DE102014215405A1

DE102014215405A1 - Verfahren zur Abwasserreinigung von ölhaltigem Abwasser und Abwasserreinigungsanlage

Info

Publication number: DE102014215405A1
Application number: DE102014215405.7A
Authority: DE
Inventors: Hartmut Koerber
Original assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Current assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Priority date: 2014-08-05
Filing date: 2014-08-05
Publication date: 2016-02-11

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Abwasserreinigung von ölhaltigem Abwasser, insbesondere von Abwasser aus der mechanischen Fertigung, bei dem ein Abwassers (200; 400) zu einem Emulsionskonzentrat (226; 426) in einer Verdampfungsvorrichtung (120; 320) thermisch aufkonzentriert wird unter Abtrennung zumindest eines Destillates (220; 420), das zumindest eine Destillat in einer Ultrafiltrationsvorrichtung (150; 350) weiter gereinigt wird zu einem Ultrafiltrations-Permeat (250; 450) und das Ultrafiltrations-Permeat (250; 450) in einer Umkehrosmosevorrichtung weiter gereinigt wird zu einem Umkehrosmose-Permeat (264; 464) sowie eine Abwasserreinigungsanlage.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Abwasserreinigung von ölhaltigem Abwasser und eine Abwasserreinigungsanlage, insbesondere zur Reinigung von ölhaltigem Abwasser aus der mechanischen Fertigung, inklusive sämtlicher Bodenreinigungsmedien.
In der mechanischen Fertigung, z. B. bei der Motorenfertigung, fallen durch die Bearbeitungsschritte an Motorenteilen, wie z. B. Kurbelgehäusen, Zylinderköpfen oder Kurbelwellen, verschiedene Abwässer, wie z. B. Waschwasser und Altemulsionen an, die neben Metallspänen und mechanischem Abrieb der Motorkomponenten auch Kühlschmierstoffe und Wasch- bzw. Spülmittel enthalten. Diese nachfolgend als Schadstoffe bezeichneten Inhaltsstoffe des Abwassers müssen abgetrennt werden. Deshalb wird üblicherweise eine Reinigung bzw. Aufbereitung des Abwassers vorgenommen mit dem Ziel, das Abwasser so aufzubereiten, dass es erneut im Fertigungsprozess verwendet werden kann. Hierzu sind bislang z. B. Anlagen bekannt, bei denen die Reinigung mittels mehrerer hintereinander geschalteter Membrantrennverfahren zur Abtrennung der Schadstoffe aus dem Abwasser erfolgt.
1 zeigt beispielhaft ein Fließbild für eine herkömmliche Abwasserreinigungsanlage 1. Das bei der Produktion anfallende Abwasser 10 bestehend aus Waschwasser 12 sowie Altemulsion 14 wird zunächst in einer Makrofiltrationsvorrichtung 16 von Metallspänen und großen Feststoffteilen gereinigt, z. B. von Feststoffen mit einer Größe von mehr als 10 Mikrometer. Das in der Makrofiltrationsvorrichtung 16 gefilterte Abwasser 18 durchläuft dann eine Ultrafiltrationsvorrichtung 20. Dort wird das Abwasser 18 in ein erstes Permeat 22 und ein erstes Retentat 24 getrennt. Das erste Retentat 24 enthält einen gegenüber dem Abwasser 18 erhöhten Anteil an Schadstoffen, insbesondere Öle, Bakterien, Viren, Keime und Feststoffe mit einer Größe im Bereich von ca. 10 bis 0,01 Mikrometer. Im ersten Permeat 22 ist der Anteil an Schadstoffen gegenüber dem Abwasser 18 entsprechend reduziert.
Das erste Retentat 24 gelangt in einen Separator 30, in dem von der Ölemulsion Reststoffe und eine wässrige Phase 25 abgetrennt wird, die dem zu reinigenden Abwasser 10 zugeführt wird. Die Ölemulsion 27 wird über einen Pufferbehälter 32 in eine Spaltanlage 34 geleitet. In der Spaltanlage 34 wird über eine Aufheizung das Öl weitgehend vom Restanteil Wasser getrennt. Die aufkonzentrierte Ölemuision 28 wird mit einem Restwassergehalt von 20 bis 25% einer Altölverwertung V zugeführt, das abgetrennte Wasser 29 wird rückgeführt und dem zu reinigenden Abwasser beigemischt.
Das erste Permeat 22 wird in einem Pufferbehälter 26 gesammelt und anschließend durch eine zweistufige Nanofiltrationsvorrichtung 40 geleitet. Dort gelangt der Permeatstrom zunächst durch zwei parallel geschaltete Nanofilter 41, 42. Das Retentat 44 aus den beiden Nanofilter 41, 42 gelangt in einen in Serie geschalteten dritten Nanofilter 43. Der Permeatstrom 45 des dritten Nanofilters 43 wird in den Pufferbehälter 26 rückgeführt und durchläuft die Nanofiltration erneut. Das Retentat 46 des dritten Nanofilters 43 wird in einen Pufferbehälter 47 geleitet.
Das aus dem ersten und zweiten Nanofilter 41, 42 stammende Permeat 48 gelangt über einen Vorlagebehälter 49 in eine Umkehrosmosevorrichtung 50. Hier werden niedermolekulare Verbindungen zurückgehalten. Das Permeat 48 durchläuft eine erste Umkehrosmosestufe 51. Das hierbei anfallende Solut bzw. Retentat 52 wird dem Pufferbehälter 47 zugeführt.
Das Permeat bzw. Solvent 53 der ersten Umkehrosmosestufe 51 durchläuft eine in Reihe geschaltete zweite Umkehrosmosestufe 54. Das aus der zweiten Umkehrosmosestufe 54 austretende Permeat 55 weist eine Wasserqualität auf, die es ermöglicht, das Permeat 55 wieder dem Fertigungsprozess als Prozesswasser zuzuführen. Das Retentat 56 der zweiten Umkehrosmosestufe 54 wird dem Pufferbehälter 49 und damit der Umkehrosmosevorrichtung wieder zugeführt.
