DE3740211A1 - Verfahren zur wiederaufbereitung von verschmutzten alkalischen gleitschleifwaessern von gleitschleifanlagen - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Wiederaufbereitung von verschmutzten alkalischen Gleitschleifwässern von Gleitschleifanlagen.

Das Gleitschleifen ist ein chemisch-mechanisches Oberflächenbehandlungsver­ fahren für das Entrosten, Entzundern, Entgraten, Schleifen, Glätten und Polieren von spanend oder spanlos gefertigten Werkstücken aus nahezu allen Werkstoffen. Es ist entweder die Endbehandlungsstufe oder eine Vorstufe zur eigentlichen Endbehandlung wie Galvanisieren, Passivieren oder Lackieren.

In einer Gleitschleifanlage werden die zu bearbeitenden Werkstücke zusammen mit Schleifkörpern (Chips genannt) und Gleitschleifwasser (mit einem chemischen Gleitschleifmittel, dem sogenannten Compound versetztes Trinkwasser) in einem Vibrations- oder Rüttelgefäß mechanisch bewegt. Die Schleifkörper dienen dabei zur Übertragung der mechanischen Energie sowie zur räumlichen Trennung der einzelnen Werkstücke. Das Gleitschleifwasser übernimmt vorwiegend die chemische Funktion. Das in ihm enthaltene chemische Gleitschleifmittel, das Compound, ist in herkömmlichen Gleitschleifanlagen in einer Konzentration von etwa 1 bis höchstens 2% vorhanden. Seine Aufgabe besteht darin, an den Werkstücken möglichst schnell und zuverlässig fertigungsbedingte Fett- und Ölrückstände abzulösen und zu emulgieren, Schmutzstoffe abzuwaschen und zu dispergieren und feine Späne sowie Schleifabrieb von Werkstücken und Chips in Schwebe zu halten und aus der Gleitschleifanlage auszuspülen. Darüber hinaus soll es auf den Werkstücken feinste Schichten korrosions­ inhibierender Stoffe zurücklassen.

Im Laufe des Verfahrens wird das Gleitschleifwasser zunehmend verschmutzt und damit für das Gleitschleifen unbrauchbar. Die verschmutzten Gleitschleif­ wässer werden im allgemeinen auf Sonderdeponien o. ä. entsorgt und in der Gleitschleifanlage durch frische Gleitschleifwässer ersetzt.

Aus der DE-OS 30 05 251 ist es grundsätzlich bekannt, verschmutzte Gleit­ schleifabwässer durch Abtrennung von in ihnen enthaltenen Schwebstoffen wieder aufzuarbeiten. Bei diesen bekannten Verfahren werden die Gleitschleif­ abwässer mit einer mineralsauren Lösung versetzt, danach durch Zugabe eines Neutralisationsmittels auf einen pH-Wert von 6 bis 9 eingestellt und außerdem wird ihnen unter mechanischem Rühren in bestimmter Konzentration ein Flockungs­ hilfsmittel zudosiert. Dadurch soll durch Sedimentation der Schlamm vom Wasser weitgehend getrennt werden.

Auch dem aus der DE-OS 33 44 404 bekannten Reinigungsverfahren für Gleit­ schleifabwässer wird den Abwässern unter gleichzeitiger Durchmischung ein Flockungsmittel zugeführt, welches die Schmutzpartikel bindet und zu Flocken aufbereitet zu Boden sinken läßt. Die so verdichteten Flocken werden an­ schließend ausgefiltert.

Diese bekannten Aufbereitungsverfahren sind recht aufwendig und besitzen darüber hinaus den Nachteil, daß bei ihnen chemische Hilfsmaßnahmen angewendet werden, so daß nicht völlig ausgeschlossen werden kann, daß das Prozeßwasser der Gleitschleifanlage in seiner chemischen Beschaffenheit verändert wird.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein umweltfreundliches und wirtschaftliches Verfahren zur Wiederaufbereitung von verschmutzten alkalischen Gleitschleifwässern von Gleitschleifanlagen zu schaffen, bei dem gewährleistet ist, daß die chemische Beschaffenheit des Gleitschleifwassers nicht beein­ trächtigt wird.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale des Patentanspruchs 1 gelöst.

Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.

