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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Abwasserreinigung in einem Lackierprozess und eine Anlage zur Lackierung von Bauteilen. Die Erfindung betrifft insbesondere eine Abwasserreinigung für Prozessabwässer, die in einer Anlage zur Lackierung von Karosseriebauteilen eines Kraftfahrzeugs anfallen. Wenn in dieser Anmeldung der Begriff Abwasser benutzt wird, ist dieses ausschließlich auf das Prozessabwasser der Lackiererei zu beziehen.
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In einer Lackiererei in der Kraftfahrzeugindustrie, z.B. in der Automobilfertigung, durchlaufen die zu lackierenden Bauteile, wie z.B. Fahrzeugkarosserien und Karosserieanbauteile, einen mehrstufigen Prozess vor dem Auftragen des eigentlichen Farblacks. Zunächst werden die Bauteile in einem Entfettungsprozess von Fetten und Staub gereinigt, dann wird die Bauteiloberfläche in einem Phosphatierungsprozess mit einer Phosphatschicht versehen und anschließend werden die Bauteile in einem KTL-Prozess mit einem Kathodischen Tauchlack (KTL) beschichtet. In allen diesen Teilprozessen fallen Abwässer an. Zudem sind in jedem dieser Teilprozesse ein oder mehrere Spülstufen vorgesehen, in denen die Bauteile gereinigt werden und bei denen weiteres Abwasser anfällt, das sich in seiner Zusammensetzungen unterscheidet. Während die Abwässer aus dem Entfettungsprozess in erster Linie Tenside und Öle enthalten, sind die Abwässer aus dem Phosphatierungsprozess schwermetallhaltig. Das aus dem KTL-Prozess stammende Abwasser wiederum enthält Lackpartikel und Elektrolyte.
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Alle diese Abwasser müssen aufbereitet werden und die Verluste durch Frischwasser, zum Teil vollentsalztes Wasser (VE-Wasser), ersetzt werden, was zu hohen Kosten führt und ressourcenintensiv ist.
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Es sind verschiedene Ansätze bekannt, um den Wasserverbrauch im Lackierprozess zu verringern. So schlägt die
DE 10 2012 218 495 A1 beispielsweise ein Verfahren vor, wie der KTL-Prozess wassersparender gestaltet werden kann. Durch Verwendung einer Ultrafiltrationsanlage wird Wasser aus dem Elektrotauchbecken abgetrennt und teilweise für die Schlussspülung nach der KTL-Beschichtung verwendet. Ferner kann das anfallende Abwasser aus dem Anolytkreislauf hier auch durch ein geeignetes Verfahren aufbereitet werden.
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Weiterhin ist aus der nicht vorveröffentlichten Patentanmeldung
DE 102016215233.5 bekannt, den Entfettungsprozess mit einer zweistufigen Bauteilspülung in der Lackiererei wassersparender zu gestalten, indem das Abwasser der ersten Spülstufe aufbereitet und der zweiten Spülstufe zugeführt wird.
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Trotz dieser vorgeschlagenen Maßnahmen ist der Wasserbedarf im Lackierprozess eines Fahrzeugs enorm. In Wassermangelgebieten ist es jedoch von besonderer Wichtigkeit, dass so wenig Prozesswasser wie möglich verbraucht wird. Denn die Trinkwasservorräte zur Entnahme von Frischwasser sind begrenzt und eine Anlieferung von Frischwasser kostenintensiv.
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Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Möglichkeit aufzuzeigen, wie die Abwassermenge und der Frischwasserbedarf einer Lackiererei in der Automobilfertigung kostengünstig weiter verringert werden kann.
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Gelöst wird die Aufgabe durch ein Verfahren zur Abwasserreinigung nach Patentanspruch 1 und durch eine Anlage zur Lackierung von Bauteilen nach Patentanspruch 5. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen ergeben sich aus den Unteransprüchen und der nachfolgenden Beschreibung.
