WO1996038219A2 - Vorrichtung und verfahren zum recycling von wasserlacken - Google Patents

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WO1996038219A2
WO1996038219A2 PCT/EP1996/002244 EP9602244W WO9638219A2 WO 1996038219 A2 WO1996038219 A2 WO 1996038219A2 EP 9602244 W EP9602244 W EP 9602244W WO 9638219 A2 WO9638219 A2 WO 9638219A2
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paint
filtration
membrane
water
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Peter Machaczek
Albrecht Dams
Hartwig Voss
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Basf Lacke Und Farben Aktiengesellschaft
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    • C08J11/00—Recovery or working-up of waste materials
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D61/00—Processes of separation using semi-permeable membranes, e.g. dialysis, osmosis or ultrafiltration; Apparatus, accessories or auxiliary operations specially adapted therefor
    • B01D61/02—Reverse osmosis; Hyperfiltration ; Nanofiltration
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Definitions

  • the invention relates to a device and a method for separating water components from aqueous lacquer-like dispersions with the aid of a membrane filter.
  • Lacquer is carried on as a so-called overspray with the cabin air and separated in a water curtain.
  • the low molecular weight substances that have passed through the membrane also have an adverse effect on the filtrate side.
  • the filtrate is reused in the painting process, for example for washing and cleaning processes. Due to the enrichment with low molecular weight substances from the paint, however, the permeate is highly sensitive to foam, ie when used inside the spray booth, the filtrate water tends to form a lot of foam. As a result, spray booth operation can come to a standstill because exhaust air washing can no longer be carried out. Design changes to the spray booth can only mitigate the problem to a limited extent, since the exhaust air scrubber is an indispensable part of the booth and is always a system-related foam source.
  • Whirlwind washers or simple spray booths without special washout enable a reduction in foam generation, but the effectiveness of the paint mist separation can be too low.
  • Washers with a relatively high energy input such as jet washers or venturi washers (as is common in the automotive industry) usually have satisfactory degrees of separation, but that is precisely why they are strong sources of foam.
  • the object of the invention is to provide an apparatus and a method for separating water components from aqueous paint-like dispersions, such as those obtained in particular as waste water from spray booths, which is energy-efficient and does not have the disadvantages of the prior art described , ie does not cause depletion of the dispersion of essential binder or solvent components, and supplies a filtrate which no longer contains any constituents which make further use or clarification difficult or impossible.
  • the varnish-like dispersions recovered by the process according to the invention are mixtures of polyurethane, alkyd, melamine and acrylate resins in different proportions, with - depending on the type of resin - different water-soluble and disperse resin proportions.
  • These dispersions can be dispersible without auxiliaries or can also be stabilized in aqueous solution with the aid of surfactants or organic solvents such as glycols, alcohols or amines (eg dimethylethanolamine). Surprisingly, the formation of foam in the filtrate obtained was almost completely suppressed.
  • the separation limit of the membrane can be matched to the water spray used so that it is completely impermeable to the resins contained in the paint. The latter therefore remain complete and in the correct composition and do not have to be added again afterwards.
  • the membrane allows solvents up to a molecular weight of 180 g / mol to pass through. At this separation limit, the resins are retained almost completely, but solvents and additives are largely let through by the membrane.
  • the membrane-compatible solvents are not indispensable for the stability of the dispersion, they are placed in the booth water in a sufficiently high concentration. Their membrane compatibility makes it unnecessary to add more solvents. They are not removed from the cabin water or the permeate and are always in the required concentration. On the other hand, its passage prevents an excessive osmotic back pressure from building up across the membrane.
  • the membranes according to the invention are used in existing plants instead of the ultrafiltration membranes. It will be yours
  • a special embodiment of the device according to the invention can look such that the membrane according to the invention is arranged in a paint filtration circuit. This circuit is fed both through a feed line of thinned paint to be processed and from a skim line that is constantly concentrated paint. There is also a line behind the membrane on the permeate side for skimming off the filtrate. The degree of concentration can be influenced by a targeted control of the feed and skim rates.
  • the filtration operation can be better coordinated with the operation of the painting system.
  • the first stage a pre-concentration of the paint or depletion of the cabin water on paint is achieved.
  • the second stage can be operated continuously or discontinuously.
  • the concentrate must have a minimum viscosity so that it is stable in storage and processable. The viscosity increases non-linearly with the non-volatile paint component. Since the filtrate flow decreases with increasing non-volatile lacquer content, the filtration in the second stage would have to be operated at very low filtrate flows if it is designed as a continuous process. Therefore, it is usually cheaper to do this discontinuously.
