p r o d u k t i o n | U m w e lt t e c h n i k Verdampferanlagen senken Entsorgungskosten Die entsorgung von verbrauchten kühlschmierstoffen und anderen Flüssigabfällen aus der mechanischen metallbearbeitung ist oft mit erheblichen kosten und aufwand verbunden. Durch eine Volumenreduzierung mit Verdampfer- oder Ultrafiltrationsanlagen können entsorgungs- und transportkosten stark reduziert werden. Patrick Fischer D urch den Entzug von Wasser mittels Verdampferanlagen können die zu entsorgenden Mengen an wässrigen Abfällen um circa 90% reduziert werden. Neben der Entlastung des Straßenverkehrs steht natürlich für den Verursacher des Abfalls vor allem die Reduzierung der Entsorgungskosten im Vordergrund. Die bei der Der Autor ist Sales Manager bei der Gütling Wassertechnologie GmbH in 70736 Fellbach, Tel. (07 11) 51 85 50-1 41, [email protected] mechanischen Bearbeitung eingesetzten Kühlschmierstoffe werden durch verschiedene Verfahren wie die Filtration und durch Zugabe von Chemikalien so lange wie möglich genutzt. Es kommt aber der Tag, an dem der Kühlschmierstoff neu angesetzt werden muss sowie der alte verworfen wird. Die Entsorgungskosten für einen Kubikmeter verbrauchter Emulsion sind regional unterschiedlich. Preise im Bereich von 45 bis 100 Euro pro Kubikmeter sind aber durchaus realistisch. Leicht können hier die Entsorgungskosten zu einem unberechenbaren Kostenfaktor werden, zumal gerade in wirtschaftlich guten Zeiten die Preise der Entsorgungsunternehmen deutlich anziehen. Dies liegt auch daran, dass die Kapazitäten zur Behandlung dieser Abfälle begrenzt sind. Je nach Größe eines Betriebes fallen im Schnitt circa 2 bis 12 m³ verbrauchter Kühlschmierstoff oder andere Abwässer pro Tag an. Geht man von einem durchschnittlichen Betrieb mit etwa 6 m³ pro Tag aus, ergibt dieses bei 260 Arbeitstagen ein zu entsorgendes Volumen von 1560 m³ im Jahr. Durch den Einsatz einer Verdampferanlage kann das zu entsorgende Abwasservolumen auf 100 bis 156 m³ im Jahr reduziert werden. Dieses bedeutet eine 90-prozentige Reduzierung des Entsorgungsvolumens sowie der notwendigen Transporte. Eine typische Altemulsion ist in der Regel neutral bis alkalisch und im Wesentlichen verunreinigt durch Schwermetallionen wie Eisen, Kupfer, Zink und Bor, Tenside, Öle und Fette sowie Salze. Bild: Gütling Destillate von Flüssigabfällen enthalten weniger Verunreinigungen Wässrige Abfälle aus der Metallbearbeitung lassen sich leichter und kostengünstiger entsorgen, wenn man das Wasser mit einem Verdampfer entzieht. 34 MM Maschinenmarkt 19/2010 Die Lösungen zeichnen sich durch einen hohen CSB-Wert ( >10 000mg/l) und hohe Leitfähigkeit aus ( >1000 µS/cm). Die Tabelle zeigt eine Analyse mit den wichtigsten Inhaltsstoffen einer verbrauchten Kühlschmierstoffemulsion sowie Angaben zur erreichten Qualität im vom Verdampfer erzeugten Destillat. Zur Aufkonzentrierung von Abwässern stehen verschiedene Verdampferverfahren zur Verfügung. Im Wesentlichen unterscheiden sich diese durch U M W E LT T E C H N I K | P R O D U K T I O N Verbrauchte Kühlschmierstoffemulsion und Destillat im Vergleich. Parameter verbrauchte Kühlschmierstoffemulsion produziertes Destillat (Kondensat) nach dem Vakuumverdampfen pH 9,2 9,5 Feststoffe bei 105 °C % 12,8 0 Leitfähigkeit 20 mS/cm 2720 CSB mg/l 322 000 255 Chloride mg/l 74,0 < 1,0 Ammonium mg/l 14,0 < 3,0 Sulphat mg/l 55,0 < 1,0 Fluoride mg/l 76,0 < 1,0 Öl (gesamt) mg/l 53 000 6,0 Bor mg/l 200 < 1,0 Eisen mg/l 37,6 <0,1 Kupfer mg/l 1170 0,9 Bild 1: Der Vakuumverdampfer Typ E 6000 mit Wärmepumpe und Zwangsumlaufsystem ist für kleinere Mengen wässriger Abfälle geeignet. Quelle: Verfasser die Verdampfungstemperatur, den zu erzielenden Konzentrationsfaktor, das Reinigungssystem und den Energieverbrauch. Die Verdampfermarke Evaled des Veolia-Konzerns bietet eine umfassende Auswahl an verschiedenen Typen: ▶ Für kleinere Abwassermengen werden häufig Vakuumverdampfer (Typ E) mit Wärmepumpe und Zwangsumlaufsystem eingesetzt. Der Vorteil ist die niedrige Verdampfungstemperatur von 30 bis 40 °C, welche Verkrustungen vermeidet und auf diese Weise lange für kontinuierliche Bedingungen sorgt. Die erzeugte Destillatqualität ist sehr gut; der Verdichter, welcher das Herzstück einer jeden Verdampferanlage ist, kommt nicht in Kontakt mit dem erzeugten Kondensat. Diese Systeme arbeiten robust und zuverlässig. Vakuumverdampfer mit Schaber für Abfälle mit viel Öl oder Feststoffen ▶ Wird eine höhere Aufkonzentrierung gewünscht oder ist in dem Ausgangsmedium der Anteil von Öl und Feststoffen recht hoch, bieten sich Vakuumverdampfer (Typ R) mit Wärmepumpe und einem Schabersystem im Kessel an. Durch ständiges „Abschaben“ der Heizfläche wird diese freigehalten. Das System reinigt sich kontinuierlich selbst während des Verdampfungsprozesses. Aufwendige Reinigungsarbeiten entfallen. Eingesetzt werden solche Verdampfer beispielsweise als zweite Stufe hinter einem Standardverdampfer oder nach einer Ultrafiltrationsanlage, um das Konzentrat weiter einzudicken. ▶ Die sogenannten Brüdenverdichter (Typ TC) zeichnen sich durch einen sehr niedrigen Energieverbrauch aus. Die Verdamp- MM Maschinenmarkt 19/2010 35 P R O D U K T I O N | U M W E LT T E C H N I K fungstemperatur liegt bei circa 85 °C. Auch hier wird das sogenannte Zwangsumlaufsystem eingesetzt, um den Wärmeaustauscher möglichst lange freizuhalten und Reinigungszyklen deutlich zu reduzieren. Nachteilig wirkt sich die hohe Verdampfungstemperatur der Brüdenverdichter auf die Destillatqualität und die Schaumbildung aus. Da der Verdichter bei den Brüdenverdampfern in direkten Kontakt mit dem erzeugten Dampf kommt, ist hier auf die richtige Materialauswahl zu achten beziehungsweise darf das Medium nicht zu aggressiv sein. Für spezielle Anwendungen oder für Kunden, die zur Energieversorgung Heiß- und Kaltwasser bereitstellen können, gibt es die Vakuumverdampfer Typ EW und RW. Die Besonderheit des RW-Verdampfers ist, dass man mit dieser Anlage bis zu einem Feststoff aufkonzentrieren kann. Dadurch wird eine extreme Volumenreduzierung erzielt beziehungsweise kann im Konzentrat zum Beispiel ein sehr hoher Ölanteil erreicht werden, welcher die Entsorgung einfacher macht, da dieses Konzentrat gut zur Verbrennung ist. Unterschiedlicher Verdampfertypen für unterschiedliche Anforderungen Abhängig davon, wie sich das Abwasser des Kunden darstellt, sollte man Vor- und Nachteile der einzelnen Verdampfertypen gegenüberstellen, um das am besten geeignete Verfahren dem Kunden anbieten zu können. Weil das Destillat in den meisten Fällen nur gereinigtes und entsalztes Wasser ist, sollte versucht werden, dieses weitgehend in den Produktionsprozess zurückzuführen. Dadurch werden ebenfalls eine Einleitung in Bild 2 (links): Ein Brüdenverdichter ermöglicht die Konzentration wässriger Abfälle bei geringem Energieeinsatz. Bild 3 (unten): Die Funktionsweise eines Vakuumverdampfers mit Schaber: Bilder: Gütling a Verdampferkessel, b Kompressor, c Vakuumsystem. 36 MM Maschinenmarkt 19/2010 die Kanalisation und die damit verbundenen Kosten für die behördliche Genehmigung vermieden. Jedoch können im Destillat, abhängig vom Ausgangsmaterial, noch einige organische Substanzen verbleiben. Diese können zum Wachstum von Mikroorganismen beitragen, wie Bakterien- und Pilzbildung. Durch rasche Rückführung sowie Dosierung eines Bakterizids oder Einsatz eines UV-Systems lässt sich dieses jedoch vermeiden. Natürlich können auch leichtflüchtige Stoffe wie kurzkettige Kohlenwasserstoffe in das Destillat gelangen. Hier wird dann eine Nachbehandlung des Destillates notwendig. Dabei können durch Einsatz von einfachen Verfahren wie eines speziellen Fällungsmittels oder eines Aktivkohlefilters die erforderlichen Grenzwerte erreicht werden. Unter den Wiederverwendungsmöglichkeiten gibt es zum Beispiel das Nachfüllen von Verdunstungsverlusten in Kühlsystemen oder den Einsatz als Waschwasser. Bei sehr guter Qualität kann das Destillat auch zum Neuansatz der Kühlschmiermittel eingesetzt werden. Für die letztere Verwendungsmöglichkeit muss die Destillatqualität den allgemeinen für Verdünnungslösungen zutreffenden Anforderungen entsprechen, unter anderem: ▶ pH-Wert; ▶ Salzgehalt; ▶ Härte; ▶ Temperatur; ▶ mikrobiologische Belastung. Komplettes Management der Abwasser- und Entsorgungsströme Für die meisten Unternehmen ist das entstehende Abwasser aus dem Produktionsprozess ein notwendiges Übel, welches Arbeit und Kosten verursacht. Die Betreuung der Behandlungsprozesse erfordert Personaleinsatz, den in den meisten Fällen Mitarbeiter aus der Produktion nebenbei erbringen müssen. Der Veolia-Konzern bietet hier ein komplettes flächendeckendes Management der Abwasser- und Entsorgungsströme an, sodass der Endkunde nur noch für eine Dienstleistung bezahlt und sich dann im Wesentlichen auf seine Produktion konzentrieren kann. Dieses Management beinhaltet vor allem die Errichtung und Betreibung zum Beispiel einer Verdampferanlage sowie die Entsorgung der Restkonzentrate. Im Hinblick auf immer dünner werdende Personaldecken und die Fixierung auf das eigene Produkt erhalten Unternehmen somit die Möglichkeit, sich auf ihre Kernkompetenzen zu konzentrieren. MM