Projekt 07343/01

Produktionsintegrierter Umweltschutz am Beispiel der Kunstharzimprägnierung unter Einsatz einer rezyklierbaren Imprägnierflüssigkeit

Projektdurchführung

KHI Kunstharz Imprägnierung GmbH
Im Klauenfuß 3
74172 Neckarsulm

Zielsetzung und Anlass des Vorhabens

Durch die Imprägnierung mit Kunstharz auf Basis von Methacrylsäureestern können undichte Gussteile wieder in den Produktionsprozess zurückgeführt werden. Allerdings entsteht bei diesem Prozess stark CSB belastendes Spülwasser (=Abwasser). Durch die Einführung einer in Eigeninitiative der Fa. KHI GmbH entwickelte Abscheidetechnik kann das belastende Abwasser durch Abscheidung der unlöslichen Harze aufbereitet werden. Allerdings wurde das abgeschiedene Harz bislang durch Zugabe von Härtemittel ausgehärtet und als Abfall auf der Deponie entsorgt.
Um die Umwelt nachhaltig zu entlasten, zielte das Projekt darauf, die Abscheideeinrichtung (Coalisiertechnik) der Spülwasser zu optimieren und das abgeschiedene Harz, nach einer definierten Analyse und entsprechender Aufbereitung mit Zusatzstoffen, dem Produktionsprozess wieder zuzuführen.


Darstellung der Arbeitsschritte und der angewandten MethodenIn einer ersten Projektphase wurde zunächst ein neuartiges Imprägnierharz erprobt, dass mit speziellen, eine Dichtetrennung von Harz und Wasser begünstigenden Eigenschaften ausgestattet war. Diese Versuche wurden aufgrund unbefriedigender Ergebnisse zur Harzabscheidung abgebrochen. Die Arbeiten wurden unter Rückgriff auf das langbewährte KHI-Standardimprägnierharz fortgeführt.
Um das Harz kontinuierlich aus dem Imprägnierprozess auszuschleusen, wurden spezielle Abscheidevorrichtungen zur Emulsionstrennung erprobt, die als Coalescer bezeichnet werden. Zur Auftrennung des Harz-Wasser-Gemisches wurden verschiedene Bauarten erprobt und auch weiter modifiziert. Entscheidend für die Wiederverwendbarkeit des Harzes sind der maximale Wassergehalt, die Reinheit sowie die kontinuierlich identische stoffliche Zusammensetzung. Zur Sicherstellung der Wiederverwendbarkeit wurde jede aus dem Coalescerbecken entnommene Charge auf ihre Qualität überprüft. Nach erfolgter Wassergehaltsbestimmung wird das Harz in einem zentralen, gekühlten Puffertank gesammelt. Sind ¾ des Gesamttankvolumens erreicht, wird von der Fa. KHI GmbH eine Probe entnommen und zur weiteren Spezifikation an die Fa. RÖHM GmbH übersendet. Dort werden mittels HPLC-Analysen die im Spülwasser in Lösung gegangenen, und somit für den Wiedereinsatz verlorengegangen, Bestandteile ermittelt. Als Ergebnis wird der Fa KHI GmbH mitgeteilt, welche berechnete Menge an fehlenden Komponenten dem abgeschiedenen Harz zugefügt werden muss, um es so zu modifizieren, damit es mit den Eigenschaften der Neuware übereinstimmt und direkt wieder eingesetzt werden kann. Bevor das so aufbereitete Imprägnierharz wieder zur Imprägnierung eingesetzt werden kann, wird es nochmals einer Wassergehaltsbestimmung unterzogen und auf das Polymerisationsverhalten geprüft.
Die gesamte Imprägnieranlage, insbesondere die Peripherie, wurde mit Ziel einer Spülbadpflege und Standzeitverlängerung sowie Imprägnierharzrückgewinnung zum späteren Wiedereinsatz optimiert. Dazu war eine Optimierung der Strömungsverhältnisse in den Rohrleitungen, Pumpen und Behältern erforderlich. Die Emulsionsgefahr des Harz-Wasser-Gemisches war durch Vermeidung von Scherbeanspruchungen und thermischer Belastung zu minimieren. Umfassende zusätzliche qualitätssichernde Maßnahmen, eine Ausweitung der Analytik und die Weiterentwicklung der MSR-Technik waren zum Erreichen der vorgenannten Ziele notwendig. Auch die Produktqualität beim Imprägnieren mit wiederaufbereiteten Harz war umfassend zu prüfen. Die Spülwasserqualität wurde mittels CSB- und pH-Messung sowie der Imhofftrichter-Methode überwacht. In umfangreichen Versuchen war die Lagerstabilität des abgeschiedenen Harzes sowie die nochmalige Abscheidemöglichkeit von eingesetzter Recyclingflüssigkeit zu untersuchen und zu optimieren.


