Maass P., Peissker P. (ред.) Handbuch Feuerverzinken

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achten ist, dass Mineralsäuren (HCl), Basen (NH

,KOH),Salze(CaCl

,NaCl,ZnCl

)

und oxidierende Substanzen (KC 1) im zu reinigenden Gas enthalten sein können.

Öl- und Fettpartikeln, die in der Oberflächenvorbereitung (Entfettung und Beizen)

nicht entfernt werden, die chemische Zusammensetzung des Flussmittels (die

Bestandteile konventioneller oder raucharmer Flussmittel) und schließlich das

Verzinkungsverfahren (Naß-, Einstreu-, Tauchflux- oder Trockenverzinkung) und

die dabei entstehenden Gasinhaltsstoffe können die Wirksamkeit der eingesetzten

Filtermedien beeinflussen. Deshalb ist eine wirkungsvolle, entfettende Vorbe-

handlung für die einwandfreie Funktion eines Filters wesentlich [6.28].

Die Leistungsfähigkeit eines Filtrationsentstaubers wird von der Auswahl der

richtigen Grundstoffe fürdieFiltermedien(s.Tab.6.4;[6.32])unddereneventueller

Modifizierung durch Weiterbehandlung bestimmt. Diese dient, neben der Grund-

konstruktion der Filtermedien (Gewebe oder Filz), der optimalen Anpassung an den

jeweiligen Anwendungsfall. Modifizierungen werden in Form von Zusatzausrüs-

tungen angeboten. So gibt es die Zusatzausrüstung, bei der die Oberfläche des

Filtermediums verändert (Glättung oder Beschichtung) wird, oder Zusatzaus-

rüstung mittels Chemikalien oder über Beimischung spezieller Fasern. Durch

Zusatzausrüstungen (mechanische, thermische oder chemische Behandlung)

können die Filtrationsfähigkeit der Filtermedien verbessert und gegebenenfalls

6 Umweltschutz und Arbeitssicherheit in Feuerverzinkungsbetrieben

Abb. 6.14 Schematischer Aufbau eines Gewebes (a) und eines Nadelfilzes mit Stützgewebe (b)

Tab. 6.4 Beständigkeit von Filtermedien gegenüber Chemikalien, die in der am Verzinkungskessel

abgesaugten Abluft enthalten sein können [6.32]

Lfd. Nr. Rohstoffbezeichnung Gasinhaltsstoffe

HCl NH

OH NH

C1 KOH CaCl

NaCl ZnCl

KCl

1Polyester X– X0XX– X

2 Polyethylen X X X X X X X X

3Polypropylen XXX0XXXX

4 Polytetrafluorethylen X X X X X X X X

5 Polyvinylchlorid X X X X X X X X

6Papier X0X0XXXX

Xbeständig

0bedingtbeständig

– nicht beständig

220

die Anpassung an die verfahrensspezifischen Betriebsbedingungen in der Feuer-

verzinkungsindustrie (Nass- und Trockenverzinkungsverfahren) erreicht werden.

In der Feuerverzinkungsindustrie sind, aus Kostengründen, überwiegend aus

Polypropylen (PP) hergestellte Filtermedien im Einsatz. Bei Verzinkungslinien,

deren Oberflächenvorbehandlung (Entfetten, Spülen, Beizen, Spülen, Fluxen und

Trocknen) optimal arbeitet, kann gegebenenfalls auch Polyester (PE) als Filterme-

dium eingesetzt werden. Die Eigenschaften der entstehenden luftverunreinigenden

Stoffe sind bestimmend für das einzusetzende Filtermedium. Dabei ist zu

berücksichtigen, ob hygroskopische, öl- oder fetthaltige Stäube entstehen können.

6.2.1.3.5 Bemessungsgrundlagen

Rückhaltesysteme in der Oberflächenvorbehandlung

Für die Auslegung von Rückhaltesystemen ist primär der abzusaugende Volumen-

strom maßgebend. Falls erforderlich, sind Volumenströ me bis zu 6000 m

–1

je m

Behälteroberfläche abzusaugen [6.20], fürdiedasRückhaltesystem (naßarbeitender

Abscheider) auszulegen ist. Neben dem abzusaugenden Volumenstrom sind das

Flüssigkeits-/Luft-Verhältnis, der Druckverlust des Abscheiders und der aus diesen

Faktoren resultierende Energieaufwand für die Investitions- und Betriebskosten zu

berücksichtigen. Aus Abb. 6.15 können die charakteristischen Kennwerte für

verschiedene nass arbeitende Abscheidertypen entnommen werden [6.34].

