DD237795A1

DD237795A1 - Verfahren zur aufarbeitung von oel-wasser-emulsionen

Info

Publication number: DD237795A1
Application number: DD27676985A
Authority: DD
Inventors: Wolfgang Thom; Dieter Schildbach
Original assignee: Werkzeugmasch Forschzent
Priority date: 1985-05-30
Filing date: 1985-05-30
Publication date: 1986-07-30

Abstract

Verfahren zur Aufarbeitung von Oel-Wasser-Emulsionen, bei welchem die Oel-Wasser-Emulsion im Kreislauf aus einem Vorratsbehaelter in eine Ultrafiltrationseinrichtung gefoerdert wird, danach in den Vorratsbehaelter rueckgefuehrt und dann bei gleichzeitiger Abtrennung von freiem Oel und Zufuehrung von aufzuarbeitender Oel-Wasser-Emulsion entsprechend dem Volumen des entzogenen Filtrats erneut zur Ultrafiltrationseinrichtung gefoerdert wird, bis die gewuenschte Oelkonzentration im Vorratsbehaelter erreicht ist. Ziel der Erfindung ist die Erhoehung der Wirtschaftlichkeit des genannten Verfahrens. Es wird die Aufgabe geloest, die Deckschichtenbildung waehrend der Ultrafiltration zu reduzieren und eine Stabilisierung der Oel-Wasser-Emulsion im Kreislauf zu vermeiden. Dazu werden in der Oel-Wasser-Emulsion beim Foerdern zur Ultrafiltration, waehrend der Ultrafiltration, beim Rueckfuehren und Einleiten in den Vorratsbehaelter und beim Ansaugen aus dem Vorratsbehaelter laminare Stroemungsverhaeltnisse gewaehrleistet.

Description

Dementsprechend liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Aufarbeitung von Öl-Wasser-Emulsionen, in welchem die Öl-Wasser-Emulsion im Kreislauf aus einem Vorratsbehälter in eine Ultrafiltrationseinrichtung zum Filtratentzug gefördert, danach in den Vorratsbehälter rückgeführt und dann bei gleichzeitiger Abtrennung von freiem Öl und Zuführung von aufzuarbeitender Öl-Wasser-Emulsion entsprechend des Volumens des entzogenen Filtrats erneut zur Ultrafiltrationseinrichtung gefördert wird, bis die gewünschte Ölkonzentration im Vorratsbehälter erreicht ist, erfinderisch so auszugestalten, daß die Deckschichtenbildung in der Ultrafiltrationseinrichtung nur sehr langsam erfolgt und eine Stabilisierung der Öl-Wasser-Emulsion im Kreislauf vermieden wird.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, daß in der Öl-Wasser-Emulsion beim Fördern zur Ultrafiltration, während der Ultrafiltration, beim Rückführen und Einleiten in den Vorratsbehälter und beim Ansaugen aus dem Vorratsbehälter laminare Strömungsverhältnisse gewährleistet werden. Von Vorteil ist dabei, daß die Öl-Wasser-Emulsion während der Ultrafiltration als Film- bzw. Dünnschicht laminar strömt. Zweckmäßig ist ferner, daß die nach der Ultrafiltration aufkonzentrierte Öl-Wasser-Emulsion unter Erzeugung einer laminaren Oberflächenströmung in den Vorratsbehälter eingeleitet wird. Vorteilhaft ist weiterhin, daß die Öl-Wasser-Emulsion während der Ultrafiltration eine Strömungsgeschwindigkeit von 0,5 bis 1,0 m/s hat. Die Verfahrenstemperatur liegt im Bereich von 18 bis 6O⁰C. Der hydrostatische Druck während der Ultrafiltration beträgt 0,1 bis 0,3 MPa.

Ausführungsbeispiel

Das erfindungsgemäße Verfahren wird nachfolgend an einem Ausführungsbeispiel erläutert.

Zur Aufarbeitung von Öl-Wasser-Emulsionen im Kreislauf durch Ultrafiltration mit nachfolgender Schwerkraftabscheidung gemäß der Erfindung wird eine Anordnung technischer Mittel nach Fig. 1 verwendet.

