AT518390A4 - Mehrstufiges Verfahren zur Aufbereitung von verunreinigten Reinigungslösungen und zur Trocknung der Rückstände - Google Patents

Abstract

Verfahren zur Aufbereitung von mit Farben, Lacken und ähnlichen Produkten verunreinigten Reinigungslösungen, wie sie bei der Herstellung der derselben und in Druckund Lackierprozessen auftreten, wobei die verunreinigte Lösung in einem mehrstufigen Verfahren, bestehend aus Sedimentation, Ultrafiltration und Sprühtrocknung, derart aufbereitet wird, dass die gewonnene Lösung, gegebenenfalls nach Zwischenspeicherung, wieder für den ursprünglichen Zweck verwendet werden kann. Im ersten Verfahrensschritt werden durch Sedimentation Verunreinigungen abgetrennt, deren Dichte größer oder kleiner als die der Reinigungslösung ist. Im zweiten Verfahrensschritt werden die verbleibenden Verunreinigungen durch Ultrafiltration abgetrennt. Im dritten Verfahrensschritt wird der flüssige Rückstand der Ultrafiltration durch Sprühtrocknung in einen festen Zustand übergeführt. Die Schadstoffe werden mit Hilfe der enthaltenen Bindemittel im Feststoff eingebunden, gleichzeitig wird durch geeignete Wahl der Prozesstemperatur eine Verdampfung von organischen Lösungsmitteln so gering wie möglich gehalten. Bei diesem Verfahren wird eine Rückgewinnungsrate an Reinigungslösungen von 95 - 98% und ein Feststoffgehalt des Rückstandes von mehr als 95% erreicht.

Description

Beschreibung

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Aufbereitung von mit Farben, Lacken und ähnlichen Produkten verunreinigten Reinigungslösungen, wie sie bei der Herstellung der derselben und in Druck- und Lackierprozessen auftreten, wobei die verunreinigte Lösung in einem mehrstufigen Verfahren, bestehend aus einer Sedimentation, Ultrafiltration und Sprühtrocknung, derart aufbereitet wird, dass die gewonnene Lösung wieder für den ursprünglichen Zweck verwendet werden kann und gleichzeitig ein Minimum an entsorgungspflichtigem Abfall anfällt.

Bei der bei der Herstellung von Farben und Lacken und in Druck- und Lackierprozessen fallen große Mengen an mit Pigmenten, Füllstoffen, Hartem, Bindemitteln usw. verunreinigten Reinigungslösungen an die, wenn sie nicht wiederaufbereitet werden, entsorgt werden müssen, da sie div. organische und anorganische Schadstoffe in hohen Konzentrationen enthalten können.

Stand der Technik bei der Aufbereitung derartig verunreinigter Lösungen sind Verfahren die durch Zugabe von Hilfsstoffen, die die mechanische Abtrennung der Verunreinigungen ermöglichen. Nachteilig bei diesem Verfahren ist, dass das gewonnene Filtrat nicht direkt wieder für den ursprünglichen Zweck eingesetzt werden kann, sondern weitere Aufbereitungsschritte erforderlich sind, um den Anforderungen an die Reinigungslösung zu genügen.

Bekannt wurde ein Verfahren zur Aufbereitung von Wischlauge von Intaglio-Druckmaschinen (EP 2 363 290 Al), welches durch die Zugabe eines Flockungsmittels die Abtrennung eines Teils der Verunreinigungen mittels einer Zentrifuge ermöglich. Nach Zugabe eines Filterhilfsmittels werden die verbleibenden Verunreinigungen in einer Filtereinheit/ beispielsweise einer Kammerfilterpresse, abgetrennt. Das Filtrat wird gesammelt und für die Herstellung neuer Reinigungslösung verwendet, wobei eine erneute Zugabe der reinigenden Chemikalien erforderlich ist.

Nachteilig bei diesem Verfahren ist der hohe Verbrauch an Reinigungschemikalien, Flockungsmitteln und Filterhilfsmitteln. Die Flockungsmittel und Filterhilfsmittel werden nur für den Recyclingprozess benötigt und ihre Rückstände im Filtrat haben im besten Fall keinen Einfluss auf die Verwendung der wiederaufbereiteten Reinigungslösung in den nachgeschalteten Prozessen, im schlechteren Fall aber einen negativen Einfluss auf die Reinigungswirkung oder die nachgeschalteten Prozesse und Maschinen. Um die Konzentrationen der störenden Rückstände gering zu halten, muss in periodischen Abständen der komplette Inhalt der Anlage getauscht werden und somit sinkt die Gesamtwiederaufbereitungsrate deutlich ab.

