DE3901566C1 - Appliance and method for electrocoagulation of coating particles dispersed in water - Google Patents

Description

Bei Lack- bzw. Farbspritzkabinen werden im allgemeinen die Lackpartikel, mit denen die Kabinenabluft beladen ist, in einem der Lackspritzkabine nachgeordneten Wäscher mittels Wasser ausgewaschen. Ohne geeignete Maßnahmen lagern sich die klebrigen Lackpartikel jedoch als klebriger Belag an den Wänden bzw. Böden und in den Leitungen derjenigen Bereiche der Anlage an, in denen das Waschwasser gesammelt bzw. durch die das Waschwasser hindurchgeleitet wird.

Bekannte Behandlungsmaßnahmen bestehen entweder darin, daß die Lackpartikel chemisch entklebt bzw. ausgeflockt werden, insbesondere unter Verwendung von Natronlauge, oder man setzt dem mit den Lackpartikeln beladenen Waschwasser Tonerde oder dergleichen zu, um mit diesem Zusatz das Lösungsmittel aus den Lackpartikeln herauszu­ ziehen und diese so zu entkleben. Beide Verfahren haben den Nachteil, daß erhebliche Mengen an Behandlungsmittel verbraucht werden - in diesem Zusammenhang sei erwähnt, daß bei der Auswaschung von Lackpartikeln aus der Abluft von Lackspritzkabinen Waschwassermengen in der Größenordnung von 25 bis 30 m³/h je Meter Spritzkabinen­ länge anfallen und z. B. in der Automobilindustrie die Kabinenlänge ohne weiteres 50 bis 100 m betragen kann. Außerdem reichern sich beim chemischen Entkleben die verwendeten Zusätze im Waschwasser an, was durchaus unerwünscht ist - im Hinblick auf die spätere Abwasser­ behandlung strebt man natürlich möglichst reines Wasser an.

Nun ist es bereits bekannt, die im Waschwasser von Lackspritzkabinen dispergierten Lackpartikel dadurch zu koagulieren, daß man das Waschwasser durch ein Gerät schickt, welches ein kreiszylindrisches metallisches Gehäuse besitzt, in dessen zentraler Achse eine stab­ förmige Elektrode verläuft, welche mit Teflon ummantelt ist; die zentrale Elektrode wird an den Pluspol einer Gleichspannungsquelle angeschlossen, das metallische Gehäuse geerdet oder mit dem Minuspol der Gleichspannungs­ quelle verbunden, die zwischen Kathode (Gehäuse) und Anode (zentrale Elektrode) eine Gleichspannung in der Größenordnung von 3 bis 10 kV erzeugt (Prospekt "Ko­ agulieren von Lacken" der Firma OLAER (SUISSE) S. A., CH-3186 Düdingen). Durch die elektrostatische Behand­ lung des Waschwassers werden bei für dieses Verfahren geeigneten Lacken die Lackpartikel ohne chemische Zusätze ausgeflockt und sie fallen in Form einer nicht­ haftenden Masse an, die sich verhältnismäßig leicht aus dem Sumpf der Lackspritzkabine entfernen läßt. Die bekannte Einrichtung zum elektrostatischen Koagulieren hat aber zwei Nachteile: Zum einen hat sich gezeigt, daß sich mit ihr nicht alle Lacke ausflocken lassen, und zum anderen lassen sich durch das rohrförmige Gehäuse die großen, vorstehend erwähnten Waschwassermengen der in der Automobilindustrie eingesetzten Lackspritzkabinen nicht hindurchpumpen, da sich, u. a. wegen der zu erreichen­ den elektrischen Feldstärke, der Gehäusedurchmesser nicht beliebig vergrößern läßt.

Man strebt nun ein Verfahren an, mit dem sich sämtliche, derzeit verwendeten Lacke bzw. Farben aus dem Waschwasser ausflocken lassen und das sich auch für große, pro Zeiteinheit anfallende Waschwassermengen eignet; darüber hinaus soll das Verfahren möglichst weitgehend die Forderung erfüllen, daß die ausgeflockten Lackpartikel entweder vollständig als Sediment anfallen oder auf der Oberfläche eines Waschwassersees flotieren, um für die Weiterbehandlung der Lackabfälle definierte Verhältnisse zu haben.

