Waterhergebruik in de automobielindustrie

Transcriptie

1 Volvo Cars Gent Waterhergebruik in de automobielindustrie Omgekeerde osmose in het fosfatatieproces Overzicht resultaten pilootproeven Volvo Cars Gent - Editie 2 - No part of this publication may be reproduced or distributed in any form or by any means without the written permission of the publisher. Michel Schauwvliege (project coördinator Volvo) Jan Gruwez, Filip Mergan (consultants Trevi) Editie 2 - M. Schauwvliege & J. Gruwez - Pagina 1 - Datum: 07/12/00

2 Toekomstige samenstelling fosfatatie Nieuwe producten voor aluminiumbehandeling toevoegen van 200 mg/l vrije fluoride toevoegen van 10 g/body natrium Oorspronkelijk voorstel doseren van Bonder F (NH 4 F en NH 4 HF 2 ) om het fluorgehalte te bereiken (31 kg/dag ammonium-stikstof te verwijderen) doseren van Bonder N (NaNO 3 ) om het natriumgehalte op peil te houden (7 kg/dag nitraat-stikstof te verwijderen) Huidig voorstel toevoegen van Bonder 26/2 F (NaF( NaF,, NaHF 2 en KHF 2 ) om gewenste fluoride- en natriumconcentratie te bereiken (zonder toevoegen van ammonium- en nitraat-stikstof) Editie 2 - M. Schauwvliege & J. Gruwez - Pagina 2 - Datum: 07/12/00

3 Vergelijking Bonder F & Bonder 26/2 F OORSPRONKELIJK VOORSTEL (F - en Na + afzonderlijk toevoegen) HUIDIG VOORSTEL Componenten Fluor Natrium Fluor & Natrium Produktnaam Bonder F Bonder N Bonder 26/2 F Samenstelling NH 4 F NaNO 3 NaF, NaHF 2 NH 4 HF 2 KHF 2 Dosering voor P ml/body 70 ml/body 2330 ml/body (4.3% oplossing) Afvalwater belasting 31 kg/d NH + 4 -N 7 kg/d NO - 3 -N 8 kg/d F - 8 kg/d F - Kostprijs 23,- BEF/body 10,- BEF/body 12,- BEF/body Produkt besparing 21,- BEF/body of ,- BEF/jaar Editie 2 - M. Schauwvliege & J. Gruwez - Pagina 3 - Datum: 07/12/00

4 Gevolgen introductie van aluminium Meer fluoride naar de afvalwaterzuivering Hogere fluorconcentraties in bad 14, 16 en 18 ten gevolge van dosering vrije fluoride in fosfatatiebad; Toename spui slibindikker bad 14 ten gevolge van hogere slibproductie in fosfatatiebad; Meer afvalwater van reinigingsactiviteiten ten gevolge van hogere reinigingsfrequentie fosfatatiebad en dumptank bad 14. FLUORVRACHT STIJGT VAN 6.9 kg/d NAAR 10.8 kg/d Editie 2 - M. Schauwvliege & J. Gruwez - Pagina 4 - Datum: 07/12/00

5 Huidige situatie afvalwaterbehandeling 100 m³/d 45 mg/l F FYSICO TRAP m³/d à 45 mg/l F 400 m³/d 6 mg/l F FYSICO TRAP 2 DOSERING PAC 500 m³/d à 7 mg/l F (14 mg/l F zonder PAC) LOZINGS- PUNT 2 Editie 2 - M. Schauwvliege & J. Gruwez - Pagina 5 - Datum: 07/12/00

6 Toekomstige situatie zonder RO 100 m³/d 72 mg/l F FYSICO TRAP m³/d à 72 mg/l F 400 m³/d 9 mg/l F FYSICO TRAP 2 DOSERING PAC 500 m³/d à 11 mg/l F (22 mg/l F zonder PAC) LOZINGS- PUNT 2 Lozingsnorm is 10 mg/l F PAC dosering moet worden verhoogd maar efficiëntie zal sterk afnemen! Editie 2 - M. Schauwvliege & J. Gruwez - Pagina 6 - Datum: 07/12/00

7 Rendement dosering PAC Fluor concentratie (mg/l F) ,0 0,5 1,0 1,5 2,0 PAC dosering (ml/l) Editie 2 - M. Schauwvliege & J. Gruwez - Pagina 7 - Datum: 07/12/00

