Öl-Wasser-Emulsionen trennen

Abb. 1 Vergleich der Ultrafiltrationsverfahren Cross-Flow-Filtration und Druckfiltration

Abb. 2 Mit dem Seka-Ultrafiltrationsverfahren lassen sich Kondensatkleinstmengen wirtschaftlich aufbereiten

Die kompakte Seka-Ultrafiltrationseinrichtung ermöglicht eine sichere Aufbereitung von Kondensatkleinstmengen aus ölgeschmierten Kompressoren. Im Vergleich zu statischen Öl-Wasser-Trennern ist die rein mechanische Ultrafiltrationstechnologie unabhängig vom eingehenden Ölgehalt und der vorherrschenden Konsistenz. Seit dem Inkrafttreten der Indirekteinleiterverodnung §7a des Wasserhaushaltsgesetzes ist nahezu jeder ölgeschmierten Druckluftstation eine eigene Kondensataufbereitung nachgeschaltet. Im Bereich der Aufbereitung von Kondensatmengen zwischen 1 und 10 l/h ist jedoch häufig nur ein statischer Öl-Wasser-Trenner im Einsatz. Im Vergleich dazu scheidet eine moderne Ultrafiltrationsanlage das Öl im Kondensat sehr viel sicherer ab, da die rein mechanische Öl-Wasser-Emulsionstrennung unabhängig vom eingehenden Ölgehalt und der vorherrschenden Konsistenz ist. Das entstehende Kondensat kann zwar zeitweise auch als Öl-Wasser-Gemisch auftreten, aber in Abhängigkeit der Parameter Lufttemperatur, eingehende Luftfeuchtigkeit, elektrische Aufladung sowie eingesetzte Ölsorte, Enddruck der Druckluft und Scherkräfte, die auf die Ölmoleküle einwirken, entsteht meist eine Emulsion, die von einer statischen Trennvorrichtung nicht aufgespaltet wird.

Statische Öl/Wasser-Trenner mit einem standardmäßig nachgeschalteten Aktivkohlefilter können zwar für eine kurze Einwirkungszeit Emulsionen begrenzt zurückhalten, lassen aber nach Überladung des Filters die Emulsion in vollem Umfang passieren.

Der Moment des Öldurchbruchs ist nicht von vornherein bestimmbar, so dass häufige und teuere Wartungszyklen für eine exakte Überwachung notwendig werden. Dass trotzdem mehrheitlich statische Ölabscheider eingesetzt werden liegt am günstigen Kaufpreis (Tab. 1). Zudem besitzen alle Öl-Wasser-Trenner im Kondensateinsatz ein Baumusterprüfzertifikat.

Dieses Prüfzertifikat gilt für die Einhaltung der konstruktiven Merkmale eines statischen Öl-Wasser-Trenners nach DIN 1999 und wird vom Deutschen Bauinstitut in Berlin vergeben. Es wird häufig als Freifahrschein genutzt, alle Kondensate preisgünstig abzutrennen. Probleme treten erst dann auf, wenn eine erste offizielle Probenahme durch die Abwasserbehörde vorgenommen wird.

Die Ultrafiltration wird in der Aufbereitung größerer Kondensatmengen bereits seit mehreren Jahren erfolgreich eingesetzt. Hier findet vor allem das Cross-Flow-Verfahren (Abb. 1) Verwendung. Die tangentiale Überströmung einer Ultrafiltrationsmembran minimiert die Deckschichtbildung und erhöht damit die Filterstandzeit. In der Abwasseraufbereitung ist es die sauberste Methode zur Reduzierung von Schadstoffen. Eine Zugabe von Chemikalien oder anderen Hilfsstoffen zur Spaltung oder Fällung ist nicht erforderlich. Die Trennung des Wasseranteils wird rein mechanisch über die zumeist hydrophilen Filtermembranen erreicht. Das Prinzip der Cross-Flow-Filtration ist jedoch ein sehr aufwendiges und teueres Verfahren zur Aufbereitung von kleinen Kondensatvolumina, da es einen hohen apparativen und steuerungstechnischen Aufwand benötigt. Versuche in der Praxis ergaben, dass die klassische Methode der Druckfiltration (Abb. 1) bei der Aufbereitung von Kondensatkleinstmengen weitaus wirtschaftlicher ist. Hierbei wird das ölhaltige Kondensat nicht tangential über die Membran gepumpt, sondern direkt auf die Filteroberfläche beaufschlagt. Da für diese Methode dieselbe Membran eingesetzt werden kann, ist der Restölgehalt wie bei dem Cross-Flow-Verfahren ebenfalls kleiner als 0,1 mg/l.

Das Seka-Ultrafiltrationsverfahren (Abb. 2) arbeitet nach dem Prinzip der Druckfiltration. Das Kondensat wird aus der Kondensatsammelleitung am tiefsten Punkt des Verdichters abgenommen und über einen automatischen Kondensatableiter oder ein zeitgesteuertes Magnetventil dem UF-Gerät unter Druck zugeführt. Der regelbare Druckminderer reduziert den Kompressorendruck auf 3 bis 4 bar. Zur Entlastung der Membran trennt ein Aktivkohlefilter zunächst die freien Öl- und Schmutzanteile ab. Das Ultrafiltrationsmodul wird dann mit dem vorseparierten Kondensat direkt beaufschlagt. Auf der Permeatseite entweicht das gereinigte Wasser mit einem Restölgehalt von kleiner 0,1 mg/l. Das Öl und die Emulsion verbleiben in dem Filtergehäuse und werden nach Bedarf über zwei Ventile am Boden abgelassen. Das Permeat kann unmittelbar nach dem Austreten aus dem Filtergerät entsprechend §7a der Indirekteinleiterverordnung der öffentlichen Kanalisation zugeführt werden. Tabelle 2 zeigt die Reduzierung des Restölgehaltes im UF-Permeat. Deutlich erkennbar ist, dass der Aktivkohlefilter bereits eine gute Abtrennung der Öle ermöglicht. Die Trennleistung des Aktivkohlefilters nimmt mit zunehmender Standzeit ab. Das hat jedoch keinen Einfluss auf das Rückhaltevermögen der Membran. Der Ölgehalt im Reinwasser ist erwartungsgemäß kleiner 0,1 mg/l. Über die Zeit gesehen war die Permeatleistung des eingesetzten 10″-Ultrafiltrationsmoduls mit 0,5 m² Filterfläche jederzeit weit über den erforderlichen 5 l/h, die für eine Verdichterleistung von ca. 4 m³/min entwickelt wurde.

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Dipl.-Ing. Eric Kaltenhäuser