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Die vorliegende Erfindung bezieht
sich allgemein auf die Behandlung von Industrieabfällen und im
Besonderen auf eine durch Mikrowellenbestrahlung unterstützte Reinigung
und Wiederaufbereitung öliger
Industrie-Metallabfälle.
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HINTERGRUND DER ERFINDUNG
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Bei zahlreichen industriellen Verfahren
entstehen ölige
gemischte Abfälle.
Eines der Beispiele dafür
sind Warmbandwalzwerke. Das Kühlwasser dieser
Walzwerke enthält
im Allgemeinen ölige
Metallpartikel. Übliche
Behandlungsverfahren für
diese Abfälle
bestehen in der Verwendung von Tanks und Chemikalien zum Ausflocken,
Absetzen, Eindicken, Entwässern
und Verfestigen der Abfälle,
um einen konzentrierten Abfallschlamm zu erhalten.
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1 zeigt
das Blockdiagramm einer typischen Anlage zur Behandlung des öligen Kühlwassers
eines Warmbandwalzwerks. Das Abwasser wird in den Schnellmischbehälter 20 geleitet,
wie mit Pfeil 22 dargestellt, wo es mit einem anionischen
Polymer vermischt wird. Von dort wird es durch die Leitungen 24 zu
den Klärbehältern 26 geleitet,
wie mit den Pfeilen 25 dargestellt, wo das Öl abgeschöpft wird,
wie mit den Pfeilen 28 dargestellt, und das Wasser abgezogen,
wie mit den Pfeilen 30 dargestellt, und in den Wasserbehälter 32 geleitet
wird. Vom Wasserbehälter 32 aus
wird das Wasser durch die Druckfilter 34 und den Kühlturm 36 zum
Kaltwasserbehälter 38 geleitet,
wie mit den Pfeilen 33, 35 und 37 dargestellt, um
dem Walzwerk wieder als Kühlwasser
zur Verfügung
zu stehen. Der Restabfall 39 wird von den Klärbehältern 26 aus
durch die Leitungen 40 zum Eindickbehälter 42 geleitet,
wie mit den Pfeilen 41 dargestellt, wo anionische und/oder
kationische Polymere und/oder Schwefelsäure zugesetzt werden. Die eingedickten
Abfälle 44 werden
dann durch die Leitung 46 zum Trommelfilter 48 befördert, wie
mit Pfeil 47 dargestellt, und schließlich als Abfallschlammnkuchen
in den Behälter 50 abtransportiert,
wie mit Pfeil 49 dargestellt.
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Das Schlammvolumen setzt sich üblicherweise
aus ca. 1/3 Wasser, 1/3 Öl
und 1/3 Eisen-Metallpartikeln
und Eisenoxiden zusammen. Dem Schlamm wird Kalk zugesetzt. Der Abfallschlamm wird üblicherweise
auf einer Sondermülldeponie
abgelagert oder per Lkw zu einer speziellen Aufbereitungsanlagen
außerhalb
des Produktionsbetriebes transportiert.
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In einem herkömmlichen Warmbandwalzwerk können täglich 50 Tonnen
Schlamm, das sind über
7000 Tonnen pro Jahr, entstehen. Die mit der Herstellung und Beseitigung
dieses Schlamms verbundenen Kosten sind erheblich.
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Außerdem sind die konventionellen
Wasseraufbereitungsverfahren zeitaufwändig und die Ausrüstungen
der Anlagen voluminös
und erfordern beträchtlichen
Raum für
ihre Unterbringung im Werksgelände.
Da die Kapazitäten
der Deponien begrenzt sind, ist davon auszugehen, dass die Kosten
für die Beseitigung
von Walzwerksschlamm einsteigen.
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Es besteht folglich ein Bedarf an
schnelleren, kleineren und wirtschaftlicheren Systemen für die Behandlung
von Industrieabwässern.
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Es sind viele Verfahren für die Trennung
von Öl-/Wasser-Emulsionen
bekannt. Diese Verfahren werden im Allgemeinen als Demulgation bezeichnet. Das
Demulgieren erfordert üblicherweise
Wärmezuführ und häufig auch
demulgierende Chemikalien. Die Prozessdauer bei Schwerkraft-Absetzverfahren beläuft sich
häufig
auf 4 bis 24 Stunden, wenn eine Abscheidung von mehr als 90 % erreicht
werden soll.
