DE102020213077A1

DE102020213077A1 - Verfahren zur Aufbereitung eines mit organischen Stoffen und anorganischen Partikeln belasteten Kühlkreislaufwassers

Info

Publication number: DE102020213077A1
Application number: DE102020213077.9A
Authority: DE
Inventors: Angela Ante; Michael Breuer; Peter Brücher; Alberto Bregante
Original assignee: SMS Group GmbH
Current assignee: SMS Group GmbH
Priority date: 2020-10-16
Filing date: 2020-10-16
Publication date: 2022-04-21
Also published as: CN116419966A; WO2022078672A1; KR20230074769A; JP2023546404A; US20230406745A1; EP4229013A1

Abstract

Die vorliegende Anmeldung betrifft ein Verfahren zur Aufbereitung eines mit organischen Stoffen und anorganischen Partikeln belasteten Kühlkreislaufwassers industrieller Anlagen (2), insbesondere eines Warmwalzwerks (2), umfassend die Schritte:a) Abtrennen der organischen Stoffe und der anorganischen Partikel aus dem Kühlkreislaufwasser, so dass ein vorgereinigtes Kühlkreislaufwasser erhalten wird,b) Abkühlen des vorgereinigten Kühlkreislaufwassers über einen offenen Kühlturm (11), so dass ein gekühltes vorgereinigtes Kühlkreislaufwasser erhalten wird,c) Entsalzen zumindest eines Teilvolumenstroms des gekühlten vorgereinigten Kühlkreislaufwassers mittels einer zumindest einstufigen-Entsalzungsanlage (14), so dass ein gereinigtes Kühlkreislaufwasser erhalten wird, undd) Zugeben von Bakterien, die geeignet sind, die in dem Kühlkreislaufwasser befindlichen organischen Stoffe abzubauen, wobei die Bakterien dem Kühlkreislaufwasser vor dem Abtrennen gemäß Schritt a), vor dem Abkühlen gemäß Schritt b) und/oder vor dem Entsalzen gemäß Schritt c) zugegeben werden, so dass sich eine biologische Reinigungsstufe ausbildet.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren sowie eine Anlage zur Aufbereitung eines mit organischen Stoffen und anorganischen Partikeln belasteten Kühlkreislaufwassers industrieller Anlagen, insbesondere eines Warmwalzwerks.
In industriellen Anlagen, insbesondere in einem Warmwalzwerk, werden zum Kühlen der Prozesslinie große Mengen Wasser benötigt, deren Salzgehalt im Laufe des Kühlprozesses aufkonzentriert wird. Daher wird ein Teilstrom, das sogenannte Absalzwasser, ausgeschleust und in den meisten Fällen direkt eingeleitet oder der öffentlichen Kanalisation zugeführt.
Aufgrund von zunehmender Wasserknappheit sowie steigenden Kosten im Bereich der Wasseraufbereitung wird eine Reduktion der Menge an Absalzwasser angestrebt, um eine möglichst hohe Frischwassereinsparung zu erzielen. Hierzu werden Entsalzungsanlagen eingesetzt, in denen das Absalzwasser mittels Umkehrosmose aufgereinigt wird. Dabei zeigt sich, dass zwar Wasser in hoher Qualität mit hoher Ausbeute zurückgewonnen werden kann, allerdings weisen die eingesetzten Membranen eine stark verkürzte Standzeit auf, so dass die Betriebsstabilität der Entsalzungsanlagen gefährdet ist.
Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zu Grunde, ein Verfahren sowie eine Anlage bereitzustellen, die die Nachteile des Standes der Technik überwinden. Insbesondere liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zu Grunde, ein Verfahren sowie eine Anlage bereitzustellen, dass die Standzeit von in der Entsalzungsanlage eingesetzten Membranen verbessert.
Erfindungsgemäß wird die Aufgabe gemäß einem ersten Aspekt mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 sowie gemäß einem zweiten Aspekt mit den Merkmalen des Patentanspruchs 12 gelöst.
Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den abhängig formulierten Ansprüchen angegeben. Die in den abhängig formulierten Ansprüchen einzeln aufgeführten Merkmale sind in technologisch sinnvoller Weise miteinander kombinierbar und können weitere Ausgestaltungen der Erfindung definieren. Darüber hinaus werden die in den Ansprüchen angegebenen Merkmale in der Beschreibung näher präzisiert und erläutert, wobei weitere bevorzugte Ausgestaltungen der Erfindung dargestellt werden.
Gemäß einem ersten Aspekt betrifft die vorliegende Erfindung ein Verfahren zur Aufbereitung eines mit organischen Stoffen und anorganischen Partikeln belasteten Kühlkreislaufwassers industrieller Anlagen, insbesondere eines Warmwalzwerks. Das Verfahren umfasst hierbei die Schritte:

a) Abtrennen der organischen Stoffe und der anorganischen Partikel aus dem Kühlkreislaufwasser, so dass ein vorgereinigtes Kühlkreislaufwasser erhalten wird,
b) Abkühlen des vorgereinigten Kühlkreislaufwassers über einen offenen Kühlturm, so dass ein gekühltes vorgereinigtes Kühlkreislaufwasser erhalten wird,
c) Entsalzen zumindest eines Teilvolumenstroms des gekühlten vorgereinigten Kühlkreislaufwassers mittels einer zumindest einstufigen Entsalzungsanlage, so dass ein gereinigtes Kühlkreislaufwasser erhalten wird, und
d) Zugeben von Bakterien, die geeignet sind, die in dem Kühlkreislaufwasser befindlichen organischen Stoffe abzubauen, wobei die Bakterien dem Kühlkreislaufwasser vor dem Abtrennen gemäß Schritt a), vor dem Abkühlen gemäß Schritt b) und/oder vor dem Entsalzen gemäß Schritt c) zugegeben werden, so dass sich eine biologische Reinigungsstufe ausbildet.

