DE19532802C1 - Verfahren und Vorrichtung zur Verwertung von Schleifschlämmen - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Verwertung von Schleifschlämmen durch Abtrennung von metallischen oder mineralischen Schleifspänen und Schleifmittelrückständen aus einer zähflüssigen, fettigen und klebrigen Mischung aus den vorstehenden Stoffen durch anaerobe Vergärung der im Schleiföl enthaltenen Kohlenwasserstoffverbindungen.

In der metallverarbeitenden und glasverarbeitenden Industrie entstehen bei der spanabhebenden Oberflächenbearbeitung Schleifschlämme, die ein Gemisch aus den verwendeten Schleifmitteln, Schleifspänen und Schleiföl darstellen. Da die verwendeten Schleiföle eine hohe Viskosität aufweisen, ist deren Abtrennung mit mechanischen Verfahren nicht möglich. Deshalb werden die Schleifschlämme als Abfall in den Betrieben zunächst in Fässern gesammelt. Diese Fässer werden dann der Deponie zugeführt bzw. entweder einer chemisch­ physikalischen Behandlung unterzogen oder in einer Sondermüllverbrennungsanlage vernichtet. Am Ende dieser bekannten Verfahren fallen noch eine Reihe fester Rückstände an, die nicht wiederverwertbar sind und in einer Deponie untergebracht werden müssen.

So ist z. B. in DE 42 24 953 C1 ein chemisches Verfahren zur Aufarbeitung von mit Öl behafteten Industrieschlämmen beschrieben, nach dem unter anderem Schleifschlämme von Öl­ rückständen befreit werden können.

Gemäß diesem Verfahren werden die Ölbestandteile der Schlämme in einer Extraktionseinrichtung mit leichtsieden­ den Kohlenwasserstoffen als Lösungsmittel extrahiert. An­ schließend erfolgt ein Ausstrippen der Lösungsmittelreste mit Dampf.

Nachteilig an den beschriebenen Lösungen ist, daß die chemisch-physikalischen und thermischen Verfahren mit einem hohen apparativen und energetischen Aufwand verbunden und somit kostenintensiv sind. Diese Verfahren enthalten mehrere Trennstufen, wobei die einzelnen Stoffströme in verschiedenen Temperatur­ schritten aufgearbeitet werden. In den meisten bekannten chemisch-physikalischen Verfahren zur Behandlung derartiger Abfälle werden den Abfällen Chemikalien zugesetzt, die die metallischen Späne binden und anschließend aus der wäßrigen Lösung durch herkömmliche Trennverfahren getrennt werden. Nachteilig an solchen Verfahren ist, daß der größte Teil der verwendeten Chemikalien sich nicht abbauen läßt. Sie bilden mit dem flüssigen Anteil der Mischung neue, schwer zu entsorgende Abwässer.

Ein anderer Weg ist die Verbrennung von Abfällen, die in folgenden ineinander übergreifenden Schritten abläuft:

• - Die thermische Trocknung der Abfälle bei etwas über 100°C,
• - Durchwärmung, Wandlung und Entgasung im Temperaturbereich von 250°C bis 600°C,
• - Zündung und Verbrennung flüchtiger Anteile bei etwa 500°C,
• - Durchwärmung des Brennstoffbettes mit Schwelgasaustrieb und Aufkohlung sowie teilweise Gasverbrennung im Temperaturbereich von etwa 500°C bis 800°C,
• - Vergasen und Verbrennen der Auf­ kohlungsprodukte und des Kokses bei etwa 1000°C im stark bewegten Brennstoffbett,
• - Ausbrand des Restkohlenstoffs in der Asche bei hohem Luftüberschuß und bei Temperaturen über 1200°C, sobald Halogene und halogenorganische Verbindungen vorhanden sind.

Bei der Verbrennung von Abfällen werden generell Rauchgase freigesetzt, die für die Umwelt schädlich sind. Deshalb ist es notwendig, eine Rauchgas­ reinigungsanlage dem Verbrennungsprozeß nachzuschalten.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Verwertung von Schleifschlämmen zu schaffen, welche kostengünstig und mit einfachen Mitteln eine sichere Abtrennung der metallischen und mineralischen Schleifspäne und Schleifmittelrückstände gewährleisten und eine Rückgewinnung von Wertstoffen ermöglichen.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch die Merkmale in den Hauptansprüchen 1 und 14. Zweckmäßige Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unter­ ansprüchen enthalten.

