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Verfahren zur Behandlung von öl- und/oder fetthaltigem
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alkalischem Abwasser.
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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Behandlung von öl-und/oder
fetthaltigem alkalischem Abwasser, wie es beispielsweise bei der Reinigung von Maschinenteilen
oder Fahrzeugen mittels heißer oder kochender Waschlauge anfällt. Bei der spanabhebenden
Bearbeitung von Metall werden Ölemulsionen zur Kühlung und Schmierung beim Schneidvorgang
verwendet, die nach einer gewissen Gebrauchsdauer verworfen und durch neue Emulsionen
ersetzt werden müssen.
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Es kann sich bei den Ölen und Fetten um solche tierischen, pflanzlichen
oder mineralischen Ursprungs handeln.
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Diese Abwässer sollen möglichst kostengünstig von ihrem öl bzw.
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Fett bis auf extrem geringe Restwerte befreit werden und das abgetrennte
Öl und Fett soll möglichst wasserarm sein, derart, daß es ohne weiteres in Raffinerien
verarbeitet oder aber verbrannt werden kann. Bekannte Verfahren zur Emulsionstrennung
sind von der Betriebsstoffseite - Chemikalienbedarf - oder von dem Energiebedarf
her gesehen recht kostspielig.
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Die oben genannten Forderungen liegen der vorliegenden Erfindung als
Aufgabe zugrunde. Zur Lösung wird erfindungsgemäß nach den kennzeichnenden Merkmalen
von Anspruch 1 verfahren.
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Nach der Neutralisation der Emulgatoren und überführung des Abwassers
in den sauren Bereich lassen sich die Öle und Fette zum größten Teil ausflotieren,
wozu besonders ein submerser, feindispers arbeitender Umwälzbelüfter , beispielsweise
nach der DEOS 26 46 517 empfohlen wird. Diese Umwälzbelüfter arbeiten besonders
energiesparsam und feinblasig. Die Bindung oder Neutralisierung der Emulgatoren
kann mit Metallsalzen, insbesondere mit Aluminiumsalz oder 3-wertigem Eisensalz
erfolgen, die ausserdem noch desalkalisierend wirken. Ein sehr kostengünstiger Demulgator
ist auch Kalk, der jedoch das Abwasser noch weiter alkalisiert.
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Die Desalkalisierung des Abwassers kann durch eine Begasung mit Rauchgas
erfolgen, welches Kohlensäure enthält. Rauchgas steht in den allermeisten Fällen
als ein ohnehin vorliegendes Abfallprodukt bei der Primärenergieumwandlung denkbar
billig zur Verfügung.
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Werden beispielsweise die Waschlaugen mit ölbrenner erhitzt, so kann
bereits dieses dabei anfallende Rauchgas zur Neutralisation herangezogen werden.
Die Zugabe von Demulgatoren wirkt in jedem Falle verändernd auf den pH-Wert des
Abwassers. Deshalb kann der Demulgator in Abhängigkeit vom pH-Wert zudosiert werden.
Zweckmäßig ist es, wenn so viel Metallsalze zudosiert werden, daß sich der pH-Wert
um etwa 2 bis 4 Einheiten erniedrigt, so daß sich ein pH-Wert von etwa 7 bis 9 einstellt.
Aufgrund der Neutralisierung der Emulgatoren, die zweckmäßig in einem Pufferbehälter
erfolgt, scheidet sich bereits durch Schwerkrafteinfluß an der Oberfläche Fett und
Öl ab, die mittels eines schwimmenden Trichters abgesogen und gesammelt werden können.
