DE4230780C2 - Verfahren und Vorrichtung zur Aufbereitung wässriger Reststoffe - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Aufbereitung wäßriger Reststoffe, insbesondere gebrauchter Kühlschmierstoffe aus der metallverarbeitenden Industrie und eine Vorrichtung zum Durchführen eines solchen Verfahrens.

Gebrauchte Kühlschmierstoffe aus der metallverarbeitenden Industrie unterliegen wie alle Schmierstoffe der Abfallgesetzgebung. Der Verbrauch liegt bei ca. 30.000 t Öl pro Jahr. Diese Menge ist verglichen mit dem Gesamtschmierstoffverbrauch relativ gering; 1989 betrug dieser Anteil knapp 3 Prozent. Mit Wasser gemischt ergeben sich jedoch ca. 1 Mio. t Kühlschmierstoffe, die von der arbeitsschutz- und entsorgungstechnischen Seite bedeutsam sind.

Wassergemischte Kühlschmierstoffe enthalten in der Regel 5 bis 10% Kohlenwasserstoffe, Ester, Polyglykolene oder Gemische dieser oder entsprechender Verbindungen. Die Aufbereitung dieser Öl/Wasser-Emulsionen ist daher schon zur Verminderung des Abfallaufkommens geboten.

Eine deutliche Reduzierung des Reststoffvolumens ergibt sich durch bekannte Methoden zur Abtrennung des Wassers. Dabei kommen zur Aufbereitung wassergemischter Kühlschmierstoffe mechanische, thermische oder chemische Verfahren sowie auch deren Kombinationen in Frage. Genannt seien hier Ultrafiltrations- und Destillationsverfahren sowie die Fällung/Flockung/ Flotation. Die sich aus diesen bekannten Trennverfahren ergebende Wasserphase erfüllt die Einleitbedingungen oder kann nach eventueller Weiterbehandlung wieder in den Prozeß zurückgeführt werden oder dient als Brauchwasser, wie z. B. zum Neuansatz von Kühlschmierstoffen. Die aufkonzentrierte ölhaltige Phase muß - gegebenenfalls nach einem weiteren Aufarbeitungsschritt - jedoch entsorgt werden.

Eine kombinierte Aufarbeitung von Kühlschmierstoffen und verschmutzten Abwässern wird derzeit mit Erfolg mittels Vakuumverdampfungsanlagen durchgeführt. Dabei dient das abgedampfte Wasser zum Ansetzen neuer Kühlschmierstoffe, wodurch die Bereitstellung von destilliertem Wasser entfallen kann. Die kostenintensiven als "Besonders überwachungsbedürftige Abfälle" zu entsorgenden Anteile betragen nach der Aufarbeitung nur noch etwa 10% des ursprünglichen Volumens.

Bei der Ultrafiltrationsmethode werden die Kühlschmierstoffe auf ca. 35% verringert. Das so erhaltene Retentat sollte zur weiteren Volumenminderung nochmals, in der Regel mittels Eindampfverfahren, nachbehandelt werden. Das Permeat kann unter Umständen zum Ansetzen von neuen Kühlschmierstoffen benutzt werden. Vor der Einleitung in die Kanalisation muß zur Erfüllung der Einleitbedingungen ein weiterer Reinigungsschritt erfolgen.

In der spanabhebenden Bearbeitung sind die Späne - Metall- oder Kunststoffspäne - mit Kühlschmierstoffen verunreinigt und können nicht ohne weitere Reinigung in den Wirtschaftskreislauf zurückgeführt werden. Dementsprechend werden sie an Spezialfirmen (beispielsweise Schrotthändler) zur Verwertung abgegeben. Die Verarbeitung von Metallspänen z. B. in Metallschmelzen verlangt die Abreinigung der Kühlschmierstoffe. Dies kann durch Trocknen bei hohen Temperaturen oder auch durch Zentrifugieren erfolgen. Aufwendige Aufarbeitungsschritte sind insbesondere bei hochwertigen Metallspänen, beispielsweise aus Titan, lohnend. Hierzu werden in einem ersten Schritt die Späne von den Kühlschmierstoffen über Siebe getrennt. Eine fast vollständige Spanentölung kann durch Zentrifugieren erfolgen. Der erhaltene Kühlschmierstoff wird entweder in der Fertigung wieder eingesetzt oder einem Reinigungs- bzw. Entsorgungsprozeß zugeführt. Die weitgehend entölten Späne gelangen als Wertstoff in den Wirtschaftskreislauf zurück.

