membraansystemen in Nederland

Membraan Applicatie Centrum Twente

Industri ëIe toepassingen van

membraansystemen in Nederland Beschrijving van een aantal cases van toepassingen van membraantechnologie bij industrieel waterbeheer.

In opdracht van:

REA Lelystad

Opdrachtnummer:

31881 / EMP

Uitgevoerd door:

W.F. Boeken & A.C.M. Franken Membraan Applicatie Centrum Twente b.v. Enschede

Periode:

1 januari 1999 - 30 april 1999

Samenvatting

Samenvatting. In dit rapport wordt een beschrijving gegeven van een inventarisatie van concreet toegepaste procesgeïntegreerde membraansystemen in de (Nederlandse) industrie. Bij deze beschrijvingen van praktijkcases

ligt de nadruk op de volledigheid van de technische en economische beschrijvingen van een installatie en niet op het inventariseren van het aantal toegepaste installaties in Nederland. De bedoeling van dit "pilot-project'' is om te beoordelen of de vergaarde informatie van voldoende omvang en kwaliteit is om in een kennissysteem te worden opgenomen. In het eerste deel van de studie wordt een overzicht gegeven van membraanprocessen, hun werking en

de begrippen die van belang zijn voor het functioneren van een membraanproces. Tevens worden in deze hoofdstukken een aantal vuistregels gegeven met betrekking tot technische parameters van diverse membraanprocessen (zoals flux en selectiviteit) en met betrekking tot economische parameters (kosten van membranen). Het tweede deel van de studie bevat de beschrijving van twintig cases voor het toepassen van membraantechnologie voor (procesgeïntegreerde) afvalwaterbehandeling. Bij deze beschrijvingen zijn cases uit de proces- en drinkwaterbereiding en cases uit de galvanische industrie buiten beschouwing gelaten. In deze beschrijvingen worden de technische en economische details van een installatie zoveel mogelijk op dezelfde wijze beschreven. Een deel van de gegevens (met name economische kentallen, maar in twee gevallen betreft het ook de eindgebruikers zelf) zijn vanwege de vertrouwelijkheid niet in dit rapport opgenomen. De belangrijkste conclusie van de studie is dat het mogelijk is om gedetailleerde informatie over een membraaninstallatie te verzamelen voor een databestand. Daarnaast is gebleken dat het niet eenvoudig is om de verschillende membraansystemen in verschillende toepassingen met elkaar te vergelijken, en om de getallen te herleiden tot enkele kentallen of een beslisslingsschemavoor de meeste optimale technologie. Hiervoor is de vergaarde informatie te beperkt van omvang en zijn de toepassingen te divers. Wel kan worden gesteld dat de huidige beschrijvingen en het format van de beschrijvingen de basis kunnen vormen voor de opzet van een kennissysteem voor geavanceerde waterbehandelingstechnologie.

.7

Y MACT

2

Samenvatting

Summary This report describes a number of membrane installations used in waste water and process water treatment systems in the Outch industry. The description of the systems focuses on presenting al1 the technical and economical data of these systems. These descriptions are part of a pilot project to assess whether the gathered information is sufficient, both in size and quality, to become part of data base on advanced technologies for process integrated water treatment. The first part of the study gives an overview of membrane technology in general and parameters essential for the functioning of membrane processes. In addition some rules of thumb with respect to several parameters of membrane processes (such as flux and seledivity) and to its costs are given. The second part of the study comprises of twenty descriptions of installations used for process integrated (waste) water treatment. Installations for process- and drinking water preparation and installations used in the galvanic industry have been excluded. In these descriptions the technical and economical parameters are described in the same manner for comparison. Part of the data (mainly econornic details of an installation but also data on the end-users thernselves) is not presented for reasons of secrecy. The main conclusion of the study is that it is possible to gather enough data on a specific installation to make it worthwhile to put the information in a data base on advanced technology for process integrated water treatment. Furthermore, it appeared that it is difficult to compare different installationsfor different applications with each other and to reduce the description to some basic numbers or assessment scheme. The present information and format of presentation of the installations can be the core of the data base on advanced technologies for process integrated water treatment.

T .?

V MACT

3

Inhoudsopgave

Inhoudsopgave Samenvatting ................................................................................................................................ Summary ...................................................................................................................................... Inhoudsopgave ............................................................................................................................. 1. Inleiding.................................................................................................................................... 2. Opdrachtomschrijving ............................................................................................................... 2.1 . Opdrachtomschrijving................................................................................................ 2.2. Randvoorwaarden/afbakeningstudie ........................................................................ ... 2.3. Orienterende inventarisatie ........................................................................................ 3 . Uitvoeringvan de studie ........................................................................................................... 3.1. Opzet van het kennissysteem .................................................................................... 3.2. Bronnen .................................................................................................................... 3.2.1. Membraanleveranciers............................................................................... 3.2.2. Systeemleverancierdinstallatiebouwers..................................................... 3.2.3. Kennisinstellingen en ingenieursbureaus.................................................... 3.2.4. Overheidsinstellingedsubsidiegevers........................................................ 3.2.5. Geheimhouding ........................................................................................ 3.3. Rapportage............................................................................................................... 3.3.1 . Inventarisatieformulieren........................................................................... 3.3.2. Verwerking van de gegevens .................................................................... 3.3.3. " RIZA-Informatiebladen".......................................................................... 3.3.4. Overige informatie .................................................................................... 4 . Criteria voor toepassingen van membraantechnologie ............................................................. 4.1 . Membranen en membraanprocessen ........................................................................ 4.1 .1. Microfitratie .............................................................................................. 4.1.2. Ultrafiltratie ............................................................................................... 4.1.3. Nanofiltratie.............................................................................................. 4.1.4. Omgekeerde osmose ................................................................................ 4.2. Membraanmaterialen ............................................................................................... 4.2.1 . Polymere membranen ............................................................................... 4.2.2. Keramische membranen............................................................................ 4.2.3. Andere membraanmaterialen .................................................................... 4.3. Membraanmodules .................................................................................................. 4.3.1 . Vlakke plaat module ................................................................................. 4.3.2. Spiraalgewonden module .......................................................................... 4.3.3. Disc-tube module ...................................................................................... 4.3.4. Capillaire membraanmodule...................................................................... 4.3.5. Tubulaire membraanmodule ..................................................................... 4.3.6. Holle vezel membraanmodule................................................................... 4.3.7. Welke module voor welk proces? ............................................................. 4.4. Procesontwerp en uitvoeringswijze ........................................................................... 4.4.1. Hydrodynamische maatregelen ................................................................. 4.4.2. " Back-flush" ............................................................................................. 4.4.3. Systeemontwerp ....................................................................................... 4.4.4. Pompkeuze ............................................................................................... 4.4.5. Batchgewijze vs. continue uitvoering......................................................... 4.5. Procesbeheersing...................................................................................................... 4.5.1. Drukval over het membraan (transmembraandruk)...................................

.

7 V MACT

2 3 4

6 7

7 7 8 9 9 9 9 10 10 11 11 12 12 12 12 12 13 13 14 15 17 17 18 18 19 19 20 20 20 21 21 22 23 23 24 25 25 25 27 29 29 29

4

Inhoudsopgave

4.5.2. Systeemdruk ............................................................................................. 4.5.3. Drukval in de module ................................................................................ 4.5.4. Langsstroomsnelheid ("cross-flow snelheid" ) ............................................ 4.5.5. Back-flush of Back-shock .......................................................................... 4.6. Membraanvervuiling en reiniging ............................................................................. 4.6.1 . Concentratiepolarisatie.............................................................................. 4.6.2. Cake layer filtratie ..................................................................................... 4.6.3. Pore blocking............................................................................................ 4.6.4. Fouling (vervuiling) ................................................................................... 4.6.5. Membraanreiniging................................................................................... 5 . Haalbaarheidvan de opzet van een datasysteem ..................................................................... 5.1 . Haalbaarheidsparameters ......................................................................................... 5.1.1. Omvang van de informatie ....................................................................... 5.1.2. Kwaliteit van de informatie........................................................................ 5.1.3. (Vrije) beschikbaarheid van de informatie .................................................. 5.1.4. Afbakening van de gebieden ..................................................................... 5.1.5. Technische vergelijkbaarheid van de informatie ......................................... 5.2. Waarom de keuze voor membraantechnologie?....................................................... 6 . Conclusie ................................................................................................................................. Bijlage 1: Inventarisatie-formulier ................................................................................................. Bijlage 2: Geheimhoudingsverklaring RIZA ................................................................................... Bijlage 3: Index ............................................................................................................................

T *7

V MACT

29 30 30 30 30 30 31 31 31 32 33 33 33 33 33 34 34 34 36 37 39 40

5

Inleiding

1. Inleiding Uit vragen vanuit de industrie is naar voren gekomen dat er behoefte bestaat aan informatie over schone productieprocessen, over verbeterde methoden van afvalwaterbehandeling en over het sluiten van de waterkringloop. Een veelgehoorde klacht is dat veel informatie over milieugerichte procestechnologie vaak te algemeen van aard is. In de meeste gevallen worden wel enkele technische specificaties van het scheidingsproces besproken, maar economische kentallen en mogelijke kwaliteitsverbeteringen van het proces ontbreken. Daarnaast bestaat het probleem dat veel bedrijven door de veelheid en verscheidenheid van informatie door de bomen het bos niet meer kunnen zien. Membraantechnologie is één van de processen waarmee afvalwaterbehandelingen sluiten van de waterkringloop kan worden gerealiseerd. Echter zelfs voor deze technologie op zich bestaat er al een verscheidenheid van processen en van procesaanpak. Het maakt namelijk een wezenlijk verschil of een proces wordt ingezet voor afvalwaterbehandeling, voor proceswaterhergebruik of voor producthergebruik. Een verschillende aanpak vraagt ook om een verschillend type filtratieproces, met name als een hoge concentratie van het retentaat wordt gevraagd en/of het concentraat gevoelig is voor afschuifspanningen. Het moge duidelijk zijn dat de prijzen en de terugverdientijdenvan een installatie daardoor aanmerkelijk kunnen verschillen. Het doel van deze studie is tweeledig. In de eerste plaats zal een overzicht worden gegeven van allerlei aspecten van het gebruik van membraantechnologie en in het tweede deel worden twintig verschillende praktijkcases beschreven. Bij de beschrijving van de verschillende cases worden naast technische beschrijvingen ook economische kentallen als kosten, besparingen en terugverdientijd (voor zover deze niet vertrouwelijk zijn) beschreven. Het technologie-overzicht is gekoppeld aan praktijkcases middels verwijzingen, die een praktische illustratie van de technologische begrippen geven.

Opdrachtomschrijving

2. Opdrachtomschrijving In dit hoofdstuk wordt een korte samenvatting gegeven van de opdrachtomschrijving van het RIZA aan het Membraan Applicatie Centrum Twente. Tevens worden de randvoorwaardenvoor de afbakening van de studie, alsmede de resultaten van een oriënterende gespreksronde met diverse bedrijven vermeld.

2.1. Opdrachtomschrijving Bij de industrie bestaat behoefte aan kant-en-klare informatie over in de Nederlandse industrie toegepaste vormen van schone technologie. Het blijkt echter dat veel informatie over milieugerichte procestechnologie vaak te algemeen van aard is. In sommige gevallen worden nog wel enkele technische bijzonderheden besproken, maar economische kentallen en mogelijke kwaliteitsverbeteringen van het proces ontbreken. RIZA wil in dit gemis voorzien door een kennissysteem "nieuwe technologie" op te zetten, waarin beknopte, maar volledige, voorbeeldbeschrijvingen van industriële installaties voor schone technologie zijn opgenomen. Om te beoordelen of de vergaarde informatie van voldoende omvang en kwaliteit zal zijn om in een kennissysteem te worden opgenomen is besloten een pilot-projectte starten. In dit pilot-project zal een inventarisatie van concreet toegepaste procesgeïntegreerde membraansystemen in de (Nederlandse) industrie worden gemaakt. Aan het Membraan Applicatie Centrum Twente (MACT) wordt gevraagd om: (i) in samenwerking met RIZA een mogelijke opzet voor een kennissysteem "nieuwe technologie" (welke gegevens dienen te worden vergaard) t e verzorgen; (ii)het vergaren van de informatie voor een 20-tal beschrijvingen van membraaninstallaties; (iii) het presenteren van de vergaarde informatie in het overeengekomen format en een bijbehorend rapport.

2.2. Randvoorwaarden/afbakeningstudie Voor de studie gelden de volgende randvoorwaarden/afbakening: de nadruk dient te liggen op procesgeïntegreerde waterbehandeling, evt. afvalwaterbehandeling.Het bereiden van proceswater uit drink-, oppervlakte- of grondwater behoort niet tot het onderwerp van

.

de studie; in totaal dienen 20 cases te worden beschreven; er dient zo goed mogelijk een afbakening naar techniek te geschieden (microfiltratie/ultrafiltratie: circa 5 cases; nanofiItratie/omgekeerde osmose: 1O cases; enkele case electrodialyse); indien mogelijk dienen de beschreven installaties in technisch opzicht vergelijkbaar te zijn qua debiet en functie; bij voorkeur recente cases; bij voorkeur in Nederland; cases uit de galvanische industrie en uit de proces- enlof drinkwaterbereidingworden uitgesloten voor deze pilot-studie. Dit betekent overigens niet dat cases uit de galvanische industrie worden uitgesloten voor opname in het databestand.

'c

.7 V MACT

7

Opdrachtomschrijving

2.3. Oriënterende inventarisatie Uit een oriënterende inventarisatie van het RIZA bij diverse leveranciers van membranen en membraansysteembouwers bleek dat algemene informatie in principe wel te leveren is, maar dat voor gedetailleerde informatie over processen en proceswatersamenstelling overleg met gebruikers nodig is. Op het moment dat naar meer gedetailleerde informatie wordt gevraagd, worden zowel leveranciers als eindgebruikers minder enthousiast en komt met name het aspect vertrouwelijkheid aan de orde.

.( .7

V MACT

8

Uitvoering van de studie

3. Uitvoering van de studie In dit hoofdstuk wordt de wijze waarop de studie is uitgevoerd beschreven. Aspecten als opzet van het kennissysteem, de gebruikte bronnen voor het vergaren van informatie, de bereikte resultaten van de benadering (welke informatie is beschikbaar en, vooral, is men bereid beschikbaar te stellen), geheimhouding van gevoelige informatie, de wijze waarop de verkregen gegeven worden verwerkt en de wijze van rapportage.

3.1. Opzet van het kennissysteem Voor het verzamelen van de informatie wordt het format gehanteerd zoals weergegeven in het bijgevoegde inventarisatieformulier (bijlage 1). Daarnaast zullen een schema van de installatie, afbeeldingen en eventuele bijzondere kenmerken worden verzameld. Bij het formulier dient t e worden opgemerkt dat dit een hulpmiddel is bij de inventarisatie. Niet alle gegevens zullen boven tafel (kunnen) komen en daarnaast zal er een wat uitgebreidere beschrijvingvan het proces worden bijgevoegd zodat het doel van de installatie eenduidig staat vermeld.

3.2. Bronnen Bij het inventariseren van installaties welke in aanmerking komen voor opname in het kennissysteem, zal gebruik worden gemaakt van de volgende bronnen: het eigen databestand van het MACT; gegevens bekend uit literatuur (inclusief informatie van membraanleveranciers en installatiebouwers); gegevens van adressen en/of membraaninstallaties verzameld in eerdere projecten door bijv. Novem

(N.B.: hierbij is slechts beperkte toegang verkregen tot deze bestanden vanwege de vertrouwelijkheid van de verkregen informatie); informatie over (adressen van) gebruikers van membraansystemen zoals bekend bij membraanleveranciers, ingenieursbureaus en kennisinstellingen. Tijdens de studie zijn de navolgende bedrijven/instanties benaderd met het volgende resultaat: 3.2.1. Membraanleveranciers

De medewerking van membraanleveranciersis positief te noemen. Veelvuldig werd echter verwezen naar de installatiebouwers, omdat deze uiteindelijk het systeem hebben geplaatst en het proces beter kennen. Deels heeft dit te maken met minder kennis over de geplaatste installatie, maar de belangrijkste reden is dat de verantwoordelijkheidvoor het functioneren van de installatie bij de systeembouwer ligt. - Hydranautics: hebben zelf geen cases anders dan proces- en drinkwaterbereiding. Zij verwijzen naar

-

apparatenbouwers. Stork Friesland: verwijzen ook naar apparatenbouwers voor uitgebreidere informatie. Zij hebben wel een aantal mogelijke cases doorgegeven.

- Velterop: één bruikbare case (doorverwezen naar ECN). - X-flow: verwijzen ook naar apparatenbouwers voor uitgebreidere informatie. Hebben een aantal cases doorgegeven (o.a. wasserijen).

