DE4037329A1 - Verfahren zur aufbereitung von abwaessern aus glasschleifereien - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Aufbereitung von Abwässern aus Glasschleifereien.

Bei Glasschleifereien fällt blei- und arsenhaltiges Abwas­ ser in erheblichen Mengen an. Typische Glasschleifereibe­ triebe weisen einen Abwasseranfall in der Größenordnung von 200 m³ pro Tag auf. Die Behandlung dieser Glasschleiferei­ abwässer bereitet wegen der enormen Abwassermenge und der hohen Toxizität des Abwassers beträchtliche Probleme. Bisher versuchte man die im Abwasser enthaltenen Schwermetalle an Bentonite zu binden oder die Schwermetalle mit Eisen-III- Chlorid-Sulfat auszufällen.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Verfahren bereitzustellen, mit dem Abwässer aus Glasschleifereien soweit aufbereitet werden können, daß eine praktisch voll­ ständige Wiederverwertung möglich ist.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß das Abwasser intervallgesteuert in jeweils umgekehrten Strö­ mungsrichtungen im Querstrom über eine Ultrafiltrations­ membran geleitet wird, wobei eine Trennung des Abwassers in durch die Ultrafiltrationsmembran hindurchgetretenes Per­ meat und nicht hindurchgelassenes Konzentrat erfolgt.

Der Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, daß die Schwermetalle in Glasschleifabwässern nicht in Ionenform vorliegen, sondern an Glasteilchen, sogenanntem Glasstaub, gebunden sind. Deshalb scheitern bei der Behandlung von Glasschleifabwässern herkömmliche Verfahren zur Schwerme­ tallentfernung, die auf Ionenaustauschprozessen beruhen. Auch eine Filtration des Glasstaubes über Mikrofilter, die typischerweise Porengrößen in der Größenordnung von 0,2 bis 5 µm aufweisen, ist wegen den extrem kleinen Korngrößen des Glasstaubes von weniger als 0,1 µm nicht möglich. Mit der vorliegenden Erfindung wurde nun erkannt, daß die in Glas­ schleifereiabwässern enthaltenen Schwermetalle mittels Ultrafiltration aus dem Abwasser entfernt werden können. Ultrafiltrationsmembranen besitzen typischerweise Poren mit Durchmessern in der Größenordnung von 0,02 µm. Wird das Ab­ wasser intervallgesteuert in jeweils umgekehrten Strömungs­ richtungen im Querstrom über eine Ultrafiltrationsmembran geleitet, so wird eine weitgehende Abtrennung des schwerme­ tallhaltigen Glasstaubes vom Abwasser bei hohen Standzeiten des Filters erreicht.

Es treten keinerlei Entsorgungsprobleme auf, da sowohl das Permeat als auch das Konzentrat größtenteils wiederverwer­ tet werden können. So handelt es sich beim Permeat um gereinigtes Wasser, das höchsten Ansprüchen an Reinheit genügt. Daher werden vorzugsweise mindestens 90% des Permeats in die Glasschleiferei zurückgeführt. Dies ist angesichts der enormen anfallenden Abwassermengen ein beträchtlicher Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens.

Das Konzentrat besteht aus blei- und arsenhaltigem Glas­ staub, der vorteilhafterweise zur Glasherstellung einge­ schmolzen wird. Aus dem Glasstaub kann wenigstens minder­ wertiges Glas hergestellt werden.

Gemäß einer Weiterbildung des Erfindungsgedankens wird vorgeschlagen, zur Reinigung der Ultrafiltrationsmembran von Zeit zu Zeit einen Gegenstand mit rauher Oberfläche über die Ultrafiltrationsmembran zu führen. Hierfür eignen sich z. B. Kugeln aus Filz oder Kork. Vorteilhaft ist vor allem eine Schwammkugel, die aufgrund ihrer porösen Struk­ tur Verunreinigungen besonders gut aufnehmen kann. Ist die Ultrafiltrationsmembran in einem Druckrohr aufgewickelt, so wird die Schwammkugel von Zeit zu Zeit gemeinsam mit dem Permeat durch das Druckrohr hindurchgeschickt.

