Atec Neu-Ulm - GTWE German Technology for Water and Energy
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Wasseraufbereitung für: ◄ ◄ Trinkwasser ◄ ◄ Prozesswasser ◄ ◄ Abwasser Environmental Technology Filtration Systems Water Treatment Systems Made in Germany ◄ ◄ Atec Neu-Ulm ◄ Als mittelständisches Unternehmen in der Grenzregion von Bayern und Baden-Württemberg sind wir seit 1990 im Anlagen- und Maschinenbau erfolgreich tätig. Speziell im Bereich der Filtration setzt Atec auf eigene patentierte Lösungen, die sich durch eine höhere Effizienz und energiesparende Betriebsweise auszeichnen. Durch die eigene Entwicklung, Fertigung und den eigenen Kundendienst können wir unseren Kunden eine stetige Verbesserung und langfristige Nutzbarkeit unserer Technik garantieren. Wir unterstützen Sie durch eine aktive Begleitung Ihres Vorhabens von der erste Idee bis zur Realisierung. Ziele Einsparung von • Chemie • Wasser • Abwasser • Entsorgungskosten Verbesserung • Badqualität Vermeidung • Reklamationen • Ausschuss Entlastung • Produktion • Instandhaltung Komplettanlage Waschwasserrecycling in der Wafervorreinigung ca. 5 m³/h 2 Atec Kartuschenfilter mit Zulauf-, Ablaufund Konzentratpuffer sowie Fällung, Flockung, Kammerfilterpresse 2 Atec Kartuschenfilter Atec Mini-Filter Standzeitverlängerung / Recycling • • • • • Waschflüssigkeiten Entfettungsbäder Spülbäder Ultraschallbäder Klarfiltration Komplette Wasseraufbereitung • Atec-Ultrafiltration • • • • • Zulauftank Konzentratpuffer Sedimentationstank Chemikalienstation Fällung / Flockung Advanced Oxidation Reactor Metallioneneliminierung Reduktion von: Entfernung von: • Bakterien • Farbe • Hohe CSB-/TOC-Werte • Hormone • Arzneirückstände • Geruch • usw. • Nickel • Zink • Arsen • Quecksilber • usw. Kombination Atec Ultrafiltration mit DAS Rieselstromreaktor www.das-europe.com Aufbereitung der Abwässer mit Biologie und anschließender Filtration. Trägermaterial/Schüttung • platzsparend • sehr gute Wasserqualität Kreislauf Luft – Regenerierbetrieb Rohwasser Wasser Luft – Normalbetrieb Überschussschlamm Reinwasser 3 Das Prinzip der Atec Membranfiltersysteme Anwendungsbereich Generell handelt es sich dabei um rein physikalische Trennverfahren, hervorgerufen durch Druckunterschiede auf beiden Seiten der Filterfläche. Eine Verblockung der Membranoberfläche wird durch eine möglichst hohe Oberflächenströmung verhindert. Diese Information gilt für Atec-Filtrationsanlagen zur Flüssig/ Feststofftrennung sowie Flüssig/Flüssigtrennung. Beispiele von Anwendungsgebieten: • • • • • • • • • • • • • Die Mikro- und Ultrafiltration ermöglicht eine Abtrennung und Aufkonzentration emulgierter, suspendierter und hoch-molekularer Bestandteile. Die Trennung der verschiedenen Bestandteile basiert ausschließlich auf der Tatsache, daß Partikel die kleiner sind als die Porengröße, die Membrane passieren und die größeren zurückbleiben. Die Porendurchmesser können selbstverständlich dem entsprechenden Problem angepaßt werden. Entfettungsbäder Waferreinigung Slurryrecycling Spülwasser aus Teilewaschanlagen Autowaschwasser-Recycling Textilwaschwasser-Recycling Kühlschmieremulsionen Schwimmbäder Lebensmittelindustrie Laugenaufbereitung Chemie/Pharma Bergbau Ölverarbeitende