Überraschenderweise hat sich gezeigt, dass durch die Zugabe der Bakterien in das Kühlkreislaufwasser die Standzeit der in der Entsalzungsanlage eingesetzten Membranen deutlich erhöht werden kann. Durch den Einsatz der Bakterien konnte die Standzeit der Membranen vorteilhafterweise um mindestens 600 %, besonders bevorzugt um mindestens 900 %, und ganz besonders bevorzugt um mindestens 1200 % gegenüber einer herkömmlichen Vorbehandlung von Absalzwasser gesteigert werden. Als Bakterienkultur kann beispielsweise ein Granulat eingesetzt werden, das von der Anmelderin unter dem Produktnamen „Oilco-Bacteria“ erhältlich ist.
Der vorliegenden Erfindung liegt die wesentliche Erkenntnis zugrunde, dass die in dem Kühlkreislaufwasser enthaltenen organischen Stoffe und anorganischen Partikel mittels der herkömmlichen Abtrennung gemäß Schritt a) nicht vollständig entfernt werden und die in dem gekühlten vorgereinigten Kühlkreislaufwasser (Absalzwasser) verbliebene Fraktion, die zumindest als Teilvolumenstrom der zumindest einstufigen Entsalzungsanlage zugeführt wird, die Membranen derart stark verblockt, dass es zu den beobachteten stark verkürzten Standzeiten kommt.
Die organischen Stoffe, insbesondere Öle und Fette, verbinden sich mit den in dem Kühlkreislaufwasser festen anorganisch-haltigen Partikeln, insbesondere Zunder, welches überwiegend aus Eisen-(II,III)-oxid besteht, zu hoch adhäsiven Feinstagglomeraten, die die Membranen irreversibel verblocken. Hierbei wird der Zunder, der in dem Absalzwasser eine Partikelgröße von 500 nm bis 3000 nm aufweist, von den Ölen und Fetten ummantelt. Durch die in den Kühlkreislauf zugegebenen Bakterien werden in einem oder mehreren Bereichen des Kühlkreislaufs Biozönosen ausgebildet, in denen die Bakterien sich ansiedeln und die organischen Stoffe, insbesondere die Öle und Fette, abbauen bzw. verstoffwechseln, die für die adhäsive Eigenschaft der Feinstagglomerate verantwortlich sind. In dem Kühlkreislaufwasser verbleiben sodann lediglich die nackten Zunderpartikel, die die Membranen aufgrund der fehlenden adhäsiven Eigenschaft nicht mehr verblocken können.
Eine Biozönose im Sinne der vorliegenden Erfindung ist eine Gemeinschaft von Organismen in einem abgegrenzten Lebensraum (Biotop), wobei die Biozönose und das Biotop zusammen ein Ökosystem bilden.
Erfindungsgemäß werden die Bakterien dem Kühlkreislaufwasser vor dem Abtrennen gemäß Schritt a), vor dem Abkühlen gemäß Schritt b) und/oder vor dem Entsalzen gemäß Schritt c) zugegeben. Die Bakterien können somit dem Kühlkreislaufwasser lokal, oder über den gesamten Kühlkreislauf verteilt, zugegeben werden, um die biologische Reinigungsstufe auszubilden. Bei einer Zugabe der Bakterien über den gesamten Kühlkreislauf ergibt sich der Vorteil, dass jegliche Aggregate des Kühlkreislaufs von den klebrigen Ablagerungen, die üblicherweise in regelmäßigen Abständen aus dem gesamten Kühlkreislauf entfernt und gesondert entsorgt werden müssten, weitgehend frei bleiben. Das Entfernen dieser Ablagerungen, die die organischen Stoffe sowie die anorganischen Partikel umfassen, kann somit eingespart werden, was sich vorteilhaft auf die laufenden Betriebskosten der Anlage auswirkt. In dieser Ausführungsvariante ist eine Biozidzugabe zu dem Kühlkreislaufwasser ausgeschlossen, da das Biozid die von den Bakterien ausgebildete Biozönose sodann zerstören würde. Bei der lokalen Zugabe der Bakterien, insbesondere in den zu entsalzenden Teilvolumenstrom des gekühlten vorgereinigten Kühlkreislaufwassers, kann eine Biozidzugabe in den übrigen Hauptvolumenstrom vorteilhaft sein. Hierzu werden vorzugsweise Biozide eingesetzt, die nur eine geringe, oder besonders bevorzugt keine, Remanenzwirkung aufweisen.
Unabhängig von der jeweiligen Ausführungsvariante beträgt der Hauptvolumenstrom an dem gekühlten vorgereinigten Kühlkreislaufwasser, der in dem Kühlkreislaufabschnitt von dem offenen Kühlturm über eine Hauptleitung zur industriellen Anlage gefördert wird, vorzugsweise 1000 bis 30000 m³ pro Stunde. Der Teilvolumenstrom an dem gekühlten vorgereinigten Kühlkreislaufwasser, der über eine Bypass-Leitung von dem Hauptvolumenstrom der zumindest einstufigen Entsalzungsanlage zugeführt wird, beträgt vorzugsweise 25 bis 500 m³ pro Stunde, mehr bevorzugt 50 bis 200 m³ pro Stunde.