8 Toekomstige situatie met RO 150 m³/d 72 mg/l F FYSICO TRAP 1 DOSERING PAC 150 m³/d à 14 mg/l F 250 m³/d 0 mg/l F FYSICO TRAP m³/d à 5.4 mg/l F (27 mg/l F zonder PAC) LOZINGS- PUNT 2 Hogere betrouwbaarheid Minder PAC vereist dankzij een veel hogere efficiëntie Daling afvalwaterproductie Editie 2 - M. Schauwvliege & J. Gruwez - Pagina 8 - Datum: 07/12/00

9 Principe van kringloopsluiting MEESLEEP demiwater toevoer FOSFATATIE BAD SPOELBAD PERMEAAT INVERSE OSMOSE CONCENTRAAT AFVALWATER AFVALWATER BEHANDELING BEHANDELING Editie 2 - M. Schauwvliege & J. Gruwez - Pagina 9 - Datum: 07/12/00

10 Waarom closed loop fosfatering? Potentiële voordelen Een significante reductie van het waterverbruik; Een daling van de hoeveelheid industrieel afvalwater; Een lager chemicaliënverbruik in het fosfatatiebad; Een reductie van de vracht aan zware metalen (zink, nikkel, mangaan, ), fosfaat, nitraat en fluoride naar de afvalwaterzuivering; Een daling van de exploitatiekosten in de fysico-chemische chemische afvalwaterzuivering; Een reductie van de slibproductie; Verhoogde capaciteit in de diverse afwaterzuiveringsinstallaties voor eventuele toekomstige projecten (bv. toename productie). Editie 2 - M. Schauwvliege & J. Gruwez - Pagina 10 - Datum: 07/12/00

11 Het filtratie spectrum Angström eenheden Suikers Opgeloste zouten Virus Colloïden Bacteriën Pollen Zand Deeltjesfiltratie Microfiltratie Ultrafiltratie Nanofiltratie Omgekeerde osmose (hyperfiltratie) 10 7 Editie 2 - M. Schauwvliege & J. Gruwez - Pagina 11 - Datum: 07/12/00

12 Principe van omgekeerde osmose membraan DRUK Geconcentr. oplossing water water OSMOSE OMGEKEERDE OSMOSE Editie 2 - M. Schauwvliege & J. Gruwez - Pagina 12 - Datum: 07/12/00

13 Waarom omgekeerde osmose? Testresultaten Volvo Zweden Diverse scheidingstechnieken werden getest in verschillende Volvo vestigingen (Volvo Car Corporation in Göteborg en Volvo Construction Equipment in Hallsberg) De beste resultaten werden verkregen met omgekeerde osmose; Het permeaat kan in principe leidingwater in het spoelbad vervangen; Het concentraat kan niet hergebruikt worden zonder bijkomende behandeling; Het membraan met de beste flux was van het FilmTec type (spiraal gewonden membraan). Editie 2 - M. Schauwvliege & J. Gruwez - Pagina 13 - Datum: 07/12/00

14 Technische gegevens RO membraan Membraan karakteristieken Leverancier : FilmTec Corporation (Dow Chemical Company) Type : spiraal gewonden dunne-film polyamide Limieten Maximum werkdruk : 69 bar Maximum werktemperatuur : 45 C Vrij chloor tolerantie : < 0.1 mg/l ph-range tijdens werking : ph 2-11 ph-range tijdens chemische reiniging (30 min.) : ph Editie 2 - M. Schauwvliege & J. Gruwez - Pagina 14 - Datum: 07/12/00

15 Spiraalgewonden RO membraan Concentraat spacer Permeaat Water flow Permeaat spacer Membranen Editie 2 - M. Schauwvliege & J. Gruwez - Pagina 15 - Datum: 07/12/00

16 Foto FilmTec RO elementen Foto Eurowater Editie 2 - M. Schauwvliege & J. Gruwez - Pagina 16 - Datum: 07/12/00

17 Voorstelling pilootopstelling (ééntraps) demiwater toevoer niveaumeting roerder OVERFLOW Temp. roerder ph NaOH FOSFATATIE BAD SPOEL BAD VERWARMING Technische informatie : membraan opp. : 7.7 m² m druk : 20 bar meesleep : 5.4 l/h permeaat flow : 300 l/h concentraat flow : 100 l/h recovery : 75% PERMEAAT INVERSE OSMOSE CONCENTRAAT AFVALWATER BEHANDELING ZAND and MICRO- FILTERS Editie 2 - M. Schauwvliege & J. Gruwez - Pagina 17 - Datum: 07/12/00

