DE4328151C2 - Vorrichtung und Verfahren zur Aufbereitung verschmutzter, insbesondere öl- und emulsionsbehafteter Stoffe - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Aufbereitung verschmutzter, insbesondere öl- und emulsionsbehafteter Stoffe und ein entsprechendes Aufbereitungsverfahren gemäß den Oberbegriffen der Patentansprüche 1 und 14.

Vorrichtungen und Verfahren zum Aufbereiten verschmutzter Stoffe, wie beispielsweise zur Reinigung verschmutzter Metallspäne oder verunreinigten Erdreichs sind in verschiedensten Ausführungen bekannt.

Eine solche Vorrichtung ist aus der DE 30 08 720 C2 bekannt. Dort ist eine Restbetonaufbereitungsanlage beschrieben, die einen aufwärts fördernden Wendelwucht-Förderer aufweist, der mit einem doppelten als Siebboden ausgebildeten Boden ausgestattet ist. Der zu reinigende Restbeton bewegt sich in Form einer relativ dünnen, einlagigen Schicht auf dem Siebboden des Wendelwucht-Förderers aufwärts. Das aus den Waschdüsen austretende Fluid kann daher nur in einem kleinen Bereich um die Waschdüsen auf den Restbeton einwirken, da es nach Durchdringen des Restbetons sofort durch den Siebboden abtropft. Das Reinigungsfluid steht daher nicht mehr für die Reinigung des weiter unten auf dem Wendelwucht-Förderer befindlichen Restbetons zur Verfügung.

Bei dieser bekannten Vorrichtung handelt es sich also um eine Aufbereitungsvorrichtung, die nach dem Kreuzstromprinzip arbeitet und ist mit dem Nachteil eines sehr hohen Reinigungsfluidverbrauches verbunden.

Des weiteren sind Aufbereitungsvorrichtungen bekannt, die in einem Neigungsbereich zwischen 10° und 70° relativ zum Boden verstellbar sind (DE 41 35 999 A1) oder bei denen die gleichfalls in einem Winkel zur vertikalen realisierte Förderung mit Hilfe einer mit Paddeln besetzte Hohlwelle einhergeht (DE 32 10 973 A1). Die geneigte Anordnung der Aufbereitungsvorrichtung führt jedoch dazu, daß das aufzubereitende Gut nicht gleichmäßig mit Reinigungsfluid in Berührung kommt.

Aus der DE 34 32 702 A1 ist eine Aufbereitungsvorrichtung bekannt, bei der mehrere hintereinander angeordnete Waschtrommeln vorhanden sind, die mit einer Laugenfüllung versehen sind, welche nur diskontinuierlich gereinigt werden kann. Dabei findet lediglich eine relative Strömung zwischen aufzubereitendem Gut und Lauge statt. Bei dieser Vorrichtung werden das aufzubereitende Gut und Reinigungsfluid mehrfach durchmischt, das Reinigungsfluid kann somit nicht optimal ausgenutzt werden.

Des weiteren ist ein Aufbereitungsverfahren bekannt, bei dem das aufzubereitende Gut im Gegenstrom durch ein Extraktionsmittel gefördert wird und wobei ein Förderelement zur Förderung des Feststoffes von unten nach oben zum Einsatz kommt. Auch hier ist jedoch eine geneigt angeordnete Förderschnecke beschrieben (W.H. Rulkens, J.W. Assink: Extraction as a Method For Cleaning Contaminated Soil: Possibilities, Problems and Research. In: Hazardous Material Control Research Institut; Silver Spring, Md/USA). Schließlich ist aus "Ullmanns Encyklopädie der technischen Chemie, 4. Auflage, Bd. 2, Verlag Chemie, Weinheim/Bergstr. 1972, S. 608-609" eine Vorrichtung zur Adsorption im Gegenstrom bekannt. Bei dieser Aufbereitungsvorrichtung wird die Zuführung von Adsorptionsmittel jedoch von oben nach unten realisiert, um den Abrieb des Adsorptionsmittel zu verringern und die - grundsätzlich - störanfälligen Transporteinrichtungen für den Feststoff zu vermeiden.

