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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Kühlwasserraufbereitung sowie eine Kühlwasseraufbereitungsanlage.
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Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Kühlwasseraufbereitung zum Ausflocken von Glaspartikeln sowie zur Entfernung von Verunreinigungen wie Schmier- oder Poliermittel aus dem Kühlwasser von Glasbearbeitungsmaschinen, insbesondere Schleifanlagen und Bohrmaschinen in der Glasbearbeitung.
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Des Weiteren bezieht sich die Erfindung auf eine Kühlwasseraufbereitungsanlage in der Glasbearbeitung, insbesondere für den Einsatz bei Verwendung von einer oder mehreren Glasbearbeitungsmaschinen, die mit eigenen Maschinenbecken oder einem Kreislauftank einen Primär- oder Maschinenkreislauf bilden und einen parallel zu den Maschinenbecken oder Kreislauftanks angeordneten Flockungstank mit Rührwerk und Flockungsmitteldosieranlage, der das Prozesswasser des Primärkreislaufes in einem Sekundär- oder Reinigungskreislauf kontinuierlich oder chargenweise reinigt, sowie einer Filtereinrichtung zur Entwässerung des abgelassenen Glasschlamms aufweisen.
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Zur Reinigung von Wässern und Abwässern werden verschiedene Lösungen vorgeschlagen.
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So beschreibt die deutsche Offenlegungsschrift
DE 29 10 679 A1 ein Verfahren zur Aufbereitung und Wiederverwendung von Schleifereiabwässern von bleioxidhaltigen Hohlgläsern. Dieses Verfahren beschreibt eine Fällung und damit einen chemischen Vorgang. Die gefällten Teilchen werden mittels Sedimentation von der Flüssigkeit getrennt. Weiterhin bezieht sich diese technische Lösung auf Bleiglas und nicht auf Gläser im Allgemeinen. Die gemäß dieser Lösung eingesetzte Säure ist kein Flockungsmittel, das eingestreute Soda dient einer chemischen Reaktion.
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Weiterhin bekannt ist die Patentschrift
DE 38 05 722 C1 . Diese schlägt eine Lösung zum Entfernen von Flusssäure in einem gemeinsamen Arbeitsschritt zur Reinigung von verschiedenen Abwässern vor. Dies ist in erster Linie eine Neutralisationsreaktion, erst als weitere Nachbehandlung wird hier eine Flockung angedacht. Dieses Verfahren soll zum Einsatz kommen zur Erreichung einer Einleitbarkeit von Abwasser, d.h. es handelt sich hier um eine Vorklärung von Wässern.
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Bei der Bearbeitung von Glas wird zur Kühlung der Werkzeuge sowie zum Abtransport der Glaspartikel in einem Kreislauf Kühlwasser eingesetzt, das mit einer Pumpe den Werkzeugen zugeführt und beladen mit Glaspartikeln zurück in den Kühlwasserbehälter gelangt. Dieser Kühlwasserbehälter ist üblicherweise mit Zwischenwänden zu Verbesserung der Sedimentation ausgestattet, wobei jedoch nur die schweren Glaspartikel abgeschieden werden, während die leichteren Glaspartikel, die nicht sedimentieren, zu einer ständig zunehmenden Verschmutzung beziehungsweise Zunahme der Trübung des Kreislaufwassers führen. Dies wird gezeigt in anhand der Linie A.
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Wird ein für den jeweiligen Bearbeitungsprozess relevanter Wert erreicht, der sich durch die Reduzierung der Qualität und/oder der Leistung bemerkbar macht, müssen der angefallene Schlamm im Behälter entfernt und das Wasser des Kreislaufs ausgetauscht werden, was einer langen Nutzung entgegensteht und beim Einsatz teurer Kühlschmierstoffe nicht akzeptabel ist.
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Bei einer verbesserten Lösung wird anstelle des Kühlwasserbehälters ein Kreislauftank verwendet, dem in einem Bypass ein Flockungstank parallelgeschaltet ist. Das Volumen des Kreislauftanks umfasst dabei üblicherweise ein Mehrfaches des Flockungstanks.
