DE4242517C1 - Verfahren zur biologischen Behandlung des Kreislaufwassers von industriellen Lackieranlagen - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben von indu­ striellen Lackieranlagen gemäß dem Oberbegriff des 1. Patent­ anspruches.

In der Kraftfahrzeugindustrie werden heute die aus den ver­ schiedensten Werkstoffen bestehenden Karosserien oder Karosse­ rieteile, insbesondere die metallischen Kraftfahrzeugkarosse­ rien, im Spritzlackverfahren lackiert. Diese Lackieranlagen sind mit Wäschern ausgerüstet, die Farbnebel, Lösungsmittel usw. aus der Lackierabluft abtrennen. Die Lackpartikel werden aus dem Auswaschwasser durch Koagulation und Sedimentation ab­ geschieden. Das Auswaschwasser kann trotzdem nur beschränkte Zeit im Kreislauf verwendet werden. Mikrobiologischer Befall, Aufsalzung und vor allem auch die Anreicherung an gelösten und kolloidalen organischen Lackbestandteilen in diesem Wasser führen dazu, daß es in gewissen Zeiträumen wieder erneuert werden muß. Diese Zeiträume liegen je nach dem eingesetzten Lack und der Lackieranlage zwischen einer Woche und einem Jahr. Die längeren Zeitspannen wurden bisher bei Einsatz der her­ kömmlichen Lösemittellacken erzielt. Dagegen machen die immer mehr eingesetzten wasserverdünnbaren Lacke einen häufigen Was­ serwechsel notwendig und das anfallende Abwasser besitzt eine hohe Schadstoffkonzentration.

Es ist bekannt, Abwässer chemisch-physikalisch vorzubehandeln oder mechanisch-biologisch zu klären. So ist der DE-PS 38 32 046 zu entnehmen, das Auswaschwasser aus Lackieranlagen in ei­ nem Klärbecken zu sammeln und dort mit Phosphaten zu versetzen um es zu regenerieren. Die biologische Reinigung von mit or­ ganischen Substanzen belastetem Abwasser, um es als gereinigtes Abwasser an die Umwelt abzugeben, ist aus der DE-PS 34 27 310 und der DE-OS 37 09 174 bekannt. Die Behandlung des bei der Lackierung mit Wasserlacken in der Lackieranlage anfallenden Auswaschwassers, damit dieses als gereinigtes Abwasser abge­ führt werden kann, ist aus "Oberfläche + JOT" (1969), Heft 9, Seite 64, zu entnehmen. Bei diesen Verfahren sind immer große Volumen an zu reinigendem Abwasser vorhanden und es ist eine lange Verweilzeit in den Anlagen zur biologischen Behandlung erforderlich. Durch den großen Flächenbedarf der Anlagen be­ dingt ist ein naher Standort zu der Produktionsstätte (Lackier­ anlagen) nicht möglich; insgesamt gesehen ist ein hoher Inve­ stitionsbedarf notwendig.

Bislang ist somit eine biologische Regeneration in ersicht­ licher Weise immer nur für die Reinigung des bei einem Prozeß kontinuierlich anfallenden Abwassers eingesetzt worden, welches anschließend direkt als gereinigtes Wasser in die Umwelt abge­ geben wird. Der Wasserbehandlungsprozeß ist also ein offener Strang, der vom Lackierprozeß über die Wasserreinigung in die Kanalisation führt. Man ist bisher davon ausgegangen, daß bei Lackieranlagen, der betrieblich bedingte stoßweise Abwasseran­ fall und die lange Adaptionszeit der biologischen Abwasserrei­ nigungsanlage nicht miteinander in Einklang zu bringen sind. Aus diesem Grunde hat man das Auswaschwasser bei Lackieranlagen kontinuierlich ausgetauscht und so einen annähernd gleichblei­ benden Prozeß bei der Abwasserbehandlung aufrecht erhalten. Dies bedingt jedoch einen hohen Wasserverbrauch.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde für den Betrieb von industriellen Lackieranlagen ein Verfahren zu schaffen, bei dem die Verwendungsdauer des Kreislaufwassers verlängert und somit der Wasserverbrauch reduziert wird.

Die gestellte Aufgabe wird erfindungsgemäß mit den kennzeich­ nenden Merkmalen des 1. Patentanspruches gelöst. Dank der Rezirkulation des biologisch behandelten Abwaschwassers können längere Erneuerungsintervalle zugelassen werden.