Die im Pufferbehälter 47 gesammelten Retentate aus der Nanofiltrationsvorrichtung 40 und Umkehrosmosevorrichtung 50 werden in Verdampfern 60 und 61 aufkonzentriert. Diese Konzentrate 62, 63 werden der Abfallentsorgung E zugeführt. Die in den Verdampfern erhaltenen Destillate 65 und 66 werden in den Abwasserreinigungsprozess rückgeführt und je nach Wasserqualität in den Pufferbehälter 49 vor der Umkehrosmosevorrichtung 50 oder das unbehandelte Abwasser 10 eingeleitet.
Zum Ausgleich der Verluste an Frischwasser an den Fertigungsanlagen und im Reinigungsprozess wird weiterhin vollentsalztes Frischwasser 70 benötigt. Dieses wird durch eine Vollentsalzungsvorrichtung 72 bereitgestellt. Beim Betrieb der Vollentsalzungsvorrichtung fallen Rückstände 74 an, die gemeinsam mit den Konzentraten 62, 63 entsorgt werden.
Nachteilig an diesem Verfahren ist die vielstufige Prozesskette, die kompliziert zu steuern ist, eine hohe Störanfälligkeit und hohe Wartungskosten aufweist und einen hohen Engergieaufwand erfordert.
Weiterhin ist aus der Druckschrift DE 10 2010 056 418 A1 eine Anlage bekannt, die eine thermische Trennvorrichtung zur Aufbereitung ölhaltiger Abwässer verwendet. Bei dem dort vorgestellten Verfahren werden die Abwässer in Abhängigkeit von ihrem Ölgehalt in unterschiedliche Abwasserbehandlungsstufen geleitet. Abwasser mit einem hohen Ölgehalt von 50 Gewichtsprozent oder mehr wird in einem Verdampfer aufkonzentriert, wohingegen Abwasser mit geringem Ölgehalt einer Ultrafiltration zugeführt wird. Nachteilig ist bei diesem Verfahren, dass zwei separate Reinigungsprozesse durchgeführt und überwacht werden müssen
Es ist Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren zur Reinigung von ölhaltigem Abwasser, insbesondere von Abwasser aus der mechanischen Fertigung, sowie eine Abwasserreinigungsanlage anzugeben, die hinsichtlich Zuverlässigkeit, Energieeffizienz und Wirkungsgrad verbessert ist.
Die Aufgabe der Erfindung wird bezüglich des Verfahrens durch die Maßnahmen nach Patentanspruch 1 und bezüglich der Vorrichtung durch die Merkmale nach Patentanspruch 9 gelöst.
Bei dem Verfahren zur Abwasserreinigung wird ein ölhaltiges Abwasser in einer Verdampfungsvorrichtung zu einem Emulsionskonzentrat thermisch aufkonzentriert unter Abtrennung zumindest eines Destillates. Das zumindest eine Destillat wird in einer Ultrafiltrationsvorrichtung weiter gereinigt zu einem Ultrafiltrations-Permeat und das Ultrafiltrations-Permeat wird in einer Umkehrosmosevorrichtung weiter gereinigt zu einem Umkehrosmose-Permeat.
Das Abwasser stammt aus der mechanischen Fertigung, insbesondere aus der Motorenfertigung und weist einen Ölgehalt von bis zu 6 Gewichtsprozent auf, sowie verschiedenen Salze, insbesondere Magnesium- und Kalziumsalze. Das Abwasser wird in dem vorgeschlagenen Verfahren von Ölen und Salzen gereinigt und das aus der Umkehrosmosevorrichtung austretende Umkehrosmose-Permeat hat eine Wasserqualität, die eine Weiterverwendung im Fertigungsprozess als Prozesswasser ermöglicht.
Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren wird zunächst der gesamte Abwasserstrom durch die Verdampfungsvorrichtung geleitet, bevor eine Auftrennung in Teilabwasserströme in den Membrantrennverfahren erfolgt. Dies widerspricht auf den ersten Blick der Forderung nach einem Verfahren mit besserer Energieeffizienz, denn thermische Trennverfahren gelten als sehr energieintensiv. Jedoch hat sich herausgestellt, dass durch die aus der Verdampfung resultierenden Vorteile energetische Einsparungen im nachfolgenden Prozess getroffen werden können, so dass der Gesamtenergiebedarf gesenkt werden kann. So werden im Verdampfungsprozess viele Salze zurückgehalten und zusammen mit dem Öl im Emulsionskonzentrat aufkonzentriert. Die Salze müssen nicht mehr durch Membrantrennverfahren abgetrennt werden, weshalb die bislang notwendige Nanofiltration entfallen kann. Bei der Verdampfung verbleiben insbesondere die Härtebildner im Konzentrat, so dass die Anforderungen an die nachfolgenden Membrantrennverfahren (Ultrafiltration und Umkehrosmose) sinken. Weiterhin können mit dem Verfahren insbesondere auch magnesiumhaltige Abwässer gereinigt werden, die bislang zu einer Verblockung der Nanofiltration führten. Aufgrund der verringerten Anforderungen an die Membrantrennverfahren kann zudem die Spülwassermenge reduziert werden kann. Die bisher eingesetzten Anlagenkomponenten Separator und Spaltanlage können ersatzlos entfallen.
Ein Großteil der im Abwasser gelösten Salze kann mit dem Emulsionskonzentrat im Verdampfer abgetrennt werden, wodurch geringere Abfallmengen anfallen und die Entsorgungskosten sinken. Denn das Emulsionskonzentrat kann als Altöl weiterverwendet bzw. verkauft werden, wobei die Salzbelastung für die Weiterverwendung keine Rolle spielt.
In der Ultrafiltrationsvorrichtung wird das eingeleitete Destillat getrennt in ein Ultrafiltrations-Permeat und zumindest ein Ultrafiltrations-Retentat. In der Umkehrosmosevorrichtung wird das zugeleitete Prozessmedium, wie z. B. das Ultrafiltrations-Permeat getrennt in ein Umkehrosmose-Permeat und ein Umkehrosmose-Retentat. Die Permeate haben die jeweilige Membran passiert und weisen einen (im Vergleich zum zugeführten Prozessmedium) verringerten Anteil an Schadstoffen auf, die Retentat enthalten die von der Membran zurückgehaltenen Stoffe und weisen einen (im Vergleich zum zugeführten Prozessmedium) erhöhten Anteil an Schadstoffen auf.
