Industrielle Abwasserbehandlungsanlagen und Vakuumverdampfer

Rolle von Vakuumverdampfern in einer industriellen Abwasserbehandlungsanlage

Vakuumverdampfer sind ein Eckpfeiler moderner industrieller Abwasserbehandlungsanlagen und bieten eine nachhaltige und effiziente Lösung für die Bewältigung komplexer Abwasserprobleme. Durch die Ermöglichung der Volumenreduzierung, Ressourcengewinnung und Einhaltung strenger Umweltstandards verbessern diese Systeme nicht nur die Betriebseffizienz, sondern tragen auch zu umfassenderen Nachhaltigkeitszielen bei. Für Industrien, die innovative und verantwortungsbewusste Abwasserbehandlungspraktiken einführen möchten, stellen Vakuumverdampfer eine transformative Wahl dar.

Die Behandlung industrieller Abwässer ist ein kritischer Aspekt moderner industrieller Prozesse. Da Industrien bestrebt sind, strenge Umweltvorschriften einzuhalten und nachhaltige Praktiken zu übernehmen, sind fortschrittliche Behandlungstechnologien unverzichtbar geworden. Unter diesen stechen Vakuumverdampfer als besonders effektive Lösung zur Bewältigung komplexer Abwasserprobleme hervor.

Dieser Artikel untersucht die zentrale Rolle und die zahlreichen Vorteile von Vakuumverdampfern in industriellen Abwasserbehandlungsanlagen.

Grundlegende Funktionsprinzipien der Vakuumverdampfung

Vakuumverdampfer sind spezialisierte Systeme, die zur Behandlung industrieller Abwässer das Prinzip der Verdampfung unter vermindertem Druck nutzen. Dieser Prozess senkt den Siedepunkt von Flüssigkeiten und ermöglicht so eine effiziente Trennung von Wasser und Verunreinigungen ohne den Einsatz übermäßiger Hitze.

Um den Phasenübergang zu erreichen, der die Trennung von Lösungsmittel und gelösten Stoffen ermöglicht, muss der Mischung Wärme zugeführt werden, damit der flüssige Teil verdampft und sich vom festen Teil trennt. Diese Wärme kann auf verschiedene Weise erzeugt werden:

• Direkt durch Erhitzen eines Behälters, der die Probe enthält.
• Indirekt unter Verwendung von Dampf als Wärmeträger: Vakuumverdampfung

Im Fall der Vakuumverdampfung wird ein Kessel verwendet, um Wasser zu erhitzen, bis es verdampft. Dieser Dampf wird in eine Kammer geleitet, wo er die Wärme an die zu trennende Mischung abgibt.

Andererseits können zur Erleichterung der Verdampfung des Lösungsmittels Vakuumerzeugungssysteme eingesetzt werden, die die zu trennende Mischung einem Druck unterhalb des Atmosphärendrucks aussetzen. Dies senkt den Siedepunkt der Flüssigkeiten und erhöht zudem die Effizienz des Wärmeübertragungsphänomens im System.

Bei der Betrachtung des Einsatzes eines thermischen Trennprozesses für eine bestimmte Flüssigkeitsmischung sind folgende Punkte zu beachten:

• Die thermische Empfindlichkeit der Lösung.
• Die potenzielle Korrosion der Materialien.
• Die Konzentration und andere physikalische Eigenschaften.
• Das mögliche Auftreten von Ablagerungen (Scaling).

Bezüglich der thermischen Empfindlichkeit der Lösung ist die Bedeutung der Arbeit bei niedrigen Temperaturen hervorzuheben, insbesondere wenn die Eigenschaften der Lösung durch Temperatur verändert werden könnten.