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In neuerer Zeit wurden Systeme zum
Demulgieren von Öl-/Wasser-Emulsionen
unter Anwendung von Mikrowellenstrahlung erfolgreich in der Praxis
getestet, und sie werden gegenwärtig
vor allen Dingen für
die Mineralölindustrie
weiterentwickelt. Mikrowellen-Demulgationssysteme sind kompakt und
haben einen schnellen, kontinuierlichen Prozessablauf bei Durchsatzraten
von mehr als 3,2 Liter pro Sekunde (50 Gallonen pro Minute (gpm))
durch den Einsatz von Durchlauf-Mikrowellen-Anwendungsgeräten unter
Beweis gestellt. Eine wirkungsvolle Mikrowellenbehandlung erfordert üblicherweise
nur eine Erhöhung
der Prozesstemperatur um 20°C
und z. B. einen spezifischen Energieeinsatz von 130 bis 190 Kilowatt
pro Liter und Sekunde (8 bis 12 Kilowatt pro Gallone und Minute
(kW/gpm)). Bei manchen Anwendungen hat die Mikrowellen-Demulgation
den weiteren Vorteil, dass sie keinen Zusatz von Chemikalien erfordert.
Beispiele für
den Einsatz von Mikrowellenenergie zur Trennung von Öl-/Wasser-Emulsionen
wie US-A-4,582,629 und US-A-4,810,375 sind beigelegt.
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Während
diese Verfahren die Trennung von Öl-/Wasser-Emulsionen verbessern,
setzen Sie sich nicht mit dem gesonderten Problem der zusätzlichen Trennung
von Öl
von metallischen Feststoffen, wie sie häufig in Industrieabwässern, z.
B. im Kühlwasser von
Warmbandwalzwerken, vorkommen, auseinander.
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Außerdem beschreibt US-A-5,147,554
ein Verfahren und eine Einrichtung für die Behandlung von ferromagnetische
Komponenten enthaltenden Industrieabfällen, mit deren Hilfe die Abfallstoffe
mit einer Waschlösung
gewaschen und Dauermagnete an der Wandung des Waschbehälters eingesetzt werden,
um die ferromagnetischen Partikel von den Abfallstoffen zu trennen,
bevor die Partikel und andere Abfallstoffkomponenten gesammelt werden. JP-B-53012905
beschreibt ebenfalls ein Verfahren zum Entfernen von Zunder aus
dem Kühlwasser
von Walzstraßen
mit Hilfe einer Magnetwalze.
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Demgemäß ist es ein Ziel der vorliegenden Erfindung,
ein Verfahren für
die Behandlung industrieller Abfälle,
die ölige
metallische Feststoffe enthalten, durch Trennen des Abfalls in seine
verschiedenen Bestandteile für
die Wiederaufbereitung und Wiederverwendung bereitzustellen, um
damit Abfallschlamm mengenmäßig wesentlich
zu reduzieren oder zu vermeiden.
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Es ist außerdem ein Ziel der vorliegenden
Erfindung, eine Ausrüstung
zur Behandlung von Abwässern
bereitzustellen, die schneller und kompakter ist als die gegenwärtig üblicherweise
benutzten Ausrüstungen.
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Zusätzliche Ziele und Vorzüge der Erfindung werden
in der folgenden Beschreibung dargelegt und sind teilweise entweder
aus der Beschreibung ersichtlich oder können aus der praktischen Anwendung
der Erfindung abgeleitet werden. Die Ziele und Vorzüge der Erfindung
können
mit Hilfe der in den Ansprüchen
im Einzelnen aufgeführten
Mittel und Kombinationsmöglichkeiten
umgesetzt werden.
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ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
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Mit der vorliegenden Erfindung werden
ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Reinigen und Wiederaufbereiten
von ölige
metallische Feststoffe enthaltendem Industrieabfall durch magnetisches Konzentrieren
der öligen
metallischen Feststoffe und durch Mischen dieser Feststoffe mit
einem chemischen Trennmittel unter Anwendung von Mikrowellenstrahlung
auf das Gemisch sowie durch getrenntes Sammeln der gereinigten metallischen
Feststoffe und zurückgewonnenen öligen Bestandteile
bereitgestellt.