  • the invention also relates to a method for separating water components from aqueous lacquer-like dispersions with the aid of the inventive devices described.
  • diluted paint - usually wastewater from a spray booth or the like - is supplied, which may then be in one Storage container is temporarily stored with stirring.
  • the diluted varnish is then fed to a varnish filtration circuit, where a suitable filtration pressure and a suitable circulation speed are set.
  • Concentrated lacquer is continuously skimmed off from the lacquer filtration circuit, and then optionally fed to at least one further lacquer filtration circuit for further filtration.
  • the permeate-side filtrate is skimmed off, if necessary, via a collecting container and fed to a further use, for example in the spray booth for washing and cleaning purposes, or to a clarification process.
  • This process variant can also be operated continuously or discontinuously. Discontinuous operation is preferred for the reasons mentioned above.
  • transmembrane filtration pressure is above 20 bar, preferably in the range of 30-40 bar.
  • the overflow speed of the lacquer over the filtration membrane is preferably at a speed of over 0.5 m / s, particularly preferably from 1 to 5 m / s. Such an overflow speed effectively prevents a cover layer which prevents permeation from being deposited on the membrane.
  • the device according to the invention and the method according to the invention are preferably used in the recovery of aqueous paints from the circulating water of spray booths and from paint-laden wastewater while simultaneously using the permeate as a washing or rinsing medium.
  • aqueous paints from the circulating water of spray booths and from paint-laden wastewater while simultaneously using the permeate as a washing or rinsing medium.
  • two fully reusable products are obtained, namely on the one hand the reusable water-based paint and on the other hand wash water.
  • existing prejudices in the prior art are overcome in a surprisingly simple and impressive manner.
  • the advantages of the environmental friendliness of waterborne basecoats are impressively rounded off by the complete recycling of paint residues from painting and spray booths and by the production of a filtrate that can either be used as washing water or that can be easily clarified.
  • Figure 1 shows a membrane filtration circuit according to the invention.
  • Figure 2 shows a two-stage filtration.
  • the device consists in the first part of a lacquer filtration circuit 3, which is identical to that of Figure 1. It consists of the feed 1 of the diluted paint, the reservoir 2, the circulation pump 4, the membrane 5 and the heat exchanger 6.
  • the filtrate is fed via a removal line 8 to a reservoir 9.
  • This is fed to a second paint filtration circuit 3 ' .
  • This circuit basically consists of the same elements as the circuit of the first stage, although these can be dimensioned differently to suit the changed concentration of the paint supplied.
  • the filtrate of the second stage is also fed to the intermediate container 9 via the line 8 ' . Concentrated paint is removed from the entire device via line 7 '.
  • circuit 3 works with a filtration pressure of over 10 bar.
  • a suitable and typical value range for the volume flow in circuit 3 is approx. 150 m 3 / h.
  • FIG. 4 shows a two-stage filtration device with a filtration pressure pump 11.
  • the concentrate of the first filtration stage is fed via line 7 to a further lacquer filtration circuit 3 ' . Only in this circuit is paint 7 ' removed for reuse in line 7 ' .
  • a bypass via the valve 12 back to the reservoir 2 is also carried out with paint from the second circuit 3 ' .
  • the filtrates from the permeate sides of the membranes are fed to the intermediate filtrate container 9 via lines 8 and 8 ' .
  • the high pressure of typically 10 bar generated with the filtration pressure pump 11 prevails in both filtration circuits 3 and 3 ' via the connecting line 7. In this way, the technically complex generation of the high pressure can be accomplished by a single pump 11 with optimized paint recovery by a two-stage process.

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Abscheidung von Wasseranteilen aus wäßrigen lackartigen Dispersionen mit Hilfe eines Membranfilters, der für molekulare Bestandteile bis zu einer Größe von maximal 100 bis 500 Dalton durchlässig ist. Verwendung z.B. für das Recycling von Wasserlacken in Spritzkabinen.

Description

Vorrichtung und Verfahren zum Recycling von Wasseriacken
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Abscheidung von Wasseranteilen aus wäßrigen lackartigen Dispersionen mit Hilfe eines Membranfilters.
In den vergangenen Jahren hat die Verwendung von sogenannten Wasserbasislacken, d.h. Lacken, deren Lösemittel ausschließlich oder überwiegend Wasser ist, im starken Maße zugenommen. Der Grund hierfür liegt in der größeren Umweltverträglichkeit dieser Lacke im Vergleich zu den herkömmlichen Lacken mit organischen Lösemitteln.
