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Verfahren zur Rückgewinnung von Stoffen mittels
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Membrantrennung.
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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Rückgewinnung von Stoffen
aus einem Behandlungsbad sowie gegebenenfalls zusätzlich aus diesem nachgeschalteten
Spülbädern mittels Membrantrennung unter Rückführung der Stoffe in das Behandlungsbad.
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Den Behandlungsbädern, z.B. galvanischen Bädern, sind Spülbäder nachgeschaltet.
Das behandelte Gut wird aus dem Behandlungsbad den Spülbädern nacheinander zugeführt.
Dabei nimmt die Konzentration von Stoffen, die aus dem Behandlungsbad in die Spülbäder
ausgeschleppt werden, in Richtung zum Behandlungsbad und entgegen dem Transport
des Gutes zu. Es ist bekannt, die Stoffe aus den Spülbädern aufzukonzentrieren und
durch Verwendung von Verdampfern oder umgekehrte Osmose rückzugewinnen. Beide Verfahren
trennen die Lösung aus den Spülbädern in einen Konzentratanteil und einen Anteil
mit niedrigem Salzgehalt auf. Das Konzentrat kann dann in das Behandlungsbad zurückgeführt
werden, während die Lösung mit niedrigem Salzgehalt in der Regel in eine der Spülen
geleitet wird.
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Den bisherigen Verfahren zur Stoffrückgewinnung und hier speziell
dem der Umkehrosmose haftet der Nachteil an, dass nur so viel Konzentrat in das
Behandlungsbad zurückgeführt werden kann, wie dort durch Ausschleppung oder durch
Verdampfung, falls es sich um Heissbäder handelt, ausgetragen wird.
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Die Rückgewinnung von Wertstoffen mittels der Umkehrosmose ist deshalb
bis jetzt auf solche Behandlungsbäder beschränkt, die grosse Flüssigkeitsverluste
durch Ausschleppung oder Verdampfung haben, denn das Konzentrat, das mit der Umkehrosmose
erhalten wird, wird oft nicht wieder bis zu dem Konzentrationsgrad des Behandlungsbades
angereichert. Dadurch ist ein Flüssigkeitsüberschuss vorhanden, der in das Konzentratbad
nicht mehr zurückgeführt werden kann.
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Gegenüber der Verwendung von Verdampfern bietet der Einsatz der Umkehrosmose
den Vorteil, dass empfindliche Elektrolyte durch thermische Einwirkung nicht geschädigt
werden können und auch dampfflüchtige Substanzen nicht wie bei der Aufkonzentrierung
mittels Verdampfer aus der Lösung entfernt werden.
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Die bei bekannten Verfahren durchgeführte Aufkonzentrierung von Spülwässern
und Halbkonzentraten mittels Verdampfung hat den Nachteil, dass der Energieverbrauch
wesentlich höher ist als bei Umkehrosmose, sodass die Anwendung der Verdampfungsverfahren
nur bei Heissbädern wirtschaftlich ist. Je nach der für die Verdampfung notwendigen
Temperatur werden Elektrolyte unterschiedlich stark thermisch beeinflusst sowie
dampfflüchtige Substanzen aus den Elektrolyt-Lösungen ausgetrieben. Damit ist auch
das Verdampfungsverfahren für die Rückgewinnung von Stoffen nicht uneingeschränkt
anwendbar.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, den Anwendebereich der Rückgewinnung
von Stoffen aus Behandlungs- und Spülbädern mittels Membrantrennverfahren zu erweitern
und die vorgenannten Nachteile von Verdampfungs- und Membrantrennverfahren unter
Beibehaltung der Vorzüge der letztgenannten, wie einfache Bedienung, niedrige Kosten,
schonende Behandlung der Elektrolyte, zu beseitigen.
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Diese Aufgabe wird gemäss der Erfindung dadurch gelöst, dass man dem
Behandlungsbad durch mindestens eine weitere Membrantrennung so viel Flüssigkeit
entzieht, dass das bei der Membrantrennung in den Spül- oder Halbkonzentratbädern
gewonnene Konzentrat vollständig in das Behandlungsbad zurückführbar ist.