Dies ist sehr häufig bei Proteinelementen der Fall, die bei steigender Temperatur denaturieren können. Die Trennung durch Verdampfung des Lösungsmittels zur Konzentration des gelösten Stoffes ermöglicht die Anwendung von Vakuum, um so die Verdampfungstemperatur des Lösungsmittels zu senken und das Risiko einer Veränderung der Eigenschaften der Lebensmittellösung zu eliminieren.

Korrosion der Materialien, aus denen der Verdampfer besteht, kann auftreten, wenn die Zulaufflüssigkeit gegenüber den Materialien, aus denen der Verdampfer gefertigt ist, stark aggressiv ist. Heutzutage werden alle Verdampfer aus Edelstahl, Graphit, Nickel, Kupfer und einigen Legierungen mit besonderer Korrosionsbeständigkeit hergestellt, sodass das Spektrum der potenziell durch thermische Trennung behandelbaren Lösungen sehr breit ist.

Vorteile der Vakuumverdampfung

Die Trennung durch Vakuumverdampfung dient dazu, das eingehende Abwasser in zwei Teile zu trennen: einen Teil mit Wasser, das eine niedrige Konzentration gelöster Verunreinigungen aufweist, und einen anderen Teil mit einem flüssigen Kondensat mit hohem Gehalt derselben Verunreinigungen.

Dazu wird das Wasser in Dampf umgewandelt, wodurch es in diesem Moment von den darin gelösten Schadstoffen getrennt wird, und dieser Dampf wird in eine Kammer transportiert, wo er abgekühlt wird, um das verunreinigungsfreie Wasser zu rekonzentrieren.

Somit ist dieses Verfahren eines der effizientesten für die industrielle Abwasserbehandlung, da es die effektive Trennung von Verunreinigungen im Wasser auf Basis der relativ niedrigen Flüchtigkeit von Salzen im Vergleich zu Wasser ermöglicht. Dank der Verdampfung können Substanzen wie gelöste Feststoffe entfernt werden, obwohl Verbindungen mit einem Siedepunkt ähnlich oder nahe dem von Wasser, wie Alkohol, möglicherweise nicht getrennt werden.

Es ist eine wesentliche Technologie für Unternehmen, die ein Zero Liquid Discharge-System implementieren möchten.

Nach einem Verdampfungsprozess werden sehr hohe Prozentsätze an destilliertem Wasser (95 %) und eine sehr geringe Menge an Rückständen (5 %) zur weiteren Behandlung erhalten. Diese Rückstände sind so gering aufgrund der hohen Abfallkonzentration, die im Prozess erreicht wird. Dadurch können Industrien, die mittlere und große Abwassermengen behandeln müssen, erhebliche Einsparungen erzielen, da das Volumen des zu entsorgenden Abfalls deutlich reduziert wird.

Es ist auch eine sehr geeignete Technologie zur Herstellung von hochwertigem Wasser, das viele Industrien in ihre Produktionsprozesse integrieren müssen.

Vorteile von Vakuumverdampfern:

• Hohe Qualität des Destillats.
• Es ist möglich, bis zu 97 % sauberes Wasser zurückzugewinnen.
• Ermöglicht die Wiederverwendung des behandelten Wassers.
• Hohe Reduktion und Konzentration der flüssigen Abfälle, die einer weiteren Behandlung oder Entsorgung bedürfen. Dies minimiert die Abfallmanagementkosten und die Umweltbelastung.
• Kann die komplexesten Abwässer bewältigen.
• Erleichtert Zero Liquid Discharge. Vakuumverdampfer sind integraler Bestandteil zur Erreichung von ZLD.
• Niedriger Stromverbrauch.
• Flexibles und kompaktes Maschinendesign.
• Betriebliche Zuverlässigkeit.
• Es ist eine einfach zu bedienende Technologie und erfordert wenig Wartung.