Bei der Spritzlackierung der Automobilindustrie kann nicht die gesamte Lackmenge das Werkstück erreichen. Ein großer Teil des zerstäubten
Lackes wird als sogenannter Overspray mit der Kabinenluft fortgeführt und in einem Wasserschleier abgeschieden. Üblicherweise wird der
Overspray im Wasser koaguliert und dieses Koagulat aus dem Wasser abgetrennt. Wasserlacke können prinzipiell aus dem Kabinenwasser zurückgewonnen werden. Voraussetzung ist, daß die hochverdünnte Lackdispersion, die sich im Kabinenwasser bildet, erhalten bleibt. Unter diesen
Voraussetzungen ist es möglich, das Kabinenwasser mit einem
Filtrationsverfahren in ein Filtrat und ein lackähnliches Konzentrat aufzutrennen.
Aus dem Stand der Technik sind für die Aufkonzentrierung und
Wasserabscheidung sogenannte Uitrafiltrationsverfahren bekannt. So wird in der DE-3227227 z.B. ein Verfahren beschreiben, bei dem die Lackreste an einer Membran entlanggeführt werden, und Wasser zusammen mit anderen (niedermolekularen) Bestandteilen des Lackes durch die Membran abfiltriert wird. In der EP-0560175 wird eine derartige Ultrafiltration zusätzlich mit einer Elektrophorese oder Eindampfung kombiniert.
Diese beispielhaft genannten Verfahren nach dem Stand der Technik sind jedoch mit zwei gravierenden Nachteilen behaftet: Zum einen werden mit der Filtration unweigerlich auch solche niedermolekularen Bestandteilen des Lackes abgetrennt, die für die Lackformulierung unverzichtbar sind. Hierbei handelt es sich z.B. um niedermolekulare Bindemittel. Das Lackkonzentrat muß daher vor der weiteren Verarbeitung die durch die Filtration entzogenen Stoffe wieder zugesetzt bekommen. Dies bedeutet weiteren Arbeitsaufwand und zusätzliche Kosten.
Zum zweiten üben die durch die Membran getretenen niedermolekularen Stoffe auch auf der Filtratseite einen nachteiligen Effekt aus. In der Regel wird das Filtrat im Lackierprozeß z.B. für Wasch- und Reinigungsvorgänge wiederverwendet. Durch die Anreicherung mit niedermolekularen Substanzen aus dem Lack tritt jedoch eine hohe Schaumempfindlichkeit des Permeates auf, d.h. bei der Verwendung innerhalb der Spritzkabine neigt das Filtratwasser zu einer starken Schaumbildung. Dadurch kann der Spritzkabinenbetrieb zum Erliegen kommen, weil eine Abluftwäsche nicht mehr durchführbar ist. Konstruktive Änderungen an der Spritzkabine können das Problem nur begrenzt entschärfen, da der Abluftwäscher unverzichtbarer Bestandteil der Kabine ist und immer eine systembedingte Schaumquelle darstellt. Wirbelwäscher oder einfache Spritzstände ohne besondere Auswaschung ermöglichen zwar eine Verringerung der Schaumerzeugung, die Effektivität der Lacknebelabscheidung kann jedoch zu gering sein. Wäscher mit relativ hohem Energieeintrag, wie Düsenwäscher oder Venturiwäscher (wie in der Automobilindustrie üblich) haben i.d.R. zufriedenstellende Abscheidegrade, sind jedoch genau deshalb starke Schaumquellen.
Sofern das Filtrat einer Kläranlage zugeführt wird, können die genannten Stoffe Entsorgungsprobleme verursachen.
Die Erfindung hat sich demgegenüber die Aufgabe gestellt, eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Abscheidung von Wasseranteilen aus wäßrigen lackartigen Dispersionen, wie sie insbesondere als Abwasser aus Spritzkabinen anfallen, zur Verfügung zu stellen, das energieeffizient arbeitet und die geschilderten Nachteile des Standes der Technik nicht aufweist, d.h. keine Verarmung der Dispersion an wesentlichen Bindemittel- oder Lösemittelkomponenten eintreten läßt, sowie ein Filtrat liefert, das keine Bestandteile mehr enthält, die eine Weiterverwendung oder Klärung erschweren bzw. unmöglich machen.