Die Verfahrensdurchführung erfolgt in der Weise, daß das aus der Lackieranlage abgeleitete Auswaschwasser in einem Behälter gesammelt wird. In diesem Behälter oder in einer im Teilstrom parallel geschalteten Einrichtung scheiden sich die koagu­ lierten Lackpartikel als flotierter oder sedimentierter Lack­ schlamm ab. Aus dem so geklärten Auswaschwasser wird ständig ein Teilstrom des prozeßspezifischen, mit organischen Sub­ stanzen beladenen Wassers abgeführt und durch ein belüftetes Gefäß hindurchgeleitet. Dieses Gefäß enthält eine an die prozeßspezifische organische Beladung des Auswaschwassers ad­ aptierte, mikrobiologische Biozönose. Während der Verweilzeit des Wassers in dem Gefäß entzieht die Biozönose dem Wasser die organische Beladung und das Wasser wird dadurch biologisch re­ generiert. Im Anschluß an diese biologische Regeneration des Wassers wird dieses durch eine Membrantrennung, z. B. in Form einer Mikro- oder Ultrafiltration geklärt, wobei auch der bio­ logische Schlamm in dem Gefäß zurückgehalten wird. Das regene­ rierte und geklärte Wasser wird anschließend in die Lackier­ anlage zur erneuten Verwendung zurückgeleitet.

Bei der Verfahrensdurchführung wird vorzugsweise dem Sammel­ gefäß für das Auswaschwasser ein in Relation zu dem zeitlichen Volumenstrom des Kreislaufwassers sehr geringer Teilstrom in einer Größe von 0,1 bis 1 Volumenprozent des Kreislaufstromes entnommen und in den Bioreaktor eingeleitet. Das Volumen des Bioreaktors selbst beträgt nur etwa 5 bis 15% des gesamten Kreislaufwasservolumens, so daß die Verweilzeit des Kreislauf­ wassers in dem Bioreaktor etwa dem hundertfachen der durch­ schnittlichen Umlaufzeit des Kreislaufwassers im Auswaschprozeß entspricht.

Sobald das Kreislaufwasser eine unzulässig starke Anreicherung mit betriebsstörenden Substanzen aufweist, wird das gesamte, stark belastete Kreislaufwasser der Lackieranlage gegen frisches Wasser ausgetauscht. Dazu wird das die Biozönose ent­ haltende Gefäß und die Membrantrennung aus dem das Frischwasser führende Wasserkreislauf herausgelöst. Das alte, stark bela­ stete Wasser wird in einem entsprechend groß dimensionierten Zwischenbehälter gespeichert. Das so zwischengespeicherte alte Wasser wird in einem Kreislauf zwischen dem Bioreaktor und dem Zwischenbehälter geführt, in dem Bioreaktor biologisch behan­ delt und dabei die Biozönose in dem Bioreaktor aktiv gehalten. Diese Kreislaufführung wird solange durchgeführt, bis sich der chemische Sauerstoffbedarf in dem alten Wasser auf die für eine Einleitung in die Kanalisation zulässigen Grenzwerte reduziert hat. Während dieser Zeitspanne wird die Lackieranlage mit bio­ logisch nicht behandeltem, zunächst frischem Wasser betrieben.

Nach einem ausreichenden Abbau des Sauerstoffbedarfs bei dem alten Wasser wird dieses aus dem Zwischenbehälter in die Kana­ lisation entleert. Der den Bioreaktor und die Membrantrennung enthaltende Teil dieses Kreislaufsystems wird von dem Zwi­ schenbehälter getrennt und wieder in den das Frischwasser füh­ renden Wasserkreislauf eingeschaltet und die biologische Rege­ neration des Kreislaufwasser in der vorher angegebenen Weise wieder durchgeführt. In dem im Kreislauf geführten neuen Aus­ waschwasser haben sich zwischenzeitlich genügend organische Substanzen angereichert, so daß die Nährstoffversorgung der Mikrobiologie des Bioreaktors gewährleistet ist.

Vorzugsweise wurde das biologisch regenerierte und geklärte Wasser vor seiner Rückführung in den Wasserkreislauf der Lackier­ anlage noch desinfiziert, insbesondere mittels einer UV- Bestrahlung und/oder durch Ozonisierung.

Für die Koagulation der Lackpartikel in dem Auswaschwasser wurden bevorzugt nur solche chemischen Substanzen zugesetzt, die selber oder mit ihren Reaktionsprodukten für die Biozönose verträglich sind und keinesfalls zu einer Aufsalzung des Was­ sers führen.

Sofern verdunstungsbedingte Wasserverluste bei dem Kreislauf­ wasser auftraten, wurden diese bevorzugt durch vollentsalztes Wasser ersetzt.