Wenn im folgenden von lediglich zu reinigenden Stoffen die Rede ist, so soll dies keine Beschränkung darstellen, sondern es sollen damit sämtliche verschmutzten Güter, die einem Reinigungsprozeß unterworfen werden müssen, betrachtet werden. Im folgenden werden bekannte Reinigungsverfahren am Beispiel der Reinigung von durch beispielsweise Kühlschmierstoffe belastete Metallspänen näher beschrieben.

In der Bundesrepublik Deutschland fallen pro Jahr 1,2 Mio. t ölhaltige Rückstände nur im Bereich der spanabhebenden Metallbearbeitung an Metallspänen an. Metallspäne sind begehrte Rohstoffe bei diversen Metallgewinnungsprozessen. Ihr Wiedereinsatz in Schmelzen führt zur Verdampfung der noch anhaftenden Verunreinigungen und unterliegt vielfältigen chemischen Veränderungen. Unvollständig abgereinigte Späne tragen daher in nicht unerheblichem Maße zur Erhöhung von Emissionen bei. Eine Verringerung des Eingangsölgehaltes, d. h. eine Reinigung der Späne, führt zu geringeren Emissionen, so daß auch schärfere Emissionsgrenzwerte bei der Wiedereinschmelzung solcher Späne zuverlässig eingehalten werden können. Angestrebt werden Eingangsölgehalte von < 0,2 Gew.-%.

Großtechnische Verfahren zur Entölung von Metallspänen bieten sich für Erzeuger- und Verwerterbetriebe an. Hierzu gehören einerseits, die thermische Spänetrocknung im Drehrohrofen mit Abgasnachbehandlung - häufig bei der Behandlung von Aluminiumspänen angewandt - und die Spänewäsche mit alkalischen Waschmedien. Beide Verfahren erfordern hohe Investitionen und einen großen Mengendurchsatz, d. h. sie sind wirtschaftlich dezentral bei kleineren und mittelständischen Betrieben mit verhältnismäßig geringen Spänemengen nicht einsetzbar. Außerdem werden die alkalischen Waschverfahren in jüngerer Zeit nicht mehr so gerne eingesetzt, weil die beladene Waschlösung bei der Aufbereitung stark aufsalzt und nicht mehr ohne aufwendige Nachbehandlung (z. B. Umkehrosmose-Technik) in den Reinigungsprozeß zurückgeführt werden kann.

Des weiteren sind Verfahren bekannt, welche zur Spanentölung brennbare Lösungsmittel einsetzen. Auch diese Verfahren eignen sich jedoch nicht für kleinere und mittelständische Unternehmen, weil aufwendige Apparaturen nach Kriterien des Explosionsschutzes gefertigt und gewartet werden müssen. Aus ökologischen Gründen ist ferner der Einsatz von FCKW zur Spanentölung nicht mehr gefragt.

Darüber hinaus gibt es noch als weitere Möglichkeit zur Spänereinigung das Zentrifugieren. Zentrifugen werden üblicherweise ab einem Späneaufkommen von ca. 350 kg/h eingesetzt. Das Betreiben einer diskontinuierlich arbeitenden Zentrifuge mit einem Investitionsaufwand von ca. 15.000,-- bis 20.000,-- DM zeichnet sich durch einen hohen Bedienungsaufwand auf, der aufgrund des geringen Mengendurchsatzes dieses Verfahren unwirtschaftlich macht. Außerdem stellt das Zentrifugieren bei gleichzeitigem Wiedereinsatz der Kühlschmierstoffe im Fertigungsprozeß lediglich eine Vorbehandlung der Späne dar. Schließlich sind noch das Waschen der Späne mit Wasser bei einer Temperatur von ca. 60°C und unter Einsatz von Tensiden in Rührkesselkaskaden bekannt.

