CH617099A5

CH617099A5 - Method for recovering materials by membrane separation

Info

Publication number: CH617099A5
Application number: CH209877A
Authority: CH
Inventors: Kurt Marquardt
Original assignee: Hager & Elsaesser
Priority date: 1976-02-19
Filing date: 1977-02-18
Publication date: 1980-05-14
Also published as: AT366290B; ATA110577A; JPS52119430A; IT1074509B; DE2606586A1; DE2606586B2

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Rückgewinnung von Stoffen eines Behandlungsbades aus diesem nachgeschalteten Spülbädern mittels Membrantrennung unter Rückführung der Stoffe in das Behandlungsbad.

Den Behandlungsbädern, z. B. galvanischen Bädern, sind Spülbäder nachgeschaltetet. Das behandelte Gut wird aus dem Behandlungsbad den Spülbädern nacheinander zugeführt. Dabei nimmt die Konzentration von Stoffen, die aus dem Behandlungsbad in die Spülbäder ausgeschleppt werden, in Richtung zum Behandlungsbad und entgegen dem Transport des Gutes zu. Es ist bekannt, die Stoffe aus den Spülbädern aufzu-konzentrieren und durch Verwendung von Verdampfern oder umgekehrte Osmose rückzugewinnen. Beide Verfahren trennen die Lösung aus den Spülbädern in einen Konzentratanteil und einen Anteil mit niedrigem Salzgehalt auf. Das Konzentrat kann dann in das Behandlungsbad zurückgeführt werden, während die Lösung mit niedrigem Salzgehalt in der Regel in eine der Spülen geleitet wird.

Den bisherigen Verfahren zur Stoffrückgewinnung und hier speziell dem der Umkehrosmose haftet der Nachteil an, dass nur so viel Konzentrat in das Behandlungsbad zurückgeführt werden kann, wie dort durch Ausschleppung oder durch Verdampfung, falls es sich um Heissbäder handelt, ausgetragen wird. Die Rückgewinnung von Wertstoffen mittels der Umkehrosmose ist deshalb bis jetzt auf solche Behandlungsbäder beschränkt, die grosse Flüssigkeitsverluste durch Ausschleppung oder Verdampfung haben, denn das Konzentrat, das mit der Umkehrosmose erhalten wird, wird oft nicht wieder bis zu dem Konzentrationsgrad des Behandlungsbades angereichert.

Dadurch ist ein Flüssigkeitsüberschuss vorhanden, der in das Konzentratbad nicht mehr zurückgeführt werden kann.

Gegenüber der Verwendung von Verdampfern bietet der Einsatz der Umkehrosmose den Vorteil, dass empfindliche Elektrolyte durch thermische Einwirkung nicht geschädigt werden können und auch dampfflüchtige Substanzen nicht wie bei der Aufkonzentrierung mittels Verdampfer aus der Lösung entfernt werden.

Die bei bekannten Verfahren durchgeführte Aufkonzentrierung von Spülwässern und Halbkonzentraten mittels Verdampfung hat den Nachteil, dass der Energieverbrauch wesentlich höher ist als bei Umkehrosmose, so dass die Anwendung der Verdampfungsverfahren nur bei Heissbädern wirtschaftlich ist. Je nach der für die Verdampfung notwendigen Temperatur werden Elektrolyte unterschiedlich stark thermisch beeinflusst sowie dampfflüchtige Substanzen aus den Elektrolyt-Lösungen ausgetrieben. Damit ist auch das Verdampfungsverfahren für die Rückgewinnung von Stoffen nicht uneingeschränkt anwendbar.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, den Anwendebereich der Rückgewinnung von Stoffen aus Behandlungs- und Spülbädern mittels Membrantrennverfahren zu erweitern und die vorgenannten Nachteile von Verdampfungs- und.Mem-brantrennverfahren unter Beibehaltung der Vorzüge der letztgenannten, wie einfache Bedienung, niedrige Kosten, schonende Behandlung der Elektrolyte, zu beseitigen.

Diese Aufgabe wird gemäss der Erfindung dadurch gelöst, dass man dem Behandlungsbad durch mindestens eine zusätzliche Membrantrennung so viel Flüssigkeit entzieht, dass das bei der Membrantrennung in den Spülbädern gewonnene Konzentrat vollständig in das Behandlungsbad zurückführbar ist.

