Mikroorganismen kontra Lösemittel

Anlässlich der Hesse-Pressetage in Hamm Anfang Dezember referierte Allan Olesen – Geschäftsführer von Ren Lak Teknolgi, RLT Aps und von Lignal Danmark – über das neue Lackiersystem und informierte über die Erfahrungen mit der biologischen Abluftreinigung in einem dänischen Betrieb.

Die beiden Hauptelemente dieses Lackierkonzeptes sind sowohl ein für den Abbau von Lösungsmitteln optimierter Biofilter als auch der optimierte Ethanollack, der für die gute biologische Abbaubarkeit und für die Recyclingfähigkeit des Oversprays verantwortlich zeichned.

Heute wird das Lackmaterial, welches üblicherweise in Spritzkabinen zum Einsatz kommt, bei einem optimierten Lackierprozess nur zu ca. 50 % ausgenutzt. Der Overspray wird in der Wasserberieselung aufgefangen und durch Zusatz von hohen Mengen Koagulierungsmitteln zu großen Lackpartikeln gebunden, um danach aufgeschäumt und anschließend als Sondermüll entsorgt zu werden.

Der Ethanollack basiert auf Nitrocellulose mit zusätzlichen, speziellen Harzen. Als Lösemittel wird Ethanol (Trinkalkohol) eingesetzt, das biologisch gut abbaubar ist. Bei der Entwicklung des Ethanollackes wurde nicht nur Wert auf das Lackierergebnis gelegt, sondern auch auf mehrere für das Gesamtkonzept wichtigen Elemente. Zu erwähnen ist die für die biologische Abluftreinigung optimale Lösemittelzusammensetzung und die Recyclingfähigkeit des Oversprays. Um Sondermüll zu vermeiden und damit erhebliche Einsparungen zu realisieren, wurde ein Verfahren entwickelt, bei dem Lackreste vom Wasser mit Hilfe von „Fallstromfiltrierung“ entfernt werden. Wichtig dabei: Es muß und darf kein Koagulierungsmittel dem Prozesswasser zugesetzt werden. Der Lackschlamm wird nach dem Separieren getrocknet und kann dann anschließend mit einem geeigneten Lösemittelgemisch wieder in Lösung gebracht und anteilmäßig mit frischem Lackmaterial der Produktion zugeführt werden. Messungen haben ergeben, dass in dieser trockenen Masse zwar immer noch ein Rest von Wasser nachweisbar ist, was sich jedoch im fertigen Lack nicht negativ bemerkbar macht.

Dieses Lacksystem weist zusätzlich eine außerordentliche Fülle auf, wodurch reduzierte Auftragsmengen möglich sind. Das Material ist weiterhin schnell trocknend und PVC-fest. Bezüglich Resistenz liegt der Ethanollack zwischen einem NC-Lack und einem 2-Komponenten-Lack.

Der bei der Applikation anfallende Overspray wird – ohne Zusatz von Koagulierungsmittel – vom Wasser gebunden und danach ausgefällt; also Wasser und Lackschlamm getrennt. Der Lackschlamm wird anschließend getrocknet. Diese getrocknete Masse kann dann mit einem geeigneten Lösemittelgemisch wieder in Lösung gebracht werden und anteilmäßig mit neuem Lack gemischt und verarbeitet werden. Eine teure Entsorgung des Lackschlammes ist nicht mehr nötig. Das bei der Trennung aufgefangene Wasser dient zur Konditionierung der lösemittelhaltigen, warmen Abluft, die in einem sogenannten Wäscher stark befeuchtet wird und eine Luftfeuchtigkeit von fast 100 % erreicht, bevor sie in den Biofilter eingeleitet wird. Der Luftwäscher ist ein in sich geschlossenes System, indem die Abluft durch einen mit Sprühköpfen ausgestatteten Be-hälter geleitet wird. Durch die Sprühköpfe wird ständig im Kreislauf fördernd Wasser zerstäubt, um die wasserlöslichen Anteile der Abluft teilweise auszuspülen. Das heißt, dass z. B. Ethanol aus der Abluft, welches gut wassermischbar ist, bereits im Wäscher um ein Vielfaches reduziert wird.

Im Biofilter werden die Lösemittel von der Biomasse (Microorganismen) abgebaut und es bleibt gereinigte, feuchte, warme Luft zurück. Bei Bedarf kann diese Luft auch für Klimatisierungszwecke in Gebäuden eingespeist werden.

Ein gewollter Nebeneffekt ist auch, dass der Biofilter neben dem Abbau von Lösemitteln auch störende Gerüche abbaut.

Die Auslegung eines Biofilters kann sowohl überirdisch als auch unterirdisch erfolgen. Bei beiden Varianten ist es wichtig, dass genügend Fläche für den Bau einer Anlage zur Verfügung steht. Man rechnet pro 1000 m³ Abluft ungefähr 6 m³ Filterfläche, wobei die Schütthöhe des Füllmaterials, in diesem Fall gerissenes Wurzelholz, minimal 2 m betragen sollte. Die Bioaktivität findet bei dem Filter nur in den ersten ca. 50 cm statt und der Rest der Schüttung wird zur Stabilisierung der Filtertemperatur benötigt.

