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Dec 28, 2023

Zentrifugenreinigung von Industrieflüssigkeiten

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Die Entwicklung von Zentrifugalkraftfilteranlagen zur Reinigung und Wiederverwertung von Industrieflüssigkeiten aller Art ist ein Beispiel für ökologisch verantwortungsvolles Verhalten, das mit Kosteneinsparungen und gleichzeitiger Schonung wertvoller Ressourcen einhergeht. Dieser Artikel befasst sich mit der Notwendigkeit der Reinigung von Industrieflüssigkeiten, ihren Vorteilen gegenüber anderen Methoden und den damit verbundenen Kosteneinsparungen.

Seitdem der Fluss Cuyahoga in Ohio, USA, in den 1950er und 60er Jahren so stark verschmutzt war, dass er regelmäßig Feuer fing, gewann der Schutz der Umwelt, einschließlich der Behandlung von Abwasser und anderen industriellen Flüssigkeiten, erneut an Dringlichkeit und wurde zu einem integralen Bestandteil der Umwelt Industrielandschaft. Es hat jedoch viele Jahre gedauert, bis die Industrie den Umweltschutz vollständig akzeptierte und ihn als Geschäftschance wahrnahm, anstatt ihn als gesetzliche wirtschaftliche Belastung zu betrachten.

Der Einsatz von Wasser und anderen Flüssigkeiten ist für viele Produktionsprozesse unerlässlich. Wasser wird in Kombination mit Reinigungsmitteln zum Waschen und Entfetten hergestellter Metallteile verwendet. Flüssigkeiten spielen bei allen Arten von Schleif-, Schneid- und Poliervorgängen eine wichtige Rolle. Der Overspray in Lackierkabinen wird durch einen Wasservorhang aufgefangen. Und Schneidflüssigkeiten sind als Kühl- und Schmiermittel für die Metallbearbeitung und -bearbeitung unverzichtbar.

Während ihres Einsatzes nehmen industrielle Flüssigkeiten alle Arten von Verunreinigungen auf, wobei es sich bei den häufigsten Feststoffen um Feststoffe wie Metallpartikel oder Feinpartikel aus abrasiven Materialien sowie Öl, Fett und andere Kohlenwasserstoffe handelt. Wenn sich diese Verunreinigungen ansammeln, verliert jede Industrieflüssigkeit ihre Funktionalität. Bei einigen Produktionsprozessen kann eine Flüssigkeit nur einmal verwendet werden, bevor sie entsorgt werden muss, während sie in anderen Fällen mehrfach verwendet werden kann (Recycling). In beiden Fällen müssen die kontaminierten Flüssigkeiten behandelt werden: Bevor sie in die Kanalisation eingeleitet werden, müssen sie gereinigt werden, um den gesetzlichen Anforderungen für den Gehalt an gefährlichen Stoffen zu entsprechen. Oder im Falle des Recyclings müssen sie gereinigt werden, um ihre Funktionsfähigkeit wiederherzustellen.

Es gibt viele Methoden, feste Partikel aus Flüssigkeiten zu entfernen. Die einfachste Möglichkeit ist die Sedimentation. Anspruchsvoller sind chemische Flockung, Elektroflotation, Verdampfung und alle Arten der Filterung, von einfachen Papierfiltern bis hin zu komplexen Membranfiltern (Ultrafiltration). Zur Abtrennung von nicht emulgiertem Öl aus Wasser sind Absaugvorrichtungen relativ zuverlässig und kostengünstig. Doch die meisten dieser Behandlungsmethoden sind entweder nicht sehr effektiv oder äußerst kostspielig und häufig recht kompliziert in der Anwendung. Vor allem sind ihre Recyclingfähigkeiten begrenzt. Die Folge ist ein verschwenderischer Verbrauch großer Wassermengen.

Andererseits haben sich Zentrifugalkraftfilteranlagen zur Abtrennung von Feststoffpartikeln und – manchmal auch – Öl aus Industrieflüssigkeiten als recht effektiv und äußerst wirtschaftlich erwiesen. Da es sich in erster Linie um eine mechanische Trennmethode handelt, ermöglicht die Zentrifugalkraft-Filtertechnologie eine 100-prozentige Wiederverwertung der Flüssigkeiten und trägt so zu einer Reduzierung des Wasserverbrauchs um bis zu 97 % bei.