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KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
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Die beigefügten Zeichnungen, auf die sich die
Patentbeschreibung stützt
und die deren Bestandteil bilden, erläutern schematisch ein bevorzugtes
Ausführungsbeispiel
dieser Erfindung und dienen gemeinsam mit der oben aufgeführten allgemeinen Beschreibung
und der weiter unten folgenden detaillierten Beschreibung des bevorzugten
Ausführungsbeispiels
zur Erläuterung
der Grundzüge
dieser Erfindung.
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1 zeigt
die schematische Darstellung einer Abwasseraufbereitungsanlage nach
dem herkömmlichen
Stand der Technik.
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2A zeigt
die grafische Darstellung der Ergebnisse einer experimentellen Behandlung
magnetisch konzentrierter öliger
Metallabfälle
mit Hilfe eines Öltrennmittels
und konventioneller Erwärmung.
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2B zeigt
die grafische Darstellung der Ergebnisse einer experimentellen Behandlung
magnetisch konzentrierter öliger
Metallabfälle
mit Hilfe eines Öltrennmittels
und Mikrowellenbestrahlung.
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3 zeigt
die schematische Darstellung einer Abwasseraufbereitungsanlage nach
dem bevorzugten Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung.
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DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
DER ERFINDUNG
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Die vorliegende Erfindung wird im
Folgenden in Form des bevorzugten Ausführungsbeispiels, und zwar eines
Mikrowellen-Behandlungssystems, das an einer bereits existierenden
Abwasser-Aufbereitungsanlagen nachgerüstet wird, beschrieben. Das Behandlungssystem
kann auch alternativ zu einem herkömmlichen Abwasser-Aufbereitungssystem
eingebaut werden.
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Der Prozess zur Rückgewinnung der Abfallstoffe
mit Hilfe von Mikrowellen untergliedert sich in zwei Hauptschritte.
Beim ersten Schritt werden die öligen
Metallpartikel magnetisch im Industrieabwasser konzentriert. Beim
zweiten Schritt wird das Öl
auf dem Wege der Behandlung mit Mikrowellen von den Metallpartikeln
getrennt. 3 zeigt ein
System zur Rückgewinnung
der Abfallstoffe mit Hilfe von Mikrowellen in einer herkömmlichen
Wasseraufbereitungsanlage für
die Abwasser eines Warmbandwalzwerkes. Das System bedient sich eines
vollautomatischen diskontinuierlichen Behandlungsverfahrens nach
dem Stand der Technik. Beim diskontinuierlichen Verfahren kann der
Klärbehälter 70 eingesetzt werden,
der in wiederholten Arbeitsschritte befällt und dessen Inhalt dann
getrennt wird. Die Erweiterung zum kontinuierlichen Verfahren ist über das
Anschließen
eines zweiten diskontinuierlichen Klärbehälters nach der Mikrowellen-Behandlungskammer 72 (nicht
gezeigt) möglich.
Außerdem
kann nach der Mikrowellen-Behandlungskammer eine Zentrifuge zum
kontinuierlichen Trennen der Feststoffe von der Prozessflüssigkeit
angeordnet werden. Die Zentrifuge kann auch von einem Öl/Wasser-Coalescer
oder von einer Flüssig/Flüssig-Zentrifuge
zum kontinuierlichen Trennen des Öls vom chemischen Trennmittel gefolgt
sein. Das System kann außerdem
Massentanks für
das chemische Trennmittel, das zum Aufschlämmen der Schlämme verwendet
wird, beinhalten.
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Ausgehend von 3, besteht der erste Schritt des Prozesses
zur Rückgewinnung
der Abfallstoffe mit Hilfe von Mikrowellen darin, den Kühlwasserfluss
des Walzwerks über
die Leitung 74 zum Magnetkonzentrator 76 mit industrieller
Baugröße umzuleiten,
wie mit Pfeil 75 angezeigt. Die öligen Metallpartikel werden
dann aus diesem Strom magnetisch ausgeschieden und konzentrier.
Die Konzentration wird durchgeführt,
um die Durchflussraten für
den Mikrowellenprozess, die Tankgrößen und das Systemvolumen zu
reduzieren. Das nun von öligen
Metallpartikeln befreite Wasser wird in den Schnellmischbehälter 20 des
konventionellen Systems durch die Leitung 78, wie mit Pfeil 79 angezeigt,
zurückgeleitet.
