De Blauwe Cirkel: hergebruik van water en valorisatie van zoutstromen in de industrie Aquarama 22/10/2015 Peter Cauwenberg (VITO), Marjolein Vanoppen (UGent)
De Blauwe Cirkel Doelstelling: duurzaam hergebruik van water en valorisatie van reststromen Doelgroepen: chemie, textiel, tankcleaning en afvalwaterverwerking, voeding Info en resultaten: www.blauwecirkel.be Technologiecampus Gent
De Blauwe Cirkel 12 typestromen: 1. Regeneraat ionenwisselaar voor ontharding 2. Neutralisatie zuren/basen 3. Concentraatstroom RO met als voeding gezuiverd afvalwater 4. Concentraatstroom RO op proceswaterbehandeling 5. Fosfaatrijke zoutbaden en concentraten 6. Regeneraat ionenwisselaars voor demi-waterproductie 7. Zoutstromen met beperkte metaalverontreiniging 8. Natriumsulfaatstromen met organische belasting 9. Koeltorenspui 10. Zoutbaden van de voedingsindustrie 11. Regeneraat ionenwisselaars met organische belasting 12. (Slib)vergistingsstromen
De Blauwe Cirkel 12 typestromen: 1. Regeneraat ionenwisselaar voor ontharding 2. Neutralisatie zuren/basen 3. Concentraatstroom RO met als voeding gezuiverd afvalwater 4. Concentraatstroom RO op proceswaterbehandeling 5. Fosfaatrijke zoutbaden en concentraten 6. Regeneraat ionenwisselaars voor demi-waterproductie 7. Zoutstromen met beperkte metaalverontreiniging 8. Natriumsulfaatstromen met organische belasting 9. Koeltorenspui 10. Zoutbaden van de voedingsindustrie 11. Regeneraat ionenwisselaars met organische belasting 12. (Slib)vergistingsstromen
REGENERAAT IONENWISSELAAR VOOR ONTHARDING
NF MD for local reuse of IEX regenerate Tapwater NaCl Softened water Wastewater NaCl + Ca, Mg,..
NF MD for local reuse of IEX regenerate Tapwater NaCl Concentration: MD Purification: NF Softened water Wastewater
Process evaluation based on NF and IEX test results - 4 % efficiency Tapwater rinse 6 m 3 NaCl 2 m 3 140 g/l NaCl 1,4 g/l Ca 2+ Concentration: MD CF 3,5 2 m 3 95 g/l NaCl 1,4 g/l Ca 2+ Softened water - 84% water suppletion - 70% salt addition ~ 8 m 3 28 g/l NaCl 2,3 g/l Ca 2+ Purification: NF Wastewater ~ 1 m 3 12 g/l Ca 2+ ~32 g/l NaCl 84% recovery 7 m 3 27 g/l NaCl 0,4 g/l Ca 2+
Pilot equipment Nanofiltration Membrane distillation» SR3D (Koch, 200 Da, 7,1 m 2 )» 20 bar» Batch» MDS-40 (Aquaver, 1 steam raiser 2,6 m² + 4*distillation stages 1,6 m² + 1 condensor)» VCF = 4,5 5,0» Continuous
NF following optimization New membrane used + AS added Stable operation 80-90 % recovery Permeate: 30 g/l NaCl 0,3 g/l Ca 2+
MD following optimization Acidification of feed ph 5 + AS added Stable operation Flux = 4,5 l/m 2 h CF 4,5 5,0 GOR 2,3 Brine: 150 g/l NaCl 1,6 g/l Ca 2+
16/09/2015 De Blauwe Cirkel 12
RO voor proceswaterbereiding
Inleiding regeneraatstroom (NaCl) Voeding (Ca 2+, Mg 2+, Na +, K + ) IEX RO Voeding (K +, Na + ) RO Afval (Ca 2+, Mg 2+ )
