Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Aufbereiten von Filtern, die Schadstoffe, insbesondere in Form von Schwermetallen, enthalten, gemäss Oberbegriff der Patentansprüche 1 und 7.
In zahlreichen Gebieten der Technik werden Filter eingesetzt, um aus Gasen oder Flüssigkeiten Schabstoffe abzufiltrieren.
Eine grosse Gruppe dieser Filter stellen mechanische Filter dar, die der Luft- und Gasreinigung dienen. Sie werden insbesondere in Form kompakter Filterkassetten verwendet und können - je nach Grösse der abzuscheidenden Staubpartikel - Wirkungsgrade von über 99% erreichen, wobei selbst Staubpartikel von weniger als 0,5 mu m mittleren Durchmesser abfiltriert werden.
Typische Filter der gattungsgemässen Art bestehen aus einem Stahlblech-Gehäuse, in dem der Filter konfektioniert ist, der zum Beispiel aus einer mäanderförmig gelegten Aluminiumfolie und einem dazwischen angeordneten Glasvlies bestehen kann, dessen mikrokristalliner Aufbau auch feinste Staubpartikel abscheidet.
Die Filter werden von Zeit zu Zeit mechanisch abgeklopft, und lose anhaftende Feststoffteilchen werden in einem Behälter aufgefangen. Trotz dieser Zwischenreinigung setzt sich der Filter im Laufe der Zeit zu und muss dann gegen einen neuen Filter ausgetauscht werden.
Ein Problem bereitet die Entsorgung des benutzten und mit Schadstoffen hoch belasteten Filters, insbesondere, wenn schwierig zu entsorgende Stoffe wie Schwermetalle im Filtergewebe und an den Oberflächen des Filters haften.
Bisher hat man zum Beispiel bleibelastete Filter an die einschlägige Hüttenindustrie gegeben, die den gesamten Filter im Ofen aufschmolz. Eine derartige Entsorgung ist jedoch nicht vertretbar, weil die Filter - wie ausgeführt - nicht unerhebliche Mengen zum Beispiel an Aluminium enthalten, das einen unerwünschten metallurgischen Einfluss bei der Verhüttung ausübt.
Grundsätzlich wäre eine mechanische Trennung der einzelnen Bestandteile des Filters denkbar. Aufgrund der hohen Staubbelastung der lose anhaftenden Feinstteilchen, die zuvor gerade abfiltriert wurden, lässt sich ein derartiges Aufbereitungsverfahren aber nicht realisieren, selbst wenn wiederum entsprechende Absaugvorrichtungen vorhanden wären.
Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, eine Möglichkeit aufzuzeigen, wie schadstoffbelastete Filter der genannten Art leicht und sicher aufbereitet werden können, wobei angestrebt ist, eine möglichst hohe Reststoffverwertung zu erreichen.
Der Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, dass sich dieses Ziel auf überraschend einfache Weise dadurch realisieren lässt, dass die Schadstoffe unter Wasserzugabe in wasserunlösliche und ungiftige Verbindungen überführt werden, die dann nicht mehr schädlich sind und im übrigen leicht separiert werden können.
Die Erfindung betrifft in ihrer allgemeinsten Form ein Verfahren zum Aufbereiten von Filtern mit den Merkmalen von Anspruch 1.
Das Befeuchten des Filters beziehungsweise seiner Bestandteile erfolgt am einfachsten durch Eintauchen in Wasser. Das Wasser dringt dabei in die Hohlräume des Filters und damit zum Beispiel auch in die besonders belasteten Filtertücher ein, so dass die Schadstoffe nicht mehr in trockener Staubform, sondern nass vorliegen. Durch die gleichzeitige Zugabe eines Fällungsmittels, das je nach Art und Menge der vorhandenen Schadstoffe ausgewählt wird, gelingt es dabei gleichzeitig, die Schadstoffe in wasserunlösliche und weitestgehend ungiftige Verbindungen zu überführen, womit ein wesentlicher Teil der gestellten Aufgabe bereits an dieser Stelle erfüllt ist.