Alternativ dazu kann, wenn das Mikrowellen-Prozesssystem ein herkömmliches
Abwasser-Aufbereitungssystem ersetzt, das von der Klärstufe kommende Wasser
von Pfeilrichtung 79 zum Wasserbehälter 32, wie mit den
Pfeilen 30 angezeigt, abgelenkt werden. Vom Wasserbehälter 32 aus
kann das Wasser durch die Druckfilter 34 und den Kühlturm 36 zum
Kaltwasserbehälter 38 geleitet
werden, um dem Walzwerk wieder als Kühlwasser zur Verfügung zu
stehen.
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Magnetische Konzentrationssysteme
für Abwässer aus
der Stahlgewinnung wurden zuvor schon erfolgreich anhand von Pilotprojekten
in den Vereinigten Staaten, Schweden und Japan getes tet.
Diese magnetischen Konzentrationssysteme sind unter der Bezeichnung „Hochleistungs-Magnetabscheider" (HGMS
= High Gradient Magnetic Separation device) bekannt. Im Handel erhältliche,
voll in die Produktion integrierte Anlagen sind in Japan eingebaut
und werden erfolgreich zum Entfernen von schwebenden öligen Metallpartikeln
aus den Abwässern
von Warmbandwalzwerken, von Stranggießanlagen und anderen verwandten
Anwendungsgebieten eingesetzt.
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HGMS-Systeme sind praktisch erprobt,
kompakt und leistungsfähig.
Diese Systeme benötigen üblicherweise
weniger als ein Zehntel der Anlagengrundfläche von älteren Klär- und Absetzbehältern. Beim
magnetischen Filtrieren werden Wirkungsgrade von über 90 Prozent
und Konzentra tionen schwebender Partikel von 10 ppm (parts per million)
oder weniger im filtrierten Abwasser erreicht. Der Energieaufwand
liegt bei ca. 0,14 Kilowatt pro Liter/Sekunde (9 Kilowatt (kW) pro
1000 gpm) Abwasserdurchsatz. Der Energieaufwand kann durch den Einsatz
von Technologien, bei denen Dauermagnete verwendet werden, wie z.
B. die nasse hochintensive Magnetabscheidungstechnologie (Wet-High-Intensity-Magnetic-Separation-Technologie
(WHIMS)) und andere, noch reduzieri werden.
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Auch Magnetkonzentratoren mit extrem
hohen Durchflussraten sind im Handel erhältlich. Bei magnetischen Trennverfahren
für Anwendungsgebiete
wie Stahlwerksabwässer
und Prozesswasser wurden Durchflussraten von 1140 Litern pro Sekunde (18.000
gpm) erreicht.
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Die konzentrierten öligen Metallpartikel,
die den mit Pfeil 80 bezeichneten Magnetkonzentrator 76 verlassen
haben, werden im Klärbehälter 70 oder einem
anderen Mischbehältnis
mit einem chemischen Trennmittel gemischt. Als chemisches Trennmittel
kann so ziemlich jedes beliebige Detergens oder Lösungsmittel
mit Öl
trennenden Eigenschaften dienen. Zum Beispiel können verseifte wässrige oder halbwässrige Systeme
eingesetzt werden. Idealerweise sollte das chemische Trennmittel
gute Metall/Öl
trennende mit guten Trennmittel/Öl
trennenden Eigenschaften d.h. gute Reinigungseigenschaften mit guten Öl abweisenden
Eigenschaften verbinden. Ein bevorzugtes Trennmittel ist TRIM® RINSE 200, ein Öl-Trennmittel,
das über
die Master Chemical Corporation, Perrysburg, Ohio zu beziehen ist. TRIM® RINSE 200 besitzt
die folgende Zusammensetzung in Gewichtsprozent: 10 bis 20% Natriumsilikat,
1 bis 10% Amincarboxylat, 1 bis 10% Natriumborat, 1 bis 10% anionisches
Detergens, 1 bis 10% Natriumbenzoat, 1 bis 10% nicht-ionisches Detergens, weniger
als 1% Farbstoff, Rest Wasser. Das Mittel ist auf dem Sicherheitsdatenblatt
des Herstellers als nicht toxisch und nicht brennbar nachgewiesen.
