DE4340529A1 - Verfahren und Vorrichtung zur Aufbereitung von schadstoffhaltigen, wäßrigen Lösungen zur Einsparung von Entsorgungskosten und Deponiekapazitäten - Google Patents

Verfahren und Vorrichtung zur Aufbereitung von schadstoffhaltigen, wäßrigen Lösungen zur Einsparung von Entsorgungskosten und Deponiekapazitäten

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Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Behandlung von, im Sinne des Wasserhaushaltsgesetzes WHG, Anhang 40, schadstoffhaltigen, wäßrigen Lösungen, z. B. abgearbeitete Kühlschmierstoff-Emulsionen (KSS) aus der metallbe- und verarbeitenden Industrie zur Einsparung von immer knapper werdenden Deponiekapazitäten und drastischer Verringerung der Entsorgungskosten.
Die Entsorgungskosten betragen z. Zt., je nach Region und Schadstoffgehalt, 500,- bis 1500,- DM/pro Tonne.
Das Verfahren beruht auf der Verwendung und Kombination von Membrantechniken. Es benötigt, bis auf geringe Mengen voll biologisch abbaubarer Membran-Reinigungsmittel keinerlei Chemikalien und ist ebenfalls sehr sparsam im Energie­ verbrauch.
Die Entsorgungskosten beim Verursacher können mit diesem Anlagenkonzept um bis zu 90% gesenkt werden.
Die Behandlung der schadstoffhaltigen, wäßrigen Lösungen erfolgt in der ersten Stufe durch eine "cross-flow" Filtration mittels Membranen die sich durch ihr Rückhaltevermögen für emulgierte Öle auszeichnen. Diese Membranen sind aufgrund ihrer Porenweite in den Bereich der Ultrafiltration einzustufen.
Dabei werden die schadstoffhaltigen, wäßrigen Lösungen im Kreislauf durch die Membran gedrückt. Das Filtrat wird in einem Zwischenbehälter gesammelt und dann einem zweiten Verfahrensschritt zugeführt. Das Konzentrat läuft wieder in den Ausgangsbehälter zurück. Dabei konzentrieren sich die in der Ausgangslösung enthaltenen Schadstoffe immer mehr auf. Parallel zu dieser Filtration werden die sich durch die Aufkonzentrierung abscheidenden freien Ölanteile mit einem Ölskimmer abgezogen und wiederum separat aufgefangen. Diese können als Altöl entsorgt werden.
Um ein Membranfouling zu unterdrücken wird die Durchfluß­ richtung innerhalb der Membran alternierend gewechselt. Dieses Wechseln der Durchflußrichtung kann zeitabhängig, oder über eine Differenzdruckmessung gesteuert werden.
Je nach Art der zu verarbeitenden schadstoffhaltigen, wäßrigen Lösungen lassen sich Aufkonzentrierungswerte bis zu 90% erreichen.
Das aus der ersten Aufbereitungsstufe gewonnene Filtrat wird anschließend einer weiteren Aufbereitung durch Membranen unterworfen.
Diese Membranen sind durch ihre Porenweite bereits im Bereich der Umkehr-Osmose einzustufen.
Werden Flüssigkeiten unterschiedlicher Konzentration durch eine für Wasser durchlässige, jedoch für im Wasser gelöste und natürlich auch ungelöste Stoffe undurchlässige Membran getrennt, so wird Wasser aus der Lösung geringerer Konzentration durch die Membran wandern und die konzentrierte Lösung verdünnen.
Wird jedoch auf die konzentrierte Lösung ein größerer Druck als der osmotisch Druck ausgeübt, kehrt sich die Fließrichtung des Wassers um. Es wird also Wasser aus der konzentrierten Lösung durch die Membran gedrückt, wobei die Konzentration weiter ansteigt.
Das Permeat besteht aus quasi sauberem Wasser und kann entweder dem öffentlichen Kanalnetz zugeführt oder betriebsintern weiter verwendet werden.
Um ein Membranfouling zu unterdrücken wird die Durchfluß­ richtung innerhalb der Membran alternierend gewechselt. Dieses Wechseln der Durchflußrichtung kann zeitabhängig oder über eine Differenzdruckmessung gesteuert werden.
Die Lösung erfolgt durch Ausgestaltung gemäß den Ansprüchen.
Es zeigen:
Abb. 1 Prinzipschema der Querstrom-Ultrafiltrationsanlage zur Aufbereitung ölhaltiger Abwässer.
Die Altemulsion wird in den Arbeitstank (3) über eine entsprechende Ventilsteuerung aus einem Vorratsbehälter eingelassen. Ein Ölskimmer (2) zieht die aufschwimmenden, freien Ölanteile ab. Über eine Pumpe (7) wird die Emulsion durch einen Vorfilter (8) durch die Querstrom- Filtrationseinheit (12) durchgedrückt. Es handelt sich dabei um eine oder mehrere Flachmembranen, die in einer planparallelen Einspannvorrichtung eingepaßt sind. Die Porengrößen der verwendeten Flachmembranen betragen je nach Membrantype zwischen 5000 und 100.000 Dalton.