Rückhaltesysteme für die beim Verzinken entstehende Abluft

Die Höhe des erforderlichen abzusaugenden Volumenstromes ist vom Ver-

zinkungsverfahren, von der Art der Erfassung der luftverunreinigenden Stoffe,

von der Geometrie des Verzinkungs-gutes und von dessen Flussmittelbeladung

abhängig. Die in der VDI-Richtlinie 2579 [6.22] unter Ziffer 2.2 aufgeführten

Richtwerte für den erforderlichen abzusaugenden Volumenstrom können nur bei

Idealbedingungen gelten.

Die beim Verzinken entstehenden luftverunreinigenden Stoffe bestehen zu rd.

80% aus Partikeln, die aufgrund ihres Kornspektrums den Feinststäuben zuzu-

ordnen sind. Das bedeutet, dass niedrige Filtrationsflächenbelastungen anzustreben

sind, wie aus der Grafik in Abb. 6.16, ersichtlich ist.

Die Filtrationsflächenbelastung wird durch das Verhältnis des abzusaugenden

Volumenstromes und der dafür erforderlichen Filterfläche bestimmt. Fürden

Einsatz in der Feuerverzinkungsindustrie sind Filtrationsflächenbelastungen

anzustreben, die fürSchlauchfilter1,2m

min)

–1

und für Patronenfilter

0,25 m

min)

–1

nicht überschreiten sollten [6.27]. Um eine Schädigung des

Filtermediums zu vermeiden, sollten bis zu 25% höhere Flächenbelastungen

allenfalls nur zeitweise in Kauf genommen werden, da bei länger andauernden,

höheren Flächenbelastungen mit Störungen zu rechnen ist. Die Staubbeladung der

am Verzinkungskessel abgesaugten fremdstoffhaltigen Abluft hängt von der

QualitätderOberflächenvorbereitung, von der Art des Verzinkungsverfahrens

sowie von der Flussmittelzusammensetzung und dem Flussmittelverbrauch ab und

schwankt in der Regel zwischen 100 und 500 m

–3

) [6.27].

Aufgrund der niedrigen (< 1 g m

–3

) Staubkonzentration in der ungereinigten

Abluft (Rohgas) von Feuerverzinkungsanlagen und unter Berücksichtigung der für

6.2 Maßnahmen zur Luftreinhaltung

221

6 Umweltschutz und Arbeitssicherheit in Feuerverzinkungsbetrieben

Abb. 6.15 Ausführungsbeispiele und Kennwerte von Nassabscheidern [6.34

Abb. 6.16 Zusammenhang zwischen Filtrationsflächenbelastung b

in m

–1

und der Staubart

222

Feinststäube anzusetzenden niedrigen Fitrationsflächenbelastungen ergeben sich

geringeStaubbelastungeningjem

Filtrationsfläche.

Somit ist für den Aufbau der erforderlichen Primärschicht durch den abzu-

scheidenden Staub (Filterkuchen oder Filterhilfsschicht genannt) eine entsprechend

lange Zeitspanne, in der nicht abgereinigt werden soll, erforderlich. Die Abreini-

gungsintervalle und die Intensität der Regeneration sind dem geringen Staubanfall

anzupassen [6.35, 6.36].

Um sicherzustellen, dass das installierte Rückhaltesystem voll funktionsfähig und

ständig verfügbar ist, ist ein streng einzuhaltender Wartungsplan zu erstellen [6.35],

insbesondere ist darauf zu achten, dass vor größeren Reparaturen, die mit einem

längeren Stillstand des Rückhaltesystems verbunden sind, eine gründliche

Reinigung vorgenommen wird.

6.2.1.4 Saugzuggebläse

Die Absaugung der über die Erfassungssysteme, z. B. Einhausungen, erfassten

luftfremden Stoffe, die Zuführung zum Rückhaltesystem und die Ableitung der

Restemissionen über Schornsteine erfolgen durch Saugzuggebläse (Ventilatoren).

Aufgrund der in Stückverzinkereien, unterschiedlichen Betriebsbedingungen

(Vollast, Teillast, Abreinigungsphase, Verzinkungspause, Stillstand u. Ä.) ist es

sinnvoll,dieAntriebederfürdieRückhaltesysteme erforderlichen Saugzuggebläse

(Ventilatoren) mit Steuereinrichtungen auszurüsten, die eine stufenlose Anpassung

an die jeweiligen Betriebsbedingungen zulassen. Zur Anpassung an die unter-

schiedlichen Betriebsbedingungen unterscheidet man drei wichtige Regelungs-

arten, so z. B.

