DE102022133482A1 - Process and water treatment plant for treating rinsing water from rinsing metal surfaces after their phosphating - Google Patents
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Abstract
Es werden ein Verfahren sowie eine Wasseraufbereitungsanlage zum Aufbereiten von Spülwasser aus einer Spülung (110) von Metalloberflächen nach deren Phosphatierung vorgeschlagen. Dazu wird das Spülwasser (116) über einen Ionenaustauscher (120) geleitet, der von Schwermetallen abgereichertes Spülwasser (122) ausgibt. Dieses wird einer Umkehrosmose (130) unterzogen, welche die im abgereicherten Spülwasser (122) verbliebenen gelösten Stoffen aufkonzentriert. Die Umkehrosmose (130) gibt ein solches Konzentrat (134) und vollentsalztes Wasser als Permeat (132) aus, welches zur Spülung (110) zurückgeführt und wiederverwendet wird. Aus dem Konzentrat (134) werden Calciumphosphatverbindungen ausgefällt (140, 145) und an eine Düngemittelherstellung (147) weitergeleitet. Das bei der Regeneration des Ionenaustauschers (120) gewonnene schwermetallhaltige Regenerat (127) wird an eine Nickelverhüttung weitergeleitet. Auf diese Weise können fast alle enthaltenen Wertstoffe recycelt werden. Da keine Rückführung in die Phosphatierbäder erfolgt, können deren Prozessparameter stets eingehalten werden. Bei geeigneter Ausführung ist das Verfahren nahezu abwasserfrei.A method and a water treatment plant are proposed for treating rinsing water from a rinsing (110) of metal surfaces after their phosphating. For this purpose, the rinsing water (116) is passed through an ion exchanger (120) which outputs rinsing water (122) depleted of heavy metals. This is subjected to reverse osmosis (130), which concentrates the dissolved substances remaining in the depleted rinsing water (122). The reverse osmosis (130) outputs such a concentrate (134) and fully demineralized water as permeate (132), which is returned to the rinsing (110) and reused. Calcium phosphate compounds are precipitated from the concentrate (134) (140, 145) and passed on to a fertilizer production facility (147). The heavy metal-containing regenerate (127) obtained during the regeneration of the ion exchanger (120) is sent to a nickel smelting plant. In this way, almost all of the valuable materials contained can be recycled. Since there is no return to the phosphating baths, their process parameters can always be maintained. If properly designed, the process is almost wastewater-free.
Description
Gebiet der ErfindungField of the invention
Die Erfindung betrifft ein Verfahren sowie eine Wasseraufbereitungsanlage zum Aufbereiten von Spülwasser aus einer Spülung von Metalloberflächen nach deren Phosphatierung. Die Phosphatierung von Metalloberflächen ist eine in der metallverarbeitenden Industrie, z.B. in der Karossenproduktion der Automobilindustrie, weit verbreitete Korrosionsschutzmaßnahme, die beispielsweise als Vorbereitung vor einer Lackierung stattfindet. Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur möglichst vollständigen Rückgewinnung von Wirkkomponenten, die bisher über das Abwasser ausgetragen wurden, sowie zur gleichzeitigen Wiederverwendung der im Phosphatierungsprozess eingesetzten Spülwässer. Insbesondere ist die Erfindung geeignet für das in der Automobilindustrie häufig eingesetzte Trikationen-Verfahren.The invention relates to a method and a water treatment system for treating rinsing water from rinsing metal surfaces after their phosphating. The phosphating of metal surfaces is a corrosion protection measure that is widely used in the metalworking industry, e.g. in the production of car bodies in the automotive industry, and is carried out, for example, as preparation before painting. The invention relates to a method for the most complete possible recovery of active components that were previously discharged via the waste water, and for the simultaneous reuse of the rinsing water used in the phosphating process. The invention is particularly suitable for the trication process that is frequently used in the automotive industry.
In der automobilen Serienfertigung wird für die Rohkarossen eine Vorbehandlung mit Aufbringung eines Korrosionsschutzes, basierend auf einer Zink-Nickel-Phosphatschicht, eingesetzt. Es hat sich dabei gezeigt, dass bei Mitverwendung anderer mehrwertiger Kationen als Zink in den Phosphatierbädern Phosphatschichten mit deutlich verbesserten Korrosionsschutz- und Lackhaftungseigenschaften ausgebildet werden. So werden beispielsweise häufig Niedrig-Zink-Verfahren mit Zusatz von z.B. 0,5 bis 1,5 g/l Manganionen und z.B. 0,3 bis 2,0 g/l Nickelionen als sogenannte Trikationen-Verfahren zur Vorbereitung von Automobilkarossen vor einer kathodischen Elektrotauchlackierung eingesetzt.In automotive series production, a pre-treatment is used for the body shells by applying a corrosion protection layer based on a zinc-nickel phosphate layer. It has been shown that when polyvalent cations other than zinc are used in the phosphating baths, phosphate layers with significantly improved corrosion protection and paint adhesion properties are formed. For example, low-zinc processes with the addition of e.g. 0.5 to 1.5 g/l manganese ions and e.g. 0.3 to 2.0 g/l nickel ions are often used as so-called trication processes to prepare automobile bodies before cathodic electrocoating.
Phosphatierlösungen enthalten schichtbildende Komponenten wie z.B. Zink- und ggf. weitere zweiwertige Metallionen sowie Phosphationen. Des Weiteren sind in Phosphatierlösungen noch nichtschichtbildende Komponenten wie Reaktionsbeschleuniger, z.B. Fluorid und/oder Wasserstoffperoxid sowie deren Abbauprodukte enthalten. Die Abbauprodukte von Reaktionsbeschleunigern entstehen durch die Reaktion mit an der Metalloberfläche gebildeten Wasserstoff, der bei einer der eigentlichen Phosphatierung vorangehenden Beizreaktion gebildet wird. Mit der Zeit reichern sich nichtschichtbildende Komponenten, wie z.B. Alkalimetallionen und Abbauprodukte von Reaktionsbeschleunigern im Phosphatierbad an. Diese Bestandteile können aus der Phosphatierlösung nur entfernt werden, in dem man einen Teil der Phosphatierlösung austrägt, verwirft und (kontinuierlich oder diskontinuierlich) durch neue Phosphatierlösung erstetzt. Ein Austrag von Phosphatierlösung ist z.B. durch einen Überlauf möglich. In der Automobilproduktion ist üblicherweise kein Überlauf notwendig, da kontinuierlich ein Teil des gebildeten Schlammes im Phosphatierbad abgezogen wird und durch die phosphatierten Karossen eine weitere Menge an Phosphatierlösung in Form eines anhaftenden Flüssigkeitsfilms ausgetragen wird.Phosphating solutions contain layer-forming components such as zinc and possibly other divalent metal ions as well as phosphate ions. Phosphating solutions also contain non-layer-forming components such as reaction accelerators, e.g. fluoride and/or hydrogen peroxide, and their degradation products. The degradation products of reaction accelerators are formed by the reaction with hydrogen formed on the metal surface during a pickling reaction preceding the actual phosphating. Over time, non-layer-forming components such as alkali metal ions and degradation products of reaction accelerators accumulate in the phosphating bath. These components can only be removed from the phosphating solution by discharging part of the phosphating solution, discarding it and replacing it (continuously or discontinuously) with new phosphating solution. Phosphating solution can be discharged, for example, through an overflow. In automobile production, overflow is usually not necessary, since part of the sludge formed in the phosphating bath is continuously drained off and a further amount of phosphating solution is discharged through the phosphated bodies in the form of an adhering liquid film.