'c

.7

V MACT

9


3 -2.2. Systeemleverancierdinstallatiebouwers De medewerking van systeemleveranciers/installatiebouwers is goed tot zeer goed t e noemen. Hierbij moet worden aangetekend dat vertrouwelijkheid een belangrijke factor blijft en dat in een aantal gevallen een positieve bijdrage van de leverancier door een categorische weigering van de gebruiker werd gevolgd. Deze cases zijn dan ook niet beschreven. Vertrouwelijkheid is ook een item wat betreft leveranciers met name wat betreft economische kentallen. Uit concurrentie-overwegingen kunnen niet altijd alle gegevens ter beschikking worden gesteld voor publicatie. De benadering van de individuele leveranciers leverde het volgende resultaat op: ATP Europe: één mogelijk bruikbare case in Nederland (welke uiteindelijk niet is gebruikt). Degrémont Loran: zeer goede medewerking ontvangen. Uiteindelijk zijn drie cases beschreven met installaties van Degrémont Loran. Electrolyse Project: is vooral betrokken bij cases in de galvanische industrie. Goede medewerking bij enkele cases uit de voeding- en genotmiddelenindustrie, welke als onderdeel van een studie van Novem waren beschreven. Koch Membrane Systems: zeer goede medewerking ontvangen. Uiteindelijk zijn drie cases beschreven waarin installaties van Koch zijn toegepast. Najade Separation: had geen interesse om mee te werken aan de studie. De meeste installaties van Najade zijn overigens gebouwd voor galvanotoepassingen. Norit Membrane Technology: zijn vooral actief in de proces- en drinkwaterbehandeling. Er lopen enkele waterprojecten in de voeding- en genotmiddelenindustrie; deze zijn echter nog niet gerealiseerd en zijn voorlopig vertrouwelijk van aard. Septo Biotechniek: goede medewerking bij beschrijven van één case (membraanbioreactor). USF Rossmark: goede medewerking bij beschrijven van een drietal cases. Zenon: is niet benaderd. De reden hiervoor is dat Zenon in het verleden herhaaldelijk telefonisch medewerking heeft toegezegd en deze afspraken nooit is nagekomen; zelfs het opsturen van een folder lijkt al problemen te geven. Een mogelijke case van een membraanbioreactor is niet beschreven.

3.2.3. Kennisinstellingen en ingenieursbureaus De medewerking van de kennisinstellingen en ingenieursbureaus was zeer wisselend. In enkele gevallen werd een goede medewerking verkregen: ECN, Crontmij en TNO waren positief over de studie en hebben daar waar mogelijk een positieve bijdrage geleverd. In een aantal andere gevallen was de medewerking beduidend minder, variërend van een ontwijkend antwoord tot geen medewerking. Ook passieve medewerking in de vorm van een verwijzing of een tip werd dan niet verleend. Dit is deels verklaarbaar, omdat men enerzijds de studie misschien liever zelf had uitgevoerd en anderzijds omdat men geen tijd wil steken in een activiteit die niet wordt betaald. Toch dient opgemerkt te worden dat een aantal reacties (zoals bijvoorbeeld van een medewerker van het NIZO) ons heeft verbaasd. - ATO/DLO: volgens de contactpersoon had AT0 geen cases die voor ons interessant waren.

- DHV Water: geen interesse.

-

ECN: goede medewerking bij de beschrijvingvan één case (op het ECN-terrein). Crontmij: goede medewerking van de heer Wortel ("zwembad-case"). Had nog enkele andere zwembaden om te beschrijven.

- NIZO: geen medewerking, zelfs geen verwijzing ("benader de gebruikers zelf maar").

.7

V MACT

10

-

Tauw: geen interesse. Tebodin: hierbij werd het (begrijpelijke) uitgangspunt "voor wat, hoort wat" gehanteerd. Hierover is

-

een afspraak gemaakt met het MACT over het uitvoeren van een aantal haalbaarheidstesten als tegenprestaties. Uiteindelijk heeft Tebodin besloten geen cases aan te leveren. TNO-MEP: wilden wel medewerking verlenen, maar beschikten niet over cases op het gebied van

-

procesgeïntegreerde waterbehandeling (wel op het gebied van " pertractie" in de chemische industrie, maar dit viel buiten de "scope" van deze studie). Witteveen & Bos: geen interesse.

3.2.4. OverheidsinstelIingen/subsidiegevers

Hierbij wordt met name Novem bedoeld. Wat Novem betreft is gebruik gemaakt van de volgende ingangen: TIEB (Tender Industriële Energie Besparing): brochures van afgeronde projecten welke een begin vormden van een case. In de regel bleek de informatie in de brochures onvolledig en in een aantal gevallen bleek de informatie van de brochure zodanig gedateerd dat de installatie inmiddels aan andere procesomstandighedenwas aangepast. Brochure " Membraantechnologie als milieutechnologie In deze brochure stonden een aantal goed I'.

gedocumenteerde cases welke allen achterhaald waren: een bedrijf had zijn vestiging in Nederland opgeheven (Tollens), terwijl een ander de beschreven installatie had gedemonteerd (Elektroschmelz). de heer Ongenae van Novem. De heer Ongenae was projectleider van een inventarisatieprojectover membranen in voeding- en genotmiddelenindustrie en beschikte over een aantal goed gedocumenteerde cases. Na veel vijven en zessen (met name met betrekking tot de vertrouwelijkheid van de adresgegevens), hebben wij de beschikking gekregen over een tweetal cases welke zijn beschreven in de studie. projectinformatie via brochures van subsidieprogramma's als " Milieutechnologie". De belangrijkste informatie bestond hierbij uit adresgegevens. 3.2.5. Geheimhouding Bij een korte rondvraag door het MACT bleek dat er bij de leveranciers in de regel wel enthousiasme bestaat voor het aanleveren van informatie over (succesvolle) installaties, maar dat veel gebruikers deze gegevens liever niet aan de "grote klok" hangen, omdat men bang is het concurrentievoordeel te verliezen. Daarnaast wilden enkele leveranciers een aantal gegevens liever geheim houden (zoals membraankeuze en economische parameters als installatieprijs). In een specifiek geval (bij Septo Biotechniek) werd gevreesd dat concurrenten met deze gegevens op bepaalde projecten concurrerende offertes zouden kunnen uitbrengen. Dit was in het verleden voorgekomen. Economische gegevens zijn in een aantal gevallen onder uitdrukkelijke geheimhouding verkregen. In de meeste gevallen was een mondelinge toezegging van de kant van het MACT voldoende. Hierbij werd afgesproken dat de gegevens "voor intern gebruik van het RIZA zijn en dat in geval van verdere verspreiding van de gegevens (via publicaties of door het beschikbaar stellen van informatie over vergelijkbare projecten aan potentiële toepassers van membraantechnologie) eerst contact zal worden opgenomen met zowel de gebruiker als de leverancier". In een enkel geval was het noodzakelijk dat een schriftelijke verklaring werd overlegd.

.'I

v

MACT

11


In de inventarisatieformulieren van de verschillende cases is aangegeven welke gegevens door hetzij leverancier, hetzij gebruiker als vertrouwelijk werden aangemerkt. Deze inventarisatieformulierenmaken overigens geen deel uit van deze rapportage en worden in enkelvoud aangeleverd aan het RIZA.

3.3. Rapportage 3.3.1. Inventarisatieformulieren Alle gegevens in de inventarisatieformulieren die niet uit publieke bronnen zijn gehaald moet als vertrouwelijke informatie worden beschouwd. Een aantal gegevens is slechts na een expliciete verklaring van vertrouwelijkheid verkregen. In een aantal gevallen moest, voordat de informatie beschikbaar werd gesteld, een copie van de verklaring van RIZA (zie bijlage 2) worden overlegd. Deze informatie is afgedrukt met witte karakters op een zwarte ondergrond. Deze informatie mag in geen geval, noch via het origineel noch via een copie het RIZA verlaten. De gegevens voorzover die niet vertrouwelijk zijn, zijn verwerkt in de " RIZA-informatiebladen" en staan verderop in deze studie uitgewerkt in de cases. De informatie van de inventarisatieformulierenwordt in enkelvoud aangeleverd aan het RIZA.

3.3.2.Verwerking van de gegevens Voor zover mogelijk zijn de gegevens direct verkregen uit publicatie of door contact met de leverancier of eindgebruiker van de membraaninstallatie. In een aantal gevallen zijn kentallen berekend op basis van aannames. Indien een aanname enlof berekening ten grondslag ligt aan een verkregen kental, wordt hiervan melding gemaakt.

3.3.3."RIZA-Informatiebladen" Naast de inventarisatieformulieren is voor alle cases een informatieblad gemaakt. De informatie uit de inventarisatieformulieren,die door de leveranciers of gebruikers als vertrouwelijk is aangemerkt, is niet vermeld in de informatiebladen. Hierdoor is dit format mogelijk geschikt om te gebruiken voor het opzetten van een publicatiereeks over membraantechnologie in industriële toepassingen. Hierbij moet echter worden opgemerkt dat in een aantal gevallen bleek dat bedrijven bepaalde publiek beschikbare informatie in publicatiebladen geheim willen houden. Daarnaast heeft een aantal bedrijven slechts toestemming gegeven voor het gebruik van de gegevens door RIZA. Het is in ieder geval duidelijk dat publicatie bij geen enkele case direct kan gebeuren, maar dat er eerst contact met de leverancier en de eindgebruiker moet worden opgenomen.

3.3.4.Overige informatie Bij de beschrijving van een aantal cases is de bronpublicatie (TIEB-bladen en dergelijke) en beeldmateriaal bijgevoegd. Deze bronpublicaties zullen evenals de inventarisatieformulierenslechts in enkelvoud worden aangeleverd.

v .7

V MACT

12

Criteria voor toepassingen van membraantechnologie

4. Criteria voor toepassingen van membraantechnologie In dit hoofdstuk zal een beschrijving worden gegeven van de diverse membraanprocessen, begrippen en uitvoeringsvormen van membraansystemen en van criteria welke van invloed zijn op (i) de keuze voor membraantechnologie als proces, (ii) de systeemkeuze en (iii) de keuze van de procescondities. Omdat het merendeel van de afvalwaterstromen uiteindelijk met een filtratieproces (microfiltratie, ultrafiltratie, nanofiltratie of omgekeerde osmose) zal worden behandeld, wordt hierop de nadruk gelegd. Tevens worden via omkaderde tekstblokjes een aantal veelvoorkomende en belangrijke begrippen uit de membraantechnologie uitgelegd. In dit hoofdstuk zullen achtereenvolgens de verschillende membraantypes, de verschillende modulevormen, belangrijke begrippen en definities bij filtratieprocessen, operationele aspecten (zoals druk, langsstroomsnelheid, vervuiling, etc.) en kosten worden besproken. In de beschrijving van de diverse begrippen zal indien van toepassing worden verwezen naar één of meerdere cases.

4.1. Membranen en membraanprocessen In deze paragraaf worden de karakteristieken van verschillende membraanprocessen en hun toepassingen beperrneaat sproken. Membraantechnologie is een scheidingstechniek (zie Figuur 4.1), waarvan de voeding meer dan één component bevat en waarbij het membraan zorgt voor een selectieve scheiding van deze componenten. Het retentaat permeaat is de stroom die het membraan gepasseerd is, Figuur 4.1: Membraanscheiding(schematisch) het retentaat (ook wel concentraat genoemd) is de stroom die wordt tegengehouden door het membraan. In Tabel 4.1 worden de eigenschappen van diverse membraanprocessen samengevat. De voeding is de ingaande stroom in een membraanunit. In het geval van een "batch-proces''wordt hiermee de beginhoeveelheid van een mengsel aangeduid. Het retentaat (ook wel concentraat genoemd) is de fractie van de voeding die door het membraanwordt tegengehouden. In het geval van een "batch-proces'' wordt hiermee de eindhoeveelheid (de "ingedikte" fractie) van een mengsel aangeduid. Het permeaat is de fractie van de voeding die door het membraan gaat. Het permeaat kan zowel het product (bijvoorbeeldin het geval de productievan proceswater) als een bijproduct/afvalstroombetreffen (bijvoorbeeld bij het indikken van eiprodukten is het retentaat het product terwijl het permeaateen afvalfractie betreft). Retentie is de mate waarin een specifieke component door een bepaald membraan wordt tegengehouden. Bijvoorbeeld: een zeewaterelementbij omgekeerde osmose heeft een retentie van 99% voor NaCI. De concentratiefador van een membraanproces (vaak afgekort tot CF)wordt gedefinieerd als de verhoudingvan de concentraties van een specifieke component in het retentaaten de concentratie in de voeding. Men spreekt in de regel van concentratiefactor indien het retentaatde gewenste fractie is. Bij batch processen is het de concentratie in het eindvolume gedeeld door de concentratie in de voeding. Let op: het is dus niet de verhoudingtussen de volumes van beide stromen; alléén als de retentie voor de gevraagde component 100% is, is de verhouding van de volumes gelijk aan de concentratiefactor. Recovery is een term die veel wordt gebruikt bij omgekeerde osmose en nanofiltratie. Hierbij gaat het om de verhouding tussen de permeaatstroomen de voedingsstroom x 100%. Recovery is een getal dat in procenten wordt uitgedrukt en heeft altijd een waarde tussen O en 100%. Bijvoorbeeld: bij het ontzouten van brak water wordt het proces vaak bij een recovery van 75 tot 80% bedreven.

v .7 V MACT

13


Tabel 4.7:Karakteristieken van membraanprocessen Membraanproces

Voeding

Permeaat

Drijvende kracht Toepassing

microfiltratie

vloeistof

vloeistof

AP (O.1 - 2 bar) "koude" sterilisatie, klaren

uI traf iI tratie

vloeistof

vloeistof

nanofiltratie

vloeistof

vloeistof

AP (2 - 15 bar) ontharden water, ontzilten, microverontreinigingen

omgekeerde osmose

vloeistof

vloeistof

AP (8 -150 bar) scheiding laagmoleculaire stoffen

electrodialyse

vloeistof

vloeistof

AE

ionen uit water of processtromen

membraanelectrolyse

vloeistof

vloeistof

AE

chloor-aikali proces

diffusie-dialyse

vloeistof

vloeistof

AC

terugwinnen van zuren en basen

dialyse

vloeistof

vloeistof

AC

kunstnier

gas damp

gas

partiële druk

scheiding N-JOz

damp damp

partiële druk

terugwinnen organische dampen

partiële druk

ontwateren van organische vloeistoff en

gasscheiding damppermeatie

vloeistof

pervaporatie

AP (1 - 5 bar)

olie-water emulsies

membraancontactor vloeistof/gas vloeistof/gas AC/partiële druk VOC's uit water / SOx uit lucht De eerste vier processen in Tabel 4.1 zijn de zogenaamde filtratieprocessen. Bij al deze processen is de drijvende kracht een drukverschil over het membraan. In Figuur 4.2 staat een schematische voorstelling van het principe van de filtratieprocessen. Bij industriële (afva1)waterbehandeIing zijn deze processen de meest toegepaste. Welk filtratieproces toegepast kan worden, wordt bepaald door de deeltjesgrootte van de componenten die moeten worden afgescheiden.

Pin

i P uit

I

.

..