Das erfindungsgemäße Verfahren ist ein rein physikalisches Aufbereitungsver­ fahren, das sich der an sich bekannten Mikrofiltration bedient; eine Ver­ änderung der chemischen Beschaffenheit der behandelten Wässer kann somit mit Sicherheit ausgeschlossen werden.

Durch das erfindungsgemäße Wiederaufbereitungsverfahren werden mindestens 70% des Wassers sowie des Compounds wiedergewonnen.

Anhand eines in der Zeichnung dargestellten schematischen Ausführungsbeispiels einer Wiederaufbereitungsanlage wird das erfindungsgemäße Verfahren nach­ stehend näher erläutert.

Dargestellt ist lediglich die Wiederaufbereitungsanlage, nicht jedoch die Gleitschleifanlage, in der die Gleitschleifwässer verwendet werden.

Die von der Gleitschleifanlage kommenden verschmutzten Gleitschleifwässer werden über eine Leitung 1 in einen ersten Vorlagetank 2 eingeleitet und in diesem gesammelt. Ein nicht weiter dargestelltes mechanisches Rührwerk in diesem Tank sorgt dafür, daß die mechanischen Verschmutzungen im Gleit­ schleifwasser in Schwebe gehalten werden. Bei Erreichen einer vorbestimmten oberen Füllstandshöhe beginnt eine Zentrifugenzuförderpumpe 3 verschmutztes Gleitschleifwasser in eine Zentrifuge 4 zu fördern, die ebenfalls automatisch zu laufen beginnt. In der Zentrifuge werden die mechanischen Verschmutzungen aus dem Gleitschleifwasser herauszentrifugiert, d. h. dieses wird mechanisch vorgereinigt. Während der sich in der Zentrifuge ansammelnde Schlamm automa­ tisch in periodischen Zeitabständen ausgetragen und von einem unter der Zentrifuge befindlichen Schlammwagen 5 zur Entsorgung aufgenommen wird, werden die so vorgereinigten Gleitschleifwässer über eine Leitung 6 einem zweiten Vorlagetank 7 zugeführt und in diesem gesammelt. Bei Erreichen einer vorgegebenen unteren Füllstandshöhe im ersten Vorlagetank 2 werden die Zen­ trifugenzuförderpumpe 3 und die Zentrifuge 4 wieder automatisch ausgeschaltet.

Wenn die vorgereinigten Gleitschleifwässer im zweiten Vorlagetank 7 eine vorgegebene obere Füllstandshöhe erreichen, läuft automatisch eine Pumpe 8, z. B. eine Kreiselpumpe, an, welche die vorgereinigen Gleitschleifwässer mit einem Druck von etwa 1,1 bis 1,5 bar, vorzugsweise aber mit 1,4 bar im Kreislauf durch eine Mikrofilteranlage 9 pumpt.

Die Mikrofilteranlage enthält eine Vielzahl zusammengeschalteter Filter­ membranen mit einer Nennporengröße von 0,2 µm, deren Anzahl davon abhängt, wieviel verschmutzte Gleitschleifwässer wiederaufbereitet werden müssen.

Als geeignete Filtermembranen haben sich beispielsweise von der Firma Enka vertriebene Filtermembranen aus Polypropylen mit einer Nennporengröße von 0,2 µm und einer Membranfläche von 1 m² erwiesen, die jeweils 43 Rohrmem­ branen mit einer Länge von 1480 mm, einem Membrandurchmesser von 5,5 mm und einer Wanddicke von 1,6 mm enthalten. Eine solche Filtermembran besitzt jeweils eine Filterleistung von etwa 85 l/h.

Da das Wasser und das chemische Gleitschleifmittel (Compound) geringere Molekülgrößen besitzen als die gelösten und ungelösten Schmutzstoffe der der Mikrofilteranlage 9 zugeführten vorgereinigten Gleitschleifwässer, wird während jeden Filterdurchlaufs jeweils ein Teil des Wassers mit darin ge­ löstem Gleitschleifmittel als Permeat durch die Filtermembranen hindurchge­ lassen und als gereinigtes Gleitschleifwasser über eine Permeat- oder Filtrat­ leitung 10 in einen dritten Vorlagetank 11 geleitet. Der übrige Teil der der Mikrofilteranlage 9 zugeführten Gleitschleifwässer fließt über eine Leitung 12 in den zweiten Vorlagetank 7 zurück und wird anschließend durch die Förderpumpe 8 erneut durch die Mikrofilteranlage 9 gepumpt. Wenn hierbei der Füllstand im zweiten Vorlagetank 7 auf eine vorgegebene untere Füllstands­ höhe abgesunken ist, wird die Förderpumpe 8 automatisch so lange ausgeschal­ tet, bis dieser Vorlagetank wieder aus dem ersten Vorlagetank 2 bis zur oberen Füllstandshöhe aufgefüllt ist.

