DE2334766C3 - Verfahren zur Aufbereitung von organische wasserunlösliche Stoffe in emulgierter Form enthaltenden Abwässern - Google Patents

Verfahren zur Aufbereitung von organische wasserunlösliche Stoffe in emulgierter Form enthaltenden Abwässern

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DE2334766C3 DE2334766A DE2334766A DE2334766C3 DE 2334766 C3 DE2334766 C3 DE 2334766C3 DE 2334766 A DE2334766 A DE 2334766A DE 2334766 A DE2334766 A DE 2334766A DE 2334766 C3 DE2334766 C3 DE 2334766C3
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Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Aufbereitung von organische wasserunlösliche Stoffe in emulgierter Form enthaltenden Abwässer, insbesondere öle, Fette und wasserunlösliche Lösungsmittel enthaltenden Abwässern, in eine wäßrige und eine die organischen Verunreinigungen enthaltende Phase von weitgehend breiiger bis fester Konsistenz durch Verwendung eines Trennmittels, wobei man die Abwasser mit wasserlöslichen Halogeniden bzw. Sulfaten von Natrium, Magnesium, Aluminium oder Eisen in fester oder gelöster Form als Emulsionsspaltmittel in Kombination mit zur Überführung des ölanteils (bzw. des Anteils der nichtwasserlöslichen Stoffe) in filtrierbaren Zustand geeigneten Adsorptionsmitteln, wie z. B. hydrophoben und/oder organophilen und/oder hydrophilen, festen, feinteiligen organischen oder anorganischen Stoffen, versetzt und nach erfolgter Emulsionsbrechung den filtrierbaren Festanteil von der flüssigen Phase abtrennt.
Öl-in-Wasser-Emulsion von z. B. emulgierfähigen Metallbearbeitungsölen, welche je nach Mischungsverhältnis für die verschiedensten Zerspannungsvorgänge, insbesondere zur Erzielung einer hohen Kühlwirkung, verwendet werden können, bestehen vorwiegend aus Mineralöl, Emulgatoren (Tensiden), Seifen, Stabilisatoren, Netz- und Korrosionsschutzmitteln, sowie außerordentlich wirksamen Bakteriziden. Derartige Zusammensetzungen gewährleisten bei Mischungen mit Wasser eine hohe Kühl- und Schmierwirkung bei der Zerspannung von Eisen- und Buntmetallen sowie Aluminiumlegierungen und zeichnen sich durch schnelles Emulgieren des Konzentrates, hohe Stabilität der Emulsion einwandfreien Korrosionsschutz, gutes Netzvermögen, günstiges Schaumverhalten und Schulz gegen Bakterienbefall aus.
Das Ableiten derartiger verbrauchter Metallbearbeitungsölemulsionen in die Abwässer wirft zahlreiche Probleme auf, da zu Reinerhaltung der Gewässer eine vorherige Säuberung der Abwasser erforderlich ist. Die Säuberung der Abwasser kann physikalisch in Klärbekken, chemisch durch Ausfällen oder biologisch durch Züchtung von Bakterien erfolgen.
Besondere Schwierigkeiten entstehen jedoch bei der Klär- und von Abwässern, welche durch derartige stabile und baktericide Metallbearbeitungsölemulsionen, wie sie zuvor beschrieben sind, verschmutzt sind.
ίο Die Abwässer müssen nach Möglichkeit von den normalen Abwässern getrennt werden, au sie eine besonders chemische Aufbereitung erforderlich machen. Für die nachstehend aufgeführten Verfahren der Trennung emulgierter öle von Wasser werden Anlagen benötigt, welche aus wirtschaftlichen Gründen möglichst klein gehalten werden sollten.
Nach einem bewährten Verfahren erfolgt die Aufspaltung durch konzentrierte Sch%vefelsäure bzw. Salzsäure. Die Anwendung von Schwefelsäure ist hierbei das wirtschaftlichere Verfahren. Die zu spaltende Emulsion wird auf etwa 800C erwärmt und darin die Schwefelsäure unter Umrühren mittels Rührwerk oder Einblasen von Preßluft bei einem Emulsionsverhältnis von
1 :10 etwa 1,0-2,0 Gew.-% H2SO4,
1 :30 etwa 1,0—2,0 Gew.-% H2SO4 und
1 :50etwa !,5-2,0Gew.-% H2SO4
zugegeben. Nach 4- bis 5stündigem Abstehen erfolgt eine Trennung in zwei Phasen, so daß das öl vom Wasser abgezogen werden kann. Bei Durchführung des Verfahrens unter Normal-Temperatur erfolgt die Trennung erst nach etwa 2 bis 3 Tagen.