Die Automobilkarossen werden nach der Phosphatierung mit vollentsalztem bzw. demineralisiertem Wasser gespült, um die als Film anhaftende Phosphatierlösung von den Karossen zu entfernen. Da die Phosphatierlösung Schwermetalle und ggf. weitere Inhaltsstoffe enthält, die nicht unkontrolliert in die Umwelt abgegeben werden dürfen, muss das Spülwasser einer Abwasserbehandlung bzw. -aufbereitung unterzogen werden. Diese Abwasserbehandlung muss in einem getrennten Schritt vor der Einleitung in eine biologische Kläranlage erfolgen, da ansonsten die Funktionsfähigkeit der Kläranlage gefährdet würde. Sowohl die Entsorgung des Abwassers aus einem Phosphatierbadüberlauf und/oder aus dem Spülwasser, als auch die Versorgung der Phosphatieranlage mit frischem demineralisiertem Wasser verursacht hohe Kosten. Zusätzlich entsteht, aufgrund der sich ändernden Umweltbedingungen und fehlender Niederschläge, ein zunehmendes Interesse an einem Verzicht auf Frischwasser und einem möglichst hohen Anteil von Recyclingwässern in der Industrie.After phosphating, the car bodies are rinsed with demineralized water to remove the phosphating solution that adheres to the body as a film. Since the phosphating solution contains heavy metals and possibly other ingredients that must not be released into the environment in an uncontrolled manner, the rinsing water must be subjected to wastewater treatment or processing. This wastewater treatment must take place in a separate step before being discharged into a biological sewage treatment plant, otherwise the functionality of the sewage treatment plant would be endangered. Both the disposal of wastewater from a phosphating bath overflow and/or from the rinsing water, as well as the supply of the phosphating plant with fresh demineralized water, incur high costs. In addition, due to changing environmental conditions and a lack of rainfall, there is increasing interest in doing without fresh water and using as much recycled water as possible in industry.
Stand der TechnikState of the art
Maßnahmen zur Verlängerung der Lebensdauer von Reinigungslösungen mittels Membranprozessen sind seit langem Stand der Technik. Hierbei werden durch eine Membranfiltration Schmutzstoffe, teilweise zusammen mit Tensiden, aus der Reinigungslösung abgetrennt und Wasser sowie Buildersalze in die Reinigungslösung zurückgeführt. Solche Verfahren führen zwar Wasser sowie einen Teil der Wertstoffe der Reinigungslösung in diese zurück, Wertstoffe der Phosphatierlösung, die in die Reinigungslösung gelangt sind, gehen jedoch verloren.Measures to extend the lifespan of cleaning solutions using membrane processes have long been state of the art. In this process, contaminants, sometimes together with surfactants, are separated from the cleaning solution using membrane filtration and water and builder salts are returned to the cleaning solution. Although such processes return water and some of the valuable substances in the cleaning solution to it, valuable substances from the phosphating solution that have entered the cleaning solution are lost.
Die Druckschrift
In der Druckschrift
Die Veröffentlichung
Allgemein gilt, dass in der Praxis der automobilen Serienfertigung die Prozessparameter in sehr strengen Parameterfenstern vorgegeben sind. Verfahren mit Wertstoffrückführung, wie in den angegebenen Veröffentlichungen beschrieben, führen jedoch in aller Regel dazu, dass durch die teilweise schwankenden Konzentrationen der zurückgeführten Wertstoffe die Konzentrationen in den Phosphatierbädern zu stark abweichen könnten. Gleichzeitig stellt die Produkthaftung an die Materiallieferanten der Prozesschemikalien für die Phosphatierung ein starkes Hindernis für den Einsatz von recycelten Stoffströmen dar. Da die Nachdosierung der Phosphatierbäder mit frischen Produkten nicht kontinuierlich erfolgt und eine vorherige Messung der Badparameter erforderlich macht, werden mögliche Abweichung durch einen Recyclingprozess nicht toleriert.In practice, in automotive series production, the process parameters are generally specified within very strict parameter windows. However, processes with recyclable material recycling, as described in the publications mentioned, generally result in the concentrations in the phosphating baths deviating too much due to the sometimes fluctuating concentrations of the recycled recyclable materials. At the same time, product liability to the material suppliers of the process chemicals for phosphating represents a major obstacle to the use of recycled material flows. Since the replenishment of the phosphating baths with fresh products does not take place continuously and requires prior measurement of the bath parameters, possible deviations due to a recycling process are not tolerated.
AufgabeTask
Aufgabe der Erfindung ist es, das Aufbereiten von Spülwasser aus einer Spülung von Metalloberflächen nach deren Phosphatierung unter Umwelt- und Kostenaspekten zu verbessern. Insbesondere sollen sowohl Schwermetall-Kationen als auch Phosphationen als Wertstoffe zurückgewonnen werden und das von den Phosphat- und Metallionen gereinigte Wasser wiederverwendet werden.The object of the invention is to improve the treatment of rinsing water from rinsing metal surfaces after their phosphating under environmental and cost aspects. In particular, both heavy metal cations and phosphate ions are to be recovered as valuable materials and the water purified of the phosphate and metal ions is to be reused.
LösungSolution
Diese Aufgabe wird durch die Gegenstände der unabhängigen Ansprüche gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Gegenstände der unabhängigen Ansprüche sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet. Der Wortlaut sämtlicher Ansprüche wird hiermit durch Bezugnahme zum Inhalt dieser Beschreibung gemacht.This object is achieved by the subject matter of the independent claims. Advantageous further developments of the subject matter of the independent claims are characterized in the subclaims. The wording of all claims is hereby made part of the content of this description by reference.
Die Verwendung der Einzahl soll die Mehrzahl nicht ausschließen, was auch im umgekehrten Sinn zu gelten hat, soweit nichts Gegenteiliges offenbart ist.The use of the singular shall not exclude the plural, and the same shall apply vice versa, unless otherwise stated.
Im Folgenden werden einzelne Verfahrensschritte näher beschrieben. Die Schritte werden in einer bevorzugten Variante der Erfindung in der angegebenen Reihenfolge ausgeführt. Das zu schildernde Verfahren kann auch weitere, nicht genannte Schritte aufweisen.Individual method steps are described in more detail below. In a preferred variant of the invention, the steps are carried out in the order given. The method to be described can also have further steps not mentioned.
Zur Lösung der Aufgabe wird ein Verfahren zum Aufbereiten von Spülwasser aus einer Spülung von Metalloberflächen nach deren Phosphatierung vorgeschlagen. Das Verfahren umfasst die folgenden Schritte: Zunächst wird das Spülwasser über einen Ionenaustauscher geleitet. Dieser Ionenaustauscher wurde zum Entnehmen von mindestens einem Schwermetall aus dem Spülwasser geeignet gewählt. Im Ergebnis des zuvor genannten Schrittes gibt der Ionenaustauscher von dem mindestens einen Schwermetall abgereichertes Spülwasser aus. Anschließend wird das abgereicherte Spülwasser einer Umkehrosmose unterzogen. Diese Umkehrosmose wurde zum Aufkonzentrieren von im abgereicherten Spülwasser verbliebenen gelösten Stoffen geeignet gewählt. Im Ergebnis dieses Schrittes gibt die Umkehrosmose sowohl ein Konzentrat aus Wasser und den verbliebenen gelösten Stoffen als auch vollentsalztes Wasser als Permeat aus.To solve the problem, a method is proposed for treating rinse water from rinsing metal surfaces after their phosphating. The method comprises the following steps: First, the rinse water is passed through an ion exchanger. This ion exchanger was selected to be suitable for removing at least one heavy metal from the rinse water. As a result of the aforementioned step, the ion exchanger outputs rinse water depleted of the at least one heavy metal. The depleted rinse water is then subjected to reverse osmosis. This reverse osmosis was selected to be suitable for concentrating dissolved substances remaining in the depleted rinse water. As a result of this step, the reverse osmosis outputs both a concentrate of water and the remaining dissolved substances and fully demineralized water as permeate.