Ein ähnliches Verfahren wird in Patent EP 1 092 684 Bl beschrieben, bei dem der gebrauchten Reinigungslösung nacheinander zwei verschiedene Flockungsmittel und ein Filterhilfsmittel zugesetzt werden. Die Verunreinigungen werden dann in einem Filter vom

Filtrat getrennt. Im Gegensatz zum Verfahren nach EP 2 363 290 Al wird das Filtrat jedoch nicht direkt zur Herstellung neuer Reinigungslösung verwendet. Stattdessen wird das Filtrat destilliert und nur das gewonnene destillierte Wasser zum Anmischen der frischen Reinigungslösung verwendet. Somit werden die oben genannten Risiken einer Beeinflussung der Qualität der Reinigungslösung und der nachfolgenden Prozesse vermieden. Nachteilig ist jedoch der hohe Energiebedarf für das Verdampfen des Filtrates und das der Verbrauch an Frischchemikalien höher ist als bei Verfahren nach EP 2 363 290 Al.

Weiters sind Verfahren bekannt, bei denen die Verunreinigungen durch Ultrafiltration mit entsprechend feiner Trenngrenze entfernt werden und somit alle störenden Bestandteile abgetrennt werden. Hierbei kann das gewonnene Filtrat direkt wieder für den ursprünglichen Zweck eingesetzt werden. Der Rückstand (Konzentrat) aus dem Prozess enthält sehr große Anteile an Reinigungslösung weshalb typischerweise ein oder mehrere weitere Verfahrensschritte zur Reduktion des Wassergehaltes im Rückstand und/oder zur Erhöhung der Rückgewinnungsrate nachgeschaltet werden.

In EP 0 636 401 Bl wird beschrieben, dass die verunreinigte Lösung nach eine Grobfilterung in einen Arbeitsbehälter geleitet wird, welcher als Reservoir für eine Ultrafiltrationsanlage dient. Mit Hilfe einer Ultrafiltrationsmembrane, deren Werkstoff im Patent nicht angegeben wird, wird die verunreinigte Lösung getrennt. Das Permeat wird wieder in den Vorratsbehälter für den Druckprozess geleitet, während das Retentat solange in den Arbeitsbehälter zurückgeleitet wird, bis eine vorgegebene Betriebszeit abgelaufen ist. Während dieser Betriebszeit wird der Feststoffgehalt der Mischung aus neu hinzugekommener Lösung und Retentat immer höher. Dann wird der Rückstand aus der Ultrafiltration aus dem Arbeitsbehälter abgepumpt und in einem weiteren Behälter mit Spaltmitteln auf Bentonit-Basis und Oxidationsmitteln behandelt, um eine Trennung von Feststoff und Flüssigkeit durch Sedimentation zu erreichen. Die Klarphase und das Sediment werden nach der vorgegeben Sedimentationszeit in getrennte Filtersäcke geleitet, das Filtrat wird wieder in den Arbeitsbehälter der Ultrafiltration geleitet während der Rückstand mit den Filtersäcken entsorgt wird. Angaben zur Rückgewinnungsrate der Reinigungsflüssigkeit und dem Anteil an Reinigungsflüssigkeit im Abfallstrom werden hier nicht gemacht. Bei diesem Verfahren besteht wie beim Verfahren nach EP 2 363 290 Al das Risiko, dass Rückstände der Spalt- und Oxidationsmittel in den Reinigungsflüssigkeitskreislauf gelangen und die nachgeschalteten Prozesse stören. Darüber hinaus werden Feinstpartikel, welche von den Filtersäcken nicht zurückgehalten werden können, wieder zurück in den Aufbereitungsprozess geleitet, wo sie sich akkumulieren und mit der Zeit die Filtrationsleistung der Ultrafiltrationsanlage mindern. Deshalb muss in kurzen periodischen Abständen der komplette Inhalt der Anlage getauscht werden muss und somit die Gesamtwiederaufbereitungsrate deutlich absinkt.