Industrie Mit der Nanofiltration und der Umkehrosmose können selbst gelöste Substanzen getrennt werden. Hierbei werden spezielle Membranen verwendet. Deren Trennwirkung resultiert aus den unterschiedlichen Löslichkeiten und Diffusionsgeschwindigkeiten der verschiedenen Stoffe im Membranmaterial. Um wirtschaftliche Fluxraten zu erzielen, müssen teilweise Drücke erzeugt werden, die deutlich höher sind als der osmotische Druck. Dies erfordert bis zu 25 bar bei der Nanofiltration und bis zu 50 bar bei der Umkehrosmose. Im Gegensatz zur herkömmlichen Umkehrosmose kann in der Regel bei der Atec-Anlage auf eine enge Vorfiltration verzichtet werden. Die Aufbereitung von Flüssigkeiten durch Atec-Technologie, mit dem Ziel der Wiederverwendung oder aber zur Einhaltung der Einleitgrenzwerte ist in der Regel auch wirtschaftlich sinnvoll. Reduzierte Wasser-, Abwasserkosten, reduzierte Energie-, Stillstandskosten und ein deutlich geringer Einsatz von Chemie sind kostensparend und entsprechen auch dem Gesetz zur Förderung der Kreislaufwirtschaft. Die Bereiche der Filtration werden wie in Tab. 1 eingeteilt. • • • • Mikrofiltration Ultrafiltration Nanofiltration Umkehrosmose Rasterelektronenmikroskop Mikrometer 0,001 0,01 Umkehrosmose Filtrations-� verfahren Tab. 1 Filtrationsspektrum mit Trenngrenzbereichen verschiedener Filtrationsverfahren optisches Mikroskop 0,1 1,0 Lösemittel� Farbpigmente� ■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■ Salze� Bakterien� ■■■■■■■■■■■■■� ■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■� Kohlestaub� ■■■■■■■■■� ■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■� Zucker� Stärkepulver/Mehl� ■■■■■■■■■■■� ■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■� Pyrogen� Hefezellen� ■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■� ■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■� Kolloide/Emulsionen� ■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■� Eiweise� ■■■■■■■■■■■■■■■■■■■� ˝Viren� ■■■■■■■■■■■■■■■■� 200 1000 20.000 10.000 500.000� 100.000 Rote Blutkörperchen� ■■■■■■■■■■■� Menschliches Haar� ■■■■■■■■■■■■■■■■� Sand� ■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■ Tabakrauch� ■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■ 100 1000 Mikrofiltration Pestizide� Molekulargewicht 100 Konventionelle Filtration ■■■■■■■■� Beispiele 4 10 Ultrafiltration Nanofiltration Sehkraft des menschlichen Auges Atec Mikro- und Ultrafiltration Minifilter / Kombifilter Vorteile Wirkungsprinzip • • • • • • Das zu filternde Produkt wird in den Druckbehälter gepumpt. Beim Kombifilter stehen im Behälterboden zahlreiche Filterkerzen mit dem Filtratausgang nach unten, wobei sich jede Kerze aus einem Stützkörper und dem Filtermittel zusammensetzt. Bei beiden Filtertypen liegt an der Behälterwand ein rohrförmiges Filtermittel an. Das Filtermittel selbst besteht aus einer preisgünstigen Flachmembrane, welche für alle Trennschärfen im Markt erhältlich ist. Zusätzlich befindet sich im Behälter ein Rührorgan, welches die gesamte Flüssigkeit in Rotation versetzt. Hierbei gilt, daß die so erzeugte Strömung zur Vermeidung der Oberflächenverblockung deutlich höher ist als bei herkömmlichen Rohrmodulen. Die rein physikalische Trennung führt bei