18 Recovery (symbool S) Definitie De recovery is de verhouding tussen de hoeveelheid permeaat en het toevoerdebiet (som van permeaat en concentraat). Formule Q p S = x 100 % Q f Recovery tijdens de testen ingesteld op een gemiddelde recovery van 75% (80% bij start, 70% bij einde) Editie 2 - M. Schauwvliege & J. Gruwez - Pagina 18 - Datum: 07/12/00

19 Rejection (symbool R) Definitie De reductie van de verschillende componenten werd berekend door de gemeten concentraties in het permeaat te vergelijken met de gemeten concentraties in de voedingsstroom. Formule C p R = 1 - x 100% C f Theoretische waarden NaF 98% NaNO 3 93% NiSO 4 99% SiO 2 98% Editie 2 - M. Schauwvliege & J. Gruwez - Pagina 19 - Datum: 07/12/00

20 Flux (symbool J) Definitie De flux is de hoeveelheid water dat door het membraan stroomt, meestal uitgedrukt in volume per eenheid van tijd en oppervlak, bijvoorbeeld liter per uur per m². Formule J = Q p A Theoretische waarden Nominaal actief opp. van FilmTec BW 30 LE-440 membraan : 41 m² m Max. debiet : 44 m³/dm Flux : 45 l/m².u Editie 2 - M. Schauwvliege & J. Gruwez - Pagina 20 - Datum: 07/12/00

21 Invloed van de ph op het proces Fluor rejection versus membrane fouling (%) fluor rejection membrane fouling ph-waarde Fluor rejection en membrane fouling zijn zeer sterk ph afhankelijk! Editie 2 - M. Schauwvliege & J. Gruwez - Pagina 21 - Datum: 07/12/00

22 Resultaten pilootproeven (ééntraps) Parameters Unit Fosfatatie bad Debiet l/h 5.4 ph Cond. µs/cm Zink mg Zn/l 1490 Nikkel mg Ni/l 640 Mangaan mg Mn/l 705 Fosfaat mg P/l 5920 Nitraat mg N/l 1510 Nitriet mg N/l 4.0 Ammonium mg N/l 218 Fluoride mg F/l 1784 Natrium mg Na/l 4750 Dompelfosfatatie zone Spoel bad * Omgekeerde osmose Permeaat Concentraat Rejection < 0.2 < 0.1 < < 0.23 < % > 99 % > 99 % > 98 % > 99 % > 99 % > 65 % 94 % 81 % 99 % * Neutralisatie met NaOH tot ph 4 Editie 2 - M. Schauwvliege & J. Gruwez - Pagina 22 - Datum: 07/12/00

23 Evolutie van de flux ééntraps RO Flux (l/m².h) ph 5.5 ph 4.0 Chemische reiniging van het membraan werktijd (min.) Editie 2 - M. Schauwvliege & J. Gruwez - Pagina 23 - Datum: 07/12/00

24 Voorstelling pilootopstelling (tweetraps) RECIRCULATIE VAN PERMEAAT TRAP 2 NAAR SPOELBAD roerder demiwater toevoer MEESLEEP Temp. niveaumeting roerder NaOH FOSFATATIE BAD SPOELBAD VERWARMING ph roerder INVERSE OSMOSE TRAP 2 BUFFER INVERSE OSMOSE TRAP 1 ZAND en MICRO- FILTERS CONCENTRAAT TRAP 2 Editie 2 - M. Schauwvliege & J. Gruwez - Pagina 24 - Datum: 07/12/00 PERMEAAT TRAP 1 AFVALWATER BEHANDELING CONCENTRAAT TRAP 1

25 Technische informatie tweetraps RO TRAP 1 TRAP 2 Membraan type FilmTec TW FilmTec TWLE Werkdruk bar bar ph-regeling Geen neutralisatie Neutralisatie tot ph 5.0 Permeaat flow 300 liter/uur 450 liter/uur Concentraat flow 100 liter/uur 50 liter/uur Recovery 75 % 90 % Editie 2 - M. Schauwvliege & J. Gruwez - Pagina 25 - Datum: 07/12/00