Es können
aber auch andere chemische Trennmittel mit ähnlichen Fett lösenden und/oder Öl trennenden
Eigenschaften verwendet werden. Außerdem können Trennmittel ohne die Öl abweisenden
Eigenschaften der bevorzugten Mittel beim praktischen Einsatz der vorliegenden
Erfindung verwendet werden. Diese letzteren Mittel können in
einem System mit geschlossenem Kreislauf verwendet werden, bis sie verbraucht
sind, d.h. bis sie weitgehend mit Öl gesättigt sind und dann aus dem
System zur Entsorgung oder Wiederaufbereitung für die Rückgewinnung des Öls entfernt
werden.
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Es sollte diejenige Menge Trennmittel
verwendet werden, die ausreichend ist, um weitestgehend das Öl von den
Metallpartikeln im Schlamm zu trennen. Im Allgemeinen ist das Trennmittel
in konzentrierter Form erhältlich
und muss zuerst mit Wasser verdünnt
werden, um die gewünschte
Konzentration von ca. 500 ppm bis 100 Gew.% zu erreichen. Der bevorzugte
Konzentrationsbereich liegt bei ca. 1 bis 15 Gew.-%. Das verdünnte Trennmittel,
manchmal auch als Prozessflüssigkeit
bezeichnet, wird dann mit dem zu behandelnden Schlamm in einem Verhältnis von
ca. ¼ bis
10 : 1, vorzugsweise von 1 : 1 bis 4 : 1 gemischt. Ein typisches
Beispiel ist die 5 %ige Konzentration des Trennmittels, im Verhältnis 1 :
1 mit dem öligen,
zu behandelnden metallischen Abfallschlamm gemischt.
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Das Gemisch wird dann durch die Rohrleitung 82,
wie mit Pfeil 81 angezeigt, zur Mikrowellen-Behandlungskammer 72,
die nach dem Durchlaufprinzip arbeitet, geleitet. Alle Mikrowellenkomponenten
sind einsatzreif und im Handel erhältlich. Als Beispiel ist eine
Behandlungskammer für
15 gpm, die für
die Behandlung unter voller Produktionsleistung geeignet ist, anzuführen. Auf
einem Leistungsverhältnis
von 12 kW/gpm basierend, erfordert sie eine Mikrowellen-Energiequelle
von 180 kW. Es sind z. B. drei Mikrowellen-Energiequellen von jeweils
60 kW (insgesamt 180 kW) von Micro-Dry, Inc., Kentucky, USA erhältlich.
Es ist aber auch jede Anwendung von Mikrowellenstrahlung, die ausreicht,
um die Trennung des Öls
von den Metallpartikeln zu forcieren, möglich. Bevorzugt sind Mikrowellenanwendungen im
Bereich von ca. 16–1.600
kW pro Liter/sec (1–100 kW/gpm).
Besonders bevorzugt werden Mikrowellenanwendungen im Bereich von
ca. 160–320
kW pro Liter/sec (10–20
kW/gpm).
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Dadurch, dass das Öl Mikrowellenenergie ausgesetzt
wird, wird es schnell von den Metallpariikeln befreit, und die Trennung
des Öls
vom Gemisch wird gefördert.
Der mit Mikrowellen behandelte Schlamm wird dann zum Klärbehälter 70 oder
einem anderen Behältnis,
wie mit Pfeil 83 angezeigt, zurücktransportiert oder zu einem
zweiten Klärbehälter oder
Behältnis
(nicht gezeigt) weitergeleitet, wo er zum Absetzen der metallischen
Komponente 86 verweilt. Während des Absetzens der metallischen Komponente
im Klärbehälter 70 steigt
das Öl
nach oben auf und wird von den Skimmern 84, wie mit Pfeil 85 dargestellt,
abgeschöpft,
was ein wirkungsvolles und kostengünstiges Verfahren ist.
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Das weitgehend von Öl befreite
Gemisch mit der abgesetzten metallischen Komponente 86 und dem
chemischen Trennmittel wird dann direkt durch die Leitungen 82 und 88,
wie mit Pfeil 87 dargestellt, zur Trennkammer 90 befördert, wo
die metallische Komponente 86 magnetisch oder auf eine
andere Art und Weise vom Gemisch getrennt wird, wie mit Pfeil 91 dargestellt,
wozu die im Handel erhältliche
Ausrüstung 92,
wie z. B. ein Trommelfilter, verwendet wird.