Es können auch mehrere verschiedene Membrantypen mit unterschiedlicher Porengröße gleichzeitig zum Einsatz kommen. Die aktive Membranschicht kann aus Cellulosetriacetat, Celluloseacetat Polysulfon oder Polysulfonamid gefertigt sein.
Um ein Fouling der Membranen zu unterdrücken ist eine durch Magnetventile alternierend wechselnde Strömungsrichtung im Innern der Membranen (autom. Feedumkehr 9 ) gewährleistet.
Die Querstrom-Ultrafiltrationsanlage verläßt ein Filtrat mit Öl-Gehalten weit unter 1 mg/l (Grenzwert z.Zt. 10 mg/l). Im Filtrat sind jedoch noch Schwermetalle und CSB verursachende Tenside, die eine Einleitung in das öffentliche Kanalnetz verbiete, enthalten.
Dieses Filtrat wird dann im zweiten Verfahrens schritt einer Entfernung dieser noch enthaltenen Schadstoffe unterzogen.
Abb. 2 Prinzipschema der Membran-Filtrationsanlage zur weiteren Behandlung von Abwässern.
Das aus der ersten Stufe gewonnene Filtrat, welches noch Schwermetalle und einen erhöhten CSB-Gehalt aufweist wird in der zweiten Aufarbeitungsstufe ebenfalls chargenweise im Kreislauf mit einem Druck von, je nach Membrantype, 10 bis 60 bar durch das Membranmodul gepreßt. Die Überströmung (Verhältnis des Gesamtdurchflusses durch die Membran zur gewonnenen Permeatmenge) über die Membranfläche muß zur Verhinderung eines Abfalls der Permeatleistung durch Foulingeffekte durch eine entsprechende Pumpenauswahl hoch (im Bereich von 5 : 1 bis 30 : 1) gehalten werden.
Zusätzlich wird auch hier noch eine Feedumkehr zur Ver­ hinderung größerer Deckschichtbildungen auf der Membran eingebaut.
Abb. 3 Schema zur automatischen Reinigung bei Querstrom- Filtrations- und Menbran-Filtrations Anlagen.
Dazu wird die Druckpumpe der Anlage wahlweise über ein Zeit- oder Differenzdruck-Signal abgeschaltet. Bei Querstrom­ filtrationsanlagen wird nach einer Zeitverzögerung von 5-10 sec. über zwei 3/2 Wege-Ventile (3) ein kurzer Spülkreislauf, bestehend aus Reinigungsmittelpumpe (1), Reinigungsmitteltank (2) und Filtrationsmodulen (4) geschaltet.
Bei Membrananlagen nach dem Prinzip der Umkehrosmose wird vor dem eigentlichen Reinigungsprozeß die im Membrandruckrohr enthaltene schadstoffhaltige Lösung mit einer Wasserspülung aus dem System gedrückt und in den Vorratsbehälter zurückgeleitet.
Dies geschieht nur zum Zwecke der Schonung des/der Reinigungsmittel.
Die Dauer der eigentlichen Reinigungsphasen erfolgt zeit­ gesteuert und betragen je nach Anwendung zwischen 0,5 und 15 min.
Abb. 4 Fließschema zur Kombination von Querstrom-Ultra- Filtration mit Umkehrosmose zur Aufbereitung von nach WHG Anhang 40, schadstoffhaltigen wäßriger Abfällen (z. B. KSS).
Die Altemulsionen werden in einem Vorratstank gesammelt. Während einer ca. 24 stündigen Beruhigungszeit setzen sich noch darin enthaltene Partikel (u. a. Spane) ab. Freie Ölanteile schwimmen auf. Die abgesetzten festen Partikel werden gesammelt und als Schlamm entsorgt. Die aufschwimmenden freien Ölanteile können bereits hier mit einem Ölskimmer abgestimmt werden.
Über eine Pumpe wird die verbleibende Emulsion in den Arbeitstank der Querstrom-Filtration eingebracht. Darin erfolgt eine Abtrennung der emulgierten Öle. Dazu wird die Emulsion im Kreislauf durch das Filtrationsmodul gepumpt. Das klare Filtrat wird in den Arbeitstank der Membranfiltration weitergeleitet.
Das Volumen des verbleibenden Restkonzentrates beträgt je nach Art des KSS etwa 5 bis 15% und wird zusammen mit dem bereits vorher abgeskimmten Öl gesammelt und einer geregelten Entsorgung zugeführt.
Das nun im Arbeitstank der Membranfiltration sich befindende klare, praktisch ölfreie Filtrat wird ebenfalls im Kreislauf unter erhöhtem Druck durch die Membranfiltration gepreßt. Dabei konzentrieren sich die Schwermetalle und CSB verursachenden Stoffe immer weiter aus. Das durch die Membran hindurch diffundierte Wasser ist bis auf den unvermeidlichen Schlupf praktisch frei von den in der Ausgangslösung enthaltenen Schadstoffen und kann ohne weiteres betriebsintern als Prozeßwasser weiterverwendet oder nach den Anforderungen des WHG zugelassenen Abwasser direkt einer öffentlichen Kläranlage zugeführt werden.
Das verbleibende Restkonzentrat wird ebenfalls gesammelt und einer geregelten Entsorgung zugeführt.

