Markus Becker Rückhalt von Wertstoffen
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Fakultät Forst-, Geo- und Hydrowissenschaften Fachrichtung Wasserwesen<br />
Institut für Siedlungs- und Industriewasserwirtschaft, Professur Industriewasserwirtschaft<br />
1. Dresdner Industriewasserwirtschaftstag<br />
<strong>Rückhalt</strong> <strong>von</strong> <strong>Wertstoffen</strong><br />
am Beispiel der Automobilindustrie<br />
<strong>Markus</strong> <strong>Becker</strong><br />
Dresden, 24.04.2008
1. Dresdner Industriewasserwirtschaftstag <strong>Rückhalt</strong> <strong>von</strong> <strong>Wertstoffen</strong><br />
INHALT / ÜBERSICHT<br />
1. Einführung und Zielsetzung<br />
2. Allgemeines zur Rückgewinnung <strong>von</strong> <strong>Wertstoffen</strong><br />
3. Spezielle Behandlungsverfahren<br />
4. Reduktion der Schwermetallemission am Beispiel<br />
der Lackiervorbehandlung<br />
24.04.2008 Folie 2
1. Dresdner Industriewasserwirtschaftstag <strong>Rückhalt</strong> <strong>von</strong> <strong>Wertstoffen</strong><br />
Grundgedanke:<br />
Verbindung <strong>von</strong> ökonomischem Gewinn und ökologischem Nutzen<br />
&<br />
Realisierung hängt in hohem Ausmaß vom Bewusstsein und Know-how<br />
der beteiligten Akteure ab<br />
zukunftsorientierte Entwicklung <strong>von</strong> Unternehmen verlangt sinnvolle<br />
Verknüpfung <strong>von</strong> Wirtschaftlichkeit und Umweltverträglichkeit<br />
Ziel:<br />
abfall- und emissionsfreier<br />
Betrieb<br />
24.04.2008 Folie 3
1. Dresdner Industriewasserwirtschaftstag <strong>Rückhalt</strong> <strong>von</strong> <strong>Wertstoffen</strong><br />
Welche Wertstoffe können zurück gewonnen werden?<br />
1. Wasser<br />
als Lösungs- und Reinigungsmittel<br />
als Energieträger<br />
als Transportmittel für Edukte / Produkte<br />
24.04.2008 Folie 4
1. Dresdner Industriewasserwirtschaftstag <strong>Rückhalt</strong> <strong>von</strong> <strong>Wertstoffen</strong><br />
Wasserbezug Abwassermengen<br />
[Quelle: VDA-Statistiken]<br />
24.04.2008 Folie 5
1. Dresdner Industriewasserwirtschaftstag <strong>Rückhalt</strong> <strong>von</strong> <strong>Wertstoffen</strong><br />
Welche Wertstoffe können zurück gewonnen werden?<br />
2. Wasserinhaltsstoffe<br />
Problem:<br />
Energie organisch anorganisch<br />
maßgebliche Parameter für die Rückgewinnung<br />
sind die chemisch-physikalischen Eigenschaften<br />
des Inhaltsstoffes<br />
Inhaltsstoffe liegen selten einzeln vor ⇒ oft gemischt mit einer Vielzahl<br />
diverser Beimengungen<br />
24.04.2008 Folie 6
1. Dresdner Industriewasserwirtschaftstag <strong>Rückhalt</strong> <strong>von</strong> <strong>Wertstoffen</strong><br />
Beispiele für Separationsmechanismen:<br />
Abbaubarkeit<br />
Redoxpotenzial<br />
Löslichkeitsprodukt<br />
Ladung<br />
Ladung<br />
Löslichkeitsprodukt (jew. Medium)<br />
partikulär, Dichtedifferenz<br />
Größe (Molekül-, Partikel-)<br />
partikulär, Oberflächenladung<br />
Adsorptionsvermögen<br />
Adsorptionsvermögen<br />
Partialdruck<br />
aerob (Belebung/ Biofilm)<br />
anaerob<br />
Oxidation<br />
Fällung<br />
Ionenaustausch<br />
Elektrodialyse<br />
Extraktion<br />
Absetzverfahren<br />
Filtration<br />
Flockung<br />
Flotation<br />
Ad-/ Absorption<br />
Gasaustausch<br />
24.04.2008 Folie 7<br />
biol. chemisch<br />
physikalisch
1. Dresdner Industriewasserwirtschaftstag <strong>Rückhalt</strong> <strong>von</strong> <strong>Wertstoffen</strong><br />
Die Automobilindustrie umfasst verschiedenste Fertigungsverfahren. In ihr<br />
werden Metall- und Nichtmetalloberflächen u. a. mit wässrigen Lösungen,<br />
Emulsionen und Aufschlämmungen mechanisch, (elektro-)chemisch und<br />
thermisch behandelt.<br />
Die Fertigungsschritte sind vielfältig und können einzeln oder in<br />
verschiedensten Kombinationen in Anwendung kommen. Die wichtigsten<br />
sind:<br />
• mechanische Bearbeitung (z.B. formgebende Prozesse)<br />
• Wärmebehandlungen<br />
• oberflächenabtragende Verfahren (z.B. spanend oder chemisch)<br />
• elektrochemische und chemische Metallabscheidung<br />
• Oberflächenvorbehandlung mit anschließender Lackierung<br />
Charakterisierung der anfallenden Abwässer durch:<br />
• anorganische Inhaltsstoffe (meist Metallgehalt)<br />
• organische Inhaltsstoffe (z.B. Mineralöle, Lackbestandteile, CKW<br />
oder Inhibitoren).<br />
24.04.2008 Folie 8