Ausgehend von dem vorstehend beschriebenen Verfahren zum elektrischen Koagulieren läßt sich diese Aufgabe erfindungsgemäß dadurch lösen, daß man das mit den Lackpartikeln beladene Waschwasser durch einen nach oben offenen Strömungspfad schickt und nicht nur einem elektrischen Feld aussetzt, sondern einer Koronaentladung, wobei die Spannungsdifferenz zwischen einer über dem Strömungspfad für das Waschwasser liegenden Sprühelektrode und dem Waschwasser bzw. den Wänden des den Strömungspfad für das Waschwasser definierenden Kanals so eingeregelt wird, daß die Sprühelektrode in der über dem Wasser befindlichen Luft Ionen erzeugt, die Durchbruchsspannung jedoch nicht erreicht wird. Durch die Erfindung wurde auch eine Einrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens geschaffen, wobei von der vorstehend geschilderten bekannten Einrichtung zum elektrischen Koagulieren ausgegangen wurde, d. h. von einer Einrichtung mit einem Strömungspfad für das mit Lackpartikeln beladene Wasser, welcher eine mit dem einen Pol einer Gleichspannungsquelle verbindbare Elektrode bildet, sowie mit einer stab- oder drahtförmigen, mit dem anderen Pol der Gleichspannungsquelle verbind­ baren Elektrode; erfindungsgemäß wird eine solche Ein­ richtung so ausgebildet, daß der Strömungspfad eine nach oben offene Wanne besitzt, über der mindestens eine ungefähr äquidistant zum Wannenboden verlaufende Sprühelektrode angeordnet ist; dabei ist die Spannung der Gleich­ spannungsquelle zwischen den beiden Elektroden derart eingestellt, daß die Sprühelektrode in der über dem Wasser befindlichen Luft Ionen erzeugt, jedoch die Durchbruchsspannung nicht erreicht ist. Durch die Sprüh­ elektrode werden freie Elektronen erzeugt, die in dem zwischen Kathode und Anode bestehenden elektrischen Feld in der Luft Ionen bilden, deren Einfluß auf den Koagulations­ vorgang derzeit nicht ohne weiteres erklärt werden kann. Tatsache ist jedoch, daß sich mit dem erfindungsgemäßen Verfahren und der erfindungsgemäßen Einrichtung alle derzeit verarbeiteten Lacke entkleben, d. h. ausflocken bzw. koagulieren lassen, und zwar auch dann, wenn die eingangs erwähnten hohen Waschwassermengen je Zeiteinheit zu behandeln sind.

Die Sprühelektrode(n) soll bzw. sollen zwar parallel zum Boden der Wanne verlaufen, grundsätzlich wäre es aber denkbar, die Kathode quer zur Strömungsrichtung, d. h. zur Längsrichtung des Strömungspfads, verlaufen zu lassen. Zweckmäßiger ist aber eine Ausführungsform, bei der die Sprühelektrode(n) in Längsrichtung des Strömungs­ pfads verläuft bzw. verlaufen.

Als besonders zweckmäßig hat es sich erwiesen, wenn die Sprühelektrode(n) ungefähr 10 bis 20 cm über dem Wannenboden verläuft bzw. verlaufen und wenn die Spannung zwischen Kathode und Anode ungefähr 20 bis 60 kV beträgt.

Um die Durchbruchsspannung nicht zu sehr absinken zu lassen, empfiehlt es sich, die von der Sprühelektrode erzeugten Ionen zumindest teilweise abzusaugen; eine besonders vor­ teilhafte Ausführungsform der erfindungsgemäßen Einrich­ tung zeichnet sich deshalb durch eine Absaugvorrichtung für die von der Sprühelektrode erzeugten Ionen aus, die ins­ besondere eine die Sprühelektrode überfangende Haube aufweist. Die abgesaugte Luft kann nun dazu verwendet werden, das Flotieren der entklebten Lackpartikel zu begünstigen. Zu diesem Zweck wird vorgeschlagen, die Einrichtung hinter der Wanne mit einem Sammelbehälter für das behandelte Wasser zu versehen und die Absaugvorrichtung so auszubilden, daß sie eine in den unteren Bereich des Sammelbehälters führende Leitung zum Einblasen der abgesaugten Luft in das behandelte Wasser aufweist. Natürlich kann alternativ oder zusätzlich auch anderweitig Luft in den Sammelbehälter eingedüst werden.

Es wird empfohlen, die erfindungsgemäße Einrichtung am Auslaß der Spritzkabine hinter deren Wäscher und vor einem Klärsee für das Waschwasser anzuordnen; es kann aber auch zweckmäßig sein, die erfindungsgemäße Einrichtung im Nebenstrom einzusetzen, wobei das zu behandelnde Wasser vom Klärsee der Anlage abgezweigt wird.