Auf diese Weise lässt sich zum Beispiel der Filterstaub in eine ungefährliche Form überführen, die unbedenklich auch ohne Schutzmassnahmen weiterbehandelt werden kann.
Überraschenderweise hat sich gezeigt, dass allein das Befeuchten der Schadstoffpartikel in einer mit einem Fällungsreagenz versetzten Flüssigkeit ausreicht, wesentliche Mengen der vorhandenen Schadstoffe unmittelbar auszufällen, und zwar insbesondere die Teilchen, die oberflächlich an den Filterwänden oder im Vlies anheften.
Um einerseits die Mischbarkeit der festen Bestandteile im Wasser zu erhöhen und andererseits die Fällungsreaktion zu beschleunigen, schlägt eine vorteilhafte Ausführungsform der Erfindung vor, eine Flüssigkeit zu verwenden, die mit einem oberflächenaktiven Zusatzmittel vermischt ist. Zusatzmittel, wie Tenside, erniedrigen die Oberflächenspannung des Wassers und verbessern damit das Sedimentationsverhalten vorhandener Feststoffteilchen.
Um die gefällten Reaktionsprodukte leichter aus dem Filter herauszuführen, wird weiter vorgeschlagen, den Filter im Wasser mechanisch zu beaufschlagen. Dies kann auf unterschiedlichste Art und Weise erfolgen. Der Filter kann zum Beispiel auf einer Wippe oder einem Rüttler angeordnet sein. Dabei ist es besonders vorteilhaft, wenn die Auflagefläche für den Filter gitter- oder rostartig gestaltet ist, so dass austretende Fällungsprodukte oder sonstige Feststoffteilchen sofort nach unten absinken können.
Ebenso ist es aber auch möglich, den Filter mittels einer separaten Einrichtung zum Beispiel zu stossen oder zu drehen, um auf diese Weise die Feststoffteilchen von den Oberflächen des Filters leichter zu lösen.
Das erfindungsgemässe Verfahren ermöglicht nicht nur die Überführung der an sich giftigen Schadstoffe, wie Schwermetalle, in wasserunlösliche und ungiftige Modifikationen, vielmehr besteht ein weiterer Vorteil des Verfahrens darin, dass die ausgefällten Stoffe unmittelbar absinken und so leicht abgezogen werden können.
Dabei bietet es sich an, die Fällungsprodukte durch eine entsprechende Ausbildung der Behandlungsvorrichtung zu sammeln. Im Zusammenhang mit der erfindungsgemässen Vorrichtung wird diese Ausführungsform noch näher beschrieben.
Das Verfahren lässt sich auf Schadstoffe unterschiedlichster Art anwenden. In besonderem Masse ist es für die Entsorgung schwermetallhaltiger Filter geeignet. Beispielhaft können genannt werden: Blei, Cadmium, Nickel oder dergleichen.
Ebenso lässt sich das Verfahren aber auch zur Aufbereitung von Filtern anwenden, die andere Schadstoffe enthalten. So sind zum Beispiel Filter denkbar, die im Abluftweg einer Pflanzenschutzmittel-Produktion angeordnet waren. Auch diese Schadstoffe sind zum Grossteil giftig und können nicht ohne weiteres trocken-mechanisch entfernt werden. Auch hier lässt sich das erfindungsgemässe Verfahren analog anwenden, wobei in diesem Fall zum Beispiel Fällungsmittel zugegeben werden, die zusammen mit den Schadstoffen organische Komplexverbindungen bilden.
Das Verfahren lässt sich sowohl kontinuierlich als auch diskontinuierlich ausüben.