In gleicher Weise sieht die Erfindung eine Anlage zur Aufbereitung eines mit organischen Stoffen und anorganischen Partikeln belasteten Kühlkreislaufwassers industrieller Anlagen, insbesondere eines Warmwalzwerks, vor. Die erfindungsgemäße Anlage umfasst:

a) eine Abtrenneinrichtung zur Abtrennung der organischen Stoffe und der anorganischen Partikel aus dem Kühlkreislaufwasser, um ein vorgereinigtes Kühlkreislaufwasser zu erhalten,
b) einen offenen Kühlturm, über den das vorgereinigte Kühlkreislaufwasser kühlbar ist,
c) eine zumindest einstufige Entsalzungsanlage, mit der zumindest ein Teilvolumenstrom des gekühlten vorgereinigten Kühlkreislaufwassers entsalzbar ist, um ein gereinigtes Kühlkreislaufwasser zu erhalten, und
d) eine Dosiereinrichtung zum Zugeben von Bakterien, die geeignet sind, die in dem Kühlkreislaufwasser befindlichen organischen Stoffe abzubauen, wobei die Dosiereinrichtung vor der Abtrenneinrichtung, vor dem Kühlturm und/oder vor der Entsalzungsanlage angeordnet ist, so dass eine biologische Reinigungsstufe ausbildbar ist.

In einer vorteilhaften Ausführungsvariante wird vor dem Schritt c) eine Restmenge der im Teilvolumenstrom des gekühlten vorgereinigten Kühlkreislaufwassers (Absalzwasser) enthaltenen organischen Stoffe und/oder anorganischen Partikel abgetrennt. Sofern die Konzentration der frei gewordenen, festen anorganischen Partikel für die nachfolgende Entsalzung einen zu hohen Wert aufweist, kann diese vorteilhafterweise zunächst abgetrennt werden. Vorzugsweise erfolgt das Abtrennen gemäß Schritt b1) der frei gewordenen, festen anorganischen Partikel gravimetrisch. Besonders bevorzugt ist aufgrund der ferromagnetischen Eigenschaften der anorganischen Partikel vorgesehen, dass das Abtrennen gemäß Schritt b1) mittels magnetischer Separation erfolgt. Durch die vorherige Abtrennung der anorganischen Partikel werden die Entsalzungsmembranen geschont und können länger verwendet werden, was sich vorteilhaft auf die Betriebskosten auswirkt.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsvariante ist vorgesehen, dass dem Kühlkreislaufwasser vor dem Schritt a) vor dem Abkühlen gemäß Schritt b) und/oder vor dem Entsalzen gemäß Schritt c) Nährstoffe zugegeben werden, die das Wachstum der zugegebenen Bakterien fördern. Die zugegebenen Nährstoffe fördern die Bildung der Biozönose durch die Bakterien und begünstigen ferner deren langzeitiges Bestehen. Vorzugsweise ist hierbei vorgesehen, dass das Verhältnis von zugegebenen Bakterien zu den zugegebenen Nährstoffen über die Zeit reduziert wird. Besonders bevorzugt ist in diesem Zusammenhang vorgesehen, dass die Zugabe der Bakterien in Abhängigkeit der Bildung der Biozönose erfolgt. Zur erstmaligen Ausbildung der Biozönose in einem Kühlkreislauf ist eine höhere Bakterienkonzentration vorteilhaft. Eine besonders bevorzugte Mischung aus zugefügten Bakterien und zugefügten Nährstoffen enthält somit 1 Gew.-% an Bakterien und 99 Gew.-% Nährstoffe. Zur Aufrechterhaltung einer bereits ausgebildeten Biozönose ist hingegen eine erhöhte Nährstoffkonzentration vorteilhaft. Die Konzentration an zugefügten Bakterien sinkt somit mit zunehmender Anwendungszeit unter 1 Gew.-%, wobei gleichzeitig über Gew.-99 % an Nährstoffen zugeführt werden.
Bei den Bakterien handelt es sich um Reinkulturen von speziell öl- und fettabbauenden Arten. Einige sollten unter anaeroben Milieubedingungen wachsen können, um in einem Absetzbecken und tieferen Schichten eines Klärbeckens existieren zu können, weitere Arten müssen aerob leben können, um im Kühlturm und an der Oberfläche der Klärbeckens ebenfalls Öle und Fette entfernen zu können.
Bei den Nährstoffen handelt es sich in erster Linie um Stickstoff und Phosphor, wobei auch Schwefel, Kalium, Magnesium und/oder Natrium verwenden werden. Eine Mikronährstoffmischung kann ebenfalls Bestandteil des Konzentrats sein. Hierbei handelt es sich um eine Mischung von Metallen wie Kupfer, Nickel, Kobalt, Mangan, Molybdän, Wolfram, Zink und/oder Wolfram, ggf. ergänzt um Bor, Silizium und/oder Selen sowie ggf. weiterer Elemente und/oder Aminosäuren. Das üblicherweise in Bakterienmedien enthaltene Eisen ist nicht erforderlich, da es im Kühlkreislauf in ausreichender Konzertration enthalten ist, dies gilt in gleicher Weise für Kalzium.