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Es wird ein Verfahren zur Abwasserreinigung in einem Lackierprozess angegeben, bei dem die Bauteile die Teilprozesse Entfetten, Phosphatieren und KTL-Beschichten durchlaufen, wobei in jedem der Teilprozesse Abwasser anfällt. Das Verfahren zur Abwasserreinigung umfasst die Schritte:
- - Reinigen des Abwassers in einer Biomembranreaktoranlage,
- - weiteres Reinigen des in der Biomembranreaktoranlage teilgereinigten Abwassers in einer Umkehrosmoseanlage unter Erhalt eines Permeats und eines Konzentrats
- - Leiten des Permeats über eine Ionenaustauscheranlage unter Erhalt von vollentsalztem Wasser und Eluaten sowie
- - Zurückführung des vollentsalzten Wassers in den Lackierprozess und
- - Verwendung des rückgeführten Wassers in wenigstens einem der Teilprozesse Entfetten, Phosphatieren und KTL-Beschichten.
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Der Teilprozess Phosphatieren kann in einer Ausgestaltung als weitere Unterprozesse einen Aktivierungsprozess und/oder einen Passivierungsprozess enthalten sowie diesen Prozessen zugehörige Spülstufen. Im Aktivierungsprozess werden auf der Bauteiloberfläche Kristallisierungskeime erzeugt, an denen im nachfolgenden eigentlichen Phosphatierungsprozess die Phosphatkristalle wachsen. Der optionale Passivierungsprozess folgt nach dem Phosphatierungsprozess, wobei Stellen auf der Bauteiloberfläche, die nach dem Phosphatierungsprozess noch „offen“ bzw. reaktiv sind, verschlossen werden. Die im Rahmen des Aktivierungsprozesses und Passivierungsprozesses anfallenden Abwässer werden vorzugsweise ebenfalls mit dem erfindungsgemäßen Verfahren gereinigt.
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Die in der Biomembranreaktoranlage eingesetzte lebende biologische Masse verstoffwechselt einen Teil der im Abwasser gelösten Stoffe (vor allem organische Verbindungen), wodurch das Abwasser eine Teilreinigung erfährt. Der aufgrund des biologischen Prozesses anfallende Klärschlamm kann z.B. einer bekannten Klärschlammaufbereitung zugeführt werden. Die Biomembranreaktoranlage kann einen einzigen Reaktor oder mehrere miteinander verschaltete Reaktoren aufweisen. Jeder Biomembranreaktor weist Membranen auf, mit dem das teilgereinigte Wasser unter Rückhalt der biologischen Masse abgetrennt werden kann. Das in der Biomembranreaktoranlage teilgereinigte Abwasser wird dann in einer Umkehrosmoseanlage weiter gereinigt.
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In der Umkehrosmoseanlage wird das teilgereinigte Abwasser in ein Konzentrat aufgetrennt, in dem die Schadstoffkonzentration gegenüber dem teilgereinigten Abwasser erhöht ist, und ein Permeat, das gegenüber dem teilgereinigten Abwasser weiter von Schadstoffen befreit ist. Die Umkehrosmoseanlage kann ein- oder mehrstufig aufgebaut sein. Ebenso können mehrere Anlagen als redundante Systeme parallel betrieben werden.
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Das in der Umkehrosmoseanlage erhaltene Permeat wird in einer Ionenaustauscheranlage weiter zu vollentsalztem Wasser aufbereitet. Die Ionenaustauscheranlage ist nicht auf eine bestimmte Bauform beschränkt, so kann die Ionenaustauscheranlage z.B. einen Kationenaustauscher und einen Anionenaustauscher umfassen.