Ebenfalls auf dem Verfahren der Ultrafiltration basiert das Verfahren nach AT 503 353 Bl. Hier wird jedoch das Ultrafiltrationsverfahren um eine Vorsedimentation und eine Lagerbehälter für verbrauchte Reinigungslösung ergänzt. In der Vorsedimentation werden schwere Bestandteile aus der Reinigungslösung abgetrennt, wodurch weniger Verschmutzungen in die Ultrafiltrationsanlage gelangen. Wie im zuvor beschriebenen Verfahren wird dann die Reinigungslösung mittels Ultrafiltration mittels einer Membran aus Aluminiumoxid oder Kohlenstoff mit einer Filterschicht aus Zirkoniumoxid oder Titanoxid von den unerwünschten Bestandteilen getrennt, wobei das Permeat wieder direkt dem Verbraucher zugeführt wird, während das Retentat wieder in den Arbeitsbehälter der

Ultrafiltrationsanlage geleitet wird. In periodischen Abständen wird der Arbeitsbehälter in einen weiteren Sedimentationstank entleert. Dort wird der Rückstand mit dem Sediment der Vorsedimentation gemischt und danach mit einer Zentrifuge behandelt um einen weitgehend von Reinigungsflüssigkeit freien Rückstand zu erhalten. Nachteilig hierbei ist, dass die Klarphase der Zentrifugation noch unerwünschte Bestandteile der Verunreinigungen enthält. Da die Klarphase beschreibungsgemäß über den Vorsedimentationstank wieder dem Prozess zugeführt wird, konzentrieren sich diese Bestandteile innerhalb der Aufbereitungsanlage auf, wodurch ebenso wie im Verfahren nach EP 0 636 401 Bl die Filtrationsleistung mit der Zeit absinkt.

Deshalb muss in kurzen periodischen Abständen der komplette Inhalt der Anlage getauscht werden und somit sinkt die Gesamtwiederaufbereitungsrate deutlich ab.

Ein weiterer Nachteil des Verfahrens nach AT 503 353 Bl ist das Fehlen eines Lagerbehälters für die rückgewonnene Reinigungslösung, wodurch schwankende Produktions- oder Verbrauchsmengen nur über die Drosselung der Produktion der Ultrafiltrationsanlage ausgeglichen werden können. In jenen Zeiten, in denen die Ultrafiltrationsanlage zum Abpumpen des Rückstandes und zur Reinigung der Membranen stillsteht, kann der Verbraucher nicht mit Reinigungslösung aus der Wiederaufbereitungsanlage versorgt werden.

In AT 408 544 B wird ebenfalls ein Verfahren beschrieben, welches die Ultrafiltration zur Wiederaufbereitung von Reinigungslösung benutzt. Hier wird die verbrauchte Reinigungslösung aus einem Lagerbehälter entnommen und der Ultrafiltration zugeführt, das Filtrat wird mittels einer Membran aus Aluminiumoxid auf einem Zirkoniumoxidträger oder einer Membran aus Zirkonium-Titanoxid auf einem Karbonträger abgetrennt und in einen Lagerbehälter für rückgewonnene Reinigungslösung geleitet. Der Rückstand aus der Ultrafiltration wird unter Zugabe von Entschäumungschemikalien mittels Vakuumdestillation weiter behandelt, dabei wird ein Feststoffgehalt von 50 - 70 ml erreicht, was bedeutet das der Abfall noch etwa 30 - 50 m% Reinigungsflüssigkeit enthält. Der kondensierte Dampf aus der Destillation wird wieder in den Lagerbehälter für rückgewonnene Reinigungslösung geleitet. Alternativ wird im selben Patent eine Ergänzung um einen Granulierungsschritt beschrieben, wodurch ein weitgehend wasserfreies Granulat anfällt. Genauere Angaben zum Gehalt an Reinigungsflüssigkeit des Granulates sind nicht enthalten. Nachteilig bei diesem Verfahren ist der hohe Energieaufwand, welcher durch die Vakuumdestillation und die Granulierung bedingt ist, und der Bedarf an Chemikalien für die Vakuumdestillation, von welchen Rückstände in die Reinigungsflüssigkeit gelangen können und die Verwendbarkeit der rückgewonnene Reinigungslösung beeinflussen können.