In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsvariante werden die Bakterien und/oder die Nährstoffe in Form eines Granulats bereitgestellt und in Form einer wässrigen Lösung dem Kühlkreislaufwasser innerhalb eines Kühlkreislaufs zugegeben. Das Granulat enthält die Bakterien und/oder die Nährstoffe in konzentrierter Form, so dass sich der Lagerbedarf hierdurch reduziert. Zweckmäßigerweise wird das Granulat in Wasser gelöst. Hierzu wird das Wasser vorteilhafterweise zunächst auf eine zum Kühlkreislaufwasser vergleichbare Temperatur erwärmt. Sodann wird das Granulat zudosiert und die Lösung hergestellt. Nach einer Reifezeit von 3 bis 6 h wird die Lösung dem Kühlkreislaufwasser zugegeben. Hierbei hat sich gezeigt, dass sich die Verbreitung der Bakterien und/oder Nährstoffe in dem Kühlkreislauf signifikant verbessert. In diesem Zusammenhang ist weiterhin vorzugsweise vorgesehen, dass die Bakterien in dem Granulat als lyophilisierte Bakterien ausgebildet sind. Lyophilisierte Bakterien (gefriergetrocknete Bakterien) weisen eine deutlich höhere Haltbarkeit auf, so dass das Granulat auch über längere Zeiträume gelagert werden kann.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsvariante wird das mit den organischen Stoffen und den anorganischen Partikeln belastete Kühlkreislaufwasser gemäß Schritt a) durch ein Absetzbecken, ein Klärbecken und/oder eine Filtrierreinrichtung geleitet. In diesem Zusammenhang ist besonders bevorzugt vorgesehen, dass bei der Ausführungsvariante, wonach die Bakterien dem Kühlkreislaufwasser lediglich vor dem Abtrennen gemäß Schritt a) und/oder vor dem Abkühlen gemäß Schritt b) zugegeben werden, diese dem Kühlkreislaufwasser mit unterschiedlichen Milieuansprüchen, insbesondere anaerob, anoxisch und/oder aerob, zugegeben werden. Die Bakterien verbreiten sich dem jeweiligen Milieu entsprechend und bilden in den jeweiligen Anlagenteilen eine Biozönose aus.
In einer besonders bevorzugten Ausführungsvariante wird das gemäß Schritt c) gereinigte Kühlkreislaufwasser, also das entsalzte Absalzwasser, ggf. nach einer Konditionierung, der industriellen Anlage zugeführt. Hierdurch wird eine hohe Wassereinsparung erzielt. Ein weiterer Vorteil besteht darin, dass die industrielle Anlage auch in Regionen betreibbar ist, die kein Vorfluter in unmittelbarer Nähe haben.
Mit dem Begriff Konditionierung des entsalzten Absalzwassers wird im Sinne der vorliegenden Erfindung eine Zugabe von Korrosionsinhibitoren und ggf. von Laugen zur pH-Wertregulierung.
Vorzugsweise erfolgt das Entsalzen nach Schritt c) mittels Umkehrosmose, mittels kapazitiver Deionisation oder mittels Dünnschichtevaporation. Die Entsalzungsanlage ist erfindungsgemäß zumindest einstufig ausgelegt. Bevorzugt ist jedoch vorgesehen, dass die Entsalzungsanlage ein- bis zweistufig oder vierstufig ausgelegt ist.
Gemäß einer besonders bevorzugten Ausführungsvariante werden die Bakterien nur dem Teilvolumenstrom des gekühlten vorgereinigten Kühlkreislaufwassers zugegeben. Hierzu weist die Anlage eine in einer den Kühlturm mit der zumindest einstufigen Entsalzungsanlage fluidisch verbindenden Bypass-Leitung angeordnete Dosiereinrichtung auf. In diesem Zusammenhang ist ganz besonders bevorzugt vorgesehen, dass der Teilvolumenstrom vor dem Entsalzen gemäß Schritt c) über einen Reaktor geleitet wird, der zur Ausbildung der biologischen Reinigungsstufe eingesetzt wird.
Der Reaktor ist vorzugsweise als biologischer Festbettreaktor, Tropfkörper oder Rieselbettreaktor ausgebildet. Der Reaktionsraum des jeweiligen Reaktors ist mit einem geeigneten Trägermaterial befüllt und durchströmbar. Festbettreaktoren weisen eine sehr hohe Raumumsatzleistung auf und kombinieren zudem die biologische Stoffwechselaktivität mit der Filtrationswirkung des Trägermaterials als Tiefenfilter, so dass vorliegend die Öle und Fette zunächst im Bettinnern festgehalten und anschließend von den Bakterien verstoffwechselt werden. Mit anderen Worten bilden die Bakterien auf der Oberfläche des Trägermaterials einen Biofilm aus, wodurch die Bakterien vor Bioziden und anderen bakterienschädigenden Einflüssen zumindest teilweise geschützt sind.
Die Erfindung ist nicht auf Anlagen des hier näher dargestellten Warmwalzwerks begrenzt, sondern kann prinzipiell auch in anderen Industriezweigen zur Anwendung kommen, wie bei Anlagen der Lebensmittelindustrie, der Raffinerie, der Chemie als auch der Pharmazie.
