20 Août 2015  |  Traitement des eaux
Publié dans Oberflächen POLYSURFACES 02/2015

Vollautomatische Membranfilterpresse gewährleistet Betriebssicherheit

Die Membranfilterpressen von Aquachem sind mit abgedichteten Filterplatten ausgestattet. Dadurch sind sie im Vergleich zu konventionellen Filterpressen im Einsatz leicht sauber zu halten. Zudem sorgen eine SPS-Steuerung sowie verschiedene verfahrenstechnische Besonderheiten dafür, dass sie rund um die Uhr verfügbar sind, und zwar ganz ohne Personaleinsatz.

Les filtres-presses à membrane d’Aquachem sont équipés de plaques filtrantes étanches. Ce faisant, lors de leur utilisation, il est plus facile de les maintenir propres, que lors de l’exploitation des filtres-presses traditionnels. En outre, une commande par automate programmable, ainsi que différentes caractéristiques de technique des procédés veillent à leur disponibilité 24 heures sur 24, sans aucun personnel.

Kaum ein Industriezweig kann auf eine Filtration seines Abwassers verzichten. Die Filterpressen, die üblicherweise zur Fest-Flüssig-Trennung der Suspensionen eingesetzt werden, haben jedoch eine Reihe von Schwachstellen, deren gravierendste die Betriebssicherheit ist. So hängen die offenen Filtertücher vielfach an den Seiten über und tropfen. Deshalb ist das darunter befindliche Blech, welches das Tropfwasser in eine Rinne leitet, regelmässig manuell oder automatisch zu entleeren. Je nachdem, welche Stoffe behandelt werden, riecht zudem die gesamte Umgebung unangenehm. Zwar ist die eigentliche Beschickung bei allen Herstellern weitestgehend beziehungsweise je nach Kompetenz automatisiert, die Entleerung läuft jedoch bestenfalls voll mechanisiert ab. Darunter leidet unter Umständen die Betriebssicherheit und auch der vollständige Kuchenaustrag ist nicht unbedingt gewährleistet, so dass beim Wiederanlauf unter Umständen Undichtigkeiten auftreten. Zudem muss der Mitarbeiter oft rein visuell entscheiden, ob der Zyklus abgeschlossen ist und die Presse aufgefahren werden kann. Dementsprechend kommt es immer wieder zu Fehlern und - im schlechtesten Fall - zu einer enormen Verschmutzung der Betriebsräume.
 
Undichtigkeiten beim Plattenpaket können zum Austreten der Suspension führen, was eine Gefahrenquelle für den Mitarbeiter darstellt.
 
