DE102004029326B4

DE102004029326B4 - Verfahren und Vorrichtung zur Reinigung ölhaltiger und feststoffbelasteter Abwässer

Info

Publication number: DE102004029326B4
Application number: DE102004029326A
Authority: DE
Inventors: Eberhard Runge
Original assignee: Mahle International GmbH
Current assignee: Filtration Group GmbH
Priority date: 2004-06-10
Filing date: 2004-06-10
Publication date: 2010-09-16
Anticipated expiration: 2024-06-11
Also published as: DE102004029326A1

Abstract

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 unter Druck ablaufenden Verfahrensschritte:
– in einem ersten Reinigungsschritt erfolgt eine Vorentölung und Feststoffabtrennung mittels einer mechanischen Mehrphasen-Separation durch Strömungs-, Gravitations- und Koaleszenseffekte,
– in einem zweiten Reinigungsschritt erfolgt durch eine gezielte Veränderung des Fließverhaltens eine weitere Koaleszens,
– in einem dritten Reinigungsschritt wird das vorgereinigte Flüssigkeitsgemisch einer mechanischen Emulsionsbrechung im Mikrometerbereich unterzogen.

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 Abwasserproblems auf ein Abluftproblem nach sich ziehen, stellen die physikalischen Verfahren eine sehr umweltfreundliche Alternative dar. Dies gilt insbesondere unter dem 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 Platten-Phasen-Trennern (PPT), Coalisier-Platten-Separatoren (CPS), 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 feststpffbelasteter 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 aufkonzentrierten oder reinen höhermolekularen Substanzen sowie dispergierte flüssige und feste Stoffe enthält.
Das zur Lösung der der Erfindung zugrunde liegendenden Trennaufgabe erfindungsgemäß vorgesehene Mehr-Phasen-Emulsions-Brecher-System besteht entweder aus einem einzelnen Dreikammer-Druckbehälter oder aber aus zwei kombinierbaren Druckbehältern, wobei die erste Kammer mit Mehr- Phasen-Separator-Profilen bestückt ist, die zweite Kammer einen Fließbruch einleitet, der insbesondere zu einer „Tropfen-in-Tropfen”-Koaleszens führt, und die weitere, dritte Kammer mit Emulsionsbrecherelementen ausgerüstet ist.
Dadurch, dass bei dem Verfahren nach der Erfindung der mechanischen Emulsionstrennung zwei Reinigungsschritte mittels eines mechanischen Druckentölungssystems und einer Reaktionskämmer 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 Koaleszenseffekte Öltropfen mit Durchmessern bis herunter zu 20 μm abgeschieden; zusätzlich werden Feststoffe mit, je nach ihrer Dichte, Durchmessern von bis zu wenigen μm abgetrennt. Die abgetrennten Komponenten werden automatisch 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,
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 dem in 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 Mehr-Phasen-Separator 3a durch Strömungs-, Gravitations- und Koaleszenseffekte alle freien Öle und Öltropfen mit einem Durchmesser von mehr als 20 μm 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 der Öltropfen 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 mittels des Systemdruckes 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 Mehr-Phasen-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 Druckbehälter nachgeschaltet ist. Dieser Zweikammerbehälter kann, wie in der Figur angedeutet alternativ sowohl vertikal als auch horizontal angeordnet sein, um den jeweiligen örtliche Verhältnissen gerecht zu werden. Dadurch eignet sie dieser Zweikammer-Druckbehälter insbesondere auch für eine Nachrüstung bereits vorhandene 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 unter Druck ablaufenden Verfahrensschritte: – in einem ersten Reinigungsschritt erfolgt eine Vorentölung und Feststoffabtrennung mittels einer mechanischen Mehrphasen-Separation durch Strömungs-, Gravitations- und Koaleszenseffekte, – in einem zweiten Reinigungsschritt erfolgt durch eine gezielte Veränderung des Fließverhaltens 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 größer oder gleich 20 μm abgeschieden werden.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass im ersten Reinigungsschritt zusätzlich Feststoffe mit einem Durchmesser im Mikrometerbereich 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 mechanischen Emulsionsbrechers (3c), wobei entweder der Mehr-Phasen-Separator (3a), die Reaktionskammer (3b) sowie der Emulsionsbrecher (3c) zur Bildung eines Dreikammer-Druckentölungssystemes in einem gemeinsamen Druckbehälter (3) angeordnet sind, oder die Reaktionskammer (3b) sowie der Emulsionsbrecher (3c) in einen gemeinsamen Druckbehälter angeordnet sind, der dem in einem separaten Behälter angeordneten Mehr-Phasen-Separator (3a) nachgeschaltet ist.
Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die im Emulsionsbrecher (3c) eingesetzten Filter jeweils als Coalescer aufgebaut sind, wobei auf einen Stütz träger 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 Mehr-Phasen-Separator (3a) als Vorentöler mit Mehr-Phasen-Separator-Profilen aufgebaut ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 6 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass der die Reaktionskammer (3b) sowie den Emulsionsbrecher (3c) enthaltende zweite Druckbehälter einem alternativen Vorentölungssystem nachgeordnet ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 6 bis 10, 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 11, dadurch gekennzeichnet, dass für den Transport und die Druckentwicklung des zu reinigenden Abwassers in das Entölungssystem (3) eine Förderpumpe (9) vorgesehen ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 6 bis 12, 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 13, dadurch gekennzeichnet, dass zur Überwachung des gereinigten Abwassers ein Monitor (8) vorgesehen ist.