Durch dieses Verfahren können nicht nur die im Spülwasser enthaltenen Schwermetallanteile abgetrennt und einer weiteren Verwendung zugeführt werden, sondern es wird auch vollentsalztes bzw. demineralisiertes Wasser ausgegeben. Dies ermöglicht insbesondere einen ressourcenschonenderen Umgang mit Wasser, welches als demineralisiertes Wasser wiederverwendet werden kann. Eine direkte Rückführung von Wertstoffen, wie z.B. Schwermetall-Kationen oder Phosphationen, in die Phosphatierbäder ist nicht vorgesehen. Das Verfahren eignet sich also z.B. für die Karossenproduktion in der Automobilindustrie. Durch die Wiederverwendung von Wertstoffen sind zudem erhebliche Kosteneinsparungen möglich.This process not only separates the heavy metals contained in the rinsing water and reuses them, but also produces fully desalinated or demineralized water. This enables a more resource-efficient use of water that is considered demineralized. ized water can be reused. A direct return of valuable materials, such as heavy metal cations or phosphate ions, to the phosphating baths is not planned. The process is therefore suitable for car body production in the automobile industry, for example. The reuse of valuable materials also makes it possible to achieve considerable cost savings.
Der Wasserverbrauch bei der Phosphatierung von Metalloberflächen lässt sich dadurch besonders stark senken, dass das im Ergebnis der Umkehrosmose ausgegebene vollentsalzte Wasser zur Spülung der Metalloberflächen nach deren Phosphatierung wiederverwendet wird. Die Spülung der phosphatierten Metalloberflächen ist schließlich der Arbeitsschritt mit dem höchsten Wasserverbrauch.The water consumption during the phosphating of metal surfaces can be reduced significantly by reusing the demineralized water produced as a result of reverse osmosis to rinse the metal surfaces after they have been phosphated. Rinsing the phosphated metal surfaces is ultimately the step with the highest water consumption.
Eine Rückgewinnung der im Spülwasser enthaltenen Phosphat-Anionen wird ermöglicht, wenn das beschriebene Verfahren zusätzlich die folgenden Schritte aufweist:
- Dem von der Umkehrosmose ausgegebenen Konzentrat werden Calciumsalze und/oder Calciumhydroxid zugesetzt. Dadurch werden Calciumphosphatverbindungen als Schlamm ausgefällt. Der ausgefällte Schlamm wird als Feststoff vom Konzentrat abgetrennt, z.B. durch Filtration, und die verbleibende Flüssigkeit wird als Restabwasser ausgeleitet.
- Calcium salts and/or calcium hydroxide are added to the concentrate output by the reverse osmosis system. This causes calcium phosphate compounds to precipitate as sludge. The precipitated sludge is separated from the concentrate as a solid, e.g. by filtration, and the remaining liquid is discharged as residual waste water.
Eine sinnvolle Verwendung des ausgefällten Schlamms beispielsweise in der Landwirtschaft wird dadurch ermöglicht, dass das Ausfällen der Calciumphosphatverbindungen als Schlamm bei einem pH-Wert zwischen 7 und 9, bevorzugt zwischen 7,5 und 8,5, erfolgt. Dann ist sichergestellt, dass solche Calciumphosphatverbindungen ausgefällt werden, die gut von Pflanzen aufgenommen werden können.A sensible use of the precipitated sludge, for example in agriculture, is made possible by the fact that the precipitation of the calcium phosphate compounds as sludge takes place at a pH value between 7 and 9, preferably between 7.5 and 8.5. This ensures that the calcium phosphate compounds precipitated are those that can be easily absorbed by plants.
Eine möglichst effiziente Weiterverwertung des ausgefällten Calciumphosphat-Schlamms wird erreicht, wenn dieser abgetrennte Feststoff an eine Anlage zur Düngemittelherstellung weitergeleitet wird.The most efficient possible further utilization of the precipitated calcium phosphate sludge is achieved when this separated solid is forwarded to a fertilizer production plant.
Eine Rückgewinnung der durch den Ionenaustauscher aus dem Spülwasser entfernten Schwermetall-Ionen wird ermöglicht, wenn zumindest Teile des Ionenaustauschers zu vorgegebenen Zeitpunkten mittels einer Säure regeneriert werden. Dabei wird eine Säure verwendet, die einen pKs-Wert hat, der kleiner oder gleich 2 ist, also eine starke bis sehr starke Säure. Bevorzugt kommt hierfür Salzsäure oder Schwefelsäure zum Einsatz. Dadurch wird ein saures, schwermetallhaltiges Regenerat erhalten, das - abhängig von der genauen Zusammensetzung der Phosphatierbäder - typischerweise vor allem Nickel-, Zink- und Mangan-Kationen enthält.The heavy metal ions removed from the rinse water by the ion exchanger can be recovered if at least parts of the ion exchanger are regenerated at predetermined times using an acid. An acid is used that has a pKa value of less than or equal to 2, i.e. a strong to very strong acid. Hydrochloric acid or sulfuric acid is preferably used for this. This produces an acidic, heavy metal-containing regenerate that - depending on the exact composition of the phosphating baths - typically contains mainly nickel, zinc and manganese cations.
Das saure, schwermetallhaltige Regenerat kann dadurch recycelt werden, dass es ausgeleitet und an eine Anlage zur Nickelgewinnung aus dem Regenerat weitergeleitet wird. Zumindest der Nickel-Anteil kann dort nahezu vollständig zurückgewonnen werden.The acidic regenerate containing heavy metals can be recycled by removing it and sending it to a plant for nickel extraction from the regenerate. At least the nickel content can be recovered almost completely there.
Bevorzugt werden zumindest Anteile des sauren, schwermetallhaltigen Regenerats in Schlacke umgewandelt und an eine Einrichtung der Bauindustrie weitergeleitet werden. Dies betrifft insbesondere die Zink- und Mangan-Anteile.Preferably, at least parts of the acidic, heavy metal-containing regenerate will be converted into slag and sent to a construction industry facility. This particularly applies to the zinc and manganese parts.
Wurde der Ionenaustauscher insbesondere zum Entnehmen von Nickel- und/oder Zink- und/oder Mangan-Ionen aus dem Spülwasser geeignet gewählt, kann sichergestellt werden, dass die Umkehrosmose nicht mit diesen Schwermetallen belastet wird. Vorzugsweise wird im Zulauf der Umkehrosmose eine Belastung von jeweils unter 0,1 mg/l dieser Schwermetalle im abgereicherten Spülwasser erreicht.If the ion exchanger is selected to be particularly suitable for removing nickel and/or zinc and/or manganese ions from the rinsing water, it can be ensured that the reverse osmosis system is not contaminated with these heavy metals. Preferably, a contamination of less than 0.1 mg/l of these heavy metals in the depleted rinsing water is achieved in the reverse osmosis inlet.
Als besonders geeignet zum Entnehmen von Nickel- und/oder Zink- und/oder Mangan-Ionen aus dem Spülwasser hat sich eine Konfiguration des Ionenaustauschers mit einem schwermetallselektiven Harz erwiesen. Schwermetallselektive Harze können beispielsweise auf Iminodiessigsäure, Amidoxim oder Bis-Picolylamine basieren. Als Austauschkation wird dabei bevorzugt Na+ verwendet.A configuration of the ion exchanger with a heavy metal selective resin has proven to be particularly suitable for removing nickel and/or zinc and/or manganese ions from the rinse water. Heavy metal selective resins can be based on iminodiacetic acid, amidoxime or bis-picolylamine, for example. Na + is preferably used as the exchange cation.