Die Erfindung sowie das technische Umfeld werden nachfolgend anhand der Figuren näher erläutert. Es ist darauf hinzuweisen, dass die Erfindung durch die gezeigten Ausführungsbeispiele nicht beschränkt werden und somit ausschließlich dem Verständnis der Erfindung dienen soll. Insbesondere ist es, soweit nicht explizit anders dargestellt, auch möglich, Teilaspekte der in den Figuren erläuterten Sachverhalte zu extrahieren und mit anderen Bestandteilen und Erkenntnissen aus der vorliegenden Beschreibung und/oder Figuren zu kombinieren. Insbesondere ist darauf hinzuweisen, dass die Figuren und insbesondere die dargestellten Größenverhältnisse nur schematisch sind. Gleiche Bezugszeichen bezeichnen gleiche Gegenstände, so dass ggf. Erläuterungen aus anderen Figuren ergänzend herangezogen werden können. In dieser zeigen:

1 eine schematische Darstellung einer Anlage zur Aufbereitung eines mit organischen Stoffen und anorganischen Partikeln belasteten Kühlkreislaufwassers gemäß einer ersten Ausführungsvariante,
2 eine schematische Darstellung einer Anlage zur Aufbereitung eines mit organischen Stoffen und anorganischen Partikeln belasteten Kühlkreislaufwassers gemäß einer zweiten Ausführungsvariante,
3 eine schematische Darstellung einer Anlage zur Aufbereitung eines mit organischen Stoffen und anorganischen Partikeln belasteten Kühlkreislaufwassers gemäß einer dritten Ausführungsvariante, und
4 eine schematische Darstellung einer Anlage zur Aufbereitung eines mit organischen Stoffen und anorganischen Partikeln belasteten Kühlkreislaufwassers gemäß einer vierten Ausführungsvariante.

Die in 1 gezeigte Anlage 1 umfasst in der vorliegend dargestellten Ausführungsvariante ein Warmwalzwerk 2, an das sich ein Kühlkreislauf 3 anschließt. Der Kühlkreislauf 3 umfasst mehrere Aggregate, die jeweils fluidisch miteinander verbunden sind und nachfolgend näher erläutert werden.
Wie dargestellt, ist das Warmwalzwerk 2 zunächst an den Kühlkreislauf 3 angekoppelt, so dass ein im Warmwalzwerk 2 verbrauchtes und mit organischen Stoffen, wie Ölen und Fetten, sowie anorganischen Partikeln, wie insbesondere Zunder, belastetes Kühlkreislaufwasser über die im Kühlkreislauf 3 angeordneten Aggregate soweit aufbereitet wird, dass es direkt dem Warmwalzwerk 2 wieder zugeführt werden kann. Sofern die Kühlkreislaufwassermenge ein spezifisches Volumen unterschreiten sollte, kann dem Kühlkreislauf 3 zusätzliches Frischwasser über einen Frischwasserzulauf 4 zugegeben werden. Diesem können ggf. Biozide, Härtestabilisatoren, Flockungs- und Fällungsmittel sowie weitere Additiven zugegeben werden.
Die in 1 gezeigte Anlage 1 umfasst zunächst eine Abtrenneinrichtung 5 zur Abtrennung der organischen Stoffe und der anorganischen Partikel aus dem Kühlkreislaufwasser des Warmwalzwerks 2, so dass ein vorgereinigtes Kühlkreislaufwasser erhalten wird. Wie der 1 entnehmbar, umfasst die Abtrenneinrichtung 5 mehrere in Reihe geschaltete Komponenten. In der vorliegend gezeigten Ausführungsvariante umfasst die Abtrenneinrichtung 5 ein Absetzbecken 6 zur Abtrennung einer groben Fraktion eines Gemisches aus organischen Stoffen und anorganischen Partikeln, ein Klärbecken 7 zur Abtrennung einer mittleren Größe des Gemisches aus organischen Stoffen und anorganischen Partikeln, sowie eine Filtrierreinrichtung 8, die in der Regel eine Vielzahl von Filtriereinheiten umfasst. Es wird darauf hingewiesen, dass in der vorliegenden Darstellung exemplarisch nur zwei parallel geschaltete Filtriereinheiten 9, 10 der Vielzahl von Filtriereinheiten der Filtriereinrichtung 8 gezeigt sind. In beiden Filtriereinheiten 9, 10 wird eine feine Fraktion des Gemisches aus organischen Stoffen und anorganischen Partikeln abgetrennt.
Jede der beiden Filtriereinheiten 9, 10 der Filtriereinrichtung 8 ist in der vorliegenden Ausführungsvariante in Form eines Kiesfilters ausgebildet.
Weiterhin umfasst die in 1 gezeigte Anlage 1 einen offenen Kühlturm 11, über den das vorgereinigte Kühlkreislaufwasser kühlbar ist. In dem Kühlturm 11 wird das vorgereinigte Kühlkreislaufwasser versprüht, so dass ein Aerosol gebildet wird, welches sodann kondensiert und sich hierbei abkühlt. Das sodann erhaltene gekühlte vorgereinigte Kühlkreislaufwasser (sog. Absalzwasser) wird in einen Hauptvolumenstrom sowie einen Teilvolumenstrom geteilt. Der Hauptvolumenstrom wird dabei über eine Hauptleitung 12 dem Warmwalzwerk 2 zugeführt. Der Teilvolumenstrom wird über eine Bypass-Leitung 13 einer zumindest einstufigen Entsalzungsanlage 14 zugeführt und entsalzt, um ein gereinigtes Kühlkreislaufwasser zu erhalten, welches sodann dem Warmwalzwerk 2 über eine Rückführleitung 15 zugeführt wird. Hierdurch wird eine hohe Wassereinsparung erzielt. Ein weiterer Vorteil besteht darin, dass die Anlage 1 auch in Regionen betreibbar ist, die nur wenig Grund- oder Flusswasser in unmittelbarer Nähe haben.