diskontinuierlichem Betrieb zu einer Aufkonzentration jener Stoffe innerhalb des Filters, deren Partikelgröße oberhalb der Trennschärfe des Filtermittels liegt. Der Filtrationsprozess kann solange fortgeführt werden, bis die gewünschte Aufkonzentration erreicht ist. Durch Öffnen des Konzentratventils und gleichzeitiges Beaufschlagen des Behälters mit geringer Druckluft wird der Volumeninhalt in kürzester Zeit leergedrückt. Der Prozess kann von neuem beginnen. Strömung durch Rührorgane deutlich höhere Strömungsgeschwindigkeit höhere Filtratleistung pro m2 Filterfläche geringere Verblockung der Membranoberfläche längere Reinigungsintervalle Strömungsgeschwindigkeit und Druck unabhängig von einander einstellbar Extrem belastbar • systembedingt wird die Anlage auch mit stark belastetem Abwasser und/oder hohem Feststoffgehalt im Zulauf fertig • auch bei hoher Aufkonzentration kann durch Rühren immer noch eine starke Oberflächenströmung erzeugt werden, wenn dies durch Pumpen wirtschaftlich nicht mehr möglich ist Einsatzgebiete • • • • Mikrofiltration Ultrafiltration Nanofiltration Umkehrosmose 0,5 bar • • 50 bar Kompakte Anlage • kleine Anlagenabmaße • kein zusätzlicher Behälter für Aufkonzentration erforderlich Minifilter Filtrat Konzentrat Zulauf Typ Filterfläche in m2 Anlagengröße L x B x H in mm Minifilter 0,3 - 0,6 800 x 800 x 2000 Kombifilter 1,2 - 2,0 900 x 900 x 2200 Kombifilter Für Versuche vor Ort stehen produktionsgerechte Anlagen zur Verfügung. Atec Overflow Filtersysteme sind patentrechtlich geschützt. Filtrat Filtrat 5 Atec Mikro- und Ultrafiltration Kartuschenfilter / Tubefilter Vorteile Wirkungsprinzip • • • • • • Die zu filtrierende Flüssigkeit wird in den Behälter gepumpt. Beim Kartuschenfilter sind im Behältermantel zahlreiche Kartuschen, beim Tubefilter sind es zahlreiche Röhren zwischen Deckel und Boden. Bei beiden Atec Filtertypen kann man gleichzeitig unterschiedliche Membranarten einsetzen und auch einzeln auf Qualität und Quantität überprüfen. Dies bringt insbesondere in der Einfahrphase eine schnelle Erkenntnis, welche Membrane für den Prozess am besten geeignet ist. Es können also auch unterschiedliche Filterkartuschen bzw. Röhren gleichzeitig im Einsatz sein. Zusätzlich befindet sich ein Rührorgan im Behälter, welches die zur kontinuierlichen Membranabreinigung notwendige Strömung erzeugt. Strömung durch Rührorgane deutlich höhere Strömungsgeschwindigkeit höhere Filtratleistung pro m2 Filterfläche geringere Verblockung der Membranoberfläche längere Reinigungsintervalle Strömungsgeschwindigkeit und Druck unabhängig von einander einstellbar Extrem belastbar • systembedingt wird die Anlage auch mit stark belastetem Abwasser und/oder hohem Feststoffgehalt im Zulauf fertig • auch bei hoher Aufkonzentration kann durch Rühren immer noch eine starke Oberflächenströmung erzeugt werden, wenn dies durch Pumpen wirtschaftlich nicht mehr möglich ist Ist die gewünschte Aufkonzentration im Behälter erreicht, kann der Behälter durch Öffnen des Konzentratventils und gleichzeitiges Beaufschlagen des Behälters mit geringer Duckluft entleert werden. Natürlich kann die Aufkonzentration auch außerhalb des Behälters stattfinden. Einsatzgebiete • • • • Mikrofiltration Ultrafiltration Nanofiltration Umkehrosmose Kompakte Anlage 0,5 bar • • 50 bar • kleine Anlagenabmaße • kein zusätzlicher Behälter für Aufkonzentration erforderlich Rührwerk Filterkartuschen Behälter Filtratauslass Typ KF TF TF Filterfläche in m2 4-20 20-50 >50 Anlagengröße L x B x H in mm 2000 x 1200 x 2200 2400 x 2000 x 2200 2400 x 2300 x 2400 Für Versuche vor Ort stehen produktionsgerechte Anlagen zur Verfügung. Atec Overflow Filtersysteme sind patentrechtlich geschützt. 