DE102004029326A1

DE102004029326A1 - Verfahren und Vorrichtung zur Reiningung ölhaltiger und feststoffbelasteter Abwässer

Info

Publication number: DE102004029326A1
Application number: DE102004029326A
Authority: DE
Inventors: Eberhard Runge
Original assignee: Individual
Current assignee: Filtration Group GmbH
Priority date: 2004-06-10
Filing date: 2004-06-10
Publication date: 2006-01-05
Anticipated expiration: 2024-06-11
Also published as: DE102004029326B4

Abstract

Bei einem Verfahren zur Abtrennung einer flüssigen und/oder festen Nebenphase, insbesondere zur Abtrennung von Ölanteilen oder leichteren Phasen und Feststoffen oder schwereren Phasen aus Abwässern, erfolgt in einem ersten Reinigungsschritt eine mechanische Mehrphasen-Separation in einem Druckentöler. Anschließend erfolgt in einer Raktionskammer durch Veränderung des Fließverhaltens eine weitere Koaleszens. Das so vorgereinigte Flüssigkeitsgemisch wird in einem dritten Reinigungsschritt einer mechanischen Emulsionbrechung im Mikrometerbereich unterzogen. Die in der ersten und dritten Entölungsstufe abgetrennten Öle werden einem Altöltank zugeführt. Die Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens besteht aus einer Kombination eines mechanischen Druckentölungssystems, einer diesem System nachgeschalteten Raktionskammer und eines wiederum dieser nachgeschalteten Filtermoduls, wobei die in diesem Modul eingesetzten Filter als mechanische Emulsions-Schaum-Brecher aufgebaut sind. Das System kann als ein kombinierter Behälter oder aber in zwei getrennten Behältern angeordnet sein, wobei der die Reaktionskammer und den mechanischen Emulsionsbrecher enthaltende zweite Behälter auch anderen Entölungssystemen nachgeschaltet werden kann. Kontrolleinheiten dienen unter anderem zur Prozessüberwachung, zur Ansteuerung von Pumpen und Ventilen und zur Überprüfung des Restölgehaltes und des Feststoffgehaltes des gereinigten Abwassers.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Abtrennung einer flüssigen und festen diskontinuierlichen Nebenphase aus einer flüssigen Hauptphase, insbesondere zur Abtrennung von Ölanteilen und Feststoffen aus Abwässern. Ferner betrifft sie eine Vorrichtung zur Durchführung eines derartigen Verfahrens.

Die Reinigung von Abwässern, wie beispielsweise dem Bilge- oder Ballastwasser von Schiffen oder den Brauch, Kühl- und Waschwässern industrieller Anwendungen kann im Prinzip mittels physikalischer, chemischer oder thermischer Verfahren erfolgen. Während die beiden letzteren Verfahren häufig Sekundärkontaminationen in Form einer zusätzlichen Befrachtung des Abwassers mit Chemikalien, einer verstärkten kontaminierten Schlammproduktion oder einer Übertragung des Abwasserauf ein Abluftproblem nach sich ziehen, stellen die physikalischen Verfahren eine sehr umweltfreundliche Alternative dar. Dies gilt insbesondere unter dem Aspekt, daß weltweit verschärfte Umweltauflagen Aspekt, daß weltweit verschärfte Umweltauflagen zunehmend höhere Anforderungen an die Trennqualität der eingesetzten Verfahren stellen.

Es sind bereits eine Reihe von Verfahren zur Abtrennung von Ölanteilen aus Abwässern bekannt, bei denen Vorrichtungen, die auch als Entöler bezeichnet werden, nach dem Prinzip der Schwerkraft die unterschiedlichen Dichten von Ölen einerseits und von Wasser andererseits nutzen. In diesem Zusammenhang stellt es eine bereits bekannte Maßnahme dar, die Effektivität derartiger Vorrichtungen durch den Einbau von sogenannten Demistern, Filtern, Wellplatten oder Phasentrennern, die als Koaleszier-, Absorbier- oder Adsorbierhilfen dienen, zu verbessern.