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Die Erfindung hat den Vorteil, dass dieses Rückgewinnungsverfahren
ohne zusätzliche weitere Anlagen, wie Verdampferstufen u.dgl., auch für solche Behandlungsbäder
eingesetzt werden kann, aus. denen nur wenig Konzentrate, z.B. Elektrolyte, ausgeschleppt
werden und in denen kaum Verdampfungsverluste auftreten. Der Anwendungsbereich der
vorteilhaften Membrantrennverfahren kann somit auf diesem Sektor erheblich erweitert
werden.
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Die Volumenverminderung im Behandlungsbad kann einmal dadurch erfolgen,
dass eine spezielle Umkehrosmoseeinheit eingesetzt wird, über die Behandlungslösung
gefördert wird und deren Konzentratstrom in das Behandlungsbad zurückgeführt wird,
während der Permeatstrom zum Spülen in einem der vor dem Behandlungsbad angeordneten
Spülen dient.
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Das Volumen im Behandlungsbad kann ferner erfindungsgemäss dadurch
verringert werden, dass man einen Teilstrom aus dem Behandlungsbad mit einem Teilstrom
aus dem dem Behandlungsbad nächstliegenden Spülbad vermischt und das Gemisch mittels
einer Membrantrenneinheit aufkonzentriert, wobei man das Konzentrat in das Behandlungsbad
zurückführt, während man das Permeat zum Spülen im gleichen Spülbad oder dem diesem
nächstgelegenen Spülbad verwendet. Dieses Verfahren hat gegenüber der erstgenannten
Massnahme den Vorteil, dass man eine zweite Umkehrosmoseanlage dann einsparen kann,
wenn man entsprechend dem ersten Verfahren für die Volumenverminderung des Behandlungsbades
eine spezielle Osmoseeinheit verwendet und man gleichzeitig auch Wertsubstanzen
aus den Spülbädern rückgewinnen will.
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Der Wirkungsgrad der erfindungsgemässen Schaltung kann noch erheblich
verbessert werden, wenn man auch die Flüssigkeit aus den dem Behandlungsbecken ferner
liegenden Spülbädern einer Konzentrierung unterwirft und das gewonnene Konzentrat
in die dem Behandlungsbecken nähergelegenen Spülbäder und/oder in das Behandlungsbad
einspeist. Das Permeat wird dabei in das gleiche oder ihm vorgeschaltete Spülbad
eingeleitet und zur Spülung verwendet. Hierdurch wird der Vorteil erreicht, dass
die dem Behandlungsbecken näher gelegene Membrantrenneinheit einen stärker aufkonzentrierten
Zufluss erhält, sodass die von jener Membrantrenneinheit abzuführende Wassermenge
verringert
wird. Die Anlage kann dadurch kleiner gehalten werden als bei einer Verfahrensweise
mit nur einer einzigen Membrantrenneinheit.
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Der Wirkungsgrad des Verfahrens wird ferner verbessert werden, wenn
man bei Einsatz mehrerer Membrantrenneinheiten je nach dem, ob die Trenneinheit
für Spülwässer, Halbkonzentrate oder Behandlungsbäder eingesetzt wird, Membranen
mit höherer oder geringerer Durchlässigkeit und/oder entsprechend niedrigerer oder
höherer Betriebsdrückcfür die entsprechende Mebibrantrenneinhe it verwendet.
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Neben den beschriebenen Vorteilen wirkt sich bei der Anwendung des
erfindungsgemässen Verfahrens besonders günstig aus, dass der Spülwasserbedarf äusserst
gering gehalten werden kann und nur wenig Abwasser anfällt. Die Aufbereitungs- und
Entgiftungskosten sind daher auf ein Minimum beschränkt.