Die Erfindung hat den Vorteil, dass dieses Rückgewinnungsverfahren ohne zusätzliche weitere Anlagen, wie Verdampferstufen u. dgl., auch für solche Behandlungsbäder eingesetzt werden kann, aus denen nur wenig Konzentrate, z. B. Elektrolyte, ausgeschleppt werden und in denen kaum Verdampfungsverluste auftreten. Der Anwendungsbereich der vorteilhaften Membrantrennverfahren kann somit auf diesem Sektor erheblich erweitert werden.

Die Volumenverminderung im Behandlungsbad kann einmal dadurch erfolgen, dass eine spezielle Umkehrosmoseeinheit eingesetzt wird, über die Behandlungslösung gefördert wird und deren Konzentratstrom in das Behandlungsbad zurückgeführt wird, während der Permeatstrom einem der nach dem Behandlungsbad angeordneten Spülbäder zugeführt wird.

Das Volumen im Behandlungsbad kann ferner dadurch verringert werden, dass man einen Teilstrom aus dem Behandlungsbad mit einem Teilstrom aus dem dem Behandlungsbad nächstliegenden Spülbad vermischt und das Gemisch mittels einer Membrantrenneinheit aufkonzentriert, wobei man das Konzentrat in das Behandlungsbad zurückführt, während man das Permeat zum Spülen im gleichen Spülbad oder dem diesem nächstgelegenen Spülbad verwendet. Dieses Verfahren hat gegenüber der erstgenannten Massnahme den Vorteil, dass man eine zweite Umkehrosmoseanlage dann einsparen kann, wenn man entsprechend dem ersten Verfahren für die Volumenverminderung des Behandlungsbades eine spezielle Osmoseeinheit verwendet und man gleichzeitig auch Wertsubstanzen aus den Spülbädern rückgewinnen will.

Der Wirkungsgrad kann noch erheblich verbessert werden, wenn man auch die Flüssigkeit aus den dem Behandlungsbek-ken ferner liegenden Spülbädern einer Konzentrierung unterwirft und das gewonnene Konzentrat in die dem Behandlungsbecken nähergelegenen Spülbäder und/oder in das Behandlungsbad einspeist. Das Permeat wird dabei in das gleiche oder ihm vorgeschaltete Spülbad eingeleitet und zur Spülung verwendet. Hierdurch wird der Vorteil erreicht, dass die dem Be- ' handlungsbecken näher gelegene Membrantrenneinheit einen

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stärker aufkonzentrierten Zufluss erhält, so dass die von jener Membrantrenneinheit abzuführende Wassermenge verringert wird. Die Anlage kann dadurch kleiner gehalten werden als bei einer Verfahrensweise mit nur einer einzigen Membrantrenneinheit.

Der Wirkungsgrad des Verfahrens wird ferner verbessert werden, wenn man bei Einsatz mehrerer Membrantrenneinheiten je nachdem, ob die Trenneinheit für Spülwässer, Halbkonzentrate oder Behandlungsbäder eingesetzt wird, Membranen mit höherer oder geringerer Durchlässigkeit und/oder entsprechend niedrigerer oder höherer Betriebsdrücke für die entsprechende Membrantrenneinheit verwendet.

Neben den beschriebenen Vorteilen wirkt sich bei der Anwendung des erfindungsgemässen Verfahrens besonders günstig aus, dass der Spülwasserbedarf äusserst gering gehalten werden kann und nur wenig Abwasser anfällt. Die Aufberei-tungs- und Entgiftungskosten sind daher auf ein Minimum beschränkt.

Weitere Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung im Zusammenhang mit der anliegenden Zeichnung, in der Ausführungsbeispiele der Erfindung schematisch wiedergegeben sind, sowie aus den Unteransprüchen.

Es zeigen:

Fig. 1 das Schema eines Behandlungsbads mit nachgeschalteten Fliessspülbädern,

Fig. 2 die schematische Wiedergabe einer Abwandlung der Anlage gemäss Fig. 1.