Geeignete Schaltungen, mit denen sich die zwischen Kathode und Anode angelegte Gleichspannung unter der Durch­ bruchsspannung halten läßt, sind von Elektrofiltern her bekannt; durch diese Schaltungen wird die Spannung so lange erhöht, bis die ersten Überschläge auftreten, worauf die Spannung etwas vermindert und dann an dieser Grenze ein­ geregelt wird. Da von der feuchten Luft über der Wanne bei Erhöhung der Spannung zwischen den Elektroden der Strom zunächst ungefähr proportional zur Spannung ansteigt, dann aber bei weiterer Spannungserhöhung ungefähr konstant bleibt, d. h. im Strom-Spannungs-Diagramm ein im wesent­ lichen spannungsunabhängiges Plateau erreicht, ehe bei weiterer Spannungserhöhung der Strom stark ansteigt und der Durchbruch erfolgt, wird empfohlen, mit einer Spannung zu arbeiten, die dem Beginn des vorstehend erwähnten Plateaus entspricht.

Weitere Merkmale, Vorteile und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus den Ansprüchen und/oder aus der nachfolgenden Beschreibung sowie der zeichnerischen Darstellung einer besonders vorteilhaften Ausführungsform der erfindungsgemäßen Einrichtung; in der Zeichnung zeigt

Fig. 1 einen Vertikal-Längsschnitt durch den­ jenigen Teil der Einrichtung, der die Wanne und die Sprühelektroden umfaßt;

Fig. 2 eine Draufsicht auf die in Fig. 1 gezeigten Einrichtungsteile;

Fig. 3 eine teilweise aufgebrochene Stirnansicht, gesehen in Richtung des Pfeils A aus Fig. 1, und

Fig. 4 die der in den Fig. 1 bis 3 gezeigten Wanne bzw. Wasserrinne nachgeordneten Teile der erfindungsgemäßen Einrichtung in schematischer Darstellung, und zwar in einer Seitenansicht, gesehen in Längs­ richtung der Wasserrinne.

Die Fig. 1 bis 3 zeigen einen oben offenen Tank 10, der sich im wesentlichen aus einem Zulaufbehälter 12, einem Ablaufbehälter 14 und einer zwischen diesen beiden Behältern verlaufenden flachen Wanne zusammensetzt, die im folgenden als Wasserrinne 16 bezeichnet werden wird. Auf die die Wasserrinne 16 nach unten begrenzende Wand 18 des Tanks 10 ist als Opferanode ein Blechboden 20 aus normalem Stahlblech auf­ gelegt, welcher durch nicht dargestellte Mittel geerdet ist. Wie sich der Zeichnung nicht entnehmen läßt, besitzt letzterer ein leichtes Gefälle in Richtung auf den Ablaufbehälter 14. Das zu behandelnde, mit klebrigen Lackpartikeln be­ ladene Wasser wird dem Zulaufbehälter 12 zugeführt, z. B. von oben oder durch eine nicht gezeichnete Zulaufleitung, und wenn der Wasserspiegel im Zulaufbehälter 12 das Niveau des Bodens der Wasserrinne 16 erreicht, fließt das Wasser über diese Wasserrinne in den Ablaufbehälter 14.

Zwischen zwei Querwänden 22 und 24 des Tanks 10, die im Abstand über dem Boden der Wasserrinne 16 enden, ist ein Kunststoffrahmen 26 befestigt, in dem mehrere Sprühelektroden 28 montiert sind; diese verlaufen parallel zueinander und parallel zum Boden der Wasserrinne 16. Bei den Sprühelektroden 28 handelt es sich um im Quer­ schnitt quadratische Metallstäbe, die mit einer ihrer Seitenflächen auf vom Rahmen 26 gebildeten Stufen 30 aufliegen.

Wie in Fig. 1 schematisch dargestellt wurde, sind alle Sprühelektroden 28 über eine Leitung 32 mit dem Minus­ pol einer geregelten Gleichspannungsquelle 34 verbunden, während der geerdete Stahlblechboden 20 der Wasser­ rinne 16 mittels einer Leitung 36 an den Pluspol der Gleichspannungsquelle angeschlossen ist.

Die Wasserrinne 16 und damit der Kunststoffrahmen 26 mit seinen Sprühelektroden 28 wird von einer Haube 40 überfangen, die auf dem Tank 10 befestigt ist und ein Absaugrohr 42 besitzen. Letzteres führt zu einem in Fig. 4 dargestellten Flotationsbehälter 44, und ein im Zuge des Absaugrohrs 42 angeordneter Ventilator wurde der Einfach­ heit halber nicht gezeichnet.

