Projekt 23162/01

Partikelladungsmessung bei der Steuerung bestehender Flockungssysteme zur Senkung von Wasser- und Chemikalienverbräuchen und Kreislaufführung der Prozesswässer in keramischen Produktionsbetrieben

Projektdurchführung

Forschungsinstitut für Glas - Keramik GmbH
Heinrich-Meister-Str. 2
56203 Höhr-Grenzhausen

Zielsetzung und Anlass des Vorhabens

Anlass des Vorhabens war die in allen Branchen der Keramikindustrie häufig beanstandete Unzulänglichkeit der Steuerung bestehender Flockungsanlagen zur Reinigung von Prozesswässern mit Trübungs- oder Dichtemessgeräten, die zwar die gesetzlich geforderte Feststoffmenge im gereinigten Wasser gewährleisten, jedoch nicht das Flockungsmitteloptimum darstellen. Die Folge sind Überflockungsereignisse, die die Wasserqualität beeinträchtigen, obwohl die rechtlich vorgegebenen Grenzwerte beim Einleiten des Wassers eingehalten werden. Überflüssige Flockungsmittel führen bei Kreislaufführung des Prozesswassers zudem zu nicht akzeptablen Prozessunsicherheiten, sodass die Wiederverwendungsraten nicht über die rechtlich vorgegebenen Rahmen hinaus erfolgen. Die Messung der Oberflächenladung der Partikel im Prozesswasser ist zur Vermeidung solcher Überflockung als sehr gut geeignete Alternative zur Trübungsmessung bereits nachgewiesen worden. Im Vorhaben sollte dieses Messverfahren auf der Grundlage bestehender Messsysteme der Firma Mütek für die keramikspezifischen Prozesswässer erprobt und die Online-Fähigkeit geprüft werden, um durch eine erhöhte Wiederverwendungsrate und geringere Verschmutzung des eingeleiteten Wassers die Umwelt zu entlasten.


Darstellung der Arbeitsschritte und der angewandten MethodenNach einer umfassenden Bestandsaufnahme bei den beteiligten Keramikproduzenten erfolgten erste Ladungsmessungen im Vergleich zur Trübungs- oder Dichtemessung im Labor, um die bestehenden Steuerungssysteme und die Möglichkeiten der vorhandenen Messgeräte zu beurteilen. Im nächsten Schritt wurde die Flockungsoptimierung durch Ladungsmessung ebenfalls vorab im Labor erprobt und bewertet. Erforderlichenfalls sollte die Anpassung der vorhandenen Geräte an die keramikspezifischen Anforderungen erfolgen, wobei einer der Schwerpunkte die Verbesserung der Verschleißeigenschaften im Streaming-Current-Messgerät sein sollte. Recyclingversuche zur Kreislaufführung in optimal geflocktem Wasser einschließlich der Erfassung und Beurteilung relevanter Prozesseigenschaften, sowie die Ermittlung der geeignetsten Prüfparameter im geflockten Wasser zur Gewährleistung der Prozesssicherheit sollten zunächst im Labor-, und später auch im Betriebsmaßstab erfolgen. Nach erfolgreicher Durchführung dieser Arbeiten sollte in einem weiteren Schritt der Online-Einsatz der Ladungsmesstechnik vor Ort erprobt werden.