In einer 1.Flotationsstufe wird das Abwasser mittels verdünnter Salz- oder Schwefelsäure
auf etwa einen pH-Wert von 4 - 5 angesäuert, wodurch sich das noch enthaltene Öl
weitgehend ausflotieren läßt. In einer 2.Flotationsstufe werden Tenside, Detergentien
oder dergleichen ausgeschäumt, wobei auch die noch verbliebenen restlichen Ol- und
Fettmengen mit ausgeschäumt werden. Der Schaum kann in der 1.Flotationsstufe abgesaugt
werden, wobei die Tenside den Flotationsvorgang in der ersten Stufe unterstützen
und wobei der Schaum rasch abgebaut wird. Das im Pufferbehälter und in der 1.Flotationsstufe
abgeschiedene und gesammelte Öl bzw. Fett trennt sich in dem Ol- und Fettsammler
durch Schwerkrafteinfluß von dem noch enthaltenen Wasser, welches abgezogen
und
zur erneuten Behandlung dem Roh-Abwasser zugesetzt werden kann Die Erfindung ist
anhand eines in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispiels nachfolgend noch
erläutert; dabei zeigen Fig.1 ein Verfahrensschema zur Durchführung des Emulsion
trennverfahrens nach der Erfindung und Fig.2 einen Querschnitt durch einen submers
arbeitenden Rotationsbegaser für die erste oder zweite Flotationsstufe oder für
eine Rauchgasneutralisation..
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Die wesentlichen Bauteile des in Fig.# dargestellten Verfahrensaufbaus
zur Durchführung des Emulsionstrennverfahrens nach der Erfindung sind ein Pufferbehälter
4, ein erstes Flotationsbecken 28, ein zweites Flotationsbecken 56, sowie ein Ölsammler
sowie Wasserabscheider 10. Das Roh-Abwasser gelangt über einen Abwasserzulauf 2,
der tangential in den Pufferbehälter 4 einmündet, unter ständiger Umwälzung des
Behälterinhaltes mit zeitlich schwankenden Mengen in den Behälter hinein. Der Pufferbehälter
ist seinem Volumen nach auf etwa 30 - 50% eines Tagesdurchsatzes ausgelegt. In den
Pufferbehälter wird nach Maßgabe des pH-Wertes aus dem Behälter 22 der Demulgator
mittels einer Dosierpumpe 24 zugegeben. Im Abwasserzulauf 2 als auch im Ablauf 16
ist jeweils eine pH-Sonde 26 bzw. 27 angeordnet, die auf eine Dosiersteuerung 25
geschaltet sind, die ihrerseits die Dosierpumpe ansteuert.. Als Demulgatoren kommen
Metallsalze, insbesondere Eisen oder Aluminiumsulfat (Fe(S04)3, Al2(S04)3) oder
Eisenchlorid (FeCl) infrage; ein Gemisch aus Eisen- und Aluminiumsalzen ist unter
dem geschützten Handelsnamen Ferrifloc im Handel, welches für die vorliegenden Zwecke
geeignet ist. Je nach Höhe der Alkalität des Rohabwassers wird so viel Demulgator
zudosiert, daß sich der pH-Wert um etwa 2 - 4 Einheiten absenkt; und zwar wird beispielsweise
bei einer Alkalität von pH = 12 auf etwa pH = 8 mittels der Metallsalze desalkalisiert.
Bei einer Alkalität von pH = 9 genügt eine Desalkalisierung auf etwa pH - 7. Dank
des tangentialen Einlaufs des Roh-Abwassers in den Pufferbehälter kommt es zu einer
Umwälzung und Vermischung des Behälterinhaltes, so daß dort stets homogene Verhältnisse
vorausgesetzt werden können.
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Dank der Demulgierung des Roh-Abwassers scheidet sich bereits im Pufferbehälter
eine bl- und Fettschicht 8 durch Schwerkrafteinfluß oberflächlich ab, die mittels
eines schwimmenden Trichters mit ausgezacktem Rand abgeschöpft und über die Ölschlammleitung
11 einem Ölsammler 10 zugeführt werden kann. In dem Ölsammler scheidet sich durch
Schwerkrafteinfluß unten noch enthaltenes Wasser ab, welches über die Wasserrückführleitung
14 in den Pufferbehälter 4 zurückgeführt und gemeinsam mit dem Rohabwasser erneut
behandelt wird. Das am Ölsammler 10 überlaufende Öl und Fett ist weitgehend wasserfrei
und kann zur Verbrennung oder Raffinierung abgefahren werden (Ölabfuhr 12). Das
in dem Pufferbehälter 4 mit zeitlich schwankendem Zulauf gepufferte Abwasser wird
über das im Ablauf 16 angeordnete Regelventil 18 mit einer Zeitsteuerung 20 in einem
konstanten Mengenstrom dem ersten Flotationsbecken 28 zugeleitet.
