Abscheidung/Rückgewinnung von Lackoverspray aus Spritzlackieranlagen

Bei der Spritzlackierung erfolgt die Abscheidung von Overspray meist in Lackierkabinen. Gemäß den Vorschriften in der DGUV-R 100-500 (bisher BGR 500), Kapitel 2.29 dürfen Beschäftigte Gasen, Dämpfen oder Nebeln in gesundheitsgefährlichen Konzentrationen nicht ausgesetzt werden. Dies wird durch gerichtete Luftströmungen und definierte Druckverhältnisse mithilfe von Zu- und Abluftanlagen innerhalb der Lackierkabine erreicht. Das Overspray und die Lösemittel werden vom Abluftstrom erfasst und aus der Lackierkabine entfernt. Bevor der Abluftstrom wieder ins Freie geführt wird, müssen die Lackpartikel abgeschieden werden, da der Gesetzgeber eine maximale Feststoffmenge von 3 mg/m³ in der Abluft zulässt.

Zur Abscheidung von Lackpartikeln aus der Abluft ohne Rückgewinnung sind zwei Verfahren üblich:

• Trockenabscheidung mit mechanischen Auffangsystemen,
• Nassabscheidung mit Luftwäschern.

Wenn möglich werden Abscheideverfahren in Verbindung mit einer Lackrückgewinnung eingesetzt. Die Auswahl des geeigneten Verfahrens für den individuellen Lackierprozess erfolgt nach einer sorgfältigen technischen und wirtschaftlichen Planung.

Spritzkabinen mit Trockenabscheidung

Die Trockenabscheidung mit Filtermatten und teilweise zusätzlich mit Prallblechabscheidung ist meist in Karosserie-Reparaturbetrieben und Lackierereien mit geringem Lackverbrauch in Betrieb. Die Vorteile der Trockenabscheidung sind:

• Eignung gleichermaßen für die Verarbeitung von Wasser­lacken und lösemittelhaltigen Lacken,
• besserer Abtransport des Oversprays bei offenen Spritzständen durch eine gleichmäßige, über die Filterwand verteilte Luftströmung,
• kein Einsatz von Chemikalien zur Entklebung und Koagulierung des abgeschiedenen Lacks erforderlich,
• niedrige Betriebskosten bei geringen Lackmengen,
• geringerer technischer Aufwand für einen Umluftbetrieb.

Die Aufnahmekapazität von Filtermatten beträgt je nach Fabrikat ca. 2,5 bis 3,5 kg Lack pro m² Filterfläche. Die Entsorgung des Oversprays erfolgt durch Entlacken der Prallbleche und Austauschen der beaufschlagten Filtermatten.

Es sind auch Trockenabscheidungssysteme aus Karton auf dem Markt, die bis zu 80 kg Lackoverspray je m² Abscheidefläche ohne wesentliche Veränderung des Lufthaushalts aufnehmen können. Da die Funktion vom Lackmaterial und dem Applikationsverfahren abhängig ist, sollte die Eignung vorher untersucht werden. Diese Kartonfilter erfahren derzeit eine rasanten Weiterentwicklung, da es sich herausgestellt hat, dass diese auch ohne Qualitätsanforderungen an Staubfreiheit und gleichmäßiger Luftführung erlauben. Damit ist dann die Umluftführung in der Lackierkabine möglich, was hohe Energieeinsparungen erlaubt. Für eine homogene Sinkluft sind dabei einige zusätzliche Maßnahmen nötig, z. B. ein großer Entspannungsraum zwischen Gitterrostebene und Eingang Kartonfilter und eine Überwachung des Luftdurchsatzes für jede Filtereinheit separat, da ansonsten die Luft stärker mit Overspray belastete Filter umgeht und somit die Luftströmung ungleichmäßig wird.

Simulation der Abscheidung in einem Kartonfilter nach dem Prinzip des Impulsabscheiders (Quelle: Fraunhofer IPA)

Zur Trockenabscheidung sind noch weitere Systeme im Einsatz:

• spezielle Zyklone mit Antihaftbeschichtung für eine einfache Reinigung,
• selbstreinigende Umlauffilter,
• rotierende Bürsten mit Abstreifer.

Die Systeme dienen meist zur Vorabscheidung, häufig müssen Filtermatten nachgeschaltet werden.

Weitere Verfahren ohne Wasser zur Abscheidung von Lackoverspray

Außerdem wurden Trockenabscheidungssysteme entwickelt mittels:

1. elektrostatische Aufladung der Overspraypartikel und Bindung an ein Trennmittel,
2. Einsatz von Steinmehl als trockenes Precoatiermaterial.