Inleiding Voeding (Ca 2+, Mg 2+, Na +, K + ) Hergebruik RO concentraat = IEX Regeneraat (K +, Na + ) Wateropbrengst IEX Afval (Ca 2+, Mg 2+ ) RO Voeding (K +, Na + ) RO Anti-scalants en concentraat productie
Regeneratie-efficiëntie Labotesten T3 en T4 100% 90% 80% 70% 60% 50% 40% 30% 20% 10% 0% Classic regeneration Regenerate = RO concentrate treated wastewater Hoge (Na,K) / (Ca,Mg) Lage (Na, K)/ (Ca, Mg) Regenerate = RO concentrate tap water
Labotesten T3 en T4 Regeneratie IEX ~ ratio mono/multivalente kationen in voeding Verhoging RO recovery: RO RECOVERY Afvalwater Leidingwater Onbehandeld (%) 72 46 Voorbehandeld met IEX (%) 92 93 * * Na toevoeging NaCl aan RO concentraat
Piloottest Induss waterproductiesite ism Eurowater Belgium nv
Piloottest Opbouw piloot 35 liter hars (cation exchange, Lewatit) 4 inch RO module (LE-440, Filmtec) Uitgevoerde testen Reeks 1: 4 cycli 75% recovery Reeks 2: 4 cycli 85% recovery Reeks 3: 4 cycli 75% recovery Reeks 4: 75% recovery, toegevoegd NaCl
Concentratie Ca, Mg en K (ppm) Concentratie Na (ppm) Piloottest Voeding: dokwater Gent 250 200 150 100 50 1: 75% 2: 85% 3: 75% 4: 75% + NaCl K Ca Mg Na 1400 1200 1000 800 600 400 200 0 0 5/feb 25/feb 17/mrt 6/apr 26/apr 16/mei 5/jun 25/jun 15/jul
Relatieve harscapaciteit Piloottest 100% 80% 60% 75% - Lage Na in voeding 85% - Lage Na in voeding 75% - Hoge Na in voeding 40% 20% 0% NaCl 1 2 3 Hogere mono-/multivalente kation ratio in voeding hogere efficiëntie Reeks 3: equilibrium waarschijnlijk rond 46% wateropbrengst
Relatieve harscapaciteit Piloottest 100% 90% 80% 70% 60% 50% 40% 30% 20% 10% 0% Klassieke regeneratie: 100 g/l - 150 l Zuiver RO concentraat: 12 g/l - 525 l RO concentraat + NaCl: 17 g/l - 730 l Na 1 cyclus Verhoogde zoutconcentratie: volledig herstel IEX efficiëntie
Economische analyse Gebaseerd op laatste test (+ zout) Aannames: Voeding systeem = 25 m³/h 2 IEX kolommen: 2000 liter hars/kolom Enkel RO = 75% recovery IEX-RO = 85% recovery (= conservatief) + geen antiscalants nodig!
Kosten (keur/jaar) Economische analyse 200 150 100 50 0-50 -100-150 -200-250 -300-350 RO Investering Werking Waterproductie IEX-RO IEX-RO + recirculatie RO -0.52 /m³ IEX-RO IEX-RO + recirculatie RO concentraat -0.55 /m³ -0.61 /m³
Kosten (keur/jaar) Economische analyse 200 150 100 50 0-50 -100-150 -200-250 -300-350 RO Investering Werking Waterproductie IEX-RO IEX-RO + recirculatie RO -0.52 /m³ IEX-RO IEX-RO + recirculatie RO concentraat -0.55 /m³ -0.61 /m³
Conclusies Twee mogelijkheden om zoutlozing te verminderen hergebruik regeneratie IEX verminderd zoutgebruik Verhoging waterrecovery bij RO zonder bijkomende zoutgebruik Economisch haalbaar onder sommige omstandigheden Nieuwe technieken zoals NF/ED/MD beschikbaar om valorisatie zoutstromen mogelijk te maken.
VIS-traject De Blauwe Cirkel Technologiecampus Gent