Oberflächen mit Zink-Nickel-Legierungen stellen derzeit mit die besten verfügbaren Korrosionsschutzbeschichtungen auf Stahl dar. In den Bereichen der Automobilindustrie, aber auch im Bergbau oder bei Windkraftanlagen verdrängen sie nach und nach die klassischen Verfahren, wie zum Beispiel das bisher gebräuchliche alkalische Verzinken. Die verwendeten Elektrolyten für die Zink-Nickel-Abscheidung enthalten allerdings hohe Konzentrationen an Komplexbildnern, die ein Behandeln des Prozesswassers in einem chemisch-physikalischen System schwierig machen. Eine alternative zu kombinierten Fällungs- und Oxidationsverfahren stellt die Verdampfertechnologie dar, die Schwermetalle und Komplexbildner zuverlässig abscheidet. Damit wird die Aufbereitung der Spülwässer vereinfacht. Das aufbereitete Wasser kann in einigen Produktionsschritten wiederverwendet werden, damit wird die Produktion abwasserfrei.
Komplexbildner und Cyanide erzeugen Aufwand
Die Behandlung von Zink-Nickel-Spülwässern mit klassischer Abwassertechnik ist mit hohem Chemikalien- und Betreuungsaufwand verbunden. Enthaltene komplex gebundene Metalle sind nur schwierig aus dem Prozesswasser entfernbar. Schlichtes ausfällen der Metalle mit Hilfe von Sulfiden bietet oft keine zufriedenstellenden Ergebnisse, da die dabei freiwerdenden Komplexbildner dann an anderer Stelle in der Abwassertechnik wieder Metalle mobilisieren.
Zusätzlich zu den Komplexbildnern sind je nach installiertem Anolytsystem Cyanide als Abbauprodukte der Prozesschemie im Abwasser enthalten. Sowohl Cyanide als auch Komplexbildner können zwar oxidativ vor der Fällung und Flockung zerstört werden, doch macht dieser Verfahrensschritt die Behandlungstechnik aufwändiger und anfälliger gegenüber Betriebsstörungen.
Geringer Invest – hohe Betriebskosten
Die Investitionskosten für ein chemisch-physikalisches Behandlungssystem sind relativ niedrig. Betriebskosten für Chemikalien oder Betreuungsaufwand, insbesondere bei schwankenden Wasserzusammensetzungen, sind dagegen relativ hoch. Hinzu kommen vielfach Behördenauflagen für die Überwachung der gesetzlichen Einleitgrenzwerte.
Moderne Behandlung: Vakuumdestillation
Alternativ zur chemisch-physikalischen Behandlung kann das Prozesswasser auch auf thermischem Weg aufbereitet werden. Vakuumdestillation macht sich das Prinzip der Trennung nach Siedepunktsunterschieden zu Nutze: Stoffe mit einem hohen Siedepunkt (wie Öle, Fette oder Metallsalze) werden beim Verdampfen von Wasser zurückgelassen. Auf dem selben Prinzip beruht die Bildung von Kalkausfällungen in Wasserkochern im Haushalt.
Ein Zink-Nickel-Spülwasser wird unter einem Prozessunterdruck von etwa 650 mbar bei etwa 86 °C verdampft. Der entstehende, salz- und schwermetallfreie Wasserdampf wird in einem Brüdenverdichter auf Umgebungsdruck komprimiert und dabei auf etwa 120 °C erhitzt. Dieser überhitzte Dampf wird dann verwendet, um weiteres Prozesswasser in der Anlage zu verdampfen. Im Vergleich zu einer atmosphärischen Verdampfung werden so mehr als 95 % Energie eingespart, gegenüber Systemen mit zusätzlichem Kältekreislauf wird 60 % weniger Energie benötigt.
Das aufbereitete Wasser stellt eine Alternative zu entsalztem Stadtwasser zur Wiederverwendung im Prozess dar. Je nach Qualitätsansprüchen muss es mit geringem Aufwand (Ionentauscher zum sicheren Einhalten einer Leitfähigkeit unter 10 µS/cm) nachbehandelt werden. Selbstverständlich kann das aufbereitete Wasser alternativ auch in die öffentliche Kanalisation eingeleitet werden.
Einleitgrenzwerte trotz Komplexbildner sicher einhalten!