Die Baugröße einer Biofilteranlage wird durch die Filtervolumenbelastung (m³ Abluft/m³ Filtermaterial/je h) und durch die spezifische Filterbelastung (kg Lösemittel/m³ Filtermaterial/je h) beeinfluss. Die Dimensionierung des Filters kann also nur anlagen- bzw. kundenspezifisch ermittelt werden.

Das vorgestellte System liefert also nicht nur eine optimale Abluftreinigung, welche zur Einhaltung der kommenden Gesetze notwendig ist. Auch aus ökonomischer Sicht ergeben sich, je nach Ausnutzung der verschiedenen Komponenten, viele Vorteile.

Mögliche Einsparungen:

• Koagulierungsmittel aus den Spritzanlagen

• Entsorgungskosten für den Lackabfall

• Restverdünnung kann in Filteranlage eingeleitet werden

• Wiederverwendung der gereinigten, feuchten Luft in den Produktionshallen zur Klimatisierung

• Wiederverwertung des Lackes.

So stellt der Biofilter im Vergleich zu anderen Alternativen eine kostengünstige Variante dar. Betrachtet man zusätzlich die Einsparungen durch das recycelte Lackmaterial, kann man schon von einer Selbstfinanzierung des Biofilters sprechen.

Seit über einem halben Jahr ist dieses Verfahren bei einem dänischen Möbelhersteller in Betrieb und in der Praxis erprobt. Ein Abluftkonzept, welches in dieser Art einzigartig ist und Reinigungsquoten bis zu 98 % sowie erhebliche Einsparungen von Lack bieten.

Dass der Biofilter auch bei kleinen Mengen und mit normalem NC-Lack funktioniert, erläuterte Dipl.-Phys. Manfred Henkel vom ihd, Institut für Holztechnologie, Dresden, in seinem Referat, während des Pressekonferenz bei Hesse. Die an einem Biofilter durchgeführten Untersuchungen zeigten, dass er auch für den Abbau von Lösemittelkomponenten aus NC-Lack gut geeignet ist, auch wenn die Zufuhr des Lösemittels mit Unterbrechungen und unregelmäßig erfolgt. Der Wirkungsgrad für den Abbau von Butlyacetat lag auch hier bei mindestens 95 %, wodurch die Geruchsbelästigung durch die Emission beim Spritzlackieren nahezu vermieden wird. Eine interessante Lösung, wenn der Nachbar sich beschwert. Leider sind die Investitionskosten für eine solche Anlage noch relativ hoch und rechnen sich im Handwerk – bedingt auch durch öfteren Lackwechsel und das meist nicht mögliche Lackrecycling – nur bedingt. Technisch ist man für die Zukunft gerüstet und kann mögliche, neuen Gesetzesverschärfungen heute bereits erfüllen. o

Biologisch aktive Mikroorganismen kann man nur unter dem Mikroskop erkennen und einordnen. Die Mikroorganismen, d. h. Bakterien, Aktinormyceten sowie Pilze und Hefen, benötigen ein geeignetes Trägermaterial als festen Untergrund, zusätzlich Wasser und Luft sowie Nährstoffe wie Stickstoff, Schwefel und Phosphor. Als Trägermaterial können unterschiedliche Materialien dienen, wie zum Beispiel Rindenhumus, Wurzelholz, Faserstoffe oder Ähnliche. Ihre Energie erzeugen die Mikroorganismen aus in der Natur vorhandenen organischen Stoffen – bei der biologischen Abluftreinigung also, aus den bei der Lackierung anfallenden organischen Lösemitteln. Bei diesem Stoffwechselprozess entstehen Wasser, CO2 und Biomasse.

Mikroorganismen können bei optimaler Versorgung mit Nährstoffen und unter optimalen Lebensbedingungen in 15 Minuten ihre Population verdoppeln. Das Besondere an den Mikroorganismen ist außerdem, dass sie sich sehr schnell an veränderte Lebensbedingungen anpassen können, d. h. entsprechend dem vorhandenen Nährstoffangebot werden sich einige weiterentwickeln und andere sich zurückbilden.

Die Aktivität und Funktionsfähigkeit der Bakterien ist nur dann ausreichend gewährleistet, wenn das Trägermaterial, also die Biomasse, auf den Prozess zugeschnitten ist. Dazu gehört neben der Absorptionsfähigkeit ein ausreichender Porenraum, der zwischen 70-90 % liegen sollte, und eine ausreichend große Oberfläche des Filtermaterials. Nach ca. 5-10 Jahren kommt die Reinigungswirkung zum Erliegen. Die Biomasse muss dann ausgetauscht werden und kann als Kompost verwertet werden. Dabei entsteht keinerlei Sondermüll und somit auch keine Kosten.

Eine möglichst geringe Temperaturschwankung (20 – 40°C) ist eine weitere Bedingung für eine optimale biologische Abluftreinigung. Für jeden Naturstoff gibt es unterschiedliche Mikroorganismen, die diesen abbauen können. In einem Filter werden sich in Strömungsrichtung unterschiedliche Populationen einstellen, die der Reihe nach zunächst die am Besten zu verwertenden Lösemittel angreifen und abbauen und sich dann erst den problematischeren zuwenden.