Die Wirtschaftlichkeit und Zuverlässigkeit der Anlage kann in einer Ausgestaltung noch gesteigert werden, indem das Abwasser bei der thermischen Aufkonzentrierung durch zwei in Serie geschaltete Vakuumverdampfer aufkonzentriert wird. Hierdurch lässt sich ein Restwassergehalt von 10 Gewichtsprozent oder weniger im Emulsionskonzentrat erzielen, wodurch das Emulsionskonzentrat mit höherem Verkaufserlös als Altöl verkauft werden kann.
Vorzugsweise wird in einer Ausgestaltung für jeden Prozessschritt der pH-Wert des Prozessmediums in einem vordefinierten Bereich eingestellt.
Beispielsweise kann der pH-Wert des in die Verdampfungsvorrichtung geleiteten Abwassers im alkalischen Bereich eingestellt werden und insbesondere auf einen pH-Wert von 8 oder größer oder in einem Bereich von pH = 8,5 bis 9,5 eingestellt werden. Wenn die Verdampfungsvorrichtung zwei oder mehr Verdampfer aufweist, so wird der pH-Wert vorzugsweise für jeden Verdampfer separat im genannten Wertebereich eingestellt. Hierdurch wird die Viskosität des Abwassers verringert, was die Wasserverdampfung verbessert und den Verdampfungsprozess beschleunigt bzw. den notwendigen Energieeintrag verringert. Der pH-Wert des Abwassers kann vor oder in der Verdampfungsvorrichtung eingestellt werden. Zur weiteren Kontrolle des Verdampfungsprozesses kann in einer Ausgestaltung vorzugsweise der Leitwert des Abwassers als Maß für die Eindampfung überwacht werden. Eine Gelbildung im erhitzten Abwasser ist durch einen plötzlichen starken Abfall des Leitwertes messbar.
Weiterhin kann der pH-Wert des in die Ultrafiltration geleiteten Prozessmediums vorzugsweise in einem Bereich von pH = 7,0 bis 7,4 und insbesondere in einem Bereich von 7,2 bis 7,3 eingestellt werden.
Ebenso kann der pH-Wert des in die Umkehrosmosevorrichtung geleiteten Prozessmediums vorzugsweise in einem Bereich von pH = 7,0 bis 7,4 und insbesondere in einem Bereich von 7,2 bis 7,3 eingestellt werden.
Das Prozessmedium setzt sich aus den in die jeweilige Vorrichtung eingeleiteten Abwasserteilströmen zusammen.
In einer bevorzugten Ausgestaltung kann der Wirkungsgrad der Anlage weiter gesteigert werden, indem ein Ultrafiltrations-Retentat und zumindest ein Umkehrosmose-Retentat mittels Verdampfung aufkonzentriert werden und das hierbei entstehende Konzentrat dem Emulsionskonzentrat der Verdampfungsvorrichtung zugeführt wird. Die im Ultrafiltrations-Retentat und Umkehrosmose-Retentat abgetrennten Salze fallen nicht als separate Abfallstoffe an, sondern können gemeinsam mit dem Emulsionskonzentrat als Wertstoff „Altöl” verwendet werden. Für eine abwasserfreie Prozessführung kann das abgetrennte Destillat aus der Verdampfung des Ultrafiltrations-Retentats und Umkehrosmose-Retentats in den Abwasserbehandlungsprozess zurückgeführt werden, vorzugsweise in die Ultrafiltrationsvorrichtung.
In einer Ausgestaltung werden, zur Abtrennung von Restöl, die der Ultrafiltrationsvorrichtung zugeleiteten Destillate zunächst durch einen Ölabscheider, insbesondere einen Koaleszenzabscheider, geleitet, bevor sie der Ultrafiltrationsvorrichtung zugeführt werden.
Wenn im Abwasser Ammoniak und/oder Ammoniumverbindungen enthalten sind, kann die Qualität der Abwasserreinigung gesteigert werden, indem das Ultrafiltrations-Retentat und des zumindest einen Umkehrosmose-Retentat in eine zweite Verdampfungsvorrichtung geleitet werden und auf einen pH-Wert im sauren Bereich eingestellt werden und insbesondere auf einen pH-Wert von 5,5 oder weniger oder pH = 5 ± 0,5 eingestellt werden.
In einer alternativen Ausgestaltung können zur Reduzierung der Anzahl an Verdampfungsprozessen und zur abwasserfreien Prozessführung die Retentate aus der Ultrafiltrationsvorrichtung und der Umkehrosmosevorrichtung in den Abwasserreinigungsprozess zurückgeführt werden. Die Rückführung erfolgt entsprechend der Belastung des Retentats mit Abfallstoffen. Beispielsweise wird das Ultrafiltrations-Retentat sowie zumindest ein Umkehrosmose-Retentat in das Abwasser rückgeführt. Ist die Umkehrosmosevorrichtung als mehrstufige Umkehrosmose ausgelegt, so kann z. B. das Retentat der ersten Stufe in das Abwasser rückgeführt werden und die Retentate weiterer Stufen in die Ultrafiltration rückgeführt werden.
In einer Ausgestaltung wird das Abwasser in einer Makrofiltrationsvorrichtung von groben Feststoffteilen gereinigt, bevor es in die Verdampfungsvorrichtung eingeleitet wird.
Zum Ausgleich von Wasserverlusten im Fertigungsprozess kann in dem Verfahren weiterhin vollentsalztes Wasser von einer Vollentsalzungsanlage bereitgestellt werden. Der Wirkungsgrad der Anlage kann weiter verbessert werden, wenn Rückstände aus der Vollentsalzungsanlage in einem Zusatzverdampfer aufkonzentriert werden und das im Zusatzverdampfer anfallende Destillat der Abwasserreinigungsanlage zugeführt wird. Das Destillat kann je nach Belastung mit Abfallstoffen der Ultrafiltrationsvorrichtung oder der Umkehrosmosevorrichtung zugeführt werden.
Die Abwasserreinigungsanlage, die insbesondere zur Reinigung von ölhaltigem Abwasserwasser aus der mechanischen Fertigung verwendet werden kann, beinhaltet eine erste Verdampfungsvorrichtung, eine Ultrafiltrationsvorrichtung und eine Umkehrosmosevorrichtung, die so verschaltet sind, dass ölhaltiges Abwasser in der ersten Verdampfungsvorrichtung aufkonzentriert wird zu einem Emulsionskonzentrat und ein erstes Destillat abgetrennt wird, das erste Destillat der Ultrafiltrationsanlage zugeführt werden kann zur weiteren Reinigung zu einem Ultrafiltrations-Permeat, und das Ultrafiltrations-Permeat der Umkehrosmosevorrichtung zugeführt werden kann zur weiteren Reinigung zu einem Umkehrosmose-Permeat.