Insbesondere bei größeren Abwassermengen ist die folgende Verfahrensvariante empfehlenswert:
Das Abwasser wird mittels einer Kreislaufpumpe und einer Kreislaufleitung mehrmals über die Ultrafiltrationsmembran geleitet. Dabei wird die Kreislaufpumpe so gesteuert, daß eine vorgewählte Strömungsgeschwindigkeit aufrecherhalten wird. Andererseits wird mittels einer zweiten Pumpe, einer der Kreislaufpumpe außerhalb der Kreislaufleitung vorge­ schalteten Speisepumpe, ein vorgewählter transmembraner Druck aufrechterhalten, der ausreicht, um die gewünschte Glasstaubabscheidung zu erreichen. Um Druckschwankungen in der Kreislaufleitung auszugleichen, wird die Pumpleistung der Speisepumpe z. B. mittels eines Frequenzumformers vor­ zugsweise automatisch in Abhängigkeit vom Druck in der Kreislaufleitung gesteuert.

Da eine weitgehende Wiederverwertung von Konzentrat und Permeat möglich ist, arbeitet das Verfahren abfall- und nahezu abwasserfrei, was bei den bisher im Einsatz be­ findlichen Verfahren nicht möglich ist.

Für den Fall, daß sich im Abwasser ionische Metalle befinden, die durch die Ultrafiltration nicht entfernbar sind, wird vorgeschlagen, die Ultrafiltration mit einem herkömmlichen Verfahren zur Schwermetallentfernung zu kombinieren. Besonders empfehlenswert ist eine Kombination mit dem aus der EP-PS 01 10 240 bekannten Verfahren zur Schwermetallentfernung mittels Anaerobschlamm. Zweck­ mäßigerweise wird der Anaerobreaktor in diesem Fall der Ultrafiltration vorgeschaltet.

Im folgenden soll die Erfindung anhand zweier in den Figuren schematisch dargestellter Ausführungsbeispiele naher erläutert werden.

Es zeigen:

Fig. 1a ein Fließschema einer Ultrafiltrationsanlage in Saugbehältertechnik mit von oben nach unten durchströmtem Ultrafiltrationsmodul.

Fig. 1b ein Fließschema einer Ultrafiltrationsanlage in Saugbehältertechnik mit von unten nach oben durchströmtem Ultrafiltrationsmodul.

Fig. 2a ein Fließschema einer Ultrafiltrationsanlage in Speisepumpentechnik mit von oben nach unten durchström­ tem Ultrafiltrationsmodul.

Fig. 2b ein Fließscheme einer Ultrafiltrationsanlage in Speisepumpentechnik mit von unten nach oben durchströmtem Ultrafiltrationsmodul.

Die in den Fig. 1a und 1b gezeigte Ultrafiltrations­ anlage eignet sich vor allem für Glasschleifereien mit geringem Abwasseranfall bis ca. 20 m³ pro Tag. Das aus der in den Figuren nicht dargestellten Glasschleiferei abgezogene Abwasser fließt über einen Abwasserzulauf 1 in einen Saugbehälter 2. Eine Kreislaufpumpe 3 saugt das Abwasser aus dem Saugbehälter 2 ab und fördert das Abwasser über Leitungen D_a oder D_b (Direction a - Fig. 1a, Direction b - Fig. 1b) zum Ultrafiltrationsmodul UF.

Die Strömungsrichtung durch das Ultrafiltrationsmodul UF wird alle 15 bis 20 Minuten umgekehrt, um eine Verlegung der Poren der Ultrafiltrationsmembran weitgehend zu verhindern. Hierfür sind Magnetventile V1, V2, V3 und V4 vorgesehen, die so geschaltet werden, daß sich jeweils die gewünschte Strömungsrichtung einstellt. Nehmen wir an, daß das Ultrafiltrationsmodul UF zunächst wie in Fig. 1a ge­ zeigt, von oben nach unten durchströmt werden soll, so müs­ sen die Magnetventile V2 und V4 geschlossen werden, während die Magnetventile V1 und V3 geöffnet werden müssen. Das Abwasser durchströmt so die Leitungen D_a (Direction a) und tritt oben in das Ultrafiltrationsmodul UF ein. Die in diesem Zeitintervall nicht durchströmten Leitungen, die für die andere Strömungsrichtung, siehe Fig. 1b, vorgesehen sind, sind in der Fig. 1a gestrichelt gezeichnet.