Ein möglichst effektiver Weiterbetrieb des Ionenaustauschers nach der Regeneration kann dadurch erreicht werden, dass die Teile des Ionenaustauschers, die regeneriert wurden, anschließend mit Natronlauge konditioniert werden. Dadurch werden erneut Natriumionen bereitgestellt, und es wird verhindert, dass der pH-Wert zu stark absinkt.The most effective possible continued operation of the ion exchanger after regeneration can be achieved by subsequently conditioning the parts of the ion exchanger that have been regenerated with caustic soda. This provides sodium ions again and prevents the pH value from falling too low.
Bei einer bevorzugten Weiterbildung des Verfahrens wird das - nach der Fällung und Abtrennung des Calciumphosphat-Schlamms - ausgeleitete Restabwasser entweder einer Kläranlage oder einer Koagulierungsvorrichtung einer Lackieranlage oder einem sonstigen Verbraucher zugeleitet. In der Variante, in der das Restabwasser in einer Koagulierungsvorrichtung genutzt wird, kann das Verfahren als nahezu abwasserfrei angesehen werden, da das ursprünglich anfallende Spülwasser fast vollständig wiederverwendet wird. Diese Variante ist bei einer Nutzung des Verfahrens in der Automobilindustrie besonders bevorzugt, da dort die Phosphatierung typischerweise einen Vorbereitungsschritt für die Elektrotauchlackierung der Metalloberflächen darstellt.In a preferred development of the process, the residual wastewater discharged after precipitation and separation of the calcium phosphate sludge is fed either to a sewage treatment plant or a coagulation device in a paint shop or to another consumer. In the variant in which the residual wastewater is used in a coagulation device, the process can be considered to be almost wastewater-free, since the original rinsing water is almost completely reused. This variant is particularly preferred when the process is used in the automotive industry, since there phosphating is typically a preparatory step for the electrocoating of metal surfaces.
Sollte das Spülwasser auch mit Feststoffen belastet und somit trüb sein, sollte es vor dem Ionenaustauscher durch eine Filtration, vorzugsweise eine Ultrafiltration, oder einen anderen, geeigneten selbstrückspülenden Filter geleitet werden, wodurch feste Bestandteile aus dem Spülwasser entfernt werden.If the rinse water is also contaminated with solids and is therefore cloudy, it should be filtered before the ion exchanger, preferably a Ultrafiltration, or another suitable self-backwashing filter, which removes solid particles from the rinse water.
Die Aufgabe wird außerdem durch eine Wasseraufbereitungsanlage gelöst, welche eingerichtet ist, das beschriebene Verfahren auszuführen.The problem is also solved by a water treatment plant which is configured to carry out the described process.
Die Aufgabe wird ferner gelöst durch eine Wasseraufbereitungsanlage zum Aufbereiten von Spülwasser aus einer Spülung von Metalloberflächen nach deren Phosphatierung. Diese Wasseraufbereitungsanlage weist einen Eingangsanschluss für das Spülwasser und einen Ionenaustauscher auf, der stromabwärts des Eingangsanschlusses angeordnet ist, wobei der Ionenaustauscher zum Entnehmen von mindestens einem Schwermetall aus dem Spülwasser konfiguriert ist und einen Ausgang für von dem mindestens einen Schwermetall abgereichertes Spülwasser aufweist. Die Wasseraufbereitungsanlage weist ferner eine Umkehrosmose auf, die stromabwärts des Ionenaustauschers angeordnet ist. Die Umkehrosmose ist zum Aufkonzentrieren von verbliebenen gelösten Stoffen im abgereicherten Spülwasser konfiguriert und besitzt einen Ausgang für ein Konzentrat aus Wasser und den verbliebenen gelösten Stoffen und einen Ausgang für vollentsalztes Wasser als Permeat. Mit einer solchen Wasseraufbereitungsanlage lässt sich Spülwasser aus einer Spülung von Metalloberflächen nach deren Phosphatierung besonders gut aufbereiten. Insbesondere wird es ermöglicht, Schwermetalle aus dem Spülwasser zu entfernen und vollentsalztes Wasser zu erzeugen, wodurch ein weitgehendes Zurückgewinnen wertvoller Stoffe ermöglicht wird. Da keine Rückführung in ein Phosphatierbad vorgesehen ist, eignet sich die Wasseraufbereitungsanlage insbesondere zum Einsatz, wenn strenge Fenster für Prozessparameter der Phosphatierbäder vorgesehen sind, z.B. in der Karossenproduktion der Automobilindustrie.The object is further achieved by a water treatment system for treating rinsing water from rinsing metal surfaces after phosphating them. This water treatment system has an inlet connection for the rinsing water and an ion exchanger which is arranged downstream of the inlet connection, wherein the ion exchanger is configured to remove at least one heavy metal from the rinsing water and has an outlet for rinsing water depleted of the at least one heavy metal. The water treatment system also has a reverse osmosis which is arranged downstream of the ion exchanger. The reverse osmosis is configured to concentrate remaining dissolved substances in the depleted rinsing water and has an outlet for a concentrate of water and the remaining dissolved substances and an outlet for fully demineralized water as permeate. With such a water treatment system, rinsing water from rinsing metal surfaces after phosphating them can be treated particularly well. In particular, it is possible to remove heavy metals from the rinsing water and produce fully demineralized water, which enables a large amount of valuable substances to be recovered. Since there is no return to a phosphating bath, the water treatment plant is particularly suitable for use when strict windows are required for the process parameters of the phosphating baths, e.g. in the production of car bodies in the automotive industry.
Da die Umkehrosmose vollentsalztes Wasser liefert, wird eine Ausführungsform der Wasseraufbereitungsanlage bevorzugt, welche Mittel zum Rückführen des vollentsalzten Wassers vom Permeat-Ausgang der Umkehrosmose zur Wiederverwendung bei der Spülung von Metalloberflächen aufweist. Dies ist besonders vorteilhaft, da diese Spülung zu den Arbeitsschritten mit dem höchsten Wasserverbrauch zählt.Since reverse osmosis delivers demineralized water, an embodiment of the water treatment plant is preferred which has means for returning the demineralized water from the permeate output of the reverse osmosis for reuse in the rinsing of metal surfaces. This is particularly advantageous since this rinsing is one of the work steps with the highest water consumption.
Besonders bevorzugt wird eine Ausführungsform der Wasseraufbereitungsanlage, die Mittel zum Zusetzen von Calciumhydroxid und/oder einem Calciumsalz in den KonzentratStrom aus der Umkehrosmose aufweist. Dadurch werden Calciumphosphatverbindungen als Schlamm ausgefällt. Die Wasseraufbereitungsanlage weist dazu noch Mittel zum Abtrennen des ausgefällten Schlamms als Feststoff auf, beispielsweise eine Filtration.Particularly preferred is an embodiment of the water treatment plant which has means for adding calcium hydroxide and/or a calcium salt to the concentrate stream from the reverse osmosis. This causes calcium phosphate compounds to precipitate as sludge. The water treatment plant also has means for separating the precipitated sludge as a solid, for example a filtration.