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Zum Entfernen dieser schlecht sedimentierbaren Glaspartikel haben sich Verfahren durchgesetzt, die in geeigneten Anlagen, die üblicherweise einen Kreislauftank und einen Flockungstank besitzen, durch die Zugabe von Flockungsmitteln, die zum Beispiel flüssig oder pulverförmig sein können, Flocken bilden, die sich auf Grund ihrer Dichte gut absetzen und in nachgeschalteten Filteranlagen entwässert werden können.
Das Kühlwasser des Primär- oder Maschinenkreislaufs stellt sich dabei als ein Mischwasser dar, welches durch die ständige Zufuhr von Glaspartikeln eine kontinuierliche Zunahme der Verschmutzung erfährt, die durch die Reinigung eines Teils des Prozesswassers im Flockungstank mit jedem Flockungsvorgang einen Ausgangswert erreicht, von dem an die Verschmutzung bis zum nächsten Flockungsvorgang wieder ansteigt. Prinzipiell entsteht im Primärkreislauf ein Mischwasser, welches umso sauberer ist, je öfter und je besser die Reinigung durch Flockung im Sekundärkreislauf ist. ( )
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Im Falle von flüssigen Flockungsmitteln, die zum Beispiel als polymere Lösungen eingesetzt werden, werden insbesondere die Ladungen auf der Oberfläche der Glaspartikel verändert und damit unterschiedliche Ladungen der Oberfläche erreicht, die zu Anziehungskräften zwischen den Glaspartikeln und in der Folge zur Bildung von Flocken führen, wobei eine relativ genaue Dosierung bezogen auf die auszuflockende Glaspartikelmenge erforderlich ist. Erreicht werden dabei vorwiegend Glaspartikel mit einer Größe ab 1 µm, während die Partikel unter 1 µm im Kühlwasser verbleiben und in der Folge die erreichbare Klärung des Kreislaufwassers begrenzen, was bei bestimmten Bearbeitungsprozessen bereits zu Qualitätsproblemen führen kann.
Bei Stillstand der Anlage über einen längeren Zeitraum können diese Partikel sedimentieren und sich in Leitungen und Anlagenteilen absetzen.
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Auch zusätzliche Verunreinigungen, wie beispielsweise in das Wasser gelangte Schmier- oder Poliermittel, können nur sehr begrenzt gebunden werden. Auf Grund der verbleibenden Resttrübung besteht zusätzlich die Gefahr von Überdosierungen, da die Dosierung meist anhand der Trübungswerte festgelegt wird.
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Im Falle einer Überdosierung wird das System gestört, was dazu führt, dass keine Flockung mehr möglich ist und nur durch gezielte Maßnahmen ein normaler Betriebszustand wieder erreicht werden kann. Vorteilhaft beim Einsatz von flüssigem Polymer ist die sehr kurze Reaktionszeit für die Flockenbildung und die geringen Kosten.
Eine erhebliche Verbesserung des Klärungseffekts ist im Falle der Verwendung von pulverförmigen Polymeren, gemischt mit die Flockung unterstützenden Zusätzen wie Bentoniten, zu verzeichnen.
Hierbei werden neben der Veränderung der Ladungen auf der Oberfläche der Glaspartikel durch das Polymer zusätzliche Adhäsionskräfte durch die eingesetzten Bentonite mit hohem Quellverhalten und extrem großer Oberfläche erreicht, die auch kleinste Glaspartikel sowie bestimmte weitere Verunreinigungen des Kühlwassers binden. Dabei liegt der erreichbare Grad der Wasserreinheit üblicherweise über den für die Glasbearbeitung notwendigen Anforderungen, was bedeutet, dass zum Beispiel am Ende einer Arbeitsperiode ohne weitere Zufuhr von Glaspartikeln ein Zustand des Kühlwasserkreislaufs erreicht werden kann, der einem Neuansatz nahekommt.
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Auch ist die Gefahr möglicher Überdosierungen stark reduziert, da die eingesetzten Bentonite freie Polymerketten in bestimmtem Umfang binden.
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Dem generellen Einsatz von pulverförmigen Flockungsmitteln steht allerdings entgegen, dass bei einer alleinigen Verwendung sowohl die mechanischen Dosieranlagen, als auch insbesondere das einzusetzende pulverförmige Flockungsmittel im Vergleich zur Verwendung von flüssigem Flockungsmittel zusätzliche Kosten verursachen, weshalb dieses Verfahren bei Neuanlagen nur noch sehr geringe Nutzung erfährt.