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Der Mikrowellen-Behandlungskammer
kann auch eine Zentrifuge oder eine andere Einrichtung, die zum
kontinuierlichen Trennen der Feststoffe von der Prozessflüssigkeit
bestimmt ist, nachgeschaltet sein. Außerdem kann der Zentrifuge
ein Öl/Wasser-Coalescer,
eine Flüssig/Flüssig-Zentrifuge oder eine
sonstige Einrichtung zum kontinuierlichen Trennen des Öls vom chemischen
Trennmittel beziehungsweise von der Mikrowellen-Prozessflüssigkeit nachgeschaltet
sein. Die Feststoffe können
mit einer zusätzlichen
Einzel- oder Mehrfachspülstufe
zur verbesserten Reinigung weiterbehandelt werden. Des Weiteren
kann ein System zur Rückgewinnung des/der
restlichen beziehungsweise verbrauchten Ö1-Trennmittels/Mikrowellen-Prozessflüssigkeit
eingebaut werden. Entsprechend können
Wasserklär- oder
Rückgewinnungssysteme
eingebaut werden, um zur Wiederverwendung der Prozessflüssigkeit, die
Wasser enthalten kann, beizutragen oder den örtlichen Abwasservorschriften
Genüge
zu leisten. Zur Verfügung
stehen auch Dreiphasenzentrifugen, die einige dieser Schritte zusammenfassen.
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Nach dem Trennen des im ursprünglichen Schlamm
enthaltenen Öls
von den metallischen Komponenten wird das chemische Trennmittel
in den Klärbehälter 70 oder
ein anderes Behältnis
durch die Leitungen 94, wie mit Pfeil 89 dargestellt,
zurückgeleitet,
um wieder verwendet zu werden.
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Unabhängige Tests des bevorzugten
chemischen Trennmittels TRIM® RINSE 200 weisen
in den Sicherheitsdatenblättern
des Herstellers nach, dass das Trennmittel nicht toxisch und nicht
brennbar ist. Dieser Nachweis lässt
darauf schließen,
dass es bei der Entsorgung keine Probleme infolge von Rückständen im Öl und in
den Metallerzeugnissen gibt. Außerdem
bleiben solche chemischen Trennmittel über einen langen Zeitraum wiederverwendbar.
Das chemische Trennmittel für
die Mikrowellenbehandlung ist für
die oben beschriebenen geschlossenen Systeme zur kontinuierlichen
Wiederverwendung bestimmt.
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Der mit Mikrowellen behandelte Abfall
wird in individuell regenerierte, recycelbare Bestandteile umgewandelt.
Das regenerierte, saubere Öl
kann an landesweit vorhandene Wiederaufbereitungsanlagen geschickt
werden.
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Entsprechend kann auch das regenerierte, saubere
Metall gesintert oder auf eine andere Art und Weise wieder verwertet
werden.
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Beispiel
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Das Verfahren nach der vorliegenden
Erfindung wurde anhand der Abwasserproben eines Warmwalzwerkes entwickelt
und unter Laborbedingungen getestet. Es wurde ein Mikrowellenherd
mit 600 W von White Westinghouse in Konsumgüterqualität für die Mikrowellenbehandlung
der in Bechergläsern
befindlichen Proben verwendet. Eine industrielle Präzisions-Mikrowellenenergiequelle
mit 0 bis 500 Watt und 2,5 Gigahertz (GHz), Modell 420B,
hergestellt von Micro-Now Co., wurde eingesetzt, um die Leistung
an die Durchlauf-Wellenleiter-Behandlungskammer zu liefern. Zwei
Bauweisen von Durchlauf-Wellenleiter-Behandlungskammern wurden verwendet,
wovon eine einen Ofenraum besaß und
die andere ein Durchlauf-Wellenleiter-Anwendungsgerät benutzte.
Beide ermöglichten
Durchsatzraten von bis zu ca. 0,06 Liter pro Sekunde (1 Gallone
pro Minute (gpm)).