Diese Aufgabe wird durch eine Vorrichtung gelöst, die mit Hilfe eines Membranfilters arbeitet, der molekulare Bestandteile nur bis zu einer Größe von maximal 100 bis 500 Dalton (entspricht 100 bis 500 g/mol), vorzugsweise 200-300 Dalton, durchläßt. Durch diese spezielle Auswahl der Trenngrenze der Membran wird erreicht, daß Glycole und andere niedermolekulare Lösemittel weitgehend durchgelassen werden, jedoch niedermolekulare Harze noch weitgehend zurückgehalten werden. Unerwünschte Substanzen treten daher nicht in das Filtrat über. Hierdurch werden die oben geschilderten Probleme aus dem Stand der Technik vermieden. Gegen eine solche erfindungsgemäße Lösung bestanden bisher erhebliche Vorurteile. Sie wurde zum einen als nicht durchführbar angesehen, da mit einer derartig kleinen Trenngrenze der Membran nach herrschender Ansicht die Permeationsleistung auf inakzeptable Werte sinken sollte (vgl. H. Upgang, „Membranen bei der Rückgewinnung von Lacken, Teil 2" färbe + lack 100 (1994), S.1027). Eine Kompensation dieses Effektes durch erhöhte transmembrane Drucke wurde aufgrund technischer Schwierigkeiten und wegen des damit verbundenen Energieaufwandes von der Fachwelt abgelehnt. Ferner bestand die Ansicht, daß die durch herkömmliche Membranen durchtretenden Stoffe Tensidcharakter besäßen, welcher für die Neigung des Filtrates zur Schaumbildung verantwortlich sei. Oberflächenaktive Stoffe setzen bereits in geringsten Konzentrationen die Oberflächenspannung von Flüssigkeiten herab, d.h. stabilisieren Schaum, so daß theoretisch nur von einer vollständigen Abtrennung dieser Stoffe eine Verringerung der Schaumneigung des Wassers erwartet werden kann. Der nach dem bisherigen Stand der Technik allein vorgeschlagene Lösungsweg bestand darin, die Lackformulierung unter Verzicht auf entsprechende Binde- und Lösemittelanteile drastisch zu ändern. Durch eine solche Maßnahme wurde natürlich die Lackeigenschaften in anderen wesentlichen Punkten erheblich verschlechtert.
Die erfindungsgemäße Lösung hat demgegenüber demonstriert, daß eine wirkungsvolle und wirtschaftlich effektive Aufbereitung von Wasserlack durchaus möglich ist. Die vom erfindungsgemäßen Verfahren zurückgewonnenen lackartigen Dispersionen sind Gemische aus Polyurethan-, Alkyd-, Melamin- und Acrylatharzen in unterschiedlichen Anteilen, bei - je nach Harztyp - unterschiedlichen wasserlöslichen sowie dispersen Harzanteilen. Diese Dispersionen können ohne Hilfsmittel dispergierbar sein oder auch unter Zuhilfenahme von Tensiden oder organischen Lösemitteln wie Glycolen, Alkoholen oder Aminen (z.B. Dimethylethanolamin) in wäßriger Lösung stabilisiert sein. Überraschenderweise konnte im erhaltenen Filtrat auch die Schaumbildung nahezu gänzlich unterdrückt werden. Da oberflächenaktive Stoffe, wie oben gesagt, in sehr geringen Konzentrationen die Schaumneigung von wäßrigen Lösungen drastisch erhöhen können, war dies nicht zu erwarten. In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung kann die Trenngrenze der Membran so auf den verwendeten Wasseriack abgestimmt werden, daß sie für die im Lack enthaltenen Harze vollständig undurchlässig ist. Letztere bleiben daher komplett und in der richtigen Zusammensetzung erhalten und müssen nicht nachträglich wieder zugesetzt werden.