In all diesen Fällen sind jedoch die abscheidbaren Öltropfen hinsichtlich ihrer Größe oder Menge begrenzt, so daß beispielsweise beim Einsatz von Tensiden und anderen Mitteln, die die Grenzflächenspannung herabsetzen oder gar aufheben, keine ausreichende Entölung mehr stattfinden kann. Auch die Anwesenheit von Schmutz in Form von Feststoffen kann bei diesen bekannten Verfahren die Abtrennung von Ölanteilen beeinträchtigen.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren der eingangs genannten Art anzugeben, das sich zur Reinigung beliebiger Mengen und Konzentrationen ölhaltiger und feststoffbelasteter Abwässer eignet. Weiterhin ist es Aufgabe der Erfindung, eine Vorrichtung zur Durchführung eines derartigen Verfahrens bereitzustellen.

Die Erfindung löst die erste Aufgabe durch ein Verfahren mit den kennzeichnenden Merkmalen des Patentanspruchs 1. Die Lösung der weiteren Aufgabe erfolgt durch eine Vorrichtung mit den kennzeichnenden Merkmalen des Patentanspruchs 6.

Bei dem Verfahren gemäß der Erfindung werden mehrere Schritte so miteinander kombiniert, daß große Ölkontaminationen mit einem Ölanteil von bis zu 100 Prozent ebenso sicher abgetrennt werden können wie kleine Ölanteile im ppm-Bereich. Dabei werden auch Feststoffe mit Dichten, die höher sind als die Dichte der Hauptphase, abgetrennt. Die solchermaßen aufbereiteten Wässer können anschließend umweltgerecht in Gewässer oder Böden eingeleitet oder erneut dem Wirtschaftskreislauf zugeführt werden.

Ein wichtiges Element des Verfahrens nach der Erfindung stellt dabei die Verwendung einer Trennkombination dar, die die zu reinigende Lösung in ein Permeat, in diesem Fall bestehend aus Wasser und niedermolekularen gelösten Stoffen, sowie ein Retentat auftrennt, wobei letzteres die auf konzentrierten oder reinen höhermolekularen Substanzen sowie dispergierte flüssige und feste Stoffe enthält.

Das zur Lösung der der Erfindung zugrunde liegendenden Trennaufgabe erfindungsgemäß vorgesehene Mehrphasen-Emulsionsbrecher-System besteht in der bevorzugten Ausführungsform entweder aus einem einzelnen Dreikammer-Druckbehälter oder aber aus zwei kombinierbaren Druckbehältern, wobei der erste mit Mehrphasen-Separatorprofilen bestückt ist, die zweite zunächst in einer Kammer den Fließbruch einleitet und in einer weiteren Kammer mit Emulsionsbrecherelementen ausgerüstet ist.

Dadurch, daß bei dem Verfahren nach der Erfindung der mechanischen Emulsionstrennung zwei Reinigungsschritte mittels eines mechanischen Druckentölungssystems und einer Reaktionskammer für einen Fließbruch vorgeschaltet sind, wird einer etwaigen Anfälligkeit der nachgeschalteten Emulsionsbrecher gegen zu hohe Ölanteile und Schmutzbelastungen entgegengewirkt. Im Vorentöler werden durch Strömungs-, Gravitations- und/oder Koaleszenseffekte Öltropfen mit Durchmessern bis herunter zu 20 Mikrometern abgeschieden; zusätzlich werden Feststoffe mit, je nach ihrer Dichte, Durchmessern von bis zu wenigen Mikrometern abgetrennt. Die abgetrennten Komponenten werden anschließend in einen Ölsammelbehälter bzw. einen Schlammsammler ausgeschleust. In der dem Vorentöler nachgeschalteten Reaktionskammer erfolgt durch einen kontrollierten Fließbruch eine weitere Koaleszenz.