P perm In de bovenstaandefiguur staat schematisch een membraanmodule met hierin een aantal drukken weergegeven. De transmembraandrukAf' is de drukval over het membraan. Dit is drijvende kracht voor het membraanproces. Indien in een publicatie wordt gesproken over "druk" dan wordt daarmee de transmembraandrukbedoeld, tenzij anders aangegeven. De drukval over de module (in de figuur aangegeven als (Pin - Puit) is de drukval die ontstaat ten gevolge van de ingestelde langsstroomsnelheid. Met name als veel modules in serie zijn geplaatst kan de drukval over de module(s) aanzienlijk zijn. De permeaatúruk (P perm) is meestal atmosferisch. Het kan echter voorkomen dat een tegendruk wordt ingesteld om de transmembraandruk laag te houden bij meerdere modules in serie (zie onder andere case 14). indien een back-flush" wordt uitgevoerdwordt Pperm zodanig verhoogd dat AP negatief wordt. Osmotische druk is de druk van een waterige oplossing met ionen die ontstaat ten gevolge van een gedeeltelijke doorlaatbaarheidvan een membraan. Bijvoorbeeld: de osmotische druk van zeewater (ca. 35 g/l NaCl) is in het geval van een RO-membraan (100% retentie) ca. 25 bar; voor een NF membraan (met bijv. 20% retentie voor NaCl) is dit ca. 5 bar en voor UF of MF membranen (met 0% retentie voor NaCl) is dit O bar. 'I

~

4.1.1. Microfitratie

Microfiltratie (MF)is een membraanproces voor de verwerking van suspensies en emulsies. De poriegrootte in MF-membranen loopt van 0.05 tot 1.O pm en het proces wordt uitgevoerd bij lage transmem-

T .7

V MACT

14


braandruk (0.1 tot 3 bar). De schoon-water-flux door de membranen (swf) bedraagt in de orde-grootte van 1000 tot 10.000 Vm2.uur.bar. In praktijksituaties (dus als vervuilende componenten aanwezig zijn) worden waarden tussen 50 en 500 I.m2.uur.bar gemeten. Een toegepaste vuistregel is dat de swf voor

MF in de orde-grootte van 1 I/m2.seconde.bar bedraagt en praktijkwaarden in de orde-grootte van 5 tot 10% van deze waarde. Microfiltratie wordt meestal toegepast in processen waar hoge eisen aan de zuiverheid van de te gebruiken materialen worden gesteld. Medische toepassingen zoals de productie van pyrogeenvrij water en de sterielfiltratie van farmaceutische materialen, toepassingen in de levensmiddelenindustrie (klaren van vruchtensappen, wijn en bier), de halfgeleiderindustrie (ultrapuur water) en biomedische toepassingen zijn allemaal in een vergevorderd stadium van ontwikkeling. Toepassingen van MF in proces- en afvalwaterbehandelingzijn in de regel processen waarbij de verwijdering van emulsies voorop staat. Voorbeelden in de beschreven cases zijn onder andere de behandeling van waswater in industriële wasserijen (case 2 en 7), de verwijdering van zwevende deeltjes uit een afvalwaterstroom (bijv. case 6 en 18) en hergebruik van spoelwater (case 16). De meeste microfiltratiemembranenzijn van polymeren gemaakt. Enkele voorbeelden van materialen die vaak worden gebruikt zijn: polypropyleen (case 16, 18 en 191, polysulfon, polyethersulfon (case 21, polyamides, cellulose esters (cellulose acetaat, cellulose nitraat). Er worden tevens anorganische materialen toegepast: alumina (case 7), zirconia en koolstofvezel. De laatste groep materialen is weliswaar duurder, maar kan voor bepaalde toepassingen duidelijke voordelen bieden. Met name de bestendigheid tegen agressieve chemische vloeistoffen en hoge temperatuur is gunstig.

*

.

!o 9 0.0 . ‘O: & . . o. . o . O .&O.&.* .......... .o. .* .@.. . : ...

a

deeltjes

O

opgeloste stof (hoge mol. massa)

O

opgeloste stof (lage mol. massa)

.* . . . : : o : : :.:c .: o.. . . ultrafiltratie

oplosmiddel

1; : ; : ; ; : : ; : : ; : ; I . .

. . . . .

nanofiltratie / omgekeerde osmose Figuur 4.2 :Schematische voorstelling van filtratieprocessen 4.1.2. Ultrafiltratie

Net als bij microfiltratie berust het scheidingsprincipe bij ultrafiltratie op een zeefmechanisme. De poriegrootte van deze membranen loopt van 3 tot 50 nm en de benodigde druk bedraagt 1 tot 5 bar. De schoon-water-flux door de membranen (swf) bedraagt in de orde-grootte van 50 tot 1000 I/m2.uur.bar.

.7

V MACT

15


Symmetrischemembranen zijn membranen waarbij de structuur van toplaag tot onderlaaggelijk is. De structuur van dergelijke membranen is "sponsachtig" met een hoge porositeit (70 tot 80%) en uniforme poriegrootte. Deze 'structuur komt alleen voor bij microfiltratiemembranen.Een voordeel van een symmetrische structuur is dat de kans 1 op defecten ten gevolge van beschadigingenklein is. Nadeelis de grotere weerstand tegen stoftransport. ~Asymmefrischemembranen zijn membranen waarbij de structuur van de toplaag dichter is dan de structuur van de I onderlaag. De onderlaag zorgt voor de mechanische stevigheid terwijl de scheidingseigenschappen door de dunne toplaag worden bepaald. Dit membraantypewordt toegepast bij alle membraanprocessen met poriegroottes kleiner dan 0,05 bm, omdat anders de weerstand tegen stoftransport te groot zou worden. Nadeel van een dergelijk mernbraantype is de grotere kwetsbaarheidvan de toplaag; dit is tevens de reden dat bij buis en capillaire membranen de toplaag vaak aan de binnenkant zit. Composietmembranen vormen het derde type. In feite zijn composietmembranen een bijzondere vorm van asymmetrische membranen. Het verschil is dat de toplaag van een ander materiaal is gemaakt dan de steunlaag. Dit type membraanwordt veel toegepast bij nanofiltratie en omgekeerde osmose. Het voordeel van dit membraantype is dat toplaag en steunlaagonafhankelijk van elkaar kunnen worden geoptimaliseerd. ~

In praktijksituaties worden waarden tussen 10 en 100 I.m2.uur.bar gemeten. Een toegepaste vuistregel is dat de swf voor UF in de orde-grootte van 1 I/m*.minuut.bar bedraagt en praktijkwaarden in de ordegrootte van 10 tot 20% van deze waarde. Ultrafiltratie wordt toegepast in processen waar componenten met een hoge molekuulmassa gescheiden moeten worden van componenten met een lage molekuulmassa. Bij deze discussie over de begrippen ultra- en microfiltratie kan enige spraakverwarring plaatsvinden. Veel toepassingen (met name waar het gaat om de filtratie van emulsies) maken bij voorkeur gebruik van

Molecular Weight Cut-Off (M WCO) is een maat voor het scheidend vermogen van een ultrafiltratiemembraan. Een MWCO van een bepaalde grootte (uitgedrukt in de eenheid Dalton) geeft aan dat meer 90% van die moleculen

door het membraan worden tegengehouden.

*

T

.7 V MACT

16


4.1.3. Nanofiltratie Ongeveer 10 jaar geleden heeft nanofiltratie (NF) een plaats veroverd bij de membraanscheidingsprocessen. De NF-membranen hebben een poriegrootte van 0.5 tot 3 nm en het proces wordt uitgevoerd bij drukken van 2 tot 15 bar. De schoon-water-flux door de membranen (swf) bedraagt in de orde-grootte van 3 tot 10 I/m2.uur.bar. In praktijksituatiesworden waarden gemeten die slechts marginaal lager zijn. Een toegepaste vuistregel is dat de swf voor NF in de orde-grootte van 5 I/m2.uur.bar bedraagt en praktijkwaarden in de orde-grootte van 50 tot 80% van deze waarde. Nanofiltratie wordt toegepast om enkelwaardige ionen te scheiden van meerwaardige ionen of in processen waarbij oplossingen van kleine macromolekulen (met een molekuulmassa tussen 200 en 1000 Dalton) gescheiden moeten worden van componenten met een lage molekuulmassa (in het algemeen ionen). Speciaal op het gebied van de drinkwaterproductieheeft NF in de Verenigde Staten veel aandacht gekregen voor de vermindering van de hardheid van het water (de term "softening membranes" wordt wel gebruikt). Naast de meeste tweewaardige ionen (calcium, magnesium, etc.) kan NF ook gebruikt worden om pesticiden en kleurstoffen te verwijderen. Voorbeelden van het gebruik van nanofiltratie in de proces- en afvalwaterbehandeling zijn onder andere het verwijderen van zware metalen uit een stroom met éénwaardige ionen (case 12), het verwijderen van "grotere" molekulen (met molekuulgewichten tussen 200 en 1O00 Dalton; zie case 41, het verwijderen van fosfaten uit een afvalwaterstroom (case 17) en het gelijktijdig concentreren en ontzouten van wei (case 11). 4.1.4. Omgekeerde osmose Omgekeerde osmose (Engels: Reverse Osmosis (RO)) wordt gebruikt als zouten, suikers of andere kleine moleculen moeten worden gescheiden van water. Het scheidingsprincipe is gebaseerd op een oplosdiffusie mechanisme en het proces wordt meestal uitgevoerd bij een druk van 15 tot 60 bar. De schoonwater-flux door de membranen (swf) bedraagt in de orde-grootte van 1 tot 3 I/m2.uur.bar. In praktijksituaties worden waarden gemeten die slechts marginaal lager zijn. Een toegepaste vuistregel is dat de swf voor NF in de orde-grootte van 1 I/m2.uur.bar bedraagt en praktijkwaarden in de ordegrootte van 80 tot 100% van deze waarde; alleen indien de voeding een hoge osmotsiche druk heeft (zoals bijvoorbeeldzeewater) dan wordt deze waarde lager. Evenals de spraakverwarring bij UF en MF, kan deze ook optreden bij nanofiltratie en omgekeerde osmose. Een echt scheidingscriterium bestaat niet, maar in de regel wordt aangehouden dat als de retentie voor NaCI groter is dan 95% men over RO spreekt en als deze minder is dan 50% NF als term wordt gebruikt. Daartussen heerst spraakverwarring. De belangrijkste reden dat de overgang tussen NF en RO niet scherp is, komt waarschijnlijk voort uit het gegeven dat de meeste bedrijven die zich bezig houden met nanofiltratie ook actief zijn op het gebied van de omgekeerde osmose. De belangrijkste toepassing van omgekeerde osmose is het ontzilten van brak water en zeewater tot drinkwater. Deze toepassing vertegenwoordigt 50% van de verkoop in omgekeerde osmose. Andere toepassingen van omgekeerde osmose zijn te vinden in de productie van industrieel proceswater, spoelwater voor de electronische industrie, water voor medische toepassingen en voedselverwerking. Bij proces- en afvalwaterbehandeling met RO staat vrijwel altijd hergebruik van water voorop. Hierbij kan men denken aan de navolgende toepassingen: recycling van warm waswater voor hergebruik in het spoelproces (case 3), behandelingen hergebruik van zwembadwater (case 5), opwerking van afvalwater tot demi-water (case 19).

.c .7

V MACT

17


4.2. Membraanmaterialen Membranen worden ingedeeld naar het soort materiaal waarvan ze zijn gemaakt. De belangrijkstetwee typen zijn polymere membranen en keramische membranen. 4.2.1. Polymere membranen

Het leeuwendeel van de membranen die worden gebruikt zijn polymere membranen (meer dan 95%). Voor de meeste toepassingen bij kamertemperatuur en in waterige omgeving zijn dit de beste membranen qua prijs en prestatie. Als men buiten dit gebied komt, dient men bij polymere membranen rekening te houden met een beperktere keuze qua membraanmateriaal. Enkele procesvariabelen, welke van invloed zijn op de keuze van een polymeer membraanmateriaal, zijn: - Zuurgraad (PU). Binnen een pH-gebied van 4 tot 10 zijn vrijwel alle polymere membraanmaterialen

-

toepasbaar. Veel toegepaste membraanmaterialen en hun pH resistentie zijn: cellulose-acetaat (4-9), polyamides (3-101, polyacrylonitril (3-101, polyethersulfon (2-13) en polypropyleen (0-14). Ook zijn er veel composietmaterialen, waarbij de bestendigheid niet alleen door het membraanmateriaal wordt bepaald maar ook door de resistentie van de steunlaag. Temperatuur. Tot 50°C zijn er geen problemen te verwachten met de meeste membraanmaterialen.

-

De maximum gebruikstemperaturenvoor enkele membraanmaterialenzijn ongeveer: cellulose-acetaat (70°C), polyamides (70"C), polyacrylonitril (70"C), polyethersulfon (90°C) en polypropyleen (60°C). Ook hier geldt dat de temperatuurbestendigheid van de totale module (dus steunlaag, lijmverbindingen, etc.) kan afwijken van de bestendigheid van individuele membranen. Organische verbindingen. Dit is sterk afhankelijk van het type organische verbinding en de concentratie. De keuze voor keramische membranen in het geval van Neproma (case 7) is ingegeven door het feit dat de organische oplosmiddelen uit de poetsdoeken polymere membranen aantasten. Polypropyleen is één van de weinige materialen met een goede bestendigheid tegen organische oplos-

middelen. Bij de beschreven cases is in slechts enkele geval de keuze voor een membraanmateriaalspecifiek bepaald door één van hierboven beschreven criteria (pH: case 15; temperatuur: case 2, 3 en 7; organische oplosmiddelen: case 7). De prijzen van polymere membranen kunnen sterk variëren. De prijs hangt af van de volgende factoren: (i) het type membraanmateriaal; (ii)de modulevorm en (iii) de hoeveelheid ("kwantumkorting"). Enkele voorbeelden zijn: UF-membranen van polyethersulfon voor drinkwatertoepassingen (grote hoeveelheden, capillaire of buisvormige membraanmodules): ca. 150 - 250 gulden/m2. dezelfde membranen voor kleinschalige toepassingen: ca. 1O00 gulden/m2. MF membranen van polypropyleen (capillaire of buisvormige membraanmodules): ca. 1500 - 2000 gulden/m2.

-

RO membranen (brak of zeewatertoepassing, spiraalgewonden module): 50 70 gulden/m2. NF membranen (waterige toepassingen, spiraalgewonden module): 80 - 120 gulden/m2. RO membranen (zure of basische omstandigheden of hogere temperatuur, spiraalgewonden module): 150 - 250 gulden/m*. NF membranen (zure of basische omstandigheden of hogere temperatuur, spiraalgewonden module): 150 - 250 gulden/m2.

.7 V MACT

18


4.2.2. Keramische membranen In tegenstelling tot polymere membranen worden keramische membranen uitsluitend gemaakt van alumina composieten voor gebruik in micro- en ultrafiltratie. De membraanconfiguratie is of buisvormig of meerkanaals monolithisch ( " multichan nel " ) . De toepassing van anorganische membranen is er niet op gericht om polymere membranen te vervangen, maar is aanvullend op plaatsen waar de polymere membranen tekort schieten. Met name bij toepassingen bij hoge temperatuur en als de membranen in aanraking komen met agressieve chemicaliën zijn de keramische membranen in het

7-kanaalsbuis

19-kanaalsbuis

:en rnultichannel-membraan is een uitvoeringsvorrr man een membraan die alleen bij keramische membraien voorkomt. Hierbij wordt een grofporeuze keranische buis (met poriën van 5 tot 10 pm) met een iiameter van 25 rnrn een lengte van 1 m geëxtrudeerd. ij deze extrusie worden kanalen (zoals in de figuur tangegeven) aangebracht. In een tweede bewerking wordt via het "slip-casting' proces een dunne rnemxaanlaag met de gewenste poriegrootte aan de linnenkant van de kanalen aangebracht. Het permeaat wordt door de poreuze onderlaag afgevoerd naar )uitenkantvan de buis en aldaar verzameld.

voordeel. Milieutechnische toepassingen, met name de reiniging van gas, is een groeimarkt voor keramische membranen. Verder zijn in industriële toepassingen (chemische behandelingen, reinigen van oplosmiddelen en terugwinnen van katalysatoren) de voordelen van keramische membranen overduidelijk. In het algemeen zijn de kosten van keramische MF- en UF-membranen vijf tot tien keer zo hoog als de kosten van polymere membranen. De prijs voor keramische membranen ligt in de orde-grootte van 3000 gulden/m2 voor grootschalige toepassingen (multichannel-membranen). Voor éénkanaals buizen dient een prijs van ca. 6000 gulden/m2 te worden gerekend. Keramische membranen voor NF en RO zijn beschikbaar (veelal zijn deze echter nog experimenteel) en

de kosten zijn extreem hoog. Prijzen van 10.000 gulden/m2 en hoger zijn normaal. Een scherpe daling van deze prijzen is ook niet te verwachten vanwege het feit dat de productiekosten zeer hoog zijn (de NF-laag dient namelijk in ca. 5 tot 6 aparte processtappen te worden aangebracht). Bij de beschreven cases is in twee gevallen een (bewuste) keuze gemaakt voor keramische membranen, zijnde in case 6 (membraanleeftijd dient zo lang mogelijk te zijn vanwege hoge afvoerkosten van radioactief materiaal) en case 7 (aanwezigheid van organische oplosmiddelen). In alle andere gevallen kon worden volstaan met polymere membranen. 4.2.3. Andere membraanmaterialen

In deze groep nemen gesinterd glas en koolstof een prominente plaats in. Het marktaandeel van dit soort membranen is minder dan 1% en dit percentage zal zich in de komende jaren stabiliseren. Over het algemeen is de prijs van dit soort membranen gelijk aan, of hoger dan, de prijs van keramische membranen. Het gebruik van deze membranen blijft beperkt tot kleine, specialistische toepassingen. Een belangrijke toepassing voor UF koolstofmembranen is standtijdverlenging van ontvettingsbaden. door de speciale structuur en lage vervuilingsgraad van de membranen worden deze buisvormige membranen steeds vaker ingezet bij deze toepassing. Kosten voor een membraanmodule per m2 zijn in de orde-grootte van 8000 gulden.