Besonders bevorzugt ist es, wenn die Membran Lösemittel bis zu einem Molekulargewicht von 180 g/mol passieren läßt. Bei dieser Trenngrenze werden die Harze praktisch vollständig zurückgehalten, Lösemittel und Additive aber weitgehend von der Membran durchgelassen. Sofern die membrangängigen Lösemittel für die Dispresionsstabilität nicht entbehrlich sind, werden sie in genügend hoher Konzentration im Kabinenwasser vorgelegt. Ihre Membrangängigkeit macht ein Nachdosieren dieser Lösemittel unnötig. Sie werden dem Kabinenwasser bzw. dem Permeat nicht entzogen und liegen immer in der erforderlichen Konzentration vor. Andererseits wird durch ihren Durchtritt verhindert, daß sich ein zu großer osmotischer Gegendruck über die Membran hinweg aufbaut. In erster Linie ist hierbei an eine Durchlässigkeit für Lösemittel wie 2-Butoxy-ethanol (M=118 g/mol) und Diethylenglykol-mono-n- butylether (M=162 g/mol) zu denken. Auch bei hohen Aufkonzentrierungen mit einem Faktor von etwa 50 kann so immer noch ein technisch verwertbarer Filtratfluß erreicht werden. Die spezielle Wahl der Trenngrenze zwischen niedermolekularen Harzen und niedermolekularen Lösemitteln wirkt sich überraschenderweise auf die Eigenschaften sowohl des Retentates als auch des Permeates (Kabinen- wasser) positiv aus.
Die erfindungsgemäßen Membranen werden in vorhandene Anlagen anstelle der Ultrafiltrations-Membranen eingesetzt. Ihnen wird dabei das
Kabinenwasser direkt zugeleitet, ohne zuvor in anderen Stationen (z. B. in einer üblichen Ultrafiltration mit typischen Trenngrenzen von 5000 bis 100.000 Dalton) vorgefiltert worden zu sein. Auf derartige Maßnahmen kann bei der Erfindung überraschenderweise verzichtet werden.
Eine besondere Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung kann so aussehen, daß die erfindungsgemäße Membran in einem Lackfiltrationskreislauf angeordnet ist. Diesem Kreislauf wird dabei sowohl über eine Zuleitung verdünnter, zu bearbeitender Lack zugeführt, als auch über eine Abschöpfleitung ständig aufkonzentrierter Lack entnommen. Ferner befindet sich permeatseitig hinter der Membran eine Leitung zum Abschöpfen des Filtrates. Durch eine gezielte Steuerung der Zuführungs- und Abschöpfungsraten kann das Maß der Aufkonzentrierung beeinflußt werden.
In einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung des geschilderten retentatseitigen Lackfiltrationskreislaufes ist in diesem eine Umwälzpumpe angeordnet. Ggf. befinden sich femer darin ein Vorratsbehälter mit Umrührvorrichtung, der als Zwischenlager für den zugeführten verdünnten Lack dient, sowie ein Wärmetauscher. Die Umwälzpumpe sorgt für einen ständigen Umlauf des Lackes in dem Lackfiltrationskreislauf, so daß dieser ständig an der Membran entlanggeführt wird. Hierdurch kommt es einerseits zu einem kontinuierlichen Filtrationsprozeß, andererseits wird die Ablagerung einer Deckschicht auf der Membran vermieden bzw. verringert. Dieser Effekt ist besonders wichtig, da eine solche Deckschicht entscheidend die erzielbare Filtrationsrate bestimmt. Der Wärmetauscher dient der Abfuhr der durch den Umwälzvorgang dissipierten Energie. Über einen Vorratsbehälter können Schwankungen in der Zuführung des verdünnten Lackes ausgeglichen werden. Eine Umrührvorrichtung sorgt dabei für eine gleichmäßige Durchmischung des Lackes und verhindert die Absetzung von Feststoffen auf dem Boden. Von besonderem Vorteil ist es, wenn in den geschilderten Vorrichtungen in dem Lackfiltrationskreislauf der erforderliche Filtrationsdruck von einer eigenen, in der Lackzuführleitung angeordneten Pumpe erzeugt wird. Diese kann daher auf die besonderen Bedürfnisse des hohen Filtrationsdruckes optimal abgestimmt sein, während die Umwälzpumpe nur den zur Überwindung von Reibungswiderständen etc. notwendigen Überdruck im Lackfiltrationskreisiauf liefern muß. Bei der genannten Filtrationsdruckpumpe kann es sich vorzugsweise um eine Verdrängerpumpe wie z.B. eine Membran- oder Kolbenpumpe handeln. Druckluftbetriebene Verdrängerpumpen bieten hier einen Vorteil, weil durch Vorgabe eines bestimmten Luftdrucks ein bestimmter medienseitiger Druck vorgegeben ist. Es müssen keine zusätzlichen Drucküberwachungseinrichtungen installiert werden.