Nachfolgend soll die Erfindung anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert werden. Es zeigen
1 eine Prinzipdarstellung eines Verfahrens zur Entölung von Bilgewasser bzw. von Brauch-, Kühl- oder Waschwasser,
2 den Aufbau einer Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens gemäß 1 und
3 den Aufbau einer alternativen Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens gemäß 1.
Bei dem in den Figuren anhand des Fließschemas gemäß 1 sowie zweier alternativer Anlagen zur Entölung von Bilgenwasser gemäß den 2 und 3 dargestellten System zur Abtrennung von Ölanteilen und Feststoffen aus Abwässern wird das von einem Verursacher 1, in diesem Fall aus einem Schiffsbetrieb stammende öl- und feststoffhaltige Abwasser in einen Vorlagetank 2 geleitet. Vom Vorlagetank 2 aus gelangt das Abwasser in ein Dreikammer-Mehrphasen-Separationssystem 3. In diesem werden in einem ersten Reinigungsschritt in einem Mehrphasen-Separator 3a durch Strömungs-, Gravitations- und Koaleszenseffekte alle freien Öle und Öltropfen mit einem Durchmesser von mehr als 20 Mikrometern abgeschieden, zusätzlich werden Feststoffe mit, je nach ihrer Dichte, Durchmessern von bis zu wenigen Mikrometern abgetrennt.
Das solchermaßen vorgereinigte Abwasser wird in einem zweiten Schritt in eine Reaktionskammer 3b gefördert, in der durch eine gezielte Strömungsveränderung eine weitere sogenannte "Tropfen-in-Tropfen-Koaleszens" stattfindet. Das solchermaßen vorgereinigte Abwasser wird im dritten Schritt in ein sogenanntes Mechanisches-Emulsions-Schaumbrecher-Modul (MESB-Modul) 3c gefördert, wie es in den Druckschriften DE 203 14 963 U1 und DE 297 09 633 U1 beschrieben ist. Die in diesem Modul eingesetzten Filter sind entsprechend den in den Druckschriften DE 203 14 963 U1 und DE 297 09 633 U1 beschriebenen Elementen als mechanische Emulsions-Schaum-Brecher aufgebaut, bei denen auf einen Stützträger eine mehrlagige Beschichtung, Packung oder Wicklung aufgebaut ist, und wobei die Trennwirkung im Mikrometerbereich liegt.
Bei der in 2 dargestellten Vorrichtung zur Entölung von Bilgenwasser nach dem anhand von 1 erläuterten Fließschema wird das zu reinigende Abwasser von einer Förderpumpe 9 vom Vorlagetank 2 in das Entölungssystem 3 transportiert und es wird der für eine Permeation erforderliche Systemdruck aufgebaut. Das sich im Entölungssystem 3 sammelnde Konzentrat wird über zwei Ölausschleusungen/Öldome 14a bzw. 14b in einen Altöltank 4 gefördert. Die Öldome 14a, 14b werden mit Ölstandselektroden 5 bzw. 6 überwacht, die im Zusammenwirken mit einer Kontrolleinheit 7 eine automatische Ausschleusung des abgetrennten Öles bewirken. Das sich in der Reaktionskammer 3b bildende Retentat wird dabei über eine Zeitsteuerung einer Pumpe zugeführt.
Das in 2 dargestellte System kann sowohl manuell als auch halb- bzw. vollautomatisch betrieben werden. Zu diesem Zweck sind diverse ansteuerbare Ventile 10, 11, 12 und 13 vorgesehen, die über die Kontrolleinheit 7 beaufschlagbar sind. Die Überwachung des gereinigten Abwassers erfolgt durch einen Überwachungsmonitor 8, über den die Freigabe des Wassers, je nach Restölgehalt von z.B. 5, 10, 15 oder 20 ppm bzw. mg/l, gesteuert wird.
Das auf diese weise erzeugte Permeat, das praktisch aus reinem Wasser besteht, wird entweder an die Umgebung abgegeben, einem Kreislauf oder aber einem Sammelbehälter zugeführt. Das System kann dabei entweder, wie in 2 dargestellt, als Dreikammersystem ausgelegt sein, wobei in dem das Dreikammer-Mehrphasen-Separationssystem bildenden Druckbehälter 3 sowohl der Mehrphasen-Separator 3a und die Reaktionskammer 3b als auch der Mechanische- Emulsions-Schaumbrecher 3c untergebracht sind. Das System kann aber auch, wie in 3 dargestellt, bei ansonsten identischem Aufbau und gleichem Verfahrensablauf als Ein- und Zweikammersystem mit zwei getrennten Druckbehältern ausgelegt sein. Dabei sind die Reaktionskammer und der Mechanische- Emulsions-Schaumbrecher in einem separaten Zweikammerbehälter angeordnet, der dem den Vorentöler 3a enthaltenden Behälter nachgeschaltet ist. Dieser Zweikammerbehälter, wie in der Figur angedeutet, alternativ sowohl vertikal als auch horizontal angeordnet sein, um den jeweiligen örtlichen Verhältnissen gerecht zu werden. Dadurch eignet sich dieser Zweikammer-Druckbehälter insbesondere auch für eine Nachrüstung bereits vorhandener Vorentölungssysteme.