Anhand von Zeichnungen soll nachfolgend der Erfindungsgegen­ stand nach näher erläutert werden. Dabei zeigt:

Fig. 1 das Verfahrensschema einer technischen Lackier­ anlage mit der integrierten biologischen Wasser­ reinigung des Kreislaufwassers und

Fig. 2 das Verfahrensschema einer Lackieranlage, bei der das alte Wasser gegen Frischwasser ausgetauscht ist und das alte Wasser in einer Kreislaufführung mit dem Bioreaktor und der Membrantrennung für eine Einleitung als Abwasser in die Kanalisation biologisch gereinigt wird.

In der Fig. 1 bedeutet 1 die Lackieranlage, z. B. für Kraft­ fahrzeugkarosserien, aus der über eine Leitung 2 das Auswaschwasser 3 in einen Sammelbehälter 4 abgeführt wird, in dem sich die koagulierten Lackpartikel als Lackschlamm 5 ab­ scheiden. Aus dem Sammelbehälter 4 wird über eine Leitung 6 - bezogen auf den zeitlichen Volumenstrom des Kreislaufwassers - ein geringer Teilstrom 7 abgeführt und dem Bioreaktor 8 zuge­ führt, in dem die biologische Regeneration des Kreislaufwassers durch die Biozönose 9 erfolgt. Dem Bioreaktor 8 ist eine Mem­ brantrenneinrichtung 10 nachgeschaltet, durch die das biolo­ gisch regenerierte Wasser noch geklärt wird. Über eine Leitung 11 wird das biologisch regenerierte und geklärte Wasser 12 wieder der Lackieranlage 1 zugeführt. Aus dem Sammelbehälter 4 wird ein weitaus größerer Teilstrom 13 - bezogen auf den dem Bioreaktor 8 Zuge führten Teilstrom 7 - an durch Koagulation von den Lackpartikeln befreiten Auswaschwasser 3 über die Leitung 14 wieder der Lackieranlage zugeführt.

In der Fig. 2 bedeutet 1 wieder die Lackieranlage, aus der über eine Leitung 2 erneuertes, zunächst frisches Auswaschwasser 3 dem Sammelbehälter 4 zugeführt wird, und die Lackpartikel mit­ tels Koagulation als Lackschlamm 5 abgeschieden werden. Aus dem Sammelbehälter wird das Austauschwasser 3 über die Leitung 13 in die Lackieranlage 1 zurückgeführt. Aus dem Kreislaufsystem nach Fig. 1 ist der Bioreaktor 6 mit der Membrantrennung 7 heraus­ gelöst worden und das in dem Sammelbehälter 4 befindliche alte Wasser 8 in einen Zwischenbehälter 9 abgeleitet und dort ge­ speichert worden. In einer Kreislaufführung wird aus dem Zwi­ schenbehälter 9 das alte Wasser 8 über eine Leitung dem Bioreaktor 6 zugeführt, dort biologisch regeneriert und mittels der Membrantrennung 7 geklärt, um dann wieder über die Leitung 11 dem Zwischenspeicher 9 zugeführt zu werden. Diese Kreis­ laufführung des alten Wassers 8 wird solange durchgeführt, bis bei ihm die für eine Einleitung in die Kanalisation zulässigen Grenzwerte erreicht sind. Darauf wird das biologisch regene­ rierte und geklärte alte Auswaschwasser 8 als Abwasser 12 abgeleitet. Der Bioreaktor 6 mit der Membrantrennung 7 wird darauf wieder in das Kreislaufsystem für das Auswaschwasser 3 (linke Darstellung) eingebaut und das Kreislaufsystem nach Fig. 1 erhalten.

Bei einer ausreichenden Bemessung des Bioreaktors kann mit ei­ nem Bioreaktor das alte Wasser von mehreren Lackieranlagen zeitlich nacheinander behandelt werden, um es als Abwasser in die Kanalisation abzuleiten.

Die Vorteile des erfindungsgemäßen Verfahren bestehen insbe­ sondere darin, daß durch die Integration des Bioreaktors mit der Membrantrennung in den Kreislauf des Auswaschwassers der Lackieranlage die Gebrauchszeit des Auswaschwasser verlängert wird. Dadurch ergibt sich eine Reduzierung der wasserbedingten Betriebskosten der Lackieranlage. Sobald das Kreislaufwasser der Lackieranlage nicht mehr gebrauchsfähig ist, steht sofort eine betriebsfähige biologische Reinigungsanlage zur Verfügung, um das alte Wasser als Abwasser zu entsorgen. Durch die Kreis­ laufführung des Auswaschwassers ist entsprechend auch die Menge des zu entsorgenden alten Wassers geringer. Dies bedeutet wie­ derum eine geringere Belastung der öffentlichen Kläranlagen und der anfallenden Abwasserabgaben.

