Betrieblicher Umweltschutz in Baden-Württemberg
 
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Abfallvermeidung und interne Wiederaufbereitung

Verbrauchte Elektrolyte aus verworfenen Bädern oder Spülwässer erzeugen in der Abwasserbehandlung metallhaltige Galvanikschlämme. Diese Abfälle können durch Verringerung der Ausschleppung (siehe Metall > Galvanik > Einsatzstoffe > Ausschleppung) und Badpflegemaßnahmen (siehe Metall > Galvanik > Einsatzstoffe >  Elektrolyte  > Badpflege) deutlich verringert werden.

Zudem können verschiedene Elektrolyte durch Reinigungs- und Konzentrationsverfahren z. B. aus Spülwässern zurückgewonnen und wieder eingesetzt werden. Bei allen diesen Verfahren zur Rückführung und Aufkonzentrierung von Spülwässern findet eine Störstoffanreicherung statt. Dies kann dazu führen, dass das Prozessbad vorzeitig verworfen werden muss und dadurch mehr Abwasser und Galvanikschlamm anfällt als ohne die Rückführung. Bei der direkten Rückführung sind meist entsprechende Reinigungsmaßnahmen zur Entfernung der Störstoffe erforderlich.

Vor der Einführung von solchen Kreislaufsystemen sind immer Versuche durchzuführen, um die Stabilität und die Prozesssicherheit des Systems zu gewährleisten.

Direkte Zurückführung von Prozesslösung

Der einfachste Weg zur Rückführung von ausgeschleppten Prozesslösungen besteht darin, Halbkonzentrate aus der ersten Spülstufe direkt in das Prozessbad zurückzuführen. Dies ist z. B. bei warm arbeitenden Bädern sinnvoll, um die Verdampfungsverluste auszugleichen. Hier sind in der Regel Reinigungsmaßnahmen erforderlich, da im Falle der direkten Rückführung sämtliche Störstoffe, die in das Spülbad eingeschleppt wurden auch direkt rückgeführt werden.

Thermische Verfahren: Verdunster und Verdampfer

Bei Verdunstern und Verdampfern wird die verdünnte Prozesslösung durch Verdunsten oder Verdampfen von Wasser eingeengt und ins Prozessbad zurückgeführt. Verdunster können mit Abwärme meist kostengünstiger betrieben werden als Verdampfer. Verdampfer sind meist flexibler einsetzbar als Verdunster.

Weitere Ausführungen zu Verdunstern und Verdampfern finden Sie im Bereich Metall > Galvanik > Verfahren > Spülbäder > Rückführung.

Ionenaustauscher

Ionenaustauscher werden zur selektiven Abtrennung störender Kationen oder Anionen aus der Prozesslösung oder Spülbädern eingesetzt. Die Ionen werden im Ionenaustauscher an ein Harz gebunden.

Ionenaustauscher werden für verschiedene Recyclingzwecke eingesetzt:

  • Rückgewinnung und Kreislaufführung von Spülwässern
  • Rückgewinnung von Wertstoffen aus Spülwässern durch Aufkonzentration
  • Regeneration von Prozesslösungen durch Entfernen störender Ionen

Bei der Regenerierung der Austauscherharze fallen die zuvor entfernten Ionen in konzentrierter Form an und können ggf. verwertet werden (Metalle) oder müssen entsorgt werden.

Ionenaustauscher sind eine bewährte und sichere Technik.

Bild: Ionenaustauscher Kreislaufanlage
Ionenaustauscher Kreislaufanlage
Foto: Fa. UT&S, Birkenfeld

Einsatzbeispiele:

  • Selektive Entfernung von metallischen Verunreinigungen aus Chromelektrolyten nach der Aufkonzentrierung des Elektrolyten über einen Verdampfer oder Verdunster
  • Kreislaufführung von Spülwasser. Hier werden in der Regel zwei Kationen- und Anionenaustauscher eingesetzt, die die Verunreinigungen aus dem Wasser entfernen.