Mit beiden Systemen ist ein energieeffizienter Umluftbetrieb möglich, wobei Energie und Wasser bei erheblicher Reduzierung der Staubemission eingespart werden können. Die Systeme sind bereits in Automobil-Lackieranlagen eingebaut.

Spritzkabinen mit Nassauswaschung

Das Overspray wird in Spritzkabinen mit Nassauswaschung durch Luftströmung auf möglichst kurzem Weg zur Auswaschung abgesaugt. Üblicherweise kommen für die Auswaschung Venturi- oder Wirbelwäscher zum Einsatz. Die Lackpartikel werden dort an das Kabinenwasser gebunden und koaguliert. Ein kontinuierlicher Lackschlammaustrag ist Stand der Technik.

Der mit der üblichen Technik ausgetragene Lackschlamm enthält nur 10-20 % an Feststoffen. Zur Reduzierung der Ent­sorgungs­kosten sind Entwässerungseinrichtungen wie Zentrifugen oder Dekanter zu empfehlen. Die Vorteile der Nassabscheidung sind:

• problemlose Verarbeitung von großen Lackmengen,
• keine zeitaufwendige Entlackung von Prallblechen und kein Austausch von Filtermatten erforderlich,
• keine Brandgefahr durch Selbstentzündung bei der Verarbeitung von unterschiedlichen Lacken (z. B. Nitrolacke und 2-K-Lacke).

Nach dem Stand der Technik werden in Nassspritzkabinen zumindest die wasserbeaufschlagten Bauteile aus Edelstahl gefertigt, sodass auch Wasserlacke ohne Korrosionsgefahr verarbeitet werden können.

Verfahren zur Rückgewinnung und Wiederverwendung von Lackoverspray

Die Rückgewinnung und Wiederverwendung von Lackoverspray sind durch die Umweltschutzbestimmungen zur Abfallvermeidung und die teilweise bedeutenden Kosteneinsparpotenziale ein beachtenswerter Faktor für den Betrieb von Spritzlackieranlagen. Verfahren zur Lackoverspray-Rückgewinnung werden u. a. bei der Holz- und Metallteilelackierung eingesetzt. Je nach Rückgewinnungsverfahren und Anlagenkonzept zeigen Praxisergebnisse, dass ca. 60-97 % des Oversprays zurückgewonnen werden können. Das rückgewonnene Overspray sollte idealerweise erneut direkt der Lackversorgung zugeführt werden. FuE-Arbeiten zur Online-Bestimmung der Konzentration einzelner Lackkomponenten eröffnen hier zukunftweisende Recyclingkonzepte. Einkomponenten-Wasserlacke bieten im Allgemeinen günstige Voraussetzungen zur direkten Rückgewinnung von Overspray bzw. sind bei einigen Verfahren funktionsbedingte Voraussetzung. So war mit dem ersten Praxiseinsatz der Ultrafiltrationstechnik zur Wasserlack-Aufkonzentration aus dem Auswaschwasser zu Beginn der 90er-Jahre der Weg frei für den Einsatz des Direktrecyclings von Wasserlack-Overspray.

Daneben wurden Verfahren entwickelt, mit denen Lackkoagulate aus Spritzkabinen-Nassauswaschungen bei genau abgestimmten prozesstechnischen Randbedingungen so erzeugt werden, dass sie nach Entwässerung und Rücklösung annähernd die Eigenschaften des Originallacks besitzen. Dieser Recyclinglack kann nach Prüfung und Qualitätsfreigabe anteilmäßig mit dem Frischlack verschnitten werden.

Somit entstanden unterschiedliche Systeme zur Rückgewinnung und zum Wiedereinsatz von Lackoverspray (siehe Abb.). Die wirtschaftliche Anwendbarkeit dieser Rückgewinnungsverfahren wird durch grundsätzliche Voraussetzungen bestimmt:

• Recycelfähigkeit des Lackmaterials, z.B. bezüglich Trocknungsverhalten, mechanische Beanspruchbarkeit (Scherung) und Stabilität als Voraussetzung zur Qualitätserfüllung,
• Verwertungsmöglichkeit der rückgewonnenen Materialien, z.B. als separat einsetzbares Lackmaterial, als Zugabe zum Frischlack oder als wieder verwendbare Rohstoffe,
• Sauberkeit und Sortenreinheit des anfallenden Oversprays,
• für eine funktionierende Rückgewinnung ausreichende Overspraymenge,
• Kombinierbarkeit von Rückgewinnungsverfahren mit vorhandener bzw. geplanter Lackieranlagentechnik, ohne Störung des Spritzprozesses und der Kabinenluftströmung.