Die bekannten Verfahren sind hinsichtlich ihrer Wirtschaftlichkeit und Umweltverträglichkeit nachteilig oder aber so aufwendig, daß sich ihr Einsatz in kleineren und mittelständischen Unternehmen nicht mehr rechnet. Gängige Waschverfahren haben darüber hinaus den Nachteil, daß nur ein Teil des Apparatebauvolumens für die eigentliche Aufgabe genutzt wird. Weiterhin muß, z. B. bei Kaskadenwaschverfahren, das Gut durch die einzelnen Rührkessel geschleust werden, was zusätzliche Investitions- und Energiekosten bedingt.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Aufbereitung verschmutzter, insbesondere öl- und emulsionsbehafteter Stoffe zu schaffen, welche mit geringem technischen Aufwand und hoher Wirtschaftlichkeit ein zuverlässiges Aufbereiten der verschmutzten Stoffe ermöglichen. Des weiteren soll die Vorrichtung bzw. das Verfahren universell verwendbar und dadurch zur Aufbereitung unterschiedlichster verschmutzter Stoffe einsetzbar sein.

Vorrichtungsmäßig wird die zuvor genannte Aufgabe gelöst durch einen Sumpf zur Aufnahme des aufzubereitenden Gutes, eine Vortriebs-, eine Austausch- und eine Beruhigungszone, welche senkrecht übereinander angeordnet sind, wobei das Förderelement das Gut aus dem Sumpf durch die Austauschzone in die Beruhigungszone transportiert, die Austauschzone mit Waschdüsen und zum Einleiten eines Reinigungsmediums oder eines Extraktÿonsmittels oder eines mit den zu adsorbierenden Stoff verunreinigten Mediums versehen ist und im Bereich des Sumpfes geeignete Fluidaustragselemente und Filterelemente angeordnet sind. Die erfindungsgemäße Vorrichtung ist in ein entsprechendes Aufbereitungsverfahren integriert.

Verfahrensmäßig besteht die Lösung der Aufgabe darin, daß das aufzubereitende Gut im Gegenstrom durch ein Reinigungsmedium gefördert wird, wobei das Gut von einem Sumpf durch wenigstens ein Förderelement vertikal in eine darüberliegede Austauschzone und von dort in eine darüberliegende Beruhigungszone transportiert wird und das belastete Fluid aus dem Sumpf entfernt wird.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung und das erfindungsgemäß Verfahren dienen also zur kontinuierlichen Reinigung verschmutzter Stoffe, wobei das zu reinigende Gut, beispielsweise verschmutzte Metallspäne mit beispielsweise heißem Wasser oder Wasserdampfbrüden gewaschen wird. Die erfindungsgemäße Vorrichtung ermöglicht die genaue Einstellung des Restölgehaltes und damit des Reinheitsgrades der Metallspäne. Außerdem werden nur geringe Mengen an Additiven und Wasser verbraucht. Erfindungsgemäß wird nach dem "volumenorientierten Gegenstromprinzip" gearbeitet.

Zweckmäßigerweise sind die einzelnen Zonen (Vortriebszone, Austausch- und Beruhigungszone) der erfindungsgemäßen Vorrichtung zylinderförmig ausgestaltet. Erfindungsgemäß liegen dabei die einzelnen Zonen der Vorrichtung senkrecht übereinander. Diese senkrechte Bauweise ist besonders günstig, da hier eine gleichmäßige Durchströmung des Bettvolumens durch das Reinigungsmedium gewährleistet ist. Verfahrenstechnisch ist die Reinigungswirkung des Wasser- Dampf-Gemisches am günstigsten, wenn die Vorrichtung als "Bewegtbett-Wäscher" im Gegenstrom ausgeführt wird. In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist die Vorrichtung modular aufgebaut. Je nach Höhe des Reinigungsvermögens des verwendeten Reinigungsmediums und des aufzugebenden Gutes kann die Baulänge der Vorrichtung an die jeweils besonderen Anforderungen angepaßt werden.

