DE3337656A1

DE3337656A1 - Verfahren und vorrichtung zum aufbereiten von schwermetallhaltigen emulsionen

Info

Publication number: DE3337656A1
Application number: DE19833337656
Authority: DE
Inventors: Des Erfinders Auf Nennung Verzicht
Original assignee: Anlagen und Filterbau & C GmbH
Current assignee: Anlagen und Filterbau & C GmbH
Priority date: 1983-10-17
Filing date: 1983-10-17
Publication date: 1985-04-25

Description

Verfahren und Vorrichtung zum Aufbereiten von schwermetallhaltigen
Emulsionen Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Aufbereiten von schwermetallhaltigen 01-In-Wasser-Emulsionen unter Verwendung einer thermisch-chemischen Ölabtrennung und elektro-chemischen Schwermetal 1 entfernung.
In der Industrie werden im Produktionsbereich (Bohren, Fräsen, Drehen und Ziehen) für Kühl- und Schmierzwecke sogenannte Emulsionen eingesetzt. Bei der Emulsionsaufbereitung bereiten solche Emulsionen große Probleme, die eine hohe Emulsionsstabilität und/oder eine hohe Schwermetallkonzentration aufweisen (z. B. Zieh-Emulsionen). Nach dem Stand der Technik werden solche Emulsionen, insbesondere Ziehemulsionen, meist zentral verbrannt. Diese Art der Emulsionsaufbereitung ist wirtschaftlich sehr kostenintensiv (Transportkosten, Energiekosten) und technisch nicht befriedigend, da die Schwermetalle (z. B. Kupfer-Ionen) beim Verbrennungsvorgang überwiegend in die Gasphase wechseln. Eine Schwermetallentfernung aus der Gasphase bereitet der Praxis erhebliche technische und wirtschaftliche Probleme. Außerdem lösen die Schwermetall-Ionen (z. B. Cu ++) beim Verbrennungsprozeß starke elektrochemische Korrosionsvorgänge aus, die eine Beschädigung der Verbrennungsanlage bewirken.
Bei der Emulsionsaufbereitung durch Verdampfung wechseln die Schwermetall-Ionen (z. B. Cu ++) entweder ebenfalls in die Gasphase oder sie reichern sich in dem nicht verdampfenden abgeschiedenen ol an und verursachen hier ebenfalls die vorstehend bei der Verbrennung beschriebenen Probleme.
Die Wirtschaftlichkeitsgrenze der beiden vorstehenden Verfahren zur zentralen Emulsionsaufbereitung ist aus verfahrenstechnischen Gründen bei etwa 250 bis 500 l/h anzusetzen.
Die wichtigsten Verfahren zur dezentralen (beim Verursacher) Emulsionsaufbereitung hochstabiler Emulsionen (z. B. Ziehemulsionen) sind die Ultrafiltration und die Umkehrosmose.
Der hohe molanteil (bis 15 %) und die hohe Ul-Viskosität, insbesondere der Ziehemulsionen, bewirken ein schnelles Verstopfen der Membranen. Außerdem erfolgt bei beiden Verfahren lediglich ein Aufkonzentrieren des ölanteils der Emulsion. Der verbleibende molanteil muß weiter zentral aufgearbeitet werden.
Von diesem Stand der Technik ausgehend liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Vorrichtung der eingangs genannten Art zu schaffen, welche unter Vermeidung vorerwähnter Nachteile in einfacher Weise eine Aufbereitung auch geringer Mengen (ab 1001/Tag) schwermetallhaltiger und hochstabiler Emulsionen beim Verursacher (dezentral) unter Verwendung von thermisch-chemischen und elektro-chemischen Verfahrensschritten wirtschaftlich ermöglicht.
Verfahrensgemäß wird dies dadurch erreicht, daß die aufzubereitende Emulsion zunächst auf 30 bis 60 ° C erwärmt wird, dann eine 0,3 bis 0,8 %ige Säurezugabe (Salz-, Salpeter- oder Schwefelsäure) erfolgt, anschließend eine Erwärmung auf Siedetemperatur erfolgt, gleichzeitig zur Erwärmung und Säurezugabe eine intensive Umwälzung der Emulsion bis zum Erreichen der Siedetemperatur erfolgt, dann eine kurzfristige Verweilzeit, 2 bis Smaliges Wiederholen der Verfahrensschritte Erwärmung auf Siedetemperatur bei gleichzeitiger Durchmischung und kurzfristiger Verweilzeit und im Anschluß daran die gespaltene Emulsion einer Verweilung unterworfen wird, bei der sich die Ölteilchen über der Wasserphase sammeln.
Durch diese Verfahrensweise wird eine optimale Spaltungswirkung bei stabilen Emulsionen möglich, weil die thermischen- und säurespezifischen Spaltungseigenschaften durch den intensiven Durchmischungseffekt in bisher nicht bekannter Weise gesteigert werden. Eine weitere Erhöhung der Spaltungswirkung wird durch die kurzen Verweilzeiten und das rhytmische Wiederholen Erwärmung auf Siedetemperatur bei gleichzeitiger Durchmischung erreicht. Während der anschließend folgenden Verweilzeit erfolgt im Spaltbehälter schwerkraftbedingt das Herausbilden einer Ulschicht im oberen Behälterbereich und einer Wasserschicht im unteren Bereich. Das abgetrennte schwermetallhaltige Wasser hat aufgrund der erfolgten thermisch-chemischen Verfahrensschritte eine solche Leitfähigkeit angenommen (10.000 bis 40.000 mikro Siemens/cm), daß es einer Elektrolyse-Zelle (14) zugeführt werden kann, in welcher im Krei-slauf- oder Durchlauf-Prinzip eine Entfernung der Schwermetall-Ionen (z. B. Cu ++) erfolgt. Danach erfährt das von Schwermetallen befreite Wasser eine Neutralisation auf einen PH-Wert von 7.