Sowohl bei Verwendung von Schwefelsäure als auch von Salzsäure muß das säurehaltige Wasser, bevor es in den Vorfluter geführt wird, mittels etwa 2 bis 4 Gew.-% einer 50prozentigen Natronlauge bzw. 1 bis 3 Gew.-% Kalkhydrat auf einen pH-Wert von 6 bis 7 neutralisiert werden. Die billigere Neutralisation mit Kalkhydrat (CaO + Ca(OH)2) hat den Nachteil, daß ein Niederschlag von Calciumsulfat (Gips) entsteht, welcher vom Behälterboden entfernt werden muß. Die bei der Neutralisation mit Natronlauge anfallende, im Wasser gelöste Menge Natriumsulfat beträgt je nach Schwefelsäurezugabe bei einem Emulsionsverhältnis von
1 :10 etwa 14 bis 28 g Na2SO4/! Wasser,
1 :30 etwa 14 bis 28 g und bei
1 : 50 etwa 21 bis 28 g.
Bei diesem Trennverfahren ist ferner als nachteilig anzusehen, daß die Spaltbehälter im Freien aufgestellt
so werden müssen, da sich bei dem Spaltprozeß durch den Angriff der verwendeten Säuren auf das Eisen des Behälters Wasserstoff bildet, welcher im geschlossenen Raum in Gegenwart von offenem Feuer zu Explosionen führen kann.
Nach einem weiteren bekannten Verfahren erfolgt die Brechung der Emulsion durch Aussalzen der Emulsion mittels Kochsalz, Viehsalz oder Magnesiumchlorid, wobei je nach dem Verhältnis von Ol zu Wasser den Emulsionen verschiedene Mengen Salz
Mi zugesetzt werden müssen und zwar bei einem Emulsionsverhältnis von
1 : IOetwa5Gew.-°/oSalz,
1 : 30 etwa 3 Gew.-% Salz und bei
1 : 50 etwa 2 Gew.-% Salz.
f,-, Die Trennzeit beträgt hierbei ca. 4 Stunden. Dieses Verfahren hat den Vorteil, daß es sehr wirtschaftlich ist, da das abgetrennte Abwasser nicht neutralisiert zu werden braucht. ledoch sind in dem Wasser nicht
unerhebliche Mengen Salz enthalten, und zwar bei einem Emulsionsverhältnis von
1:10 etwa 50 g Salz/1 Wasser,
1 :30 etwa 30 g Salz/l Wasser,
1 :50 etwa 20 g Salz/1 Wasser.
Ferner kann in einem dritten bekannten Verfahren die Aufspaltung der Emulsion durch Flockulation mit Eisensulfat- bzw. Aluminiumsulfat-Lösung vorgenommen werden. Dieses Verfahren ist zwar das eleganteste, erfordert jedoch eine rela'iv kostspielige Anlage. Die Ausführung geschieht in der Weise, daß der zu trennenden Emulsion eine Eisensulfat- bzw. Aluminiumsulfat-Lösung zugegeben wird. Danach wird der pH-Wert der Emulsion durch 50prozentige Natronlauge auf δ bis 9 angehoben. Bei diesem pH-Wert bildet sich Eisen- bzw. Aluminiumhydroxid. Diese Hydroxide adsorbieren das öl und flocken als Hydroxid-Ölschaum aus. Das abgetrennte Wasser kann oberhalb der Ausfällung abgezogen werden. Die Trenndauer einer Emulsion 1 :30 beträgt bei Zugabe von 1 bis 2 Gew.-°/o Sulfat-Lösung etwa 4 bis 5 Stunden.
Die drei angeführten Trennungsverfahren unterscheiden sich einmal in ihrer Wirtschaftlichkeit und zum anderen durch die Beschaffenheit des abgetrennten Wassers. Die Auswahl des geeigneten Verfahrens ist davon abhängig, welche Grenzwerte von den zuständigen Behörden vorgeschrieben werden. Es sei darauf hingewiesen, daß eine Verdünnung des Abwassers, z. B. bei einem zu hohen Salzgehalt, gesetzlich unzulässig ist. Keines der genannten Verfahren ermöglicht jedoch eine absolute ölfreihei' des abgetrennten Wassers. Bei den beiden ersten Verfahren verbleiben etwa 50 mg Öl/l Wasser und beim letzteren Verfahren maximal 20 mg Öl/l Wasser.