Vorzugsweise hat die Wasseraufbereitungsanlage Mittel zum Regenerieren zumindest eines Teils des Ionenaustauschers, wodurch ein schwermetallhaltiges Regenerat entsteht, und außerdem Mittel zum Ausleiten des Regenerats aus dem Ionenaustauscher.Preferably, the water treatment plant has means for regenerating at least part of the ion exchanger, thereby producing a regenerate containing heavy metals, and also means for discharging the regenerate from the ion exchanger.
Besonders bevorzugt handelt es sich bei den Mitteln zum Regenerieren um Mittel zum Einleiten einer Säure, wobei die Säure einen pKS-Wert hat, der kleiner oder gleich 2 ist. Das sind starke bis sehr starke Säuren. Vorzugsweise wird Salzsäure oder Schwefelsäure verwendet.The regenerating agents are particularly preferably agents for introducing an acid, the acid having a pK a value of less than or equal to 2. These are strong to very strong acids. Hydrochloric acid or sulfuric acid is preferably used.
Zum Entfernen von Schwermetallen aus dem Spülwasser ist die Wasseraufbereitungsanlage besonders geeignet, wenn der Ionenaustauscher ein schwermetallselektives Harz aufweist.The water treatment plant is particularly suitable for removing heavy metals from the rinse water if the ion exchanger has a heavy metal-selective resin.
Ein möglichst langer Weiterbetrieb der Wasseraufbereitungsanlage wird ermöglicht, wenn Mittel zum Einleiten von Natronlauge in den Ionenaustauscher zum Konditionieren des Ionenaustauschers nach dem Regenerieren vorhanden sind.The water treatment plant can continue to operate for as long as possible if means are available for introducing caustic soda into the ion exchanger to condition the ion exchanger after regeneration.
Ein Zusetzen bzw. Verstopfen des Ionenaustauschers kann verhindert werden, wenn bei der Wasseraufbereitungsanlage eine Filtration, vorzugsweise eine Ultrafiltration, oder ein anderer, selbst rückspülender Filter, zum Entfernen von festen Bestandteilen aus dem Spülwasser vorhanden ist, wobei die Ultrafiltration dem Ionenaustauscher vorgeschaltet ist.Clogging or blockage of the ion exchanger can be prevented if the water treatment plant is equipped with a filtration system, preferably an ultrafiltration system, or another self-backwashing filter to remove solid components from the rinse water, with the ultrafiltration system being installed upstream of the ion exchanger.
Die Aufgabe wir auch gelöst von einer Phosphatierungs-Anlage zum Phosphatieren von Metalloberflächen mit einer Wasseraufbereitungsanlage, wie sie soeben beschrieben worden ist.The task is also solved by a phosphating plant for phosphating metal surfaces with a water treatment plant as just described.
Weitere Einzelheiten und Merkmale ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels in Verbindung mit der Figur. Hierbei können die jeweiligen Merkmale für sich alleine oder zu mehreren in Kombination miteinander verwirklicht sein. Die Möglichkeiten, die Aufgabe zu lösen, sind nicht auf das Ausführungsbeispiel beschränkt. So umfassen beispielsweise Bereichsangaben stets alle - nicht genannten - Zwischenwerte und alle denkbaren Teilintervalle.Further details and features emerge from the following description of a preferred embodiment in conjunction with the figure. The respective features can be implemented on their own or in combination with one another. The possibilities for solving the problem are not limited to the embodiment. For example, range information always includes all - not mentioned - intermediate values and all conceivable sub-intervals.
Ein Ausführungsbeispiel ist in der Figur schematisch dargestellt. Im Einzelnen zeigt:
-
1 eine schematische Darstellung einer beschriebenen Wasseraufbereitungsanlage.
-
1 a schematic representation of a described water treatment plant.
In
Das Spülwasser 116 ist mit schwankenden Konzentrationen von Schwermetallen und anderen Stoffen belastet, die aus den Phosphatierbädern verschleppt werden. Die Phosphatierbäder enthalten typischerweise die folgenden Konzentrationen:
Zudem können in den Spülwässern auch noch Rückstände und/oder Abbauprodukte von Reaktionsbeschleunigern aus dem Phosphatierbad enthalten sein, typischerweise Fluorid und/oder Wasserstoffperoxid.In addition, the rinsing water may also contain residues and/or degradation products of reaction accelerators from the phosphating bath, typically fluoride and/or hydrogen peroxide.
Der Ionenaustauscher 120 ist vorzugsweise so konfiguriert, dass er Schwermetalle aus dem Spülwasser 116 entfernt, so dass an Schwermetallen abgereichertes Spülwasser 122 übrig bleibt. Vorzugsweise hat der Ionenaustauscher 120 die Form einer Mehrzahl von Säulen (nicht dargestellt). Diese können beispielsweise so verschaltet sein, dass stets mindestens zwei Säulen in Reihe durchströmt werden. Die Säulen sind mit dem sog. Harz gefüllt, das beispielsweise in Form kleiner Kugeln vorliegen kann, die oft einen Durchmesser von ca. 0,5 bis 1 mm haben. Ein schwermetallselektives Harz, z.B. auf der Basis von Iminodiessigsäure, Amidoxim oder Bis-Picolylamine wird bevorzugt. Dieses Harz sorgt für den Ionenaustausch, wobei typischerweise Na+-Ionen in Lösung gehen und Schwermetallionen, insbesondere z.B. Zink, Nickel, Mangan, aus der Lösung entfernt werden. Vorzugsweise werden die Schwermetalle (z.B. Mn, Ni, Zn, Co, Cu) jeweils so weitgehend aus der Lösung entfernt, dass eine Konzentration von unter 0,1 mg/l erreicht wird. Ist eine Säule des Ionenaustauschers 120 stark mit Schwermetallionen beladen, kann sie ihre Funktion nicht mehr effektiv wahrnehmen, sondern muss regeneriert werden. Zu diesem Zweck kann eine starke Säure 125 eingeleitet werden, vorzugsweise Salzsäure oder Schwefelsäure. Damit werden die Schwermetallionen wieder in Lösung gebracht, und das entstehende saure, schwermetallhaltige Regenerat 127 wird ausgeleitet. Je nach verwendetem Harz kann es erforderlich sein, nach dieser Regeneration das Harz mit Natronlauge zu konditionieren, um z.B. Natriumionen zur Verfügung zu stellen und den für einen effektiven Ionenaustausch erforderlichen pH-Wert einzustellen. Die Regeneration und ggf. anschließende Konditionierung einer Säule kann periodisch nach fest vorgegebenen Zeitabständen erfolgen, oder auch am Bedarf orientiert, wenn in dem abgereicherten Spülwasser 122 z.B. mit geeigneten Sensoren eine ansteigende Konzentration an Schwermetallionen festgestellt wird. Bevorzugt hat der Ionenaustauscher 120 mindestens drei Säulen, von denen stets zwei in Reihe geschaltet sind und eine regeneriert wird bzw. inaktiv ist, wobei diese Verschaltung zyklisch gewechselt wird. Das ausgeleitete saure, schwermetallhaltige Regenerat 127 wird bevorzugt an eine Anlage zur Nickelverhüttung weitergeleitet. Dort kann zumindest der Nickel-Anteil als Wertstoff zurückgewonnen und weiter verwendet werden. Die übrigen Schwermetalle, insbesondere Zink und Mangan, können in Form von Schlacke an die Bauindustrie weitergeleitet werden, wo auch sie einer Verwendung zugeführt werden können.The
