Vakuumverdampfer

VERFAHREN UND ANLAGEN
Bis zur Trockensubstanz
Neue Anwendungsgebiete bei der Aufkonzentrierung von Abwässern mit
dem Vakuumverdampfer
PATRICK FISCHER
Neben den bisher bekannten Anwendungsfällen
für Vakuumverdampfer
wie Emulsionen, Spülwasser, Waschwasser,
Behandlungsbäder und ähnliche
Lösungen ergibt sich durch die
Neuentwicklung des Vakuumverdampfer
RW gerade im Bereich von Abwässern
mit hohem Feststoffgehalt eine
Vielzahl weiterer Einsatzbereiche.
Aufgrund einer steigenden Anzahl von Anfragen
zur Möglichkeit der Aufkonzentrierung
von Abwässern mit hohem Gehalt an
gelösten und absetzbaren Feststoffen wurde
vor einiger Zeit mit der Entwicklung eines
solchen Vakuumverdampfers begonnen
(Bild 1). Die bis dahin einsetzbaren Vakuumverdampfer
der R-Reihe (Bild 2) erlauben
einen maximalen Feststoffgehalt von
400 bis 500 g/l im Konzentrat. Das Prinzip
der R-Typen ist ein umlaufender Schaber
im Kessel, der Ablagerungen vermeidet und
das Konzentrat pumpfähig hält. Doch um
auch Abwässer bis in den Trockenzustand
aufkonzentrieren zu können, wurde ein völlig
neuer Verdampfer, der Typ RW (Bild 1),
konstruiert und erfolgreich eingeführt.
Funktionsprinzip der neuen
Verdampferreihe
Die Funktion der RW Vakuumverdampfer
unterscheidet sich in wesentlichen Punk-
24 VERFAHRENSTECHNIK 36 (2002) Nr. 10
ten von dem bisher angewandten Prinzip.
Durch die Zirkulation des Destillates
über den Destillatvorlagebehälter
wird über einen Injektor das Vakuum
im Verdampferkessel erzeugt. Unter
dem Vakuum saugt der Verdampfer
automatisch das Abwasser in den
Kessel. Nun wird das Abwasser erwärmt
und beginnt, unter dem Unterdruck
bei ca. 35°C zu verdampfen.
Hier liegt ein wesentlicher Unterschied:
Wurde bei den bestehenden
Vakuumverdampfer-Typen das Wärmepumpen-Prinzip
mit einem Kompressor
zur Erzeugung der notwendigen
Wärme bzw. Kälte verwendet,
so wird bei diesem Gerät das in den
meisten Betrieben vorhandene und zum
Teil überschüssige Warm- und Kaltwasser
genutzt. Mit dem Warmwasser wird das
Abwasser im Heizmantel des Kessels erhitzt,
mit dem Kaltwasser erfolgt die Kondensation
des Destillates am Wärmeaustauscher
im oberen Kessel-Bereich. Dadurch
ist dieser Vakuumverdampfer im
Energieverbrauch äußerst günstig.
Im Kesselbereich befindet sich eine Förderschnecke,
die während des Prozesses
ständig rotiert und somit die Masse in Bewegung
hält. Ablagerungen an den Innenwänden
werden vollkommen vermieden sowie
eine gute Verdampfung des Wassers gewährleistet.
Nach Erreichen des gewünschten
Konzentratzustandes wird über eine
seitliche Öffnung und mit Hilfe der Förderschnecke
das Konzentrat entleert (Bild 3).
Zusätzlich wird das Gerät über einen
1: Verdampfen bis zur
Trockensubstanz mit dem
RW 2000
2: Vakuumverdampfer
Typ R mit Schaber im Kesselbereich
Druckluftzylinder auf einer Seite angehoben,
um die Entleerung zu erleichtern.
Nach der Entleerung beginnt der Prozess
damit von neuem. Aufgrund dieses Funktionsprinzips
kann der Betrieb, im Gegensatz
zu den anderen Vakuumverdampfern
der Baureihe E und R, in Chargen oder
kontinuierlich erfolgen. Sollte das Konzentrat,
abhängig von der Anwendung, in einem
flüssigen Zustand sein, lässt sich dieses mit
einer Druckluftmembranpumpe abpumpen.
Damit wird ein kontinuierlicher Betrieb
möglich.
Vorteil dieses Verfahrens ist die kostengünstige
Verdampfung von Abwässern mit
einem Anteil an gelösten Feststoffen von 15
bis 35% Anfangskonzentration. Erreicht
wird ein Konzentrat als Trockensubstanz
>75% mit einem Feststoffgehalt von 700
bis 800 g/l. Der Verdampfungsprozess erfolgt
vollkommen automatisch und ohne
Aufsicht mit einer SPS-Steuerung. Die Baureihe
RW ist bisher in den Größen mit
2000, 4000 und 8000 Liter Destillatleistung
in 24 h erhältlich.