Das im dritten Vorlagetank 11 gesammelte gereinigte Gleitschleifwasser wird bei entsprechendem Bedarf von den Förderpumpen 13 über die Leitung 14 zu den nicht weiter dargestellten Gleitschleifanlagen gepumpt. Das Ein- und Ausschalten der Förderpumpe 13 kann dabei druckabhängig erfolgen; zu diesem Zweck ist im Ausführungsbeispiel ein Druckausdehnungsgefäß 15 vorgesehen.

Um die Filtrierfähigkeit der Mikrofilteranlage 9 zu erhalten, wird in kürzeren Abständen von z. B. 2,5 bis 5 Minuten periodisch ohne Unterbrechung des Fil­ trierkreislaufes ein Druckluftstoß von etwa 3 bar und 4 bis 6 Sekunden Länge in Gegenrichtung zum Filtratstrom in die von der Mikrofilteranlage 9 kommende Permeat- bzw. Filtratleitung 10 gegeben. Durch diese periodischen Druckstöße werden die feinen Poren der Filtermembranen der Mikrofilteranlage 9 von eventuellen Verschmutzungen freigespült. Zur Erzeugung dieser Druckstöße ist im Ausführungsbeispiel u. a. eine Druckluftleitung 16 vorgesehen, aus der nach Öffnen und Schließen verschiedener nicht weiter bezifferter Ventile die Druckluftstöße in die vorgenannte Leitung 10 eingeleitet werden können.

Zusätzlich zu diesen periodischen Druckstößen werden die Filtermembranen der Mikrofilteranlage 9 zur Aufrechterhaltung ihrer vollen Filtrierleistung in längeren Zeitabständen von etwa 1,5 bis 2 Stunden periodisch mit einer Spülflüssigkeit aus gereinigtem Gleitschleifwasser in Gegenrichtung zum üblichen Filtratstrom durchgespült, wodurch die Filtermembranen von abge­ lagerten Schmutzstoffen freigespült werden. Das verschmutzte Spülwasser gelangt nach einmaligem Durchlauf über die Leitung 17 in den die verschmutzten Gleitschleifwässer sammelnden Vorlagetank 2.

Das als Spülflüssigkeit dienende gereinigte Gleitschleifwasser wird im Aus­ führungsbeispiel aus einem vierten Vorlagetank 19 entnommen und durch eine Spülpumpe 18 über eine Leitung 20 durch die Mikrofilteranlage 9 gepumpt, wobei wiederum verschiedene nicht weiter bezifferte Ventile der Anlage ein- bzw. ausgeschaltet werden.

Grundsätzlich könnte die zur periodischen Durchspülung der Mikrofilteranlage 9 benötigte Menge gereinigten Gleitschleifwassers auch unmittelbar aus dem dritten Vorlagetank 11 entnommen werden. Die Verwendung eines davon getrennten vierten Vorlagetanks, in den aus dem dritten Vorlagetank 11 periodisch eine als Spülflüssigkeit benötigte Menge gereinigten Gleitschleifwassers gepumpt wird, eröffnet jedoch die Möglichkeit, einige Betriebsparameter der Wiederauf­ bereitungsanlage in besonders einfacher Weise derart einzustellen, daß sich für die Mikrofilteranlage 9 optimale Betriebsbedingungen ergeben.

So ist es in einfacher Weise möglich, mit Hilfe der aus dem vierten Vorlage­ tank 19 entnommenen Spülflüssigkeit den Gehalt an chemischem Gleitschleif­ mittel (Compound) des Gleitschleifwassers der Anlage derart zu steuern, daß er in den der Mikrofilteranlage 9 zugeführten verschmutzten Gleitschleif­ wässern etwa 2 bis 3%, vorzugsweise 2% beträgt.