Elektrolyse

Neben dem Hauptprozess der Metallabscheidung wird die Elektrolyse in der Oberflächentechnik zu folgenden Zwecken eingesetzt:

  • kathodische Abscheidung störender Metallionen aus Elektrolyten
  • Anodische Oxidation von Chrom(III)-Ionen zur Rückbildung von Chromaten (in der Regel mittels Membranelektrolyse)
  • Anodische Oxidation zur Entgiftung cyanidischer Prozesswässer
  • Kathodische Abscheidung von Metallen zur Metallrückgewinnung

Die ersten beiden Anwendungsfälle werden zur Pflege und Kreislaufführung von Prozesslösungen, die letzteren beiden in der Abwasserreinigung eingesetzt.

Anwendungsbeispiel:

Aufgrund höherer anodischer Stromausbeute reichern sich Nickel und Zink im Elektrolyten an, was zur Qualitätsminderung der Abscheidung führt. Ein Überschuss an anodisch aufgelöstem Nickel lässt sich in manchen Fällen mit Hilfe der elektrolytischen Selektivreinigung aus dem Elektrolyten entfernen.

Bei Nickelelektrolyten kann das zurück gewonnene Nickel als Anodenmaterial wieder eingesetzt und das gereinigte Bad als Ersatz für Verdampfungsverluste genutzt werden

Elektrodialyse (ED)

Die ED ist ein Membranverfahren mit dem eine Lösung aufkonzentriert werden kann. Dabei entsteht zugleich eine abgereicherte Fraktion (Diluat). Als treibende Kraft für den Ionentransport dient dabei ein elektrisches Feld. In das elektrische Feld sind abwechselnd kationen- und anionendurchlässige Membranen angeordnet, so dass sich mit diesem Verfahren eine sehr gezielte An- und Abreicherung von Ionen erzielen lässt.

Grafik: Schematische Darstellung einer Elektrodialyse
Schematische Darstellung einer Elektrodialyseanlage
Quelle: ABAG-itm, Pforzheim

Das Verfahren kann aber derzeit noch nicht generell als Stand der Technik angesehen werden, da die Trennwirkung von sehr unterschiedlichen Faktoren beeinflusst wird. Der Elektrolyt muss, um die Verstopfung der Poren den Membranen zu vermeiden, frei von Fest- und Schwebstoffen sein.

Ein Anwendungsbeispiel ist die Rückgewinnung cyanidischer Kupferelektrolyte aus dem Spülwasser.

Glossar

Elektrolyt
Als Elektrolyten werden wässrige Lösungen (z.B. von Säuren, Basen und Salzen), Salzschmelzen oder manche Festkörper bezeichnet, die durch elektrolytische Dissoziation in Ionen elektrisch leitfähig sind.

Stand der Technik
In einigen Umweltgesetzen (vgl. z.B. § 57 Wasserhaushaltsgesetz, § 5 Nr. 2 BImSchG) gebräuchliche Bezeichnung für den Entwicklungsstand fortschrittlicher Verfahren, Einrichtungen und Betriebsweisen, deren praktische Eignung als gesichert erscheint. Maßnahmen nach dem Stand der Technik sollen den besten zur Zeit realisierbaren Schutz der Umwelt vor Schädigungen garantieren. Der Stand der Technik ist auch für die Gewährleistung des Schutzes der Beschäftigen vor Gefährdungen maßgeblich. Hier ist das Technische Regelwerk z.B. in Form der Technischen Regeln für Gefahrstoffe zu beachten.  

Ein weitergehender Begriff ist "Stand von Wissenschaft und Technik" für Anlagen, die noch nicht im Betrieb erprobt sind. Im Zuge der technologischen Entwicklung werden Anlagen des Standes von Wissenschaft und Technik schrittweise zum Stand der Technik, so dass sich in Genehmigungsverfahren unterschiedliche Auffassungen zwischen Antragssteller und Behörde über die anzuwendende Technologie ergeben können.





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Literatur