Kombination mit anderen Vakuumverdampfern
Da es sich bei den Vakuumverdampfern um
Standardgeräte handelt, erfordert die Beseitigung
bestimmter Abwasservolumen die
Kombination von zwei Geräten. Hierzu bietet
sich die Möglichkeit an, das vorerst
größte Volumen mit einem Gerät der E-
Baureihe (Bild 4) zu verdampfen und später
zur weiteren Aufkonzentrierung den Roder
RW-Typ einzusetzen. Die E-Baureihe
P. Fischer, RECON Verfahrenstechnik GmbH, Waldenbuch

gibt es in den Größen von 700 bis 60000 Liter
Destillat/24 h. Im Unterschied zu den
anderen Typen wird hier das Abwasser/
Konzentrat über einen externen Wärmeaustauscher
ständig umgepumpt und erhitzt.
Da im Kessel keine Schabereinrichtung
vorhanden ist, eignen sich diese Geräte
nur bis zu einem maximalen Anteil an
gelösten Feststoffen von 200 bis 250 g/l im
Konzentrat.
Destillat und Konzentrat
In der Regel wird ein Destillat von 90 bis
95% sowie ein Konzentrat von 5 bis 10%
produziert, abhängig von der Anwendung.
Ziel ist es natürlich in den meisten Fällen,
das Abwasservolumen soweit wie
möglich zu reduzieren und das gewonnene
Destillat in einen Kreislauf zurückzuführen.
Aber es gibt auch Prozesse, bei
denen neben dem Destillat auch das gewonnene
Konzentrat wieder oder weiter
verwendet werden kann, wie z.B. bei
Lacken, Klebstoffen, Salzen und Edelmetallen.
Ansonsten wird das Konzentrat
entsorgt, wobei sich durch das verringerte
Abfallvolumen der Einsatz schnell
amortisiert hat.
3: Entleerung des Konzentrates beim RW 2000
Das Destillat zeichnet sich durch einen
sehr niedrigen CSB-Wert und stark reduzierte
Leitfähigkeit aus und ist zudem
praktisch metallfrei wie die Tabelle aus einer
Anwendung zur Aufkonzentrierung
von Abwasser aus einer Verzinkerei veranschaulicht.
Die Tabelle zeigt die Analysedaten
von Abwasser und Destillat bei der
Aufkonzentrierung von einem Abwassergemisch
aus der Verzinkung, Entfettung,
Passivierung und Eluaten mit dem Vakuumverdampfertyp
RW 2000. Man sieht eine
dramatische Reduzierung von Metallen,
CSB-Wert, Leitfähigkeit und anderen Stoffen.
Durch die Wiederverwendung vermeidet
man das Einleiten in die Kanalisation
und die damit verbundenen Kosten für die
behördliche Genehmigung. Jedoch können
im Destillat je nach Ausgangsmaterial
noch einige organische Substanzen verbleiben.
Diese können zum Wachstum von
Mikroorganismen beitragen, wie z. B. Bakterien-
und Pilzbildung. Durch rasche
Rückführung sowie Dosierung eines Bakterizids
lässt sich dies jedoch einfach vermeiden.
Zu den Wiederverwendungsmöglichkei-
4: Vakuumverdampfer Typ
E mit einer Destillatleistung
von 48000 l/24h
ten zählen z. B. die Nachfüllung von Verdunstungsverlusten
in beheizten Prozesslösungen
oder die Nutzung als Waschwasser
zur Abluftreinigung. Außerdem lässt
sich das Destillat ebenfalls wieder beim
Ansetzen neuer Reinigungswässer oder
Kühl- bzw. Schmiermittelemulsionen verwenden.
Für die letztere Verwendungsmöglichkeit
muss die Destillatqualität den
allgemein für Verdünnungslösungen zutreffenden
Anforderungen entsprechen,
u. a. hinsichtlich pH-Wert, Salzgehalt, Härte,
Temperatur sowie mikrobiologischer
Belastung. Sofern keine Wiederverwendung
erwünscht ist, steht auch einer Einleitung
nichts im Wege, da die zulässigen
Grenzwerte deutlich unterschritten werden.
Hier ist lediglich eine eventuell notwendige
pH-Korrektur/Endkontrolle zu ergänzen.
Anwendungsgebiete, Größen und
Werkstoffe
Für Vakuumverdampfer gibt es heute in allen
Industriebereichen Anwendungsmöglichkeiten.
Aufgrund der einfachen Bedienung,
des äußerst geringen Wartungsaufwandes
und des vollkommen automatisierten
Prozesses werden in vielen Fällen auch
bestehende herkömmliche Prozesse durch
Parameter Einheit Abwasser Destillat
pH 5,4 9,3
Dichte g/ml 1,143
gelöste Feststoffe mg/l 84,490 n.v.
Feststoffe bei 105 °C % 24797 n.v.
Leitfähigkeit µS/cm 422000 423
CSB mg/l 85500 1360
Chloride mg/l 67170 142
Eisen mg/l 6500