Ein Gleitschleifmittelanteil in dieser Höhe erscheint zunächst unangemessen hoch, da für den Schleifprozeß in einer Gleitschleifanlage ein Anteil von etwa 1% völlig ausreicht. Es hat sich jedoch gezeigt, daß ein Schleifmittel­ anteil in dieser Größenordnung für die Funktionsweise der Wiederaufbereitungs­ anlage von großem Vorteil ist, weil dadurch verhindert wird, daß sich an den Filtermembranen irgendwelche Ablagerungen von der Art bilden, welche mit dem vorerwähnten Gegenstrom-Durchspülen nicht zu entfernen sind. Der Gleitschleifmittelanteil darf andererseits nicht zu hoch gewählt werden, da es sonst zu einer starken Schaumbildung kommt, was den Schleifprozeß in der Gleitschleifanlage stören würde.

Mit Hilfe der aus dem vierten Vorlagetank 19 entnommenen Spülflüssigkeit ist es auch in einfacher Weise möglich, die Temperatur der Gleitschleifwässer der Anlage so zu steuern, daß die der Mikrofilteranlage 9 zugeführten ver­ schmutzten Gleitschleifwässer eine mittlere Betriebstemperatur von etwa 20 bis 45°C, vorzugsweise von 30 bis 35°C besitzen. Bei einer solchen Temperatur werden insbesondere Fett- und Ölbestandteile der durch die Mikrofilteranlage 9 gepumpten verschmutzten Gleitschleifwässer in Schwebe gehalten und daran gehindert, sich an deren Rohrmembranen abzulagern.

Um die mittlere Betriebstemperatur und den Gehalt an Gleitschleifmittel der Gleitschleifwässer auf diese optimalen Werte einzustellen, wird daher einerseits dem in den vierten Vorlagetank 19 gepumpten gereinigten Gleit­ schleifwasser eine bestimmte Menge an chemischem Gleitschleifmittel beige­ mischt und andererseits wird das so "nachgeschärfte" Gleitschleifwasser durch eine Heizvorrichtung 21 auf eine deutlich oberhalb der vorerwähnten mittleren Betriebstemperatur liegende Temperatur von etwa 60°C erwärmt. Die erhöhte Temperatur der Spülflüssigkeit bewirkt in den durchspülten Filter­ membranen der Mikrofilteranlage eine verbesserte Fettlösung und auch eine gewisse Porenerweiterung, so daß der Reinigungs- und Spüleffekt verbessert wird.

Das chemische Gleitschleifmittel wird in der benötigten Menge durch eine Dosierpumpe 22 aus einem Gleitschleifmittel enthaltenden Vorlagebehälter 23 in den Vorlagetank 19 gepumpt.

Die zum periodischen Durchspülen der Mikrofilteranlage 9 benötigte Menge Spülflüssigkeit sowie die in diesem Zusammenhang benötigte Menge an der Spülflüssigkeit beizumischendem Gleitschleifmittel (Compound) hängen im wesentlichen von der Größe der Mikrofilteranlage 9 ab, jedoch auch von der Größe und Bauart der Gesamtanlage, von der u. a. abhängt, wieviel chemisches Gleitschleifmittel (Compound) verbraucht wird.

Der nicht zu vermeidende Verlust an Gleitschleifwasser, z. B. infolge Ver­ dunstung etc., wird durch Trinkwasser ausgeglichen, welches über die Leitung 24 in den dritten Vorlagetank 11 eingeleitet wird. Gleichzeitig pumpt die Dosierpumpe 25 aus dem Vorlagebehälter 23 in erforderlicher Menge chemisches Gleitschleifmittel in den Vorlagetank 11.

Bei einer Mikrofilteranlage 9 mit vierzehn Filtermembranen der oben erwähnten Art, hat es sich als vorteilhaft erwiesen, die benötigte Spülflüssigkeit im vierten Vorlagetank 19 aus etwa 250 Liter gereinigtem Gleitschleifwasser und 3 Litern chemischem Gleitschleifmittel herzustellen. Diese Spülflüssig­ keit wird dann mit einem maximalen Druck von 3 bar im Gegenstrom durch die Mikrofilteranlage hindurchgepumpt, was etwa 10 Minuten dauert.