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Das Flotationsbecken weist einen Umwälzbelüfter 30 auf, der feinblasig
Luft bei geringem Energiebedarf in das Abwasser einträgt und den Behälterinhalt
dabei gleichzeitig sehr rasch umwälzt (Strömungspfeile 40). Hierdurch kommt es zu
einem Flotationsvorgang, bei dem Ölschlamm in einer schwimmenden Schicht 32 an der
Oberfläche abgeschieden wird, der in einer Ölfangtasche 34 mit einem Uberlaufbrett
38 gefangen und über den Ölschlammablauf 36 dem Ölsammler 10 zugeführt werden kann.
Zur Aufrechterhaltung des Flotationsvorganges muß das Abwasser auf etwa pH 4 - 5
angesäuert werden, wozu Säure, beispielsweise Salzsäure oder Schwefelsäure, aus
dem Säurebehälter 50 mittels einer Dosierpumpe 52 zugegeben wird.
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Für die Ermittlung der erforderlichen Dosiermenge kann zum einen die
im Auslauf 16 des Pufferbehälters angeordnete pH-Sonde 27 als auch die im Auslauf
des ersten Flotationsbeckens angeordnete weitere pH-Sonde 54 hinzugezogen werden,
deren Ausgänge beide auf die Dosiersteuerung 53 geschaltet sind, die ihrerseits
die Dosierpumpe 52 ansteuern. Aufgrund der raschen Umwälzung des Behälter inhaltes
durch den Umwälzbelüfter 30 wird sowohl die zudosierte Säure als auch das aus dem
Pufferbehälter 4 eingespeiste demulgierte Abwasser rasch vermischt, so daß im gesamten
Behälterinhalt homogene Verhältnisse herrschen. Die Größe des Flotationsbeckens
ist in Abhängigkeit vom Abwasseranfall auf eine für eine ausreichende
Flotation
des enthaltenen öles und Fettes bemessene Verweilzeit ausgelegt. Der Ablauf des
Abwassers aus dem ersten Flotationsbecken erfolgt über ein Steigrohr 44 mit einem
überlauf 46; das Steigrohr entzieht dem Behälter Abwasser an einer bodennahen, hinter
einem Unlenkbrett 48 gelegenen Stelle. In dem Auslauf ist die bereits erwähnte pH-Sonde
54 angeordnet, Das dem ersten Flotationsbecken entströmende, weitgehend von Öl und
Fett befreite Abwasser gelangt durch Schwerkraft in das zweite Flotationsbecken
56, welches ganz ähnlich wie das erste aufgebaut ist. Im zweiten Flotationsbecken
werden keine Chemikalien mehr zudosiert; hier werden Lediglich mittels eines weiteren
rotierenden Begasers 70 Tenside, Detergentien oder dergleichen sowie die Öl- und
Fettreste ausgeschäumt, die sich oberflächlich als Schaumdecke 58 sammeln. Auch
im 2.Flotationsbecken ist ein Schaumfangtisch 60 mit Überlaufbrett 62 zum Auffangen
und Abführen des Schaumes angeordnet. Über einen Schaumablauf 64 gelangen die ausgeschäumten
Detergentien und Restöle in die erste Flotationsstufe zurück. Zu diesem Zweck ist
im ersten Flotationsbecken eine quer zur Strömung 40 sich erstreckende Wandunstetigkeitsstelle
42 angeordnet, die ein Totwassergebiet mit Unterdruck hervorruft.