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Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Kühlwasseraufbereitung sowie eine Kühlwasseraufbereitungsanlage so weiterzubilden, dass die bei der Verwendung von flüssigem Flockungsmittel eintretende kontinuierliche Anreicherung des Prozesswassers mit Feinpartikeln und weiteren Schadstoffen auf ein solches Maß begrenzt wird, dass für die typische Glasbearbeitung keine erheblichen Störungen entstehen und dass die Vorteile des pulverförmigen Flockungsmittels genutzt werden können, ohne die Gesamtkosten des Verfahrens deutlich zu erhöhen.
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Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch ein Verfahren der eingangs genannten Art im Wesentlichen dadurch gelöst, dass bei einer Chargenanlage abwechselnd mit dem Einsatz von flüssigem Flockungsmittel nach einer anlagenbezogenen Anzahl von Flockungsvorgängen jeweils ein Flockungsvorgang mit pulverförmigem Flockungsmittel durchgeführt wird beziehungsweise bei Durchlaufanlagen nach einer entsprechenden Einsatzzeit von flüssigem Flockungsmittel eine Periode mit pulverförmigem Flockungsmittel eingeordnet wird.
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Dadurch werden die angereicherten Feinbestandteile und weiteren Schadstoffe aus dem Kühlwasser entfernt und es wird ein geringerer Verschmutzungsgrad als mit flüssigem Flockungsmittel erreicht.
Die mit der Erfindung erzielten Vorteile bestehen insbesondere darin, dass durch eine Kombination beider Verfahren für die Hauptreinigung des Kühlwassers weiterhin das kostengünstige flüssige Flockungsmittel eingesetzt werden kann und nur in bestimmten Abständen durch den zusätzlichen Einsatz von pulverförmigem Flockungsmittel eine für den Bearbeitungsprozess schädliche Anreicherung mit Feinbestandteilen und weiteren Schadstoffen vermieden wird. ( )
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Des Weiteren werden mögliche Überdosierungen an flüssigem Polymer, das heißt freien Polymerketten, abgebaut, da die eingesetzten Bentonite diese bei der Flockenbildung einbinden.
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Eine weitere besondere Ausgestaltung des Verfahrens bietet die Möglichkeit, dass die Flockung mit pulverförmigem Flockungsmittel am Ende eines Arbeitszyklus bei Stillstand der Maschine ohne weitere Zufuhr von Glaspartikeln und unter Einbeziehung aller Maschinentanks und Leitungen durchgeführt wird, womit der Kühlwasserkreislauf in einen Zustand versetzt wird, der einem Neuansatz gleichkommt. So werden mögliche Ablagerungen durch die im Kühlwasser des gesamten Kreislaufes verbliebenen Glaspartikel bei längerem Stillstand der Anlage stark reduziert.
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Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung durch eine Trübungssonde im Kreislauftank ermöglicht es, die Kühlwasseraufbereitung durch die Erfassung von prozessbestimmenden Grenzwerten über die Anlagensteuerung zu optimieren.
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Eine weitere Variante des Verfahrens bietet die Möglichkeit, dass der Einsatz von flüssigem und pulverförmigem Flockungsmittel zugleich oder versetzt nacheinander in einem bestimmten Verhältnis zueinander erfolgt.
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Damit kann insbesondere der Vorteil des flüssigen Flockungsmittels hinsichtlich der schnellen Start-Flockung bei Kontakt mit den Glaspartikeln mit der positiven Klärwirkung des pulverförmigen Flockungsmittels dahingehend kombiniert werden, dass es zu einer Beschleunigung des Flockungsvorganges bei guter Klärwirkung kommt. Gleichzeitig ergibt sich eine Ersparnis an pulverförmigem Flockungsmittel, da die wesentliche Flockungsleistung durch das flüssige Flockungsmittel erfolgt.
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Eine Kühlwasseraufbereitungsanlage der eingangs genannten Art zeichnet sich dadurch aus, dass sowohl eine Flockungsmitteldosieranlage für flüssiges als auch eine für pulverförmiges Flockungsmittel angeordnet werden, die über die Anlagensteuerung nach einem für die jeweilige Anlage optimierten Programm wechselweise zum Einsatz gelangen.
