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
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
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 P24 261 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 3 045 000,- BEF/jaar Editie 2 - M. Schauwvliege & J. Gruwez - Pagina 3 - Datum: 07/12/00
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
Huidige situatie afvalwaterbehandeling 100 m³/d 45 mg/l F FYSICO TRAP 1 100 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
Toekomstige situatie zonder RO 100 m³/d 72 mg/l F FYSICO TRAP 1 100 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
Rendement dosering PAC Fluor concentratie (mg/l F) 140 120 100 80 60 40 20 0 0,0 0,5 1,0 1,5 2,0 PAC dosering (ml/l) Editie 2 - M. Schauwvliege & J. Gruwez - Pagina 7 - Datum: 07/12/00
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 2 400 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
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
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
Het filtratie spectrum Angström eenheden 1 10 1 10 2 10 3 10 4 10 5 10 6 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
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
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
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 1-1212 Editie 2 - M. Schauwvliege & J. Gruwez - Pagina 14 - Datum: 07/12/00
Spiraalgewonden RO membraan Concentraat spacer Permeaat Water flow Permeaat spacer Membranen Editie 2 - M. Schauwvliege & J. Gruwez - Pagina 15 - Datum: 07/12/00
Foto FilmTec RO elementen Foto Eurowater Editie 2 - M. Schauwvliege & J. Gruwez - Pagina 16 - Datum: 07/12/00
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
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
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
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
Invloed van de ph op het proces Fluor rejection versus membrane fouling (%) 100 90 80 70 60 50 40 30 20 10 0 fluor rejection membrane fouling 2.0 2.5 3.0 3.5 4.0 4.5 5.0 5.5 6.0 6.5 ph-waarde Fluor rejection en membrane fouling zijn zeer sterk ph afhankelijk! Editie 2 - M. Schauwvliege & J. Gruwez - Pagina 21 - Datum: 07/12/00
Resultaten pilootproeven (ééntraps) Parameters Unit Fosfatatie bad Debiet l/h 5.4 ph - 3.6 Cond. µs/cm 19150 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 335 4.0 * 473 19 8.0 8.7 76 20 0.04 2.8 22 72 Omgekeerde osmose Permeaat Concentraat Rejection 235 3.6 71 < 0.2 < 0.1 < 0.2 0.08 < 0.23 < 0.015 0.16 4.2 0.9 100 4.5 1025 46 24 24 190 46 0.10 7.1 55 188 - - 85 % > 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
Evolutie van de flux ééntraps RO 60 50 Flux (l/m².h) 40 30 20 10 ph 5.5 ph 4.0 Chemische reiniging van het membraan 0 0 1000 2000 3000 4000 5000 werktijd (min.) Editie 2 - M. Schauwvliege & J. Gruwez - Pagina 23 - Datum: 07/12/00
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
Technische informatie tweetraps RO TRAP 1 TRAP 2 Membraan type FilmTec TW30-4040 FilmTec TWLE30-4040 Werkdruk 20-25 bar 10-16 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
Resultaten pilootproeven RO - trap 1 Parameters Eenheid Fosfatatie bad Debiet l/h 5.4 ph - 3.4 Cond. µs/cm 18220 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 325 3.6 402 17 7.5 7.4 63 18 0.03 2.6 21 59 Permeaat trap 1 225 3.3 192 0.21 < 0.1 < 0.2 0.13 3.7 < 0.015 0.44 9.5 0.6 Omgekeerde osmose - trap 1 - Concentraat trap 1 100 3.8 771 49 18 18 169 44 0.06 6.4 48 138 Rejection trap 1 - - 52 % 99 % > 99 % > 97 % > 99 % 80 % > 56 % 98 % 55 % 99 % Editie 2 - M. Schauwvliege & J. Gruwez - Pagina 26 - Datum: 07/12/00