1. Dresdner Industriewasserwirtschaftstag <strong>Rückhalt</strong> <strong>von</strong> <strong>Wertstoffen</strong><br />
Die Phosphatierung ist eine der maßgeblichen abwasserrelevanten<br />
Prozesse im Fahrzeugbau.<br />
• die Phosphatierlinie ist eine der größten Wasserverbraucher<br />
• Ni-Konzentration im Phosphatierbad liegen zwischen 0,5 bis 1,0 g/L<br />
• Verschleppung pro Karosse: 8 bis 10 L<br />
⇒ Ni-Austrag <strong>von</strong> 0,9 bis 2,3 Mg/a aus dem Prozessbad<br />
• Spülwasserüberhang mit Ni-Belastung <strong>von</strong> 0,05 bis 0,1 g/L<br />
(Grenzwert <strong>von</strong> 0,5 mg/l Nickel für die Indirekteinleitung)<br />
24.04.2008 Folie 9
1. Dresdner Industriewasserwirtschaftstag <strong>Rückhalt</strong> <strong>von</strong> <strong>Wertstoffen</strong><br />
Ziele:<br />
Rückgewinnung <strong>von</strong> Schwermetallionen und Wiedereinsatz im<br />
Phosphatierprozess<br />
prozessnahe Regeneration <strong>von</strong> Phosphatier-Spüllösungen<br />
(Spülwasserrecycling)<br />
Einsparung <strong>von</strong> Betriebskosten<br />
24.04.2008 Folie 10
1. Dresdner Industriewasserwirtschaftstag <strong>Rückhalt</strong> <strong>von</strong> <strong>Wertstoffen</strong><br />
Lösungsansatz und Verfahrenskonzept:<br />
Schwermetallabtrennung<br />
Schritt 1: selektive Schwermetallabtrennung durch Komplexbildung<br />
mit wasserlöslichen Polymerliganden<br />
Schritt 2: Abtrennung der metallbeladenen Polymere vom Wasser<br />
durch Membranfiltration<br />
Rohlösung<br />
Polymerlösung<br />
Komplexierung<br />
Trennung durch<br />
Membranfiltration<br />
24.04.2008 Folie 11
1. Dresdner Industriewasserwirtschaftstag <strong>Rückhalt</strong> <strong>von</strong> <strong>Wertstoffen</strong><br />
Regeneration<br />
Schritt 3: Freisetzung der an den Polymeren gebundenen<br />
Schwermetalle durch pH-Absenkung<br />
Schritt 4: Abtrennung der regenerierten Polymere vom<br />
Schwermetallkonzentrat durch Membranfiltration<br />
schematischer Aufbau der Laboranlage (Mehrfachbeladungsversuche)<br />
24.04.2008 Folie 12
1. Dresdner Industriewasserwirtschaftstag <strong>Rückhalt</strong> <strong>von</strong> <strong>Wertstoffen</strong><br />
Laborversuche mit Modelllösung<br />
Nickel-Lösung Polymer-Lösung adsorbiertes Nickel<br />
Aufkonzentration pH-Shift rückgewonnene<br />
Nickel-Lösung<br />
24.04.2008 Folie 13
1. Dresdner Industriewasserwirtschaftstag <strong>Rückhalt</strong> <strong>von</strong> <strong>Wertstoffen</strong><br />
Mehrfachbeladungsversuche<br />
Regeneration<br />
Aufkonzentrierung<br />
24.04.2008 Folie 14
1. Dresdner Industriewasserwirtschaftstag <strong>Rückhalt</strong> <strong>von</strong> <strong>Wertstoffen</strong><br />
24.04.2008 Folie 15
1. Dresdner Industriewasserwirtschaftstag <strong>Rückhalt</strong> <strong>von</strong> <strong>Wertstoffen</strong><br />
chemische Grundlagen:<br />
H<br />
H<br />
idealisierter Polymer-Metall-Komplex<br />
N N N N N N<br />
H H H H H<br />
M 2+ M 2+ M 2+<br />
H H<br />
H H H<br />
N N N N N N<br />
Irving-Williams-Reihe (Stabilitäten <strong>von</strong> O- bzw. N-haltigen Liganden):<br />
Mn 2+ < Fe 2+ < Co 2+ < Ni 2+ < Zn 2+ < Cu 2+<br />
24.04.2008 Folie 16
1. Dresdner Industriewasserwirtschaftstag <strong>Rückhalt</strong> <strong>von</strong> <strong>Wertstoffen</strong><br />
Laborversuche (1)<br />
<strong>Rückhalt</strong>evermögen des Polymers [%]<br />
100<br />
95<br />
90<br />
85<br />
80<br />
75<br />
70<br />
Beladungskapazitäten <strong>von</strong> 1 g Polymer<br />
Zink<br />
Nickel<br />
0 50 100 150 200 250 300 350 400 450<br />
Metallkonzentration im Feed [mg/g]<br />
24.04.2008 Folie 17 -19 -
1. Dresdner Industriewasserwirtschaftstag <strong>Rückhalt</strong> <strong>von</strong> <strong>Wertstoffen</strong><br />
Laborversuche (2)<br />
Retention [%]<br />
100<br />
90<br />
80<br />
70<br />
60<br />
50<br />
40<br />
30<br />
20<br />
10<br />
0<br />
pH-abhängige Metallretention bei einer<br />
Polymerkonzentration <strong>von</strong> 1 g/L<br />
0 2 4 6 8 10<br />
pH-Wert<br />
Zink<br />
Nickel<br />
24.04.2008 Folie 18
1. Dresdner Industriewasserwirtschaftstag <strong>Rückhalt</strong> <strong>von</strong> <strong>Wertstoffen</strong><br />
Laborversuche (3)<br />
Start-TOC<br />
17.000 mg/L<br />
End-TOC<br />
46.000 mg/L<br />
24.04.2008 Folie 19
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