Mit mehrstufigen Verfahren läßt sich der Filtrationsbetrieb besser auf den Betrieb der Lackieranlage abstimmen. In der ersten Stufe wird eine Vorkonzentrierung des Lackes bzw. Abreicherung des Kabiπenwassers an Lack erreicht. Unabhängig davon kann die zweite Stufe kontinuierlich oder diskontinuierlich betrieben werden. Das Konzentrat muß eine Mindestviskosität aufweisen, damit es lagerstabil und verarbeitungsfähig wird. Die Viskosität steigt nichtlinear mit dem nichtflüchtigen Lackanteil. Da der Filtratfluß mit steigendem nichtflüchtigen Lackanteil abfällt, müßte die Filtration in der zweiten Stufe bei sehr niedrigen Filtratflüssen betrieben werden, wenn sie als kontinuierliches Verfahren ausgelegt wird. Daher ist es in der Regel günstiger, hier diskontinuierlich zu verfahren.
Die Erfindung betrifft auch ein Verfahren zur Abscheidung von Wasseranteilen aus wäßrigen lackartigen Dispersionen mit Hilfe der beschriebenen erfindungsgemäßen Vorrichtungen. Hierbei wird in einem ersten Schritt verdünnter Lack - in der Regel Abwasser aus einer Spritzkabine oder dergleichen - zugeführt, der dann ggf. in einem Vorratsbehälter unter Umrühren zwischengespeichert wird. Der verdünnte Lack wird sodann einem Lackfiltrationskreislauf zugeführt, wo ein geeigneter Filtrationsdruck und eine geeignete Umwälzgeschwindigkeit eingestellt werden. Aus dem Lackfiltrationskreislauf wird kontinuierlich aufkonzentrierter Lack abgeschöpft, und danach ggf. mindestens einem weiteren Lackfiltrationskreislauf zur weiteren Filtration zugeführt. Ebenso wird das permeatseitige Filtrat ggf. über einen Sammelbehälter abgeschöpft und einer weiteren Verwendung, z.B. in der Spritzkabine für Wasch- und Reinigungszwecke, oder einem Klärprozeß zugeführt. Auch dies Verfahrensvariante kann kontinuierlich oder diskontinuierlich betrieben werden. Der diskontinuierliche Betrieb ist aus den oben genannten Gründen jedoch zu bevorzugen.
Die bevorzugten Werte für den transmembranen Filtrationsdruck liegen oberhalb von 20 bar, vorzugsweise im Bereich von 30-40 bar.
Die Überströmgeschwindigkeit des Lackes über die Filtrationsmembran erfolgt vorzugsweise mit einer Geschwindigkeit von über 0,5 m/s, besonders bevorzugt von 1 bis 5 m/s. Durch eine derartige Überströmgeschwindigkeit wird wirkungsvoll vermieden, daß sich auf der Membran eine die Permeation behindernde Deckschicht ablagert.
Eine bevorzugte Verwendung findet die erfindungsgemäße Vorrichtung und das erfindungsgemäße Verfahren bei der Rückgewinnung von wäßrigen Lacken aus dem Umlaufwasser von Spritzkabinen und aus lackbeladenen Abwassern bei gleichzeitiger Verwendung des Permeates als Wasch- oder Spülmedium. Durch diesen Einsatz in Verbindung mit Spritz- und Lackierkabinen werden zwei uneingeschränkt wiederbenutzbare Produkte gewonnen, nämlich einerseits der wiederverwendbare Wasserlack, und andererseits Waschwasser. Umweltschädliche Emissionen entstehen nicht. Mit der Erfindung werden auf überraschend einfache und eindrucksvolle Weise bestehende Vorurteile im Stand der Technik überwunden. Die Vorteile der Umweltfreundlichkeit von Wasserbasislacken werden durch ein komplettes Recycling von Lackresten aus Lackierungs- und Spritzkabinen sowie durch die Erzeugung eines entweder als Waschwasser verwendbaren oder unproblematisch der Klärung zuführbaren Filtrates eindrucksvoll abgerundet.
Im folgenden wird die Erfindung mit Hilfe der Abbildungen näher erläutert.
Figur 1 zeigt einen erfindungsgemäßen Membranfiltrationskreislauf. Figur 2 zeigt eine zweistufige Filtration.
Figur 3 zeigt eine einstufige Filtration mit Filtrationsdruckpumpe. Figur 4 zeigt eine zweistufige Filtration mit Filtrationsdruckpumpe.