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Weitere Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden
Beschreibung im Zusammenhang mit der anliegenden Zeichnung, in der Ausführungsbeispiele
der Erfindung schematisch wiedergegeben sind, sowie aus den Unteransprüchen.
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Es zeigen: Fig. 1 das Schema eines Behandlungsbads mit nachgeschalteten
Fließspülbädern, Fig. 2 die schematische Wiedergabe einer Abwandlung der Anlage
gemäss Fig. 1.
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In der insgesamt mit 10 bezeichneten schematisch dargestellten Anlage
nach Fig. 1 ist mit 12 ein Behandlungsbad, z.B.
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ein Galvanikbad, gekennzeichnet. Diesem Behandlungsbad sind mehrere
hintereinandergeschaltete Spülbäder 14, 16, 18 nachgeordnet. Bei dem Ausführungsbeispiel
wird eine Kaskadenspülung vorgenommen, bei welcher die Spülwässer in Gegenrichtung
zum zu spülenden Gut vom hinteren Spülbad 18 zu den dem Behandlungsbad nächst näher
gelegenen Spülbad 16 und 14 geleitet werden. Da das aus dem Behandlungsbad 12 kommende
Gut noch mit Stoffen, wie Elektrolyten, behaftet ist, welches in den nachgeordneten
Spülbädern 14, 16, 18 abgespült wird, findet die stärkste Anreicherung der Stoffe
im Spülbad 14 statt.
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Aus diesem wird mittels einer Pumpe 22 über eine Leitung 24 Spülwasser
einer Umkehrosmoseeinheit OI zugeführt und von dieser in bekannter Weise das Konzentrat
über eine Leitung 26 in das Behandlungsbecken 12 zurückgeführt. Das abfliessende
Permeat wird entweder über die Leitung 29 in das Spülbad 14 zurückgeleitet oder
über die Leitungen 28 und 59 unter Betätigung des Ventils 58 einer Entgiftung oder
dem Spülwassersammelbecken einer nicht dargestellten Kreislaufanlage zugeführt.
Bei entsprechender Wahl der Membrandurchlässigkeit der Osmoseanlage OI kann das
Permeat auch über die Leitungen werden 28 und 32 in das Spülbad 16 eingeführtlund
dort zu Spülzwecken Verwendung finden. Als Spülwasser findet ein in der Entsalzungseinheit
34 durch Ultrafiltration oder Vollentsalzung aufbereitetes Wasser Verwendung, welches
über die Leitung 36 in das Spülbad 18 eingeführt wird.
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Wie aus Fig. 1 ersichtlich ist, wird auch aus dem Konzentratbad 12
Lösung über eine Leitung 40 mittels einer Pumpe 42 einer Umkehrosmoseeinheit OII
zugeführt, von welcher das Konzentrat wieder in das Behandlungsbecken 12 über eine
Leitung
44 eingespeist wird. Das Permeat wird über eine Leitung 46 und 47 entweder in das#Spülbad
14 oder bei entsprechender Wahl einer Membran mit hoher Rückhalterate über die Leitungen
46 und 30 in die Spülwanne 16 zur Verwendung als Spülwasser eingeleitet. Bei sehr
hoher Konzentration des Behandlungsbades 12 muss das Permeat über die Leitungen
46 und 59 entweder zu einer Entgiftungsanlage oder in den Spülwassersammelbehälter
einer Kreislaufanlage eingeführt werden. In Fällen, in denen eine hohe Aufsalzung
der Spülbäder vorhanden ist, muss das Permeat der Osmosezellen OI und OII aus den
Leitungen 46 und 28 zusammen über die Leitung 59 nach öffnen des Ventils 58 abgeschlammt
werden.
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Dabei wird jedoch die Rückhalterate der Membranen in den Umkehrosmoseanlagen
OI und OII so gewählt, dass die Salzmenge, die zusammen mit dem Permeat über die
Leitung 59 abgeschlammt wird, wesentlich geringer ist, als die Salzmenge, die über
die Leitungen 47 und 44 als Konzentrate der Umkehrosmoseanlagen OI und OII in das
Behandlungsbad 12 rückgeführt werden.