Das an Schwermetallen abgereicherte Spülwasser 122, welches den Ionenaustauscher 120 verlässt, wird anschließend einer Umkehrosmose 130 unterzogen. Dadurch werden die verbliebenen im Wasser enthaltenen Substanzen, also z.B. Phosphationen und weitere Metallionen, ggf. noch Reaktionsbeschleuniger und/oder deren Abbauprodukte, aufkonzentriert und als Konzentrat 134 ausgeleitet. Als Permeat wird hingegen demineralisiertes bzw. vollentsalztes Wasser ausgeleitet. Dieses vollentsalzte Wasser hat typischerweise eine Leitfähigkeit von unter 30 µS/cm, bevorzugt unter 25 µS/cm. Bei geeigneter Konfiguration der Umkehrosmose 130 kann dieses vollentsalzte Wasser eine Leitfähigkeit von unter 15 µS/cm erreichen. Dieses kann beispielsweise über eine Rückführungsleitung 132 der Spülung 110 zur Wiederverwendung zugeführt werden. Eine solche Rückführung ist besonders vorteilhaft, weil hierdurch der Wasserverbrauch bei der Phosphatierung von Metalloberflächen ganz entscheidend gesenkt werden kann. Alternativ kann das vollentsalzte Wasser auch zu einer sonstigen Verwendung 133 ausgeleitet werden.The rinse
Dem Konzentrat 134 aus der Umkehrosmose 130 kann ein Calciumsalz bzw. Calciumhydroxid 140 zugesetzt werden, wodurch Calciumphosphatverbindungen ausfallen. Diese werden anschließend als Schlamm abgetrennt 145, z.B. durch eine Filtration. Dieser abgetrennte Feststoff wird ausgeleitet 147 und kann z.B. an eine Anlage zur Düngemittelherstellung weitergeleitet werden, wodurch auch dieser Stoff als Wertstoff weiterverwendet wird. Hierzu ist darauf zu achten, dass die Fällung der Calciumphosphatverbindungen in einem pH-Wert-Bereich zwischen 7 und 9, bevorzugt zwischen 7,5 und 8,5, erfolgt. Andernfalls könnten Calciumphosphatverbindungen entstehen, die nur schlecht von Pflanzen aufgenommen werden können und daher für eine Verwertung als Düngemittel wenig geeignet wären.A calcium salt or
Das nach der Fällung und Filtration 140, 145 als Filtrat verbleibende Restabwasser 149 wird ausgeleitet. Es enthält ggf. noch Magnesium, Natrium und Reste der Reaktionsbeschleuniger. Es kann z.B. über das normale kommunale Abwassernetz einer Kläranlage zugeführt werden oder ggf. als Brauchwasser Verwendung finden. Besonders bevorzugt wird jedoch, es in der Nasskoagulierung einer Lackieranlage als Nachspeisewasser zu nutzen, denn üblicherweise folgt bei der Verarbeitung von Metalloberflächen auf die Phosphatierung und anschließende Spülung 110 eine Lackierung - in der Automobilindustrie typischerweise in Form einer kathodischen Tauchlackierung. Nach der kathodischen Tauchlackierung erfolgt die eigentliche Lackierung der Karossen, wobei mittels einer Nass- oder Trockenauswaschung die bei der Lackierung auftretenden Overspraymengen entfernt werden. Die Nasskoagulierung als Aufbereitungsschritt dazu ermöglicht also, auch das noch verbleibende Restabwasser 149 weiterzuverwenden, so dass mit der vorliegenden Wasseraufbereitungsanlage 100 die Spülung 110 der phosphatierten Metalloberflächen nahezu vollständig abwasserfrei betrieben werden kann.The
Glossarglossary
Abwasser, WasserWastewater, water
Wasser ist insbesondere die flüssige Form der chemischen Verbindung H2O, bestehend aus den Elementen Sauerstoff (O) und Wasserstoff (H). Im Zusammenhang mit dieser Erfindung bezeichnet Wasser auch allgemein Flüssigkeiten, in deren Zusammensetzung die genannte Verbindung stark überwiegt. Insbesondere können in „Wasser“ Fremdsubstanzen gelöst oder als Emulsion oder Aufschlämmung enthalten sein.Water is in particular the liquid form of the chemical compound H 2 O, consisting of the elements oxygen (O) and hydrogen (H). In connection with this invention, water also generally refers to liquids in whose composition the compound mentioned predominates. In particular, foreign substances can be dissolved in “water” or contained as an emulsion or slurry.
Abwasser ist durch Gebrauch in seinen Eigenschaften oder seiner Zusammensetzung verändertes Wasser. Dieses darf in der Regel nicht einfach in die Umwelt abgegeben werden, sondern muss vorher behandelt und/oder gereinigt werden, z.B. durch eine Kläranlage.Wastewater is water whose properties or composition have changed through use. As a rule, this water cannot simply be released into the environment, but must first be treated and/or cleaned, e.g. in a sewage treatment plant.
demineralisiertes Wasser, vollentsalztes Wasser, VE-Wasserdemineralized water, deionized water, deionized water
Demineralisiertes Wasser, auch als deionisiertes Wasser, vollentsalztes Wasser (VE-Wasser) oder Deionat bezeichnet, ist Wasser, dem die im normalen Quell- und Leitungswasser vorkommenden und als Anionen und Kationen gelösten Salze weitgehend entzogen wurden. Es kommt vor allem in technischen Anwendungen als Betriebsstoff zum Einsatz, wird aber auch in der Chemie und der Biologie als Lösungs- und manchmal auch als Reinigungsmittel verwendet. Die Reinheit des Wassers kann z.B. über die verbleibende elektrische Leitfähigkeit bestimmt werden. Typischerweise liegt diese unter 50 µS/cm.Demineralized water, also known as deionized water, fully demineralized water (VE water) or deionized water, is water from which the salts found in normal spring and tap water and dissolved as anions and cations have been largely removed. It is used primarily in technical applications as a fuel, but is also used in chemistry and biology as a solvent and sometimes as a cleaning agent. The purity of the water can be determined, for example, by the remaining electrical conductivity. This is typically below 50 µS/cm.
Fällungprecipitation
Mit Fällung oder Präzipitation wird in der Chemie das Ausscheiden eines gelösten Stoffes aus einer Lösung bezeichnet. Dies geschieht durch Überschreiten seiner Löslichkeit aufgrund von Änderungen seiner Umgebungsbedingungen, z.B. durch Zusätze von geeigneten Substanzen (Fällungsmittel), Temperatur- und/oder Druckänderung, Verdunstung des Lösungsmittels oder Änderung der Polarität des Lösungsmittels. Das Ausscheiden erfolgt als Niederschlag in Form von amorphen Flocken oder kristallinem Material. Grundsätzlich findet dabei ein Phasenübergang der zuvor gelösten Substanz statt.In chemistry, precipitation refers to the separation of a dissolved substance from a solution. This occurs when its solubility is exceeded due to changes in its environmental conditions, e.g. by adding suitable substances (precipitants), changing temperature and/or pressure, evaporation of the solvent or changing the polarity of the solvent. The separation occurs as a precipitate in the form of amorphous flakes or crystalline material. Basically, a phase transition of the previously dissolved substance takes place.
Die Bildung des Niederschlags oder Präzipitats durch Ausfällung kann auf mehrere Arten ausgelöst werden, durch Fällungsreaktionen, Veränderung des pH-Werts oder Überschreiten des Löslichkeitsprodukts. Die darüberstehende Flüssigkeit wird als Überstand bezeichnet.The formation of the precipitate by precipitation can be triggered in several ways, by precipitation reactions, change in pH or exceeding the solubility product. The liquid above is called the supernatant.