7.7

V MACT

19


4.3. Membraanmodules Bij de vraag of membraantechnologie in een bepaalde situatie kan worden toegepast zijn membraanmodules en/of procesontwerp vaak nog belangrijker factoren dan het membraan zelf. Dit heeft te maken met het feit dat de uiteindelijke prijs en prestatie in grote mate worden bepaald door deze factoren. in deze sectie wordt aandacht besteed aan aspecten van membraanmodules. Binnen het veld van de membraantechnologie worden verschillende soorten modules toegepast. De zes belangrijkste moduletypes en hun toepassingsmogelijkhedenworden hieronder beschreven. 4.3.1. Vlakke plaat module

In dit type module worden vlakke platen membraan, iraan gescheiden door zogenaamde spacers, op elkaar gevoedingsspacer plaatst (zie Figuur 4.3). In dit type module kan de voePemeaatspacer dingsspacer worden aangepast aan de soort voeding. eenheid De vlakke plaat module is relatief duur en de oppervlakte/volume verhouding is laag. Desalniettemin wordt dit type module nog steeds gebruikt in een Figuur 4.3: Vlakke plaat module aantal toepassingen. De belangrijkste toepassing is electrodialyse; in dit geval is het zelfs de enige geschikte configuratie. De kosten van een vlakke-plaat-module zijn erg hoog. Er is namelijk veel handwerk nodig om de module in elkaar te zetten. Daarbij is het is niet eenvoudig de module lekdicht te krijgen. Voor filtratiedoeleindenwordt dit moduletype nauwelijks nog toegepast. 4.3.2. Spiraalgewonden module

Een spiraal gewonden module is een configuratie waarbij een membraanenvelop samen met een voedingsspacer wordt opgerold rond de centrale buis. Een membraanenvelop bestaat uit twee vlakke membraanplaten gescheiden door een permeaatspacer die aan drie kanten wordt dichtgelijmd. De open zijde membraanenvelop met permeaatspacer

permeaat verzamelbuis

membraanenvelo voedingsspacer Figuur 4.4: Schematische tekening van een "uitgerolde" spiraalgewondenmodule wordt verbonden met een centrale buis, de " permeaat verzamelbuis". Deze envelop wordt samen met een voedingsspacer opgerold. Als dit opgerolde membraan in een drukvat wordt geplaatst ontstaat de spiraalgewonden module. Een spacer (letterlijk: afstandhouder) is een gewoven of geperste gaasachtige structuur van kunststof die tot doel heeft te zorgen dat twee zijden van een membraan niet tegen elkaar aankomen en dat er een kanalenstructuuraanwezig is waar de voeding of het permeaatdoorheen kan stromen. Voor zout en brak water toepassingenwordt een spacer met een dikte van 0.7 mm toegepast. Daarnaast bestaat er een "normal flow spacer" met een dikte van 1.1 mm toegepast of zelfs een 'viscous flow spacer" met diktes tot 1.5 mm.

.c .7

Y MACT

20


De lage fabricagekostenen de hoge oppervlakteívolume verhouding maakt dit soort module erg populair in toepassingen als nanofiltratie, omgekeerde osmose en gasscheiding. In omgekeerde osmose is ongeveer 75% van alle modules spiraalgewonden en dit marktaandeel breidt zich uit ten koste van holle vezelmembranen. De belangrijkste reden hiervoor is dat de asymmetrische vlakke plaat membranen met een polyamide toplaag minder gevoelig zijn voor vervuiling, betere resultaten geven en een lagere prijs hebben dan holle vezel membranen. De kosten in RO toepassingen variëren van 50 tot 200 gulden per m2, waarmee dit type module het goedkoopste is van alle module-types. Alle NF- en RO-membranen welke in de cases worden beschreven zijn spiraalgewonden (in totaal in 9 cases toegepast). Dit module-type wordt trouwens ook steeds meer toegepast in ultrafiltratie, waarbij dan een speciale spacer (in de regel dikker) wordt ingezet. Het ultrafiltratieproceszoals toegepast bij Trobas (case 13) is een voorbeeld van een UF-proces met een spiraalgewonden membraan. Hiervoor is een " normal flow spacer" met een dikte van 1.1 mm toegepast. Ter vergelijking: voor zout en brak water toepassingen wordt een spacer met een dikte van 0.7 mm toegepast. 4.3.3. Disc-tube module Deze module bestaat uit "membraankussens", twee cirkelvormige vlakke platen membraan,

zijaanzicht van membraankussen

! bovenaanzichtvan membraankussen

gescheiden door een permeaatspacer (zie Figuur 4.5). De membranen worden langs de buitenrand geseald, terwijl een gat in het midden het opvangen van het permeaat mogelijk maakt. De kussens worden op elkaar, rond een permeaatverzamelbuis

membraan kussens

permeaaiverzamelbuis

het wordt in Figuur 4.5: schematische voorstelling van een úisc-tube module een drukvat geplaatst. In dit moduletype komen een aantal voordelen van de vlakke plaat module terug, zonder het nadeel van de hoge prijs. Dit module-type is vrij populair in Duitsland (waar deze ook is ontwikkeld), maar er zijn geen toepassingen in Nederland bekend. 4.3.4. Capillaire membraanmodule In Figuur 4.6 is een voorbeeld te zien van een capillaire membraanmodule die toegepast wordt in microof ultrafiltratie. De voeding stroomt door de capillaire kanaaltjes die als een bundel in een buis zijn inge-

lijmd. De capillairen hebben een inwendige diameter van 0.5 tot 5.0 mm. De barstdruk van de vezels beperkt de druk tot enkele bars. Hierdoor worden deze modules gebruikt in toepassingen waarbij de drukval over het membraan laag is, zoals (diffusie)dialyse,microof ultrafiltratie. Het voordeel van een capillaire membraanmodule is de relatief hoge oppervlakte-volumeverhouding en de eenvoudige wijze van produceren. De vezels kunnen van de binnenzijde of van de buitenzijde worden aangestroomd. In de meeste toepassingen worden de vezel van de binnenzijde aangestroomd. Dit heeft twee voordelen, te weten (i)als bij membraanproductie de (kwetsbare) toplaag aan de binnenkant zit, kan deze niet mechanisch beschadigd bij het inlijmen en (ii) bij aanstroming aan de binnenzijde is het stromingsregime beter gedefinieerd (laminair, geen last "channelling"). Aanstroming aan de buitenzijde

'c

.7 V MACT

21


komt alleen voor bij MF membranen. Doordat deze membranen symmetrisch van structuur zijn, zijn deze

-

tevens minder gevoelig voor beschadigingen van de toplaag (zie bijvoorbeeld case 16). Een ander voordeel van aanstroming aan de buitenzijde is gelegen in het feit dat de back-flush effectiever kan worden uitgevoerd vanaf de binnenzijde van de membranen; een belangrijk nadeel is "channelling" .

-c

voeding

retentaat

7

permeaat

Figuur 4.6: Capillaire membraanmodule Hoewel cross-flow operatie een veel toegepaste techniek is voor kleinschalige afvalwaterbehandeling bij individuele bedrijven (zoals valt op te maken uit de beschrijving van de cases), wordt in de meeste grootschalige drink- en proceswatertoepassingen dead-end filtratie toegepast. Het toepassen van dead-end filtratie heeft het grote voordeel van de beperkte energiekosten ten opzichte van cross-flow. ~

~~~~~~~

Channeling is een verschijnsel wat op kan treden bij aanstromingvan een capillair of holle vezel aan de buitenzijde van de vezel. Door een slechte pakking van de vezels kan het voorkomen dat op een willekeurige plek tussen de vezels een "kanaal" ontstaat. Omdat de vloeistof altijd de weg van de minste weerstand zal kiezen, zullen de andere vezels daardoor slechter worden aangestroomd, resulterendin een slechtere flux. Flux is de hoeveelheid vloeistof die per oppervlakte-eenheid en per tijdseenheid door het membraan permeëert. Dit getal wordt meestal in liters per vierkante meter per uur uitgedrukt(Vm2.uur). Omdat dit getal ook afhankelijk is van 'de druk, de samenstelling van de voeding en de temperatuur worden deze omstandighedenvaak vermeld bij deze gegevens. Cross-flow is een wijze van aanstromen van een membraan. Hierbij wordt de voeding evenwijdigaan het membraan aangestroomd. Dit wordt vooral toegepast bij sterk vervuilende stromen. Bij áead-end is geen stroming in de module aanwezig. Dit wordt vooral toegepast bij schone processtromen,waarbij slechts een geringe vervuiling uit de voedingsstroom hoeft te worden verwijderd.

4.3.5. Tubulaire membraanmodule

Het belangrijkste verschil tussen dit ontwerp en capillaire modules is de inwendige diameter van de membranen, die groter is dan 5 mm. In het algemeen wordt dit type module gebruikt voor voedingsstromen die sterk vervuilend zijn, of voor visceuze stromen, bijvoorbeeld in de levensmiddelenindustrie. Door de grote buisdiameter en de noodzaak het proces in cross-flow te bedrijven is de energiebehoefte van tubulaire membraanmodules relatief hoog in vergelijking met capillaire- en holle vezel modules.

.t-retentaat

permeaat Figuur 4.7: Buisvormige membraanmodule

f

.7

I( MACT

22


Bij de beschrijving van de huidige cases wordt in case 1 (membraanbioreactor met hoge concentratie aan vaste-stof-gehalte), case 4 (DuPont met sterk vervuilende afvalstroom), case 1O (hoge concentratie en sanitair ontwerp) en case 14 (hoge concentratie én hoge viscositeit) gebruik gemaakt van buisvormige membranen met een binnendiameter van 12,5 of 14,4 mm. 4.3.6. Holle vezel membraanmodule

Deze module is in principe hetzelfde als de capillaire module. Het enige verschil

ree tna t-;

is de inwendige diameter van de vezels, die in dit geval kleiner is dan 0.5 mm. Door deze kleine inwendige diameter

kan dit ontwerp alleen worden gebruikt als de voeding redelijk schoon is. Geschikte toepassingen voor holle vezel

-

i

membranen zijn omgekeerde osmose, gasscheiding en dialyse.

voeding

Figuur 4.8: Holle-vezel membraanmodule In Figuur 4.8 is aangegeven dat de voeding aan de buitenkant van de holle vezel (" shell-side") wordt toegevoerd. Omdat bij toepassingen als omgekeerde osmose en gasscheiding hoge drukken worden toegepast (tot 60 bar) is deze methode van werken noodzakelijk, omdat anders de vezels zouden worden "opgeblazen". Toepassingen van dit module-type in afvalwaterbehandeling komen zelden of niet voor.ln de huidige studie zijn dan ook geen voorbeelden opgenomen van het gebruik van een holle-vezel-module. 4.3.7. Welke module voor welk proces?

In Tabel 4.2 wordt een samenvatting gegeven van de belangrijkste karakteristieken en de oppervlakte/ volume verhouding van de verschillende membraanmodules. Ret valt op dat er een groot verschil is in de pakkingsdichtheid.

Tabel 4.2: Karakteristieken van verschillende module-types ~~

~~~~

module type

karakteristieken

oppervlakte/volumeverhouding [m2/m31

vlakke plaat

vlakke platen membraan

100 - 200

spiraalgewonden

vlakke membranen

700 - 1000

disc tube

hoge druk mogelijk

100 200

tu bulair capillair

inwendige diameter > 5 mm 0.5 mm < inwendige diameter < 5 mm

100 - 500

500 - 4000

inwendige diameter < 0.5 mm

4000 - 30000

holle vezel

-

Een hoge pakkingsdichtheid (dus veel vierkante meters per volume-eenheid) heeft het voordeel dat een installatie compact kan worden gebouwd. Dit verklaart het veelvuldige gebruik van holle vezel membranen in omgekeerde osmose in de off-shore industrie. Een ander belangrijker aspect van een hoge pakkingsdichtheid is de lagere energiebehoefte van het systeem. Indien in een bepaald systeem dezelfde langsstroomsnelheid wordt gevraagd, kan deze makkelijker worden gerealiseerd indien de diameter van vezel kleiner. Als "vuistregel" kan worden aangehouden dat

.7 V MACT

23


de energiebehoefte van een membraansysteem omgekeerd evenredig met de diameter van de vezel/buis is. Dit betekent dat de energiebehoefte van een membraansysteem met een buismembraan met een

interne diameter van 14 mm zeven maal zo hoog is als een systeem wat gebruik maakt van capillairen met een interne diameter van 2 mm. De exacte waarden van de energiebehoefte van een membraansysteem is sterk afhankelijk van andere factoren als pomptype, viscositeit, concentratie en langsstroomsnelheid. Zoals al bij de bespreking van de diverse modules aan de orde is gekomen, kan niet elke configuratie voor elk proces worden ingezet. Hierbij moet onder andere rekening worden gehouden met aspecten als concentratie van de voeding, viscositeit, vervuilend gedrag van de voeding (dus mogelijkheden voor membraanreiniging) en sanitair ontwerp (in het geval van levensmiddelentoepassingen). In Tabel 4.3 staat een overzicht welke module geschikt is voor welk proces. Als een module goed past bij een bepaald proces wordt dat aangegeven met "++", als een module onder bepaalde omstandigheden geschikt is, wordt dat aangegeven met Bij de indicatoren in deze tabel dient men te bedenken dat dit algemene richtlijnen zijn. In individuele gevallen kan een keuze voor een membraansysteem afwijken, omdat speciale omstandigheden hier aanleiding toe kunnen geven. Bijvoorbeeld: bij het concentreren van eiwit (zie case 10) kan ook RO worden ingezet; hier zal dan echter een buisvormig membraan nodig zijn vanwege de hoge viscositeit van de voeding. "+'I.

Tabel 4.3: Welke module voor welk proces ? proces

module vlakke plaat gewonden

microfiltratie

+

ultrafiltratie

i-

nanofiltratie

+ +

omgekeerde osmose gasscheiding electrodialyse

++ ++

(diffusieldialyse

+

pervaporatie

+ ++ ++

++ +

disc-tube

+ + + + +

tubulair

capillair

++

+ ++ ++

++ ++ +

+

holle vezel

+ ++ ++

+ +

++

++

Moduleconfiguraties met een hoge pakkingsdichtheid zijn niet goed geschikt voor processen met een vervuilende voeding vanwege het gevaar van verstopping van de "kanalen" waardoor de voeding wordt toegevoerd. Aan de andere kant, als de flux door het membraan laag is en als de stromen niet vervuilend zijn, zoals in gasscheiding en omgekeerde osmose, heeft een ontwerp met een hoge pakkingsdichtheid duidelijk de voorkeur. In bepaalde processen is een bepaalde configuratie vereist, zoals electrodialyse bijvoorbeeld altijd in een vlakke plaat module wordt bedreven, omdat alleen deze configuratie een goede verdeling van het elektrische veld over de membraanmodule geeft.