Resultaten pilootproeven RO - trap 2 Parameter Eenheid Fosfatatie bad Debiet l/h 5.4 ph - 3.4 Cond. µs/cm 18220 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 540 6.3 * 79 < 0.2 < 0.1 < 0.2 0.09 3.8 0.02 0.04 9.5 18 Premeaat trap 2 495 6.6 25 < 0.2 < 0.1 < 0.2 < 0.05 0.90 < 0.015 0.02 2.9 4.9 Omgekeerde osmose - trap 2 - Concentraat trap 2 45 59 440 0.76 0.23 0.23 0.38 24 0.10 0.16 55 95 Rejection trap 2 - - 68 % - - - - 76 % - - 69 % 73 % * Neutralisatie tot ph 6,0 met NaOH Editie 2 - M. Schauwvliege & J. Gruwez - Pagina 27 - Datum: 07/12/00
Resultaten pilootproeven - trap 1 & 2 Parameter Eenheid Fosfatatie bad Debiet l/h 5.4 ph - 3.4 Cond. µs/cm 18220 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 325 3.6 402 17 7.5 7.4 63 18 0.03 2.6 21 59 Buffer tank 540 6.3 * 79 < 0.2 < 0.1 < 0.2 0.09 3.8 0.02 0.04 9.5 18 Omgekeerde osmose trap 1 & 2 - Permeaat trap 1 495 6.6 25 < 0.2 < 0.1 < 0.2 < 0.05 0.90 < 0.015 0.02 2.9 4.9 Rejection trap 1 & 2 - - 94 % > 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
Evolutie van de flux tweetraps RO Flux (l/m ².h) 80 70 60 50 40 30 20 10 0 ❶ ❶ ❷ Trap 2 Trap 1 0 2500 5000 7500 10000 12500 15000 17500 20000 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
Evolutie geleidbaarheid en fluor 800 60 Geleidbaarheid (µs/cm) 700 600 500 400 300 200 100 0 Geleidbaarheid Fluorconcentratie 50 40 30 20 10 0 Fluor concentratie (mg F/l) 0 2000 4000 6000 8000 10000 Werktijd (minuten) Editie 2 - M. Schauwvliege & J. Gruwez - Pagina 30 - Datum: 07/12/00
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
Afvalwater van chemische reiniging Parameter Eenheid Zure fractie ph - 1.9 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 12.1 7950 < 0.2 - < 0.2 12 106 6.0 105 1562 Omgekeerde osmose trap 2 - Zure fractie 1.9 9410 1.3 0.9 < 0.2 340 358 270 47 < 15 Basische fractie 12.1 8680 < 0.2 - < 0.2 1 98 0.7 108 1661 Editie 2 - M. Schauwvliege & J. Gruwez - Pagina 32 - Datum: 07/12/00
Beginflux na chemische reiniging Permeaat flow (l/h) 450 400 Flux na chemische reiniging 350 Trendlijn 300 250 Normale flux 200 150 100 50 0 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 Test N Editie 2 - M. Schauwvliege & J. Gruwez - Pagina 33 - Datum: 07/12/00
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
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 2 3750 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
Foto omgekeerde osmose installatie Foto Eurowater Editie 2 - M. Schauwvliege & J. Gruwez - Pagina 36 - Datum: 07/12/00
Balans omgekeerde osmose bad 16 Raming besparingen per jaar waterverbruik 513 000,- BEF afvalwaterproductie 2 123 000,- BEF PAC dosering voor fluorverwijdering 3 589 000,- BEF chemicaliën n productie (bad 14) 86 000,- BEF reiniging bad 16 272 000,- BEF TOTALE BESPARING 6 583 000,- BEF Raming jaarlijkse exploitatiekosten elektriciteitsverbruik 162 000,- BEF reiniging membranen en chemicaliën 163 000,- BEF vervangen membranen 600 000,- BEF manuren 234 000,- BEF TOTALE EXPLOITATIEKOST 1 159 000,- BEF Editie 2 - M. Schauwvliege & J. Gruwez - Pagina 37 - Datum: 07/12/00
Balans omgekeerde osmose bad 16 Raming van de terugverdientijd bruto besparing 6 583 000,- BEF exploitatiekosten 1 159 000,- BEF netto besparing 5 424 000,- BEF investering 15 300 000,- BEF TERUGVERDIENTIJD 34 maanden Raming van de reductie aan industrieel afvalwater reductie hoeveelheid industrieel afvalwater kan geraamd worden op 20 206 m³/jaar m of 0.14 m³/wagen m (-( 16 %) Editie 2 - M. Schauwvliege & J. Gruwez - Pagina 38 - Datum: 07/12/00
Evolutie afvalwaterproductie VCG 2.0 1.5 1.0 0.14 0.5 1.44 1.65 1.8 3 1.37 1.13 0.72 0.0 industrieel afvalwater (in m³/wagen) Editie 2 - M. Schauwvliege & J. Gruwez - Pagina 39 - Datum: 07/12/00
Toename capaciteit in afvalwater 300000 400000 Industrieel afvalwater (m³/jaar) 250000 200000 150000 100000 50000 0 350000 300000 250000 200000 150000 100000 50000 0 Capaciteit (wagens/jaar) 1996 1997 1998 1999 industrieel afvalwater capaciteit Editie 2 - M. Schauwvliege & J. Gruwez - Pagina 40 - Datum: 07/12/00