Regulierung durch Drosselklappe,

Regulierung durch Drallregler,

Regulierung durch Drehzahlregelung,

mit denen der abzusaugende Volumenstrom verändert werden kann.

Die Drossel- oder Drallregelung ist unwirtschaftlich, da in beiden Fällen Energie

vernichtet wird. Durch die Drehzahlregelung mittels statischen Frequenzumfor-

mers können Ventilatoren mit Drehstrommotoren verlustarm in der Drehzahl

gesteuert werden.

Bei konstant bleibendem Motordrehmoment lässt sich durch ein proportionales

Verstellen von Motorspannung und Motorfrequenz die Motordrehzahl und damit

die Ventilatordrehzahl stufenlos verstellen. Einen Vergleich der erwähnten

Regelungsarten zeigt Abb. 6.17; es wird der Leistungsbedarf p/p

in Abhängigkeit

zum Volumenstrom V

für die Drosselregelung (7), die Drallregelung (2), die

Drehzahlregelung (3)undfür einen polumschaltbaren Antrieb (4)grafisch

dargestellt [6.37]. Beim Einsatz eines Frequenzumformers muss die Motorleistung

um mindestens 10% über der maximalen Wellenleistung liegen. Bei den

Frequenzumformern wird nach Spannungsumrichter (U-Umrichter) und Strom-

umrichter (I-Umrichter) unterschieden. Die Arbeitsweise eines Frequenzumfor-

mers, wie er in der Feuerverzinkungsindustrie zum Einsatz kommen kann, zeigt das

Schema in Abb. 6.18 [6.38, 6.39]. Dabei wird ein Drehstrombrückengleichrichter an

6.2 Maßnahmen zur Luftreinhaltung

223

das Versorgungsnetz mit den Phasen R, S und T angeschlossen. Der Gleichrichter

formt die Wechselspannung in eine Gleichspannung um. Die erzeugte Gleich-

spannung wird über einen Messkreis einem Wechselrichter zugeführt, der diese

wieder in eine dreiphasige Wechselspannung mit variabler Frequenz umformt. Die

wesentlichen Vorteile beim Einsatz von Frequenzumformern fürdenAntriebvon

Ventilatoren sind:

Energieeinsparung bei unterschiedlichen Betriebspunkten,

Betreiben des Motors über die Nenndrehzahl,

Geräuschentwicklung in den Teillastbereichen deutlich

geringer,

6 Umweltschutz und Arbeitssicherheit in Feuerverzinkungsbetrieben

Abb. 6.17 Leistungsbedarf verschiedener Regelverfahren [6.37]

= Leistungsbedarf bei V

= 100%

P = Leistungsbedarf bei V

= < 100%

Abb. 6.18 Arbeitsweise eines Frequenzumformers

224

Belastung von Lagern und Kupplungen/Riemenantrieb

geringer, längere Lebensdauer, wartungsarm,

Belastung des Motors maximal mit dem Nennstrom,

Einsparungen bei der elektrischen Installation.

6.2.1.5 Ableitung der Emissionen

Die gereinigten Gase sind in der Regel über Schornsteine abzuleiten. Zur

Bestimmung der Mindestschornsteinhöhe bei idealisierten Ausbreitungsverhältnis-

sen dient gemäß TA Luft [6.6] das Nomogramm (Abb. 6.19).

Aufgrund der zulässigen niedrigen Massenkonzentrationen (< 5 mg Staub/m

und < 10 mg HCl/m

) und den daraus resultierenden geringen Massenströmen, die

aus Feuerverzinkereien emittiert werden, würde – nach Abb. 6.19 – eine

Schornsteinmindesthöhe PT von 10 m ausreichend sein.

Die Hallenhöhe der Verzinkerei deren Dachform und -neigung erfordern jedoch

meist eine Korrektur der Schornsteinhöhe (siehe TA Luft, 5.5.3 Nomogramm zur

Bestimmung der Schornsteinhöhe, Abs. 2 [6.6]), dabei wird die aus dem Nomo-

gramm (Abb. 6.19 bestimmte Schornsteinhöhe H

um den Zusatzbetrag J erhöht.

Der Wert J [in m] ist aus dem Diagramm in Abb. 6.20 zu ermitteln (siehe TA Luft,

Ziffer 2.4 [6.6]).

6.3

Messverfahren

6.3.1

Emissionsmessungen

In der VDI-Richtlinie 2579 – Emissionsminderung Feuerverzinkungsanlagen [6.22]

– sind u.a. die Bedingungen und die Durchführung von Emissionsmessungen

erläutert.