Im Zentrum befindet sich eine Drehtrommel, die mit einer Geschwindigkeit von bis zu 3.000 U/min rotiert und eine Kraft von über 2.000 g erzeugt. Im Vergleich dazu produziert ein Karussell max. 2 - 4 g (!). Die mit Feststoffen verunreinigte Flüssigkeit wird mit konstanter Fördergeschwindigkeit in die rotierende Trommel gepumpt. Da die Feststoffe ein höheres spezifisches Gewicht haben, werden sie von der Flüssigkeit getrennt und in Form von stabilem Schlamm mit einem Restwassergehalt von nur 20 % an der Trommelinnenwand abgelagert. Die Zentrifugalkraft ist so stark, dass selbst kleinste Feststoffpartikel mit einer Größe von > 2µm aus der Flüssigkeit entfernt werden. Die hydraulische Energie in der rotierenden Trommel ermöglicht es einem Sammelrohr, das gereinigte Wasser aufzunehmen und es zu einem externen Tank oder direkt zu einem Verbraucher zu transportieren, ohne dass eine Pumpausrüstung erforderlich ist.

Abhängig von der Feststoffmenge in der Flüssigkeit und der erforderlichen Reinheit können halbautomatische Zentrifugen zwischen 100 – 1.200 Liter (25 – 300 Gall.)/h behandeln, während die Kapazität automatischer Zentrifugen zwischen 500 – 3.600 Liter (125 – 300 Gall.)/h liegt. 900 Gall./h.

Bei einer bestimmten Schlammbelastung in der Trommel (max. 30 kg/48 lbs) wird die Zentrifuge abgeschaltet und der Schlamm kann entnommen werden. Bei halbautomatischen Systemen erfolgt dies durch manuelles Entfernen eines Polymerkorbeinsatzes aus der Trommel. Automatische Zentrifugen sind mit einem Messer ausgestattet, das den Schlamm automatisch von der langsam rotierenden Trommel abschält und in einen Schlammbehälter unter der Trommel entleert.

Das gleiche physikalische Prinzip ermöglicht nicht nur die Entfernung von Feststoffen aus Flüssigkeiten, sondern auch die Trennung von Flüssigkeiten unterschiedlicher Dichte, beispielsweise die Entfernung unerwünschter Öle aus Kühlmitteln. Die mit Feststoffen und Öl verunreinigte Flüssigkeit wird in die rotierende Trommel gepumpt, wo die Zentrifugalkraft die drei Phasen (Flüssigkeit1/Flüssigkeit2/Feststoff) trennt. Die beiden Flüssigkeiten werden mit zwei getrennten Sammelrohren von der rotierenden Trommel aufgenommen und abtransportiert.

Im Gegensatz zu den sehr arbeitsintensiven herkömmlichen Trennmethoden wie Sedimentation, Flockung, Elektroflotation, Eindampfung, kontinuierlichen Papierfiltern usw. sind Zentrifugen sehr einfach zu bedienen und erfordern keine teuren Filtermaterialien oder Chemikalien. Sie laufen vollautomatisch ohne Eingriff des Bedieners. Die Entfernung des Schlamms in halbautomatischen Zentrifugen ist einfach und dauert weniger als 10 Minuten. Und in den automatischen Zentrifugen erfolgt sogar die Schlammentfernung vollständig mechanisiert und erfordert keinerlei Arbeitsaufwand.

Aufgrund ihrer kompakten Bauweise benötigen Zentrifugen nur wenig Platz. Und die Installation ist denkbar einfach: So kommen die halbautomatischen Zentrifugen fertig montiert beim Kunden an und müssen nach der Platzierung am Standort nur noch elektrisch angeschlossen werden.

Halbautomatische Zentrifugen mit geringerer Kapazität sind mit einem Direktantriebssystem für die Rotationstrommel ausgestattet, die mit Geschwindigkeiten von bis zu 3.000 U/min läuft. Die automatischen Zentrifugen mit deutlich größerem Trommelvolumen verfügen über einen indirekten Antrieb mit Keilriemen. Dies ermöglicht den Einbau präzise dimensionierter Hochleistungslager zur Aufnahme der enormen G-Kräfte in der Drehtrommel.