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Alle beim Laborversuch verwendeten
Mikrowellen-Energiequellen lieferien bei Einstellung auf Höchstleistung
ca. 500 Watt. Die 500 Watt verfügbare
Mikrowellenleistung begrenzten in der Praxis die für die Behandlung
nutzbare Durchflussrate auf ca. 3,2 ml s-1 (0,05 gpm). Es sind jedoch
ab Lager lieferbare Mikrowellen-Energiequellen mit mehr als 60 kW Leistung
erhältlich.
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Ursprünglich wurde ein Nalco®-Demulgator verwendet,
um die Abfallschlammproben des Warmwalzwerkes auszuwerten. Typischer,
eingedickter Abfallschlamm ließ sich
mit dem Nalco®-Demulgator weder
durch konventionelles Erhitzen noch durch Erhitzen der 500-ml-Proben
in den Bechergläsern
mit Hilfe von Mikrowellen trennen. Ein einfaches Dekantieren und
24-ständiges
Verdampfen des Schlamms ließ die
Folgerung zu, dass das Wasser nicht stabil in einer Emulsion gebunden
war. Nach einer weiteren Auswertung kam man zu dem Schluss, dass
der eingedickte Schlamm keine Emulsion, sondern eine Wasserschlämpe mit Öl, Polymeren
und metallischen Feststoffen ist.
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Qualitative Tests wurden mit Tetrafluorethylen-Lösungsmittel
(TFE) und einem einfachen Detergens bei Umgebungstemperatur und
bei erhöhten Temperaturen
durchgeführt,
um die Extraktion des Öls
aus dem Schlamm zu beurteilen. Nach drei TFE-Extraktionsprozessen
war fast das gesamte Öl entfernt.
Das Detergens hingegen hatte sowohl bei Umgebungstemperatur als
auch bei einer auf 60°C erhöhten Temperatur
nur einen geringen Extraktionseffekt. Auch die Bestrahlung des eingedickten Schlammes
mit dem Detergens mit Hilfe von Mikrowellen hatte einen ähnlich geringen
Effekt.
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Eine andere Vorgehensweise, und zwar
die nach der vorliegenden Erfindung unten beschriebene, wurde entwickelt,
um das Öl
von den Abfallmetallparikeln zu trennen. Es wurde ein Probensatz
magnetisch konzentrierier öliger
Metallpartikel anhand von Industrieproben vorbereitet. Die Proben
magnetisch konzentrierter öliger
Abfallmetallpartikel eines Warmwalzwerkes wurden manuell unter Verwendung eines
mit Kunststoff umhüllten
Stabmagnets vorbereitet. Der Magnet besaß einen integrierien massiven 18''-Griff
und war von der Art, wie sie üblicherweise verwendet
werden, um Rührmagnete
wiederzufinden. Der Magnet wurde langsam und kontinuierlich in Probebehältern mit
einem Volumen von 19 Litern (5 Gallonen), die das vom Hauptzulauf
einer Wasseraufbereitungsanlage kommende Kühlwasser. eines Warmwalzwerkes
enthielten, kreisförmig
bewegt, wie mit Pfeil 22 in 1 gezeigt.
Die magnetisch konzentrierten öligen
Metallpartikel wurden von Hand vom Magnet abgestreift und in eine
geeichte Spritze aufgezogen, um sie dann dosiert in Glasgefäße zu injizieren.
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Es ist darauf hinzuweisen, dass für Behandlungen
in großem
Maßstab
magnetische Walzen- oder
(Trommel-)Separatoren mit Motorantrieb zum Abscheiden feiner Metallpartikel
aus dem Kühl- wasser zur Verfügung stehen.
Diese Systeme werden üblicherweise
in der Metall verarbeitenden Industrie als nach Katalog lieferbarer
Artikel eingesetzt und können
Kühlwassermengen
von bis zu 19 l s-1 (300 gpm) behandeln. Lieferanten eines automatischen Konzentrators
sind zum Beispiel Eriez Magnetics, Inc. oder Magnetool, Inc. Im
Handel erhältlich
sind aber auch Magnetkonzentratoren mit extrem hoher Durchsatzrate.
Es werden für
die magnetische Trennung von Walzwerksabwässern und -prozesswasser Durchsatzraten
von bis zu 1.1401 s-1 (18.000 gpm) angegeben.