Die technischen Mittel sind ein als Schwerkraftabscheider ausgebildeter Vorratsbehälter 1 mit einem Absperrhahn 2 und einem Schwimmerventil 3 im Zufluß, weiterhin mit einem Heizelement 4, einem Kontaktthermometer 5 und einer Öl-Abzugseinrichtung 6 und ferner eine Ultrafiltrationseinrichtung 7, der über einen Saugkorb 8, eine Kolbenpumpe 9 mit Windkessel, einen Dreiwegehahn 10 und einen Flüssigkeitsfilter 11 die aufzuarbeitende Öl-Wasser-Emulsion zugeführt wird. Die Ultrafiltrationseinrichtung 7 hat am Filtratabfluß einen Durchflußwächter 12 und ist über ein Druckaufbauelement 13 auf den Vorratsbehälter 1 rückgeführt. Außerdem sind Manometer 14 und 15 vorgesehen.

Zur Aufarbeitung wird die verbrauchte Öl-Wasser-Emulsion nach erfolgter Grobabscheidung der Feststoffe (nicht dargestellt) dem Vorratsbehälter 1 über den Zufluß zugeführt und gesammelt.

Die Aufarbeitung selbst soll erfindungsgemäß unter insgesamt laminaren Strömungsverhältnissen erfolgen. Dazu saugt die mit einem Windkessel ausgerüstete Kolbenpumpe 9 die Öl-Wasser-Emulsion über den Saugkorb 8 an und drückt diese in die Ultrafiltrationseinrichtung 7, welche gemäß DD-WP 130449 aufgebaut ist und rechteckförmige hydraulisch glatte Strömungskanäle mit einem Querschnitt von 0,5 mm Höhe und 20 mm Breite aufweist. In der Ultrafiltrationseinrichtung 7 wird die Öl-Wasser-Emulsion bei einem hydrostatischen Druck von ca. 0,2 MPa mit einer mittleren Strömungsgeschwindigkeit von ca. 0,8m/s an semipermeablen Membranen vorbeigeleitet, wobei Wasser, niedermolekulare und ionische Bestandteile die Membranen durchdringen, und als Filtrat abgeleitet werden. Öl und andere makromolekulare bzw. kolloidale Stoffe werden zurückgehalten. Durch den Einsatz einer Ultrafiltrationsvorrichtung gemäß DWP 130449 mit der vorgenannten Dimensionierung und Ausgestaltung der Strömungskanäle bei Einhaltung der genannten Verfahrensparameter (Druck, Strömungsgeschwindigkeit) ist eine sehr gleichmäßige und laminare Verteilung der Öl-Wasser-Emuision auf großflächige Membranen und die Abführung der Öl-Wasser-Emulsion unter den gleichen Bedingungen möglich. Bei diesen laminaren Strömungsverhältnissen wird eine Konzentrationsüberhöhung über der Membran wirkungsvoll unterbunden und damit eine hohe Filtratleistung erreicht. Gleichzeitig kommt es durch den Ultrafiltrationsvorgang zu einer Destabilisierung der Öl-Wasser-Emulsion. Die Öl-Wasser-Emulsion, die durch die Ultrafiltration eine Aufkonzentration erfährt, gelangt in den Vorratsbehälter 1 zurück, wobei die Einleitung über eine Überlaufkante erfolgt, wodurch eine laminare Oberflächenströmung entsteht, die das Aufschwimmen des in der auf konzentrierten Öl-Wasser-Emulsion enthaltenen freien Öls wesentlich fördert.

Das aufschwimmende Öl wird kontinuierlich über die Öl-Abzugseinrichtung 6 abgeführt.