4.4. Procesontwerp en uitvoeringswijze In deze sectie worden een aantal ontwerpgrootheden beschreven die van invloed zijn op de prestaties van een membraansysteem. Bij het ontwerp van een systeem moet rekening gehouden worden met de navolgende aspecten

.7 V MACT

24


4.4.1. Hydrodynamische maatregelen Dit soort aanpassingen aan een systeem zijn er op gericht om de hydrodynamica van een membraansysteem te verbeteren. Bekende voorbeelden zijn: het gebruik van keerschotten in modules waarbij de vezels van de buitenkant worden aangestroomd en het aanpassen van het ontwerp van de voedingsspacer in spiraalgewonden membraanmodules (zie case 13). In bepaalde toepassingen, waarbij de waarde van het product hoog is (denk aan biotechnologische toepassingen) worden ook duurdere exotische ontwerpen als ronddraaiende membranen toegepast. 4.4.2. "Back-flush" Deze techniek wordt gebruikt in microfiltratie om het effect van fluxvermindering (zie Figuur 4.9), een resultaat van de opbouw van een filterkoek, te minimaliseren. Tijdens het " back-flushen" wordt een hogere druk aan de permeaatzijde van het membraan aangebracht en wordt het permeaat door de poriën van

,3

met backshock

==I

met backílush

zonder backflush

het membraan teruggespoeld. Door deze procedure periodiek uit te voeren wordt

braanoppervlak teruggespoeld in de Figuur 4.9:Verloop van de flux ten gevolge van vervuiling voeding. Een verfijning van deze techniek is de " back-shock''. " Back-shock'' is in feite een " back-flush", die gedurende een korte tijd (fractie van een seconde) wordt uitgevoerd bij een hoge druk. Hiervoor is een bepaalde stijfheid van het membraan vereist; dit maakt keramische membranen uiterst geschikt voor deze techniek. Back-shock wordt toegepast bij sterk verontreinigende media, zoals gistculturen. In de huidige studie wordt in alle cases waarin een microfiltratie-installatieis beschreven gebruik gemaakt van de "back-flush" methode. Van de "back-shock'' methode worden in deze studie geen toepassingen beschreven. 4.4.3. Systeemontwerp De twee uitersten in een systeemontwerp zijn het "single pass" systeem en het " recirculatiesysteem" "Single pass " Zoals de naam al aangeeft passeert de voeding in het "single pass" systeem de membraanmodule maar één keer. Bij omgekeerde osmose wordt dit systeem ook wel "once through " systeem genoemd (zie Figuur 4-10a). Ook het systeem van "úead-end met spui" (zie Figuur 4-lob) zoals toegepast bij ultrafiltratie in de drinkwaterbereiding wordt tot het single-pass systeem gerekend. Het belangrijkste voordeel van het "single pass" systeem is dat alle (pomplenergie wordt aangewend voor filtratie, waardoor de energiekosten laag zijn. Het gebruik van dit ontwerp betekent dat de langsstroomsnelheid ("cross-flow") in de modules laag is. Voor toepassingen waarbij concentratiepolarisatieen vervuiling (zie sectie 4.6) geen belangrijke rol spelen (bijvoorbeeld bij omgekeerde osmose) is langsstroomsnelheid geen belangrijke parameter. Hierbij kan dus f

.7 V MACT

25


een " kerstboomschakeling" (waarbij van links naar rechts de concentratie van de voeding toeneemt en het volume van de voedingsstroom af) worden toegepast.

voeding

4

k-

4

1-4

-I

I-

( r e tentaat)

voeding

a. "once through" RO ( "kerstboomschakeling")

b. dead-end UF met.spui

Figuur 4- 7 O: Verschillende uitvoeringen van het "single-pass" systeem Bij ultrafiltratie zijn vervuiling en langsstoomsnelheidechter wel degelijk een belangrijke parameter. Bij de ultrafiltratie van drinkwater wordt daarom vaak een "semi dead-end systeem met spui" toegepast. De "spui" (het retentaat) bedraagt in de regel minder dan 3% van de totale voedingsstroom. Door meerdere modules in serie te plaatsen wordt bereikt dat in de eerste modules er een behoorlijke langsstroomsnelheid optreedt, terwijl in de laatste modules alleen dead-end filtratie optreedt. Door nu van tijd tot tijd de stromingsrichtingte veranderen (de laatste modules worden dan als eerste aangestroomd) kan de vervuiling van de membraanmodules worden beperkt. Bij afvalwaterbehandeling is het vaak niet mogelijk om een "dead-end" systeem voor microof ultrafiltratie toe te passen. In alle cases wordt derhalve een recirculatiesysteem toegepast. De NF en RO toepassingen maken in vrijwel alle cases gebruik van een "once through" systeem met een beperkte recirculatie over het voorraadvat (N.B. als men de definities volgens de "letter" hanteert dan zijn dit dus eigenlijk ook recirculatiesystemen). Recirculatiesysteem recirculatie

Bij een recirculatiesysteem wordt de voeding meerdere keren langs het membraan gerecirculeerd (deze procesuitvoeringwordt ook wel met de term "feedand-bleed proces" aangeduid). De belangrijkste reden hiervoor is het voorkomen van een vervuiling

voeding

perrrieaat van het membraan. Door een bepaalde langsstroom4-7 7: Recircu~atiesysteem snelheid t e hanteren wordt de vervuilingslaag, die op F~~~~~ het membraan dreigt vast te gaan zitten, continu verwijderd. Hierdoor kan het effect van vervuiling worden geminimaliseerd. Ook indien men een bepaalde indikkingsfactorvan de voeding wenst (zoals bij het concentreren van verf

(case 81, eieren (case 10) of een polymeerdispersie (case 14)), is recirculatie van de voeding over het membraan de gewenste uitvoeringsvorm. In Figuur 4-1 1 is het basisschema van het recirculatiesysteem weergegeven. In dit schema zijn twee pompen weergegeven: een voedingspomp (ofwel drukpomp) die er voor zorgt dat de vers aangevoerde voeding (wat in volume gelijk is aan de hoeveelheid afgevoerd retentaat en permeaat) en een recirculatiepomp, die voor de langsstroomsnelheid van de voeding langs het membraan zorgt. De recirculatiepomp heeft dus vooral als taak om grote volumes te verpompen en niet om druk te leveren. In case 6 staat een modulair opgebouwde installatie beschreven waarbij elke module zijn eigen recirculatiepomp heeft en het totale systeem één voedingspomp.

f

.7

Y MACT

26


In het geval van een batchgewijze verwerking van een hoeveelheid proces- of afvalwater (zie bijvoorbeeld

case 4) wordt een recirculatie over het voedingsvat toegepast. In een dergelijk geval is de retentaatstroom gedurende het filtratieproces afwezig.

t opvoerhoogte (meestal uitgedmkt in meten of bar)

4.4.4. Pompkeuze

De meest toegepaste pomp bij memdebiet (uitgedrukt in rn3/uur) +. braanprocessen is de centrifugaalpomp vanwege de goede kwaliteit/ prijs verfiguur 4-12: Voorbeelden van pompkarakteristieken houding. In veel waterige toepassingen geniet deze pomp dan ook de voorkeur. Toch kan de keuze van de pomp bepalen of een proces al dan niet goed zal functioneren. In deze paragraaf zullen kort een aantal verschillende pomptypes worden gepresenteerd en de redenen waarom deze pomp in bepaalde gevallen wordt ingezet. Centrifugaalpomp De centrifugaalpomp is de goedkoopste en meest toegepaste pomp. In de meeste watertoepassingen wordt deze pomp gebruikt. Deze pompen kunnen worden geleverd in uitvoeringsvormen tot ca. 25 bar en met een vrijwel onbeperkt grote capaciteit. De pompen kunnen worden ingezet als voedingspomp (grote opvoerhoogte, laag debiet) of als recirculatiepomp (lage opvoerhoogte, hoog debiet). In Figuur 4-12 staan voorbeelden van pompkarakteristieken weergegeven. Een nadeel van centrifugaalpompen is dat ze veel warmte-ontwikkeling geven, dus minder geschikt zijn voor recirculatietoepassingen (zie onder andere case 8 (verfterugwinning), waar een warmtewisselaar moet worden ingezet om de voeding te koelen). Daarnaast geven deze pompen afschuifspanningen waardoor de structuur van bepaalde producten kapot wordt gedraaid in de pomp (zie onder andere case 14 (concentreren van een polymeerdispersie)). De grootste problemen ontstaan echter indien de voeding hardere deeltjes bevat die er voor zorgen dat een centrale afdichting op de pompas ("seal") gaat lekken. Dit is onder andere het geval bij de verwerking van drukinkten (case 9). Een oplossing hiervoor kan worden gevonden in het gebruik van zogenaamde "gespoelde seals" , waarbij afdichting met water wordt gespoeld om de afzetting van de harde deeltjes te voorkomen.

Magneetgekoppelde centrifugaalpomp Het grote verschil tussen een magneetgekoppeldecentrifugaalpomp en een gewone centrifugaalpomp is de overbrenging van het motorvermogen naar het pomphuis. Bij een gewone centrifugaalpomp gaat dat met behulp van een pompas met centrale afdichting ("seal") en bij een magneetgekoppelde centrifugaalpomp met behulp van magneten. Hierdoor kan het pomphuis lekdicht en onafhankelijk van de motor worden geconstrueerd. Het pomphuis kan worden gemaakt van kunststof (meestal polypropyleen) en is dus chemisch inert. Bij de verwerking van drukinkten (zie case 9)is bewust gekozen voor een magneetgekoppelde centrifugaalpomp ter voorkoming van lekkage door seals. Nadelen van deze pompen zijn dat ze ca. dubbel zo duur zijn als een vergelijkbare gewone centrifugaalpomp en dat de maximale opvoerhoogte tot circa 6 bar is beperkt.

.7 V MACT

27


Plunjerpomp Een plunjerpomp is een pomp die specifiek wordt ingezet voor het realiseren van hoge drukken. Deze pomp soms ingezet bij omgekeerde osmose toepassingen naast een centrifugaalpomp voor recirculatie. Slangenpomp Evenals bij een magneetgekoppelde pomp is bij een slangenpomp het pomphuis ook lekdicht en onafhankelijk van de motor geconstrueerd. Echter in tegenstelling tot centrifugaalpompen geef? een slangenpomp nauwelijks afschuifspanningenen ook geen warmte-ontwikkeling. Ook kunnen suspensies met zeer hoge viscositeiten worden verpompd. Nadelen van dit pomptype zijn: duur in aanschaf, volumineus in relatie tot opvoerhoogte en debiet, de stroming is niet constant (pulserende flow) en de opvoerhoogte is beperkt. Daarom worden deze pompen weinig toegepast in membraanprocessen. Dit type pomp is toegepast voor de testen bij het concentreren van een polymeerdispersie (case 14). In de praktijkinstallatieis gekozen voor een lobbenpomp. Wormpomp Een wormpomp is een pomp waarbij het medium wordt verpompd door een schroef die in een vaste buis ronddraait. Deze pomp wordt veel in de chemische industrie veel toegepast vooral voor het verpompen van media met hoge viscositeiten. Qua technische eigenschappen is de pomp vergelijkbaar met een slangenpomp. In deze studie wordt het gebruik van dit pomptype beschreven bij de behandeling van polymeerhoudend afvalwater bij een chemisch bedrijf (case 4). Lobbenpomp Een lobbenpomp is een pomp waarbij twee speciaal geconstrueerde "lobben" in één pomphuis zijn gemonteerd. De lobben bevatten geen scherpe randen en draaien zodanig rond in het pomphuis dat ze goed op elkaar aansluiten, maar geen extra afschuifspanningen veroorzaken. Tevens is deze pomp in staat vloeistoffen met een hoge viscositeit te verpompen. Dit type pomp wordt veel toegepast in biotechnologische industrie bij het verpompen van fermentatiebeslag. In deze studie wordt het gebruik van dit pomptype beschreven bij het concentreren en terugwinnen van een polymeerdispersie (case 14). Een samenvatting van de karakteristiekenvan de verschillende pompen staat gegeven in Tabel 4.4. Tabel 4.4: Gegevens van veel toegepaste pompen ~

~~

Druk (bar)

Debiet

Shear

Prijs

Voordelen

Nadelen

< 25

hoog

hoog

laag

goedkoop

shear, lekkende seals

<6

hoog

hoog

middel

geen lekkage van seals

shear, lage druk

Plunjerpomp

zeer hoog

laag

middel

middel

hoge druk

duur, laag debiet

Slangenpomp

< 10

laag/ middel

laag

hoog

lage shear, resistent

duur

Worm pomp

< 10

middel

middel

hoog

lage shear

duur

Lobbenpomp

< 10

middel

laag

hoog

lage shear

duur

Type Pomp Centrifugaalpomp Magneetgekoppeld

.7 V MACT

28


4.4.5. Batchgewijze vs. continue uitvoering De vraag waarom in een bepaald geval wordt gekozen voor een batchgewijze uitvoering van het proces en in een ander geval voor een continue uitvoering van het proces wordt meestal door externe proceseisen bepaald. Beide uitvoeringsvormen komen aan de orde bij de beschrijving van de cases. Enkele kenmerken van een batchgewijs membraanproces zijn: De installatie is eenvoudiger en goedkoper. Bij het concentreren van een voeding neemt de flux (en in sommige gevallen ook de retentie van het membraan) af. Door batchgewijs te concentreren kan men in een kortere tijd de gewenste hoeveelheid water uit de voeding verwijderen. Enkele kenmerken van een continue membraanproces zijn: Het proces vraagt meer procesautomatiseringen daardoor is de installatieprijs hoger. Door de betere automatisering zal de kostenfactor arbeid lager zijn. Er is een betere afstemming tussen het membraanproces en andere procesonderdelen. Dit is vooral belangrijk indien de rest van de fabriek voorrien is van continue processen. Enkele algemene criteria voor een batchgewijze of continue procesuitvoering van een membraaninstallatie zijn hieronder in volgorde van belangrijkheid weergegeven: - concentreren van een voedingsstroom: batch. - permeaat is product (bijvoorbeeld bij proceswaterbereiding): continue. - kleine hoeveelheden (dus kleine installatie; kosten < 1OO.ûûO gulden): batch.

- grote processtromen: continue. In individuele gevallen zal een keuze anders dan volgens de bovenstaande criteria. Uit de criteria volgt ook dat veel afvalwaterbehandelingsinstallaties batchgewijs of semi-batchgewijs werken.

4.5. Procesbeheersing In deze sectie worden een aantal parameters die tijdens het membraanfiltratieproces kunnen worden ingesteld en gevarieerd. In tegenstelling tot het procesontwerp en de uitvoeringswijze (waarbij de keuzes vooraf dienen te worden gemaakt) kunnen de navolgende parameters worden ingesteld. 4.5.1. Drukval over het membraan (transmembraandruk)

Dit is één van de meest belangrijke parameters om het filtratieproces zo effectief en zo economisch mogelijk te laten verlopen. In alle drukgedreven membraanprocessen is een tendens waar te nemen naar lagere drukvallen over het membraan en wel om de volgende redenen: - minder pompenergie nodig. Dit is speciaal van belang voor toepassingen als de bereiding van drinkwater waar de kosten zo laag mogelijk moeten zijn. Er zijn fabrikanten die "zeer lage druk (ultra low pressure)" omgekeerde osmose membranen leveren die een goede prestatie leveren bij drukken van 4 tot 5 bar drukval over het membraan). - betere beheersbaarheid van de vervuiling (belangrijk voor MF en in mindere mate voor UF). - er komen steeds betere membranen beschikbaar, die dezelfde prestatie leveren bij lagere drukval over het membraan. 4.5.2. Systeemdruk

Veel toepassingen worden uitgevoerd bij atmosferische druk. Er zijn echter ook toepassingen die bij hogere druk worden bedreven (bijvoorbeeld het klaren van bier met behulp van filtratie wordt uitgevoerd

f

.7 V MACT

29


bij een druk van 8 tot 10 bar, terwijl de drukval over het membraan 0,5 bar is). Ook bij toepassingen in olieproductie wordt vaak bij hogere drukken (in olieputten vaak 60 bar, terwijl de drukval over het membraan ca. 2 bar is) gewerkt; in dergelijke gevallen hebben keramische membranen de voorkeur. 4.5.3. Drukval in de module

De drukval in de module kan maar in beperkte mate worden ingesteld met de procesregeling. Deze parameter wordt hoofdzakelijk bepaald door het module-ontwerp. Wel is de drukval in de module direct gekoppeld aan de langsstroomsnelheid: een lagere langsstroomsnelheid heeft een lagere drukval in de module tot gevolg. 4.5.4. Langsstroomsnelheid ("cross-flow snelheid")

Naast de transmembraandruk is de cross-flow snelheid de belangrijkste parameters om concentratiepolarisatie en vervuiling te beïnvloeden. De cross-flow snelheid in tubulaire membraansystemen wordt vaak boven 1 m/s (bij voorkeur 3-4 m/s) gekozen, om in het turbulente regime te blijven. In andere moduletypes is het praktisch onmogelijk om turbulente stroming te bereiken. Desondanks kan ook in die gevallen een hoge langsstroomsnelheid van belang zijn voor het verwijderen van vervuiling. 4.5.5. Back-flush of Back-shock

Deze methode is uitgebreid beschreven in sectie 4.4.2.Het tijdsinterval tussen en de sterkte van de "flush" of de "shock" kunnen aan het type proces worden aangepast. In systemen met hoog vervuilingspotentieel (zoals fermentatiebeslag) kan de filtratietijd in de ordegrootte van secondes en de backshocktijd in de ordegrootte van tiendes van een seconde zijn. In het algemeen wordt bij vervuilende stromen back-flush gedurende 0.5 tot 3 minuten per uur uitgevoerd.