In der insgesamt mit 10 bezeichneten schematisch dargestellten Anlage nach Fig. 1 ist mit 12 ein Behandlungsbad, z. B. ein Galvanikbad, gekennzeichnet. Diesem Behandlungsbad sind mehrere hintereinandergeschaltete Spülbäder 14, 16, 18 nachgeordnet. Bei dem Ausführungsbeispiel wird eine Kaskadenspülung vorgenommen, bei welcher die Spülwässer in Gegenrichtung zum zu spülenden Gut vom hinteren Spülbad 18 zu den dem Behandlungsbad nächstnäher gelegenen Spülbad 16 und 14 geleitet werden. Da das aus dem Behandlungsbad 12 kommende Gut noch mit Stoffen, wie Elektrolyten, behaftet ist, welches in den nachgeordneten Spülbädern 14, 16, 18 abgespült wird, findet die stärkste Anreicherung der Stoffe im Spülbad 14 statt.

Aus diesem wird mittels einer Pumpe 22 über eine Leitung 24 Spülwasser einer Umkehrosmoseeinheit Ol zugeführt und von dieser in bekannter Weise das Konzentrat über eine Leitung 26 in das Behandlungsbecken 12 zurückgeführt. Das ab-fliessende Permeat wird entweder über die Leitung 29 in das Spülbad 14 zurückgeleitet oder über die Leitungen 28 und 59 unter Betätigung des Ventils 58 einer Entgiftung oder dem Spülwassersammelbecken einer nichtdargestellten Kreislaufanlage zugeführt. Bei entsprechender Wahl der Membrandurchlässigkeit der Osmoseanlage Ol kann das Permeat auch über die Leitungen 28 und 32 in das Spülbad 16 eingeführt werden, und dort zu Spülzwecken Verwendung finden. Als Spülwasser findet ein in der Entsalzungseinheit 34 durch Ultrafiltration oder Vollentsalzung aufbereitetes Wasser Verwendung, welches über die Leitung 36 in das Spülbad 18 eingeführt wird.

Wie aus Fig. 1 ersichtlich ist, wird auch aus dem Konzentratbad 12 Lösung über eine Leitung 40 mittels einer Pumpe 42 einer Umkehrosmoseeinheit Oli zugeführt, von welcher das Konzentrat wieder in das Behandlungsbecken 12 über eine Leitung 44 eingespeist wird. Das Permeat wird über eine Leitung 46 und 47 entweder in das Spülbad 14 oder bei entsprechender Wahl einer Membran mit hoher Rückhalterate über die Leitungen 46 und 30 in die Spülwanne 16 zur Verwendung als Spülwasser eingeleitet. Bei sehr hoher Konzentration des Behandlungsbades 12 muss das Permeat über die Leitungen 46 und 59 entweder zu einer Entgiftungsanlage oder in den Spülwassersammelbehälter einer Kreislaufanlage eingeführt werden. In Fällen, in denen eine hohe Aufsalzung der Spülbäder vorhanden ist, muss das Permeat der Osmosezellen Ol und Oli aus den Leitungen 46 und 28 zusammen über die Leitung 59 nach Öffnen des Ventils 58 abgeschlämmt werden. Dabei wird jedoch die Rückhalterate der Membranen in den Umkehrosmoseanlagen Ol und Oli so gewählt, dass die Salzmenge, die zusammen mit dem Permeat über die Leitung 59 abgeschlämmt wird, wesentlich geringer ist als die Salzmenge, die über die Leitungen 47 und 44 als Konzentrate der Umkehrosmoseanlagen Ol und Oli in das Behandlungsbad 12 rückgeführt werden.

Es ist ersichtlich, dass mittels der Umkehrosmoseeinheit Oli eine stetige Regeneration des Behandlungsbades 12 stattfindet, indem laufend konzentrierte Badflüssigkeit weiterhin aufkonzentriert wird und somit Raum geschaffen wird für das aus der Umkehrosmose Ol eingespeiste Konzentrat.