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Es wurden zwei 5-ml-Proben magnetisch konzentrierter öliger Abfallmetallpartikel
eines Warmbandwalzwerks vorbereitet und behandelt. Es wurde ein
Vergleich angestellt zwischen konventioneller Erwärmung und
der Mikrowellenbehandlung unter Verwendung von TRIM® RINSE 200 der
Master Chemical Corporation, Perrysburg, Ohio. Jede Probe wurde mit
dem Trennmittel vermischt und in einem verschlossenen Glasgefäß mit folgender
Temperaturführung
erhitzt: Die beiden Proben A und B wurden zunächst mit dem Öltrennmittel
vermischt. Dann wurde die Probe A 24 Stunden lang in ein 60°C warmes Wasserbad
gestellt. Die Probe B wurde 15 Sekunden lang einer Mikrowellenstrahlung
ausgesetzt und dann 24 Stunden Lang in ein 60 °C warmes Wasserbad gestellt.
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Die Abscheidung und das Absetzen
der magnetisch konzentrierten öligen
Abfallmetallpartikel sind in 2A und 2B als Funktion der Zeit grafisch dargestellt. 2A zeigt die konventionell erwärmte Probe
A. 2B zeigt die Mikrowellen behandelte Probe
B.
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Beim Vergleichen der Grafiken erkennt
man, dass sich bei der Mikrowellenbehandlung nach zehn Minuten doppelt
so viel metallische Feststoffe abschieden beziehungsweise absetzten.
Die mit Mikrowellen behandelte Probe (B) zeigte nach 30 Minuten keinen
wesentlichen Unterschied hinsichtlich des Absetzens der metallischen
Feststoffe. Es hatten sich volumenmäßig ungefähr 25% +/-5% metallische Feststoffe abgesetzt.
Die konventionell erwärmte Probe
(A) brauchte 24 Stunden, um ebenfalls einen Niederschlag von 25%
metallischer Feststoffe zu erreichen. Es ist auch darauf hinzuweisen,
dass bei der konventionell erwärmten
Probe sich die gemischte Phase noch nach 24 Stunden klärte.
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Zusammenfassend lässt sich sagen, dass bei der
mit Mikrowellen behandelten Probe (B) das Trennen des Öls von den
metallischen Feststoffen in 30 Minuten oder weniger weitestgehend
abgeschlossen war, während
es bei der konventionell erwärmten Probe
(A) 24 Stunden dauerte. Dies ist eine Verbesserung um den Faktor
48 (Reduzierung um 98%) bezüglich
der für
das Trennen erforderlichen Zeit durch den Einsatz von Mikrowellen
gegenüber
der konventionellen Erwärmung.
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Das Mikrowellenverfahren zur Abscheidung öliger metallischer
Feststoffe nach der vorliegenden Erfindung ist für gewerblich angewandte Verfahren von
Nutzen. Die Behandlungsmethode kann unter Verwendung im Handel erhältlicher
magnetischer Konzentrationsausrüstungen
und Mikrowellen-Gerätekomponenten
angewandt werden. Die Mikrowellenausrüstung des außerordentlich
kompakt. Die für das
Verfahren erforderlichen Einrichtungen können die existierenden Wasseraufbereitungsanlagen
auf etwa einem Zehntel der Fläche
ersetzen. Die Ausrüstungen
für die
Behandlung mit Mikrowellen können die
vorhandenen Ausrüstungen
ersetzen oder nachgerüstet
werden, und es ist nicht erforderlich, die bestehende Kühlwasser-Aufbereitungsanlage
zu entfernen oder abzuschalten. Die Erfindung führt zu beträchtlichen Kostensenkungen beim
Betrieb eines Warmbandwalzwerkes mit dem Vorteil der Wiederverwertung
und eines Richtung Null tendierenden Abfallaufkommens.
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Zusammenfassung: Es wurden ein Verfahren
und eine Einrichtung zum Reinigen und Wiederaufbereiten industrieller
Abfälle
mit öligen
metallischen Feststoffen beschrieben.
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Die vorliegende Erfindung wurde in
Form eines bevorzugten Ausführungsbeispiels
beschrieben. Die Erfindung beschränkt sich jedoch nicht auf das
illustrierte und beschriebene Ausführungsbeispiel. Der Umfang
der Erfindung ist vielmehr durch die beigefügten Ansprüche definiert.