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Das vollentsalzte Wasser wird in den Lackierprozess zurückgeführt, wo es in wenigstens einem der Teilprozesse Entfetten, Phosphatieren und KTL-Beschichten, einschließlich der in den Teilprozessen integrierten Spülstufen, verwendet wird. Eine Verwendung im Teilprozess Entfetten kann z.B. bedeuten, dass das rückgeführte Wasser mit Tensiden vermischt und als Reinigungslösung eingesetzt wird oder dass es in einer der Entfettungszone nachfolgenden Spülstufe als Spülflüssigkeit verwendet wird. Ebenso kann das rückgeführte Wasser bei der eigentlichen Phosphatierung oder KTL-Beschichtung verwendet werden oder auch als Spülflüssigkeit in einer dem Phosphatieren oder KTL-Beschichten zugeordneten Spülstufe.
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Durch das erfindungsgemäße Verfahren kann der Wasserverbrauch zur Lackierung von Bauteilen auf ein Minimum reduziert werden. Das Verfahren ist kostengünstig und mit geringem technischem Aufwand durchführbar.
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Zur Stabilisierung der Biologie im Biomembranreaktor werden in einer bevorzugten Ausgestaltung die Abwässer aus den verschiedenen Teilprozessen in einem gemeinsamen Speicher zusammengeführt und als zusammengeführtes Abwasser der Biomembranreaktoranlage übergeben. Die Zusammensetzung des in den Biomembranreaktor eingeleiteten Abwassers wird so homogenisiert, wodurch die Reinigungsleistung der biologischen Reinigungsstufe erhöht werden kann. Vor der Einleitung in die Biomembranreaktoranlage kann ggf. eine pH-Wert Einstellung des zusammengeführten Abwassers vorgenommen werden.
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Eine weitere Reduzierung der anfallenden Abwassermenge wird in einer Ausgestaltung dadurch erzielt, dass das in der Umkehrosmoseanlage aufkonzentrierte Abwasser (Konzentrat) zumindest teilweise in den gemeinsamen Speicher rückgeführt wird. Je nach Zusammensetzung des Konzentrats kann dieses vollständig in den Speicher rückgeführt werden oder es kann zuvor weiter aufbereitet werden, z.B. durch einen zwischengeschalteten Verdampfer o.ä.
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Das erfindungsgemäße Verfahren ist besonders geeignet und kann verwendet werden, um Abwasser zu reinigen, das bei der Lackierung von Karosseriebauteilen oder Karosserien eines Kraftfahrzeugs anfällt.
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Weiterhin wird eine Anlage zur Lackierung von Bauteilen angegeben, insbesondere eine Anlage zur Lackierung von Karosseriebauteilen eines Kraftfahrzeugs, mit einer Entfettungszone, einer Phosphatierungszone, einer KTL-Beschichtungszone, und mehreren Spülstufen.
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In der Entfettungszone wird das Bauteil mit einer Reinigungslösung gereinigt. Dieser Bereich kann einen oder mehrere Teilbereiche umfassen, beispielsweise mehrere Tauchbäder oder Spritzvorrichtungen, in bzw. an denen das Bauteil mit der Reinigungslösung in Kontakt gelangt. Die Reinigungslösung ist eine herkömmliche Reinigungslösung, die insbesondere mindestens ein Tensid enthält und daher zum Entfernen von Staub und anhaftenden Schmutzpartikeln sowie zum An- und Ablösen und mindestens teilweisen Entfernen von anhaftenden Ölen und/oder Fetten geeignet ist.
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In der Phosphatierungszone wird das Bauteil auf seiner Oberfläche mit einer Phosphatschicht versehen. Dieser Bereich kann einen oder mehrere Teilbereiche umfassen, z.B. kann das Bauteil durch mehrere Tauchbäder oder Spritzvorrichtungen mit beispielsweise wässrigen Phosphatlösungen in Kontakt gebracht werden.
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In einer bevorzugten Ausgestaltung weist die Anlage zur Lackierung weiterhin eine Aktivierungszone und/ oder eine Passivierungszone auf. In der Aktivierungszone wird die Bauteiloberfläche vor dem Erzeugen der Phosphatschicht aktiviert und es werden z.B. Kristallisationskeime gebildet, auf denen das Phosphatwachstum stattfindet. In der Passivierungszone wird die Bauteiloberfläche nach dem Ausbilden der Phosphatschicht passiviert, wozu noch reaktive „offene“ Stellen in der Phosphatierung passiviert werden.