26 Resultaten pilootproeven RO - trap 1 Parameters Eenheid Fosfatatie bad Debiet l/h 5.4 ph Cond. µs/cm Zink mg Zn/l 1580 Nikkel mg Ni/l 628 Mangaan mg Mn/l 660 Fosfaat mg P/l 5680 Nitraat mg N/l 1690 Nitriet mg N/l 1.8 Ammonium mg N/l 250 Fluoride mg F/l 1700 Natrium mg Na/l 4970 Dompelfosfatatie zone Spoelbad Permeaat trap < 0.1 < < Omgekeerde osmose - trap 1 - Concentraat trap Rejection trap % 99 % > 99 % > 97 % > 99 % 80 % > 56 % 98 % 55 % 99 % Editie 2 - M. Schauwvliege & J. Gruwez - Pagina 26 - Datum: 07/12/00

27 Resultaten pilootproeven RO - trap 2 Parameter Eenheid Fosfatatie bad Debiet l/h 5.4 ph Cond. µs/cm Zink mg Zn/l 1580 Nikkel mg Ni/l 628 Mangaan mg Mn/l 660 Fosfaat mg P/l 5680 Nitraat mg N/l 1690 Nitriet mg N/l 1.8 Ammonium mg N/l 250 Fluoride mg F/l 1700 Natrium mg Na/l 4970 Dompelfosfatatie zone Buffer tank * 79 < 0.2 < 0.1 < Premeaat trap < 0.2 < 0.1 < 0.2 < < Omgekeerde osmose - trap 2 - Concentraat trap Rejection trap % % % 73 % * Neutralisatie tot ph 6,0 met NaOH Editie 2 - M. Schauwvliege & J. Gruwez - Pagina 27 - Datum: 07/12/00

28 Resultaten pilootproeven - trap 1 & 2 Parameter Eenheid Fosfatatie bad Debiet l/h 5.4 ph Cond. µs/cm Zink mg Zn/l 1580 Nikkel mg Ni/l 628 Mangaan mg Mn/l 660 Fosfaat mg P/l 5680 Nitraat mg N/l 1690 Nitrite mg N/l 1.8 Ammonium mg N/l 250 Fluoride mg F/l 1700 Natrium mg Na/l 4970 Dompelfosfatatie zone Spoel bad Buffer tank * 79 < 0.2 < 0.1 < Omgekeerde osmose trap 1 & 2 - Permeaat trap < 0.2 < 0.1 < 0.2 < < Rejection trap 1 & % > 99 % > 99 % > 97 % > 99 % 95 % > 95 % > 99 % 86 % 92 % * Neutralisatie tot ph 6,0 met NaOH Editie 2 - M. Schauwvliege & J. Gruwez - Pagina 28 - Datum: 07/12/00

29 Evolutie van de flux tweetraps RO Flux (l/m ².h) ❶ ❶ ❷ Trap 2 Trap Werktijd (min.) Editie 2 - M. Schauwvliege & J. Gruwez - Pagina 29 - Datum: 07/12/00 ❶ ❷ Lagere temperatuur na het weekend Chemische reiniging van de membranen

30 Evolutie geleidbaarheid en fluor Geleidbaarheid (µs/cm) Geleidbaarheid Fluorconcentratie Fluor concentratie (mg F/l) Werktijd (minuten) Editie 2 - M. Schauwvliege & J. Gruwez - Pagina 30 - Datum: 07/12/00

31 Chemische reiniging van membranen Zure reiniging produktnaam : P3-ultrasil 75 (Henkel Ecolab) samenstelling : op basis van salpeterzuur (max. 30% HNO 3 ) dosering : 0.3% (3 ml/l of 4.2 g/l in gedemineraliseerd water) temperatuur tijdens reinigen : procestemperatuur + 5 C5 duur : 30 reinigen met product; 10 spoelen met demiwater. Alkalische reiniging produktnaam: : P3-ultrasil 11 (Henkel Ecolab) samenstelling: op basis van NaOH (max. 30% NaOH) dosering : 0.5% (5 g/l in gedemineraliseerd water) temperatuur tijdens reinigen : procestemperatuur + 5 C5 duur : 30 reinigen met product ; 60 spoelen met demiwater. Editie 2 - M. Schauwvliege & J. Gruwez - Pagina 31 - Datum: 07/12/00