In Abhängigkeit von der abgeführten Filtratmenge wird dem Vorratsbehälter 1 über das Schwimmerventil 3 und die Überlaufkante verbrauchte Öl-Wasser-Emulsion laminar zugeführt. Der vorbeschriebene Kreislauf wiederholt sich ständig. Durch den laufenden Filtratentzug steigt die Ölkonzentration im Vorratsbehälter langsam an. Wird im Verlaufe des Betriebes ein eingestellter Mindestfiltratdurchsatz unterschritten, so erfolgt über den Durchflußwächter 12 das Abschalten der Kolbenpumpe 9. Der Absperrhahn 2 wird geschlossen und das Konzentrat aus dem Vorratsbehälter 1 über den Dreiwegehahn 10 abgepumpt. Der Arbeitszyklus endet mit der Spülung der Ultrafiltrationseinrichtung 7 mit einem Reinigungsmittel. Der Reinigungskreislauf ist nicht dargestellt. Nach beendeter Spülung ist die Anlage wieder betriebsbereit. Durch die Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird eine überraschend hohe Abscheidung von Öl durch Schwerkraft erreicht, weshalb die Ölkonzentration im Vorratsbehälter 1 nur sehr langsam ansteigt und somit relativ lange Arbeitszyklen bei hoher Filtratleistung möglich sind.

In Dauerversuchen wurden verschieden gebrauchte Öl-Wasser-Emulsionen aufgearbeitet. Die Endkonzentration der Öl-Wasser-Emulsion betrug größer 300g/l.

Durch die Schwerkraftabtrennung wurden ca. 60% der Gesamtölmenge abgetrennt und aus dem Kreislauf herausgeführt. Bei einem Nettoinhalt des Vorratsbehälter von 5001 können in einem Arbeitszyklus ca. 12 m³ gebrauchte Öl-Wasser-Emulsion mit einem mittleren Ölgehalt von 30g/l aufgearbeitet werden

Der spezifische Energieverbrauch liegt bei ca. 8 kWh/m³ aufgearbeiteter Öl-Wasser-Emulsion bei insgesamt niedrigen Kosten.

Claims

Erfindungsanspruch:

1. Verfahren zur Aufarbeitung von Öl-Wasser-Emulsionen, bei welchem die Öl-Wasser-Emulsion im Kreislauf aus einem Vorratsbehälter in eine Ultrafiltrationseinrichtung zum Filtratentzug gefördert, danach in den Vorratsbehältern rückgeführt und dann bei gleichzeitiger Abtrennung von freiem Öl durch Schwerkraftabscheidung und Zuführung von aufzuarbeitender Öl-Wasser-Emulsion entsprechend des Volumens des entzogenen Filtrats erneut zur Ultrafiltrationseinrichtung gefördert wird, bis die gewünschte Ölkonzentration im Vorratsbehälter erreicht ist, dadurch gekennzeichnet, daß in der Öl-Wasser-Emulsion beim Fördern zur Ultrafiltration, während der Ultrafiltration, beim Rückführen und Einleiten in den Vorratsbehälter (1) und beim Ansaugen aus dem Vorratsbehälter (1) laminare Strömungsverhältnisse gewährleistet werden. Verfahren nach Punkt 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Öl-Wasser-Emulsion während der Ultrafiltration als Film- bzw. Dünnschicht strömt. ' ₍

Verfahren nach Punkt 1, dadurch gekennzeichnet, daß die nach der Ultrafiltration aufkonzentrierte Öl-Wasser-Emulsion unter Erzeugung einer laminaren Oberflächenströmung in den Vorratsbehälter (1) eingeleitet wird.

Hierzu 1 Seite Zeichnung

Anwendungsgebiet der Erfindung

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Aufarbeitung von Öl-Wasser-Emulsionen im Kreislauf durch Ultrafiltration mit nachfolgender Schwerkraftabscheidung. Das Verfahren kann überall dort angewendet werden, wo Öl-Wasser-Emulsionen zur Aufarbeitung anfallen. Es ist besonders für den Einsatz in der metallverarbeitenden Industrie geeignet.

Charakteristik der bekannten technischen Lösungen

Verfahren zur Aufarbeitung von Öl-Wasser-Emulsionen im Kreislauf durch Ultrafiltration mit nachfolgender Schwerkraftabscheidung sind bekannt.