Das Ultrafiltrationsmodul UF besteht aus einem Druckrohr, in dem eine Ultrafiltrationsmembran aufgewickelt ist. Derartige Ultrafiltrationsmodule sind beispielsweise aus "Ullmanns Enzyklopädie der Technischen Chemie, Band 2, Verfahrenstechnik I, Seite 187 bis 188" bekannt. Das Ab­ wasser wird im Querstrom über die Ultrafiltrationsmembran geleitet, so daß eine Trennung des Abwasser in durch die Ultrafiltrationsmembran hindurchgetretenes Permeat und nicht hindurchgelassenes Konzentrat erfolgt. Das Permeat, das aus gereinigtem Wasser besteht, wird über Leitung 9 abgezogen und durch Zugabe von Schwefelsäure neutralisiert. Die Neutralisation ist notwendig, da das Wasser durch den Glasschliff einen pH-Wert von ca. 10 bis 12 aufweist. Das neutralisierte Wasser wird anschließend zur Glasschleiferei zurückgeführt und kann auf den Schleifböcken wiederverwen­ det werden. Das bei der Ultrafiltration anfallende Konzen­ trat, das aus dem schwermetallhaltigen Glasstaub besteht, wird über Leitung 4 abgezogen und über Leitung 6 wieder in den Saugbehälter 2 zurückgeführt. Auf diese Weise wird ein mehrmaliges Durchleiten des Konzentrats durch das Ultrafil­ trationsmodul UF erreicht, wodurch eine Aufkonzentrierung stattfindet. Von Zeit zu Zeit wird Konzentrat über eine Leitung 5 aus dem System ausgeschleust. Das Konzentrat kann nach Entwässerung z. B. mittels einer Kammerfilterpresse wieder zur Glasherstellung eingeschmolzen werden, da es keine Chemikalien enthält.

Zur Strömungsrichtungsumkehr werden die Magnetventile V1 und V3 geschlossen, während die Magnetventile V2 und V4 geöffnet werden. Jetzt strömt das Abwasser über die Leitungen D_b (Direction b) von unten in das Ultrafil­ trationsmodul UF. Dieses Verfahrensstadium ist in Fig. 1b gezeigt. Auch hier sind die nicht durchströmten Leitungen wieder gestrichelt gezeichnet. Das Konzentrat wird über Leitung 4 abgezogen und, wie oben beschrieben, über Leitung 6 wieder dem Saugbehälter 2 zugeführt.

Durch wechselseitiges Schließen und Öffnen der Ventile V1, V3 und V2, V4 wird eine intervallgesteuerte Strömungs­ richtungsumkehr erreicht. Eine bestimmte Strömungsrichtung wird ca. 15 bis 20 Minuten aufrechterhalten, bis durch Betätigung der Magnetventile die Strömungsrichtung wieder umgekehrt wird.

Zur Reinigung der Ultrafiltrationsmembran wird bei Bedarf über eine Schwammkugelschleuse 7 eine den Innendurchmesser der Leitungen und des Ultrafiltrationsmoduls UF gerade ausfüllende Schwammkugel in den Kreislauf eingeschleust. Aufgrund ihrer Porösität ist die Schwammkugel in der Lage, Verunreinigungen oder Verstopfungen der Ultrafiltrations­ membran abzulösen und in ihre Poren aufzunehmen. Gleich­ zeitig werden Deckschichten von der Membranoberfläche entfernt. Die beladene Schwammkugel wird über eine zweite Schwammkugelschleuse 8 wieder aus dem Leitungssystem ausge­ schleust.

Die in den Figuen 2a und 2b gezeigte Ultrafiltrationsanlage eignet sich vor allem für Glasschleifereien mit größerem Abwasseranfall über ca. 20 m³ pro Tag. Die dem in den Fig. 1a und 1b dargestellten Ausführungsbeispiel entspre­ chenden Anlagenteile sind mit denselben Bezugsziffern be­ zeichnet. Die Variante nach den Fig. 2a und 2b unter­ scheidet sich von dem in den Fig. 1a und 1b dargestell­ ten Ausführungsbeispiel im wesentlichen dadurch, daß der Kreislaufpumpe 3 eine Speisepumpe 10 vorgeschaltet ist. Die Keislaufpumpe 3 fördert das Konzentrat über Kreislauflei­ tungen C_a bzw. C_b (Cycle a - Fig. 2a, Cycle b - Fig. 2b) mit einer vorgewählten Strömungsgeschwindigkeit im Kreis durch das Ultrafiltrationsmodul UF, während die Speisepumpe 10 einen vorgewählten transmembranen Druck im Ultrafiltrationsmodul UF aufrechterhält. Durch eine auto­ matische Steuerung der Pumpleistung der Speisepumpe 10 in Abhängigkeit vom Druck im Ultrafiltrationsmodul UF mittels eines Frequenzumformers können Druckschwankungen in der Kreislaufleitung C_a bzw. C_b ausgeglichen werden. Wäh­ rend bei der in den Fig. 1a und 1b gezeigten Variante das Konzentrat kontinuierlich über Leitung 6 dem Saugbe­ hälter 2 zugeführt wird, so daß die Leitung 6 auf Umgebungs­ druck entspannt wird, werden bei der in den Fig. 2a und 2b gezeigten Variante die Kreislaufleitungen C_a bzw. C_b und des Ultrafiltrationsmodul UF stets auf dem gewünschten transmembranen Druck gehalten. Deshalb ist mit der in den Fig. 2a und 2b gezeigten Variante gegenüber der in den Fig. 1a und 1b dargestellten Variante eine Energieein­ sparung um ca. 50% möglich. In der Leitung 4 ist ein Absperrhahn V15 angeordnet, der von Zeit zu Zeit geöffnet wird, um einen Abzug von Konzentrat aus dem Kreislauf zu ermöglichen.