4.6. Membraanvetvuiling en reiniging Membraanvervuiling is een zeer complex fenomeen, waarover reeds vele boeken en publicaties zijn verschenen. Desondanks is het verschijnsel nog niet helemaal begrepen. In deze sectie worden een aantal aspecten van membraanvervuilingen reiniging op een zo praktisch mogelijke manier beschreven. In Figuur 4-13 is schematisch een membraan met poriën weergegeven en een waterfase met deeltjes. in de navolgende secties worden een aantal aspecten van vervuiling beschreven.

membraan

Ook dient men zich te realiseren dat niet alle fluxafname een gevolg is van vervuiling: dit kan ook worden veroorzaakt door een toenemende concentratie van de voeding. 4.6.1. Concentratiepolarisatie

Concentratiepolarisatieis eigenlijk geen vervuiling. De afname van de flux door het membraan wordt in dit geval veroorzaakt door een toename van de concentratie van de tegengehouden stoffen aan het membraanoppervlak. (zie Figuur 4-13). Meestal is dit het gevolg van een toe-

.7 V MACT

pore-bl concentratiepolarisatie Figuur 4-73: Membraanvervuiling

30


name van de concentratie van de voeding. Bij het concentreren van verf (zie case 8) neemt de flux omgekeerd evenredig met de concentratie af. Nadat de geconcentreerde batch is vervangen door een nieuwe verdunde batch is het oorspronkelijke fluxniveau weer hersteld. Het verschijnsel concentratiepolarisatiedoet zich sterker voor bij lagere langsstroomsnelheid. in dergelijke toepassingen dient men er voor te zorgen dat de langsstroomsnelheid hoger is. Omdat de concentratie in de voeding van zichzelf ai hoog is, heeft het toepassen van een back-flush geen tot nauwelijks effect. 4.6.2. Cake layer filtratie Een "cake layer" (in het Nederlands wordt dit ook wel eens als een "koek" aangeduid, maar omdat de verwarring met koekfiltratie met een filterpers groot is wordt meestal de Engelse term gebruikt) is een laag vaste stof die zich vormt op een membraan en die een grote weerstand vormt voor vloeistoftransport door het membraan. Deze situatie laat zich beschrijven door de concentratiepolarisatielaagin Figuur 4-13 als een zeer dichte pakking voor te stellen, terwijl de concentratie in de voeding vele malen lager is. Een dergelijke "cake layer" laat zich zeer goed verwijderen met een back-flush. Vooral bij de toepassingen met zwevende stof (bijvoorbeeld de afvalwaterbehandelingbij ECN; zie case 6)is een backflush zeer effectief. 4.6.3. Pore blocking

Zoals de naam al aangeeft, is "pore biocking" het blokkeren van een porie door een deeltje dat van vergelijkbare grootte als de porie is (zie Figuur 4-13). Een dergelijke vervuiling iaat zich moeilijk verwijderen uit de poriën. In bepaalde gevallen (als de vervuiling relatief los zit en alleen door de druk van voeding op zijn plaats wordt gehouden) laat een dergelijke vervuiling zich met een "back-flush" of " back-shock'' verwijderen. Pore-blockingkan worden voorkomen door een membraan met poriegrootte te kiezen die kleiner is dan noodzakelijk. Dit is ondermeer het geval bij case 16, waar de deeltjes aanmerkelijk groter zijn (ca. 1 pm of groter) dan de poriën van het membraan (0,2pm). 4.6.4. Fouling (vervuiling) Membraanvervuilingaangeduid met de Engelse term " fouling" is echte membraanvervuiling. Hierbij zet zich een laag vuil op het membraan af die alleen met een chemische reiniging te verwijderen is. Vervuilende componenten kunnen worden ingedeeld in een aantal hoofdgroepen, zijnde: "scaiing" : vervuiling door calcium en andere anorganische zouten (vooral magnesium) die op het membraan neerslaan omdat de concentratie in de voeding boven het oplosbaarheidsproductkomt, Belangrijke boosdoeners zijn calciumcarbonaat en calciumsulfaat. M e t een populair Nederlands woord wordt dit ook wel "kalkaanslag" genoemd. Deze aanslag kan worden voorkomen door een "anti-scalant" toe te voegen aan de voeding (indien mogelijk enlof gewenst). De aanslag kan worden verwijderd met behulp van citroenzuur of met een oplossing op basis van EDTA. kolloïdale vervuiling: dit is een neerslag van agglomeraten van gesuspendeerd materiaal. Belangrijke boosdoeners zijn silicaten en hydroxides van ijzer en aluminium. Deze aanslag, die vaak voorkomt bij RO, kan worden voorkomen door voorfiltratie van de voeding met MF of UF. De aanslag kan worden verwijderd met behulp van een oplossing op basis van EDTA of met schoonmaakmiddelen met een hoge pH.

v .7 V MACT

31


biologische vervuiling: dit betreft de vorming van "biofilms" op het membraan, bestaande uit bacteriën en de slijmerige afbraakproducten van deze bacteriën. Een "biofilm" bestaat vaak maar uit enkele

'

procenten uit bacteriën; de rest is afbraakproduct. Het verwijderen van deze films kan met een schoonmaakprocedure met oxidatieve middelen. De meeste membranen (vooral RO membranen) zijn hiertegen niet bestand. Derhalve is wordt vaak een schoonmaakprocedure met natriumbisulfiet voorgeschreven. Ter voorkoming van biofilms worden RO-modules ook wel preventief gespoeld met natriumbisulfiet. vervuiling door organische componenten. Dit kan variëren van olie tot wateroplosbare organische componenten (bestrijdingsmiddelen, biocides, etc.). Deze vervuiling laat zich het best verwijderen met oppervlakte-actieve schoonmaakmiddelen bij neutrale of basische omstandigheden. 4.6.5. Membraanreiniging

Welke reiniging dient te worden toegepast, is afhankelijk van de aard van de vervuiling. In de vorige paragraaf is bij de type vervuiling in grote lijnen ook een reinigingsmethode aangegeven. Door meerdere chemicaliënleveranciers zijn diverse formuleringen van schoonmaakmiddelen voor membraansystemen op de markt gebracht. De Duitse fabrikant Henkel heeft bijvoorbeeld een serie schoonmaakmiddelen onder de naam " Ultrasil" beschikbaar. Voor diverse vervuilingen, maar ook voor diverse toepassingen zijn reinigingsmiddelen beschikbaar. Het voert te ver om in deze studie hier nader op in te gaan. Indien membraanvervuilingeen belangrijke factor is in een bepaalde applicatie, dan wordt de membraaninstallatie uitgerust met een automatische reinigingseenheid. Op gezette tijden wordt dan een membraanreiniging doorgevoerd. Het tijdstip van reiniging kan worden bepaald door het fluxniveau (indien de opbrengst van de installatie beneden een bepaald niveau komt, wordt een reinigingsprocedure uitgevoerd) of door de filtratietijd (preventief reinigen). Ook is het mogelijk dat een reinigingsprocedure onderdeel van het totale productieproces vormt. Denk hierbij bijvoorbeeld aan CIP (Cleaning-In-Place) reiniging van alle procesapparatuur in een levensmiddelentoepassing. Tot slot dient nog te worden opgemerkt dat ook hier geldt: "voorkomen is beter dan genezen". Door het kiezen van een goede voorbehandeling kan vervuiling van membraansystemen tot een minimum worden beperkt. In deze studie komt bij case 5 (behandeling van zwembadwater) de voorbehandeling uitgebreid aan de orde. Met name in grootschalige applicaties, waar het membraansysteem een wezenlijk onderdeel van de kosten uitmaakt, is een dergelijke voorbehandeling noodzakelijk voor een goed verloop van het filtratieproces. In kleinere installaties is het mogelijk om een deel van de membraanvervuiling voor lief te nemen en de membraaninstallatie iets groter te dimensioneren in plaats van het realiseren van een extra voorzuivering. De laatste optie is in de regel aanmerkelijk duurder.

.7

V MACT

32

Haalbaarheidvan opzet datasysteem

5. Haalbaarheid van de opzet van een datasysteem De centrale vraag van het haalbaarheidsproject, zoals vanuit het RIZA gesteld, is: Is de vergaarde informatie van voldoende omvang en kwaliteit om in een kennissysteem opgenomen te kunnen worden?

5.1. Haalbaarheidsparameters Om het antwoord op de bovenstaande vraag te kunnen geven dienen een aantal aspecten van deze haalbaarheid te worden beoordeeld. 5.1 .IOmvang . van de informatie De omvang van de te verkrijgen informatie is redelijk tot goed te noemen. Zeker als men de beperkingenlafbakening van de studie in ogenschouw neemt, kan worden geconcludeerd dat er aanzienlijk meer cases kunnen worden beschreven. in overleg met het RIZA is bij de beschrijving nadrukkelijk gekozen voor een beperkt aantal cases uit een bepaald toepassingsgebied. Bijvoorbeeld: er kunnen meer membraanbioreactoren,zwembaden en wasserijen worden beschreven dan in de studie is gedaan. Dit zou tevens betekenen dat de technische beschrijvingen beter met elkaar kunnen worden vergeleken, terwijl de economie van geval tot geval kan verschillen. 5.1.2. Kwaliteit van de informatie

De kwaliteit van de verkregen informatie is uitstekend. De technische beschrijvingen zijn in alle gevallen nagenoeg compleet en ook de economische informatie kon voldoende worden omschreven. Het enige punt van "discussie" met betrekking tot de economische kentallen is de terugverdientijd. Meestal beschouwen gebruikers een systeem als een milieu-investeringals men aan lozingsnormen dient t e voldoen. De kostensituatie wordt dan vaak vergeleken met de "oude" situatie waarbij lozing op het riool nog was toegestaan: in dergelijke gevallen verdient een membraaninstallatie zich vrijwel nooit terug. indien men echter uitgaat van de kosten van een andere wijze van afvalwaterzuivering (desnoods afvoer als chemisch afval) dan wordt het kostenplaatjeaanzienlijk anders. 5.1.3. (Vrije) beschikbaarheid van de informatie

Dit is een gevoelig punt. In een aantal gevallen is vertrouwelijke informatie verkregen, waarbij nadrukkelijk is gesteld dat deze niet voor derden (en met name concurrenten) is bestemd. Ook dient hierbij te worden aangetekend dat in bepaalde gevallen informatie "op persoonlijke titel" is verkregen, met andere woorden doordat de heer Franken van het MACT de leveranciers persoonlijk kende is meer en gemakkelijker informatie verkregen dan indien de formele weg zou worden bewandeld. In ongeveer de helft van de cases is dit het geval. Opname in een data-bestand, al dan niet publiekelijk toegankelijk, zal derhalve een punt van discussie vormen. Aan de andere kant is ook vrij veel informatie beschikbaar via het publieke domein. Uit publicatiebladen (bijvoorbeeld TIEB) kan in sommige gevallen vrij veel informatie worden gedestilleerd. De informatie voor case 20 is bijvoorbeeld in zijn geheel verkregen uit de TIEB-publicatie door de kennis van diverse membraansystemen te combineren met de informatie uit de brochures. Hieruit konden dan de gewenste gegevens worden berekend. Bij deze methode van gegevens dient wel te worden aangetekend dat deze

v .7

V MACT

33

methode niet altijd opgaat. In sommige brochures was de informatie gedateerd (case 2) of misleidend (case 13, waar een foto was geplaatst van een ultrafiltratie-installatie en niet van dé ultrafiltratieinstallatie). 5.1.4. Afbakening van de gebieden

Indien men de beschrijving van de (membraanlsystemen niet beperkt tot de aangegeven afbakening van de studie, kunnen meer en meer dezelfde membraansystemen worden beschreven. In de galvanische industrie worden membraansytemen toegepast, die zowel procesgeïntegreerd als end-of-pipe worden ingezet en variërend van ontvettingsbaden tot spoelwaterbehandeling. Deze branche is met name wat afvalwaterbehandeling betreft relatief "open" naar elkaar (met name de kleinere bedrijven).. Ook zal de procesgeïntegreerde afval- en proceswaterbehandelingin de toekomst een steeds belangrijker rol gaan spelen. Voor met name deze systemen kan een dergelijk datasysteem zich goed lenen.

5.1.5. Technische vergelijkbaarheid van de informatie De, in de studie beschreven, systemen zijn moeilijk met elkaar te vergelijken. Dit komt voort uit het feit dat men te maken met verschillende membraanprocessen, verschillende membraansystemenen vooral verschillende toepassingen. Bovendien is in overleg met RIZA besloten om zoveel mogelijk verschillende toepassingsgebiedent e beschrijven, dus niet alleen zwembaden, wasserijen en membraanbioreactoren. Dit maakt de technische vergelijkbaarheidvan de systemen moeilijk. Bovendien hangt de keuze voor een specifiek systeem in een specifieke toepassing af van diverse factoren, welke moeilijk t e vatten zijn in het kennissysteem. Bij de één gaat het om een kostenbesparing in het productieproces door hergebruik van waswater (case 2 en case 31, terwijl het voor de ander gaat om een vermindering van de kosten van de afvoer van chemisch afval (bijvoorbeeld case 6 en case 8). Daarnaast blijkt het zelfs moeilijk om verschillende membraantoepassingenin dezelfde sector goed met elkaar te vergelijken. Voorbeeld: in de studie zijn drie toepassingen van membranen in wasserijen beschreven die enigzins vergelijkbaar zijn. Echter er zijn ook essentiële verschillen in toegepaste techniek (2 x UF en RO), toegepaste membraanmaterialen (2 x polymeer, keramiek), kosten en waardering van het systeem door de eindgebruiker (twee positief, terwijl de derde zegt dat het hem alleen maar geld kost). Ondanks het feit dat de huidige 20 cases moeilijk met elkaar zijn te vergelijken wordt wel verwacht dat de technische en economische vergelijkbaarheidvan membraaninstallaties zal toenemen indien het aantal beschrijvingen toeneemt.

5.2. Waarom de keuze voor membraantechnologie? Een andere vraag die RIZA graag beantwoord ziet is: waarom wordt door een bepaalde eindgebruiker een keuze voor membraantechnologiegemaakt en voor welk membraansysteem? Deze vraag is niet eenvoudig te beantwoorden. De redenen kunnen variëren van "de enige mogelijkheid " (verwerking radioactief afval; case 6),"ik wil geen gesmeer met coagulatiemiddelen" (afvalwater met drukinkten, case 9) tot "de mogelijkheid tot producthergebruik" (opwerking polymeerdicpersies, case 14). Wel kunnen een aantal belangrijke punten van aandacht worden geformuleerd: - wat is samenstelling van de voedingsstroom? Dit kan bepalend zijn voor de keuze van membraan, module, pomp en beveiliging.

'c .7

V MACT

34

Haalbaarheid van opzet datasysteem

- eisen aan het product (permeaat of concentraat); - welke economische speelruimte is aanwezig? Met andere woorden: wat zijn de huidige kosten voor

-

afvalverwerkingen welke alternatieven bestaan er? wat worden de kosten van het membraansysteem?Als minimumkosten voor een membraansysteem moet met uitgaan van 10.000 tot 15.000gulden.

Bij de keuze van een membraansysteem dient rekening te worden gehouden met de volgende aspecten: ervaring van de leverancier in een bepaald marktsegment. - de technische kennis van de gebruiker van de technologie en de omgeving waarin de installatie wordt

-

geplaatst. In sommige gevallen dient een installatie " fool-proof" te worden afgeleverd om problemen te voorkomen (meestal betekent dit een robustere uitvoering met keramische of koolstofmembranen waardoor de installatieprijs hoger zal liggen) - toevallige omstandigheden, zoals de voorkeur van een systeembouwer voor een bepaalde membraanleverancier. Door deze verschillende omstandigheden is het moeilijk om een harde uitspraak te doen welke installatie de " beste " is voor een bepaalde toepassing.

'c

.7 V MACT

35

Conclusie

6. Conclusie De belangrijkste conclusie van de studie is dat het mogelijk is om gedetailleerde informatie over een membraaninstallatie te verzamelen voor een databestand. De medewerking van leveranciers en eindgebruikers is onder bepaalde omstandigheden (met name vertrouwelijkheid) goed. Een groter probleem is de technische vergelijkbaarheid van de diverse mernbraansystemen. in veel gevallen laten membraansystemenzich niet herleiden tot enkele kentallen of een beslisslingsschema voor de meeste optimale technologie. Hoewel dergelijke beslissingsschema's bekend zijn voor bepaalde technologiën blijkt telkens weer dat een persoonlijke voorkeur van de maker van het systeem van invloed is op de uitkomst. Indien men zich realiseert dat membraantechnologie geen " ABC-technolgie" is en een grondige kennis van de processen van de eindgebruiker en van de membraantechnologie zelf vraagt, zijn wij van mening dat een dergelijk kennissysteem een nuttig middel kan zijn voor toekomstige gebruikers van de technologie.

36

Bijlage 1: Inventarisatieformulier

BijIage 1: Inventarisatie- form uIier (eventueel anonimiseren in uiteindelijke presentatie)

NA W-gegevens bedrijf naam: adres: postcode + plaats: telefoon: fax: contactpersoon:

.......................................................... .......................................................... .......................................................... .......................................................... .......................................................... ...................................................... (eventueel anonimiseren in uiteindelijke presentatie)

NA W-gegevens bedrijf naam: adres: postcode + plaats: telefoon: fax: contactpersoon:

.......................................................... .......................................................... .......................................................... .......................................................... .......................................................... ..........................................................