Praxisrelevante Systeme zum innerbetrieblichen Wiedereinsatz von rückgewonnenem Lackoverspray (Quelle: Fraunhofer IPA)

Simulationen zur Optimierung

Spritzkabinen haben eine hohen Energiebedarf, vor allem zur Aufbereitung der Kabinenluft (z. B. Beheizen). Da alle Energieeinsparpotenziale  genutzt werden sollten, sind Lackieranlagen, die mit der Abluft große Menge an Wärme ungenutzt in die Umwelt lassen, nicht mehr Stand der Technik. Moderne Lackieranlagen sollten deshalb im Umluftbetrieb gefahren werden mit einem Umluftanteil zwischen 70 und 90 %. Da sind dadurch auch der Anteil der organischen Lösemittel, was eine thermische Aufbereitung vereinfachen kann. Dazu werden geeignete Abscheidesysteme benötigt, die die Luft mit einer ausreichenden Qualität für die weitere Verwendung als Zuluft aufbereiten. Zu beachten ist dabei:

• die Menge an Lackpartikel
• die Luftfeuchte
• Explosionsschutzgrenzen
• Entfernung aggressiver Medien

Auch wenn es Branchen gibt, die dies mit einer Nassauswaschung realisieren, ist es oft – z. B. in der Karosserielackierung – sinnvoller, eine trockene Abscheidetechnologie zu verwenden, auch wenn es zahlreiche Umluftsysteme mit Venturi-Auswaschung gibt. Derzeit sind dazu verschiedene Konzepte vorhanden:

• Elektrostatische Abscheidung
• Impulsabscheider
• Bindung des Oversprays in pulverförmigen Medien
• Bürstensysteme
• Poröse Medien

Elektrostatische Abscheidung

Bei dieser Methode wird der Overspray mittels einer Hochspannungselektrode aufgeladen, und über elektrische Felder auf einen Flüssigkeitsfilm oder ein Papier abgelenkt. In dem Trennmittel wird in einem Teilstrom der Lackoverspray wieder entfernt.

Impulsabscheider

In einem Impulsabscheider wird die Luft in vielen Umlenkungen durch eine komplexe Geometrie gelenkt. Dadurch bleiben zunächst die großen, später auch die kleineren Tropfen an den Wänden hängen. Die häufig aus Karton bestehenden Filter werden dann im beladenen Zustand entsorgt. Zu beachten ist, dass auch bei Teilbeladung der Kartons eine homogene Luftströmung erhalten bleibt.

Impulsabscheider

Simulation eines Impulsabscheiders

Bindung des Oversprays in pulverförmigen Medien

Der Overspray enthaltende Luftstrom wird durch aufgewirbeltes pulverförmiges Medium (z. B. Kalksteinmehl) gelenkt und anschließend über ein sehr dichtes Filtermaterial. Das mit Lack angereicherte Pulver wird dann entsorgt. Das Steinmehl muss dann je nach Gesetzeslage und Lackmaterial als Sondermüll oder Hausmüll behandelt werden, oder es kann in der Zementindustrie weiterverarbeitet werden. Unter Umständen ist auch ein Recycling denkbar.

Bürstensysteme

In den Abluftstrom werden rotierende Bürsten so angebracht, dass der Overspray an den Bürsten hängen bleibt, von denen er dann wieder abgestreift werden kann.

Poröse Medien

Die Luft wird durch verschiedene Formen von Filtertypen die in der Regel aus Geweben bestehen gelenkt. Die Maschenweite kann der gewünschten Partikelgröße angepasst werden. Die Filter können entsorgt oder gereinigt werden.

Die Auswahl des besten Filters wird durch die angestrebte Luftqualität, der anfallenden Overspraymenge, dem Energieeinsatz vor allem der Gebläse in Abhängigkeit des Differenzdrucks, den Entsorgungsmöglichkeiten abhängig von nationalen Vorschriften und der Beherrschbarkeit der unterschiedlich komplexen Technologien bestimmt. Zur Technologieauswahl und auch zur Optimierung der Konzepte bieten sich Wirtschaftlichkeitsrechnungen, Ökobilanzierungen und numerische Simulationen [1] zur Bestimmung der Luftqualität und der Lösemittelverteilung an.

Lösemittelkonzentration in einer Nassauswaschung (Quelle: Fraunhofer IPA)

Dr. Oliver Tiedje

Tel.: 0711 970 1773