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In diese Unterdruckzone mündet die Ablaufleitung 64 hinein, so daß
dort der anfallende Schaum eingesaugt und rasch in den umgewälzten Inhalt des ersten
Flotationsbeckens untergemischt wird, Die Tenside und Detergentien aus dem zweiten
Flotationsbecken begünstigen den Flotationsvorgang des Öles und Fettes in der ersten
Flotationsstufe. Das zweite Flotationsbecken ist seinem Volumen nach etwa genau
so groß bemessen wie das erste, so daß sich etwa gleiche Verweilzeiten und Flotationszeiten
ergeben.
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Durch diese zweistufige Flotation kann dem behandelten Abwasser Öl
und Fett bis auf einen Restgehalt von weniger als 20 mg/l entzogen werden. Ähnlich
wie beim ersten Flotationsbecken gelangt auch beim zweiten Becken das Abwasser nach
der Behandlung über ein Steigrohr 66 mit Überlauf 68 durch freies Gefälle aus dem
Becken heraus. Durch das Ausschäumen der Detergentien verändert sich der Säuregrad
des Abwassers in der zweiten Flotationsstufe so gut wie garnicht, so daß im zweiten
Flotationsbecken der gleiche pH-Wert wie im ersten angenommen werden kann. Nach
Austritt des Abwassers aus dem zweiten Flotationsbecken wird es auf im Zulässigkeitsbereich
liegende
pH-Werte neutralisiert. Hierzu wird auch dem Laugenbehälter 72 beispielsweise Natronlauge
über die Dosierpumpe 74 in den Auslauf 68 zudosiert, die sich in der Mischstrecke
78 mit dem Abwasser vermischt.
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Nach der Mischstrecke ist eine weitere pH-Sonde 76 vorgesehen, deren
Ausgang gemeinsam mit der pH-Sonde 54 im ersten Flotationsbecken auf die Dosiersteuerung
für die Laugendosierpumpe 74 geschaltet ist . Nach der solcherart gesteuerten Neutralisation
gelangt fettfreies, neutralisiertes Abwasser in den Abwasserablauf 80.
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In Fig.2 sind zwei Ausführungsvarianten eines Umwälzbelüfters dargestellt,
die sich in dem oberhalb der Wasserlinie liegenden Teil hinsichtlich der Gasführung
unterscheiden. In der linken Hälfte ist eine Ausführungsform zum belüften bzw.flotieren
gezeigt, wohingegen auf der rechten Seite eine Variante mit gesonderter Gaszufuhr
für die Zwecke einer Rauchgasneutralisation dargestellt ist.
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Die dargestellten Umwälzbelüfter bestehen im wesentlichen aus Antriebsmotor
82, Antriebswelle 96, Rotor 98, konzentrisch um die Antriebswelle angeordnetem Luftansaugerohr
94 mit dichtem, oberhalb des Rotors daran angeordneten etwa horizontalem runden
Verteilschirm 100. Der Antriebsmotor ist mittels eines Flansches 84 über Distanzstücke
86 an einer Grundplatte 88 befestigt, die auch das Luftansaugerohr 94 trägt. Ausserdem
ist an der Grundplatte ein den Antriebsmotor gegen Witterungseinflüsse schützendes
Luftleitgehäuse 90 bzw. 90' sowie eine bügelartig ausgebildete Aufhängung zur Halterung
des ganzen Rotationsbegasers befestigt. Der Rotor 98 besteht aus einem Radscheibenkörper
102, der auf seiner Oberseite axial relativ kurze Luftschaufeln 104 und auf seiner
Unterseite axial längere Flüssigkeitsschaufeln 106 trägt, die sich radial über den
Aussenumfang des Radscheibenkörpers hinaus erstrecken und dort ineinander übergehen.