In Figur 1 ist dargestellt, wie über eine Zuströmleitung 1 verdünnter Lack aus einer Lackierkabine einem Lackvorratsbehälter 2 mit einem Umrührer zugeführt wird. Aus dem Vorratsbehälter 2 gelangt der verdünnte Lack in einen Lackfiltrationskreislauf 3. Dabei wird er zuerst über die Umwälzpumpe 4 geführt, um anschließend auf die Retentatseite 5a des Membranmoduls 5 zu gelangen. Von dort wird das Retentat über einen Wärmetauscher 6 zurück zum Vorratsbehälter 2 geführt, wo sich der Lackkreislauf schließt. Über die Abschöpfungsleitung 7 wird dem Lackfiltrationskreislauf 3 ständig aufkonzentrierter Lack entnommen. Dieser kann direkt für den weiteren Lackierungsprozeß wiederverwendet werden.
Auf der Permeatseite 5b der Membran 5 wird das Filtrat über die Leitung
8 entnommen. Über einen Zwischenbehälter 9 gelangt es zur Entnahmeleitung 10, von wo es entweder einer Verwendung als Wasch- und Reinigungsflüssigkeit innerhalb der Spritzkabine oder einem Klärprozeß zugeführt werden kann.
Mit der in Figur 2 dargestellten zweistufigen Filtrationseinrichtung können verbesserte Aufkonzentrationsergebnisse und eine bessere Abstimmung auf den Betrieb der Lackieranlage erzielt werden. Die Vorrichtung besteht im ersten Teil aus einem Lackfiltrationskreisiauf 3, der mit demjenigen aus Figur 1 identisch ist. Er besteht aus der Zuführung 1 des verdünnten Lackes, dem Vorratsbehälter 2, der Umwälzpumpe 4, der Membran 5 und dem Wärmetauscher 6. Das Filtrat wird über eine Entnahmeieitung 8 einem Vorratsbehälter 9 zugeführt. Ein Unterschied ergibt sich jedoch in der weiteren Verarbeitung des über die Leitung 7 entnommenen aufkonzentrierten Wasserlackes. Dieser wird einem zweiten Lackfiltrationskreisiauf 3' zugeführt. Dieser Kreislauf besteht grundsätzlich aus denselben Elementen wie der Kreislauf der ersten Stufe, wobei diese jedoch angepaßt an die geänderte Konzentration des zugeführten Lackes anders dimensioniert sein können. Das Filtrat der zweiten Stufe wird über die Leitung 8' ebenfalls dem Zwischenbehälter 9 zugeführt. Aufkonzentrierter Lack wird über die Leitung 7' der gesamten Vorrichtung entnommen.
In Figur 3 ist eine optimierte einstufige Version der erfindungsgemäßen Vorrichtung dargestellt. Über die Zuführleitung 1 erfolgt wieder die Einleitung des verdünnten Wasserlackes in einen Vorratsbehälter 2. Von dort gelangt der verdünnte Lack über eine Verdrängerpumpe 11 mit Regelungssystem in den Lackfiltrationskreisiauf 3. Dort wird er in der bekannten Weise über die Umwälzpumpe 4, die Membran 5 und den Wärmetauscher 6 zirkuliert. Über die Leitung 7 erfolgt eine Entnahme des Lackkonzentrates, während über die Leitung 8 das Filtrat dem Vorratsbehälter 9 zugeführt wird. Über ein Ventil 12 kann ein geringer Bypass-Strom zurück zum Vorratsbehälter 2 zugelassen werden, so daß die Zusammensetzung des Mediums hierdurch kontrolliert werden kann. Gegenüber den bisher beschriebenen Vorrichtungen unterscheidet sich die Vorrichtung nach Figur 3 durch den Einsatz einer zusätzlichen Filtrationsdruckpumpe 11. Diese Trennung von der Umwälzpumpe 4 hat den Vorteil, daß die Pumpe 11 auf den hohen Filtrationsdruck optimal abgestimmt werden kann. Vorzugsweise finden hierfür Verdrängerpumpen, wie z.B. Membranpumpen oder Kolbenpumpen Anwendung.
Typischerweise wird im Kreislauf 3 mit einem Filtrationsdruck von über 10 bar gearbeitet. Ein geeigneter und typischer Wertbereich für den Volumenstrom im Kreislauf 3 sind ca. 150 m3/h.
