Eignungstest einer neuartigen Membranbeschichtung für Filtrationsanlagen zur Aufbereitung von Kühlschmierstoffen
Projektdurchführung
Tool Partner Germany GmbH
Carl-Zuckmayer-Str. 5
76351 Linkenheim-Hochstetten
Zielsetzung und Anlass des Vorhabens
Ziel war es, die grundsätzliche Eignung einer innovativen Membranbeschichtung für die Aufbereitung von ölhaltigen Abwässern im Allgemeinen und gebrauchten Kühlschmierstoffen (KSS) im Speziellen zu untersuchen und zu bewerten. Es sollte geprüft werden, ob die neuartige Technologie das Potenzial hat, die Nachteile der etablierten energie- und chemikalienintensiven Verfahren zu überwinden. Konkret sollte untersucht werden, inwieweit die Beschichtung die Deckschichtbildung durch Öl-Fouling auf Membranen (UO/NF) bei direktem Kontakt mit gebrauchten KSS-Lösungen reduziert oder verhindert. Damit verbunden war das Ziel, die Prozesskette der KSS-Aufbereitung durch Wegfall der chemischen Spaltung/kompletten Ölabtrennung sowie Senkung des Energie- und Chemikalienbedarf, Erhöhung der Membranstandzeiten und Verlängerung der Reinigungsintervalle, zu vereinfachen. Langfristig sollte die Basis für eine dezentrale KSS-Aufbereitung direkt beim Anwender geschaffen werden, um Transporte zu minimieren und das abgetrennte Permeatwasser als Prozesswasser, z.B. Verdünnungswasser für frisch anzusetzende KSS-Lösungen wiederverwenden oder problemlos entsorgen zu können, was zur Ressourcenschonung und weiteren CO2-Reduktion beiträgt.
Darstellung der Arbeitsschritte und der angewandten MethodenDie Aufgabenstellung umfasste den Aufbau einer geeigneten Testinfrastruktur, die Entwicklung einer Vorfiltration für reale KSS-Proben, die Implementierung des Beschichtungsprozesses für die Testmembranen und die Durchführung systematischer Versuchsreihen. Diese beinhalteten Standardtests zur Charakterisierung der Membranen, Aufkonzentrierungsversuche mit gebrauchten KSS-, die Analyse der Permeatqualität (Leitfähigkeit, TOC) und des Konzentrats (ggf. Brennwert). Ein zentraler Punkt war der Vergleich der Leistungsfähigkeit und Stabilität von beschichteten gegenüber unbeschichteten Membranen über mehrere Zyklen. Weiterhin sollten verschiedene KSS-Typen getestet und eine effektive, aber schonende Reinigungsstrategie entwickelt werden.
Ergebnisse und Diskussion
Entgegen der ursprünglichen Annahme, dass unbeschichtete Membranen durch den Kontakt mit ölhaltigen Emulsionen unmittelbar durch starkes Fouling blockieren würden, zeigten diese eine überraschend akzeptable initiale Leistungsfähigkeit. Sie ermöglichten ebenfalls eine Aufkonzentrierung des KSS bis zu einem Konzentrationsfaktor von CF=8.
Der entscheidende Vorteil der Membranbeschichtung manifestierte sich jedoch bei der Betrachtung der Langzeitstabilität und des Reinigungsverhaltens über mehrere Zyklen.
Die unbeschichtete BW-Membran erlitt einen erheblichen irreversiblen Permeatleistungsverlust von ca. 66 % bezogen auf den initialen Standardtestwert nach Kompaktierung. Der Verlust bei der unbeschichteten SW-Membran betrug bereits nach der zweiten KSS Aufkonzentrierung ca. 34% bezogen auf den initialen Standardtestwert nach Kompaktierung. Der Verlust bei der beschichteten SW-Membran lediglich ca. 9% nach Abzug initialer Verluste durch Beschichtung und Einlagerungseffekte. Dieser signifikante Unterschied deutet darauf hin, dass die Beschichtung die Bildung persistenter, irreversibler Fouling-Schichten maßgeblich reduziert bzw. eine effektivere Entfernung der anhaftenden Beläge durch die angewandten Reinigungsprozeduren ermöglicht.
Der Permeatleistungsverlust ließ sich bei den unbeschichteten Membranen auch durch sehr intensive, aggressive Reinigungen nicht mehr wiederherstellen, wo hingegen eine sehr moderate Reinigungsprozedur bei der beschichteten Membran eine annähernde Wiederherstellung der Ausgangsleistung bewirkte.
Öffentlichkeitsarbeit und Präsentation
In Bearbeitung.
Fazit
Die Ergebnisse bestätigen das hohe Potenzial der Membrantechnologie in Kombination mit der neuartigen Beschichtung zur signifikanten Verbesserung der KSS-Aufbereitung. Sie ermöglicht eine Reduzierung des Energie- und Chemikalienverbrauchs, minimiert Transportemissionen durch mögliche dezentrale Aufbereitung und schont Wasserressourcen durch Wasser-(Permeat)-Recycling. Als nächster Schritt wird die Übertragung der Ergebnisse auf industriell relevantere Spiralwickelmodule in einem Folgeprojekt empfohlen, um die Technologie zur Marktreife zu führen.