Ergebnisse und Diskussion

Durch die Verwendung von modifizierten Coalescer, die gemeinsam mit der Fa. FASAM GmbH entsprechend dem speziellen Anwendungszweck stufenweise modifiziert wurden, kann das Harz in gleichbleibender Qualität abgeschieden werden.
Getestet wurde u.a. ein Coalescer, der ausschließlich aus Kunststoff bestand. Der entscheidende Vorteil gegenüber den herkömmlichen Ausführungen besteht in der sortenreinen Entsorgung bei Gebrauchsende. Bezüglich der Standzeit erwies er sich allerdings als weniger geeignet. Dennoch wird die Modifizierung der Vollkunststoffcoalescer weiterhin verfolgt. Momentan werden ausschließlich reine Aluminiumkerzen verwendet.
Um ein tägliches Wechseln der bislang eingesetzten Stofffilterbeutel im Vorfilter zu vermeiden, wurden Edelstahlfiltereinsätze in der Praxis erprobt. Die Filtereinsätze müssen täglich unter Verwendung von Frischwasser rückgespült werden. Dabei stellte sich heraus, dass das Reinigungsergebnis unbefriedigend war und zudem dieses Verfahren weder wirtschaftlich noch umweltschonend zu betreiben ist.
Des weiteren kam ein Frequenz-Umrichter zum Einsatz, der unterschiedliche Drehzahlen bei der Harzabscheidung durch die Exzenter-Schneckenpumpe ermöglichte. Alle mit dem Harz in Berührung stehenden Bauteile sind ausschließlich in Edelstahl gefertigt.
Die Rohrleitung und Aggregate weisen keine Toträume auf, die zu Ablagerungen von Imprägnierharz und Turbulenzen führen können. Diese Maßnahme trägt zudem zur Reduzierung der Emulsionsgefahr des Harz-Wasser-Gemisches bei.
Abgeschieden werden momentan konstant 100 % der ungelösten und 50 - 60 % der gelösten Anteile. Somit können ca. 70 - 75 % der zurückgewonnen Harzanteile als Basis für das Recyclingmaterial verwendet werden. Bei der Aufbereitung des Harzes ist die Fa. KHI GmbH auf die Überlassung der Analysedaten der Fa. RÖHM GmbH angewiesen. Da es sich bei der Imprägnierflüssigkeit um eine geschützte Rezeptur handelt, werden vom Hersteller keine Angaben gemacht. Somit ist die Fa. KHI GmbH weiterhin darauf angewiesen, das zurückgewonnene Harz extern bei der Fa. RÖHM GmbH einer genauen chemischen Überprüfung und anschließender Modifikation unterziehen zu lassen.
Durch das Zuführen der fehlenden qualitätsrelevanten Inhaltsstoffe durch die Fa. RÖHM GmbH wird das Recyclat so modifiziert, dass es direkt wieder eingesetzt werden kann. Somit ist das Problem der Abfallentstehung vollständig gelöst.Durch die kontinuierliche Verbesserung der Abscheidtechnik der Coalescereinsätze wurde zusätzlich eine deutliche Entlastung der Spülwasser / Abwasser erzielt. Zusätzlich werden durch den extrem reduzierten Einsatz von Neuware im Imprägnierprozess wichtige Ressourcen geschont und die Umwelt bzgl. Verbrauch von Energie und Entstehung von Emissionen nachhaltig entlastet.


Öffentlichkeitsarbeit und Präsentation

- Literaturveröffentlichung:
Nachhaltige Produkt- und Prozessentwicklung Umsetzen der AGENDA 21 im Unternehmen TQU-Verlag, Hrsg. Jürgen Bläsing
- Vorträge bei TQU- Durch die enge Zusammenarbeit der Firmen KHI GmbH, RÖHM GmbH sowie den Hersteller der Imprägnieranlagen der Meier KG in Bocholt können die gewonnenen Erkenntnisse von beiden Firmen bei der Konzeption ihrer Produkte berücksichtigt werden.
- Praxisorientierte Betreuung bei entsprechenden Kunden: Ungarn (VAW-Györ), Mexico (Groupo Bo-car)
- Internet
- Firmenbroschüre


Fazit

Zusammenfassend kann festgestellt werden, dass beim diskontinuierlichen Recyclingverfahren der Stoffkreislauf für das Imprägnierharz geschlossen wurde, ein Wegfall von deponierbarem Abfall und eine mind. 65 %-ige Materialeinsparung erreicht wurde. Die Abwasserbelastung wird deutlich reduziert.
Dem eigentlichen Ziel des Kreislaufwirtschaftgesetzes, einer größtmöglichen Ressourcenschonung in allen Produktionsphasen eines Industriegutes, konnte die Fa. KHI GmbH durch das kontinuierlichen Recyclingimprägnierverfahren voll gerecht werden.