Steuerung für optimales Filtrationsergebnis
Die Vollautomaten der AF-Serie von Aquachem sind dagegen standardmässig mit abgedichteten Filterelementen ausgeführt. Dies ist die Grundvoraussetzung, um die Maschinen im Betrieb sauber zu halten. Für einen sicheren Einsatz wurde darüber hinaus ein einzigartiges Steuerungskonzept entwickelt. Über eine SPS mit Visualisierung lassen sich alle gängigen Beschickungspumpen druck- und mengenabhängig regeln, so dass auch bei schwankenden Bedingungen Personenschutz, Sauberkeit und Sicherheit im Betrieb bei gleichzeitig optimalem Filtrationsergebnis gewährleistet sind. Wenn sich beispielsweise die Dichte ändert, wird dies erkannt und der Zyklus so angepasst, dass die Qualität des Filterkuchens am Ende stimmt. Sie lässt sich dabei in Bezug auf Durchsatz, Ergebnis oder Verschleiss und Energieverbrauch optimieren. Grundsätzlich kann über vier Parameter jede beliebige Kennlinie gefahren werden. Auch Rezeptursprünge sind möglich: Wenn etwa am Montag anderes Abwasser gefiltert werden muss als am Dienstag, Mittwoch und Donnerstag, lässt sich dies über eine entsprechende Eingabe ändern oder automatisiert steuern.
Selbst die Start-Stopp-Funktion reagiert automatisiert auf bestimmte Kennwerte. Die Anlage startet selbsttätig, wenn genügend Masse da ist, um den Zyk­lus zu beenden. Überprüft wird dies - je nach Anforderung - anhand von Niveau oder Dichte der Vorlage beziehungsweise einer Kombination aus beidem. Somit kann die Filterpresse auch komplett unbeaufsichtigt laufen. Der Aufwand, beispielsweise 60 Platten bei einer konventionellen Presse im 800er-Format zu bewegen und den möglicherweise schwermetallhaltigen Kuchen manuell vom Tuch zu lösen - bei einem schlechten Ergebnis zu entfernen oder sogar abzuschaben -, entfällt somit. Die einzige Aufgabe für die Personal benötigt wird, ist das gelegentliche Wechseln der Reststoffbehälter oder Big Bags.
Dieser Umstand ist nicht nur an Sonn- und Feiertagen relevant, sondern vor allem deshalb, weil in der Produktion oft in drei Schichten gearbeitet wird und somit laufend Abwasser anfällt. Für die Filtration und das Bedienen der konventionellen Presse sind aber meistens nur ein oder zwei Schichten vorgesehen, was zu logistischen Problemen führt und eine entsprechend grosse Dimensionierung der Presse erfordert. Da die Automaten der AF-Serie bei der gleichen Abwassermenge nahezu beliebig oft entleert werden können, spielt dieser Aspekt keine Rolle mehr, und die Presse lässt sich wesentlich kleiner bauen. So benötigt der AF-Vollautomat bei gleichem Format nur etwa ein Sechstel der Filterfläche einer konventionellen Presse. Die Folge ist neben der Platzersparnis, dass beispielsweise nicht mehr an 60 Platten die Tücher zu wechseln sind, sondern nur bei zehn, was schneller geht und weniger Materialkosten bedeutet.
 
Die Vollautomaten der AF-Serie arbeiten dank abgedichteter Filterplatten, einer SPS-Steuerung sowie weiteren verfahrenstechnischer Besonderheiten rund um die Uhr sauber und zuverlässig.
 