Das flüssige Flockungsmittel wird über eine Dosierpumpe und eine Einspeisung in den Flockungstank in die Nähe des Rührers gefördert, die Dosierung des pulverförmigen Flockungsmittels erfolgt mittels Dosierer ebenfalls oberhalb des Flockungstanks direkt in den Flockungstank in die Nähe des Rührers.
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In hervorzuhebender Weiterbildung der Erfindung wird die Kühlwasseraufbereitungsanlage so gestaltet, dass die Dosieranlage für pulverförmiges Flockungsmittel als Vormischstation, bestehend aus einem Dosierer für pulverförmiges Flockungsmittel, einer Mischeinrichtung, einem Zulauf von zu reinigendem Kühlwasser, vorzugsweise aus dem Konus des Flockungstanks, und einer Pumpe, die das Gemisch aus Kühlwasser und Flockungsmittel über eine Steigleitung dem Rührer des Flockungstanks zuführt, ausgeführt ist.
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Eine weitere Weiterbildung der Kühlwasseraufbereitungsanlage ist dadurch gekennzeichnet, dass unter Nutzung des Mischbehälters, dem Zulauf von zu reinigendem Kühlwasser, vorzugsweise aus dem Konus des Flockungstanks, und der Pumpe die Einspeisung des flüssigen Flockungsmittels direkt in die Steigleitung zum Flockungstank erfolgt.
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Eine ebenfalls mögliche Weiterbildung der Anlage besteht darin, dass die Einmischung des Pulvers in einer Mischeinrichtung nach dem Venturi-Prinzip derart erfolgt, dass das Kühlwasser aus dem Flockungstank mittels einer Pumpe abgezogen und durch die Venturi-Mischeinrichtung in den Flockungstank gefördert und das Flockungspulver durch die Venturi-Mischeinrichtung eingesaugt wird.
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Nachfolgend soll die erfindungsgemäße Lösung anhand der bis näher erläutert werden.
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Dabei zeigen
- eine Prinzipdarstellung der Verläufe der Kühlwasserverschmutzung beziehungsweise der Zunahme der Trübung in Abhängigkeit der Zeit bei einem Verfahren ohne Aufbereitung, einem Verfahren mit flüssigem Flockungsmittel und der Wirkung einer Zusatzflockung mit pulverförmigem Flockungsmittel,
- eine Prinzipdarstellung einer dem Stand der Technik entsprechenden Kühlwasseraufbereitungsanlage mit Kreislauftank und dem Einsatz von flüssigem Flockungsmittel,
- einen Ausschnitt einer erfindungsgemäßen Kühlwasseraufbereitungsanlage mit Pulverdosierer,
- einen Ausschnitt einer weiteren erfindungsgemäßen Kühlwasseraufbereitungsanlage,
- eine Ausführung der Kühlwasseraufbereitungsanlage nach , jedoch mit einer Einspeisung des flüssigen Flockungsmittels in die Steigleitung zum Flockungstank.
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stellt den Unterschied zwischen den Verläufen der Kühlwasserverschmutzung beziehungsweise der Zunahme der Trübung in Abhängigkeit der Zeit bei einem Verfahren ohne Aufbereitung (Kurve A), einem Verfahren mit flüssigem Flockungsmittel (Kurve B) und der Wirkung einer Zusatzflockung mit pulverförmigem Flockungsmittel (Kurve C) dar.
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Wird ohne Reinigung gearbeitet, nimmt die Verschmutzung kontinuierlich zu, bis ein Wert erreicht ist, an dem ein Wechsel des Kühlwassers unumgänglich wird. Beim Einsatz von flüssigem Flockungsmittel wird durch die Reinigung pro Charge auf Grund des erreichbaren Kläreffektes ein Kurvenverlauf erreicht, der sich einem bestimmten Trübungswert annähert.
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Beim zusätzlichen Einsatz von pulverförmigem Flockungsmittel wird ein höherer Kläreffekt pro Charge erreicht, der zu einer Verschiebung des Kurvenverlaufes auf ein niedrigeres Niveau führt, wodurch bei mehrfacher Anwendung ein wesentlich geringerer Endtrübungswert erreicht werden kann.