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In der KTL-Beschichtungszone durchläuft das Bauteil eine kathodische Tauchlackierung, wobei eine KTL-Schicht auf dem Bauteil abgeschieden wird.
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Unter einer Spülstufe wird im Sinne der Erfindung eine Vorrichtung verstanden, in der das Bauteil mit einer Spüllösung in Kontakt gebracht wird. Dies kann z.B. in Form eines Tauchbades oder durch eine Spritzvorrichtung oder in geeigneter anderer Art und Weise erfolgen. Die Spülstufen dienen zur Reinigung des Bauteils. In den Spülstufen wird z.B. mit Wasser, teilweise mit vollentsalztem Wasser gespült. In der Anlage sind mehrere Spülstufen vorgesehen. So schließt sich beispielsweise an die Entfettungszone mindestens eine Spülstufe an, nach der Phosphatierungszone durchläuft das Bauteil mindestens eine weitere Spülstufe und das KTL-beschichtete Bauteil wird in mindestens einer weiteren Spülstufe gereinigt. Auch die Aktivierungszone und Passivierungszone können eine oder mehrere Spülstufen aufweisen.
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In jeder der Zonen Entfettungszone, Phosphatierungszone, KTL-Beschichtungszone, Aktivierungszone und Passivierungszone und den Spülstufen fällt Abwasser an.
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Zur Verringerung der anfallenden Abwassermenge umfasst die Anlage zur Lackierung von Bauteilen erfindungsgemäß weiterhin eine Biomembranreaktoranlage, eine Umkehrosmoseanlage und eine Ionenaustauscheranlage, die so verschaltet sind, dass das Abwasser zunächst in dem Biomembranreaktor zu einem teilgereinigten Abwasser gereinigt wird, anschließend das teilgereinigte Abwasser in der Umkehrosmoseanlage weiter zu einem Permeat unter Abtrennung eines Konzentrats gereinigt wird und das Permeat in der Ionenaustauscheranlage weiter zu vollentsalztem Wasser aufbereitet wird. Das so erhaltende vollentsalzte Wasser ist in wenigstens einer der Spülstufen oder Zonen rückführbar und kann dort erneut verwendet werden. Die Rückführung bzw. die Verschaltung ist z.B. durch entsprechende Leitungen oder Leitungssysteme realisiert, welche die einzelnen Komponenten miteinander verbinden.
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Eine vorteilhafte Weiterbildung der Anlage zur Lackierung sieht einen Speicher vor, in dem das Abwasser aus der Entfettungszone, der Phosphatierungszone, der KTL-Beschichtungszone, soweit vorhanden aus der Aktivierungszone und der Passivierungszone, und den Spülstufen zusammengeführt wird und der so verschaltet ist, dass das zusammengeführte Abwasser aus dem Speicher in die Biomembranreaktoranlage einleitbar ist. Indem die Abwässer aus den verschiedenen Zonen und Spülstufen, die sehr unterschiedliche Zusammensetzungen aufweisen können, zunächst zusammengeführt werden, wird die Zusammensetzung des resultierenden zusammengeführten Abwassers homogenisiert, was sich vorteilhaft auf den Betrieb der Biomembranreaktoranlage auswirkt.
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In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung ist die Umkehrosmoseanlage mit dem Speicher derart verschaltet, dass zumindest ein Teil des Konzentrats aus der Umkehrosmoseanlage in den Speicher einleitbar ist.
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Die erfindungsgemäße Lackieranlage ist dabei eingerichtet, das voranstehend beschriebene Verfahren zur Abwasseraufbereitung durchzuführen und erzielt als solche dieselben zum Verfahren beschriebenen Vorteile und technischen Wirkungen.