Cegevens gebruiker Bedrijfstak

...............................

Type toepassing

proceswaterbehandeling- afvalwaterbehandeling-

Plaats in het productieproces

............... procesgeintegreerd - deelstroom - end-of-pipe - . . . . . . . . . . . . . . . . .

Doel van de behandeling:

.............................................

Informatie processtromen Ingaande stroom

samenstelling: .................... omvang:

....................

m3/dag

aard vervuiling: .................... Uitgaande stroom (eisen)

...................................................... ...................................................... (gestelde eisen aan proceswater (permeaat)

Retentaat

Tem peratuur Andere aspecten

.................................................... ...................................................... (behandeling retentaat, hergebruik, slibvorming, verwerking tot ...) ................ ...................................................... ......................................................

.7 V MACT

37

Biilage 1: Inventarisatieformulier

Installatiekenmerken Membraantechniek:

MF .UF .NF .RO .MBR . . . . . . . . . . . .

Type systeem:

backflush -

Geïnstalleerd vermogen:

.............................. centrifugaal - plunjer - membraan - . . . . . . . . . . . . . . . ..............................

Type membranen:

buis - capillair - holle-vezel - vlak - spiraalgewonden

Membraanmateriaal:

polymeer - keramiek - koolstof

Type pomp:

Moduletype:

............................................. (leverancier +typenummer)

Schoonmaakprocedures:

....................................... .........................................

(frequentie - automatisch - reinigingsmiddelen) Ruimte/grondbeslag:

Prestatiesvan de installatie Concentratiefactor/recovery

Energieverbruik systeem Druk: Flux: Scheidingseigenschappen:

............... . . . . . . . . . . . . . . . kW ............................................. ............................................. .............................................

Economische aspecten

Exploitatiekosten:

............... ...............

Terugverdientijd:

...............

Kosten membraanvervanging:

...............

Energiekosten:

...............

Onderhoudskosten:

............... ...............

Investeringskosten:

Verwerking retentaat:

Overige aspecten Jaar van invoering techniek:

...............

Reden invoering techniek

geen alternatief goedkoopste -

Alternatieve technieken:

Ervaringen van bedrijf:

-

............................. ...................................................... ...................................................... ...................................................... .....................................................

v .7

V MACT

38

Bijlage 2: Ceheimhoudingsverklarig

Bijlage 2: Ceheimhoudingsverklaring R E A Ministerie van Verkeer en Waterstaat

Directoraat-GeneraalRijkswaterstaat Rijksinsútuut voor integraal Zoetwaterbeheer en Afvalwate~ehandeling/RIZA

Aan

MACT t.a.v. T Franken Postbus 545 7500 AM Enschede

Contactpersoon

Doorkiesnummer

W.J. Luttmer

0320-298485

Datum

Bijlageh)

23 maart 1999 Ons kenmerk

Uw kenmerk

Onderwerp

Vertrouwelijke informatie

Geachte heer Franken, Om in de behoefte van het RIZA aan kennis over membraantechnologie te voortien, heeft het RIZA aan het MACT de opdracht gegeven een twintigtal membraaninstallaties in de praktijk te beschrijven. RIZA beseft dat dergelijke informatievoor de gebruikers en leveranciers van dergelijke installaties van strategisch belang kan zijn.

De informatie, die als vertrouwelijk gemarkeerd in de studie is vermeld, zal alleen voor interne doeleinden bij het RIZA worden gebruikt. Indien er bij RIZA de behoefte ontstaat om de informatie voor andere doeleinden te gebruiken, zal eerst contact worden gezocht met de andere partijen. . Wij vertrouwen erop u met bovenstaande voldoende te hebben geïnformeerd,

Met vriendelijke groet,

DE HOOFDINGENIEUR-DIRECTEUR, namens deze,

ing. D. Ldendijk Hoofd Afdeling Procestechnoiogie

Postbus 17 8200 AA Lelystad

Telefoon (0320)29 84 i1

Maerlant 16 8224 AC Lelystad

Telefax 0320-298373 E-mail w 1 [email protected] minvenw ni

Bijlage 3: Index

Bijlage 3: Index Trefwoord

Pagina

Cases 1,2,4,6, 7,8,9, 14, 17, 18, 19

afvalwaterbehandeling back-flush

25,30

6

batchgewijze procesvoering

29

8, 10, 15, 18,20

biologische vervuiling

32

17

cake layer filtratie

31

6

capillaire module

21

centrifugaalpomp

27

2,8,9 8

channeling

22 4, 14, 18

chemische industrie

CIP (cleaning-in-place)

32

10, 11,15,17

concentratiefactor

13

10

concentratiepolarisatie

30 10, 11, 13

concentreren product continue procesvoering

29

16

cross-flow

22,30

1,6, 14, 18, 19

dead-end systeem

22,25

diafiltratie disc-tube module

15,20 21 9

drukinkt, verwijderen drukval in de module

14,30

14

eierverwerking

10

energiebesparing

2,3, 5,7, 11, 13

feed -and-bleed systeem

26

1,2, 6,7, 8,9, 19

flocculatie

6, 19

flotatie

1

flux

22

fosfaatverwijdering

17

gegevensverwerking

12

geheimhouding

11,33

gelatine

13

hergebruik

2,3,5, 8, 14, 16, 17, 19

hergebruik grondstoffen

8. 14

holle-vezel module

23

keramische membranen

19

keramische membranen, prijs

19

kerstboomschakeling

26

kolloïdale vervuiling

31

koolstofmembranen

19

6 7

f

.? V MACT

40

Bijlage 3: Index

Trefwoord kringloopsluiting langsstroomsnelheid

22,30 lobbenpomp 28 magneetgekoppeldepomp 27 membraanbioreactor 23 membraanreiniging 32 membraanvervuiling 31 microfiltratie 14 modulekeuze 23 Molecular Weight Cut-Off (MWCO) 16 multichannel membranen 19 nanofiltratie 17 omgekeerde osmose 17 once through systeem 25 osmotische druk 14 overspray permeaat

13

permeaatdruk

14 28 18 27 27,28 18,19

plunjerpomp polymere membranen, prijs pompkarakteristiek pompkeuze prijs radioactief afvalwater recirculatiesysteem recovery retentaat retentie sanitair ontwerp scaling single pass systeem slangenpomp softening membranes spacer spiraalgewonden module

26 13 13 13 24 31 25 28 17 20 20

sulfaatverwijdering systeemdruk temperatuurbestendigheid textielreiniging

Cases

Pagina

29 18

3,5 1, 6,14,18,19 14 9 1 6,10,11,15, 17 4,15,17,18 2,6,7,9,16,18,19 16 15 7 4,11, 12,15,17 3,5,19,20 3 12 8 14

1 14 6 1,2,6,8,9, 16

10,11, 13 15 3

13 3,11,12,13,19,20 12 14 15,17 2,3,7

T

."I V MACT

41

Bijlage 3: Index

Trefwoord

Pagina

transmembraan druk

29

tubulaire module

22

1,4, 6, 10, 15, 16, 18, 19

ultrafiltratie

15

1,4, 8, 10, 13, 14

Cases

a

verfspuiterij vlakke-plaat module

20

20

voeding

13

20

voorbehandeling

3,5

wasserijen

2,3,7 4

wormpomp

28

zuivel zuurgraad zwembadwater

11,15 18 5

f

.7 V MACT

42

Case O1 :

M B R tank cleaning Behandeling van effluent van een tank-cleaning bedrijf met een membraanbioreactor

Case 02:

M F van waswater Hergebruik van waswater bij textielreiniging

Case 03:

RO van waswater Behandeling van waswater met omgekeerde osmose

Case 04:

UF/NF van polyrneerhoudend afvalwater Behandeling van polymeerhoudend afvalwater met ultrafiltratie en nanofiltratie

L

Case 05:

RO van zwemwater Behandeling van zwemwater tot douchewater met omgekeerde osmose

Case 06:

MF van radio-actief afval Afvalwaterreiniging met keramische membranen: decontaminatie radio-actief afvalwater bij ECN

Case 07:

M F van waswater Keramische microfiltratie voor de behandeling van waswater

Case 08:

UF bij terugwinnen verf Terugwinnen van verf uit "overspray" van een spuitcabine met ultrafiltratie

Case 09:

MF van flexodrukinkten Afvalwaterbehandeling bij een drukkerij met microfiltratie

Case 10:

UF van eiwit Ultrafiltratie in het productieproces: concentreren van eiwit

Case 11:

NF van wei Membraantechnologie in het productieproces, concentreren van wei

Case 12:

NF van electrolyt Nanofiltratie van electrolyt, hergebruik van procesvloeisof

Case 13:

UF van gelatine Ultrafiltratie in productie: concentreren van gelatine-oplossing

Case 14:

UF van dispersies Terugwinnen van grondstoffen en proceswater uit afvalwater

Case 15:

NF van CIP-vloeistof Nanofiltratie van CIP-vloeistof

Case 16:

MF van deminwater Microfiltratie van gedemineraliseerd water

Case 17:

NF van fosfaten Fosfaatverwijderinguit afvalwater met nanofiltratie

Case 18:

M F van rinkstearaat Verwijderen van zinkstearaat uit afvalwater

Case 19:

M F van lakresten Toepassing van membraantechnologie bij de verwijdering van lakresten en hergebruik van proceswater

Case 20:

Dialyse van bier Productie van alcoholvrij bier

Case O1

IRIZA - Informatieblad membraantechnologie 1I

Behandeling van effluent van een tank-cleaning bedrijf met een membraanbioreactor

Samenvatting techniek: Het afvalwater van een bedrijf dat emballage spoelt is vervuild met steeds wisselende verontreinigingen, van organische oplosmiddelen tot restanten van levensmiddelen. Om tot een reductie van de lozingskosten t e komen is een membraanbioreactor geplaatst. Deze installatie levert een helder effluent met een fractie van de vuillast van het oorspronkelijke onbehandelde effluent. Resultaten: de vuillast wordt gereduceerd van 10.000 tot 500 mg/l CZV (reductie van 95%). verwachte standtijd van de membranen is 2 jaar, gebaseerd op ervaringen in gelijksoortige toepassingen. het retentaat wordt teruggevoerd naar de bioreactor; aangroei van biomassa wordt in de reactor gemineraliseerd. bij de voorbehandeling van het afvalwater worden geen chemicaliën gebruikt. de terugverdientijd wordt geschat op 2 jaar.

membraanbioreactor ultrafiltratie polymere membranen flotatie

BIK-codes potentiële gebruikers: 632103

Case O1

Afvalwaterzuivering met membraanbioreactor: kostenredudie door vermindering vu iI last Samenvatting scheidingsprobleem Het bedrijf reinigt tankwagens en emballage (bijvoorbeeld multiboxen), een proces waarbij afvalwater (60 tot 80 m3/dag) met een wisselende vervuiling vrijkomt. Deze wisseling in vuillast is een gevolg van het spoelen van verschillende soorten emballage, de ene keer afkomstig uit de chemische industrie, de andere keer uit de levensmiddelenindustrie. In het verleden werd de afvalwaterstroom onbehandeld geloosd. Op aanraden van het Waterschap is het bedrijf in contact getreden met Septo Biotechniek om een zuivering t e ontwerpen die op efficiënte wijze de vuillast van het afvalwater vermindert. Criteria voor proces- en systeemkeuze Reductie van de vuillast van het water dat met het riool wordt afgevoerd. De kosten voor lozing op het riool zijn recht evenredig met het gehalte aan CZV, zodat een zo laag mogelijk CZV-gehalte een maximale kostenreductie tot gevolg heeft. De installatie moet stabiel en betrouwbaar functioneren. Dit houdt tevens in dat zodra er een nieuwe soort verontreiniging wordt gevoed, het afbraakproces zich hier snel aan dient aan te passen. De installatie moet functioneren met een minimum aan onderhoud en eenvoudig te bedienen zijn. Procesbeschrijving In het onderstaande schema is de installatie bij het bedrijf schematisch weergegeven.

2.5 &/uur

trommel filter

2

flotatie

.

J

I

lucht

Schematische weergave van de membraanbioreactor bij Cleaning Twente Bij Cleaning Twente is ervoor gekozen om de behandeling van het afvalwater zonder toevoeging van chemicaliën uit te voeren. De voorbehandeling bestaat uit een trommelfilter en een flotatietank. Het trommelfilter verwijderd vaste delen uit het water, terwijl in de flotatietank al het zwevend materiaal wordt verwijderd. Kerngegevens proces: De reactor heeft een hoog gehalte aan biomassa (30 tot Grootte stroom: 2,5 m3/uur 40 g/U. De biomassa stelt zich in op de af te breken verFlux: 50 I/m2uur vuiling, zodat na een wisseling in vervuiling snel aan de Energieverbruik: 6 kWh/m3 afvalwater gestelde eisen wordt voldaan. Dit heeft t e maken met de Retentaat: terugvoer naar bioreactor samenstelling van het slib. Temperatuur: omgevingstemperatuur

In zijn algemeenheid bestaan er twee soorten slib (uitersten!), zijnde: a) snelle groeiers (specialisten op één soort vervuiling, sterven snel af, met als gevolg veel slib) en b) langzame groeiers (passen zich snel aan aan wisselende omstandigheden, lange slibleeftijd en dus weinig slib). Door een bewuste keuze van procesparameters (o.a. beluchting) bestaat het slib in deze installatie voor een groot gedeelte uit "langzame" groeiers. De biomassa groeit aan ten gevolge van de voeding, gemiddeld 5% van het CZV-gehalte van de voeding. In deze installatie

Kerngegevens installatie: Membraan: Moduletype: Oppervlak: Pompen: Vermogen: Reiniging: Vloeroppervlak:

polymeer buismembraner 45 m* centrifugaal 11 kW basische CIP 40 m2

hoeft er geen biomassa t e worden gespuid en ten tweede blijft het biomassagehalte hoog. In veel andere installaties wordt ervoor gekozen om wel biomassa te spuien. De ultrafiltratie wordt uitgevoerd met twee pompen, in de bovenstaande figuur aangegeven met 1 en 2. Deze proceslayout staat bekend als "feed-and-bleed". Pomp 1 brengt de vloeistof op druk, terwijl pomp 2 de gewenste langstroomsnelheid over het membraan realiseert. Indien zowel druk als langsstroomsnelheid met één pomp worden gerealiseerd, moet deze pomp een hoog debiet bij een hoge druk kunnen leveren. Dit soort pompen vergen een hogere investering dan pompen zoals 1 en 2, waarbij 1 een relatief laag debiet levert bij een hoge druk, terwijl 2 vrijwel drukloos een groot debiet levert. Het gebruik van twee pompen heeft nog een voordeel: het energieverbruik is lager, omdat nu slechts een gedeelte van de voeding op druk moet worden gebracht. In dit geval is de werkdruk 8 bar. De eerder genoemde langsstroomsnelheid, de lineaire snelheid van de vloeistof langs het membraanoppervlak, is een belangrijke parameter bij ultrafiltratie van de biomassa in de MBR. Als de langstroomsnelheidt e laag wordt ingesteld, zal de biomassa een laag vormen op het membraan en daarmee de flux door het membraan dramatisch verlagen. In deze MER is de langsstroomsnelheid ingesteld op ongeveer 4 m/s. De micro-organismen worden tegengehouden door het membraan. Ondanks het feit dat deze deeltjes kunnen worden tegengehouden met microfiltratie, is in deze installatie gekozen voor ultrafiltratie. Het formaat van de micro-organismen is slechts weinig groter dan de poriediameter van de MF-membranen, zodat een verstopping van de poriën kan ontstaan. Dit is niet mogelijk bij UF-membranen waardoor, mits de juiste langsstroomsnelheid is ingesteld, UF in dit geval betere resultaten geeft dan MF. De schoonmaak van de installatie is eenvoudig: zodra de installatie stilstaat wordt ze gespoeld met schoon water. Daarnaast wordt het systeem eens per 2 à 3 maanden gereinigd met een basische CIP-vloeistof. CIP staat voor Cleaning In Place, hetgeen betekent dat de reinigingsvloeistof over de membranen wordt gepompt terwijl de membranen zich in de installatie bevinden. Economie van het systeem Het systeem verdient zichzelf in ongeveer 2 jaar terug. Deze terugverdientijd is een gevolg van de verlaging van de heffing door het Waterschap, gecombineerd met relatief lage operationele kosten.

