Projekt 17707/01

Entwicklung eines Verfahrens zum umweltverträglichen und effektiven Einsatz von Öl- und Chemikalienbindern auf Gewässern am Beispiel von Ölbindern aus Altstoffen

Projektdurchführung

Technische Universität KaiserslauternLehrstuhl für Konstruktion im Maschinen-und Apparatebau
Gottlieb-Daimler-Str., Geb. 42
67663 Kaiserslautern

Zielsetzung und Anlass des Vorhabens

Das Ziel des Projektes war es, eine Anlage zu entwickeln, die es ermöglicht, streufähiges Bindemittel auf eine sich auf dem Wasser befindliche Öllache aufzugeben und dieses nach einer Einwirkzeit automatisch wieder von der Wasseroberfläche zu entnehmen. Hierbei soll das Öl vollständig gebunden und möglichst wenig Wasser mit aufgenommen werden.
Der Anlass für das Projekt sind immer wieder vorkommende Ölverschmutzungen im Bereich von Binnengewässern und Hafenanlagen und der Bedarf nach einem Verfahren, welches diese Verschmutzungen schnell und zuverlässig beseitigen kann und einen hohen Wirkungsgrad aufweist.


Darstellung der Arbeitsschritte und der angewandten MethodenZunächst wurden theoretische Untersuchungen zur Ölbindung von porösen Ölbindemitteln durchgeführt. Die Grundlage hierfür bilden die Haufwerkstheorie sowie Kapillar- und Porenmodelle.
Im Anschluss daran wurden die Versuchsmaterialien hinsichtlich ihrer Materialeigenschaften bezogen auf die Ölbindung analysiert, um zu erkennen, was die Ölaufnahme durch die Bindemittel beeinflusst. Besonderes Augenmerk wurde hierbei auf ein neuartiges Bindemittel aus Lederfasern gelegt, welches aus Lederstanzabfällen und Altschuhen gewonnen wurde. Zur Auffaserung wurde eine Schneidmühle und eine Pralltellermühle eingesetzt. Zur umwelttoxikologischen Bewertung erfolgte eine Eluatprüfung.
Danach wurde der Ölbindevorgang, also das Zusammenspiel von Bindemittel, Öl und Wasser untersucht.
Es wurden zahlreiche Versuche im Labormaßstab durchgeführt. Im praktischen Teil wurden zuerst Konzepte für die Realisierung eines Ölskimmers entwickelt. Es wurden fünf Modelle konstruiert und in Laborversuchen getestet. Dabei wurden sowohl Schöpfsysteme für zuvor aufgestreutes Bindemittel als auch umlaufende Bänder mit zwischen Gewebebändern fixiertem Bindemittel eingesetzt.
Anschließend wurde eine Anlage zum Ausbringen und Abschöpfen des Lederfaser-Bindemittels in zwei Ausführungen im Technikumsmaßstab gebaut und auf einem Katamaran installiert in einer Flachwasserrinne der Versuchsanstalt für Wasser- und Schiffbau der Technischen Universität Berlin getestet.
Die Ergebnisse der Versuche waren Erfolg versprechend, auch wenn sie bis zum Ende der Projektlaufzeit noch nicht zu einer direkten Produktionsreife führten.