Aufgrund der genannten Fällungsreaktionen und der Möglichkeit, die Fällungsprodukte abzuziehen, weist die verbleibende Flüssigkeit allenfalls noch einen geringen Feststoffgehalt, jetzt jedoch in unbedenklicher mineralogischer Form auf. Dieser kann ohne weiteres über einen zusätzlichen mechanischen Filter abgetrennt werden, so dass die Flüssigkeit danach wieder zurückgeführt werden kann, um zur Aufbereitung eines weiteren Filters verwendet zu werden. Die Rückführung der Behandlungsflüssigkeit ist deshalb von Vorteil, weil zum Beispiel verwendete oberflächenaktive Substanzen nicht verbraucht werden und sich so mit der Flüssigkeit zurückführen lassen. Auch nicht verbrauchte Fällungsreagenzien können genutzt werden, wenn zum Beispiel in ein und derselben Flüssigkeit mehrere Filter gleichzeitig oder nacheinander gereinigt werden.
Das beschriebene Verfahren lässt sich mit der Vorrichtung ausüben wie sie im Patentanspruch 8 beschrieben ist.
Dabei kann die Vorrichtung aus einem Behälter mit einer Entnahmeeinrichtung für den sedimentierten Fällungsschlamm bestehen.
Bevorzugt ist eine Vorrichtung, die mit einer weiteren Einrichtung zur Aufnahme eines oder mehrerer Filter ausgebildet ist. Diese weitere Einrichtung kann gleichzeitig dazu genutzt werden, den oder die Filter in der Flüssigkeit mechanisch zu beaufschlagen, zum Beispiel zu heben, zu schwenken oder zu drehen. Im Zusammenhang mit der Beschreibung des erfindungsgemässen Verfahrens wurden die sich daraus ergebenden Vorteile bereits beschrieben.
Ein Zwischenboden der Vorrichtung ist vorzugsweise als Schrägfläche, in einer besonders vorteilhaften Ausführungsform trichterförmig gestaltet, um auf diese Weise die ausfallenden Reaktionsprodukte direkt in eine bodenseitig angeschlossene Aufnahme zu führen, die zum Beispiel aus einem Behälter bestehen kann, der nach einem bestimmten Füllungsgrad abschliessbar und abtrennbar ist. Dieser Behälter enthält dann quasi ausschliesslich das gebildete Reaktionsprodukt, zum Beispiel Bleisulfid, und kann ohne weiteres einer hüttenmässigen Verwendung direkt zugeführt werden. Auch eine kontinuierliche Absaugung ist möglich.
Die Vorteile des beschriebenen Verfahrens beziehungsweise der entsprechenden Vorrichtung sind offensichtlich. Auf besonders einfache und rationelle Art und Weise können die an sich trockenen, staubförmigen und hochgiftigen Schadstoffe in wässrigem Medium in unschädliche, wasserunlösliche Verbindungen überführt werden. Diese lassen sich dann aus dem Filter entfernen und getrennt entsorgen, so dass anschliessend der verbleibende Filter praktisch schadstoffrei ist und in seine Bestandteile zerlegt und entsorgt werden kann.
So kann zum Beispiel der typischerweise vorhandene Stahlblechrahmen direkt in die Altmetallverwertung gehen. Die bereits genannten Aluminiumfolien können in der Aluminiumhüttenindustrie wiederverwendet werden. Dies gilt auch für andere Aluminiumteile des Filters.
Häufig enthält der Filter auch Kunststoffteile, die ebenfalls mechanisch abgetrennt und zum Beispiel im Rahmen eines bekannten Kunststoff-Recycling-Verfahrens neu genutzt werden können.
Auch der Filtervlies, zum Beispiel der genannte Glasfaservlies, lässt sich ohne weiteres wiederverwerten. Dabei stört es überhaupt nicht, dass der Vlies möglicherweise noch einen bestimmten Anteil an Feststoffteilchen enthält da diese aufgrund des erfindungsgemässen Verfahrens in umweltverträglicher Form vorliegen und ohne weiteres mit dem Vlies gehandhabt werden können. Einer Verwendung, zum Beispiel in einem hüttenmännischen Prozess, steht nichts im Wege, weil die Aluminiumteile zuvor mechanisch abgetrennt wurden. Gleiches gilt für den vorstehend genannten weiteren Filter.