Ein weiterer bemerkenswerter Aspekt von Vakuumverdampfern ist ihre Vielseitigkeit und die Vielzahl von Anwendungsfällen. Vakuumverdampfer eignen sich besonders für die Trennung und Behandlung von:

• Gelösten Kohlenwasserstoffen in kontaminiertem Wasser.
• Ölhaltigen Emulsionen.
• Deponiesickerwasserbehandlung.
• Galvanische Metallreinigungs-Spülwässer.
• Entfettungswässer.
• Wässer mit hohem Gehalt an öligen Substanzen.
• Wässer mit hohem Gehalt an Schwermetallen.
• Wässer mit hohem Gehalt an gelösten Salzen.

Es ist üblich, einen Vakuumverdampfungsprozess mit anderen Abwasserbehandlungstechnologien zu ergänzen, die vorher (Membranen, physikalisch-chemische Prozesse usw.) angewendet werden können, um das Abwasser einer Vorbehandlung zu unterziehen, die den Verdampfungsprozess erleichtert, oder danach, wenn ein höher konzentrierter Rückstand gewünscht wird. In diesem zweiten Fall ist die geeignetste Technologie Kristallisatoren, die auf zwei Arten eingesetzt werden können:

1. Kristallisator als Endstufe nach einem klassischen Verdampfungsprozess.
2. Verdampfer und Kristallisator in einer einzigen Einheit integriert, die beide Prozesse kombiniert. Diese Lösung eignet sich für kleine und schwer zu behandelnde Abwassermengen.

Je nach Zusammensetzung des zu behandelnden Abwassers ermöglicht ein verdampfendes Kristallisationsverfahren die Trennung seiner Komponenten und die Rückgewinnung von Sekundärprodukten, die wiederverwendet oder verkauft werden können. Dies gilt beispielsweise für Öl aus ölhaltigen Wässern, das als Sekundärprodukt mit einem Wassergehalt von weniger als 5 % verkauft werden kann, oder für die Rückgewinnung von Aluminiumhydroxid, das später als chemisches Produkt verwendet werden kann, um nur einige Beispiele zu nennen.

Arten von Vakuumverdampfern je nach Energiequelle

Je nach verwendeter Energiequelle können Vakuumverdampfer in zwei Typen eingeteilt werden:

Thermische Verdampfer

Diese Systeme nutzen externe Wärmequellen wie Dampf oder heißes Wasser, um den Verdampfungsprozess anzutreiben.

Thermische Verdampfer sind sehr effizient bei der Behandlung großer Abwassermengen und werden häufig in Industrien eingesetzt, die Zugang zu überschüssiger Wärme haben. Sie sind besonders effektiv bei der Konzentration von hochsalzhaltigen Abwässern und der Rückgewinnung wärmeempfindlicher Substanzen.

Die Integration thermischer Verdampfer mit Wärmerückgewinnungssystemen erhöht deren Energieeffizienz zusätzlich und macht sie zu einer kosteneffektiven Wahl für viele industrielle Anwendungen.

Thermische Verdampfer arbeiten bei Temperaturen zwischen 90º und 120º.

Unter dieser Art von Verdampfern stechen Mehrfacheffektverdampfer und Kristallisatoren hervor.

Elektrische Verdampfer

Elektrische Verdampfer nutzen elektrische Energie, um die für die Verdampfung erforderliche Wärme zu erzeugen.

Diese Systeme sind ideal für Anwendungen, bei denen der Zugang zu Dampf oder anderen Wärmequellen begrenzt ist. Elektrische Verdampfer bieten eine präzise Temperaturregelung und sind kompakt im Design, was sie für kleinere Anlagen oder Industrien mit Platzbeschränkungen geeignet macht.

Sie sind besonders nützlich in Szenarien, die die Behandlung von Abwässern mit spezifischer thermischer Empfindlichkeit erfordern oder bei denen eine schnelle Installation und Inbetriebnahme notwendig ist.

Wärmepumpenverdampfer und mechanische Dampfverdichterverdampfer sind die beiden Arten von Verdampfungssystemen, die mit elektrischer Energie betrieben werden.