In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist als Förderelement wenigstens eine im Sumpf angeordnete Förderschnecke vorgesehen. Die Förderschnecke ist in der Regel in der Vortriebszone angeordnet, ihre durchgehende Schneckenwendel sorgt für eine ausreichende Förderwirkung durch die sich anschließende Austauschzone. Es ist jedoch auch möglich, daß die Förderschnecke bis in die Austauschzone oder gar in die Beruhigungszone hineinragt. Dabei erfolgt die Teilung der Vorrichtung in Vortriebszone, Austauschzone und Beruhigungszone durch die bauliche Ausgestaltung der einzelnen Kammern, Schneckenform und -länge und Lage der Fluiddüsen. Ggf. können als zusätzliche Einbauten Leitbleche beim Waschen bestimmter Stoffe (wie z. B. Erdreich) erforderlich sein.

Nach einer weiteren Lehre der Erfindung sind die Fluiddüsen im Inneren der Vorrichtung axial angeordnet. Auf diese Weise wird das Reinigungsmedium und eventuell notwendige Zusatzstoffe abschnittsweise dosiert und kann somit optimal an das Einsatzmaterial angepaßt werden. Zweckmäßigerweise verlaufen die Zuleitungen für das Reinigungsmedium durch die Schneckenwelle zu den in der Schneckenwelle angeordneten Fluiddüsen. Dabei können die Fluiddüsen an der Schneckenwelle rund oder spiralförmig umlaufend angeordnet sein. Des weiteren ist es möglich, daß die Fluiddüsen in der Wandung der Vorrichtung angeordnet sind. Selbstverständlich ist es auch möglich, die Fluiddüsen sowohl axial auf der Schneckenwelle als auch in der Wandung der Vorrichtung vorzusehen. Die umlaufende Anordnung der Fluiddüsen gewährleistet einen intensiven Stoffaustausch bei gleichzeitigem Mitbewegen des Festgutes.

Es ist besonders zweckmäßig, wenn die Reinigung der verschmutzten Metallspäne mit Wasserdampf bzw. heißem Wasser erfolgt. Durch die Ausführung im Gegenstrom erfolgt im unteren Teil der Vorrichtung eine Vorreinigung der Metallspäne mit teilbelastetem Kondensat. In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist die Vorrichtung beheizt und weist die Reaktoraußenwandung eine Wärmeisolationsschicht auf. Dadurch wird die eingesetzte Reinigungswärme optimal ausgenutzt und die gereinigten Metallspäne sind so stark aufgeheizt, daß eine weitgehende Trocknung "automatisch" erfolgt, und Korrosionserscheinungen bei anschließender Lagerung vor der Weiterverwertung drastisch vermindert werden.

Neben dem beschriebenen Reinigungsverfahren ist das erfindungsgemäße Aufbereitungsverfahren auch zur Extraktion fester Stoffe geeignet. Dazu wird durch die Fluiddüsen ein Extraktionsmittel geleitet. Die erfindungsgemäße Vorrichtung dient als Adsorptionsvorrichtung, wenn durch die Fluiddüsen Rohgas, Schmutzwasser od. dgl. geleitet wird. Beispielsweise lassen sich hier Gas- und Wasserreinigungsaufgaben in Verbindung mit geeigneten Stoffmaterialien lösen. Als Praxisbeispiel sei die Reinigung einer lösemittelhaltigen Abluft aus z. B. Lackieranlagen genannt. Dabei wird wiederum der Festkörper, im vorliegenden Fall das Adsorbens (z. B. Aktivkohle oder Molekularsiebe), von unten nach oben gefördert. Das zu reinigende Abgas wird entweder axial oder durch die außenliegenden Düsen oben in den Reaktionsraum gebracht. Das Adsorbens durchwandert den Reaktionsraum von unten nach oben und wird dabei mit der oder den zu adsorbierenden Abgaskomponenten beladen. Dies so beladene Adsorbens gelangt über die Zellenradschleuse zur Regeneration oder zur weiteren Verwendung.

