Ultraschall trennt Öl vom Wasser

Ölhaltige Rückstände, Öl-Wassergemische oder gebrauchte organische Lösemittel, die in Produktionsbetrieben anfallen, werden meist in Sammelbehälter gegeben, bevor sie zur Entsorgung oder Wiederverwertung weitergeleitet werden. Allein in Nordrhein-Westfalen fallen jährlich etwa 500 000 t solcher flüssiger Abfälle an.
Meist schichten sich die Gemische dieser Abfälle in mehreren Phasen. Über einem Sediment oder Schlamm bilden sich eine wässrige und eine oder mehrere organische Phasen aus. „Um den Inhalt solcher Abfallbehälter optimal zu verwerten, ist vorab eine Trennung der Phasen beim Entleeren oder durch vorsichtiges Absaugen einer Schicht notwendig“, betont Frank Markert vom Institut für Entsorgung und Umwelttechnik in Iserlohn (IFEU). So kann deutlich Energie eingespart werden, wenn etwa vor der Destillation zur Rückgewinnung organischer Lösungsmittel oder aber vor der Rückgewinnung energiereicher Mineralöle das absetzbare Wasser abgetrennt wird.
Doch um die einzelnen Phasen gezielt trennen zu können, ist es notwendig, ihre jeweiligen Füllstandshöhen möglichst genau zu erkennen. Aus den geometrischen Abmessungen des jeweiligen Behälters kann dann auf das Volumen der einzelnen Phasen zurückgeschlossen werden. Bisher praktizierte Verfahren mit Hilfe von Stechhebern erlauben nur eine unzureichende Abschätzung.
Ein genaueres Messsystem hat jetzt das IFEU mit Unterstützung der Deutschen Bundesstiftung Umwelt entwickelt. Wesentliches Element des neuartigen „Phasendetektors“ ist ein Ultraschallsensor. Das Messgerät nutzt das Prinzip, dass die Geschwindigkeit, mit der Ultraschall eine Flüssigkeit durchdringt, von deren Dichte abhängt und damit ein Kennzeichen für den jeweiligen Stoff ist. „Die Phasen Öl, Wasser, organische oder feste Stoffe sind damit deutlich abzugrenzen“, so Markert. Mechanisch verbunden ist dieser Phasensensor mit einer Radarsonde, welche die Eintauchtiefe misst.
Bei der Erprobung im Technikumsmaßstab hat das IFEU die Einheit um eine Einhängevorrichtung ergänzt und mit Hilfe eines Deckenlaufkrans mit einer Geschwindigkeit von 2 cm/s in einem mit Flüssigabfall gefüllten Tank abgesenkt. Gleichzeitig wurde die Ultraschallgeschwindigkeit mit Hilfe des Sensors in Abständen von einer Sekunde aufgezeichnet. So ließen sich die Dichten und damit Grenzen der Phasen auf 2 cm genau bestimmen – „ein für die Praxis sehr gutes Ergebnis“, ist Markert überzeugt. Das System habe sich auch bei Gemischen bewährt, wo die Schallgeschwindigkeit der Bestandteile, wie bei Ölen und Emulsionen, nur geringe Unterschiede zeigt.
Die derzeitige Konstruktion sieht eine maximale Eintauchtiefe von 1,5 m vor und ist damit für Behältnisse bis 1000 l flüssigem Abfall geeignet. Allerdings ist der Phasendetektor bislang nur für den stationären Bereich verfügbar. Die Entwicklung sieht vor, den Messvorgang weitgehend zu automatisieren und über einen steuerbaren Antriebsmotor die Messeinheit mit variabel einstellbarer Drehzahl abzusenken. Dies soll es erlauben die Geschwindigkeit beim Eintauchen der Sonde besser an die Zähigkeit des Abfalls anzupassen und die Sonde nach der Messung schneller herauszufahren und damit den Ablauf zu beschleunigen.
Ein wesentliches Ziel jedoch ist der mobile Einsatz. Schwierigkeiten bereitet hierbei die Radarsonde, die derzeit noch zu schwer und unhandlich ist. Der jetzt vom IFEU entwickelte Prototyp ist nicht geeignet für kleine Behälteröffnungen, wie sie der mobile Einsatz verlangt. Ein Ausweg könnte es sein, die Eintauchtiefe des Ultraschallsensors manuell-optisch zu erfassen.
Für Detektoren dieser Art sieht das IFEU vielfältige Anwendungen. So könnten die Betriebe selbst in ihren Sammelbehältern das Wasser detektieren und ablassen und mit den damit erzielten geringeren Abfallmengen erhebliche Entsorgungskosten sparen.
Phasendetektoren könnten aber auch zur Überprüfung von Ölabscheidern, der Qualitätsüberwachung in Tanklagern oder auch der Prozesssteuerung in chemischen Betrieben Einsatz finden. URSULA SCHIELE-TRAUTH