Nach einem weite/en bekannten Verfahren zur Aufbereitung von Metallbearbeitungs-Ölemuisionen in eine reine wäßrige und eine die Verunreinigungen enthaltende Phase werden den ölemulsionen zur Brechung wasserlösliche Salze niederer Fettsäuren von mehrwertigen Metallen oder die Halogenide bzw. Sulfate von Natrium, Magnesium, Aluminium oder Eisen in fester oder gelöster Form und zur Überführung des ölanteiles in filtrierbarem Zustand hydrophobe und/oder organophile und/oder hydrophile, feste, feinteilige Adsorptionsmittel zugesetzt und anschließend beide Phasen durch Filtration getrennt, wobei eine weitgehende ölfreiheit des abgetrennten Wassers durch schnelle Brechung der Emulsion ermöglicht wird.
Beide Komponenten (Emulsions-Brechmittel und Adsorptionsmittel) können sowohl in Mischung als auch getrennt zugegeben werden. Das Adsorptionsmittel kann bei getrennter Zugabe unmittelbar nach dem Zusatz des Emulsions-Brechmittels oder nach erfolgter Brechung der ölemulsion angewandt werden.
Zur Brechung der ölemulsionen verwendet man, allein oder im Gemisch mit den Adsorptionsmitteln, zweckmäßigerweise Formiate oder Acetate der Erdalkali- bzw. Erdmetalle. Ferner haben sich auch die entsprechenden Salze von Cadmium und Zink zur Brechung der Emulsionen als geeignet erwiesen, Anstelle der vorgenannten Formiate bzw. Acetate eignet sich in gleicher Weise das bei Siedetemperatur hydrolysierende Aluminiumchlorid (AICIj—6 H2O), ferner die Halogenide bzw. Sulfate des Natriums, Magnesiums oder Eisens. Bei Verwendung von Aluminiumchlorid wird gleichzeitig das Aluminium in eine unlösliche und filtrierbare Form übergeführt und nur der geringe Anteil des Säurerestes (HCl) geht als eingeschleppte Verunreinigung in die wäßrige Phase.
Infolge des sehr großen und weiterhin steigenden Anfalles an verbrauchten ölemulsionen ergibt sich die Notwendigkeit, diese Altölemulsionen möglichst kurzfristig aufzubereiten bzw, zu vernichten.
Den bekannten Verfahren, welche sich bei der Phasentrennung der Filtration bedienen, haften gegenüber großen zu verarbeitenden Mengen noch die Nachteile einer relativ geringen Filfrationsgeschwindigkeit sowie Spaltwirkung an, welche durch die Art der verwendeten Spalt- und Adsorptionsmittel bedingt sind.
Das Ziel der Erfindung ist darin zu sehen, solche
Verfahren und Mittel zu entwickeln, weiche einerseits für die neuen heute in der Praxis anfallenden und gegenüber den bisherigen wesentlich schwieriger spaltbaren Abwassersystemen die Spaltwirkung und andererseits die Adsorptionsfähigkeit sowie Filtriergeschwindigkeit erheblich zu verbessern vermögen.
Die bisher verwendeten Adsorptionsmittel, insbesondere hydrophobe Kieselsäure, zeichnen sich zwar durch eine sehr hohe Adsorptiünsiähigkeit aus, lassen sich jedoch nicht in dem heute geforderten Maße in relativ kurzer Zeit von der wäßrigen Phase abfiltrieren.
Gegenstand der Erfindung ist ein Verfahren zur Aufbereitung von organische wasserunlösliche Stoffe in emulgierter Form enthaltenden Abwässern, insbesondere Öle, Fette und wasserunlösliche Lösungsmittel enthaltenden Abwässe.-n, in eine wäßrige und eine die organischen Verunreinigungen enthaltende Phase von weitgehend breiiger bis fester Konsistenz durch Verwendung eines Trennmittels, wobei man die Abwässer mit wasserlöslichen Halogeniden bzw. Sulfaten von Natrium, Magnesium, Aluminium oder Eisen in fester oder gelöster Form als Emulsionsspaltmittel in
Kombination mit zur Überführung des ölanteils (bzw. des Anteils der nichtwasserlöslichen Stoffe) in filtrierbaren Zustand geeigneten Adsorptionsmittel, wie z. B. hydrophoben und/oder organophüen und/oder hydrophilen, festen, feinteiligen organischen oder anorganisehen Stoffen, versetzt und nach erfolgter Emulsionsbrechung den filtrierbaren Festanteil von der flüssigen Phase abtrennt, welches dadurch gekennzeichnet ist, daß man als Trennmittel eine Mischung aus 20% Aluminiumchlorid, 5% Calciumoxid, 1 % hydrophobierte Kieselsäure und 74% Kieselgur zusammen mit einem Flockungsmittel in Form eines organischen makromolekularen wasserlöslichen Stoffes, wie z. B. Stärke oder Proteinen oder Verbindungen auf z. B. Polyamin-, Polyäthylen-, Acrylamid- oder Polyacrylatbasis verwendet.