Bei herkömmlichen automatischen Zentrifugen dreht sich das Schälmesser zusammen mit der Trommel und belastet die Trommellager zusätzlich. Ein führender Hersteller von Oberflächenbearbeitungsgeräten verfolgte einen völlig anderen technischen Ansatz. Bei seinen Zentrifugen ist das Schälmesser stationär und völlig unabhängig vom Trommelantrieb. Während des Schälvorgangs bewegt sich das Messer einfach pneumatisch in Richtung der Trommelwand, um den Schlamm abzuschälen. Diese innovative, einfache Lösung führt zu einer wesentlich längeren Betriebszeit der Trommellager.

Selbstverständlich sind alle Zentrifugen dieses Herstellers auch mit einem Unwuchtüberwachungssystem zum weiteren Schutz der Trommellager ausgestattet.

• Prozesswasser aus der Massenveredelung: Aufgrund ihrer technischen Wirksamkeit und Kosteneffizienz haben Zentrifugen in den letzten 20 Jahren alle anderen Aufbereitungssysteme mehr oder weniger vollständig verdrängt. In einigen europäischen Ländern sind chemische oder Elektroflotationsanlagen nicht mehr zugelassen, wenn das Prozesswasser mit einer Zentrifuge gereinigt werden kann. Dafür gibt es zahlreiche ökologische und ökonomische Gründe: Da das gereinigte Prozesswasser zu 100 % wiederverwendet wird, muss kein mit Chemikalien aller Art belastetes Abwasser in die Kanalisation geleitet werden. Recycling reduziert den Wasserverbrauch um etwa 97 % und als zusätzlichen Vorteil wird auch die chemische Verbindung im Prozesswasser zurückgewonnen, was zu einem drastisch reduzierten Verbindungsverbrauch führt.

• Kühlmittel aus Zerspanungs- und Metallbearbeitungsbetrieben: In diesem Bereich haben Zentrifugen arbeitsintensive und kostspielige Papierfilter ersetzt. Die Abtrennung von Feststoffen bis zu einer Größe von 2 µm trägt zu deutlich höheren Verfügbarkeitszeiten des Kühlmittels bei und reduziert das Risiko einer bakteriellen Kontamination drastisch.

• Waschen und Entfetten von Metallbauteilen: Diese Anwendungen zeichnen sich durch extrem hohe Anforderungen an die Oberflächenreinheit aus. Durch die Vorreinigung der Waschflüssigkeit mittels Zentrifuge wird die Lebensdauer der eingebauten Feinfilter deutlich erhöht.

• Schleifen und Schneiden von Glas, Keramik, Natursteinen und Beton: Industrielle Schneid- und Schleifvorgänge für Glas, Keramik, Marmor, Granit, Beton usw. erfordern Flüssigkeiten als Prozesskühl- und Schmiermittel. Zur Entfernung der winzigen Glas- und Steinpartikel und zur Wiederverwertung der Prozessflüssigkeit werden Zentrifugen eingesetzt.

• Lackierarbeiten: Der Overspray in Lackierkabinen wird von einem Wasservorhang aufgefangen, bevor er in die Umwelt gelangen kann. Die im Wasser anfallenden Farbpartikel können mit einer Zentrifuge schnell in Form eines stabilen Schlamms mit einem Restwassergehalt von < 30 % entfernt werden, der problemlos in die Abfallentsorgung entsorgt werden kann.

• Zahlreiche Einsatzmöglichkeiten für Zentrifugen

Die oben beschriebenen Beispiele sind nur einige der möglichen Anwendungen dieser Reinigungsmethode. Die Zentrifugalkraftfiltertechnologie kann immer dann eingesetzt werden, wenn die festen Partikelverunreinigungen in einer industriellen Flüssigkeit eine höhere Dichte als die Flüssigkeit selbst haben; oder der Schadstoff ist auch eine Flüssigkeit mit einer anderen Dichte, beispielsweise Öl. ♦