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Das erfindungsgemäße Verfahren zur Abwasserreinigung und die Anlage zur Lackierung ermöglichen es, den Großteil des anfallenden Abwassers so aufzubereiten, dass er als vollentsalztes Wasser in den Prozess rückgeführt werden kann. Hierdurch kann die Anlage zur Lackierung nahezu abwasserfrei betrieben werden.
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Die Anlage zur Lackierung eines Bauteils kann weitere hier nicht explizit genannte Komponenten erhalten, die zur Durchführung des Lackierprozesses vorgesehen und dem Fachmann bekannt sind.
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Die oben beschriebenen Eigenschaften, Merkmale und Vorteile dieser Erfindung sowie die Art und Weise, wie diese erreicht werden, werden klarer und deutlicher verständlich anhand der Zeichnung und 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.
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Im Folgenden werden Ausführungsbeispiele an Hand der beiliegenden Zeichnung erläutert. Darin zeigt:
- 1 eine schematische Darstellung einer beispielhaften Anlage zur Lackierung von Karosseriebauteilen in der Kraftfahrzeugfertigung
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In 1 ist in schematischer Darstellung eine Anlage zur Lackierung von Karosseriebauteilen in der Kraftfahrzeugfertigung dargestellt, wobei nur die für den erfindungsgemäßen Prozess der Abwasserreinigung interessierenden Elemente gezeigt sind. Die übrigen Elemente sind der Übersichtlichkeit halber weggelassen.
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Ein zu lackierendes Bauteil durchläuft die Anlage 1, wobei mehrere Teilprozesse nacheinander an dem Bauteil durchgeführt werden. Das Verfahren zur Lackierung umfasst die Teilprozesse Entfetten 10, Phosphatieren 20, KTL-Beschichten 30 und Lackieren 40.
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Für den Teilprozess Entfetten 10 weist die Anlage 1 beispielhaft eine Entfettungszone 12, sowie eine erste Spülstufe 14 und eine zweite Spülstufe 16 auf.
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Im weiteren Bearbeitungsprozess durchläuft das Bauteil den Teilprozess Phosphatierung 20, in dem das Bauteil mit einer Zinkphosphatschicht überzogen wird. Der Teilprozess Phosphatierung 20 umfasst beispielhaft eine Phosphatierungszone 22 sowie zwei Spülstufen 24 und 26. Optional kann in dem Teilprozess Phosphatierung 20 zusätzlich ein Aktivierungsprozess mit einer Aktivierungszone 27 und ein Passivierungsprozess mit einer Passivierungszone 28 vorgesehen sein. Nach der Aktivierungszone 27 und/oder der Passivierungszone 28 können weitere nicht dargestellte Spülstufen vorgesehen sein.
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Das Bauteil wird anschließend im KTL-Teilprozess 30 in einer KTL-Beschichtungszone 32 mit einer KTL-Beschichtung versehen und in ein oder mehreren Spülstufen gereinigt. Beispielhaft sind zwei Spülstufen 34 und 36 gezeigt.
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In dem anschließenden Teilprozess Lackieren 40 werden auf das Bauteil mehrere Lackschichten, wie z.B. ein oder mehrere Farblackschichten sowie ein Klarlack aufgetragen.
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Die in den Teilprozessen Entfetten 10, Phosphatieren 20 und KTL-Beschichten 30 anfallenden Abwässer 50 bis 57 werden einem gemeinsamen Speicher 60 zugeführt und in diesem vermischt, wodurch die Zusammensetzung des Abwassers homogenisiert wird. Gegebenenfalls kann es vorgesehen sein, dass einzelne oder alle der Abwasserstränge 50 bis 57 vor der Einleitung in den Speicher 60 in optionalen Vorbehandlungsstufen vorbehandelt werden. So kann wie in 1 dargestellt, in dem Abwasserstrang 50 der Entfettungsstufe 10 eine optionale Ultrafiltrationsanlage 58 dem Speicher 60 vorgeschaltet sein und das aus dem Phosphatierungsteilprozess stammende Abwassers 52 zunächst mit einer Schwermetallfällung 59 vorbehandelt werden. Weitere oder alternative Vorbehandlungsstufen sind denkbar.