Niedriger Druckindex reduziert Verschleiss und spart Energie
Neben der Steuerung gibt es noch eine Reihe anderer Features, deren Zusammenspiel dafür sorgt, dass mögliche Risiken abgefangen werden: So ist etwa die gesamte Anlage eingehaust, damit niemand hineingreifen und sich verletzen kann. Theoretisch wäre dies auch bei konventionellen Pressen möglich, allerdings sind die Kosten dafür aufgrund der Bauform verhältnismässig hoch. Deshalb wird versucht, die Sicherheit über einen Lichtvorhang zu gewährleisten, der jedoch nicht vor einem Abspritzen und damit einer Belastung der Umgebung mit Gefahrstoffen schützt.
Um sicherzustellen, dass die Presse wirklich dicht ist, erfolgt eingangs zudem eine Dichtheitsprüfung. Zwar sind die Aquachem-Modelle von Anfang an sicher - auch wenn sofort Druck anliegt -, um jedoch zu verhindern, dass sich bereits die ersten Kuchenschichten verdichten und den Filtrationsvorgang somit behindern, wird der Druck bei der Beschickung erst dann erhöht, wenn sich diese bereits gebildet haben. Um die Filtration möglichst wirtschaftlich zu gestalten, ist es sinnvoll, das Material mit Hilfe der dafür notwendigen Peripherie zunächst einzudicken, bevor die Presse angefahren wird. Durch die Möglichkeit, das Filtrat so lange im Kreis zu führen bis die erste Kuchenschicht als Tiefenfilter dient und den Klarlauf sicherstellt, ist zudem ein pflegeleichteres und offeneres Filtertuch verwendbar.
Des Weiteren beträgt der Beschickungsdruck auch in der Endphase - abhängig von den Mediumeigenschaften und dem gewünschten Endergebnis - meistens nur etwa ein Drittel des üblichen Drucks von 15 bar. Daher kann die Anlage beispielsweise in einem Unternehmen, das auf die Oberflächenbehandlung von Metallen und Kunststoffen spezialisiert ist, mit nur 4 statt wie bisher üblich 15 bar gefahren werden. Der insgesamt niedrigere Druckindex trägt zu einer Energie- und Kosteneinsparung bei, zumal statt der üblichen Hochdruckpumpen deutlich günstigere Modelle mit nur 7 bar einsetzbar sind. In typischen Anwendungsfällen liegt der Leistungsverbrauch während der Beschickung bei etwa 0,2 kWh/m3. Der Trockenstoffgehalt ist deshalb jedoch nicht geringer als bei konventionellen Pressen, die mit hohem Druck arbeiten, da die Entwässerung, also das Auswringen durch die Membranen, durchaus mit hohem Druck erfolgt. Somit verringert sich auch die Menge, die entsorgt werden muss, und es fallen vor allem bei Sondermüll geringere Kosten für die Abfallbeseitigung an. Allein dieser Faktor kann unter Umständen dazu führen, dass sich die Investition in die neue Anlage innerhalb weniger Monate amortisiert.
Zentral für einen zuverlässigen Kuchenaustrag ist das so genannte «Airdis»-System. Anschliessend werden die Filterelemente gerüttelt. Sollte ein Teil des Filterkuchens auf dem Dichtrand hängen geblieben sein, wird dies beim Schliessen durch einen Neigungssensor erkannt und ein möglicher Schaden verhindert. Über einen Laser wird zudem sichergestellt, dass die Presse nur dann geöffnet wird, wenn der Container darunter steht und die maximal zulässige Füllhöhe noch nicht erreicht ist. Wenn er nahezu voll ist oder wenn Unregelmässigkeiten auftreten, kann dies dem zuständigen Mitarbeiter via SMS oder E-Mail mitgeteilt werden. Neben der Wartung durch den Betreiber oder den Hersteller ist auch eine Fernwartung per Smartphone möglich, wenn nachts oder an Feiertagen kein Personal vor Ort ist.
 
Da man die Vollautomaten der AF-Serie nahezu beliebig entleeren kann, können sie verhältnismässig klein gebaut werden.
 