Ais hydrophobe Kieselsäure können sowohl auf nas-em Wege durch Fällung als auch durch pyrogene Zersetzung der flüchtigen Halogenide oder durch Lichtbogenverfahren gewonnene und in an sich bekannter Weise mit Organohalogensilanen hydrophobierte Kieselsäuren verwendet werden.
Als besonders geeignet hat sich z. B. eine pyrogen gewonnene hydrophobierte Kieselsäure erwiesen, die eine spezifische nach der BET-Methode gemessene
fin Oberfläche von etwa 150ni2/g, eine mittlere Teilchengröße von etwa 20 mn und einen Kohlenstoffgehalt von etwa 1,2 bis 1,6%, entsprechend etwa 0,8 mMol (CH3) pro 100 m2, aufweist, oder eine gefällte Kieselsäure, welche durch Behandlung mit organischen Siliciumver-
hi bindungen, z. B. Organohalogensilanen, eine hydrophobe Oberfläche erhalten hat, mit einem C-Gehalt von etwa 2,8% und einer BET-Oberfläche von etwa 100 bis 150 m2/g: ferner können als organophile Stoffe gefällte
Kieselsäuren oder Silikate, welche bei oder nach der Fällung organisch modifiziert wurden, angewendet werden.
Die Emulsionsbrechmittel werden in Mengen von mindestens etwa 0,5 bis etwa 10 Gew.-% den Ölemulsionen zugesetzt Der Mengenanteil der Absorptionsmittel beträgt etwa 35 bis etwa 70 Gew.-°/o, bezogen auf öl in der Emulsion. Bei Anwendung eines Gemisches aus Emulsionsbrechmittel und Adsorptionsmittel beträgt die Zusatzmenge des Gemisches etwa 10 bis 50 Gew.-%, bei Anwendung von nicht ausgesprochenen hydrophob wirkenden Adsorptionsmitteln bis zu 80 Gew.-%, bezogen auf Öl in der Emulsion.
Die Emulsionen können bei Siedehitze oder auch bei Raumtemperatur mit dem Emulsions-Brechmittel und
Adsorptionsmittel behandelt und anschließend beide Phase durch Filtration getrennt werden.
Nach diesem Verfahren können nicht nur Metallbearbeitungsöle, sondern auch alle anderen Emulsionen bildenden Fette, Öle oder ölartige Stoffe durch Brechen der Emulsion und Adsorption des Ölanteiles aus den Abwässern ferngehalten werden.
Die Erfindung wird in dem folgenden Beispiel näher erläutert, ist jedoch nicht auf die dort angegebenen Maßnahmen beschränkt.
Beispiel
Für Vergleichsversuche zwischen Aluminiumchlorid und Eisen(III)-chIorid werden folgende Mischungen hergestellt:
Mischung 1
Mischung 2
1 % hydrophobe Kieselsäure
5% Calciumoxid
20% Aluminiumchlorid 74% Kieselgur
1 % hydrophobe Kieselsäure 5% Calciumoxid
20% Eisen-(IH)-chlorid
74% Kieselgur
100%
Die Spaltversuche werden an 2 verschiedenen Ölemulsionen durchgeführt:
A) Ziehemulsionen, pH = 8,5,
emulgierter ölanteil = 0,6%
B) Bohremulsion, pH = 9,0,
emulgierter Ölanteil = 1,4%
Es werden 100 ml der Emulsion in einen 100-ml-Schüttelzylinder gefüllt und mit je 1 g Trennmittel aus
Versuche ohne Flockungshilfsmittel 1 g Mischung 1 + 100 ml Emulsion A
Absetzverhalten
nach 3 Std. = 20 ml Schlamm
1 g Mischung 1 + 100 ml Emulsion B
Absetzverhalten
nach 3 Std. = 31 ml Schlamm 100%
Mischung 1 bzw. Mischung 2 3 Min. lang geschüttelt. Dann wird dem Abwasser je Schüttelzylinder 3 Tropfen eines Flockungshilfsmittel (l%ige Praestol-Lösung, Typ 3000/74) zugesetzt, kurz umgeschüttelt und absitzen lassen. Die Versuche werden auch ohne Zusatz eines Flockungshilfsmittels durchgeführt. Nach bestimmten Zeiten wird die abgesetzte Dünnschlammenge abgelesen.