Claims (5)

1. Verfahren zur Wiederaufbereitung von verschmutzten alkalischen Gleitschleif­ wässern von Gleitschleifanlagen, gekennzeichnet durch nachstehende zum Teil für sich bekannte Merkmale:

• a) Die verschmutzten Gleitschleifwässer werden, vorzugsweise nach mechanischer Vorreinigung in z. B. einer Zentrifugenanlage (4), im Kreislauf mit einem Druck von etwa 1,3 bis 1,5 bar, vorzugsweise von 1,4 bar, durch eine Mikrofilteranlage (9) geführt, deren Filtermembranen eine Nenn­ porengröße von 0,2 µm haben.
• b) Der Gehalt an chemischem Gleitschleifmittel (Compound) des Gleitschleif­ wassers der Anlage wird derart eingestellt, daß er in den der Mikrofilter­ anlage (9) zugeführten verschmutzten Gleitschleifwässern etwa 2 bis 3%, vorzugsweise 2% beträgt.
• c) Die verschmutzten Gleitschleifwässer werden der Mikrofilteranlage (9) mit einer mittleren Betriebstemperatur von etwa 20 bis 45°C, vorzugs­ weise 30 bis 35°C zugeführt.
• d) In kürzeren Zeitabständen, vorzugsweise alle 2,5 bis 5 Minuten, wird ohne Unterbrechung des Filtrierkreislaufes periodisch ein etwa 4 bis 6 Sekunden dauernder Druckluftstoß von etwa 3 bar in Gegenrichtung zum Filtratstrom in die von der Mikrofilteranlage (9) kommende Filtrat­ leitung (10) gegeben.
• c) In längeren Zeitabständen von etwa 1,5 bis 2 Stunden wird periodisch unter Unterbrechung des eigentlichen Filtriervorganges durch die Mikro­ filteranlage (9) gereinigtes Gleitschleifwasser als Spülflüssigkeit in Gegenrichtung zum üblichen Filtratstrom hindurchgepumpt.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das durch die Mikrofilteranlage (9) als Spül­ flüssigkeit hindurchzupumpende gereinigte Gleitschleifwasser auf etwa 60°C erwärmt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß dem durch die Mikrofilteranlage (9) als Spül­ flüssigkeit hindurchzupumpenden gereinigten Gleitschleifwasser Gleitschleif­ mittel (Compound) in einer Höhe beigemischt wird, durch die gewährleistet ist, daß die der Mikrofilteranlage (9) zugeführten verschmutzten Gleit­ schleifwässer im Mittel einen Gehalt an Gleitschleifmittel von etwa 2 bis 3% besitzen.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die verschmutzten Gleitschleifwässer in einem ersten Vorlagetank (3) unter ständigem Rühren gesammelt und nach Erreichen einer vorbestimmten oberen Füllstandshöhe automatisch zu mechanischen Vorreinigung einer Zentrifuge (4) zugeführt werden, daß die so vorgereinigten Gleitschleifwässer in einem zweiten Vorlagetank (7) gesammelt und aus diesem bei Erreichen einer vorbestimmten oberen Füllstandshöhe im Kreislauf mit einem Druck von vorzugsweise etwa 1,4 bar durch die Mikrofilteranlage (9) gepumpt werden, wobei während jeden Durch­ laufs ein Teil des Wassers mit darin gelöstem Gleitschleifmittel (Permeat) aufgrund geringer Molekülgröße durch die Filtermembranen hindurchgelassen und als gereinigtes Gleitschleifwasser in einem dritten Vorlagetank (11) gesammelt wird.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß periodisch alle etwa 1,5 bis 2 Stunden ein Teil des gereinigten Gleitschleifwassers aus dem dritten Vorlagetank (11) in einen vierten Vorlagetank (19) gepumpt, dort mit einer vorbestimmten Menge Gleitschleifmittel (Compound) vermischt und auf etwa 60°C erwärmt wird und anschließend bei unterbrochenem Filtervorgang als Spülflüssigkeit im Gegenstrom durch die Mikrofilteranlage (9) hindurch und in den ersten Vorlagetank (2) gepumpt wird.