Das Abgas durchläuft den gekapselten, unter leichtem Unterdruck stehenden Reaktionsraum von oben nach unten und wird über den als Sumpf bezeichneten Vorlagebehälter aus der Anlage abgezogen. Mit dieser beschriebenen Vorrichtung analog der später noch näher beschriebenen Zeichnung ist ein vollkontinuierlicher Adsorptionsbetrieb möglich. Es wird ein kontinuierlicher Hordenreaktor realisiert, wobei eine Zwischenausschleusung von Abgasen und deren Kühlung technisch einfach über entsprechend positionierte Ventile möglich ist.

Der Vorteil dieser Vorrichtung besteht in der besseren Ausnutzung des Adsorbens durch das Hordenprinzip und der Gegenstromfahrweise. Durch den kontinuierlichen Betrieb wird eine höhere Raum-Zeit-Ausbeute im Vergleich zu konventionellen Adsorbern erreicht. Weiterhin ist es schnell möglich, auf wechselnde Schadstoffkonzentrationen zu reagieren.

Erfindungsgemäß lassen sich also zwei Problemkreise der Abfall- und Reststoffentsorgung für metallverarbeitende Betriebe in Verbindung mit einer thermischen Wasseraufbereitung einfach und kostengünstig lösen: Die Reinigung der Metallspäne von anhaftenden Kühlschmierstoffen kann mit gleichzeitigen Aufbereitung von betrieblichen Abwässern oder anfallenden Altemulsionen einhergehen.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung sowie das erfindungsgemäße Verfahren zur Aufbereitung verschmutzter Stoffe soll anhand einer schematischen Zeichnung näher erläutert werden. In der einzigen Figur ist eine Aufbereitungsvorrichtung mit einer Zufuhr 1 für das nicht dargestellte zu reinigende Gut und einem entsprechenden Abzug 2 dargestellt. Das Reinigungsmedium wird im dargestellten und insoweit bevorzugten Ausführungsbeispiel durch zwei unterschliedliche Fluidzuläufe 3a und 3b der Vorrichtung zugeführt. Über einen Einfülltrichter 5 gelangt das zu reinigende Gut in einen Sumpf 6, welcher auf einer zu Wartungszwecken abnehmbaren Bodenplatte 7 angeordnet ist. Das konzentrierte verbrauchte Reinigungsmedium wird über einen Konzentratabzug 4 mittels einem geeigneten Absperrventil 8 durch Filterelemente 8a abgezogen. Im Sumpf 6 ist eine Förderschnecke 9 mit einer Schneckenwelle 10 vorgesehen. Dabei kann die im dargestellten Ausführungsbeispiel unterste Zone als Vortriebszone 11a angesehen werden. Die Schneckenwelle 10 geht über den Bereich der eigentlichen Schneckenwendel der Förderschnecke 9 hinaus durch eine Austauschzone 11b und eine Beruhigungszone 11c. In der Schneckenwelle 10 münden auch die bereits genannten Fluidzuläufe 3a und 3b, welche über Fluidleitungen 12 mit den in unterschiedlichen Positionen an der Schneckenwelle angeordneten Fluiddüsen 13a und 13b verbunden sind.

Das zu reinigende Gut wird über die Förderschnecke emporgehoben und im kontinuierlich arbeitenden Betrieb aus der Vortriebszone 11a in die Austauschzone 11b geleitet. Von dort erfolgt der weitere Transport in die Beruhigungszone 11c. Durch den Gegenstrombetrieb wird das zu reinigende Gut zunächst mit teilbelastetem Reinigungsmedium in Kontakt gebracht und in seinem weiteren Transport stets mit unverbrauchterem Reinigungsmedium vermengt. Auf diese Weise ist bei äußerst geringem Raumbedarf eine sehr effiziente Reinigung möglich. Das gereinigte Gut verläßt dann die Vorrichtung über einen Schüttgutablauf 14 und gelangt zum Gutabzug 2. Für den Fall, daß das Reinigungsverfahren unter Überdruck arbeiten sollte, wird zwischen Schüttgutablauf 14 und Gutabzug 2 eine Zellenradschleuse 15 geschaltet.