Ein Horrorszenario für jeden Betrieb: Unangekündigt überprüft ein Behördenvertreter eine Abwasserprobe und stellt darin eine deutliche Überschreitung des Nickel-Grenzwertes fest – komplex gebunden ist es durchgerutscht. Schon sorgt ein Zahlenwert für viel Ärger und Arbeit in einem Galvanikbetrieb. Kaum ein Betrieb in der Galvanotechnik oder Oberflächentechnik möchte sich um das Thema Abwasser kümmern müssen. Die Prozesswassertechnik ist ein der Produktion nachgeschalteter Bereich, der ohne viel Aufwand sicher funktionieren muss.
Bedingt durch das physikalische Verfahren der Verdampfung punktet die Vakuumdestillation vor allem im Bereich der Betriebssicherheit: Schwermetalle und Salze werden zuverlässig abgeschieden – es besteht kein Risiko, dass bei der Verwendung eines falschen Flockungsmittels oder bei nicht richtig eingestelltem pH-Wert Schwermetalle in den Kanal gelangen und Grenzwerte überschritten werden. Wird dann auch noch mit dem Verdampfer eine Kreislaufführung realisiert, besteht kein Risiko mehr, festgesetzte Einleitwerte zu überschreiten.
Betriebskosten: Chemie oder Energie?
Egal ob chemisch-physikalisches Verfahren oder Vakuumdestillation: Jedes System erzeugt Betriebskosten. Bei Destillationssystemen ist ein Hauptfaktor für die Betriebskosten der Energieverbrauch: Viele Anlagenbetreiber betrachten diese Technologie nach wie vor als energieaufwändig – für Anlagen der älteren Generationen zu Recht.
Das moderne Vacudest-Verfahren kommt mit einem Energiebedarf zwischen 35 Wh und 70 Wh je Liter aufbereitetem Prozesswasser aus (je nach Anlagengröße). Zwar liegen die Energiekosten damit immer noch über denen einer chemisch-physikalischen Anlage, doch liegen andere kostensparende Vorteile auf der Hand.
Betriebserfahrungen bei Comte Galvanotechnik
Das 1836 gegründete, mittelständische Unternehmen im norddeutschen Sulingen hat sich in den letzte Jahren zu einem namhaften Beschichter für Zulieferer und Systemlieferanten aus der Automobil- und Maschinenbauindustrie entwickelt. In der bestehenden Abwasserbehandlung des Unternehmens können Prozesswässer aus dem Zink-Nickel-Bereich nicht behandelt werden, um die strengen Einleitgrenzwerte sicher zu stellen.
Der UM-Beauftragter bei Comte Galvanotechnik Axel Hölzchen verglich daher verschiedene Möglichkeiten, dieses schwierige Wasser mit ausreichender Prozesssicherheit aufzubereiten. Im H2O-Labor wurde das Spülwasser analysiert und im Technikumsmaßstab verdampft. Die Ergebnisse in Punkto Aufkonzentration, Medienverbrauch und Zuverlässigkeit überzeugten – und so wurde im Jahr 2011 ein VACUDEST M 1.050 System installiert.
Axel Hölzchen bestätigt, dass die neue Abwasseraufbereitungsanlage tadellos läuft und alle Versprechen aus der Projektierungsphase einhält.
Nicht der günstigste Preis ist wichtig, optimale Betriebskosten sichern die Gewinne von Morgen! Die Entscheidung für oder gegen ein Aufarbeitungssystem ist nicht leicht. Es gilt sehr viele Faktoren zu betrachten und gegeneinander abzuwägen. Auch in Zeiten knapper Budgets zeigt sich, dass der Preis nicht der alles entscheidende Faktor ist. Energiekosten, Bedien- und Wartungsaufwand sowie die Unabhängigkeit von Behördengrenzwerten sind wichtige Einflussfaktoren.
- www.h2o-de.com
Verdampfertechnik auf einen Blick
- Keine Kosten für Eisensalze, Kalkmilch, Flockungsmittel, Spezialchemie
- Betriebsmittelkosten sind beim Verdampfer geringer
- Sehr geringer Betreuungsaufwand der Anlage (z.B. Bedienung, Analytik)
- Wartungs- und Bedienaufwand ist beim Verdampfer um gut 70 % geringer als bei chemisch-physikalischer Behandlung
- Geringere Kosten für die Aufarbeitung von Frischwasser: das Destillat des Verdampfers kann vielfach im Prozess wieder verwendet werden