Natürlich muß die Breite der Wasserrinne 16 auf die pro Zeiteinheit anfallende Menge an zu behandelndem Wasser abgestimmt werden, damit das Wasser auf dem Stahlblechboden 20 nur einen verhältnismäßig dünnen Film bildet. Wie bereits erwähnt, wird dann die Gleich­ spannungsquelle 34 so eingeregelt, daß die Spannungs­ differenz zwischen den Sprühelektroden 28 und dem Edelstahlblechboden 20 unterhalb der Durchbruchs­ spannung liegt, wobei zu beachten ist, daß über das Absaugrohr 42 ein Großteil der von den Sprühelektroden 28 in der Luft erzeugten Ionen abgesaugt wird. Infolge der von den Sprühelektroden 28 erzeugten Koronaentladung und des zwischen den Sprühelektroden und dem Stahlblech­ boden 20 gebildeten elektrischen Felds werden die von dem Wasser mitgeführten Lackpartikel entklebt, so daß sie im Ablaufbehälter 14 ausflocken und koagulieren.

Wie in Fig. 1 durch den Pfeil B angedeutet, wird das behandelte Wasser samt den ausgeflockten Lackpartikeln unten aus dem Ablaufbehälter 14 abgezogen und gelangt über eine in Fig. 4 dargestellte Rohrleitung 50 in den Flotationsbehälter 44. Bei 52 ist die Rohrleitung 50 als Injektordüse ausgebildet, in die das Absaugrohr 42 mündet, so daß mittels einer Öffnung 54 der Rohrleitung 50 die im Bereich der Haube 40 abgesaugte Luft zusammen mit dem Wasser und den ausgeflockten Lackpartikeln in das im Flotationsbehälter 44 stehende Wasser eingedüst wird. Bei einer vorteilhaften Variante münden das Absaug­ rohr 42 und die Rohrleitung 50 in einem nicht dargestellten Druckgefäß, in das die abgesaugte Luft und das behandelte Wasser durch Pumpen gefördert werden. Von diesem Druck­ gefäß führt dann eine Leitung zur Düse 54, wo infolge Druckentspannung die Luft feinste Bläschen bildet, was die Flotation besonders fördert. Erfindungsgemäß mündet die Rohrleitung 50 im unteren Bereich des Flotationsbehäl­ ters 44, jedoch über einem Trichterteil 44 a des Flotations­ behälters, damit sich dort eventuell anfallendes Sediment absetzen kann. Aufgrund der erfindungsgemäßen Behandlung des Wassers mit den darin dispergierten Lackpartikeln werden die letzteren jedoch im Flotationsbehälter 44 ganz überwiegend, wenn nicht sogar vollständig zum Flotieren gebracht, so daß der im Flotationsbehälter auf dem Wasser schwimmende Lackschlamm mittels nicht gezeigter Räumelemente über eine Schrägfläche 60 in einen Schacht 62 geschoben werden kann, durch den er in einen Schlamm­ sammelbehälter 64 fällt. In diesen läßt sich periodisch auch das Sediment entleeren, welches sich unten im Flotations­ behälter 44 ansammelt; zu diesem Zweck ist der Flotations­ behälter unten mit einem Schieberventil 44 b versehen. An geeigneter Stelle, insbesondere geringfügig über dem Trichterteil 44 a, ist der Flotationsbehälter 44 noch mit einem nicht dargestellten Ablauf für das geklärte Wasser versehen, wobei dieser Ablauf vorzugsweise ein Regelventil enthält, um den Wasserspiegel im Flotations­ behälter 44 konstant zu halten, und zwar auf einer Höhe, die es erlaubt, den flotierenden Lackschlamm mit dem erwähnten Räumelement zu entfernen.

Es stellt ein besonderes Merkmal der Erfindung dar, daß man mit den Sprühelektroden 28 Ozon erzeugt und dieses in den Flotationsbehälter 44 einbläst, weil durch dieses stark oxydierende Gas das Entkleben der Lackpartikel gefördert wird.

Da Gleichspannungsquellen, die in der vorstehend beschrie­ benen Weise regelbar sind, von Naßelektrofiltern her bekannt sind, wurde auf eine detaillierte Beschreibung der Gleichspannungsquelle 34 verzichtet.

Wenn vorstehend davon die Rede ist, daß der Strömungspfad für das zu behandelnde Wasser eine Elektrode bildet, so kann unter der Elektrode die Wanne bzw. Rinne 16 und/oder der Blechboden 20 und/oder das Wasser selbst, welches immer die hierfür erforderliche Leitfähigkeit aufweisen wird, verstanden werden.