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Es ist ersichtlich, dass mittels der Umkehrosmoseeinheit OII eine
stetige Regeneration des Behandlungsbades 12 stattfindet, indem laufend konzentrierte
Badflüssigkeit weiterhin aufkonzentriert wird und somit Raum geschaffen wird für
das aus der Umkehrosmose OI eingespeiste Konzentrat.
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In der Fig. 2 sind gleiche Teile mit gleichen Bezugsziffern wie in
Fig. 1 gekennzeichnet. Wie ersichtlich, ist die dem Spülbad 14 zugeordnete Osmoseeinheit
OI durch eine weitere Osmoseeinheit OIII zur Aufbereitung des Spülwassers ergänzt,
der das Spülwasser der Spüle 16 über eine Leitung 60 mittels einer Pumpe 62 zugeführt
wird. Das Permeat dieser Umkehrosmoseeinheit OIII kann über eine Leitung 64 in das
Spülbad 16 rückgeführt oder über eine Leitung 68 in das dem Behandlungsbad 12 nächst
gelegene Spülbad 14 eingespeist oder aber, wie
gestrichelt angedeutet,
mit Leitung 65 in das dem Spülbad 16 vorgeschaltete Spülbad 18 als Spülwasser zugeführt
werden.
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Das Permeat der Umkehrosmose OI kann über die Leitung 70 zum Spülen
dem gleichen Spülbad 14 oder dem diesem nächstliegenden Spülbad 16 über die Leitung
32 zugeführt werden. Welche Massnahme für die Einspeisung des Permeats gewählt wird,
hängt von der Rückhalterate der Membrane der Umkehrosmose OIII, d.h. von dem Salzgehalt
des Permeats, ab. Das Konzentrat der Umkehrosmose OIII wird entweder dem Spülbad
14 über die Leitung 67 oder dem Behandlungsbad 12 über die Leitung 46 zugeführt,
wobei auch hier der Einspeiseort durch die Membranrückhalterate bestimmt ist. Durch
Einspeisung des Konzentrats in das Spülbad 14 erhält dieses eine stärkere Aufkonzentrierung,
wodurch der Wirkungsgrad der Umkehrosmoseeinheit OI erhöht und der Spülwasserbedarf
erniedrigt wird. Weiterhin kann ein Teilstrom des Permeats der Umkehrosmoseanlagen
OI und OIII über die Leitungen 28 oder 66 der Leitung 59 zugeführt werden, aus der
durch Betätigung des Ventils 58 eine Abschlammung des Kreislaufs erfolgt. Die Spülwasserzufuhr
erfolgt über die Leitung 36.
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Die Fig. 2 enthält eine weitere Möglichkeit, um die Wirtschaftlichkeit
des Systems zu verbessern. Aus dem Behandlungsbad 12 kann über die gestrichelt gezeichnete
Leitung 23 mittels der Pumpe 21 ein Teilstrom des Behandlungskonzentrats zusammen
mit einem Spülwasserteilstrom aus der Spülwanne 14 über die Leitung 24 der Umkehrosmose
OI zugeführt werden. Dabei wird ebenfalls dem Behandlungsbad 12 Volumen entzogen
und das Gemisch aus Spülwasser und Konzentrat durch die genannte Umkehrosmoseeinheit
OI aufkonzentriert. Das Konzentrat von OI wird, wie in Fig. 2 gezeigt, über die
Leitung 26 in das Behandlungsbad 12 rückgeführt. In diesem Fall kann die Umkehrosmoseeinheit
OII entfallen.
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Die Erfindung ist nicht nur auf den Einsatz von Umkehrosmoseeinheiten
beschränkt, sondern kann mit gleichem Vorteil auch mit anderen Membrantrennvorrichtungen,
wie Elektrodialyse, Ultrafiltration, durchgeführt werden.