Gegenüber den bekannten Verfahren ermöglicht es das erfundene Verfahren, einerseits die zurückgewonnene Reinigungsflüssigkeit ohne weitere Aufbereitung oder Zugabe von Chemikalien wieder für den ursprünglichen Zweck zu verwenden und andererseits den flüssigen Rückstand der Filtration als pastösen Feststoff mit einem Trockensubstanzgehalt von mehr als 60% zu gewinnen, sodass keine weitere energieintensive, thermische Aufbereitung erforderlich ist. Da bei dem erfundenen Verfahren keine Chemikalien für die Wiederaufbereitung zugegeben werden, ist die Verwendung der wiederaufbereiteten Reinigungslösung uneingeschränkt möglich (Fig. 1).

Hierzu wird die mit Farben, Lacken usw. beladene Reinigungsflüssigkeit in einen Sedimentationstank geleitet, in welchem sich Bestandteile mit einer höheren Dichte im Vergleich zur Reinigungsflüssigkeit am Boden absetzen, während sich Bestandteile mit geringerer Dichte an der Oberfläche sammeln. Beide Fraktionen können periodisch oder kontinuierlich aus dem Behälter abgezogen werden, während die mittlere Fraktion über einen Abscheider für Magnetische Partikel in einen, mit einem Rührwerk ausgerüsteten, Homogenisierbehälter übergeführt und dort gelagert wird. Da viele moderne Farben aus dem Bereich des Sicherheitsdruckes magnetische Partikel enthalten, kann hier ein weiterer, in Bezug auf den Aufbau der störenden Verschmutzungsschicht auf der Membranoberfläche, besonders kritischer Teil der Verunreinigungen entfernt werden und die Ultrafiltrationsanlage wird somit entlastet. Im Homogenisierbehälter werden unterschiedlich stark verschmutzte Reinigungslösungen vermischt, wodurch die Ultrafiltrationsanlage gleichmäßig belastet wird und somit höhere Rückgewinnungsraten erzielt werden können. Gleichzeitig können Schwankungen im Anfall der verschmutzten Reinigungslösung ausgeglichen werden und somit kann die Ultrafiltrationsanlage ohne Unterbrechung mit den idealen Prozessparamtern betrieben werden, was ebenfalls höhere Rückgewinnungsraten bewirkt. Die Reinigungslösung wird danach einer Querstrom-Ultrafiltrationsanlage zugeführt, um die verbliebenen unerwünschten Bestandteile abzutrennen. In der Ultrafiltrationsanlage werden keramische Membranen verwendet um alle

Bestandteile mit einer größeren (Molekül)große von der Reinigungsflüssigkeit zu trennen. Das Filtrat kann dementsprechend sofort wieder für den ursprünglichen Zweck eingesetzt werden, wobei bereits in diesem Schritt eine Rückgewinnungsrate von 95 - 98% erreicht werden kann. Zur periodischen Spülung bzw. Reinigung der Ultrafiltrationsanlage wird frisch abgemischte Reinigungsflüssigkeit verwendet.

Der Rückstand aus der Ultrafiltration wird in einen Sammelbehälter übergeführt und dort mit der Leicht- und Schwerfraktion aus der Sedimentation vermischt. Die Flüssigkeit aus diesem Sammelbehälter wird danach in einem Sprühtrockner fein zerstäubt und durch Kontakt mit Heißluft getrocknet, dabei verdampft der Wasseranteil der Reinigungsflüssigkeit und ein Feststoff mit einem Feststoffgehalt von mehr als 95 m%, typischerweise 98 m%, bleibt zurück und wird in einem Staubabscheider, beispielsweise ein Zyklon oder Filter, vom Luftstrom getrennt (Fig. 2). Die Trocknung findet dabei bei Temperaturen zwischen 90 und 250 °C statt, bevorzugt bei 110°C um eine Verdampfung von organischen Lösungsmitteln so gering wie möglich zu halten. Die Temperatur ist ausreichend hoch gewählt, damit die in den Rückständen enthaltenen Bindemittel aushärten und die Schadstoffe im Granulat eingebunden werden. Die Energie für die Erwärmung der Trocknungsluft wird elektrisch oder in Form von Brenngas bereitgestellt.

