Aufbereitung oxidationsmittelhaltiger Abwasserströme zur Rückgewinnung nutzbarer Chemikalien

Die vorliegende Arbeit untersucht ein Verdunstungsverfahren zur Rückgewinnung und Wiederverwendung von Schwefelsäure aus verdünnten Prozesslösungen der Leiterplattenproduktion. Ziel ist die Entwicklung eines stabilen und wirtschaftlichen Recyclingprozesses, der einen Beitrag zur innerbetrieblichen Kreislaufwirtschaft leistet. Im Fokus stehen zwei Medien: H2SO4 Reuse als stark verdünnte Schwefelsäurelösung sowie Stripperlösung, ein Gemisch aus Wasser, Schwefelsäure und Wasserstoffperoxid, jeweils mit typischen Schwermetallverunreinigungen. Nach einer Beschreibung der Leiterplattenherstellung und des chemischen Hintergrunds von Schwefelsäure und Wasserstoffperoxid wird der Stand der Technik für Schwefelsäurerecycling beschrieben und mit dem hier untersuchten Verdunstungsverfahren verglichen. Im experimentellen Teil werden Verdunstungsversuche mit variierenden Betriebsparametern durchgeführt. Die Verdunstungsraten werden anhand der Kondensatmenge, der Konzentrationsänderung und idealen thermodynamischen Modellen bestimmt. Die Ergebnisse zeigen, dass das Verdunstungsverfahren die Schwefelsäure in beiden Medien erfolgreich aufkonzentrieren kann und die berechneten Verdunstungsraten bei geeigneter Betriebsführung gut mit den Messwerten übereinstimmen. Abweichungen zu idealisierten Modellen werden auf Messschwierigkeiten des gesättigten Luftvolumenstroms und reale Wärme- und Stoffübergangsbedingungen zurückgeführt. Die Bewertung der Rückführungsqualität zeigt, dass die aufkonzentrierte H2SO4 Reuse für den Einsatz in der betrieblichen Abwasserreinigungsanlage gut geeignet ist, während für eine Rückführung in die Leiterplattenproduktion zusätzliche Reinigungsschritte erforderlich sind. Für die Stripperlösung scheint insbesondere eine dezentrale Aufbereitung an ausgewählten Maschinen vielversprechend. Die wirtschaftliche Analyse belegt, dass die Aufbereitung von H2SO4 Reuse mit rein elektrischer Energieversorgung nur begrenzt wirtschaftlich ist. Durch die Nutzung des bestehenden gasbefeuerten Wärmenetzes mit Wärmepumpe und einem dadurch niedrigeren spezifischen Wärmepreis wird das Verfahren jedoch deutlich wirtschaftlicher und ermöglicht relevante Einsparungen beim Einsatz von Frischchemie. Insgesamt zeigt die Arbeit, dass das Verdunstungsverfahren unter geeigneten technischen und energetischen Randbedingungen ein sinnvolles Element eines ganzheitlichen Schwefelsäure-Recyclingkonzepts in der Leiterplattenindustrie darstellen kann.