Die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe wird apparativ dadurch gelöst, daß über einen Feststoff-Filter (2) und ein Rückschlag-Ventil (3) die Emulsion dem Spaltbehälter (4) zugeführt wird, der mit einer Säuredosierung (5), einer Erwärmungseinheit (7), einem Umwälzsystem (8), einem olabsaugsystem (9), einer Wasser-Ol-Sensorik (10) und einer Dampf-Sensorik (6) versehen ist und die Abführung des abgespaltenen Wassers über die Wasserw Sensorik (10) und einen Restentölungs-Filter (11) über die Pufferbehälter (12) und (13) in die Elektrolyse-Zelle (14) und den Neutralisationsbehälter (15) erfolgt.
Vorteilhaft übernimmt das Umwälzsystem (8) des Spaltbehälters (4) ebenfalls die Funktion des ölabsaugsystems (9), so daß sich insgesamt eine sehr kompakte Bauweise ergibt.
Die Siedetemperatur erkennende Sensorik (Dampf und/oder Temperatur) (6) ist im oberen Spaltbehälterbereich (4) angeordnet, daß ein schnelles Erkennen des Siedebeginnes gewährleistet ist.
Zweckmäßigerweise ist am Ausgang des Spaltbehälters (4) eine die Trennschicht Wasser:O'l erkennende Sensorik (10) angeordnet, daß die Wasserphase in die Behälter (12) und (13) und die ölphase in den Olsammelbehälter (17) geleitet werden kann.
Die Erwärmungseinheit (7) im Spaltbehälter (4) besteht wahlweise aus elektrischen Heizstäben, aus einem Heißdampfgerät auf (Alt)Ul-Basis oder aus einem sonstigen Erwärmungsgerät, weil je nach vorliegender Durchsatzmenge das kostengünstigste und technisch sinnvollste Erwärmungssystem gewählt werden muß. Der Ausgang des Spaltbehälters (4) ist über die Wasser:O'l#Sen sorik (10) und dem Restentölungs-Filter (11) mit dem Behälter (12) und (13) verbunden, damit gewährleistet ist, daß beide Behälter (12, 13) abwechselnd mit schwermetallhaltigen Wasser befüllbar sind.
Desweiteren sind die Behälter (12)und (13) und die Elektrolyse-Zelle (14) jeweils über ein Kreislaufsystem verbunden, damit es möglich ist, zeitlich parallel zum thermisch-chemischen Verfahrensschritt 'Emulsionstrennung' den elektro-chemischen Verfahrensschritt 'Schwermetallentfernung' durchzuführen. Weiterhin sind die Behälter (12) und (13), die Elektrolyse-Zelle (14) und die Neutralisationseinheit (15) mit dem Durchlaufsystem verbunden, so daß unmittelbar nach der Schwermetallentfernung eine Neutralisation erfolgt und das von ölen und Schwermetall-Ionen gereinigte Wasser seiner weiteren Verwendung zugeführt wird.
Die Wirkung der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist wie folgt: Die über den Emulsionseintritt 18 zugeführte Emulsion wird, wie durch den Pfeil 19 angegeben, über die Pumpe 1, den Feststoff-Filter 2 und das Rückschlagventil 3 in den Spaltbehälter 4 geleitet. Hier erfährt die Emulsion gleichzeitig eine Umwälzung 8 und Erwärmung 7 zwischen 30 bis 60 ° C, eine 0,3 bis 0,8 %ige Säurezugabe 5 und eine weiter erfolgende Umwälzung 8 und Erwärmung 7 bis zum Siedebeginn. Darauf folgt eine kurzfristige Verweilzeit. Anschließend erfolgt ein 2 bis 5maliges Wiederholen der Verfahrensschritte Erwärmung auf Siedetemperatur bei gleichzeitiger Durchmischung und kurzfristiger Verweilzeit.
Hieran anschließend erfolgt eine Verweilzeit, in der sich schwerkraftbedingt unten im Spaltbehälter 4 die Wasserphase und oben die oelphase ausbildet. Ober die Wasser-öl-Sensorik 10, Pumpe 1 und dem Restentölungs-Filter 11 wird das ölbefreite Wasser dem Behälter 12 zugeführt.
Zeitlich parallel zu vorstehenden thermisch-chemischen Verfahrensschritten erfolgt die Schwermetallentfernung aus dem Wasser des Behälters 13 über das Kreislaufsystem mit der Elektrolyse-Zelle 14. Ober das Durchlaufsystem des Behälters 13, Elektrolyse-Zelle 14 und der Neutralisationseinheit 15 erfolgt abschließend in der Einheit 15 die Neutralisation. Das aufbereitete Wasser wird über eine Pumpe der weiteren Verwendung 16 zugeführt.
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Claims