6 Abwasseraufbereitung ohne Chemie Atec Advanced Oxidation Process (AAOP) |1 Durch den elektrochemischen Atec Advanced Oxidationsprozess können Prozess- und Abwässer behandelt und unten aufgeführte Stoffe zerstört bzw. in unschädliche Stoffe umgewandelt werden. • • • • • • • • • • • • nahezu alle organischen Verbindungen Öle, Fette Keime, Bakterien, Geruch Hohe CSB-Werte Farbstoffe phenolische Verbindungen Mercaptane Naphtenate Aldehyde Carbonsäure Nitrile Amine • • • • • Abbau CSB (Öle usw.) Entkeimung Entgiftung Entfärbung Geruchsbeseitigung Die Grundlage für den Prozess bildet eine Elektrolysezelle. Dabei wird zwischen zwei im Abwasser befindlichen Elektroden eine dem Problem angepasste elektrische Spannung angelegt, welche einen entsprechenden Stromfluss zur Folge hat. Der Aufbau eines Reaktors für die elektrochemische Oxidation ist exemplarisch in Abb. 1 dargestellt. Abb. 1: Exemplarischer Aufbau des elektro-chemischen Reaktors für elektrochemische Prozesse Abb. 2: Elektronenaustausch als Auslöser für elektrochemische Prozesse Innerhalb der Elektrode findet der elektrische Ladungstransport durch Elektronen statt, wohingegen die Ladung im Abwasser (Elektrolyt) nur durch freie Ionen übertragbar ist. Beim Übergang zwischen Elektronen- und Ionenleitung finden an den Elektroden durch den Elektronenaustausch chemische Prozesse statt, welche eine direkte Veränderung der im Elektrolyten befindlichen Stoffe zur Folge haben (Abb. 2). Da die Salzfracht von industriell verwendeten Wässern für eine für den Prozess ausreichende Leitfähigkeit im Allgemeinen hoch genug ist, ist keine Zugabe eines Leitelektrolyten nötig. Hierbei können Verunreinigungen direkt oxidiert/ abgebaut werden. Bei dieser Reaktion entsteht im Wesentlichen Kohlenstoffdioxid und Wasser. 7 Abwasseraufbereitung ohne Chemie Atec Advanced Oxidation Process (AAOP) |2 Beispiele für Anodenreaktionen: 1) Cyanidhaltiges Wasser 2CN¯ + 8OH¯ 2CO2 + N2 + 4H2 O + 10e¯ 2) Citrathaltiges Wasser C6H8O7 + 5H2O 6CO2 + 18H+ + 18e¯ Weiterhin findet eine indirekte elektrochemische Oxidation (Abb. 3) über einen Mediator statt. Dabei werden zunächst starke Oxidationsmittel direkt aus dem Wasser gebildet. H2O OH¯ + e¯ + H+ 2e¯ + 2H2 O 2OH¯ + H2 Hydroxylerzeugung an der Anode Hydroxylerzeugung an der Kathode Als wichtigstes Radikal wird beim Atec Advanced Oxidation Process das Hydroxylradikal erzeugt. Es handelt sich dabei um das stärkste im Wasser vorkommende Oxidationsmittel. Die Radikale bauen im Anschluss unter Anderem organische Verbindungen wie Mikro- & Makroorganismen vollständig zu Kohlenstoffdioxid und Wasser ab. In der Regel enthält das zu behandelnde Wasser alle notwendigen Komponenten um in einen weiteren Schritt Hypochloride, entstehen zu lassen. Diese sind in höchstem Grade desinfizierend. Bei fehlen können diese problemlos und preiswert zugeführt werden. 