Ein zugegebenes Fällungsmittel kann dabei Bestandteil des Niederschlags werden oder die gelöste Substanz in eine schwerlöslichere umsetzen, oder nur die Lösungseigenschaften des Lösungsmittels ändern. Die Niederschläge der ausgefällten Feststoffe sind zunächst meist mikrokristallin oder amorph. Oft vergrößern sich diese Teilchen bei Alterung durch zusätzliche Agglomeration. Dadurch lassen sie sich besser filtrieren oder bilden einen Bodensatz.An added precipitant can become part of the precipitate or convert the dissolved substance into a less soluble one, or just change the solvent's dissolving properties. The precipitates of the precipitated solids are initially mostly microcrystalline or amorphous. These particles often grow larger as they age due to additional agglomeration. This makes them easier to filter or forms a sediment.
IonenaustauscherIon exchanger
Ionentauscher oder Ionenaustauscher sind Vorrichtungen, mit denen gelöste Ionen durch andere Ionen gleicher Ladung ersetzt werden können; es findet demnach ein Ionentausch statt. Sie sind mit einem Ionenaustauschermaterial, dem sogenannten Ionenaustauscherharz, gefüllt und typischerweise als Säulen bzw. Kartuschen oder als Membranen konfiguriert. Die zu behandelnde Lösung durchströmt den Ionenaustauscher, dabei werden die unerwünschten Ionen am Ionenaustauscherharz gebunden und eine äquivalente Ladungsmenge von vorher gebundenen Ionen in die Lösung abgegeben. Das Prinzip des Ionentausches beruht darauf, dass Ionen umso stärker an den Ionenaustauscher gebunden werden, je höher ihre Ladung, und bei gleicher Ladung, je größer ihr Ionenradius ist. Das stärker bindende Ion verdrängt das schwächer bindende Ion von den Bindungsstellen des lonentauschermaterials. Es muss also dafür gesorgt werden, dass das unerwünschte Ion, das aus der Lösung entfernt werden soll, stärker gebunden wird als das Ion, das an den Ionenaustauscher gebunden ist. Weitere wichtige Einflussfaktoren dafür sind: der pH-Wert der Lösung im Zusammenhang mit der Art und der Anzahl der Bindungsstellen des lonenaustauschermaterials und auch die jeweilige Stoffmengenkonzentration. Wenn Kationen ausgetauscht werden sollen, wird häufig ein Harz mit Na+ verwendet.Ion exchangers are devices that allow dissolved ions to be replaced by other ions of the same charge; an ion exchange therefore takes place. They are filled with an ion exchange material, the so-called ion exchange resin, and are typically configured as columns or cartridges or as membranes. The ions to be treated Solution flows through the ion exchanger, the unwanted ions are bound to the ion exchange resin and an equivalent amount of charge of previously bound ions is released into the solution. The principle of ion exchange is based on the fact that ions are bound more strongly to the ion exchanger the higher their charge, and with the same charge, the larger their ionic radius. The stronger binding ion displaces the weaker binding ion from the binding sites of the ion exchange material. It must therefore be ensured that the unwanted ion that is to be removed from the solution is bound more strongly than the ion that is bound to the ion exchanger. Other important influencing factors are: the pH value of the solution in relation to the type and number of binding sites of the ion exchange material and also the respective molar concentration. If cations are to be exchanged, a resin with Na + is often used.
Ist der Ionenaustauscher stark mit den auszutauschenden Ionen beladen, ist er erschöpft und muss regeneriert werden. Die Regeneration von Ionenaustauschern beruht auf der Tatsache, dass der Ionenaustausch eine Gleichgewichtsreaktion ist. Tatsächlich findet auch im Betrieb gleichzeitig die gewünschte Hin- und die nicht gewünschte Rückreaktion statt. Beim Einsatz des Ionentauschers überwiegt jedoch die Hinreaktion. Bei der Regeneration wird die Rückreaktion gefördert, indem ein Überschuss an den ursprünglich vorhandenen Ionen erzeugt wird, z.B. durch Zugabe einer geeigneten Salzlösung oder Säure.If the ion exchanger is heavily loaded with the ions to be exchanged, it is exhausted and must be regenerated. The regeneration of ion exchangers is based on the fact that ion exchange is an equilibrium reaction. In fact, the desired forward reaction and the undesired reverse reaction take place simultaneously during operation. However, when the ion exchanger is in use, the forward reaction predominates. During regeneration, the reverse reaction is promoted by generating an excess of the ions originally present, e.g. by adding a suitable salt solution or acid.
Konzentrat, RetentatConcentrate, retentate
Bei Membranfiltrationen wie z.B. Umkehrosmose oder Nanofiltration (siehe Ultrafiltration) wird die zurückgehaltene Phase, die die aufkonzentrierten Inhaltsstoffe enthält, als Konzentrat oder Retentat bezeichnet.In membrane filtration such as reverse osmosis or nanofiltration (see ultrafiltration), the retained phase, which contains the concentrated ingredients, is called concentrate or retentate.
PermeatPermeate
Als Permeat bezeichnet man einen Stoff, der durch einen Festkörper dringt (permeiert). In der Membrantechnik ist Permeat ein zentraler Begriff. Es bezeichnet bei Flüssigfiltrationen das durch die Filtration von z. B. Bakterien, Härtebildnern oder Schwermetallen befreite Fluid.Permeate is a substance that penetrates through a solid body. Permeate is a key term in membrane technology. In liquid filtration, it refers to the fluid that has been freed from bacteria, hardening agents or heavy metals by filtration.
PhosphatierungPhosphating
Die Phosphatierung ist ein weit verbreitetes Verfahren in der Oberflächentechnik, bei dem durch chemische Reaktionen von metallischen Oberflächen mit wässrigen Phosphat-Lösungen eine sogenannte Konversionsschicht aus fest haftenden Metallphosphaten gebildet wird. Wenn die Schicht aus drei Metallen besteht, spricht man von der Trikationenphosphatierung. Diese verwendet typischerweise die Kationen Zink, Nickel und Mangan.Phosphating is a widely used process in surface technology in which a so-called conversion layer of firmly adhering metal phosphates is formed through chemical reactions of metallic surfaces with aqueous phosphate solutions. If the layer consists of three metals, it is called trication phosphating. This typically uses the cations zinc, nickel and manganese.
Bei jeder Phosphatierung erfolgt zunächst ein Beizangriff auf den Grundwerkstoff, bei dem Metallkationen unter Wasserstoffentwicklung in Lösung gehen und die natürliche Oxidschicht auf dem Metall entfernt wird. Dann erfolgt die Schichtbildung durch Ausfällung schwerlöslicher Phosphate in mindestens einem Bad.During each phosphating process, the base material is first pickled, causing metal cations to dissolve with the evolution of hydrogen and removing the natural oxide layer on the metal. The layer is then formed by precipitation of poorly soluble phosphates in at least one bath.
pKS-Wert, SäurekonstantepK S value, acid constant
Die Säurekonstante Ks ist eine Stoffkonstante, die Aufschluss darüber gibt, in welchem Maße eine Säure HA in einer Gleichgewichtsreaktion mit einem beliebigen protonierbaren Lösungsmittel Y (im Regelfall Wasser) unter Protolyse reagiert:
KS ist dabei die mit der Stoffmengenkonzentration von Y multiplizierte Gleichgewichtskonstante dieser Reaktion und damit ein Maß für die Stärke einer Säure. Je stärker die Säure, desto mehr ist die Reaktion auf die rechte Seite verschoben; d.h. umso höher sind die Konzentrationen von HY+ und A-. Die Gleichgewichtskonstante wird meist als ihr negativer dekadischer Logarithmus, der pKs-Wert, angegeben. Das bedeutet: Je kleiner der pKS-Wert ist, desto stärker ist die Säure.K S is the equilibrium constant of this reaction multiplied by the molar concentration of Y and is therefore a measure of the strength of an acid. The stronger the acid, the more the reaction is shifted to the right-hand side; ie the higher the concentrations of HY + and A - . The equilibrium constant is usually given as its negative decimal logarithm, the pKs value. This means: the smaller the pK S value, the stronger the acid.
