Fachgerechte Entsorgung von wassermischbaren, verbrauchten Kühlschmierstoffen
Die fachgerechte Abfallbeseitigung von verbrauchten, wassermischbaren KSS wird häufig von metallbearbeitenden Firmen an die Hersteller von KSS delegiert oder an zugelassene Spezialfirmen. Sie sind damit ein Kostenfaktor.
Kühlschmierstoffe, kurz KSS, verhindern das Heißlaufen von Werkzeugen und spülen Abrieb aus der Bearbeitungszone. Sie verlieren die Gebrauchseigenschaften mit der Zeit – dann müssen sie ersetzt werden. Die Entsorgung von verbrauchten Kühlschmierstoffen ist gesetz-lich geregelt – denn KSS ist Sonderabfall.
Bei Wassermischbaren Varianten hat das Wasser die kühlende Funktion. Wasser wird mit Öl emulgiert um eine Schmierung zu erreichen – im Englischen „soluble oil“. Die drei Stoffe bilden zusammen eine beständige Emulsion, die „Bohrmilch“ genannt wird. Die zum Korro-sionsschutz und zur Gewährleistung erforderlicher, chemischer und physikalischer Eigen-schaften benötigen Emulsionen Zusatzstoffe werden als Additive bezeichnet.
Bioway hat zur Vermeidung von Bakterienbefall vor geraumer Zeit DSA-Elektroden einge-setzt als Ti/RuO2-IrO2 – Matrix, welche im Durchfluss eine gute Inaktivierung von Keimen bewirkte. Da KSS einen alkalische pH-Wert aufweist, ist die Haltbarkeit dieses Elektroden-typs begrenzt. So verlor die Elektrode die Eigenschaft desinfizierende Komponenten zu bilden, die für Abtötung von Keimen im Durchfluss verantwortlich waren. Deshalb wurde diese Methode verworfen.
Verbrauchte Kühlschmiermittel gelten als Sonderabfall und unterliegen für den Umgang und die Abfallbeseitigung scharfen, gesetzlichen Regelungen mit Überwachung durch die zustän-digen Behörden. Nur zugelassene Fachbetriebe dürfen Schmierstoffe dieser Klasse entsor-gen.
Beim Einsatz von Kühlschmierstoffen reichern sich diese mit Abrieb, kleinen Spänen, Staub und Fremdölen an. Grobe Späne werden deshalb durch Filtration über ein Edelstahlsieb entfernt.
Bisher werden KSS durch drei bekannte Verfahren aufgearbeitet und somit entsorgt, wobei bei allen Verfahren Rückstände übrigbleiben, die eine Verbrennung erfordern.
Die Rückgewinnung von Brauchwasser, Öl erfolgt durch physikalisch-chemische Emulsions-trennung, Vakuumdestillation oder Membranfiltration. Fallen mehr als 1000 Kubikmeter Emulsion im Jahr an, lohnt sich die Investition in diese Technik. Die Entsorgungskosten und der Transportaufwand verringern sich dadurch erheblich.
Die drei Methoden sind:
1 Physikalisch-chemische Emulsionstrennung
Zusatz von Chemie / Stoffen die Emulsionen spalten. Die Emulgator-Wirkung wird aufgeho-ben. Dadurch trennen sich die Bestandteile voneinander. Das Wasser setzt sich unten ab, das Öl bildet eine eigene Phase auf der Oberfläche. Diese beiden Phasen werden dann in Ölabscheidern oder Separatoren (Zentrifugen) mechanisch voneinander getrennt. Nachteil: Einsatz von Chemie (Kosten / Erhöhung der Belastung vom Abwasser).
2 Vakuumdestillation
Bei der Vakuumdestillation werden die unterschiedlichen Siedepunkte der beteiligten Stoffe ausgenutzt. Sehr teure Anwendung, da Wärme und Vakuum erzeugt werden muss. Das im Dampf enthaltene Öl lässt sich anschließend mechanisch entfernen. Nachteil: Hohe Investi-tionskosten und Betriebskosten mit anschließender Trennung von Öl und Wasserphase (zu teuer).
3 Membranfiltration
Membranfilter arbeiten aufgrund von Ausschlussgrösse. Sie separieren große Ölmoleküle und das Wasser. Nachteil: Hoher Druck muss erzeugt werden – darunter leidet die Mem-branstruktur – das bedeutet Reinigung und Austausch von Membranen im Zyklus. Hohe Kosten schlagen zu Buche.
Die Grundlage für die einzelnen Regelungen bildet das Kreislaufwirtschaftsgesetz (KrWG). Einzelheiten und konkrete Maßnahmen beschreibt die VDI-Richtlinie: VDI 3397 Blatt 3 mit dem Titel „Entsorgung von Kühlschmierstoffen“.
Neue Konzepte durch Einführung einer neuen, besseren Technologie
Aufgrund der beschriebenen Nachteile, wird ein neues Verfahren vorgeschlagen: die Elektrokoagulation (EC).
Die EC ist in der Lage in situ durch Einsatz kostengünstiger Elektroden mit wenig Energie-Einsatz (nur Strom – ohne Chemie) a. verbrauchten KSS zu spalten und b. die Wasserphase so zu reinigen, dass es als Brauchwasser (fast Trinkwasserqualität) sofort wieder eingesetzt werden kann.
Apparativ als kostengünstige Ausführung:
- Als Reaktor für die Emulsionsspaltung bei Raumtemperatur ohne Chemie-Einsatz. Hier wird der KSS, der über ein Edelstahlsieb grob filtriert wurde, dem Reaktor kontinuierlich mit einer Pumpe zugeführt.
- Die hier gespaltene Emulsion in 2 Phasen (Öl / Wasser) werden in einem einfachen Scheidetrichter / Vorrichtung getrennt.
- Die Wasserphase wird einem zweiten EC-Reaktor zugeführt und dort bei Raumtemperatur (ohne Chemie-Einsatz) gereinigt.
Vorteile sind:
- Geringe Investitionskosten, da einfache Materialien eingesetzt werden. Keine Verbrauchskosten bei der KSS-Spaltung, da die Elektroden sich quasi nicht bzw. kaum verbrauchen – sondern nur Gleichstrom (5-15 V/ 30 A) eingesetzt werden.
- Einmalige Investition in eine Öl-Wasser-Abtrennungs-Unit. Sie ist im einfachsten Fall aus Glas mit einem mechanischen Hahn zur Phasentrennung. Keine Zentrifuge notwendig!
- Reaktor zur Abwasser-Reinigung bei Raumtemperatur (ohne Chemie) – bei 5-15 V/ 30 A – mit Elektroden als Opferanoden, die nach Verbrauch ersetzt werden müssen. Wasserqualität fast Trinkwasser! Recycling verbrauchter Elektroden und anfallendes Metalloxid im Hochofen.
Bei dieser Technologie wird kein CO2 freigesetzt. Sie ist als „Zero-Waste/ Zero-Liquid-Discharge“ einzuordnen. Stromverbrauch: zweiter Reaktor 1,5 -2,0 kWh/m³ Abwasser.
Das Wasser wird entkeimt (99,9%), Schwermetalle werden reduziert (auch andere Kationen und Anionen) und der Härtegrad des Wassers wird bis zu 90% reduziert.