Lackkoagulierung in der Industrie

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Die Lackkoagulierung ist ein Prozess innerhalb der Abwasserbehandlung von Lackieranlagen. Dieser Prozess ermöglicht es, Lackpartikel und Wasser voneinander zu trennen, wobei letzteres in die Anlage zurückgeführt wird. Der verbleibende Lackschlamm wird entsorgt. Doch wie gestaltet sich der Vorgang genau?

Was macht Wasser in einer Lackieranlage?

In Lackieranlagen werden Lacke fein verteilt auf die Oberflächen von Teilen gesprüht. Dabei gelangt nicht der gesamte Lack auf die Oberflächen. Ein Teil verbleibt in der Luft oder trifft auf die Wände in der Umgebung. Dieser Teil wird als Overspray bezeichnet. Der Overspray würde in der Lackieranlage schnell zu Störungen führen. Um das zu verhindern wird er zum Teil abgesaugt, zum Teil mit Wasser gebunden. Bevor der Overspray wieder vom Wasser getrennt werden kann, ist die Lackkoagulierung erforderlich.

Wie gelangt der Lack in das Wasser?

Lackierarbeiten in der Metall- und Kunststofflackierung werden in Spritzkabinen oder an Handarbeitsplätzen durchgeführt. Lacknebel gelangen bei beiden Varianten durch Absauganlagen in die Nachbehandlung der Abluft.

Handarbeitsplätze

Die Lackierung von Hand erfolgt oft vor einer Wasserwand. Überschüssiger Lack wird von einem herabrinnenden Wasserstrom aufgenommen und mitgeführt. Dieser Prozess kann durch das Ansaugen der Farbnebel in Richtung Wasserwand unterstützt werden. Diese Wassermenge wird in den Kreislauf gefahren. Um es erneut nutzen zu können, wird es auf der Grundlage der Lackkoagulierung gereinigt.

Spritzkabinen

In Spritzkabinen schützen ebenfalls Wasserschleier die Wände vor dem Kontakt mit den Lackpartikeln. Die Flüssigkeit sammelt sich in einer Bodenwanne und wird von dort aus zur Aufbereitung gepumpt, die mit der Lackkoagulierung beginnt.

Lackentfernung aus der Abluft

Der Lack kann mit Filtern aus der Abluft entfernt werden. Dadurch erhöht sich das Abfallaufkommen um die Filtermaterialien. Deshalb wird die Abluft in der Regel mit Hilfe von Wäschern davon befreit. Werden Wasser und Abluft miteinander vermischt, bleibt der Lack im ersteren zurück. Die saubere Luft kann in die Umgebung abgeleitet werden.

Wie bekommt man den Lack wieder aus dem Wasser heraus?

Die feine Verteilung der Farbe, die beim Lackieren für optimale Ergebnisse sorgt, erschwert die Wasseraufbereitung. Lacktröpfchen mit Durchmessern von wenigen Nanometern bleiben im Wasser in der Schwebe. Das heißt, sie bilden kolloide Lösungen. Das Verfahren für die Trennung der Lösungen hängt davon ab, ob der Lack wiederverwendet werden kann oder entsorgt werden soll. Lacke auf Wasserbasis können durch physikalische Verfahren zurückgewonnen werden. Lacke auf der Basis von Lösemitteln werden durch chemische Verfahren vom Wasser getrennt. Die Lackkoagulierung ist Bestandteil der chemischen Aufbereitung der lackhaltigen Abwässer.

Kreislaufführung von Wasserlacken

Als Verfahren für die Wiedergewinnung von Wasserlacken stehen die Ultrafiltration, die Vakuumverdampfung und die Elektrophorese zur Verfügung. Bei der Ultrafiltration halten spezielle Membranen die großen Farbmoleküle zurück. Die kleineren Wassermoleküle gelangen hindurch. Die Vakuumverdampfung ermöglicht das Eindampfen der Lösung bei niedrigen Temperaturen. Je geringer der Druck, desto niedriger ist die Siedetemperatur. Die Elektrophorese nutzt aus, dass die Lackteilchen elektrisch geladen sind. In einem elektrischen Feld wandern sie zur Elektrode mit der entgegengesetzten Ladung. Dort werden sie aufgefangen und aus dem Kreislauf geschleust.

Chemische Abscheidung

Lacke auf Basis von Lösemitteln eigenen sich nicht für die Wiedergewinnung. In vielen Fällen ist es wirtschaftlich, auch Wasserlacke zu entsorgen. Zur Trennung müssen sich die schwebenden Teilchen im Wasserbecken zusammenballen. Ab einer bestimmten Teilchengröße sind sie schwer genug, um zu Boden zu sinken, oder groß genug, um aufzuschwimmen. Absinken bedeutet Sedimentation. Aufschwimmen bedeutet Flotation. Der Prozess des Zusammenballens wird als Koagulation bezeichnet. Ihn herbeizuführen, ist der Zweck der Lackkoagulierung.

Wie gelingt die Lackkoagulierung?

Koagulierungsmittel

Für die Lackkoagulierung werden dem Abwasser Koagulierungsmittel untergemischt. Diese Mittel bewirken, dass sich die elektrisch gleich geladenen Lackteilchen entladen. Dann stoßen sie sich nicht mehr voneinander ab und können sich aneinander anlagern. Bestimmte Bestandteile in den Koagulierungsmitteln fördern das Zusammenballen zusätzlich, indem sie die Partikel dazu veranlassen, sich auch an diese Bestandteile anzulagern. Dieser Vorgang wird Adsorption genannt.