Bezugszeichenliste

1 Gutzufuhr
2 Gutabzug
3a Fluidzulauf a
3b Fluidzulauf b
4 Konzentratabzug
5 Einfülltrichter
6 Sumpf
7 Bodenplatte
8 Absperrventil
8a Filterelement
9 Förderschnecke
10 Schneckenwelle
11a Vortriebszone
11b Austauschzone
11c Beruhigungszone
12 Fluidleitungen
13a Fluiddüsen
13b
14 Schüttgutablauf
15 Zellenradschleuse

Claims (17)

1. Vorrichtung zur Aufbereitung verschmutzter, insbesondere öl- und emulsionsbehafteter Stoffe, mit einer Gutzu- und -abfuhr und zwischen Gutzu- und -abfuhr angeordneten Waschdüsen und einem Förderelement zum Transport dieser Stoffe, gekennzeichnet durch einen Sumpf (6) zur Aufnahme des aufzubereitenden Gutes, eine Vortriebs- (11a), eine Austausch- (11b) und eine Beruhigungszone (11c), welche senkrecht übereinander angeordnet sind, wobei das Förderelement das Gut aus dem Sumpf (6) durch die Austauschzone (11b) in die Beruhigungszone (11c) transportiert, die Austauschzone (11b) mit Waschdüsen (13a, 13b) zum Einleiten eines Reinigungsmediums oder eines Extraktionsmittels oder eines mit den zu adsorbierenden Stoff verunreinigten Mediums versehen ist und im Bereich des Sumpfes (6) geeignete Fluidaustragselemente (8) und Filterelemente (8a) angeordnet sind.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorrichtung einen modularen Aufbau aufweist.

3. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß als Förderelement wenigstens eine im Sumpf (6) angeordnete Förderschnecke (9) vorgesehen ist.

4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Förderschnecke bis in die Austauchzone hineinragt.

5. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Förderschnecke bis in die Beruhigungszone hineinragt.

6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß oberhalb der Schneckenwendel der Förderschnecke Leitbleche angeordnet sind.

7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Fluiddüsen (13a, 13b) im Inneren der Vorrichtung axial angeordnet sind.

8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 3 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Zuleitungen (12) für das Reinigungsmedium durch die Schneckenwelle (10) zu den in der Schneckenwelle (10) angeordneten Fluiddüsen verlaufen.

9. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Fluiddüsen (13a, 13b) an der Schneckenwelle (10) rund umlaufend angeordnet sind.

10. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Fluiddüsen an der Schneckenwelle spiralförmig umlaufend angeordnet sind.

11. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Fluiddüsen in der Wandung der Vorrichtung angeordnet sind.

12. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorrichtung beheizt ist und die Reaktoraußenwandung eine Wärmeisolationsschicht aufweist.

13. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß vor dem Gutabzug (2) eine Zellenradschleuse (15) vorgesehen ist.

14. Verfahren zur Aufbereitung verschmutzter, insbesondere öl- und emulsionsbehafteter Stoffe, dadurch gekennzeichnet, daß das aufzubereitende Gut im Gegenstrom durch ein Reinigungsmedium gefördert wird, wobei das Gut von einem Sumpf durch wenigstens ein Förderelement vertikal in eine darüberliegende Austauschzone und von dort in eine darüberliegende Beruhigungszone transportiert wird und das belastete Fluid aus dem Sumpf entfernt wird.

15. Verfahren nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß als Reinigungsmedium heißes Wasser verwendet wird.

16. Verfahren nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß als Reinigungsmedium Wasserdampf, der auf dem Gut kondensiert, verwendet wird.

17. Verwendung des Aufbereitungsverfahrens nach Anspruch 14 zur Extraktion fester Stoffe.