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Das zusammengeführte Abwasser 61 wird nun erfindungsgemäß einer Biomembranreaktoranlage 70 zugeführt, wobei ggf. eine pH-Wert-Einstellung des Abwassers 61 vorgenommen werden kann. Die in der Biomembranreaktoranlage 70 enthaltene lebende biologische Masse verstoffwechselt einen Teil der im zusammengeführten Abwasser 61 enthaltenen Stoffe, insbesondere organische Verbindungen, wodurch das Abwasser 61 zumindest teilweise gereinigt wird. Dabei fällt Klärschlamm 71 an, der in einer bekannten Schlammaufbereitung weiter verarbeitet werden kann.
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Im Anschluss an die Biomembranreaktoranlage 70 wird das dort teilgereinigte Abwasser 72 durch eine Umkehrosmoseanlage 80 geleitet und dort in ein Permeat 81 und ein Konzentrat 82 aufgeteilt, wobei die Konzentration von Schadstoffen im Konzentrat 81 höher ist als im Abwasser 72. Das Permeat 81 wird nun über eine Ionenaustauscheranlage 90 weiter gereinigt zu vollentsalztem Wasser 91. Das vollentsalzte Wasser 91 wird in den Lackierprozess rückgeführt und in einem oder mehreren der Teilprozesse 10, 20, 30 wiederverwendet. Die Rückführung des vollentsalzten Wassers 91 kann z.B. über eine oder mehrere Zuführleitungen in einzelne oder alle der Bearbeitungszonen 12, 22 und 32 und optional 27 und 28 und/oder in einzelne oder alle der Spülstufen, z.B. Spülstufen 14, 16, 24, 26, 34, 36 erfolgen.
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Das in der Umkehrosmoseanlage 80 erzeugte Konzentrat 82 kann über eine weitere Zuführleitung mit vorgeschalteter Feststoffreduzierung 84 durch ein geeignetes Verfahren in den Speicher 60 rückgeführt werden, wodurch die Menge an nicht wiederaufbereitbarem Restabwasser weiter reduziert wird.
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Die erfindungsgemäße Anlage und Verfahrensführung ermöglichen es, dass der Großteil des anfallenden Abwassers so aufbereitet wird, dass er als vollentsalztes Wasser in den Prozess rückgeführt werden kann. Hierdurch kann die Anlage zur Lackierung nahezu abwasserfrei betrieben werden.
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Die Ausführungsbeispiele sind nicht maßstabsgetreu und nicht beschränkend. Abwandlungen im Rahmen des fachmännischen Handelns sind möglich.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Anlage zur Lackierung
- 10
- Teilprozess Entfetten
- 12
- Entfettungszone
- 14, 16
- Spülstufen Entfettung
- 20
- Teilprozess Phosphatierung
- 22
- Phosphatierungszone
- 24, 26
- Spülstufen Phosphatierung
- 27
- Aktivierungszone
- 28
- Passivierungszone
- 30
- Teilprozess KTL-Beschichtung
- 32
- KTL-Beschichtungszone
- 34, 36
- Spülstufen KTL-Beschichtung
- 40
- Lackieren
- 50 bis 57
- Abwasser
- 58
- Ultrafiltrationsanlage
- 59
- Schwermetallfällung
- 60
- Speicher
- 61
- zusammengeführtes Abwasser
- 70
- Biomembranreaktoranlage
- 71
- Klärschlamm
- 72
- teilgereinigtes Abwasser
- 80
- Umkehrosmoseanlage
- 81
- Permeat
- 82
- Konzentrat
- 84
- Feststoffreduzierung
- 90
- Ionenaustauscheranlage
- 91
- vollentsalztes Wasser
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102012218495 A1 [0004]
- DE 102016215233 [0005]
