetriebe in Tong Xa .................47 Abbildung 29: Verteilung der analysierten Elemente auf vier Produktionsschritte der betrachteten Gießereien [ASSMUS, KEUTER, EMMERICH, 2009] .............................................49 Abbildung 30: REM-Aufnahme (links) und Elementarverteilung (EDX) (rechts) der Flugasche auf Filter 15 aus dem Schmelzprozess ..........................................................................................50 Abbildung 31: REM-Aufnahme (links) und Elementarverteilung (EDX) (rechts) der Flugasche auf Filter 41 (LF41L12) aus dem Prozess der Nachbearbeitung.......................................................51 Abbildung 32: REM-Aufnahme (links) und Elementarverteilung (EDX) (rechts) Partikel auf Filter 32 (LF32L15) aus dem Prozess Nachbearbeitung.....................................................................52 Abbildung 33: REM-Aufnahme (links) und Elementarverteilung (EDX) (rechts) eines Siliziumpartikels, wie er in allen Prozessbereichen und auf allen Filtern häufig gefunden wurde52 Abbildung 34: TEM-Untersuchung (links) und Spektrum (rechts) eines Metallpartikels aus dem Schmelzbereich der Gießerei Quoc Anh..................................................................................53 Abbildung 35: TEM-Untersuchung (links) und Spektrum (rechts) eines Metallpartikels aus dem Schmelzbereich der Gießerei Quoc Anh..................................................................................53 Abbildung 36: Versuchsanlage auf dem Betriebsgelände der Kläranlage Obere Iller, (a) nach Fertigstellung [iaks] (b) im Betrieb (c) Detail des Förderprinzips (d) isolierter Anaerobreaktor .....75 Abbildung 37: Abbau der Schwermetallkomponenten über der Versuchszeit in der anaeroben Versuchsanlage in Sonthofen.................................................................................................75 Abbildung 38: Schwefel- und Sulfatreduzierung über der Versuchszeit in der anaeroben Versuchsanlage in Sonthofen.................................................................................................76 Abbildung 39: Wärmeverluste für einen 20-Fuß-Container .....................................................77 Abbildung 40: Resultierender Biogasbedarf zur Beheizung in Abhängigkeit von der Dicke der Dämmschicht für einen 20-Fuß-Container ..............................................................................77 Abbildung 41: Behandlung der Schwermetallabwässer in Tong Xa, technischer Maßstab [Grafik: iaks GmbH] ...........................................................................................................................79 Abbildung 42: Abwasseraufbereitung in petrochemischer IZ bei Ho Chi Minh City...................80 Abbildung 43: Eingabeseite des Softwaretools zum Standortmanagement ..............................81



Abbildung 44: Ausgabeseite des Softwaretools zum Standortmanagement.............................82 Abbildung 45: Transfer des Softwaretools zum Standortmanagement in ein GIS basiertes Planungstool der Fa. Moskito.................................................................................................83 Abbildung 46: Verfahrensauswahl über spezifischen Fragenkatalog ........................................86 Abbildung 47: Provinzverwaltung und Stadtbezirke Nam Dinhs. [Nguyen Thi H., 2009]............88 Abbildung 48: . Generalisierte Darstellung der dezentralen Abwasserbehandlungsanlagen und der zentralen Schlammbehandlung (Grafik: iaks GmbH)..........................................................89 Abbildung 49: . Generalisiertes Fließschema für die vorgeschlagene Abwasserkonzept für Nam Dinh City (Grafik: iaks Gmbh).................................................................................................91 Abbildung 50: . Mögliche zusätzliche Nutzung der Reinigungsanlagen für Nam Dinh-Stadt/ Vietnam (Grafik: iaks GmbH)..................................................................................................91 Abbildung 51: Veranstaltungsorte der Schulung in Deutschland..............................................94 Abbildung 52: Schulung in den Räumlichkeiten von Fraunhofer UMSICHT...............................95 Abbildung 53: linke Seite: Kanalmonitoring (Wirtschaftsbetriebe Oberhausen), rechte Seite: Müllverwertungszentrum Asdonkshof....................................................................................96

9 Tabellenverzeichnis

Tabelle 1: Strukturdaten zur vietnamesischen Wasserwirtschaft [Rudolph 2005] ........................9 Tabelle 2: Ministerien und ihre Aufgaben / Funktionen im Bereich des Wassermanagements....14 Tabelle 3: Messwerte für ausgewählte Messstellen in Tong Xa ................................................27 Tabelle 4: Ermittelte Kenndaten von 13 Gießereien im Gewerbegebiet von Tong Xa................39 Tabelle 5: Schwermetallkonzentrationen in den Kühlbeckensedimenten der untersuchten Gießereien ............................................................................................................................55 Tabelle 6: Schwermetallkonzentrationen in den Formsandresten der untersuchten Gießereien .55 Tabelle 7: Verfahrensauswahl für ländliche Strukturen am Beispiel von Tong Xa ......................85

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