SchwermetallHeavy metal
In der Technik und der Chemie fallen unter den Begriff „Schwermetall“ Metalle mit einer Dichte > 5 g/cm3. Insbesondere sind Nickel, Mangan und Zink Schwermetalle.In technology and chemistry, the term “heavy metal” refers to metals with a density > 5 g/cm 3 . Nickel, manganese and zinc are particularly heavy metals.
Spülen, Spülung, SpülwasserRinse, rinse, rinse water
Im Zusammenhang mit dieser Erfindung ist mit Spülen bzw. Spülung immer der entsprechende Vorgang im Anschluss an die Phosphatierung einer Metalloberfläche gemeint. Nach der Schichtbildung im Phosphatierbad wird die Metalloberfläche in der Regel mit VE-Wasser abgespült, damit als Film anhaftende Phosphatierlösung von der Metalloberfläche entfernt wird. Das von diesem Vorgang ablaufende Abwasser wird als Spülwasser bezeichnet.In the context of this invention, rinsing or flushing always refers to the corresponding process following the phosphating of a metal surface. After the layer has formed in the phosphating bath, the metal surface is usually rinsed with deionized water so that the phosphating solution adhering to the metal surface as a film is removed. The waste water resulting from this process is referred to as flushing water.
UltrafiltrationUltrafiltration
Die Ultrafiltration ist ein Filtrationsverfahren aus dem Bereich der Membrantechnik, mit dem sich makromolekulare Substanzen und kleine Partikel aus einem Medium abtrennen und konzentrieren lassen. Man unterscheidet Mikrofiltration, Ultrafiltration und Nanofiltration über den Grad der Abtrennung. Liegt die Ausschlussgrenze bei 100 nm oder darüber, spricht man von Mikrofiltration. Liegt die Ausschlussgrenze im Bereich zwischen 2 und 100 nm, bezeichnet man dies als Ultrafiltration. Bei der Nanofiltration liegt die Ausschlussgrenze unterhalb von 2 nm.Ultrafiltration is a filtration process in the field of membrane technology that can be used to separate and concentrate macromolecular substances and small particles from a medium. A distinction is made between microfiltration, ultrafiltration and nanofiltration on the degree of separation. If the exclusion limit is 100 nm or more, this is called microfiltration. If the exclusion limit is in the range between 2 and 100 nm, this is called ultrafiltration. In nanofiltration, the exclusion limit is below 2 nm.
UmkehrosmoseReverse osmosis
Umkehrosmose ist ein physikalisches Verfahren der Membrantechnik zur Konzentrierung von in Flüssigkeiten gelösten Stoffen, bei der mit Druck der natürliche Osmose-Prozess umgekehrt wird. Das Medium, in dem die Konzentration eines bestimmten Stoffes verringert werden soll, ist durch eine halbdurchlässige (semipermeable) Membran von dem Medium getrennt, in dem die Konzentration erhöht werden soll. Dieses wird einem Druck ausgesetzt, der höher sein muss als der Druck, der durch das osmotische Verlangen zum Konzentrationsausgleich entsteht. Dadurch können die Moleküle des Lösungsmittels gegen ihre „natürliche“ osmotische Ausbreitungsrichtung wandern. Das Verfahren drückt sie in das Kompartiment, in dem gelöste Stoffe weniger konzentriert vorliegen.Reverse osmosis is a physical process using membrane technology to concentrate substances dissolved in liquids. This process uses pressure to reverse the natural osmosis process. The medium in which the concentration of a particular substance is to be reduced is separated from the medium in which the concentration is to be increased by a semi-permeable membrane. This is subjected to a pressure that must be higher than the pressure created by the osmotic desire to equalize the concentration. This allows the molecules of the solvent to migrate against their "natural" osmotic direction of propagation. The process pushes them into the compartment in which dissolved substances are less concentrated.
vollentsalztes Wasser, VE-Wasser: siehe demineralisiertes Wasserfully desalinated water, deionized water: see demineralized water
Wasser: siehe AbwasserWater: see wastewater
BezugszeichenReference symbols
- 100100
- WasseraufbereitungsanlageWater treatment plant
- 108108
- Metalloberflächen von PhosphatierungMetal surfaces from phosphating
- 110110
- SpülungRinse
- 112112
- VE-WasserVE water
- 114114
- Metalloberflächen zur LackierungMetal surfaces for painting
- 116116
- SpülwasserRinse water
- 120120
- IonenaustauscherIon exchanger
- 122122
- abgereichertes Spülwasserdepleted rinse water
- 125125
- Einleitung einer starken SäureIntroduction of a strong acid
- 127127
- Ausleitung RegeneratDischarge regenerate
- 130130
- UmkehrosmoseReverse osmosis
- 132132
- Rückführungsleitung für Permeat (VE-Wasser)Return line for permeate (deionized water)
- 133133
- sonstige Verwendungother use
- 134134
- Konzentratconcentrate
- 140140
- Einleitung von Calciumsalz und/oder CalciumhydroxidIntroduction of calcium salt and/or calcium hydroxide
- 145145
- Fällung und FiltrationPrecipitation and filtration
- 147147
- Ausleitung von CalciumphosphatverbindungenElimination of calcium phosphate compounds
- 149149
- Ausgang für RestabwasserOutlet for residual waste water
zitierte Literaturcited literature
zitierte Patentliteraturcited patent literature
-
DE 101 42 933 A1DE 101 42 933 A1 -
DE 198 54 431 A1DE 198 54 431 A1 -
DE 199 18 713 A1DE 199 18 713 A1 -
WO 99/48819 A1WO99/48819 A1
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES INCLUDED IN THE DESCRIPTION
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Zitierte PatentliteraturCited patent literature
- WO 9948819 A1 [0006, 0064]WO 9948819 A1 [0006, 0064]
- DE 10142933 A1 [0006, 0064]DE 10142933 A1 [0006, 0064]
- DE 19854431 A1 [0007, 0064]DE 19854431 A1 [0007, 0064]
- DE 19918713 A1 [0008, 0064]DE 19918713 A1 [0008, 0064]
Claims (23)
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|---|---|---|---|
| DE102022133482.1A DE102022133482A1 (en) | 2022-12-15 | 2022-12-15 | Process and water treatment plant for treating rinsing water from rinsing metal surfaces after their phosphating |
Applications Claiming Priority (1)
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Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
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Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE19518643A1 (en) | 1995-05-20 | 1996-11-21 | Gewerk Keramchemie | Recycling used batteries |
| DE10254952A1 (en) | 2002-08-31 | 2004-03-04 | Henkel Kgaa | Regeneration of phosphatizing bath overflow or rinse water involves passage through a weakly acidic ion-exchanger followed by a second weakly acidic ion-exchanger, a strongly acidic ion-exchanger or a reverse osmosis apparatus |
| DE10256884A1 (en) | 2002-12-05 | 2004-06-17 | Henkel Kgaa | Process for phosphating metal surfaces with improved phosphate recovery |
-
2022
- 2022-12-15 DE DE102022133482.1A patent/DE102022133482A1/en active Pending
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| DE10256884A1 (en) | 2002-12-05 | 2004-06-17 | Henkel Kgaa | Process for phosphating metal surfaces with improved phosphate recovery |
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Legal Events
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