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zeigt den prinzipiellen Aufbau einer Kühlwasseraufbereitungsanlage nach dem Stand der Technik, insbesondere bestimmt zum Ausflocken von Glaspartikeln aus dem Kühlwasser von Schleifanlagen und Bohrmaschinen in der Glasbearbeitung auf der Basis von polymeren Flockungsmitteln.
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Die Anlage umfasst eine oder mehrere Glasbearbeitungsmaschinen 1, einen oder mehrere Kreislauftanks 2 und einen parallel zum Kreislauftank 2 arbeitenden Flockungstank 3, der einen Überlauf 4 in den Kreislauftank 2, ein Rührwerk 5 und eine Flockungsmitteldosieranlage für flüssiges Flockungsmittel, bestehend aus Vorratsbehälter 8 und Dosierpumpe 9, sowie ein Schlammablassventil 6 und eine Filtereinrichtung 7 zur Entwässerung des abgelassenen Glasschlamms aufweist.
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Aus dem von der Glasbearbeitungsmaschine 1 kommenden Kühlwasser werden im Kreislauftank 2 schwerere Partikel sedimentiert, das so vorgereinigte Kühlwasser wird an die Glasbearbeitungsmaschine 1 zurückgeführt.
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Aus dem Konus des Kreislauftanks 2 wird das mit Glaspartikeln angereicherte Kühlwasser dem Flockungstank 3 kontinuierlich oder chargenweise zugeführt, gereinigt und mittels Überlauf 4 in den Kreislauftank 2 zurückgeführt, wodurch dort ein Mischwasser mit verbesserter Qualität entsteht. Die Qualität des Kreislaufwassers hängt dabei von der Qualität der Reinigung im Flockungstank 3 sowie der Häufigkeit der Reinigungsintervalle ab. Variationen der Wasserführung und Verbindung von Maschinen 1, Kreislauftank 2 und Flockungstank 3 sind möglich.
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zeigt einen Ausschnitt der Anlage nach , jedoch mit Einsatz von pulverförmigem Flockungsmittel mittels einer Pulverdosieranlage 10 oberhalb des Flockungstanks 3.
Die Flockungsmitteldosieranlage für flüssiges Flockungsmittel, bestehend aus Vorratsbehälter 8 und Dosierpumpe 9, ist angedeutet.
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zeigt ein Ausführungsbeispiel für eine Kühlwasseraufbereitungsanlage, die sowohl mit einer Flockungsmitteldosieranlage für flüssiges Flockungsmittel, bestehend aus Vorratsbehälter 8 und Dosierpumpe 9, als auch mit einer Dosieranlage für pulverförmiges Flockungsmittel 10, ausgeführt als Vormischstation, bestehend aus einem Dosierer für pulverförmiges Flockungsmittel 11, einem Mischbehälter 12, einem Zulauf von zu reinigendem Kühlwasser, vorzugsweise aus dem Konus 13 des Flockungstanks 3, und einer Pumpe 14, die das Gemisch aus Kühlwasser und Flockungsmittel dem Rührer 5 des Flockungstanks 3 über eine Steigleitung zuführt, ausgestattet ist.
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Des Weiteren ist zu der Prinzipdarstellung der zu bemerken, dass durch die Vormischung von pulverförmigem Flockungsmittel und zu reinigendem Kühlwasser mit hohem Glaspartikelgehalt und die intensive Mischung beim Fördervorgang in den Flockungstank 3 eine Voraktivierung der Glaspartikel erfolgt, die zu einer schnelleren und intensiveren Flockenbildung und damit zur Verkürzung des Flockungsprozesses führt.
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zeigt eine Ausführung der Kühlwasseraufbereitungsanlage ähnlich , jedoch mit einer Einspeisung des flüssigen Flockungsmittels in die Steigleitung vom Vormischbehälter 12 zum Flockungstank 3. Dabei wird der Vormischbehälter 12 derart genutzt, dass in diesen ebenfalls das mit Glaspartikeln angereicherte Prozesswasser aus dem Konus 13 des Flockungstanks 3 eingeleitet und durch die Pumpe 14 in den Tank 3 in der Nähe des Rührwerkes 5 transportiert wird. In der Steigleitung kann sich das flüssige Flockungsmittel mit dem konzentrierten Prozesswasser vermischen, was zu einer Vorflockung führt, die den Flockungsprozess im Flockungstank 3 intensiviert.