Das Entsalzen erfolgt vorzugsweise nach dem Prinzip der Umkehrosmose, der kapazitiver Deionisation oder der Dünnschichtevaporation.
Innerhalb des Kühlkreislaufs 3 umfasst die Anlage 1 ferner eine Dosiereinrichtung 16 zum Zugeben von Bakterien, die geeignet sind, die in dem Kühlkreislaufwasser befindlichen organischen Stoffe abzubauen. Die Bakterien sind vorliegend als lyophilisierte Bakterien ausgebildet. Die Dosiereinrichtung 16 kann vor der Abtrenneinrichtung 5, vor dem Kühlturm 11 und/oder vor der Entsalzungsanlage 14 angeordnet sein.
Alternativ kann die Dosiereinrichtung 16 auch innerhalb der Abtrenneinrichtung 5 vor dem Absetzbecken 6, vor dem Klärbecken 7 und/oder vor der Filtriereinrichtung 8 angeordnet sein (nicht dargestellt).
In der vorliegend dargestellten Ausführungsvariante (1) umfasst die Anlage 1 eine erste, vor der Abtrenneinrichtung 5 angeordnete, Dosiereinrichtung 17 sowie eine zweite, vor dem Kühlturm 11 angeordnete, Dosiereinrichtung 18, über die die Bakterien dem Kühlkreislauf 3 zugegeben werden.
Durch die Zugabe der Bakterien in das Kühlkreislaufwasser wird die Standzeit der in der Entsalzungsanlage 14 eingesetzten Membranen (nicht dargestellt) deutlich erhöht. Dies liegt daran, dass die in dem Kühlkreislaufwasser enthaltenen organischen Stoffe, insbesondere Öle und Fette, und anorganischen Partikel, insbesondere Zunder, welches überwiegend aus Eisen-(II,III)-oxid besteht, hoch adhäsive Feinstagglomerate ausbilden, die mittels der Abtrenneinrichtung 5 nicht vollständig entfernt werden können. Durch die in den Kühlkreislauf 3 zugegebenen Bakterien werden die organischen Stoffe, insbesondere die Öle und Fette abgebaut bzw. verstoffwechselt, die für die adhäsive Eigenschaft der Feinstagglomerate verantwortlich sind, so dass die in dem Kühlkreislaufwasser sodann nackten Zunderpartikel die Membranen aufgrund der fehlenden adhäsiven Eigenschaft nicht mehr verblocken können. Bei einer Zugabe der Bakterien über den gesamten Kühlkreislauf 3, wie vorliegend dargestellt, ergibt sich zudem der Vorteil, dass jegliche Aggregate des Kühlkreislaufs 3 von den klebrigen Ablagerungen, die üblicherweise in regelmäßigen Abständen aus dem gesamten Kühlkreislauf 3 entfernt und gesondert entsorgt werden müssten, weitgehend frei bleiben. Das Entfernen dieser Ablagerungen, die die organischen Stoffe sowie die anorganischen Partikel umfassen, kann somit zusätzlich eingespart werden, was sich vorteilhaft auf die laufenden Betriebskosten der Anlage 1 auswirkt. In dieser Ausführungsvariante ist eine Biozidzugabe zu dem Kühlkreislaufwasser ausgeschlossen, da das Biozid die von den Bakterien im Absetzbecken 6, im Klärbecken 7, in der Filtriereinrichtung 8, dem Kühlturm 11 als auch in den jeweiligen Leitungen ausgebildete Biozönose sodann zerstören würde.
Über die beiden Dosiereinrichtungen 17, 18 werden dem Kühlkreislauf 3 zudem Nährstoffe zugegeben, die das Wachstum der zugegebenen Bakterien fördern. Die zugegebenen Nährstoffe fördern die Bildung einer Biozönose durch die Bakterien und begünstigen ferner deren langzeitiges Bestehen. Vorzugsweise ist hierbei vorgesehen, dass das Verhältnis von zugegebenen Bakterien zu den zugegebenen Nährstoffen über die Zeit reduziert wird. Besonders bevorzugt ist in diesem Zusammenhang vorgesehen, dass die Zugabe der Bakterien in Abhängigkeit der Bildung einer Biozönose erfolgt. Zur erstmaligen Ausbildung einer Biozönose in dem Kühlkreislauf 3 ist eine höhere Bakterienkonzentration vorteilhaft. Eine besonders bevorzugte Mischung aus zugefügten Bakterien und zugefügten Nährstoffen enthält 1 Gew.-% an Bakterien und 99 Gew.-% Nährstoffe. Zur Aufrechterhaltung einer bereits ausgebildeten Biozönose ist hingegen eine erhöhte Nährstoffkonzentration vorteilhaft. Die Konzentration an zugefügten Bakterien sinkt somit mit zunehmender Anwendungszeit unter 1 Gew.-%, wobei gleichzeitig über Gew.-99 % an Nährstoffen zugeführt werden. Die Bakterien und die Nährstoffe werden in Form eines Granulats bereitgestellt und in Form einer wässrigen Lösung über die beiden Dosiereinrichtungen 17, 18 dem Kühlkreislaufwasser innerhalb eines Kühlkreislaufs 3 zugegeben.