Die Verdampfungsvorrichtung kann einen oder mehrere Verdampfer beinhalten, insbesondere Vakuumverdampfer. Im Verdampfer wird das zugeführte Prozessmedium zumindest teilweise verdampft. Aufgrund der verschiedenen Verdampfungstemperaturen unterschiedlicher Stoffe verbleiben die Schadstoffe vermehrt im nicht verdampften Prozessmedium und können als Konzentrat abgeführt werden. Der Dampfanteil wird kondensiert und als Destillat mit verringertem Schadstoffanteil abgeführt.
In einer Ausgestaltung beinhaltet die Verdampfungsvorrichtung einen ersten Vakuumverdampfer und einen zweiten Vakuumverdampfer, wobei das Konzentrat des ersten Vakuumverdampfers zur weiteren Aufkonzentrierung dem zweiten Vakuumverdampfer zugeleitet werden kann und wobei die im ersten und zweiten Verdampfer anfallenden Destillate der Ultrafiltrationsvorrichtung zugeführt werden können.
Die Ultrafiltrationsvorrichtung und die Umkehrosmosevorrichtung können jeweils einstufige oder mehrstufige Vorrichtungen sein.
In einer Ausgestaltung beinhaltet die Abwasserreinigungsanlage weiterhin mindestens eine Mess- und Regeleinrichtung, mit der die pH-Werte der Prozessmedien in der Verdampfungsvorrichtung, der Ultrafiltrationsvorrichtung und der Umkehrosmosevorrichtung eingestellt werden können. Die Mess- und Regeleinrichtung weist die hierzu notwendigen Komponenten, wie z. B. Sensoren, Dosiereinrichtungen, Steuergeräte etc. auf, die dem Fachmann bekannt sind. Die Mess- und Regeleinrichtung kann weiterhin eingerichtet sein zur Messung und Überwachung des Leitwerts der Prozessmedien, insbesondere des in die Verdampfungsvorrichtung eingeleiteten Abwassers.
In einer bevorzugten Ausgestaltung beinhaltet die Abwasserreinigungsanlage weiterhin eine zweite Verdampfungsvorrichtung, die so angeschlossen ist, dass das Ultrafiltrations-Retentat und mindestens ein Umkehrosmose-Retentat zur weiteren Aufkonzentrierung in die zweite Verdampfungsvorrichtung eingeleitet werden können und ein in der zweiten Verdampfungsvorrichtung anfallendes Konzentrat dem Emulsionskonzentrat beigemischt werden kann.
Weiterhin ist in einer Ausgestaltung die Mess- und Regeleinrichtung der Abwasseranlage auch zum Einstellen des pH-Werts des Prozessmediums eingerichtet, das der zweiten Verdampfungsvorrichtung zugeführt wird.
In eine alternativen Ausgestaltung sind die Ultrafiltrationsvorrichtung und die Umkehrosmosevorrichtung so in die Anlage eingebunden, dass das Ultrafiltrationsretentat und sämtliche Retentate aus der Umkehrosmosevorrichtung in die Abwasserreinigungsanlage zurückgeführt werden können. Die Rückführung kann mittels Leitungen und/oder Sammelbehälter erfolgen. Die Rückführung in die Anlage erfolgt abhängig von der Belastung mit Abfallstoffen und kann, wie voranstehend zum Verfahren beschrieben, umgesetzt sein.
Weiterhin kann die Abwasserreinigungsanlage eine der ersten Verdampfungsvorrichtung vorgeschaltete Makrofiltrationsvorrichtung beinhalten. Die Abwasserreinigungsanlage kann vorzugsweise einen, der Ultrafiltrationsvorrichtung vorgeschalteten, Ölabscheider, insbesondere einen Koaleszenzabscheider, aufweisen.
Die Abwasserreinigungsanlage kann insbesondere zur Verwendung bei dem voranstehend beschriebenen Verfahren eingesetzt werden. Insofern gelten die voranstehend genannten technischen Wirkungen und Vorteile des Verfahrens auch für die entsprechenden Merkmale der Vorrichtung.
Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.
Die oben beschriebenen Eigenschaften, Merkmale und Vorteile dieser Erfindung sowie die Art und Weise, wie diese erreicht werden, werden klarer und deutlicher verständlich im Zusammenhang mit der folgenden Beschreibung der Ausführungsbeispiele. Sofern in dieser Anmeldung der Begriff ”kann” verwendet wird, handelt es sich sowohl um die technische Möglichkeit als auch um die tatsächliche technische Umsetzung.
Im Folgenden werden Ausführungsbeispiele an Hand der beiliegenden Zeichnungen erläutert. Darin zeigen:
1 ein Fließbild einer Anlage zur Abwasserreinigung gemäß dem Stand der Technik.
2 ein Fließbild einer Anlage zur Abwasserreinigung gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel;
3 ein Fließbild einer Anlage zur Abwasserreinigung gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel.
2 zeigt ein Fließbild einer Anlage 100 zur Abwasserreinigung gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung. Die Anlage 100 beinhaltet eine Makrofiltrationsvorrichtung 110, eine Verdampfungsvorrichtung 120 mit einem ersten Verdampfer 122 und einem zweiten Verdampfer 124, einen Ölabscheider 130, eine Ultrafiltrationsvorrichtung 150 und eine Umkehrosmosevorrichtung 160. Das zu reinigende Abwasser 200, das mit Reinigungsmitteln belastetes Waschwasser 202 und Altemulsionen 204, wie z. B. Kühlschmierstoffe mit Abrieb, aus der mechanischen Fertigung enthält, wird zunächst in die Makrofiltrationsvorrichtung 110 geleitet, wo über einen Bandfilter Metallspäne und grobe Feststoffteile abgetrennt werden.