Die Korngröße des Granulats kann über die Tropfengröße bei der Zerstäubung und die Prozessparameter beeinflusst werden, sodass eine für eine weitere

Verwendung des Granulates gewünschte Korngröße eingestellt werden kann.

Die Abluft aus der Sprühtrocknung wird durch einen Aktivkohlefilter geleitet um eventuell enthaltene Dämpfe von organischen Lösungsmitteln zurückzuhalten. Das Granulat aus dem Staubabscheider wird gesammelt und kann in Container, BigBags oder direkt in Silo-LKW abgefüllt und entsorgt werden. Im Vergleich zu den anderen bekannten Verfahren fällt beim erfundenen Verfahren die geringstmögliche Masse an Abfall an, da der Reststoff nur Spuren von Reinigungslösung enthält und auch keine Flockungs-, Fällungs- oder Filterhilfsmittel enthält.

Durch das erfundene Verfahren können bis zu 98% der verbrauchten Reinigungslösung wieder zurück gewonnen werden. Gleichzeitig wird die chemische Zusammensetzung der Reinigungslösung nicht durch Flockungs- oder Fällungsmittel verändert, wodurch es zu keiner Beeinflussung der Qualität der Reinigungslösung kommt. Da alle Verunreinigungen mit dem Konzentrat ausgeschleust werden, und nicht wie in den Verfahren nach AT 503 353 Bl oder EP 2 363 290 Al teilweise mit den Flüssigphasen der nachgeschalteten Prozessschritte zurück in die Anlage geleitet werden, werden keine unerwünschten Stoffe im System angereichert. Ein periodisches Entleeren der kompletten Anlagenfüllung, wie es bei den zuvor genannten Verfahren beispielsweise in jährlichen Intervallen notwendig ist, entfällt daher. Zusätzliche können durch den Einsatz der

Sprühtrocknung für die Konzentratbehandlung Feststoffgehalte im Konzentrat erreicht werden, die jene in den Rückständen aus Zentrifugen oder Vakuumverdampfern deutlich übertreffen und die zu entsorgende Abfallmenge so auf die Schmutzfracht der Reinigungslösung reduziert werden.

Claims (8)

1. Patentansprüche

   1. Verfahren zur Aufbereitung von mit Farben, Lacken und ähnlichen Produkten verunreinigten Reinigungslösungen, wie sie bei der Herstellung der derselben und in Druck- und Lackierprozessen auftreten, wobei die verunreinigte Lösung in einem mehrstufigen Verfahren, bestehend aus Sedimentation, Ultrafiltration mit keramischen Membranen und Sprühtrocknung, derart aufbereitet wird, dass die gewonnene Lösung, gegebenenfalls nach Zwischenspeicherung, wieder für den ursprünglichen Zweck verwendet werden kann, wobei eine Rückgewinnungsrate an Reinigungslösungen von 95 - 98% und ein Feststoffgehalt des Rückstandes mehr als 95% erreicht wird.
2. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass bei der Sprühtrocknung Temperaturen zwischen 90 und 250 °C, vorzugsweise 110 °C verwendet werden.
3. 3. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Rückstand in fester Form mittels eines Fliehkraftabscheiders oder eines filternden Abscheiders aus dem Abluftstrom abgetrennt wird und als Pulver oder Granulat vorliegt.
4. 4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die enthaltenen Schadstoffe mit Hilfe der in den Rückständen enthaltenen Bindemittel in das Pulver oder Granulat eingebunden werden.
5. 5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Korngröße des Granulates über die Tropfengröße bei der Zerstäubung und die Prozessparameter je nach Weiterverwendung angepasst werden kann.
6. 6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass während der Trocknung evaporierte Lösungsmittel mittels eines Aktivkohlefilters aus dem Abluftstrom abgetrennt werden.
7. 7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Behandlung der Reinigungslösung ohne Zugabe von Fremdchemikalien erfolgt.
8. 8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass keine Rückstände aus nachgeschalteten Prozessschritten zurück in die Ultrafiltrationsanlagen gelangen und sich so innerhalb des Aufbereitungssystems akkumulieren können.