6.3.2

Arbeitsbereichsmessungen

FürdieMessungenamArbeitsplatz,zurÜberprüfung der MAK-Werte, gelten die

Technischen Regeln für Gefahrstoffe [6.13], in denen die Anwendungsbereiche und

die Durchführung der messtechnischen Arbeitsbereichsüberwachung erläutert

sind.

6.3.3

Trendmessungen

Zur punktuellen Kontrolle fürTrendmessungenkönnen – fürgasförmige Stoffe –

Gasprüfröhrchen verwendet werden. Damit kann die quantitative Abschätzung von

Schwellenwerten, bezogen auf die Bestimmungen der MAK- und MEK-Werte

6.3 Messverfahren

225

6 Umweltschutz und Arbeitssicherheit in Feuerverzinkungsbetrieben

Abb. 6.19 Nomogramm zur Ermittlung der Schornsteinhöhe [6.2]

226

erfolgen. Die partikelförmigen Stoffkonzentrationen können jedoch nur nach den in

der VDI 2579 [6.22] festgelegten Messvorschriften vorgenommen werden. Verein-

fachte Trendmessungen sind hierbei nicht möglich.

6.4

Abfälle und Reststoffe

6.4.1

Allgemeines

Feuerverzinkereien sind nach dem Bundes-Immissionsschutz-Gesetz (BImSchG)

genehmigungsbedürftige Anlagen. Sie unterliegen somit dem Gebot zur Ver-

meidung und Verwertung nach § 5 Abs. 1 Nr. 3 BImSchG. Daneben sind die

Bestimmungen der TA Luft einzuhalten, die an die Emissionen von Feuerver-

zinkereien spezifische Anforderungen stellt. Einen besonderen Stellenwert nimmt

dabei die Vermeidung und Verwertung von Abfällen ein. In den folgenden

Abschnitten werden die Abfall-/Reststoffarten sowie die luftseitigen Emissionen, die

bei den verschiedenen Arbeitsschritten der Feuerverzinkung anfallen, bezüglich

ihrer Inhaltsstoffe und ihrer Entstehung beschrieben. Für die Abfallarten sind die

Abfallschlüsselnummern nach der Abfallverzeichnisverordnung angegeben (s. Tab.

6.5).

Bei den als gefährlich eingestuften Abfälle muss das Entsorgungsnachweisver-

fahren im Sinne der Nachweisverordnung [6.5] durchgeführt werden. Hierbei ist die

Zusammenarbeit mit einem Entsorgungsfachbetrieb ratsam, da hier Verein-

6.4 Abfälle und Reststoffe

Abb. 6.20 Diagramm zur Ermittlung des Wertes J [6.2]

* Die im Abschnitt 6.4 enthaltenen Informatio-

nen entstammen überwiegend der Untersu-

chung: Sordo, M., und Toussaint, D.: Ver-

meidung von Abfällen durch abfallarme Pro-

duktionsverfahren – Feuerverzinkereien –,

Ministerium fürUmweltBaden-Württemberg,

Januar 1993

227

fachungen beim Entsorgungsnachweisverfahren möglich sind. Eine Ausnahme von

dem Entsorgungsnachweisverfahren sind freiwillige Rücknahmen z. B. von

Altsäuren durch die Hersteller (siehe § 25 Kreislaufwirtschafts- und Abfallgesetz

[6.4]).

In der Regel fallen in Feuerverzinkereien (Stückverzinkung) keine produktions-

spezifischen Abwässer an. Bei der Einleitung der in Einzelfällen entstehenden

6 Umweltschutz und Arbeitssicherheit in Feuerverzinkungsbetrieben

Tab. 6.5 Feste und flüssige Abfälle/Reststoffe aus Stückverzinkereien

Verfahrensschritt Abfall/Reststoff LAGA-

Abfallschlüssel

Inhaltsstoffe Gefährlicher

Abfall ja/nein

Entfettung verbrauchte Entfet-

tungsbäder sauer oder

alkalisch

110105

)oder

120301

)

Säuren oder Laugen

Tenside

Öle/Fette, frei und emulgiert

separierte Öle und Fette 130502

)

130506

)

freie Öle/Fette

Bestandteile der Entfettungslö-

sung

Beizen Altbeize, sauer 110105

)

Eisenchlorid

Zinkchlorid

freie Salzsäure

Beizinhibitoren

verschleppte Öle/Fette

Legierungsbestandteil des Ver-

zinkungsguts

AOX oder Schwermetalle aus

HCl-Produktion

Flussmittel-

behandlung

verbrauchtes Fluxbad 110504

)

Ammoniumchlorid

Zinkchlorid

Kaliumchlorid

Eisenchlorid

Eisenhydroxidschlamm

aus Fluxbadregenerie-

rung

110110

)