Ein besonderer Vorteil der Erfindung besteht in dem effektiven Abbau des Schleiföls, indem Bakterien und/oder Mikroben und/oder Pilze durch ihren Stoffwechsel die Kohlenwasserstoffverbindungen vom hoch- in den niedermolekularen Bereich aufbrechen, mineralisieren und in umweltverträgliche Substanzen umwandeln. Das Schleiföl, das aus Kohlen­ wasserstoffverbindungen besteht, wird damit in eine mineralsalzhaltige Lösung mit einer niedrigen Viskosität im Bereich von Wasser überführt und verliert durch den Abbau seine Fähigkeit, zwischen den Feststoffpartikeln als Bindemittel in der Mischung zu wirken.

Ein weiterer Vorteil der Erfindung besteht im wirtschaftlichen Einsatz von Ausgangssubstanzen, indem dem Schleifschlamm nährstoffhaltige flüssige Substrate, wie z. B. stärkehaltiges Abwasser aus der kartoffelverarbeitenden Industrie oder Klärschlamm aus einer Kläranlage sowie Faulschlamm aus einer gut funktionierenden Biogasanlage, zugesetzt werden, um den Schleifschlamm für den Biogasprozeß vorzubereiten. Durch die Zugabe des flüssigen Substrates wird gleichzeitig die hochviskose Mischung dünnflüssiger und pumpfähig gemacht. Erfindungsgemäß findet dieser Nährstoffeintrag in einem geschlossenen Mischbehälter statt, der gegebenenfalls beheizt ist, um die Fließfähigkeit des Schlammes weiter zu verbessern.

In einem zweiten, ebenfalls vorbeheizten Behälter, dem Biogasreaktor, der als Rührkessel oder als UASB-Reaktor ausgebildet sein kann, wird das Öl des Schleifschlammes oder ein Teil davon anaerob biologisch unter Bildung von Biogas abgebaut. Dazu wird das im Mischbehälter vorbereitete Substrat dem Biogasreaktor zudosiert. Die Zudosierung erfolgt vorzugsweise stufenweise und mehrmals täglich mit einer festgelegten Menge frischen Substrates, nach vorherigem Abzug einer äquivalenten Menge Faulschlammes. Je nach Bedarf wird ein Teil des Faulschlammes als Zusatz für das frische Substrat verwendet. Mit dieser Maßnahme kann schon im Mischbehälter die Hydrolyse der organischen Masse initiiert werden. Nach dem Verlassen des Biogasreaktors wird der entstehende Faulschlamm z. B. durch Sedimentation in einem Absetzbehälter oder in Form eines Eindickers einer Fest-Flüssig-Trennung unterzogen.

In einem weiteren Schritt wird das dickflüssige Sediment in einen Hydrozyklon gebracht, in dem eine Trennung in feine und grobe Bestandteile des Sediments stattfindet. Über einen Magnetabscheider werden aus den Feststoffpartikeln eisenhaltige Substanzen ab­ geschieden.

Eisenhaltige Metallspäne, sonstige Metallspäne und mineralische Komponenten unterschiedlichen Durchmessers werden durch das Verfahren in separaten Fraktionen gewonnen und können als Wertstoff der Wiederverwertung zugeführt werden. Weiterhin wird Biogas gewonnen, welches als Heizmittel in den Prozeß zurückgeführt werden kann oder in einem Blockheizkraftwerk verwertet werden kann.

Die Erfindung soll nachstehend an Hand von Ausführungsbeispielen näher erläutert werden.

Beispiel 1

Fig. 1 zeigt in schematischer Darstellung die wesentlichen Bestandteile einer Variante der Verwertungsanlage.

Im Mischbehälter 1 wird das Substrat für den Biogas­ reaktor 2 vorbereitet. Das Substrat wird hergestellt, indem ein Teil des Schleifschlammes mit zwei Teilen Faulschlamm aus einer thermophil arbeitenden Bio­ gasanlage und einem Teil Klärschlamm aus einer Kläranlage zusammengemischt wird. Je nachdem, welche Temperaturen die drei Bestandteile besitzen, wird der Behälter 1 beheizt, um die Temperatur der Inhaltstoffe auf etwa 35°C zu bringen.

Das vorbereitete Substrat wird in einen bis zur Hälfte mit Faulschlamm aus einer gut funktionierenden thermophilen Biogasanlage befüllten Biogasreaktor 2 langsam zudosiert und die Temperatur auf 55°C gebracht.

Die weitere Zudosierung erfolgt täglich, bis das Arbeitsvolumen des Biogasreaktors 2 erreicht ist. Da­ nach erfolgt die Zudosierung mehrmals täglich mit einer festgelegten Menge frischen Substrates nach vorherigem Abzug einer äquivalenten Menge Faulschlamm. Im Bio­ gasreaktor 2 findet die Vergärung bzw. Fermentation des Substrates unter anaeroben Bedingungen statt. Das ent­ stehende Biogas wird zum Beheizen der Mischbehälter 1 und Biogasreaktoren 2 genutzt.