Ergebnisse und Diskussion

Bei der Auffaserung von Lederstanzabfällen werden Fasern von 1-5 mm Länge und ca. 3-5 µm Durchmesser erhalten. Ölbindekapazität und Schwimmfähigkeit sind proportional zum Faseraufschluss.
Die untersuchten Materialien auf Lederbasis erreichten hohe Ölaufnahmekapazitäten.
Vorrichtungen zum Auflockern, Dosieren und gleichmäßigen Ausbringen des zuvor für Transportzwecke kompaktierten faserigen Ölbinders wurden entwickelt und erfolgreich eingesetzt. Am besten eignet sich ein Gebläse mit Ausblaskorb. Damit lässt sich die Bindemittelzufuhr regulieren und gleichzeitig wird das Bindemittel durch das Gebläserad aufgelockert und die Ölaufnahmekapazität gesteigert.
Es wurden verschiedener Funktionsmodelle eines kompakten Systems realisiert, welches im kleintechnischen Maßstab gleichzeitig ein dosiertes Ausbringen von Bindemittel, die Ölbindung auf der Wasseroberfläche und die Entnahme des ölgetränkten Bindemittels erlaubt. Einsatztests sind im Abschlußbericht dokumentiert. Auch eine Rückführung nur schwach ölbeladenen Bindemittels zum erneuten Einsatz auf Basis eines zweistufigen Abscheiders mit Ölabtrennung wurde erprobt.
Es wurden verschiedene Systeme zum Ausbringen der Fasern und zur praktisch vollständigen Wiederaufnahme nach der Ölabsorption erprobt und dabei weiter optimiert.
Ein Ölskimmer-Konzept arbeitete mit umlaufendem Band. Die Lederfasern waren zwischen Gewebebahnen aus hydrophoben Polypropylen-Vlies eingenähten, ein sehr saugfähiges Band mit hoher Ölaufnahmekapazität wird zweistufig (Vor-/Nachreinigung) über die Wasseroberfläche geführt. Dem hohen Herstellaufwand stehen Handlingvorteile beim Einsatz gegenüber. Der Reinigungserfolg war hoch.
In den Technikumsversuchen unter einsatznahen Bedingungen in einer 60 m langen Flachwasserrinne wurde die Anlagentechnik mit zwei verschiedenen Abschöpfsystemen umfassend erprobt. Da sich die Ölschichtdicke nur aus Erfahrung abschätzen lässt, wird in den meisten Fällen mit Bindemittelüberschuss gearbeitet. Für den Bindevorgang reicht in der Regel eine Zeit von zwei Sekunden aus, damit das Bindemittel zu 80% gesättigt ist. Dadurch wird die Anlagengeschwindigkeit bzw. die Größe der Anlage bestimmt. Das Handling von ölgetränktem Bindemittel ist aufgrund von Klumpenbildung und Anhaftung an Bauteilwänden nicht einfach. Nach längerer Betriebsdauer führen die Anhaftungen des Bindemittels zu Verstopfungen und zur Verschmutzung der Anlage und somit zu einer Funktionsbeeinträchtigung. Diese Probleme konnten durch konstruktive Änderungen und andere Materialien reduziert werden. Weitere Optimierungen sind noch erforderlich.


Öffentlichkeitsarbeit und Präsentation

Die Ergebnisse des Zwischenberichtes wurden auf der 43. Sitzung des LTwS - Fachausschusses GMAG (Lagerung u. Transport v. wassergefährdenden Stoffen, Geräte und Mittel zur Abwehr von Gefahrstoffen) in Koblenz einem Fachgremium vorgetragen und diskutiert.


Fazit

Für die Beseitigung von Ölverschmutzungen auf Gewässern ist ein automatisierter Einsatz von streufähigen Bindemitteln durchaus sinnvoll. Das Aufnahmevermögen des Bindemittels ist umso besser, je hö-her seine Porosität und der Kapillaranteil im Bindemittel ist. Hierbei haben faserartige Bindemittel durch Ausbildung vergleichsweise langer Kapillare eindeutige Vorteile gegenüber körnigen Bindemitteln.
Die Versuche erfolgten primär mit Ölbindemitteln aus Lederabfällen. Verglichen mit bereits am Markt befindlichen Bindemitteln sind Lederfasern leistungsfähiger und haben den positiven Nebeneffekt, dass ein Abfallprodukt einer sinnvollen Weiterverwendung zugeführt werden kann.
Der Einsatz von streufähigen Bindemitteln, unabhängig vom strukturellen Aufbau des Bindemittels, macht nur dort Sinn, wo Öle mit vergleichsweise niedriger Viskosität (? = 1PAS) gebunden werden müssen. Zwar werden auch zähflüssigere Öle gebunden, jedoch im Wesentlichen nur über die äußere Oberfläche des Ölbinders, sodass die Porosität der Bindemittel keinen Einfluss mehr auf das Ölaufnahme-vermögen hat und die maximale Ölbindekapazität nicht mehr erreicht wird. Speziell im Hinblick auf die Verwendung in einer selbständig arbeitenden Anlage, bei der verfahrensbedingt die zur Verfügung stehende Zeit begrenzt ist, muss dieser Sachverhalt besonders beachtet werden.
Das Prinzip der für den Technikumsversuch konstruierten Anlage funktioniert zufriedenstellend, muss jedoch bis zur Serientauglichkeit der Anlage in einigen Details verbessert werden. Aus den Versuchen abgeleitete Hinweise hierzu sind im Abschlussbericht benannt. Diese Erkenntnisse müssen in einer verbesserten Konstruktion realisiert und getestet werden. Kontrollversuche mit handelsüblichem Granulat (Ekoperl) zeigten, dass das entwickelte Konstruktionsprinzip zum automatisierter Einsatz von streufähigen Bindemitteln auch Granulate verarbeiten kann.