Der Radscheibenkörper selber hat eine runde Aussenkontur; er deckt nahezu die lichte
Fläche des Luftansaugerohres ab. Die untere, in den Verteilschirm übergehende Stirnkante
des Luftansaugerohres weist in Axialrichtung nur einen sehr geringen Abstand zur
Stirnkante der Luftschaufeln 104 auf. Bei Rotation des Begasungsgerätes saugt der
Rotor von unten Flüssigkeit aus seiner Umgebung an (Strömungspfeile 107) und wirft
sat nach einer Umlenkung
in die radiale Richtung mit hoher Geschwindigkeit
unterhalb des Verteilerschirmes aus. In gleicher Weise saugen die Luftschaufeln
104 über das mit der Atmosphäre in Verbindung stehende Luftansaugerohr 94 Luft bzw.
Gas nach Art eines radialen Gebläserades an und tragen sie in die Flüssigkeit hinein
(Luftströmungspfeile 105). Bei der Gasansaugung wird die Wirkung des Umwälzbelüfters
ganz wesentlich durch die vorradiale Strömungsgeschwindigkeit der vom Rotor geförderten
Flüssigkeit und durch die von ihr erzeugte Injektorwirkung und aufgrund der anschliessenden
turbulenten, weiträumigen Verteilung der Gas/Flüssigkeits-Dispersion verbessert;
unterhalb des Verteilschirmes kommt es zu einem feinblasigen Eintrag des Gases in
die Flüssigkeit. Aufgrund der hohen Umwälzleistung des Rotors werden die Bläschen
weit in den Behälterinhalt hinausgetragen, wenngleich am Randes des Verteilschirmes
ein Großteil der Bläschen in Form eines breit gefächerten Blasenschleiers zur Oberfläche
aufsteigt.
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Hierdurch ergibt sich eine aufwärts gerichtete Strömung, die im oberflächennahen
Bereich in die Horizontale umlenkt und einen Schiebeeffekt auf die Ölschlammschicht
32 bzw. auf die Schaumschicht 58 in Richtung auf die Ölfangtasche bzw. Schaumfangtasche
hin ausübt.
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Bei der linksseitig in Fig.2 dargestellten Flotations-Ausführung eines
Umwälzbelüfters gelangt die vom Rotor angesaugte Luft durch das Luftleitgehäuse
90 hindurch unter dem Flansch 84 in das Luftansaugerohr, wobei die angesaugte Luft
sich mit der erwärmten Kühlluft des Motors vermischt und dabei sich erwärmt. Dies
hat einen günstigen Effekt auf die Begasung bzw. Flotation.
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Bei der rechtsseitig in Fig. 2 dargestellten Variante für eine Rauchgasneutralisation
ist das Luftleitgehäuse 90' mit Kühlluftaustrittsöffnungen 112 versehen, aus der
die erwärmte Kühlluft ins Freie austreten kann. Das angesaugte Rauchgas gelangt
über eine Rauchgaszufuhrleitung 108 in ein Spiralgehäuse i10, welches mit dem Flansch
84 verschraubt ist und in das Ansaugerohr 94 übergeht.
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In Fig. 2 ist noch eine weitere Variante des Umwälzbelüfters dargestellt,
und zwar eine solche Ausführung für den Umwälzbelüfter
in der ersten
Flotationsstufe, bei der der Tensidschaum aus der zweiten Flotationsstufe über ein
in das Luftansaugerohr 94 einmündendes Schaumansaugerohr 114 luftseitig unmittelbar
vom Umwälzbelüfter angesaugt und mit der Flotationsluft in den Behälterinhalt hinerngetragen
werden kann. Anstelle der angedeuteten Schaumrückführung in das Luftansaugerohr
kann auch konzentrisch um das Luftansaugerohr gesondert ein nach aussen hin abgedichtetes
und nach unten in die saugwirksame Fläche des Rotors ringförmig ausmündendes Schaumrückführungsrohr
vorgesehen sein, in welches das Schaumansaugerohr 114 einmündet. In jedem Falle
kommt es zu einer kräftigen und zügigen Absaugung des Tensidschaumes, weil der Rotor
relativ hohe Unterdrücke aufzubauen vermag.
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L e e r s e i t e