Der aus dem Biogasreaktor 2 kommende Faulschlamm wird in einem Absetzbehälter 3 gesammelt und verweilt dort zum Sedimentieren. Über mehrere Ableitungen 3c, die in verschiedenen Höhen angeordnet sind, wird der flüssige Anteil abgezogen und zur Weiterbehandlung z. B. in eine Abwasserbehandlungsanlage geleitet. Je nach Bedarf wird ein Teil des flüssigen Faulschlamms aus Biogasreaktor 2 zur Vorbehandlung des frischen Schleifschlammes in den Mischbehälter 1 gepumpt.

Das dickflüssige Sediment aus dem Absetzbehälter 3 wird in einen Hydrozyklon 4 gebracht, in dem eine Trennung der feinen von den groben Bestandteilen stattfindet.

Beide Bestandteile werden dann in getrennten Durchläufen in einem Magnetabscheider 5 von den eisenhaltigen Substanzen getrennt. Im Ergebnis werden eisenhaltige Metallspäne, sonstige Metallspäne und mineralische Komponenten unterschiedlichen Durch­ messers sowie Biogas gewonnen.

Die in Fig. 1 dargestellte Verwertungsanlage kann sowohl ortsfest als auch mobil bzw. semimobil aufgebaut sein. Bei mobiler Realisierung werden die Vorrichtungs­ bestandteile ganz oder teilweise in einem oder mehreren Containern untergebracht.

Dabei ist der Ausgang 1b mindestens eines mit Schleifschlamm, Faulschlamm und Nährstoff beschickten Mischbehälters 1 mit dem Eingang 2a mindestens eines Biogasreaktors 2 verbunden, dessen Ausgang 2b einerseits über eine Rückführleitung 6 zum Transport von Faulschlamm mit dem Eingang 1a des Mischbehälters 1 und andererseits mit dem Eingang 3a eines Absetz­ behälters 3 verbunden ist.

Der Mischbehälter 1 und der Biogasreaktor 2 enthalten jeweils Mischvorrichtungen 7 und Heizelemente.

Der Ausgang 3b des Absetzbehälters 3 ist mit dem Eingang 4a mindestens eines Hydrozyklons 4 verbunden und die Ausgänge 4b, 4c des Hydrozyklons 4 sind mit dem Eingang 5a mindestens eines Magnetabscheiders verbunden. Als Alternative ist es auch möglich, den Mischbehälter 1 nicht direkt, sondern über eine zwischengeschaltete Feststoffabtrennung mit dem Eingang 2a des Biogasreaktors 2 zu verbinden.

Beispiel 2

Fig. 2 zeigt in schematischer Darstellung die wesentlichen Bestandteile einer weiteren Variante der erfindungsgemäßen Verwertungsanlage.

In einer weiteren Variante des erfindungsgemäßen Verfahrens wird nach entsprechender Hydrolysezeit im Mischbehälter 1 vor Einbringung der Hydrolyseprodukte in einem als UASB-Reaktor ausgebildeten Behälter 2 bereits eine Fest-Flüssig-Trennung durch Sedimentation in einem Absetzbehälter 3 durchgeführt.

Die Erfindung ist nicht auf das hier beschriebene Aus­ führungsbeispiel beschränkt. Vielmehr ist es möglich, durch weitere Kombination der Merkmale und Einsatz äquivalenter Substanzen weitere Ausführungsvarianten zu realisieren, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen.

Claims (22)

1. Verfahren zur Verwertung von Schleifschlämmen durch mikrobiellen Abbau des Schleiföls und Abtrennung der Schleifspäne und Schleifmittelrückstände, wobei zunächst die Hydrolyse des Schleiföles initiiert wird, indem dem Schleifschlamm in einem Mischbehälter Faulschlamm aus einer Biogasanlage sowie Nährstoffe für die im Faulschlamm enthaltenen Mikroorganismen zugesetzt werden sowie in weiteren Stufen das Schleiföl unter Bildung von Biogas und Faulschlamm anaerob bis zur mineralischen Stufe in einem Biogasreaktor abgebaut wird und die festen Bestandteile mit üblichen Methoden abgetrennt und einer stofflichen Verwertung zugeführt werden.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in einer ersten Variante die im Mischbehälter hergestellte Mischung aus Schleifschlamm, Faulschlamm und Nährstoffen anschließend in einen Biogasreaktor zur Fermentation überführt wird und danach aus dem entstandenen Faulschlamm die Schleifspäne und Schleifmittelrückstände abgetrennt und die entstehende Suspension mit üblichen Methoden so separiert wird, daß die erzeugten Fraktionen einer stofflichen Verwertung zugeführt werden können.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in einer zweiten Variante aus der im Mischbehälter hergestellten Mischung aus Schleifschlamm, Faulschlamm und Nährstoffen zunächst Schleifspäne und Schleifmittelrückstände abgetrennt werden und danach die verbleibende Mischung in einem Biogasreaktor fermentiert wird.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Nährstoffe für die im Faulschlamm enthaltenen Mikroorganismen in flüssiger Form zugeführt werden.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß als Nährstoffe für die im Faulschlamm enthaltenen Mikroorganismen Klärschlämme oder stärkehaltige Abwässer eingesetzt werden.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Hydrolyse bei Temperaturen zwischen Raumtemperatur bis 38°C durchgeführt wird und die Fermentation bei Temperaturen zwischen 35°C bis 60°C ausgeführt wird.