1) 2Cl¯ Cl2 + 2e¯ Erzeugung von Chlor als Zwischenprodukt (siehe Abb. 2) 2) Cl2 + 2OH¯ ClO¯ + Cl¯ + H2O Oxidation von Chlor zu Hypochlorid Dieser Effekt wirkt - aufgrund der langen „Lebensdauer“ der Hypochloride - auch nachhaltig. Das heißt, entgegen einer UVEntkeimung bleibt der Wirkstoff gepuffert im Medium und wirkt nach. Abb. 3: Indirekte elektrochemische Oxidation 8 Abb. 4: Entkeimung mit Strom ohne Chemie Abwasseraufbereitung ohne Chemie Atec Advanced Oxidation Process (AAOP) |3 Für die Schadstoffoxidation durch den indirekten Prozess ist es oft nicht einmal erforderlich, dass die Schadstoffe vollständig im Wasser gelöst vorliegen. Beispiel für die Zersetzung von cyanidhaltigem Wasser durch Hypochloride: 2CN¯ + 5ClO¯ + H2 O N2 + 2CO2 + 5Cl¯ + 2OH¯ Zersetzung organischer Substanzen R durch Hydroxylradikale: OH¯ + R mCO2 + nH2 O Der experimentelle Abbau von Bakterien wird in Abb.4 dargestellt. Bereits nach kurzer Zeit ist die Keimzahl um 90% verringert. Ein grundlegendes Problem der elektrochemischen Oxidation stellt die Zersetzung des Elektrodenmaterials dar. Atec verwendet als Elektrodenmaterial spezielle Atec-Elektroden. Unsere Elektroden sind im höchsten Maße korrosionssicher. Die Problematik der Effizienzverminderung der elektrochemischen Oxidation durch die gleichzeitig ablaufende Zersetzung von Wasser zu Sauerstoff und Wasserstoff (Wasserelektrolyse), wird ebenfalls durch die Verwendung der Atec-Elektroden extrem reduziert. Allgemein gilt, je höher die nötige Spannung für die Sauerstofferzeugung durch die Wasserelektrolyse eines Elektrodenmaterials ist, desto effizienter ist das Material für den AOP. Die Atec-Elektrode zeigt das größte jemals gefundene „Potentialfenster“ (Abb. 5). Elektrode Potential in V Platin .. Graphit .. Zinnoxid .. Atec-Elektrode 1,3….1,6 .. 1,7 .. 1,9 .. 2,3….2,7 Abb. 5: Sauerstofferzeugungspotential verschiedener Elektrodentypen Abb. 6: Mobile Atec-Versuchsanlage Erst die Verwendung dieses hochwertigen Materials ermöglicht den wirtschaftlichen Betrieb der elektrochemischen Reaktoren. Die bereits oben erwähnten Hydroxylradikale lassen sich durch Atec-Elektroden mit nahezu 100% Effizienz erzeugen. Die elektrochemischen Reaktoren der Firma Atec sind in der Lage, toxische und ölige Substanzen ohne weitere Zugabe von Chemikalien, einzig durch Verwendung von elektrischem Strom zu zerstören, beziehungsweise in leicht abbaubare bzw. abfiltrierbare Stoffe umzuwandeln. Die Umweltfreundlichkeit unserer Reaktoren ist dabei offensichtlich. Wesentliche Vorteile gegenüber Oxidationsverfahren durch Ozon, UV oder Hochtemperaturöfen liegen in den großen Wartungsintervallen (> 6 Monate) und im vergleichsweise günstigen Preis. 