In der Fig. 2 sind gleiche Teile mit gleichen Bezugsziffern wie in Fig. 1 gekennzeichnet. Wie ersichtlich, ist die dem Spülbad 14 zugeordnete Osmoseeinheit Ol durch weitere Osmoseeinheit Olli zur Aufbereitung des Spülwassers ergänzt, der das Spülwasser der Spüle 16 über eine Leitung 60 mittels einer Pumpe 62 zugeführt wird. Das Permeat dieser Umkehrosmoseeinheit Olli kann über eine Leitung 64 in das Spülbad 16 rückgeführt oder über eine Leitung 68 in das dem Behandlungsbad 12 nächstgelegene Spülbad 14 eingespeist oder aber, wife gestrichelt angedeutet, mit Leistung 65 in das dem Spülbad 16 vorgeschaltete Spülbad 18 als Spülwasser zugeführt werden. Das Permeat der Umkehrosmose Ol kann über die Leitung 70 zum Spülen dem gleichen Spülbad 14 oder dem diesem nächstliegenden Spülbad 16 über die Leitung 32 zugeführt werden. Welche Massnahme für die Einspeisung des Permeats gewählt wird, hängt von der Rückhalterate der Membrane der Umkehrosmose Olli, d. h. von dem Salzgehalt des Permeats, ab. Das Konzentrat der Umkehrosmose Olli wird entweder dem Spülbad 14 über die Leitung 67 oder dem Behandlungsbad 12 über die Leitung 46 zugeführt, wobei auch hier der Einspeiseort durch die Membranrückhalterate bestimmt ist. Durch Einspeisung des Konzentrats in das Spülbad 14 erhält dieses eine stärkere Aufkonzentrierung, wodurch der Wirkungsgrad der Umkehrosmoseeinheit Ol erhöht und der Spülwasserbedarf erniedrigt wird. Weiterhin kann ein Teilstrom des Permeats der Umkehrosmoseanlagen Ol und Olli über die Leitungen 28 oder 66 der Leitung 59 zugeführt werden, aus der durch Betätigung des Ventils 58 eine Abschlammung des Kreislaufs erfolgt. Die Spülwasserzufuhr erfolgt über die Leitung 36.

Die Fig. 2 enthält eine weitere Möglichkeit, um die Wirtschaftlichkeit des Systems zu verbessern. Aus dem Behandlungsbad 12 kann über die gestrichelt gezeichnete Leitung 23 mittels der Pumpe 21 ein Teilstrom des Behandlungskonzentrats zusammen mit einem Spülwasserteilstrom aus der Spülwanne 14 über die Leitung 24 der Umkehrosmose Ol zugeführt werden. Dabei wird ebenfalls dem Behandlungsbad 12 Volumen entzogen und das Gemisch aus Spülwasser und Konzentrat durch die genannte Umkehrosmoseeinheit Ol aufkonzentriert. Das Konzentrat von Ol wird, wie in Fig. 2 gezeigt, über die Leitung 26 in das Behandlungsbad 12 rückgeführt. In diesem Fall kann die Umkehrosmoseeinheit Oll entfallen.

Die Erfindung ist nicht nur auf den Einsatz von Umkehrosmoseeinheiten beschränkt, sondern kann mit gleichem Vorteil auch mit anderen Membrantrennvorrichtungen, wie Elek-trodialyse, Ultrafiltration, durchgeführt werden.

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1 Blatt Zeichnungen

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1. Verfahren zur Rückgewinnung von Stoffen eines Behandlungsbades aus diesem nachgeschalteten Spülbädern mittels Membrantrennung unter Rückführung der Stoffe in das Behandlungsbad, dadurch gekennzeichnet, dass dass man dem Behandlungsbad durch mindestens eine zusätzliche Membrantrennung so viel Flüssigkeit entzieht, dass das bei der Membrantrennung in den Spülbädern gewonnene Konzentrat vollständig in das Behandlungsbad rückführbar ist.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass man einen Teilstrom aus dem Behandlungsbad mit einem Teilstrom aus dem dem Behandlungsbad nächstliegenden Spülbad vermischt und das Gemisch mittels einer Membrantrenneinheit aufkonzentriert, wobei man das Konzentrat in das Behandlungsbad zurückführt, während man das Permeat zum Spülen im gleichen Spülbad oder dem diesem nächstliegenden Spülbad verwendet (Fig. 2).

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PATENTANSPRÜCHE

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass man für die dem höher konzentrierten Spülbad oder Behandlungsbad zugeordnete Membrantrenneinheit höhere oder niederere Betriebsdrücke und/oder Membranen mit geringerer oder höherer Durchlässigkeit verwendet als bei der den Spülbädern mit niedrigem Salzgehalt zugeordneten Membrantrenneinheit.

4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass auch die Flüssigkeit aus den dem Behandlungsbad ferner liegenden Spülbädern einer Konzentrierung unterworfen wird und das gewonnene Konzentrat in die dem Behandlungsbek-ken näher gelegenen Spülbäder und/oder in das Behandlungsbad eingespeist wird.

5. Verfahren nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass man als Spül- und Ergänzungswasser für die dem Behandlungsbad vorgeschalteten Spülbäder teil- oder vollentsalztes Wasser verwendet.