32 Afvalwater van chemische reiniging Parameter Eenheid Zure fractie ph Geleidbaarheid µs/cm 9560 Zink mg Zn/l 2.2 Nikkel mg Ni/l 0.6 Mangaan mg Mn/l 0.5 o-fosfaat mg P/l 345 tot. fosfaat mg P/l 358 Nitraat mg N/l 278 Fluoride mg F/l 38 C.O.D. mg O 2 /l < 15 Omgekeerde osmose trap 1 - Basische fractie < < Omgekeerde osmose trap 2 - Zure fractie < < 15 Basische fractie < < Editie 2 - M. Schauwvliege & J. Gruwez - Pagina 32 - Datum: 07/12/00

33 Beginflux na chemische reiniging Permeaat flow (l/h) Flux na chemische reiniging 350 Trendlijn Normale flux Test N Editie 2 - M. Schauwvliege & J. Gruwez - Pagina 33 - Datum: 07/12/00

34 Inspectie van het membraan door Dow Fysische inspectie (visuele identificatie van eventuele vervuiling) het element bleek nog steeds in goede conditie te zijn; Evaluatie van prestatie (vergelijking met typische eigenschappen) verlies aan flux (130 l/h vs. 348 l/h) doorlaat van zouten (zout rejection 93.2% vs. 98.0%) Element autopsie (opengesneden membraan in lengterichting) membraanoppervlak bleek relatief rein dunne laag vuil die met water kon worden afgespoeld het membraan vertoonde niettemin een bruine kleur EDXRF (Energy Dispersive X-Ray Fluorescence Spectroscopy) hoofdcomponenten van de vervuiling bleken ijzer en fosfor te zijn zink en lood werden teruggevonden in kleinere concentraties gereinigd membraan vertoonde nog een behoorlijke hoeveelheid ijzer EDXRF Editie 2 - M. Schauwvliege & J. Gruwez - Pagina 34 - Datum: 07/12/00

35 Voorstel omgekeerde osmose installatie 3375 l/h 500 l/h MEESLEEP 1625 l/h demiwater 1625 l/h FOSFATATIEBA D SPOEL BAD H 3 PO 4 dosering OPSLAG CONCENTRAAT 1125 l/h Afvalwaterbehandeling ph SP 5 NaOH dosering 5000 l/h microfilter ph SP 3 roerder INVERSE OSMOSE TRAP l/h INVERSE OSMOSE TRAP 1 BUFFER 375 l/h 1250 l/h Editie 2 - M. Schauwvliege & J. Gruwez - Pagina 35 - Datum: 07/12/00

36 Foto omgekeerde osmose installatie Foto Eurowater Editie 2 - M. Schauwvliege & J. Gruwez - Pagina 36 - Datum: 07/12/00

37 Balans omgekeerde osmose bad 16 Raming besparingen per jaar waterverbruik ,- BEF afvalwaterproductie ,- BEF PAC dosering voor fluorverwijdering ,- BEF chemicaliën n productie (bad 14) ,- BEF reiniging bad ,- BEF TOTALE BESPARING ,- BEF Raming jaarlijkse exploitatiekosten elektriciteitsverbruik ,- BEF reiniging membranen en chemicaliën ,- BEF vervangen membranen ,- BEF manuren ,- BEF TOTALE EXPLOITATIEKOST ,- BEF Editie 2 - M. Schauwvliege & J. Gruwez - Pagina 37 - Datum: 07/12/00

38 Balans omgekeerde osmose bad 16 Raming van de terugverdientijd bruto besparing ,- BEF exploitatiekosten ,- BEF netto besparing ,- BEF investering ,- BEF TERUGVERDIENTIJD 34 maanden Raming van de reductie aan industrieel afvalwater reductie hoeveelheid industrieel afvalwater kan geraamd worden op m³/jaar m of 0.14 m³/wagen m (-( 16 %) Editie 2 - M. Schauwvliege & J. Gruwez - Pagina 38 - Datum: 07/12/00

39 Evolutie afvalwaterproductie VCG industrieel afvalwater (in m³/wagen) Editie 2 - M. Schauwvliege & J. Gruwez - Pagina 39 - Datum: 07/12/00

40 Toename capaciteit in afvalwater Industrieel afvalwater (m³/jaar) Capaciteit (wagens/jaar) industrieel afvalwater capaciteit Editie 2 - M. Schauwvliege & J. Gruwez - Pagina 40 - Datum: 07/12/00