Das gefilterte Abwasser 210 gelangt nun in den ersten Verdampfer 122 der Verdampfungsvorrichtung 120. Der erste Verdampfer 122 ist ein Vakuumverdampfer. Dort wird das Abwasser 210 in ein erstes Konzentrat 222 und ein erstes Destillat 220 getrennt. Im ersten Konzentrat 222 ist der Wasseranteil gegenüber dem gefilterten Abwasser 210 reduziert und beträgt z. B. weniger als 55 Gewichtsprozent.
Das erste Destillat 220 wird über den Ölabscheider 130 einem ersten Pufferbehälter 170 zugeführt. Das erste Konzentrat 222 gelangt in einen zweiten Pufferbehälter 172 und wird von dort dem zweiten Verdampfer 124 zugeführt. Im zweiten Verdampfer 124 wird das erste Konzentrat 222 weiter aufkonzentriert zu einem zweiten Konzentrat (Emulsionskonzentrat) 226. Der zweite Verdampfer 124 ist ebenfalls ein Vakuumverdampfer. Im zweiten Verdampfer 124 werden die Öl- und Salzbestandteile des ersten Konzentrats 222 aufkonzentriert und der Wasseranteil im Emulsionskonzentrat 226 auf weniger als 10 Gewichtsprozent reduziert. Das Emulsionskonzentrat 226 wird der Altölverwertung V zugeführt.
Zur Verdampfung im ersten Verdampfer 122 und im zweiten Verdampfer 124 wird der pH-Wert des zugeführten Abwassers 210 bzw. des ersten Konzentrats 222 auf einen Wert von mindestens 8, vorzugsweise im Bereich von pH = 8,5 bis 9,5 eingestellt.
Ein im zweiten Verdampfer 122 anfallendes zweites Destillat 224 wird ebenfalls über den Ölabscheider 130 dem ersten Pufferbehälter 170 zugeführt. Von dem ersten Pufferbehälter 170 werden die Destillate, d. h. das erste Destillat 220 aus dem ersten Verdampfer 122 und das zweite Destillat 224 aus dem zweiten Verdampfer 124 der Ultrafiltrationsvorrichtung 150 zugeführt. Für die Ultrafiltration wird der pH-Wert des Feedstroms, welcher das erste Destillat 220 und das zweite Destillat 224 beinhaltet, auf einen Wert im Bereich von pH = 7,0 bis pH = 7,4 eingestellt, vorzugsweise auf einen Wert im Bereich von pH = 7,2 bis pH = 7,3. Der Feedstrom wird mit der Ultrafiltrationsvorrichtung 150 in ein Ultrafiltrations-Retentat (UF-Retentat) 252 und ein Ultrafiltrations-Permeat (UF-Permeat) 250 getrennt.
Das UF-Retentat 252 wird in den Prozess zur Abwasserreinigung rückgeführt und dem unfiltrierten Abwasser 200 beigemischt. Das UF-Permeat 250 gelangt zunächst in einen dritten Pufferbehälter 174, von wo es der Umkehrosmosevorrichtung 160 zugeführt wird.
Die Umkehrosmosevorrichtung 160 weist zwei in Serie geschaltete Umkehrosmosemodule 162 und 164 auf. Das UF-Permeat 250 aus der Ultrafiltrationsvorrichtung 150 wird dem ersten Umkehrosmosemodul 162 zugeführt und in ein erstes Permeat 260 und ein erstes Retentat 262 getrennt. Das erste Permeat 260 des ersten Umkehrosmosemoduls 162 wird in das zweite Umkehrosmosemodul 164 geleitet. Das aus dem ersten Umkehrosmosemodul 162 stammende erste Retentat 262 wird in den Prozess zur Abwasserreinigung rückgeführt und dem Abwasser 200 beigemischt.
Im zweiten Umkehrosmosemodul 164 wird das erste Permeat 260 des ersten Moduls 162 getrennt in ein zweites Permeat 264 und zweites Retentat 266. Das zweite Permeat 264 ist weiter von Schadstoffen befreit und hat eine ausreichend reine Wasserqualität. Es wird als Prozesswasser in den Fertigungsprozess rückgeführt.
Das im zweiten Umkehrosmosemodul 164 abgetrennte zweite Retentat 266 wird in den Prozess zur Abwasserreinigung rückgeführt und dem ersten Sammelbehälter 170 zugeführt.
Der pH-Wert des Abwassers in der Umkehrosmosevorrichtung 160 wird vorzugsweise im Bereich von pH = 7,0 bis 7,4 und insbesondere im Bereich von pH = 7,2 bis 7,3 eingestellt.
Um Wasserverluste an den Prozessanlagen im Fertigungsprozess auszugleichen, kann es zusätzlich erforderlich sein, dem aufbereiteten Prozesswasser vollentsalztes Frischwasser 280 zuzugeben. Dieses wird durch eine Vollentsalzungsvorrichtung 180 bereitgestellt, in der Stadtwasser W entsalzt wird. Beim Betrieb der Vollentsalzungsvorrichtung 180 fallen Rückstände 282 an. Diese können direkt entsorgt werden, oder wie in 2 gezeigt, optional in einer weiteren Verdampfungsvorrichtung 190 aufkonzentriert werden und der Abfallentsorgung E zugeführt werden. Die weitere Verdampfungsvorrichtung 190 ist ein Vakuumverdampfer und die Rückstände 282 werden vorzugsweise um den Faktor 10 aufkonzentriert, bevor sie als Salzkonzentrat 292 der Abfallentsorgung zugeführt werden. Die bei der Aufkonzentrierung der Rückstände 282 in der weiteren Verdampfungsvorrichtung 190 anfallende Salzlösung 290 wird zur Vermeidung weiterer Abwasserströme ebenfalls der Abwasserreinigungsanlage zugegeben und über den ersten Pufferspeicher 170 in die Ultrafiltrationsvorrichtung 150 geleitet.
3 zeigt ein Fließbild einer Anlage 300 zur Abwasserreinigung gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung. Die Anlage 300 beinhaltet eine Makrofiltrationsvorrichtung 310, eine erste Verdampfungsvorrichtung 320 mit einem ersten und zweiten Verdampfer 322 und 324, einen Ölabscheider 330, eine zweite Verdampfungsvorrichtung 340, eine Ultrafiltrationsvorrichtung 350 und eine Umkehrosmosevorrichtung 360. Das zu reinigende Abwasser 400, das mit Reinigungsmitteln belastetes Waschwasser 402 und Altemulsionen 404, wie z. B. Kühlschmierstoffe mit Abrieb, aus der mechanischen Fertigung enthält, wird zunächst in die Makrofiltrationsvorrichtung 310 geleitet, wo über einen Bandfilter Metallspäne und grobe Feststoffteile abgetrennt werden.