Ergebnisse und Diskussion

Im Vorhaben wurden für jeden Projektpartner zunächst grundlegende Ladungsmessungen an den Prozesswässern, reproduzierbaren Standard-Wässern und den jeweiligen Flockungs- und Fällmitteln durchgeführt. Basis für alle Folgeversuche war zunächst die Erfassung der pH-Abhängigkeit der Ladung. Anschließend erfolgten jeweils Labor-Flockungsversuche am Standard-Wasser aufgrund der Ladungsmessungen, die die reproduzierbare Beurteilung der Flockungsqualität ermöglichte. Die Ergebnisse dieser Untersuchungen brachten bereits wichtige und bis dahin für die Projektpartner noch nicht bekannte Aussagen zur über die komplexen Zusammenhänge und Wechselwirkungen der Eigenschaften und Inhaltsstoffe in den verschiedenen Flockungssystemen. Diese werden zukünftig in diesen Unternehmen bereits eine Verbesserung der Prozesssicherheit bei Wasserreinigung oder prozessintegrierter Flockung, sowie bei anschließender Wiederverwendung des Recyclingwassers ergeben. Für Interbau konnten umfangreiche Versuche bisherige Beobachtungen bei der Flockung bestätigen bzw. widerlegen. Für Keramag erfolgten ebenfalls grundlegende Labor-Flockungsversuche auf der Grundlage von Ladungsmessungen. Das Verschleißproblem des dort bereits eingesetzten Online-Messgerätes, das wie die Mütek-Geräte auf dem Prinzip des Strömungspotenzials arbeitet und dessen Kolben ebenfalls aus Teflon besteht, konnte durch Mütek im Vorhaben aufgrund technologischer Erfordernisse nicht mittels Geräteoptimierung gelöst werden. Als Lösung käme eine effiziente Online-Absiebung der groben Partikel, die vorwiegend zum Verschleiß führen, jedoch einen nur geringen Beitrag zur gesamten Oberflächenladung leisten, infrage. Beim Dachziegelhersteller Koramic erwies sich das Prozesswasser als zu grobkörnig, und die Feststoffkonzentration als zu hoch, um eine problemlose Ladungsmessung zu ermöglichen. Eine Entfernung grobkörniger Bestandteile über Zentrifuge wird als nicht wirtschaftlich erachtet. Da die Flockung hier nicht ausschließlich über Ladungsausgleich erfolgt, sondern teilweise über mechanische Ausflockung der Partikel mit dem anionischen Fällmittel, ist die Effizienz einer Ladungsmessung zudem zu bezweifeln. Für Fa. Rath wurden neben umfangreichen Aussagen zur Wirkungsweise der einzelnen Rohstoffe und deren Zusammenspiel im Prozess auch gute Hinweise zur Versatzoptimierung erarbeitet. Hier wurde die erhebliche zusätzliche Aussagekraft von Ladungsmessungen zur Kontrolle, Steuerung und Optimierung des Prozesses bestätigt. Für Interbau wurde die Online-Ladungsmessung über mehrere Monate im Betrieb erprobt. Diese verlief völlig problemlos und bietet aufschlussreiche Zusatzinformationen über den jeweils aktuellen Zustand des Prozesswassers. Die Flockung wird beherrschbarer, Unter- und Überflockung besser vorhersehbar, die Prozesssicherheit bei Wasserreinigung und bei keramischem Wasserrecycling verbessert und damit Flockungsmittel und Personalaufwand gespart. Für noch nicht abwasserfreie Unternehmen kann die Recyclingquote so erhöht und der Wasserverbrauch deutlich verringert werden.


Öffentlichkeitsarbeit und Präsentation

- Vortrag beim 14. Keramiktag der BAM (Bundesanstalt für Materialwissenschaften) mit der DKG
(Deutsche Keramische Gesellschaft), bereits gehalten am 09.05.2008 in Berlin
- Vortrag bei der Sitzung des Fachausschusses Rohstoffe der DKG im Herbst 2008 (Datum noch
nicht bekannt).


Fazit

Mit der Ladungsmessung und Beobachtung der Flockungsqualität können komplexe Ereignisse in der betrieblichen Wasserreinigung interpretiert werden. Bei schlechter Flockungsqualität kann die Korrektur durch Anpassung der Dosiermenge unmittelbar und sehr genau erfolgen. Die automatische Online-Messung und Steuerung der Dosiermenge verlief bei Interbau völlig problemlos. Durch Flockungsmitteldosierung mit Hilfe der Ladungsmessung konnten in der Versuchsphase bereits etwa 30 % des Flockungsmittelverbrauchs eingespart werden. Nach weiterer Optimierung der Steuerung ist eine Absenkung dieses Verbrauchs auf insgesamt 50 bis 70 % möglich. Eine Etablierung des Verfahrens in keramischen Prozesswässern ist nach den bisherigen Ergebnissen praktikabel und aussichtsreich.