Verfahren und Vorrichtung zum Aufbereiten von schwermetallhaltigen Emulsionen Patentansprüche 1. Verfahren zum Aufbereiten von schwermetallhaltigen Emulsionen unter Verwendung von thermisch-chemischen und elektro-chemischen Verfahrensschritten, dadurch g e k e n n z e i c h n e t, daß die aufzubereitende Emulsion zunächst auf 30 bis 60 ° C erwärmt wird, dann eine 0,3 bis 0,8 %ige Säurezugabe (Salz-, Salpeter- oder Schwefelsäure) erfolgt, anschließend eine Erwärmung auf Siedetemperatur erfolgt, gleichzeitig zur Erwärmung und Säurezugabe eine intensive Umwälzung der Emulsion bis zum Erreichen der Siedetemperatur erfolgt, dann eine kurzfristige Verweilzeit einsetzt, 2 bis 5maliges Wiederholen der Verfahrensschritte Erwärmung auf Siedetemperatur bei gleichzeitiger Durchmischung und kurzfristiger Verweilzeit und im Anschluß daran die gespaltene Emulsion einer Verweilung unterworfen wird, bei der sich die Ölteilchen über der Wasserphase sammeln.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch g e k e n n z e i c h n e t, daß das abgetrennte schwermetallhaltige Wasser über einen Restentölungsfilter einer Elektrolysezelle zugeführt wird, in welcher im Kreislauf- oder Durchlauf-Prinzip eine Entfernung der Schwermetallionen erfolgt.
3. Verfahren nach Anspruch 1 und 2, dadurch g e k e n n z e i c h n e t, daß das von Schwermetallen befreite Wasser eine Neutralisation auf einen PH-Wert von 7 erfährt.
4. Vorrichtung zum Aufbereiten von schwermetallhaltigen Emulsionen unter Verwendung von thermisch-chemischen und elektro-chemischen Verfahrensschritten, insbesondere zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1 und/oder einem oder mehreren der vorhergehenden, dadurch g e k e n n z e i c h n e t, daß über einen Feststoff-Filter (2) und ein Rückschlag-Ventil (3) die Emulsion dem Spaltbehälter (4) zugeführt wird, der mit einer Säuredosierung (5), einer Erwärmungseinheit (7), einem Umwälzsystem (8), einem Olabsaugsystem (9), einer Wasser Sensorik (10) und einer Dampf-Sensorik (6) versehen ist und die Abführung des abgespaltenen Wassers über die Wasser-ol-Sensorik (10) und einen Restentölungsfilter (11) über die Pufferbehälter (12) und (13) in die Elektrolysezelle (14) und den Neutralisationsbehälter (15) erfolgt.
5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch g e k e n n z e i c h n e t, daß das Umwälzsystem (8) des Spaltbehälters (4) ebenfalls die Funktion des Ölabsaugsystems (9) erbringt.
6. Vorrichtung nach Anspruch 4 und/oder 5, dadurch g e k e n n z e i c h n e t, daß eine die Siedetemperatur erkennende Sensorik (Dampf und/ oder Temperatur) (6) im oberen Spaltbehälterbereich (4) angeordnet ist.
7. Vorrichtung nach Anspruch 4 und/oder einem oder mehreren der vorhergehenden, dadurch g e k e n n z e i c h n e t, daß am Ausgang des Spaltbehälters (4) eine die Trennschicht Wasser01 erkennende Sensorik (10) angeordnet ist.
8. Vorrichtung nach Anspruch 4 und/oder einem oder mehreren der vorhergehenden, dadurch g e k e n n z e i c h n e t, daß die Erwärmungseinheit (7) im Spaltbehälter (4) aus elektrischen Heizstäben, aus einem Heißdampfgerät auf (Alt)Ol-Basis oder aus einem sonstigen Erwärmungsgerät besteht.
9. Vorrichtung nach Anspruch 4 und/oder einem oder mehreren der vorhergehenden, dadurch g e k e n n z e i c h n e t, daß der Ausgang des Spaltbehälters (4) über die Wasser-01-Sensorik (10) und dem Restentölungsfilter (11) mit dem Behälter (12) und (13) verbunden ist.
10. Vorrichtung nach Anspruch 4 und/oder einem oder mehreren der vorhergehenden, dadurch g e k e n n z e i c h n e t, daß die Behälter (12) und (13) und die Elektrolyse-Zelle (14) jeweils über ein Kreislaufsystem verbunden sind.
11. Vorrichtung nach Anspruch 4 und/oder einem oder mehreren der vorhergehenden, dadurch g e k e n n z e i c h n e t, daß die Behälter (12) und (13), die Elektrolyse-Zelle (14) und die Neutralisationseinheit (15) mit einem Durchlaufsystem verbunden sind.