Claims

Verfahren zur Abtrennung einer flüssigen und festen diskontinuierlichen Nebenphase aus einer flüssigen Hauptphase, insbesondere zur Abtrennung von Ölanteilen und Feststoffen aus Abwässern, gekennzeichnet durch die folgenden Verfahrensschritte: – in einem ersten Reinigungsschritt erfolgt eine mechanische Mehrphasen-Separation, – durch eine Veränderung des Fließverhaltens erfolgt eine weitere Koaleszens, – in einem dritten Reinigungsschritt wird das vorgereinigte Flüssigkeitsgemisch einer mechanischen Emulsionsbrechung im Mikrometerbereich unterzogen.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß im ersten Reinigungsschritt freie Öle und Öltropfen mit einem Durchmesser von bis zu 20 Mikrometern abgeschieden werden.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß im ersten Reinigungsschritt zusätzlich Feststoffe mit einem Durchmesser von bis zu einigen Mikrometern abgetrennt werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die im ersten und zweiten Reinigungsschritt entstehenden Retentate manuell ausgeschleust werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die im ersten und zweiten Reinigungsschritt entstehenden Retentate automatisch ausgeschleust werden.
Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 5, gekennzeichnet durch eine Kombination eines Mehrphasenseparators (3a), einer diesem nachgeschalteten Reaktionskammer (3b) sowie eines dieser nachgeschalteten Emulsionsbrechers (3c).
Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die im Emulsionsbrecher (3c) eingesetzten Filter jeweils als Coalescer aufgebaut sind, wobei auf einen Stützträger eine mehrlagige Beschichtung oder Wicklung aufgebracht ist.
Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Trennwirkung der Filter im Bereich der Mikrofiltration liegt.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Mehrphasenseparator (3a) als Vorentöler mit Mehrphasen-Separatorprofilen aufgebaut ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 6 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Mehrphasenseparator (3a), die Reaktionskammer (3b) sowie der Emulsionsbrecher (3c) zur Bildung eines Dreikammer-Druckentölungssystemes in einem gemeinsamen Druckbehälter (3) angeordnet sind.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 6 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Reaktionskammer (3b) sowie der Emulsionsbrecher (3c) in einen gemeinsamen Druckbehälter angeordnet sind, der dem in einem separaten Behälter angeordneten Mehrphasenseparator (3a) nachgeschaltet ist.
Vorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß der die Reaktionskammer (3b) sowie den Emulsionsbrecher (3c) enthaltende zweite Druckbehälter einem alternaven Vorentölungssystem nachgeordnet ist.
Vorrichtung nach Anspruch 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, dass der die Reaktionskammer (3b) sowie den Emulsionsbrecher (3c) enthaltende zweite Druckbehälter sowohl in vertikaler als auch horizontaler Bauweise aufstellbar ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 6 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß für den Transport und die Druckentwicklung des zu reinigenden Abwassers in das Entölungssystem (3) wenigstens eine Förderpumpe (9) vorgesehen ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 6 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß eine Kontrolleinheit (7) zur Prozessüberwachung und Ansteuerung wenigstens einer Pumpe (9) sowie von Schaltventilen (10, 11, 12, 13) vorgesehen ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 6 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß zur Überwachung des gereinigten Abwassers wenigstens ein Monitor (8) vorgesehen ist.