Die vorliegend dem Kühlkreislaufwasser zugegebenen Bakterien haben unterschiedliche Milieuansprüche. So wird das Absetzbecken 6 anaerob, das Klärbecken 7 anaerob oder aerob, die Filtriereinrichtung 8 anoxisch und aerob und der Kühlturm 11 aerob betrieben.
2 zeigt eine zweite Ausführungsvariante der erfindungsgemäßen Anlage 1. Im Unterschied zur 1 umfasst die Anlage 1 eine zweite Abtrenneinrichtung 19, die zwischen dem Kühlturm 11 sowie der Entsalzungsanlage 14 in der Bypass-Leitung 13 angeordnet ist. Sofern die Konzentration der frei gewordenen festen Zunderpartikel in dem Absalzwasser für die nachfolgende Entsalzung einen zu hohen Wert aufweist, können diese vorteilhafterweise mittels der zweiten Abtrenneinrichtung 19 zunächst abgetrennt werden. Da die Zunderpartikel ferromagnetische Eigenschaften aufweisen, kann das Abtrennen hierbei neben der üblichen Sedimentation auch mittels magnetischer Separation erfolgen. Durch die vorherige Abtrennung der Zunderpartikel werden die Entsalzungsmembranen geschont und können länger verwendet werden, was sich vorteilhaft auf die Betriebskosten auswirkt.
3 zeigt eine dritte Ausführungsvariante der erfindungsgemäßen Anlage 1. Im Unterschied zu der in 1 gezeigten Ausführungsvariante werden die Bakterien dem Kühlkreislaufwasser lokal über eine dritte Dosiereinrichtung 20 zugegeben. Wie dargestellt werden die Bakterien gemäß der vorliegenden Ausführungsvariante lediglich dem Teilvolumenstrom des Absalzwassers zugegeben, um die aus den organischen Stoffen, insbesondere Ölen und Fetten, und anorganischen Partikel, insbesondere Zunder, welches überwiegend aus Eisen-(II,III)-oxid besteht, gebildeten hoch adhäsiven Feinstagglomerate für die nachgeschaltete Entsalzung aufzulösen. Hierzu umfasst die Anlage 1 einen stromabwärts der dritten Dosiereinrichtung 20 angeordneten Reaktor 21, in dem sich die Biozönose ausbildet. Der in der vorliegend dargestellten Ausführungsvariante Reaktor 21 ist ein biologischer Festbettreaktor.
Da der stromaufwärts der dritten Dosiereinrichtung 20 gebildete Kühlkreislauf somit keiner biologischen Aufreinigung unterliegt, werden in der vorliegend dargestellten Ausführungsvariante über die beiden Dosiereinrichtungen 17, 18 Biozide sowie weitere Additive zugegeben. Die Biozide werden hierbei in Intervallen dem Kühlkreislauf zudosiert. Um die Hemmung der Biozönose im Reaktor 21 zu vermeiden, wird die Bypass-Leitung 13 sowie die Rückführleitung 15 vorteilhafterweise über ein Absperrventil (nicht dargestellt) versperrt, bis der Konzentrationspeak einen nach ca. 3 h sich im System verteilt hat und einen stabilen Wert erreicht hat.
Schließlich ist in 4 eine vierte Ausführungsvariante der erfindungsgemäßen Anlage 1 gezeigt, die im Unterschied zu vorherigen Ausführungsvariante (3) eine, analog zu der in 2 gezeigten Ausführungsvariante, zweite Abtrenneinrichtung 19 zur Entfernung der anorganischen Zunderbestandteile umfasst, die in der Bypass-Leitung 13 stromabwärts des Reaktors 21 angeordnet ist und zur Entlastung der Entsalzungstufen dient.
Die Erfindung ist nicht auf die in den unabhängigen Ansprüchen definierten Merkmalskombinationen beschränkt, sondern kann auch durch jede beliebige andere Kombination von bestimmten Merkmalen aller insgesamt offenbarten Einzelmerkmale definiert sein. Dies bedeutet, dass grundsätzlich praktisch jedes Einzelmerkmal der unabhängigen Ansprüche weggelassen bzw. durch mindestens ein an anderer Stelle der Anmeldung offenbartes Einzelmerkmal ersetzt werden kann. Insofern ist der unabhängige Anspruch lediglich als ein erster Formulierungsversuch für die vorliegende Erfindung zu verstehen.