Nach der DE-AS 2408637 werden verbrauchte Öl-Wasser-Emulsionen aus einem Vorratsbehälter unter einem Druck von ca. 0,1 bis 0,7MPa und mit hoher Strömungsgeschwindigkeit über in einer Ultrafiltrationseinrichtung befindliche semipermeable Membranen geleitet, die emulgiertes Öl zurückhalten und Wasser einschließlich niedermolekularer Bestandteile passieren lassen, und unter fortwährender Ableitung des dabei anfallenden Filtrats aufkonzentriert. Das entstehende Konzentrat wird verworfen oder durch einen zusätzlichen Verfahrensschritt weiterbehandelt. Diese einfache Ultrafiltrationstechnik hat einen niedrigen Energieverbrauch und Chemikalien werden nicht benötigt. Nachteilig ist jedoch, daß dieÖlabscheidung durch Schwerkraft im Vorratsbehälter nach der Ultrafiltration gering ist. Im Verhältnis zur Menge des Filtratentzuges schwimmt zu wenig freies Öl auf. Die Ölkonzentration steigt dadurch relativ schnell an und es kommt schon nach kurzer Zeit zur Deckschichtenbildung auf der Membranoberfläche. Infolge dessen sinkt die Filtratleistung erheblich ab. Der Kreislauf muß zur Reinigung der Membranen häufig unterbrochen werden, so daß die Arbeitszyklen relativ kurz sind. Der spezifische Energieverbrauch ist deshalb sehr hoch und liegt zwischen 24 bis 94kWh/m³. Bei dem Verfahren nach der Patentschrift DD-WP 142269 wird die Öl-Wasser-Emulsion zur Ultrafiltration mit extrem niedriger Strömungsgeschwindigkeit über ein Kapillarsystem geführt, wobei der Druck 0,15-0,6 MPa beträgt. Bei diesen Verhältnissen entsteht zwangsläufig eine Konzentrationsüberhöhung, durch die das chemische Gleichgewicht so verschoben wird, daß der Emulgator fast vollständig in das Filtrat übergeht. Dadurch soll die Öl-Wasser-Emulsion destabilisiert und freies Öl in dem nachfolgenden Schwerkraftabscheider abgetrennt werden. Die Restemulsion wird in den Vorratsbehälter zurückgeführt. Erprobungen dieses Verfahrens haben gezeigt, daß die Filtratleistung sehr gering bleibt. Die daraus resultierende unzureichende Destabilisierung der Öl-Wasser-Emulsion hat zur Folge, daß nursehrwenigfreiesÖI abgetrenntwerden kann. Das Verfahren ist daher unwirtschaftlich. Der spezifische Energieverbrauch liegt im Bereich von 36 bis 72 kWh/m³.

Ziel der Erfindung

Das Ziel der Erfindung besteht darin, die Wirtschaftlichkeit der Aufarbeitung von Öl-Wasser-Emulsionen zu erhöhen. Insbesondere sollen eine hohe Filtratleistung während eines relativ langen Aufarbeitungszyklus bei maximaler Abscheidung des freien Öls erreicht und der spezifische Energieverbrauch wesentlich reduziert werden.

Darlegung des Wesens der Erfindung

Die dem Stand der Technik anhaftenden Mangel haben folgende Ursachen:

Beim Verfahren nach der DE-AS 2408637 ist die Ölabscheidung deshalb so gering, weil infolge der hohen Strömungsgeschwindigkeit der Öl-Wasser-Emulsion über den semipermeablen Membranen die Größe der Öltröpfchen herabgesetzt wird und somit eine Stabilisierung der Öl-Wasser-Emulsionen eintritt. Die geringe Filtratleistung des Verfahrens gemäß DD-WP 142269 ist darin begründet, daß es wegen der extrem niedrigen Strömungsgeschwindigkeit der Öl-Wasser-Emulsion über dem Kapillarsystem sehr schnell zur Bildung einer Deckschicht auf dem Kapillarsystem kommt. Darüber hinaus ist in der Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens eine Kreiselpumpe eingesetzt, deren Betrieb eine Stabilisierung der Öl-Wasser-Emulsion zur Folge hat.