Figur 4 zeigt eine zweistufige Filtrationsvorrichtung mit Filtrationsdruckpumpe 11. Im Gegensatz zu der unter Figur 3 beschriebenen Vorrichtung wird hierbei das Konzentrat der ersten Filtrationsstufe über die Leitung 7 einem weiteren Lackfiltrationskreisiauf 3' zugeführt. Erst aus diesem Kreislauf wird in der Leitung 7' Lack für die Wiederverwendung entnommen. Ein Bypass über das Ventil 12 zurück zum Vorratsbehälter 2 erfolgt ebenfalls mit Lack aus dem zweiten Kreislauf 3'. Die Filtrate von den Permeatseiten der Membranen werden über Leitungen 8 und 8' dem Filtratzwischenbehälter 9 zugeführt. Besonders vorteilhaft ist es, daß der mit der Filtrationsdruckpumpe 11 erzeugte hohe Druck von typischerweise 10 bar über die Verbindungsleitung 7 in beiden Filtrationskreisläufen 3 und 3' herrscht. Auf diese Weise kann bei optimierter Lackrückgewinnung durch ein zweistufiges Verfahren die technisch aufwendige Erzeugung des hohen Druckes durch eine einzige Pumpe 11 bewerkstelligt werden.

Claims

Patentansprüche:
1. Vorrichtung zur Abscheidung von Wasseranteilen aus wäßrigen lackartigen Dispersion mit Hilfe eines Membranfilters, dadurch gekennzeichnet, daß die verwendete Membran (5) für molekulare Bestandteile bis zu einem Molgewicht von maximal
100 bis 500 g/mol, vorzugsweise 200-300 g/mol, durchlässig ist.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, daß die Membran (5) für die im jeweiligen Lack enthaltenen Harze weitestgehend undurchlässig ist.
3. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Membran (5) für Lösemittel bis zu einem Molekulargewicht von 180 g/mol durchlässig ist, vorzugsweise für 2-Butoxy-ethanol und Diethylenglykol-mono-n- butylether, niedermolekulare Alkohole und Amine.
4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Membran (5) retentatseitig in einem Lackfiltrationskreisiauf (3) angeordnet ist, an dem sich eine Zuleitung (1 ) für den verdünnten Lack und eine Abschöpfleitung (7) für den aufkonzentrierten Lack befindet, und daß permeatseitig eine Leitung (8) zum Abschöpfen des Filtrates angeordnet ist.
5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß in dem retentatseitigen Lackkreislauf (3) eine Umwälzpumpe (4) sowie ggf. ein Vorratsbehälter (2) mit Umrührvorrichtung und ggf. ein Wärmetauscher (6) angeordnet sind.
6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß in dem retentatseitigen Lackfiltrationskreisiauf (3) der Filtrationsdruck von einer von der Umwälzpumpe (4) gesonderten Pumpe (11 ) erzeugt wird, wobei es sich vorzugsweise um eine Verdrängerpumpe, wie z.B. eine
Membranpumpe oder Kolbenpumpe handelt.
7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens ein weiterer Filtrationskreislauf (3') vorhanden ist, dem der aus dem ersten
Lackfiltrationskreisiauf (3) abgeschöpfte, aufkonzentriete Lack über die Leitung (7) zugeführt wird.
8. Verfahren zur Abscheidung von Wasseranteilen aus wäßrigen lackartigen Dispersionen mit Hilfe einer Vorrichtung nach einem der
Ansprüche 4 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß a) die wäßrige lackartige Dispersion über eine Leitung (1) zugeführt und ggf. in einem Vorratsbehälter (2) unter Umrühren zwischengelagert wird, b) die wäßrige lackartige Dispersion dem Lackfiltrationskreisiauf (3) zugeführt wird und dort der Fiitrationsdruck und die Umwälzgeschwindigkeit eingestellt werden, c) aus dem Lackfiltrationskreisiauf aufkonzentrierter Lack (7) abgeschöpft wird, d) der abgeschöpfte, aufkonzentrierte Lack (7) ggf. mindestens einem weiteren Lackfiltrationsprozeß (3') zugeführt wird, und e) das permeatseitige Filtrat (8) - ggf. über einen Sammelbehälter (9) - abgeschöpft und einer weiteren Verwendung oder einem Klärprozeß zugeführt wird.
10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß im Lackfiltrationskreisiauf (3) der Filtrationsdruck größer als 20 bar, vorzugsweise im Bereich von 30-40 bar, und die Umwälzgeschwindigkeit größer als 0,5 m/s, vorzugsweise zwischen 1-
5 m/s, ist.
11. Verwendung der Vorrichtung oder des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 10 zur Rückgewinnung von wäßrigen Lacken aus dem Umlaufwasser von Spritzkabiπen oder aus lackbeladenen Abwässern bei gleichzeitiger Verwendung des Filtrates als Wasch¬ oder Spülmedium.
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