Bezugszeichenliste

1: Anlage
2: industrielle Anlage / Warmwalzwerk
3: Kühlkreislauf
4: Frischwasserzulauf
5: Abtrenneinrichtung
6: Absetzbecken
7: Klärbecken
8: Filtriereinrichtung
9: Filtriereinheit
10: Filtriereinheit
11: Kühlturm
12: Hauptleitung
13: Bypass-Leitung
14: Entsalzungsanlage
15: Rückführleitung
16: Dosiereinrichtung
17: erste Dosiereinrichtung
18: zweite Dosiereinrichtung
19: zweite Abtrenneinrichtung
20: dritte Dosiereinrichtung
21: Reaktor

Claims

Verfahren zur Aufbereitung eines mit organischen Stoffen und anorganischen Partikeln belasteten Kühlkreislaufwassers industrieller Anlagen (2), insbesondere eines Warmwalzwerks (2), umfassend die Schritte: a) Abtrennen der organischen Stoffe und der anorganischen Partikel aus dem Kühlkreislaufwasser, so dass ein vorgereinigtes Kühlkreislaufwasser erhalten wird, b) Abkühlen des vorgereinigten Kühlkreislaufwassers über einen offenen Kühlturm (11), so dass ein gekühltes vorgereinigtes Kühlkreislaufwasser erhalten wird, c) Entsalzen zumindest eines Teilvolumenstroms des gekühlten vorgereinigten Kühlkreislaufwassers mittels einer zumindest einstufigen-Entsalzungsanlage (14), so dass ein gereinigtes Kühlkreislaufwasser erhalten wird, und d) Zugeben von Bakterien, die geeignet sind, die in dem Kühlkreislaufwasser befindlichen organischen Stoffe abzubauen, wobei die Bakterien dem Kühlkreislaufwasser vor dem Abtrennen gemäß Schritt a), vor dem Abkühlen gemäß Schritt b) und/oder vor dem Entsalzen gemäß Schritt c) zugegeben werden, so dass sich eine biologische Reinigungsstufe ausbildet.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei vor dem Schritt c) eine Restmenge der im Teilvolumenstrom des gekühlten vorgereinigten Kühlkreislaufwassers enthaltenen organischen Stoffe und/oder anorganischen Partikel abgetrennt wird (Schritt b1).
Verfahren nach Anspruch 2, wobei das Abtrennen gemäß Schritt b1) gravimetrisch erfolgt.
Verfahren nach Anspruch 2 oder 3, wobei die anorganischen Partikel ferromagnetisch sind, und wobei das Abtrennen gemäß Schritt b1) mittels magnetischer Separation erfolgt.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei dem Kühlkreislaufwasser vor dem Abtrennen gemäß Schritt a), vor dem Abkühlen gemäß Schritt b) und/oder vor dem Entsalzen gemäß Schritt c) Nährstoffe zugegeben werden, die das Wachstum der zugegebenen Bakterien fördern, wobei vorzugsweise das Verhältnis von zugegebenen Bakterien zu den zugegebenen Nährstoffen über die Zeit reduziert wird.
Verfahren nach Anspruch 5, wobei die Bakterien und/oder Nährstoffe in Form eines Granulats bereitgestellt werden und in Form einer wässrigen Lösung dem Kühlkreislaufwasser zugegeben werden, wobei die Bakterien in dem Granulat vorzugsweise als lyophilisierte Bakterien ausgebildet sind.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das mit den organischen Stoffen und den anorganischen Partikeln belastete Kühlkreislaufwasser gemäß Schritt a) durch ein Absetzbecken (6), ein Klärbecken (7) und/oder eine Filtrierreinrichtung (8) geleitet wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das gemäß Schritt c) gereinigte Kühlkreislaufwasser, ggf. nach einer Konditionierung, der industriellen Anlage (2) zugeführt wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Entsalzen gemäß Schritt c) mittels Umkehrosmose, mittels kapazitiver Deionisation oder mittels Dünnschichtevaporation erfolgt.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Bakterien nur dem Teilvolumenstrom des gekühlten vorgereinigten Kühlkreislaufwassers zugegeben werden.
Verfahren nach Anspruch 10, wobei der Teilvolumenstrom vor dem Entsalzen gemäß Schritt c) über einen Reaktor (21) geleitet wird, der zur Ausbildung der biologischen Reinigungsstufe eingesetzt wird.
Anlage (1) zur Aufbereitung eines mit organischen Stoffen und anorganischen Partikeln belasteten Kühlkreislaufwassers industrieller Anlagen (2), insbesondere eines Warmwalzwerks (2), umfassend: a) eine Abtrenneinrichtung (5) zur Abtrennung der organischen Stoffe und der anorganischen Partikel aus dem Kühlkreislaufwasser, um ein vorgereinigtes Kühlkreislaufwasser zu erhalten, b) einen offenen Kühlturm (11), über den das vorgereinigte Kühlkreislaufwasser kühlbar ist, c) eine zumindest einstufige Entsalzungsanlage (14) mit der zumindest ein Teilvolumenstrom des gekühlten vorgereinigten Kühlkreislaufwassers entsalzbar ist, um ein gereinigtes Kühlkreislaufwasser zu erhalten, und d) eine Dosiereinrichtung (16, 17, 18, 20) zum Zugeben von Bakterien, die geeignet sind, die in dem Kühlkreislaufwasser befindlichen organischen Stoffe abzubauen, wobei die Dosiereinrichtung (16, 17, 18, 20) vor der Abtrenneinrichtung (5), vor dem Kühlturm (11) und/oder vor der Entsalzungsanlage (14) angeordnet ist, so dass eine biologische Reinigungsstufe ausbildbar ist.
Anlage (1) nach Anspruch 12, wobei die Dosiereinrichtung (16, 20) in einer den Kühlturm (11) mit der zumindest einstufigen Entsalzungsanlage (14) verbindenden Bypass-Leitung (13) angeordnet ist.
Anlage (1) nach Anspruch 13, weiterhin aufweisend einen in der Bypass-Leitung (13) und stromaufwärts der zumindest einstufigen Entsalzungsanlage (14) angeordneten, zur Ausbildung der biologischen Reinigungsstufe vorgesehenen, Reaktor (21).