7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß dem Mischbehälter Schleifschlamm und Faulschlamm im Verhältnis 1 : 2 zugeführt wird.

8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß der zugesetzte Faulschlamm aus einer Biogasanlage den Trockensubstanzgehalt von etwa 2-8% aufweist und die zugeführten nährstoffhaltigen Substrate etwa die gleiche Menge an Nährstoffen wie der Klärschlamm enthalten.

9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Abtrennung der festen Rückstände zunächst durch Sedimentation in einem Absetzbehälter geschieht.

10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß für die Abtrennung ein Eindicker verwendet wird.

11. Verfahren nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, daß metallische Bestandteile von den mineralischen Rückständen abgetrennt werden.

12. Verfahren nach einem der Ansprüche 9 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß die feinen und groben Bestandteile aus dem Sediment mittels Hydrozyklon separiert werden.

13. Verfahren nach einem der Ansprüche 9 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß aus den feinen und groben Bestandteilen die ei­ senhaltigen und magnetisierbaren Substanzen mittels Magnetabscheider abgetrennt werden.

14. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß ein Teil des im Biogasreaktor entstehenden Faulschlammes zur Vorbehandlung des Schleifschlammes im Mischbehälter eingesetzt wird.

15. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß das im Biogasreaktor entstehende Biogas zum Beheizen des Mischbehälters und/oder des Biogasreaktors verwendet werden kann.

16. Vorrichtung zur Verwertung von Schleifschlämmen durch Abtrennung der Schleifspäne und Schleifmittelrückstände aus Schleiföl, dadurch gekennzeichnet, daß der Ausgang (1b) mindestens eines mit Schleif­ schlamm, Faulschlamm und Nährstoff beschickten Mischbehälters (1) entweder direkt oder indirekt über eine zwischengeschaltete Feststoffabtrennung mit dem Eingang (2a) mindestens eines Biogasreaktors (2) verbunden ist, dessen Ausgang (2b) mit dem Eingang (3a) eines Absetzbehälters (3) verbunden ist, der einerseits über eine Rückführleitung (6) zum Transport von Faulschlamm mit dem Eingang (1a) des Mischbehälters (1) und andererseits mit der Faulschlammaufbereitung bzw. -verwertung verbunden ist.

17. Vorrichtung nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß in den Mischbehältern (1) und/oder den Biogasreaktoren (2) Mischvorrichtungen (7) und/oder Heizelemente angeordnet sind und daß der Biogasreaktor (2) bei direkter Verbindung mit dem Mischbehälter (1) als vollständig durchmischter Reaktör und bei indirekter Verbindung als UASB-Reaktor ausgebildet ist.

18. Vorrichtung nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß der Ausgang (3b) des Absetzbehälters (3) mit dem Eingang (4a) mindestens eines Hydrozyklons (4) und die Ausgänge (4b, 4c) des Hydrozyklons (4) mit dem Eingang (5a) mindestens eines Magnetabscheiders (5) verbunden ist/sind.

19. Vorrichtung nach Anspruch 16 oder 18, dadurch gekennzeichnet, daß am Absetzbehälter (3) eine Ableitung (3c) für Abwasser angeordnet ist.

20. Vorrichtung nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß am Biogasreaktor (2) und/oder an dem Absetz­ behälter (3) eine Ableitung (2c, 3c) für das erzeugte Biogas angeordnet ist.

21. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 16 bis 20, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorrichtungsbestandteile Mischbehälter (1) und Biogasreaktor (2) in einem oder mehreren mobilen Containern angeordnet sind.

22. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 16 bis 21, dadurch gekennzeichnet, daß Absetzbehälter (3), Hydrozyklon (4) sowie Magnet­ abscheider (5) in einem oder mehreren mobilen Containern angeordnet sind.