Auch bei dem in den Fig. 2a und 2b gezeigten Ausführungs­ beispiel ist eine intervallgesteuerte Umkehrung der Strö­ mungsrichtung vorgesehen. Hierzu dienen die Magnetventile V10, V11, V12, V13 und V14.

In der Fig. 2a ist das Intervall gezeigt, in dem das Ultra­ filtrationsmodul UF von oben nach unten durchströmt wird. Hierzu sind die Magnetventile V13 und V11 geschlossen, während die Magnetventile V14, V12 und V10 geöffnet sind. Das Konzentrat wird über die Kreislaufleitung C_a (Cycle a) im Kreis durch das Ultrafiltrationsmodul UF geleitet. Die nicht durchströmten Leitungen sind wiederum gestrichelt gezeichnet.

Nach ca. 15 bis 20 Minuten erfolgt durch Schließen der Magnetventile V12, V10 und V14 sowie gleichzeitiges Öffnen der Ventile V13 und V11 eine Umkehrung der Strömungsrich­ tung. Wie in Fig. 2b gezeigt, wird jetzt das Ultrafiltra­ tionsmodul UF von unten nach oben durchströmt. Das Konzen­ trat wird über die Kreislaufleitung C_b (Cycle b) im Kreis über das Ultrafiltrationsmodul UF geführt. Auch hier sind die nicht durchströmten Leitungen gestrichelt gezeichnet.

Entsprechend dem in den Fig. 1a und 1b gezeigten Ausfüh­ rungsbeispiel wird auch bei dem in den Fig. 2a und 2b dargestellten Ausführungsbeispiel zur Reinigung der Ultra­ filtrationsmembran bei Bedarf über eine Schwammkugel­ schleuse 7 eine Schwammkugel in den Kreislauf eingeschleust und über eine zweite Schwammkugelschleuse 8 wieder ausgeschleust.

Claims (6)

1. Verfahren zur Aufbereitung von Abwässern aus Glasschlei­ fereien, dadurch gekennzeichnet, daß das Abwasser inter­ vallgesteuert in jeweils umgekehrten Strömungsrichtun­ gen im Querstrom über eine Ultrafiltrationsmembran ge­ leitet wird, wobei eine Trennung des Abwassers in durch die Ultrafiltrationsmembran hindurchgetretenes Permeat und nicht hindurchgelassenes Konzentrat erfolgt.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens 90% des Permeats in die Glasschleiferei zurückgeführt werden.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeich­ net, daß das Konzentrat zur Glasherstellung einge­ schmolzen wird.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch ge­ kennzeichnet, daß zur Reinigung der Ultrafiltrationsmem­ bran ein Gegenstand mit rauher Oberfläche, insbesondere eine Schwammkugel, über die Ultrafiltrationsmembran geführt wird.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Abwasser mittels einer Kreis­ laufpumpe und einer Kreislaufleitung mit einer vorge­ wählten Strömungsgeschwindigkeit mehrmals über die Ultrafiltrationsmembran geleitet wird, während mittels einer der Kreislaufpumpe vorgeschalteten Speisepumpe ein vorgewahlter transmembraner Druck aufrechterhalten wird.

6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Pumpleistung der Speisepumpe automatisch in Abhän­ gigkeit vom Druck in der Kreislaufleitung gesteuert wird.