Gute Reinigbarkeit und lange Tuchstandzeit
Physikalisch betrachtet läuft der Kuchenaufbau ab wie gehabt, nur mit dem Unterschied, dass die Beschickung druck- und mengenabhängig und die Befüllung von oben statt von der Mitte aus erfolgt. Der konventionelle Zentraleinlauf ist vor allem beim Entleeren ein Störfaktor. Während der Einlauf für den Prozess der Filtration flüssig sein muss, verunreinigt er beim Entleeren die Dichtränder. Wird er so lange beschickt bis er zufiltriert ist, wirkt der feste Kuchen wie eine Verbindungsstange und fällt schlecht ab. Bei Aquachem verzichtet man zudem auf Stütznocken, welche die Entleerung ebenfalls stören. Bei der Kuchenwäsche, die in der Abwassertechnik zwar nur selten eingesetzt wird, jedoch bei der Entsorgung sehr nützlich sein kann, verhindert der aussenliegende Einlauf Kurzschlüsse, und durch die fehlenden Stütznocken wird der Kuchen nicht mehr unterbrochen. Die Membranfunktion ermöglicht zudem ein Vorpressen des Filterkuchens und verhindert somit eine Rissbildung.
Von Vorteil ist der Einlauf von oben auch bei der Reinigung, da das Loch in der Mitte für die Tuchmontage bei Durchstecktüchern verhältnismässig gross sein muss, was beim Saubermachen zu Schwierigkeiten führen kann. Da sich die Tücher mit der Zeit zusetzen - etwa durch Kalk, der häufig zur Neutralisation eingesetzt wird -, steigt der durchschnittliche Druck bei der Beschickung, und der Durchsatz des Filters sinkt. Dies führt dazu, dass die Leistung in Einzelfällen bereits innerhalb einer Woche auf 40% des normalen Durchsatzes heruntergehen kann. Während die Tücher bei kleinen und mittelgrossen konventionellen Modellen zum Säubern einzeln herauszunehmen sind, setzt man bei grossen konventionellen Filterpressen oft Hochdruck-Waschanlagen ein, die technisch aufwändig und teuer in der Anschaffung sind.
Des Weiteren sind diese Anlagen schwer sauber zu halten. Je nach Filtergewebe und Hartnäckigkeit der Ablagerungen ist der Reinigungserfolg auch nicht immer zufriedenstellend. Hinzu kommt, dass die Reinigung, wenn der Aufwand zu gross und unangenehm ist, so lange wie möglich herausgezögert wird. Die Folge ist, dass die Leistung abnimmt, der Trockenstoffgehalt sinkt und der Kuchen schlechter herausfällt, so dass der zuständige Mitarbeiter mehr an den Tüchern kratzen muss. Dies nimmt nicht nur mehr Zeit in Anspruch, sondern führt vermehrt zu Produktionsausfällen, da das Material stark belastet wird und die Tücher entsprechend häufig zu ersetzen sind.
Durch die abgedichteten Filterelemente hingegen ist eine automatische Spülung im Abstand von üblicherweise 2 bis 4 Wochen ohne grossen Aufwand möglich. Dabei entfällt der mechanische Eingriff und die Tücher unterliegen nur der geringen Belastung durch die eigentliche Filtration. Die Tuchstandzeit ist folglich bedeutend länger als bei Pressen, bei denen der Kuchen manuell mit einem Spachtel entfernt werden muss. Bei den Aquachem-Pressen erfolgt der Austausch in der Regel präventiv, sobald das erste Tuch defekt ist, da alle gleichmässig belastet wurden. Dadurch muss die Maschine nur einmal stillstehen und nicht des Mal wieder, wenn ein einzelnes Tuch kaputt geht.
Dank der einfachen und durchdachten Konstruktion der AF-Serie lassen sich auch die Dichtränder problemlos reinigen. Diese Arbeit, die üblicherweise einmal pro Woche durchgeführt werden sollte und etwa 10 bis 15 min in Anspruch nimmt, ist die einzige Tätigkeit, die noch manuell erfolgen muss.
 
Amortisierung innerhalb kürzester Zeit
Ein Zyklus des Vollautomaten dauert -wenn die Suspension relativ dünn ist -etwa 2 h. Ist der Feststoffgehalt zum Beispiel durch vorgeschaltete statische Eindickung höher, reichen oft schon 20 bis 30 min aus. Die Abwassermenge, die verarbeitet werden kann, ist ebenfalls abhängig vom Feststoffgehalt der Suspension und den spezifischen Filtereigenschaften. Bei 10% Feststoffgehalt im Zulauf und einer Gesamtfilterfläche von über 23 m2 fallen etwa 480 kg Kuchen pro Stunde an, was bei einem Trockenstoffgehalt von 45 Gewichtsprozent einer Leistung von 9,4 kg/m²h entspricht.
Generell wurde bei der Konstruktion der Vollautomaten darauf geachtet, die Prozesskette insgesamt zu optimieren. Oftmals sind Medium und Umfeld problematisch, weshalb die Komponenten möglichst nicht mit der Suspension in Kontakt gebracht werden. So sind nur zwei der Sensoren medienberührend, was den Automaten kaum anfällig für Störungen macht. Dadurch, dass so wenige Komponenten wie nötig eingesetzt werden, kann Aquachem eine hohe Verfügbarkeit von über 95% garantieren. Dazu kommt, dass die Pressen absolut standardisiert sind, was eine besonders effiziente Fertigung erlaubt und sich in einem guten Preis-Leistungs-Verhältnis niederschlägt. Somit rechnet sich die Anschaffung nicht nur als Ersatz, sondern auch als Neuinvestition, da sich diese aufgrund der Einsparungen - unter anderem wegen der massiv reduzierten Personalkosten - innerhalb kürzester Zeit amortisiert.
 
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