Claims (14)

1. Verfahren zur Aufbereitung von schadstoffhaltigen, wäßrigen Lösungen zur Einsparung von Entsorgungskosten und Deponiekapazitäten bestehend aus einer Kombination einer Querstrom-Filtration und einer Membran-Filtration.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet daß, die Querstrom-Filtrationseinheit mit Flachmembranen in Modulbauweise, oder Rohrmembranen ausgestattet ist.
3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet daß, die Filtrationsmodule zur Erreichung höherer Filtrations­ leistungen auch parallel oder in Reihe geschaltet verwendet werden können.
4. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet daß, die Filtrationsmodule aus organischen Materialien gefertigt, vorzugsweise aus Celluloseacetat, Cellulosetriacetat, hydriertes Celluloseacetat, Polysulfon oder Polysulfonamid sind.
5. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet daß, Filtrationsmodule mit einem "cut off" (Ausschlußgrenze) zwischen 1000 und 100.000 Dalton, vorzugsweise zwischen 5000 und 20.000 Dalton eingesetzt werden.
6. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet daß, die Filtrationsmodule zur Verhinderung von Verlusten in der Filtrationsleistung mit einer automatischen Zeit- oder Differenzdruck abhängig gesteuerten Umkehrung des Durch­ flusses betrieben werden.
7. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet daß, der Arbeitsdruck am Eingang des Filtrationsmoduls zwischen 1 und 10 bar, vorzugsweise zwischen 2,5 und 5 bar eingestellt wird.
8. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet daß, die Membran-Filtrationseinheit mit gewickelten Membranen in Modulbauweise aufgebaut ist.
9. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet daß, die Membranen aus organischen Materialien gefertigt, vorzugs­ weise aus Celluloseacetat, Cellulosetriacetat, Polysulfon, Polysulfonamid oder PTFE sind.
10. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet daß, die eingesetzten Membranmodule mit einem "cut off" (Ausschlußgrenze) zwischen 50 und 5.000 Dalton, vorzugsweise zwischen 100 und 1.000 Dalton eingesetzt werden.
11. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet daß, der Eingangsdruck an der/den Membranen zwischen 3 und 70 bar, vorzugsweise zwischen 10 und 50 bar eingestellt ist.
12. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet daß, die Strömungsrichtung in den Membranmodulen zur Verhinderung des Abfalls der Permeatleistung zeit- oder differenzdruckabhängig gewechselt wird.
13. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet daß, das Verhältnis des Gesamtdurchflusses durch ein Membran­ modul zur gewonnenen Permeatmenge pro Modul im Bereich von 5 : 1 bis 50 : 1, vorzugsweise im Bereich zwischen 8 : 1 und 15 : 1 eingestellt ist.
14. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet daß, beide Filtrationseinheiten mit einer automatischen arbeitenden Reinigungseinheit versehen sind.
DE19934340529 1993-11-29 1993-11-29 Verfahren und Vorrichtung zur Aufbereitung von schadstoffhaltigen, wäßrigen Lösungen zur Einsparung von Entsorgungskosten und Deponiekapazitäten Withdrawn DE4340529A1 (de)

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Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO1996016905A1 (de) * 1994-11-29 1996-06-06 Upt Gesellschaft Für Umweltkompatible Prozesstechnik Mbh Verfahren zur aufbereitung von brüdenkondensat mittels umkehrosmosemembranen
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FR2789328A1 (fr) * 1999-02-04 2000-08-11 Far Procede d'epuration des eaux contenant des agents tensioactifs par filtrations tangentielles successives et installation de mise en oeuvre du procede
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DE102006047681A1 (de) * 2006-10-09 2008-04-10 Lk Metallwaren Gmbh Verfahren und Vorrichtung zur Behandlung von Abwässern einer Metallgießerei

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