Flockungsmittel

Aus den Lackpartikeln bilden sich durch die Koagulierung größere Teilchen, die durch Flockungsmittel weiterwachsen und Flocken bilden. In Abhängigkeit von ihrer Dichte steigen oder sinken die Flocken. Die Wahl des Koagulierungsmittels und des Flockungsmittels bestimmt, welche Variante sich einstellt.

Entschäumer

Die Lackkoagulierung erfordert, dass sich alle Stoffe gut durchmischen. Ist bei der Durchmischung Luft anwesend, kommt es leicht zur Schaumbildung, die schnell zu Störungen im Betrieb führen kann. Spezielle Entschäumer bewirken, dass die Schaumbildung ausbleibt und vorhandener Schaum zusammenfällt.

Was passiert mit dem Gemisch aus Abwasser und Zusatzstoffen?

Bei der Lackkoagulierung und Flockung bildet sich wasserhaltiger Lackschlamm, der von der Flüssigkeitsoberfläche oder vom Behälterboden abgesaugt wird. Die Verringerung der Abfallmenge und die Eignung zur energetischen Abfallverwertung erfordern, den Schlamm bestmöglich zu entwässern. Dazu dienen Filterkörbe oder Entwässerungsbehälter.

Filterkörbe

Filterkörbe sind Drahtgestelle, auf denen ein Filtertuch oder ein Filtersack liegt. Das Filtermaterial lässt das Wasser hindurch und hält den Rest zurück. Filterpressen, die zusätzlich Druck auf die Vorrichtungen ausüben, erhöhen den Wirkungsgrad. Wird der Druck durch Pressluft erzeugt, nennt man die Apparatur “Nutsche”. Das Wasser wird jenseits des Filters gesammelt und in den Kreislauf zurückgepumpt.

Entwässerungsbehälter

Entwässerungsbehälter sind Wannen mit Löchern, durch die das Wasser ablaufen kann. Der Boden dieser Behälter ist schräg ausgeführt oder hat die Form eines liegenden Halbzylinders. Dadurch entsteht eine “tiefste” Stelle, an der sich die Flüssigkeit sammelt. Im unteren Teil eines Entwässerungsbehälters befindet sich ein Auffangbehälter der mit einer Pumpe zur Rückführung des Wassers in den Kreislauf ausgerüstet ist.

Entklebende Wirkung von Additiven

Der wasserhaltige Farbschlamm wird durch Pumpen, Rohrleitungen und Armaturen in die Entwässerungsvorrichtungen gefördert. Alle Anlagenkomponenten sind durch Schlammanlagerungen gefährdet. Um zu verhindern, dass sich die Rohrleitungen und die Bohrungen in den Entwässerungsbehältern zusetzen und dass die Filtermaterialien verstopfen, müssen die Mittel für die Lackkoagulierung entklebend wirken. Gute Chemikalien zeichnen sich durch Additive aus, die ein Verkleben der Komponenten in der Lackieranlage sicher vermeiden und lange Wartungszyklen ermöglichen.

Wie lassen sich Störungen in der Lackieranlage vermeiden?

Einsatz der geeigneten Chemikalien

Die für die Koagulierung eingesetzten Stoffe müssen auf das Lacksystem, die Lackierungsanlage und das Austragssystem abgestimmt sein und einen hohen Abscheidegrad aufweisen. Es sind auch Koagulierungschemikalien verfügbar, die sich für gemischte Abwässer mit lösemittelhaltigem Lack und Wasserlack eigenen.

Einhaltung der vorgegebenen Konzentrationen

Hersteller informieren in Datenblättern und Gebrauchsanweisungen über die optimalen Konzentrationen der Einsatzstoffe. Diese müssen korrekt eingehalten werden, um die Lackkoagulierung wirtschaftlich und störungsfrei durchzuführen. Eine Überdosierung führt zu erhöhten Kosten für die Beschaffung der Chemikalien und für die Entsorgung der größeren Abfallmenge. Eine Unterdosierung mindert zwangsläufig die Wirksamkeit der Koagulierungsmittel.

Sicherung der Wasserqualität

Die Wasserführung im Kreislauf führt zum Wasserverlust durch Verdunstung. Dadurch konzentrieren sich Härtebildner im Wasser auf. Diese Mineralien wirken sich störend auf die Lackkoagulierung aus. Es ist erforderlich, den Härtegrad regelmäßig zu überprüfen. Übersteigt er den vom Hersteller der Mittel vorgegebenen Grenzwert, muss eine bestimmter Wasserteil als Absalzwasser abgeleitet und durch Frischwasser ersetzt werden.

Wahl der richtigen Dosierstellen

Die Wahl der Dosierstellen hat entscheidenden Einfluss auf die Durchmischung der einzelnen Komponenten und damit auf die Lackkoagulierung. Das Mittel für das Koagulierungsverfahren wird dem Kreislauf am besten in der Druckleitung zur Wasserwand oder zur Spritzkabine zugegeben. Das Flockungsmittel wirkt optimal, wenn es kurz vor dem Abscheidebecken in die Druckleitung der Schmutzwasserpumpe eingespeist wird. Der Entschäumer wird vor Wasserschleiern und Wäschern eingeschleust.