Das gefilterte Abwasser 410 gelangt nun in den ersten Verdampfer 322 der Verdampfungsvorrichtung 320. Der erste Verdampfer 322 ist ein Vakuumverdampfers. Dort wird das Abwasser 410 in ein erstes Konzentrat 422 und elf erstes Destillat 420 getrennt. Im ersten Konzentrat 422 ist der Wasseranteil gegenüber dem gefilterten Abwasser 410 reduziert und beträgt z. B. weniger als 55 Gewichtsprozent.
Das erste Destillat 420 wird über den Ölabscheider 330 einem ersten Pufferbehälter 370 zugeführt. Das erste Konzentrat 422 gelangt in einen zweiten Pufferbehälter 372 und wird von dort dem zweiten Verdampfer 324 zugeführt. Im zweiten Verdampfer 324 wird das erste Konzentrat 422 werter aufkonzentriert zu einem zweiten Konzentrat (Emulsionskonzentrat) 426. Der zweite Verdampfer 324 ist ebenfalls ein Vakuumverdampfer. Im zweiten Verdampfer 324 werden die Öl- und Salzbestandteile des ersten Konzentrats 422 aufkonzentriert und der Wasseranteil im Emulsionskonzentrat 426 auf weniger als 10 Gewichtsprozent reduziert. Das Emulsionskonzentrat 426 wird der Altölverwertung V zugeführt.
Zur Verdampfung im ersten Verdampfer 322 und im zweiten Verdampfer 324 wird der pH-Wert des zugeführten Abwassers 410 bzw. des ersten Konzentrats 422 auf einen Wert von mindestens 8, vorzugsweise in einem Bereich von pH = 8,5 bis 9,5 eingestellt.
Ein im zweiten Verdampfer 322 anfallendes zweites Destillat 424 wird über den Ölabscheider 330 dem ersten Pufferbehälter 370 zugeführt. Von dem ersten Pufferbehälter 370 werden das erste Destillat 420 aus dem ersten Verdampfer 322 und das zweite Destillat 424 aus dem zweiten Verdampfer 324 der Ultrafiltrationsvorrichtung 350 zugeführt. Für die Ultrafiltration wird der pH-Wert des Feedstroms, welcher das erste Destillat 420 und das zweite Destillat 424 beinhaltet, auf einen Wert im Bereich von pH = 7 bis pH = 7,4 eingestellt, vorzugsweise auf einen Wert im Bereich von pH = 7,2 bis pH = 7,3. Der Feedstrom wird in ein Ultrafiltrations-Retentat (UF-Retentat) 452 und ein Ultrafiltrations-Permeat (UF-Permeat) 450 getrennt.
Das UF-Retentat 452 wird in einen dritten Pufferbehälter 374 geleitet. Das UF-Permeat 450 gelangt zunächst in einen vierten Pufferbehälter 376, von wo es der Umkehrosmosevorrichtung 360 zugeführt wird.
Die Umkehrosmosevorrichtung 360 weist zwei in Serie geschaltete Umkehrosmosemodule 362 und 364 auf. Das UF-Permeat 450 aus der Ultrafiltrationsvorrichtung 350 wird dem ersten Umkehrosmosemodul 362 zugeführt und in ein erstes Permeat 460 und ein erstes Retentat 462 getrennt. Das erste Permeat 460 des ersten Umkehrosmosemoduls 362 wird in das zweite Umkehrosmosemodul 364 geleitet. Das aus dem ersten Umkehrosmosemodul 362 stammende erste Retentat 462 wird in den dritten Pufferbehälter 374 geleitet und dem UF-Retentat 452 aus der Ultrafiltration beigemischt.
Im zweiten Umkehrosmosemodul 364 wird das erste Permeat 460 des ersten Moduls 162 getrennt in ein zweites Permeat 464 und zweites Retentat 466. Das zweite Permeat 464 ist weiter von Schadstoffen befreit und hat eine ausreichend reine Wasserqualität. Es wird als Prozesswasser in den Fertigungsprozess rückgeführt.
Das im zweiten Umkehrosmosemodul 364 abgetrennte zweite Retentat 466 wird in das erste Modul 362 der Umkehrosmosevorrichtung 360 rückgeführt.
Der pH-Wert des Abwassers in der Umkehrosmosevorrichtung 360 wird vorzugsweise im Bereich von pH = 7,0 bis 7,4 und insbesondere im Bereich von pH = 7,2 bis 7,3 eingestellt.
Das in den dritten Pufferbehälter 374 eingeleitete UF-Retentat 452 aus der Ultrafiltrationsvorrichtung 350 und das erste Retentat 462 aus dem ersten Umkehrosmosemodul 362 werden der zweiten Verdampfungsvorrichtung 340, welche ein Vakuumverdampfer ist, zugeführt und dort weiter aufkonzentriert. Hierzu wird der pH-Wert des zugeführten Feedstroms, welcher das UF-Retentat 452 und das erste Retentat 462 beinhaltet, auf einen pH-Wert von 5,5 oder weniger, vorzugsweise auf einen Wert im Bereich von pH = 4,5 bis 5,5 eingestellt. Das Konzentrat 442 aus der zweiten Verdampfungsvorrichtung 340 wird dem Emulsionskonzentrat 426 aus der ersten Verdampfungsvorrichtung 320 beigemischt und mit diesem der Altölverwertung V zugeführt.
Das in der zweiten Verdampfungsvorrichtung 340 abgetrennte Destillat 440 wird dem ersten Pufferbehälter 370 zur Rückführung in den Abwasserreinigungsprozess zugeführt und in die Ultrafiltrationsvorrichtung 350 geleitet.