Die zuvor genannten Verfahren zur Kühlschmierstoffentsorgung und Spanentölung sind kostenintensiv. Durch die immer schärfer werdende Umweltgesetzgebung und in deren Folge durch steigende Entsorgungskosten ist jeder Betrieb angehalten, sein Abfallaufkommen zu minimieren und Reststoffe nach Möglichkeit selbst wieder in den Wirtschaftskreislauf zurückzuführen. Weitere Nachteile ergeben sich zum Teil aus dem Separierungsschritt Kühlschmierstoffe/Späne und durch die unzureichende Reinigung des Wassers in einer Stufe.

Aus der DE 41 19 590 A1 ist eine Anlage zur Aufbereitung einer ölhaltigen, insbesondere emulgierten Flüssigkeit bekannt. Bei diesem bekannten Aufbereitungsverfahren erfolgt eine Trennung in Öl und Abwasser dadurch, daß die Flüssigkeit einem Verdampfer und anschließend einem nachgeschalteten Brüdenabscheider zur Trennung von Dampf und Flüssigkeit zugeführt wird. Vom Brüdenverdichter wird die aufkonzentrierte Flüssigkeit einem Dreiphasenseparator zugeleitet. Die im Separator mit Wasser angereicherte Flüssigkeit wird danach einer Verdampfungsanlage zugeleitet.

Des weiteren ist aus der DE-OS 16 21 648 ein Aufbereitungsverfahren für bei Metallbehandlungsprozessen anfallende Spülabwässer bekannt. Bei diesem bekannten Verfahren werden die im Spülwasser befindlichen Fremdbestandteile mittels Verdampfung vom Wasser getrennt und aufkonzentriert, indem der sich im Verdampfer gebildete Brüdendampf einem Wärmetauscher zugeführt wird, in dem der Brüdendampf kondensiert. Bei diesem bekannten Verfahren wird das Spülbad kontinuierlich erneuert, also mit Frischwasser versetzt. Dies ist aus mehreren Gründen unerwünscht.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, das eingangs genannte Verfahren zur Aufbereitung wäßriger Reststoffe so weiterzuentwickeln bzw. eine Vorrichtung zum Durchführen dieses Verfahrens so auszugestalten und weiterzubilden, daß die vorerwähnten Nachteile vermieden werden. Insbesondere soll ein Verfahren entwickelt werden, mit dem es möglich ist, Metallspäne zu entölen und gleichzeitig gebrauchte Kühlschmierstoffe gemeinsam mit anderen, mit organischen Verbindungen verunreinigten Wässern wie Gleitschliff- oder Waschabwässer, aufzuarbeiten.

Verfahrensmäßig wird die Aufgabe durch die folgenden Schritte gelöst:

• - destillative Trennung der flüssigen Reststoffe in eine Dampfphase mit überwiegendem Wasseranteil und eine ölhaltige Phase,
• - Entnahme eines Brüdenteilstromes,
• - Durchleiten des heißen entnommenen Teilstromes durch eine Spanentölungseinheit zur Reinigung von mit Schmutz- und Schmierstoffen verunreinigten Spänen,
• - Rückführung des Teilstromes in die Destillation und
• - Gewinnung von Prozeßwasser aus den Brüden.

Vorrichtungsmäßig wird die Aufgabe mit einer Vorrichtung mit einer Verdampfungseinheit, einem Wärmetauscher, einem Verdichter, einer Vorlage für den Destillationssumpf, einer Vorlage für das Reindestillat und entsprechenden Verbindungsleitungen dadurch gelöst, daß hinter dem Verdichter eine Spanentölungseinheit angeordnet ist, durch die ein Teilstrom der heißen Brüden zur Reinigung der Späne geleitet wird. Die flüssigen wäßrigen Reststoffe werden also destillativ getrennt und gleichzeitig werden die Späne durch heiße Brüden, welche im Teilstrom entnommen werden, von anhaftenden Schmutz- und insbesondere Schmierstoffen befreit.

Bisher ist die apparative Kombination der destillativen Aufarbeitung von Kühlschmierstoffen und belastetem Betriebsabwasser mit einer Spanentölung nicht bekannt. Je nach der aufzubereitenden Menge der wäßrigen Reststoffe bzw. Späne ist es vorteilhaft, den Aufbereitungsvorgang diskontinuierlich oder kontinuierlich zu betreiben. Dies gilt insbesondere für den Bereich der Spänereinigung. Dabei kann eine "semikontinuierliche" Reinigung durch die Verwendung zweier gleicher Entölungseinheiten im Wechsel erfolgen.

In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, daß die wäßrigen Reststoffe in einem Wärmetauscher mit dem abfließenden Reindestillat vorgewärmt werden, bevor sie der eigentlichen Aufbereitung zugeführt werden.

Unter wäßrigen Reststoffen sind Kühlschmierstoffe mit wechselnden Anteilen an Mineralölkohlenwasserstoffen, Emulgatoren, Korrosionsinhibitoren, Bioziden (Triazide), Fettölen etc. sowie weitere wäßrige, betriebliche Reststoffe wie beispielsweise Gleitschliff- oder Entfettungswässer mit Anteilen an Fetten und/oder Ölen sowie metallischen Anteilen gemeint.