1 g Mischung 2 + 100 ml Emulsion A
Absetzverhalten
nach 3 Std. = 22 ml Schlamm
1 g Mischung 2 + 100 ml Emulsion B
Absetzverhalten
nach 3 Std. = 34 ml Schlamm
Versuche - mit Flockungshilfsmittel (3 Tropfen Praestol-Lösung l%ig, Typ 3000/74) 1 g Mischung 1 + 100 ml Emulsion A 1 g Mischung 2 + 100 ml Emulsion A
Absetzverhalten
nach 1 Min. = 90 ml Schlamm
nach 3 Min. = 65 ml Schlamm
nach 5 Min. = 48 ml Schlamm
nach 10 Min. = 41 ml Schlamm
nach 3 Tagen = 18 ml Schlamm
1 g Mischung 1 + 100 ml Emulsion B
Absetzverhalten
nach 1 Min. = 60 ml Schlamm
nach 3 Min. = 55 ml Schlamm
nach 5 Min. = 35 ml Schlamm
nach 10 Min. = 30 ml Schlamm
nach 3" Tagen = 18 ml Schlamm
Absetzverhalten
nach 1 Min. = 96 ml Schlamm nach 3 Min. = 75 ml Schlamm nach 5 Min. = 68 ml Schlamm nach 10 Min. = 52 ml Schlamm nach 3 Tagen = 22 ml Schlamm
1 g Mischung 2 + 100 ml Emulsion B
Absetzverhalten
nach 1 Min. = 90 ml Schlamm nach 3 Min. = 80 ml Schlamm nach 5 Müi. = 50 ml Schlamm nach 10 Min. = 41 ml Schlamm nach 3 Tagen = 21 ml Schlamm
7 8
Die durchgeführten Spaltversuche mit Trennmittel- Eisen(!ll)-chlorid. Diese Erscheinung wird mit Zusatz
mischungen unterschiedlicher Spaltsalze (20% AICh von organischen wasserlöslichen makromolekularen
bzw. 20% FeCb) zeigen etwa die gleichen Reinigungser Flockungshilfsmitteln festgestellt,
gebnisse. Ein deutlich schnelleres Absetzverhalten der Trennmittelmischungen auf Basis Kieselsäure mit
Feststoffteilchen bzw. des Dünnschlamms zeigt die ; Aluminiumchlorid als Spaltsalz erweisen sich für die
Trennmittelmischung mit Aluminiumchlorid gegenüber Praxis vorteilhafter als entsprechende Mischungen mit
dem Trennmittel mit Eisen(III)-chlorid. Ferner ist das Eisen(III)-chlorid, wenn sie zusammen mit einem
Endvolumen des Dünnschlamms nach beendeter Ab- organischen wasserlöslichen markomolekularen Flok-
setzzeit beim Trennmittel mit Aluminiumchlorid deut- kungsmittel verwendet werden,
lieh (ca. 15%) geringer als bei dem Trennmittel mit κι

Claims (1)

  1. Patentanspruch:
    Verfahren zur Aufbereitung von organische wasserunlösliche Stoffe in emulgierter Form enthaltenden Abwässern, insbesondere öle. Fette und wasserunlösliche Lösungsmittel enthaltenden Abwässern, in eine wäßrige und eine die organischen Verunreinigungen enthaltende Phase von weitgehend breiiger bis fester Konsistenz durch Verwendung eines Trennmittels, wobei man die Abwässer mit wasserlöslichen Halogeniden bzw. Sulfaten von Natrium, Magnesium, Aluminium oder Eisen in fester oder gelöster Form als Emulsionsspaltmittel in Kombination mit zur Überführung des ölanteils (bzw. des Anteils der nichtwasserlöslichen Stoffe) in Filtrierbaren Zustand geeignete Adsorptionsmitteln, wie z. B. hydrophoben und/oder organophilen und/oder hydrophilen, festen, feinteiligen organischen oder anorganischen Stoffen, versetzt und nach erfolgter Emulsionsbrechung den filtrierbaren Fesianteil von der flüssigen Phase abtrennt, dadurch gekennzeichnet, daß man als Trennmittel eine Mischung aus 20% Aluminiumchlorid, 5% Calciumoxid, 1% hydrophobierte Kieselsäure und 74% Kieselgur zusammen mit einem organischen wasserlöslichen makromolekularen Flockungsmittel verwendet.
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