Bei der vorstehend beschriebenen bevorzugten Ausführungs­ form sind die Sprühelektroden als Kathoden geschaltet, der Strömungspfad als Anode; die Erfindung führt aber auch bei umgekehrter Schaltung zu einer Entklebung der Lackpartikel. Enthält der als Anode geschaltete Strömungspfad eine Opferanode, wie den Blechboden 20, so wird erfindungsgemäß die Entklebung und Koagulierung der Lackpartikel durch in das Wasser abgegebene Eisen­ ionen gefördert.

Für die Entklebung und Koagulierwirkung hat es sich als förderlich erwiesen, wenn die Strömung des Wassers in der Wanne eine turbulente ist; dies läßt sich besonders einfach durch eine relativ hohe Strömungsgeschwindigkeit in der Wanne erreichen, wozu diese z. B. entsprechend geneigt angeordnet wird. Es können aber auch andere Turbulenzen erzeugende Mittel vorgesehen werden.

Claims (15)

1. Einrichtung zum elektrischen Koagulieren von in Wasser dispergierten Lackpartikeln, mit einem Strömungspfad für das mit Lackpartikeln beladene Wasser, welcher eine mit dem einen Pol einer Gleichspannungsquelle verbindbare Elektrode bildet, sowie mit einer stab- oder drahtförmigen, mit dem anderen Pol der Gleichspannungsquelle verbind­ baren Elektrode, dadurch gekennzeichnet, daß der Strömungspfad (16, 20) eine nach oben offene Wanne besitzt, über der mindestens eine ungefähr äquidistant zum Wannenboden verlaufende Sprüh­ elektrode (28) angeordnet ist, und daß die Spannung der Gleichspannungsquelle (34) zwischen den beiden Elektroden (20, 28) derart einstellbar ist, daß die Sprühelektrode (28) in der über dem Wasser befindlichen Luft Ionen erzeugt, jedoch die Durchbruchs­ spannung nicht erreicht ist.

2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Sprühelektrode (28) in Längsrichtung des Strömungspfads (16) verläuft.

3. Einrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der Boden (20) der Wanne (16) in Strömungsrichtung des Wassers ein Gefälle besitzt.

4. Einrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Boden (20) des Strömungspfads (16) von einer elektrisch leitenden Platte, insbesondere aus Stahlblech, gebildet wird, die mit der Gleich­ spannungsquelle (34) in leitender Verbindung steht.

5. Einrichtung nach einem oder mehreren der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß über der Wanne (16) mehrere parallel zueinander verlaufende Sprühelektroden (28) angeordnet sind.

6. Einrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Sprühelektroden (28) in einem isolierenden Rahmen (26) befestigt sind.

7. Einrichtung nach einem oder mehreren der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Sprühelektrode (28) 10 bis 20 cm über dem Wannenboden (20) verläuft.

8. Einrichtung nach einem oder mehreren der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Spannung zwischen den Elektroden (20, 28) 20 bis 60 kV beträgt.

9. Einrichtung nach einem oder mehreren der vorstehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch eine Absaugvor­ richtung (40, 42) für die von der Sprühelektrode erzeugten Ionen.

10. Einrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Absaugvorrichtung (40, 42) eine die Sprühelektrode (28) umfangende Haube (40) aufweist.

11. Einrichtung nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, daß zum verbesserten Entkleben der Lackpartikel die Absaugvorrichtung (40, 42) Mittel (42, 50) zum Einleiten von über der Wanne (16) erzeugtem Ozon in das behandelte Wasser aufweist.

12. Einrichtung nach einem der Ansprüche 9 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß hinter der Wanne (16) ein Sammelbehälter (44) für das behandelte Wasser angeordnet ist und die Absaugvorrichtung (40, 42) eine in den unteren Bereich des Sammelbehälters (44) führende Leitung (42, 50) zum Einblasen der abgesaugten Luft in das behandelte Wasser aufweist.

13. Einrichtung nach einem oder mehreren der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der als Anode geschaltete Strömungspfad (16, 20) eine Eisen enthaltende Opferanode (20) aufweist.

14. Einrichtung nach einem oder mehreren der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Wanne (16) derart ausgebildet und angeordnet ist, daß das Wasser im Strömungspfad (16, 20) eine turbulente Strömung bildet.

15. Verfahren zum elektrischen Koagulieren von in Wasser dispergierten Lackpartikeln, bei dem das mit Lackpartikeln beladene Wasser durch einen oben offenen Strömungspfad geschickt und dabei einem elektrischen Feld sowie einer Koronaentladung ausgesetzt wird.