Claims (8)

1. Verfahren zum Betreiben von industriellen Lackieranlagen, bei dem Wasser zum Auffangen von Farbnebel und Lösungsmitteln in Spritzkabinen und/oder in Waschtürmen herabgerieselt bzw. versprüht wird, bei dem aus dem im Kreislauf geführten Wasser ständig die enthaltenen Lackpartikel koaguliert, sedimentiert oder flotiert und dem Wasserkreislauf entzogen werden, bei dem ferner das Kreislaufwasser in gewissen Abständen infolge einer eingetretenen, unzulässigen starken Anreicherung mit betriebsstörenden Substanzen verworfen und gegen frisches Was­ ser ausgetauscht wird, dadurch gekennzeichnet,

• - daß nach dem Entzug der Lackpartikel ständig ein Teilstrom des prozeßspezifischen, mit organischen Substanzen bela­ denen Wassers durch ein belüftetes Gefäß (Bioreaktor) hin­ durchgeleitet wird, das eine an die prozeßspezifische or­ ganische Beladung als Nähstoffangebot adaptierte, mikrobiologische Biozönose enthält, wobei die Biozönose dem Wasser während dessen Verweilzeit in dem Gefäß die orga­ nische Beladung entzieht und so das Wasser biologisch re­ generiert und
• - daß im Anschluß an die biologische Regeneration das Wasser durch eine Membrantrennung in Form einer Mikro- oder Ul­ trafiltration geklärt und das geklärte Wasser in die Lackier­ anlage zurückgeleitet wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,

• - daß im Falle einer unzulässig starken Anreicherung des Kreislaufwassers mit betriebsstörenden Substanzen das ge­ samte, stark belastete Kreislaufwasser auf einmal gegen frisches Wasser ausgetauscht wird,
• - wobei der die Biozönose und die Membrantrennung enthaltende Teil des Kreislaufsystems aus dem das Frischwasser führen­ den Wasserkreislauf herausgelöst wird,
• - wobei das alte, stark belastete Wasser zunächst in einem entsprechend groß dimensionierten Zwischenbehälter gespei­ chert wird,
• - das so zwischengespeicherte, alte Wasser aufgrund einer Kreislaufführung zwischen dem Bioreaktor und dem Zwischen­ behälter bis zur Reduzierung des chemischen Sauerstoffbe­ darfes auf die für eine Einleitung in die Kanalisation zu­ lässigen Grenzwerte biologisch behandelt und dabei gleich­ zeitig die Biozönose im Bioreaktor weiterhin aktiv gehalten wird,
• - wobei während dieser Zeitspanne die Lackieranlage mit bio­ logisch nicht behandelten, zunächst frischem Wasser be­ trieben wird,
• - nach einem ausreichenden Abbau des Sauerstoffbedarfs des alten Wassers dieses aus dem Zwischenbehälter in die Kana­ lisation entleert und
• - der den Bioreaktor und die Membrantrennung enthaltende Teil des Kreislaufsystems wieder in den Frischwasser führenden Wasserkreislauf eingeschaltet und die biologische Regene­ ration des Kreislaufwassers der Lackieranlage wieder auf­ genommen wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die biologische Regeneration bei einem in Relation zum zeitlichen Volumenstrom des Kreislaufwassers sehr geringen Teilstrom in der Größe von etwa 0,1 bis 1 Volumenprozent des Kreislaufstromes durchgeführt wird.

4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Verweilzeit des Kreislaufwassers in dem Bioreaktor etwa dem hundertfachen der durchschnittlichen Umlaufzeit des Kreis­ laufwassers im Auswaschprozeß entspricht.

5. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das biologisch regenerierte und geklärte Wasser vor seiner Rückführung in den Wasserkreislauf desinfiziert wird, insbe­ sondere durch eine UV-Bestrahlung und/oder durch eine Ozonisierung.

6. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß für die Koagulation der Lackpartikel in dem Auswaschwasser nur chemische Substanzen eingesetzt werden, die selber oder mit ihren Reaktionsprodukten für die Biozönose verträglich sind und keinesfalls zu einer Aufsalzung bei dem Kreislaufwasser führen.

7. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß verdunstungsbedingte Wasserverluste bei dem Kreislaufwasser durch vollentsalztes Wasser ersetzt werden.

8. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß bei dem Betrieb der industriellen Lackieranlage Wasserlacke allein oder zusammen mit Lösemittellacken eingesetzt werden.