Eisenhydroxid

Flussmittelsalze

nein,

Analysen

beachten

Verzinkung Hartzink, Zinkasche,

Spritzzink

110501

)

Hartzink

110502

Zinkasche

Zink

Eisen

Zinkoxid

Aluminium

nein

Abluftfilter Filterstaub (Flussmittel-

rauch, staubförmig)

110504

)

Ammoniumchlorid

Zinkchlorid

Kaliumchlorid

verschleppte Öle/Fette

Filterschläuche 150202

) Kunststoffgewebefilter mit

Anhaftungen von Filterstaub

1) Beispielhafte Einstufung nach [6.40], die Einstufung können im Einzelfall anders sein.

228

produktionsbedingten Abwässer ist Anhang 40 der Abwasserverordnung [6.41] zu

§ 7a des Wasserhaushaltsgesetzes (WHG) [6.2] zu beachten. Bei der Nassreinigung

im Bereich der Beizbäder anfallende Spülwässer sammeln sich in den Säuretassen

der Beizbecken. Das Umfeld des Verzinkungskessels wird nicht nass gereinigt. Eine

Verbindung zwischen Säuretassen und Kanalisation besteht nicht. Die Reinigungs-

wässer werden häufig zusammen mit den Altbeizen entsorgt. Da die Reinigungs-

wässer Verunreinigungen enthalten können, die eine Verwertung der Altbeizen

erschweren (z. B. Schmutzpartikeln, Ammonium), kann eine separate Beseitigung

durch Entsorgungsfirmen erforderlich sein.

6.4.2

Ölhaltige Abfälle/Reststoffe aus der Entfettung

6.4.2.1 Öl- und fetthaltige Entfettungsbäder

Die Entfettungswirkung von Entfettungsbädern erschöpft sich im Laufe der Zeit

durch Alterungsprozesse und den Eintrag von Fremdstoffen. Die Standzeit der

Entfettungsbäder und die Menge der anfallenden verbrauchten Entfettungsab-

wässer sind von Verzinkerei zu Verzinkerei unterschiedlich, da sie vom Durchsatz

und vom Verschmutzungsgrad des Verzinkungsgutes, von der Menge der

emulgierten Fette, Öle, und dem Eintrag anderer Verunreinigungen abhängen.

In der Regel werden Standzeiten zwischen 1 und 2 Jahren erreicht.

Verbrauchte saure Entfettungsbäder enthalten verdünnte Salz- und/oder Phos-

phorsäure, Emulgatoren, Korrosionsschutzinhibitoren sowie freie und emulgierte

Öle und Fette. Erschöpfte alkalische Entfettungsbäder beinhalten Natriumhydroxid,

Carbonate, Phosphate, Silicate und Tenside sowie freie und emulgierte Öle und

Fette. Verbrauchte Entfettungsbäder sind nach [6.40] als gefährliche Abfälle

eingestuft und werden in der Regel über eine chemisch-physikalische Behandlungs-

anlage eines Entsorgungsfachbetriebes entsorgt, sofern eine Verwertung nicht

möglich ist. Die Entsorgung verbrauchter Entfettungsbäder erfolgt durch eine

Aufspaltung der Emulsionen und eine Überführung in eine ölreiche und eine

ölarme Phase. Anschließend erfolgt in der Regel eine weitergehende Behandlung

der wässrigen, ölarmen Phase des Entfettungsbades. Die ölreiche Phase muss nach

den abfallrechtlichen Bestimmungen gesondert entsorgt werden (Altöl-Verord-

nung).

6.4.2.2 Öl- und fetthaltige Schlämme und Konzentrate

Wie bereits erwähnt, kann die Standzeit der Entfettungsbäder durch unterschied-

liche Maßnahmen zur Badpflege verlängert werden, indem nicht emulgierte Öle

und Fette regelmäßig aus dem Entfettungsbad entfernt werden. In den meisten

Betrieben schwimmen die nicht emulgierten Öle und Fette auf der Badoberfläche

auf und werden mit Skimmern mechanisch entfernt. Der abgezogene Schlamm

setzt sich aus den Ölen und Fetten, die mit den Werkstücken eingetragen werden,

Entfettungslösung und sonstigen Verunreinigungen (Zunder, Rost, Staub) zusam-

men. Sofern eine Verwertung nicht möglich ist, handelt es sich bei diesen

Schlämmen oder Ölkonzentraten nach [6.40] um gefährliche Abfälle. Die Ent-

sorgung hat nach den abfallrechtlichen Bestimmungen getrennt von anderen

6.4 Abfälle und Reststoffe

229