9 Metallioneneliminierung durch Atec-Elektrokristallisation |1 Sind Metalle in einer Flüssigkeit gelöst, liegen sie dort als Ionen vor. Sollen diese Metallionen der Flüssigkeit entzogen werden, stoßen herkömmliche Filtrationsmethoden häufig an ihre Grenzen. Durch den Elektrokristallisationsprozess lassen sich Metallionen auf elektrochemischem Weg in Metallatome entladen, die anschließend auf einer Elektrode aufwachsen. Abb. 1: Prinzipdarstellung des Reaktors Abb. 2: Umwandlung eines Metallkations zu einem Metallatom Der grundlegende Aufbau ähnelt einem Reaktor für galvanotechnische Prozesse (Abb. 1). In der zu reinigenden Flüssigkeit wird zwischen zwei (oder mehreren) Elektroden ein elektrisches Feld erzeugt. Da Metallionen positive Ladung tragen, werden sie durch das elektrische Feld in Richtung Kathode beschleunigt. Sie dienen dabei dem Ladungstransport durch die Flüssigkeit. An der Kathode findet ein Übergang zwischen Ionen- & Elektronenleitung statt, dabei gibt die Kathode ein Elektron an das positive Metallion ab und entlädt dieses - es liegt nun ein Metallatom vor (Abb. 2). Mez+ + ze¯ Me Das entstandene Atom diffundiert anschließend auf der Elektrodenoberfläche, bis es in deren Kristallstruktur auf einen Wachstumskeim trifft, oder selbst einen ausbildet (Abb. 3). Um den Metallatomen eine möglichst energiearme Bindungsmöglichkeit zu geben, verwendet Atec verschiedene Kathodenmaterialien. Hier spielen Erfahrung und auch Versuche mit der Originalflüssigkeit beim Kunden eine große Rolle. Bei der Galvanotechnik werden kathodenseitig Gegenstände (Metalle, Kunststoffe...) durch die Elektrokristallisation mit Metall überzogen. Dabei wird eine Anode bzw. eine extrem angereicherte Ausgangslösung aus dem Stoff mit dem beschichtet werden soll verwendet. Komplementär zu dem elektrochemischen Prozess an der Kathode, werden dem Anodenmaterial hierbei Elektronen entnommen. Dadurch löst sich die Anode nach und nach zu eben den Metallionen auf, die sich anschließend an der Kathode anlagern sollen. 10 Metallioneneliminierung durch Atec-Elektrokristallisation Abb. 3: Aufwachsen eines Metallatoms auf einer bestehende Gitterstruktur |2 Abb. 4: Galvanisch abscheidbare Metalle im Periodensystem der Elemente Um diese Reaktion zu verhindern (es sollen schließlich keine weiteren Metallionen hinzugefügt werden), verwendet Atec als Anodenmaterial unsere spezielle Atec-Elektrode. Bei diesem hochwertigen Material findet keine Auflösung wie bei anderen Elektrodenarten statt. Durch die Elektrokristallisation lassen sich Flüssigkeiten von den folgenden Metallen reinigen bzw. in einen filtrierbaren Zustand umwandeln: Antimon Arsen Bismut Blei Cadmium Chrom Cobalt Eisen Gold Indium Iridium Kupfer Mangan Nickel Osmium Palladium Platin Quecksilber Rhenium Rhodium Ruthenium Selen Silber Technetium Tellur Thallium Zink Zinn Die kompakten Reaktoren der Firma Atec sind sehr einfach in der Bedienung. Die verwendete Atec-Anode ist äußerst korrosionsbeständig und robust. Abhängig von der zu entfernenden Konzentration ist unter Umständen lediglich die preisgünstige Kathode bei den ohnehin langen Wartungsintervallen auszuwechseln, falls die aufgewachsene Metallmenge einen Betrieb nicht mehr ermöglicht. Reaktoren der Firma Atec ermöglichen eine umweltfreundliche Reinigung ohne Chemikalien. Der Prozess lässt sich weiterhin problemlos mit herkömmlichen Filtrationsmethoden oder dem Atec Advanced Oxidation Process kombinieren. 11 Stand 10.2010_3 Environmental Technology Filtration Systems Water Treatment Systems Atec Automatisierungstechnik GmbH Emmi-Noether-Str. 6 89231 Neu-Ulm / Germany Phone +49 (0) 731 977 59-0 Fax +49 (0) 731 977 59-25 [email protected] www.atec-nu.de