Weitere Merkmale der Erfindung ergeben sich aus den Merkmalen der abhängigen Ansprüche.
Die Erfindung wird nachstehend anhand eines Ausführungsbeispieles näher erläutert.
Dabei zeigt die einzige Figur in einer stark schematisierten Darstellung eine erfindungsgemässe Vorrichtung zur Aufbereitung von bleihaltigen Filtern, wie sie zum Beispiel in der Batterie-Produktion anfallen.
Die Vorrichtung besteht aus einem Behälter 10, der oben offen ist und der einen trichterförmigen Zwischenboden 12 aufweist. Oberhalb des Zwischenbodens 12 ist der Behälter 10 mit Wasser 14 gefüllt. In das Wasser ragt ein Gestänge 16 eines Getriebemotors 18, wobei das Gestänge 16 einen Rost 20 aufnimmt, der im Wasser 14 und auf dem ein bleihaltiger Filter 22 liegt. Mit Hilfe des Getriebemotors 18 wird der Filter 22 mit dem Rost 20 im Wasser auf- und abbewegt.
Das Wasser enthält etwa 2 Gew.-% eines organischen Tensides (Benzolalkylsulfonat) sowie als Fällungsmittel ein Thio-Komponentengemisch.
Unmittelbar nach Einbringen des Filters 22 in die Flüssigkeit 14 werden der Filter 22 beziehungsweise seine Bestandteile durchnässt. Gleichzeitig kommt es zur Reaktion zwischen den als Bleioxid vorliegenden Schadstoff-Partikeln im Filter mit dem schwefelhaltigen Fällungsmittel, wobei spontan Bleisulfid entsteht, das wasserunlöslich ist und ausfällt.
Aufgrund der mechanischen Beanspruchung des Filters 22 über das Gestänge 16 wird das Herausfallen der gebildeten Fällungsprodukte durch den Rost 20 nach unten begünstigt. Das Fällungsprodukt rutscht entlang des trichterförmigen Zwischenbodens 12 in einen, sich an der tiefsten Stelle des Trichters anschliessenden Behälter 24, der oberseitig mit Hilfe eines Ventils 26 gegenüber dem oberen Teil des Behälters 10 abgedichtet werden kann und abnehmbar ist.
Ist der Behälter 24 gefüllt, wird das Ventil 26 geschlossen. Der Behälter 24 wird abgenommen und einer Entsorgung zugeführt. Durch \ffnen des Ventils 26 kann anschliessend das darüber befindliche Wasser nach unten ausströmen, wobei es einen über den Querschnitt des Behälters 10 angeordneten Filter 28 durchläuft, um etwaig noch vorhandene Feststoffteilchen abzuscheiden. Das gereinigte Wasser wird unterhalb des Filters 28 in einem Absetzbecken 30 des Behälters 10 aufgefangen und kann über den schematisch dargestellten Überlauf 32 bei Bedarf wieder oben in den Behälter 10 zurückgeführt werden.
Es ist selbstverständlich, dass sich die Vorrichtung im einzelnen vielfältig modifizieren lässt, ohne den erfindungsgemässen Grundgedanken zu verlassen.
The invention relates to a method and a device for processing filters which contain pollutants, in particular in the form of heavy metals, according to the preamble of claims 1 and 7.
Filters are used in numerous fields of technology to filter off waste materials from gases or liquids.
A large group of these filters are mechanical filters that are used for air and gas cleaning. They are used in particular in the form of compact filter cassettes and - depending on the size of the dust particles to be separated - can achieve efficiencies of over 99%, even dust particles with an average diameter of less than 0.5 μm are filtered off.
Typical filters of the generic type consist of a sheet steel housing in which the filter is assembled, which can consist, for example, of a meandering aluminum foil and a glass fleece arranged in between, the microcrystalline structure of which separates even the finest dust particles.