Erfindungsgemäß ist es nun möglich, mit relativ geringem Aufwand in einem einzigen Aufbereitungsverfahren sowohl gebrauchte Kühlschmierstoffe und/oder öl- und fetthaltige Abwässer destillativ zu trennen und gleichzeitig eine zufriedenstellende Entölung von Spänen zu erreichen. Je nach Einsatzstoffen ist es zweckmäßig, durch Zugabe von Additiven das physikalisch/chemische Verhalten der Phasen zu beeinflussen.

Verfahrenstechnisch ist es dabei besonders günstig, daß die Späne durch einen Teilstrom der heißen Brüden gereinigt werden und die hierdurch verschmutzten Brüden wieder in die Verdampfungseinheit zurückgeführt werden. Hierdurch entsteht ein Brüdenkreislauf. Der nicht zur Spanentölung verwendete Teilstrom der heißen Brüden wird dabei als Reindestillat abgegeben. Während die gereinigten Späne und das Reindestillat ohne weiteres weiterverwendet werden können, muß nur noch der Destillationssumpf als Sonderabfall an die entsprechenden Entsorgungsunternehmen abgegeben werden. Es ist notwendig, sich bei der Aufarbeitung ausschließlich auf chlorfreie Kühlschmierstoffe und Abwässer zu beschränken, damit Konflikte mit dem Getrennthaltungsgebot und dem Verinischungsgebot gemäß der Altölverordnung zuverlässig ausgeschlossen werden können.

Das erfindungsgemäße Verfahren sowie die erfindungsgemäße Vorrichtung zur Aufbereitung wäßriger Reststoffe zusammen mit der Entölung von Spänen soll schließlich noch anhand einer schematischen Zeichnung näher erläutert werden. In der einzigen Figur ist eine Destillationsvorrichtung mit einer eine nicht dargestellte Heizung enthaltende Verdampfungseinheit 1, einem Wärmetauscher 2, einem Verdichter 3, einer Vorlage 4 für den Destillationssumpf und einer Vorlage 5 für das Reindestillat dargestellt. Nicht näher bezeichnete Verbindungsleitungen verbinden die einzelnen Elemente miteinander. Es wird deutlich, daß der in der Verdampfungseinheit 1 erzeugte heiße Brüden von dem Verdichter 2 gefördert und anschließend in zwei Teilströme aufgeteilt wird. Dabei dient der in der Zeichnung linke Teilstrom der Reinigung von ölbehafteten Spänen in einer dem Verdichter 3 nachgeschalteten Spanentölungseinheit 6. Das durch die Reinigung wieder verschmutzte "Destillat" wird erneut der Verdampfungseinheit 1 zugeführt und der "Destillationskreislauf" beginnt von neuem. Der schwerer siedende Destillatrückstand wird in der Vorlage 4 gesammelt.

Das Reindestillat wird in der Vorlage 5 gesammelt. Die zu reinigenden wäßrigen Reststoffe werden in einem Wärmetauscher 2 mit dem abfließenden Reindestillat vorgewärmt.

Claims (6)

1. Verfahren zur Aufbereitung wäßriger Reststoffe, insbesondere gebrauchter Kühlschmierstoffe aus der metallverarbeitenden Industrie, gekennzeichnet durch die folgenden Schritte:

• - destillative Trennung der flüssigen Reststoffe in eine Dampfphase mit überwiegendem Wasseranteil und eine ölhaltige Phase,
• - Entnahme eines Brüdenteilstromes,
• - Durchleiten des heißen entnommenen Teilstromes durch eine Spanentölungseinheit zur Reinigung von mit Schmutz- und Schmierstoffen verunreinigten Spänen,
• - Rückführung des Teilstromes in die Destillation und
• - Gewinnung von Prozeßwasser aus den Brüden.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Aufbereitungsvorgang diskontinuierlich erfolgt.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Aufbereitungsvorgang kontinuierlich erfolgt.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die wäßrigen Reststoffe in einem Wärmetauscher mit dem abfließenden Reindestillat vorgewärmt werden.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß durch Zugabe von Additiven das physikalisch/chemische Verhalten der Phasen beeinflußt wird.

6. Vorrichtung zum Durchführen des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 5 mit einer Verdampfungseinheit (1), einem Wärmetauscher (2), einem Verdichter (3), einer Vorlage (4) für den Destillationssumpf, einer Vorlage (5) für das Reindestillat und entsprechenden Verbindungsleitungen, dadurch gekennzeichnet, daß hinter dem Verdichter (3) eine Spanentölungseinheit (6) angeordnet ist, durch die ein Teilstrom der heißen Brüden zur Reinigung der Späne geleitet wird.