Projekt 01018/01

Behandlung von gewerblichen Emissionen durch zweistufige Querstromfiltration mit der Poreneinlauffiltration als Grobtrennstufe

Projektdurchführung

HYDAC Process Technology GmbH
Industriegebiet Grube König, Am Wrangelflöz 1
66538 Neunkirchen

Zielsetzung und Anlass des Vorhabens

Die Leistungsfähigkeit des Feinfiltrationsverfahrens Mikro-/Ultra-/Nanofiltration hängt entscheidend von der Vorfiltration im Feinheitsbereich von 1 - 5 µ ab. Daneben ist auch für eine Reihe von Bearbeitungsprozessen wie Honen-/Feinschleifen eine Filtration der Kühlschmierstoffe in diesem Feinheitsbereich notwendig. Diese kann derzeit fast nur mit Einwegelementen oder Anschwemmfiltern unter Verwendung von Filterhilfsmitteln durchgeführt werden. Neben aufwendigem Betrieb dieser Filter fallen dabei erhebliche Mengen an Sondermüll an. Ziel des Vorhabens ist es deshalb, eine filterhilfsmittelfreie Vorfiltrationsstufe als Automatiksystem zu entwickeln.


Darstellung der Arbeitsschritte und der angewandten MethodenAufbauend auf ein bereits vorhandenes Automatikfiltersystem und Anpassung dieses Systems an die speziellen verfahrenstechnischen Erfordernisse für die Poreneinlauffiltration soll ein entsprechendes Scale-up erfolgen.
1. Erarbeitung von Baugrößen und Scale-up-Bedingungen zur Dimensionierung einer Automatik-Grobfilterstufe 1 - 5 µ
- Sammeln der anwendungstechnischen Randbedingungen (Druckstufen, Schmutzbelastung, Durchsatzraten, Wartungszyklen, Versorgungsanschlüsse).
- Vorprojektierung verschiedener Filterkonzepte: Dead-End-Variante, Cross-Flow-Variante
- Konstruktion von Prototypen mit praxisgerechter Filterfläche
- Bau eines Prototypen mit Scale-up-Faktor ˜ 10 gegenüber den Feldversuchen
2. Technikumsversuche:
- Erarbeitung der Rückspül-/Querstromparameter
- Ermittlung der Materialbeständigkeit
- Verbesserung der Elementtechnik
- Ermittlung von Filtrationsdaten: Filtratgüte, Filtratleistung
3. Feldversuche:
- Ermittlung praxisbezogener Filtrationsdaten
- Standzeiterfahrung
- Systemoptimierung
- Anwendungsgebiet: Honöl-/Schleif-/Vor-/Wasserfiltration


Ergebnisse und Diskussion

Im vorliegenden Projekt wurde das Filtrationsprinzip der Poreneinlauffiltration als Vorfiltrationsstufe und in Kombination mit Membrantrennverfahren untersucht. Auf der Basis von Labor- und Feldtests aus dem 1. Projektabschnitt wurde im 2. Abschnitt anhand von Strömungssimulationen das Rückspülverhalten weitgehend optimiert.
Neben der konstruktiven Anpassung der Elementtechnik war auch die Frage der Materialabstufung für die Poreneinlauffiltration zu klären. In Feldversuchen konnten die gewonnenen Erkenntnisse erfolgreich umgesetzt werden.
Es wurden umfangreiche Versuche zur Optimierung der Trennleistung und der Rückspülvorgänge sowie zur Abstimmung der Vorfiltration mit der nachfolgenden Feinfiltration durchgeführt. In ersten Versuchen wurde dieses Verfahren für die Behandlung von mit feinem Schleifabrieb beladenen flüssigen Fraktionen mit Erfolg eingesetzt. Erste Applikationen waren die Behandlung von Kühlschmieremulsion beim Aluminium- und Stahlgleitschleifen sowie die Behandlung von Honölen bei der Behandlung von Aluminium und Stahl.
Neben der anlagentechnischen Weiterentwicklung des zweistufigen Membrantrennverfahrens für partikelbelastete Flüssigkeiten sollen die Anwendungsmöglichkeiten des Verfahrens in vielen industriellen Praxisversuchen weiter demonstriert werden. Das Schwergewicht der zukünftigen Entwicklung wird sein, ein robustes und trennscharfes Filtrationsverfahren mit sehr hohen Aufkonzentrierungsgraden zu erreichen, das sich besonders für die Erzeugung kreislauffähiger Flüssigkeiten in industriellen Prozessen eignet. Die Praxisergebnisse zeigten allerdings kein einheitliches Bild. Der Einfluss von Schmutzmengenbelastung und Druckabhängigkeit des Filtrationsprozesses waren in den verschiedenen Anwendungen sehr unterschiedlich, so dass zur Zeit noch keine generellen Aussagen zur Übertragung der Ergebnisse machbar sind.


Öffentlichkeitsarbeit und Präsentation

- Vortrag Praxisforum, Bad Nauheim: Pflegefiltration von Reinigungsflüssigkeiten für konstante Oberflächenqualität und verlängerte Standzeit.
- Patent: DE 19526301


Fazit

Diverse Versuche in den unterschiedlichen Anwendungen zeigten, dass leider zur Zeit noch kein universell einsetzbares Vorfiltrationssystem existiert. In zwei von fünf Anwendungen zur Kühlölfiltration in Bearbeitungsprozessen war die Rückspülung erfolglos. Grund dafür ist die je nach Anwendungsfall unterschiedliche Schmutzbeladung und die vorhandenen Betriebsdrücke, die beide entscheidenden Einfluss auf den erfolgreichen Betrieb haben. Bei Neukonzeptionen von Filteranlagen kann hierauf wesentlich besser Einfluss genommen werden. Hier sind die Erfolgsaussichten deutlich höher.
Durch die Optimierung der Rückspültechnik hat sich das Anwendungsfenster dieser Vorabscheidestufe deutlich erhöht. Die vorliegenden Untersuchungen haben gezeigt, dass es mittels Poreneinlauffiltration möglich ist, in eine Reihe von Anwendungen eine filterhilfsmittelfreie Vorfiltration durchzuführen. Damit ist ein entschiedener Schritt zur Schließung von Prozesskreisläufen mittels Membranverfahren gelungen. Einweg-Filterelemente werden vermieden. Ein offenes Problem ist die Übertragung der Filtrationsergebnisse aus einer Anwendung auf die Nächste. Hier lassen sich noch keine allgemeingültigen Auslegungskriterien anwenden. Zur Zeit muss somit die Ermittlung optimaler Betriebsparameter noch im Praxistest vor Ort erfolgen. Zwar ist dies aufgrund des einfachen Prinzips der Poreneinlauffiltration machbar, kann aber mittelfristig keine Perspektive darstellen. Hier ist für die Fortführung der Arbeiten noch ein wichtiges Arbeitsfeld offen.