From time to time, the filters are mechanically tapped and loosely adhering solid particles are collected in a container. Despite this intermediate cleaning, the filter becomes clogged over time and must then be replaced with a new filter.
Disposing of the used filter, which is highly contaminated, poses a problem, especially when difficult-to-dispose substances such as heavy metals adhere to the filter fabric and to the surfaces of the filter.
So far, for example, lead-loaded filters have been given to the relevant metallurgical industry, which melted the entire filter in the furnace. However, such disposal is not justifiable because, as stated, the filters contain not insignificant amounts, for example of aluminum, which have an undesirable metallurgical influence during smelting.
In principle, mechanical separation of the individual components of the filter would be conceivable. However, due to the high dust pollution of the loosely adhering fine particles that have just been filtered off, such a treatment process cannot be implemented, even if corresponding suction devices were again available.
The invention is therefore based on the object of demonstrating a possibility of how pollutant-contaminated filters of the type mentioned can be processed easily and safely, the aim being to achieve the highest possible recycling of residues.
The invention is based on the knowledge that this goal can be achieved in a surprisingly simple manner by converting the pollutants into water-insoluble and non-toxic compounds with the addition of water, which compounds are then no longer harmful and can moreover be easily separated.
In its most general form, the invention relates to a method for processing filters with the features of claim 1.
The easiest way to moisten the filter or its components is to immerse it in water. The water penetrates into the cavities of the filter and thus, for example, into the filter cloths that are particularly exposed, so that the pollutants are no longer in a dry dust form, but wet. Through the simultaneous addition of a precipitant, which is selected depending on the type and amount of the pollutants present, it is possible at the same time to convert the pollutants into water-insoluble and largely non-toxic compounds, which is a significant part of the task already accomplished at this point.
In this way, for example, the filter dust can be converted into a non-hazardous form that can be safely treated without protective measures.
Surprisingly, it has been shown that only the moistening of the pollutant particles in a liquid to which a precipitation reagent has been added is sufficient to directly precipitate substantial amounts of the pollutants present, in particular the particles which adhere superficially to the filter walls or in the fleece.
In order on the one hand to increase the miscibility of the solid constituents in the water and on the other hand to accelerate the precipitation reaction, an advantageous embodiment of the invention proposes to use a liquid which is mixed with a surface-active additive. Additives, such as surfactants, lower the surface tension of the water and thus improve the sedimentation behavior of existing solid particles.
In order to more easily remove the precipitated reaction products from the filter, it is further proposed to mechanically apply the filter in the water. This can be done in many different ways. The filter can be arranged on a rocker or a vibrator, for example. It is particularly advantageous if the contact surface for the filter is designed in a grid or rust-like manner so that emerging precipitation products or other solid particles can immediately sink downward.
However, it is also possible, for example, to push or rotate the filter by means of a separate device, in order in this way to more easily detach the solid particles from the surfaces of the filter.
The method according to the invention not only enables the conversion of the inherently toxic pollutants, such as heavy metals, into water-insoluble and non-toxic modifications, but a further advantage of the method is that the precipitated substances sink immediately and can thus be easily removed.
It is advisable to collect the precipitation products by appropriate training of the treatment device. This embodiment is described in more detail in connection with the device according to the invention.
The process can be applied to a wide variety of pollutants. It is particularly suitable for the disposal of filters containing heavy metals. Examples include: lead, cadmium, nickel or the like.
The method can also be used to process filters that contain other pollutants. For example, filters are conceivable that were arranged in the exhaust air path of a crop protection product production. These pollutants are also largely toxic and cannot be easily removed by mechanical mechanical means. The method according to the invention can also be used here analogously, in which case, for example, precipitants are added which form organic complex compounds together with the pollutants.
The process can be carried out both continuously and discontinuously.