Um Wasserverluste an den Prozessanlagen im Fertigungsprozess auszugleichen, kann es zusätzlich erforderlich sein, dem aufbereiteten Prozesswasser vollentsalztes Frischwasser 480 zuzugeben. Dieses wird durch eine Vollentsalzungsvorrichtung 380 bereitgestellt, in der Stadtwasser W entsalzt wird. Beim Betrieb der Vollentsalzungsvorrichtung 380 fallen Rückstände 482 an. Diese können direkt entsorgt werden, oder wie in 3 gezeigt, vorzugsweise in einer weiteren Verdampfungsvorrichtung 390 aufkonzentriert werden und der Abfallentsorgung E zugeführt werden. Die weitere Verdampfungsvorrichtung 390 ist ein Vakuumverdampfer und die Rückstände 482 werden vorzugsweise um den Faktor 10 aufkonzentriert, bevor sie als Salzkonzentrat 492 der Abfallentsorgung zugeführt werden. Die bei der Aufkonzentrierung der Rückstände 482 in der weiteren Verdampfungsvorrichtung 390 anfallende Salzlösung 490 wird zur Vermeidung weiterer Abwasserströme ebenfalls der Abwasserreinigungsanlage zugegeben und in den vierten Pufferspeicher 376 und von dort in die Umkehrosmosevorrichtung 360 geleitet.
Die voranstehend beschriebenen Anlagen weisen zur Umsetzung der beschriebenen Verfahrensführung die notwendigen Anlagenkomponenten auf, wie z. B. Leitungen, Pumpen, Absperrventile u. ä. Diese sind aus Gründen der Vereinfachung in den Figuren nicht separat dargestellt.
Die pH-Wert-Einstellung kann z. B. durch eine, nicht dargestellte, geeignete pH-Regelung mit pH-Sensoren und Dosierstationen erfolgen.
Die Membranen der Membrantrennvorrichtungen benötigen regelmäßige Rückspülung, dafür sind entsprechende, nicht dargestellte, Spülbehälter und Spülleitungen vorgesehen.
Mit den vorgeschlagenen Anlagen kann ein Gesamtwirkungsgrad bei der Abwasserreinigung von 99,8% erzielt werden. Durch die reduzierte Anzahl an Filtrationen, insbesondere durch den Entfall einer Nanofiltration und einer Spaltanlage, kommt weniger Membrantechnik zum Einsatz, wodurch die Spülwassermenge reduziert werden kann und der Gesamtwirkungsgrad steigt. Weiterhin können auch Abwasserströme aus der Magnesiumfertigung aufbereitet werden, eine separate Aufbereitung ist nicht notwendig. Durch den schlanken Gesamtprozess wird eine hohe Prozessstabilität mit geringen Wartungskosten erreicht. Es ergibt sich eine abwasserfreie Prozessführung. Aufgrund der Rückführung der Retentate aus den Membrantrennverfahren in den Gesamtprozess fällt bei der Abwasserreinigung neben dem gereinigten Wasser lediglich das mit Salzen angereicherte Emulsionskonzentrat an, das als Altöl weiterverwertet werden kann. Es fallen lediglich Abfallstoffe aus der Vollentsalzungsanlage an, somit kann die Abfallmasse um mindestens 70% verkleinert werden, verglichen mit dem herkömmlichen Verfahren wie zu 1 beschrieben. Das abgetrennte Emulsionskonzentrat, das hauptsächlich Altöl und Salze und einen geringen Wassergehalt von 10 Gewichtsprozent oder weniger aufweist, kann als Wertstoff Altöl verkauft werden. Weiterhin kann vorteilhafter Weise Abwärme aus dem Werk mittels Wärmetauscher genutzt werden, um das für den Verdampferbetrieb notwendige Heißwasser bereitzustellen, wodurch die- Energiebilanz weiter verbessert werden kann.
Die Ausführungsbeispiele sind nicht maßstabsgetreu und nicht beschränkend. Abwandlungen im Rahmen des fachmännischen Handelns sind möglich.
Bezugszeichenliste

1: Abwasserreinigungsanlage
10, 18: Abwasser
12: Waschwasser
14: Altemulsion
16: Makrofiltrationsvorrichtung
20: Ultrafiltrationsvorrichtung
22, 45, 48, 53, 55: Permeat
24, 44, 46, 52, 56: Retentate
25, 29: wässrige Phase
27, 28: Ölemulsion
26, 32, 47, 49: Pufferbehälter
30: Separator
34: Spaltanlage
40: Nanofiltration
41, 42, 43: Nanofilter
50: Umkehrosmosevorrichtung
51, 52: Umkehrosmosestufe
60, 61: Verdampfer
62, 63: Konzentrate
65, 66: Destillate
70: vollentsalztes Wasser
72: Vollentsalzungsvorrichtung
74: Rückstände
100, 300: Abwasserreinigungsanlage
110, 310: Makrofiltrationsvorrichtung
120, 190, 320, 340, 390: Verdampfungsvorrichtung
122, 124, 322, 324: Verdampfer
130, 330: Ölabscheider
150, 350: Ultrafiltrationsvorrichtung
160, 360: Umkehrosmosevorrichtung
162, 164: Umkehrosmosemodul
170, 172, 174, 370, 372, 374, 376: Pufferbehälter
180, 380: Vollentsalzungsvorrichtung
200, 210, 400: Abwasser
202, 402: Waschwasser
204, 404: Altemulsion
220, 224, 420, 424, 440: Destillat
222, 226, 422, 426, 442: Konzentrat
250, 260, 264, 450, 460, 464: Permeat
252, 262, 266, 452, 462, 466: Retentat
280, 480: vollentsalztes Wasser
282, 482: Rückstände
290, 490: Salzlösung
292, 492: Salzkonzentrat
E: Abfallentsorgung
V: Altölverwertung
W: Stadtwasser

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102010056418 A1 [0011]

Claims

Verfahren zur Abwasserreinigung von ölhaltigem Abwasser, insbesondere von Abwasser aus der mechanischen Fertigung, mit den Schritten: thermisches Aufkonzentrieren eines Abwassers (200; 400) zu einem Emulsionskonzentrat (226; 426) in einer Verdampfungsvorrichtung (120; 320) unter Abtrennung zumindest eines Destillates (220; 420); weiteres Reinigen des zumindest einen Destillats in einer Ultrafiltrationsvorrichtung (150; 350) zu einem Ultrafiltrations-Permeat (250; 450) und weiteres Reinigen des Ultrafiltrations-Permeats (250; 450) in einer Umkehrosmosevorrichtung zu einem Umkehrosmose-Permeat (264; 464).