Because of the precipitation reactions mentioned and the possibility of withdrawing the precipitation products, the remaining liquid at most still has a low solids content, but is now in harmless mineralogical form. This can easily be separated using an additional mechanical filter, so that the liquid can then be returned to be used to process another filter. The recycling of the treatment liquid is advantageous because, for example, surface-active substances used are not consumed and can therefore be returned with the liquid. Precipitation reagents that are not used can also be used if, for example, several filters are cleaned simultaneously or in succession in one and the same liquid.
The method described can be carried out with the device as described in claim 8.
The device can consist of a container with a removal device for the sedimented precipitation sludge.
A device is preferred which is designed with a further device for receiving one or more filters. This further device can simultaneously be used to mechanically apply the filter or filters in the liquid, for example to lift, pivot or rotate. The resulting advantages have already been described in connection with the description of the method according to the invention.
An intermediate base of the device is preferably designed as an inclined surface, in a particularly advantageous embodiment funnel-shaped, in order in this way to direct the precipitated reaction products directly into a receptacle connected to the base, which can consist, for example, of a container which can be locked and separated according to a certain degree of filling is. This container then contains almost exclusively the reaction product formed, for example lead sulfide, and can easily be fed directly to a smelter. Continuous suction is also possible.
The advantages of the described method or the corresponding device are obvious. The per se dry, dusty and highly toxic pollutants can be converted into harmless, water-insoluble compounds in an aqueous medium in a particularly simple and rational manner. These can then be removed from the filter and disposed of separately, so that the remaining filter is then practically free of pollutants and can be broken down into its components and disposed of.
For example, the typically existing sheet steel frame can go directly to waste metal recycling. The aluminum foils already mentioned can be reused in the aluminum smelting industry. This also applies to other aluminum parts of the filter.
The filter often also contains plastic parts, which are also mechanically separated and can be reused, for example, as part of a known plastic recycling process.
The filter fleece, for example the aforementioned glass fiber fleece, can also be easily recycled. It does not bother at all that the nonwoven may still contain a certain proportion of solid particles, since these are present in an environmentally compatible form due to the method according to the invention and can be handled with the nonwoven without further ado. Nothing stands in the way of use, for example in a metallurgical process, because the aluminum parts have been mechanically separated beforehand. The same applies to the further filter mentioned above.
Further features of the invention result from the features of the dependent claims.
The invention is explained in more detail below using an exemplary embodiment.
The single figure shows a highly schematic representation of a device according to the invention for the treatment of lead-containing filters, such as those that occur in battery production, for example.
The device consists of a container 10 which is open at the top and which has a funnel-shaped intermediate floor 12. Above the intermediate floor 12, the container 10 is filled with water 14. A linkage 16 of a geared motor 18 projects into the water, the linkage 16 receiving a grate 20 which lies in the water 14 and on which a lead-containing filter 22 is located. With the help of the geared motor 18, the filter 22 with the grate 20 is moved up and down in the water.
The water contains about 2% by weight of an organic surfactant (benzene alkyl sulfonate) and a thio component mixture as a precipitant.
Immediately after the filter 22 has been introduced into the liquid 14, the filter 22 or its components are soaked. At the same time, there is a reaction between the pollutant particles present as lead oxide in the filter with the sulfur-containing precipitant, which leads spontaneously to lead sulfide, which is water-insoluble and fails.
Due to the mechanical stress on the filter 22 via the linkage 16, the precipitation products formed falling out of the grate 20 are promoted downwards. The precipitation product slides along the funnel-shaped intermediate floor 12 into a container 24 which adjoins the deepest point of the funnel and which can be sealed on the upper side with the aid of a valve 26 from the upper part of the container 10 and is removable.
When the container 24 is filled, the valve 26 is closed. The container 24 is removed and disposed of. By opening the valve 26, the water above it can then flow out downward, passing through a filter 28 arranged over the cross section of the container 10 in order to separate any solid particles that are still present. The cleaned water is collected below the filter 28 in a settling basin 30 of the container 10 and can, if necessary, be returned to the top of the container 10 via the schematically illustrated overflow 32.
It goes without saying that the device can be individually modified in many ways without departing from the basic idea of the invention.