Verfahren nach Patentanspruch 1, bei dem das Abwasser (200; 400) bei der thermischen Aufkonzentrierung durch zwei in Serie geschaltete Vakuumverdampfer (122, 124; 322, 324) aufkonzentriert wird und das Emulsionskonzentrat (226; 426) einen Restwassergehalt von 10 Gewichtsprozent oder weniger aufweist.
Verfahren nach Patentanspruch 1 oder 2, bei dem für jeden Prozessschritt der pH-Wert des Prozessmediums in einem vordefinierten Bereich eingestellt wird.
Verfahren nach einem der Patentansprüche 1 bis 3, bei dem der pH-Wert des in die Verdampfungsvorrichtung (120; 320) geleiteten Abwassers (210; 410) im alkalischen Bereich eingestellt wird und insbesondere auf einen pH-Wert von 8 oder größer oder im Bereich von pH = 8,5 bis 9,5 eingestellt wird und der pH-Wert des in die Ultrafiltrationsvorrichtung (150; 350) geleiteten Prozessmediums in einem Bereich von pH = 7,0 bis 7,4 und insbesondere in einem Bereich von 7,2 bis 7,3 eingestellt wird und der pH-Wert des in die Umkehrosmosevorrichtung (160; 360) geleiteten Prozessmediums in einem Bereich von pH = 7,0 bis 7,4 und insbesondere in einem Bereich von 7,2 bis 7,3 eingestellt wird.
Verfahren nach einem der Patentansprüche 1 bis 4, bei dem weiterhin das Ultrafiltrations-Retentat (452) und zumindest ein Umkehrosmose-Retentat (462) mittels Verdampfung aufkonzentriert werden und das hierbei entstehende Konzentrat (442) dem Emulsionskonzentrat (426) aus der Verdampfungsvorrichtung (320) zugeführt wird.
Verfahren nach Patentanspruch 5, bei dem das Ultrafiltrations-Retentat (452) und das zumindest eine Umkehrosmose-Retentat (462) in eine zweite Verdampfungsvorrichtung (340) geleitet werden und auf einen pH-Wert im sauren Bereich eingestellt werden und insbesondere auf einen pH-Wert von 5,5 oder weniger oder in einem Bereich von pH = 4,5 bis 5,5 eingestellt werden.
Verfahren nach einem der Patentansprüche 1 bis 4, bei dem die Retentate (252, 262, 266) der Ultrafiltrationsvorrichtung (150) und der Umkehrosmosevorrichtung (160) in den Abwasserreinigungsprozess rückgeführt werden
Verfahren nach einem der Patentansprüche 1 bis 7, bei dem weiterhin vollentsalztes Wasser (280; 480) von einer Vollentsalzungsanlage (180; 380) bereitgestellt wird, wobei die in der Vollentsalzungsanlage (180; 380) anfallenden Rückstände (282; 482) in einer weiteren Verdampfungsvorrichtung (190; 390) aufkonzentriert werden und das in der weiteren Verdampfungsvorrichtung (190; 390) anfallende Destillat (290; 490) der Abwasserreinigungsanlage (100; 300) zugeführt wird.
Abwasserreinigungsanlage, insbesondere zur Reinigung von ölhaltigem Abwasser aus der mechanischen Fertigung, mit: einer ersten Verdampfungsvorrichtung (120; 320), einer Ultrafiltrationsvorrichtung (150; 350) und einer Umkehrosmosevorrichtung (160; 360), die so verschaltet sind, dass das Abwasser (200; 400) in der ersten Verdampfungsvorrichtung (120; 320) aufkonzentriert wird zu einem Emulsionskonzentrat (226; 426) und zumindest ein Destillat (220; 420) abgetrennt wird, das zumindest eine Destillat (220; 420) der Ultrafiltrationsanlage (150; 350) zugeführt werden kann zur weiteren Reinigung zu einem Ultrafiltrations-Permeat (250; 450), und das Ultrafiltrations-Permeat (250; 450) der Umkehrosmosevorrichtung (160; 360) zugeführt werden kann zur weiteren Reinigung zu einem Umkehrosmose-Permeat (264; 464).
Abwasserreinigungsanlage nach Patentanspruch 9, bei der die Verdampfungsvorrichtung (120; 320) einen ersten Vakuumverdampfer (122; 322) und einen zweiten Vakuumverdampfer (124; 324) beinhaltet, und ein Konzentrat (222; 422) des ersten Vakuumverdampfers (120; 320) dem zweiten Vakuumverdampfer (124; 324) zur weiteren Aufkonzentrierung zugeleitet werden kann.
Abwasserreinigungsanlage nach Patentanspruch 9 oder 10, weiterhin mit einer Mess- und Regeleinrichtung zum Einstellen des pH-Werts der Prozessmedien in der Verdampfungsvorrichtung (120; 320), der Ultrafiltrationsvorrichtung (150; 350) und der Umkehrosmosevorrichtung (160; 360).
Abwasserreinigungsanlage nach einem der Patentansprüche 9 bis 11, weiterhin mit einer zweiten Verdampfungsvorrichtung (340), die so angeschlossen ist, dass ein Ultrafiltrations-Retentat (452) und zumindest ein Umkehrosmose-Retentat (462) zur weiteren Aufkonzentrierung eingeleitet werden können und ein in der zweiten Verdampfungsvorrichtung (340) anfallendes Konzentrat (442) dem Emulsionskonzentrat (426) beigemischt werden kann.
Abwasserreinigungsanlage nach Patentanspruch 11 und 12, wobei die Mess- und Regeleinrichtung auch eingerichtet ist zum Einstellen des pH-Werts des Prozessmediums, das der zweiten Verdampfungsvorrichtung zugeführt wird.
Abwasserreinigungsanlage nach einem der Patentansprüche 9 bis 11, bei der die Ultrafiltrationsvorrichtung (150) und die Umkehrosmosevorrichtung (160) so eingebunden sind, dass die Retentate (252; 262, 266) aus der Ultrafiltrationsvorrichtung (150) und der Umkehrosmosevorrichtung (160) in die Abwasserreinigungsanlage (100) zurückgeführt werden können.
Abwasserreinigungsanlage nach einem der Patentansprüche 9 bis 14, weiterhin mit einer der ersten Verdampfungsvorrichtung (120; 320) vorgeschalteten Makrofiltrationsvorrichtung (110; 310).