Gegevens gebruiker: Naam: Adres: Postcode + Plaats: Telefoon: Fax:

Gegevens leverancier: Cleaning Twente Onyxstraat 12 7554 TP Hengelo 07424243 81 074 250 11 95

Naam: Adres: Postcode + Plaats: Telefoon: Fax: Contactpersoon:

Septo Biotechniek Postbus 545 7500 A M Enschede 05348363 88 053 483 63 87 Ir H.J. van den Beld

I R E A - Informatieblad membraantechnologie2 1

Hergebruik van waswater bij textielreiniging

Samenvatting techniek: De installatie moet het warme waswater uit het textielreinigingsproces geschikt maken voor hergebruik. De vuillast van het waswater is afhankelijk van de vervuilingsgraad van het wasgoed; als er poetsdoeken worden gewassen is de vuillast bijvoorbeeld veel hoger dan bij kleding. Het water wordt behandeld met polymere microfiltratiemembranen. Hiermee wordt gesuspendeerd vuil gescheiden van waswater met wasmiddelen, waardoor een besparing op water, energie en wasmiddelen mogelijk is. Resultaten: het permeaat is geschikt voor hergebruik in het wasproces. de standtijd van de membranen is 5 jaar. het retentaat wordt afgevoerd als chemisch afval.

Trefwoorden: textielreiniging microfiltratie hergebruik polvmere membranen


Case 02

Reiniging van warm waswater met polymere membranen: beperken vervuiling, besparing van water en energie Samenvatting scheidingsprobleem Het waswater dat wordt gebruikt bij textielreiniging is vervuild met oppervlakte-actieve stoffen, textielvezels en vet; de pH is ongeveer 10. Daarnaast bedraagt de temperatuur van het water 55°C. Voor het Waterschap was het onaanvaardbaar dat deze stroom (150 m3 per dag) onbehandeld werd geloosd. Het bedrijf heeft daarop besloten het water zo t e behandelen dat hergebruik mogelijk is, zodat naast een besparing op de inname van water ook wordt bespaard op energieverbruik. Uiteindelijk heeft het bedrijf gekozen voor een installatie met polymere microfiltratie. De installatie bestaat uit twee verschillende filtratie-units: één voor de behandeling van het afvalwater en één om het permeaat van de eerste installatie in te dikken. Criteria voor proces- en systeemkeuze Het moet mogelijk zijn om het water opnieuw in t e zetten in het wasproces. Hiervoor moeten de vuildeeltjes worden verwijderd , terwijl de pH van het water hoog kan blijven. Tevens kunnen oppervlakteactieve stoffen in het water aanwezig blijven. Minimaliseren van het volume van het retentaat. Het retentaat moet worden afgevoerd als chemisch afval. Hierbij is het van belang een zo hoog mogelijk drogestofgehalte te bereiken, omdat de prijs wordt bepaald door de hoeveelheid afgevoerd materiaal. Hergebruik van warm waswater. Door het waswater te behandelen bij een temperatuur van 55°C wordt zowel op waterverbruik als op energieverbruik bespaard. Procesbeschrijving Het bedrijf reinigt veel soorten textiel, onder andere zwaar verontreinigde poetslappen. Dit betekent dat de samenstelling van het afvalwater sterk kan wisselen. De ingaande stroom bevat vuil, textielvezels en wasmiddelen. Daarnaast zijn er enkele soorten was die verantwoordelijk zijn voor de aanwezigheid van zware metalen in het water. Over het algemeen bestaat de vervuiling van de textiel uit vettige materialen, die slecht oplossen in water. Om het vuil toch in een waterige oplossing t e kunnen brengen, worden een verhoogde pH toegepast in combinatie met oppervlakte-actieve stoffen (zepen). Hiermee worden de vuil- en vetdeeltjes als colloïdale deeltjes in oplossing gebracht. Dergelijke deeltjes worden tegengehouden door membranen met poriën kleiner dan 1 pm, met andere woorden de vervuiling kan uit het water worden verwijderd met microfiltratie. De microfiltratiemembranen hebben geen retentie voor zepen en laten bovendien de pH van de vloeistof ongewijzigd. Aangezien het water weer wordt ingezet in het wasproces, is de aanwezigheid van oppervlakte-actieve stoffen en een verhoogde pH in het permeaat geen probleem. Dit betekent dat er minder zeep en loog hoeft t e Kerngegevens proces: Grootte stroom: 150 m3/dag worden gedoseerd. Concentratiefactor: MF I: 75; MF II: 3-4 Het water uit het wasproces wordt in een bufferFlux: MF 1:137 I/m2.uur, MF II: 6,5 tank gebracht. Vanuit deze buffertank wordt de tot 7,5 i/m2.uur microfiltratie-installatie gevoed. De omvang van de Energieverbruik: M F I: 2,8 kWh/m3 permeaat ingaande stroom bedraagt 150 m3/dag. Het water MF II: 53 kWh/m3 permeaat uit de wasserij heeft een temperatuur van 55°C op het moment dat het in de buffertank komt.

Retentaat: Temperatuur:

Verwerken als chemisch afval 55°C

Het waswater moet zo snel mogelijk worden behandeld, Kerngegevens installatie: om te voorkomen dat het afkoelt. Dit gebeurt met MF I, I Membraan: X-flow bij een werkdruk van 3 bar. Deze installatie haalt een Moduletype: 1O0 flux van 137 I/m2.uur bij een concentratiefactor van 75. oppervlak: MF 1: 110 m2, MF 11: 20 m2 Het permeaat van MF 1 is geschikt voor hergebruik in IlI Pompen: centrifugaal het wasproces, ondanks een lichte gele kleur. Het is I Vermogen: MF I: 42 kW; MFII: 8 kW echter wel noodzakelijk om 20% van het permeaat te I' Reiniging: dagelijks spoelen met water spuien op het riool, om accumulatie van verontreien zuur reinigingsmiddel nigingen te voorkomen. Het concentraat van MF I moet, Vloeroppervlak: 40 m2 voordat het kan worden afgevoerd als chemisch afval, nog verder worden geconcentreerd. Hiertoe wordt het concentraat opgevangen in een buffertank en vervolgens met MF I I behandeld. Dit indikken vindt plaats de dag nadat het waswater is behandeld. Doordat het concentraat inmiddels is afgekoeld en een hoger drogestofgehalte heeft dan in MF I is de flux aanzienlijk lager, namelijk 6,5 tot 7,5 I/m2.uur bij een concentratiefactor van 3 tot 4. Net zoals MF I heeft MF I 1 een werkdruk van 3 bar. ~

buffertan k

v

Schematische weergave van de microfiltratie voor behandeling warm waswater Uiteindelijk blijft er ongeveer 500 tot 700 liter concentraat over dat moet worden afgevoerd als chemisch afval. Het permeaat van de indikinstallatie (MF 11) wordt teruggevoerd naar de eerste buffertank en gemengd met het vervuilde waswater, omdat het niet direct geschikt is om te gebruiken als waswater. De gehele membraaninstallatie wordt dagelijks gereinigd door te spoelen met schoon water en een oplossing van een zuur schoonmaakmiddel. De samenstelling van de uitgaande stromen, de spui van het permaat van MF I en het concentraat dat wordt afgevoerd, is afhankelijk van de samenstelling van het waswater. Zoals reeds genoemd wisselt de samenstelling van het waswater sterk en hiermee wisselt de samenstelling van de uitgaande stromen ook. De exacte samenstelling is niet bekend bij het bedrijf. Momenteel voldoet de installatie aan de gestelde eisen, in die zin dat het water geschikt is voor hergebruik in het wasproces. De spui van MF I , ongeveer 26 m3 per dag, wordt echter geloosd op het riool en moet derhalve aan de eisen van de WKB voldoen. Voor wat betreft het gehalte aan CZV is dit geen probleem, echter door het wassen van poetsdoeken bevat het waswater incidenteel zware metalen. De microfiltratie heeft geen retentie voor deze vervuiling, zodat deze in zowel permeaat als concentraat aanwezig zal zijn. Aangezien het bedrijf verwacht dat de capaciteit voor poetslappen in de toekomst zal worden vergroot,

Case 02

kunnen er in de toekomst problemen met deze spui optreden. Het zal dan waarschijnlijk noodzakelijk zijn om omgekeerde osmose of nanofiltratie na te schakelen. Economie van het systeem In de onderstaande tabel is weergegeven hoe de kosten en de baten van de installatie zijn opgebouwd. De installatie en de membranen worden afgeschreven over een periode van vijf jaar. Bij de berekening van de economische kentallen moet worden opgemerkt dat de gegevens rechtstreeks zijn overgenomen van de gebruiker van de installatie. Deze heeft de besparing op water en energie bepaald door de kosten voor aanschaf van de installatie t e vergelijken met de kosten na aanschaf van de installatie. Hierbij is echter geen rekening gehouden met de toename van de productie in deze periode, zodat de eigenlijke besparing naar alle waarschijnlijkheid groter is dan hieronder is weergegeven. Opbouw kosten membraaninstallatie aard kosten

grootte (Hfl)

afschrijving installatie afschrijving membranen renteverlies investering kosten chem., afvoer conc. etc bediening energie huisvesting verzekering onderhoud diversen (manag., vergunn. etc.)

aard baten

95.698, 20.000, 32.700, 111.800,22.100,23.400,4.100,~

~

besparing lozingskosten besparing aankoop water besparing energie besparing chemicaliën

grootte (Hfl) 100.000,-

40.200,13.000,41.600,-

8 .OOO, 10.000,6.000,~

totaal

333.798,- totaal

~~~

194.800,-

Indien de berekening van het bedrijf wordt gevolgd, kost de installatie Hfl 138.998,- per jaar. Omdat echter de WKB de behandeling van het afvalwater eiste, had het niet behandelen van het water geleid tot het intrekken van de lozingsvergunning. In dat geval was het noodzakelijk geweest om al het afvalwater af te voeren als chemisch afval tegen veel hogere kosten.

Gegevens gebruiker:

Gegevens leverancier:

Naam: Adres: Postcode + Plaats: Telefoon: Contactpersoon:

De oorspronkelijke installatie is geleverd door Wientjes, maar er is zoveel gemodificeerd dat beter kan worden gesproken van een in eigen beheer gebouwde installatie.

Wilhelmina Textieldiensten b.v. Postbus 200 5700 AE Helmond 0492 598 181 Dhr. P. Berkers

Case 03

I RIZA - Informatieblad membraantechnolonie 3 I

Behandeling van waswater met omgekeerde osmose

Samenvatting techniek: Het waswater van een wasserij is verontreinigd met vuildeeltjes, wasmiddelen en textielvezels. Aangezien in dit bedrijf uitsluitend licht verontreinigde textiel wordt gewassen, kan dit water op het riool worden geloosd. Het water heeft echter een temperatuur van 52-55"C, zodat lozen op het riool een groot verlies aan energie betekent. Door het water met omgekeerde osmose te behandelen, kunnen zowel water als energie worden teruggewonnen. Aangezien het spoelwater (het permeaat van de RO)warmer is dan voorheen, verlopen de processtappen na het spoelen, drogen en mangelen veel sneller.

Resultaten: het permeaat kan worden hergebruikt als spoelwater retentaat wordt geloosd op het riool hergebruik van water levert een beparing van 18.000 m3 water en wasmiddel. (besparing van Hfl 75,000,-) door het permeaat warm in t e zetten wordt 180.000 m3 aardgas bespaard. (besparing van Hfl 125.000,-)

Trefwoorden: textielwasserij omgekeerde osmose hergebruik

1

1

BIK-codes potentiële gebruikers:

Behandeling van waswater met omgekeerde osmose: besparing van water en energie Samenvatting scheidingsprobleem Bij het bedrijf wordt alleen licht verontreinigde textiel uit medische toepassingen en de horeca gewassen. Dit betekent dat het gebruikte waswater wasmiddelen, vuil en textielvezels bevat. De vervuiling is grotendeels biologisch van aard, zoals bloed, eiwit en voedselresten. De vuillast van het water is betrekkelijk laag, omdat een groot gedeelte van de vervuiling reeds tijdens het inweken uit het wasgoed is verwijderd. Het weekwater wordt gefilterd en in een aparte kringloop direct hergebruikt. Het water heeft tijdens het wassen een temperatuur van 85 tot 90°C. Criteria voor proces- en systeemkeute Een zo groot mogelijk gedeelte van het water dient geschikt te zijn voor hergebruik. Maximale energiebesparing. De installatie moet met weinig onderhoud betrouwbaar functioneren. De voorbehandeling moet alle zwevende materie uit het water verwijderen. Procesbeschrijving Het waswater heeft tijdens het wassen een temperatuur van 85 tot 90°C. Voordat het waswater met omgekeerde osmose kan worden behandeld, moet al het zwevende materiaal uit het water worden verwijderd. Dit zwevende materiaal (vezels, pluisjes en dergelijke) kan een verstopping van de voedingsspacer in de RO-elementen veroorzaken. Als het water de wasbuis verlaat, wordt het hiertoe over twee ringenfilters geleid met poriegroottes van respectievelijk 25 en 1O pm. De laatste voorbehandelingsstap betreft filtratie door een zakkenfilter. Het water heeft dan een temperatuur van 52-55°C. De installatie is schematisch weergegeven in de onderstaande figuur. gebruikt waswater

riool

t

RO RO-instaallatie bij Rentex Steijn (schematisch)

rentieoverwegingen. De geleidbaarheid van de KerngegevensProces: voeding is ongeveer 4200 pS; dit wordt door de RO Grootte s h o m : 7 3 m3/uur 80 % teruggebracht tot 225 pS. Het systeem draait bij 9 tot 18-24 I/m2.uur bij 9 -12 bar 12 bar, terwijl de maximale druk die de pompen Flux: Energieverbruik: kWh/m3 Permeaat kunnen leveren 19 tot 20 bar is. Het retentaat van 412

het systeem wordt gebruikt om de schijvenfilters te Retentaat: Temperatuur:

spoelen schijvenfilter, lozen riool 52-55°C

proces. Doordat dit water warmer is dan het spoelwater dat normaal gesproken zou worden gebruikt, verlopen de processen die op het spoelen volgen (voordrogen en mangelen) veel sneller door de snellere verdamping van het warme water. Als de RO-installatie uitvalt, stagneert de productie, omdat dan de navolgen-

Moduletype: Oppervlak: Pompen: Vermogen: Reiniging: Vloero

en/lak:

Spiral wound 1116 m2 Centrifugaal 35 kW Spoelen met water, incidenteel reinigen met Ultrasil 40,8 m2

Economie van het systeem Het totale project heeft een investering van Hfl 325.000,- gevergd en levert een energiebesparing van Hfl 125.000,- en een besparing op water en wasmiddelen van Hfl 75.000,-. Hiermee komt de terugverdientijd van de investering op ongeveer 2 jaar. De installatie is gehonoreerd als demonstratieproject binnen de TIEB-regeling (Tenders Industriële Energie Besparing) en heeft een subsidie van Hfl 189.814,- ontvangen. In de publicatie van TIEB (Novem) staat HCA wasmiddelen-technologie genoemd als de leverancier van het systeem. Bij navraag blijkt dat HCA de installatie slechts heeft afgeregeld op een nieuw wasmiddel.

Gegevens gebruiker

Gegevens leverancier

naam: adres: postcode + plaats: telefoon: contactpersoon:

naam: adres: postcode + plaats: telefoon: contactpersoon:

Rentex Steijn Postbus 516 6180 AA Elsloo 0464360060 Dhr de Bruijn

Wientjes BV Postbus 16 6590 AA Gennep 0485 51 71 80 Dhr. Noy

I

1 RIZA - Informatieblad membraantechnologie 4 I

Behandeling van polymeerhoudend afvalwater met uItrafiItratie en nanofiltratie

Samenvatting techniek: Bij de productie van Teflon@ontstaat afvalwater dat ammoniak, oppervlakte-actieve stoffen en Teflon@ bevat. Het afvalwater wordt eerst met ultrafiltratie en daarna met nanofiltratie behandeld, waarbij de concentraten van beide filtratieprocessen worden verbrand in de verbrandingsoven van Dupont. Het water kan na behandeling worden gebruikt als spoelwater. Het afvalwater is sterk vervuilend voor de membraansystemen. De dispersie van polymeerdeeltjes heeft de eigenschap aan t e koeken op het membraanoppervlak. Resultaten: retentaat wordt verbrand in afvalverbranding laagste verwerkingskosten in vergelijking met andere technieken gebruik permeaat als spoelwater besparing van Hfl 1 miljoen per jaar op externe verwerkingskosten

Trefwoorden: ultrafiltratie nanofiltratie afvalwater met Teflon@ afvalwater met zepen

I BIK-codes potentiële gebruikers:

Afvalwaterbehandel ing met uItra- en nanofiItratie: verwijdering van Teflon@en oppervlakte-actieve stoffen Samenvatting scheidingsprobleem Bij de productie van Teflon* ontstaat afvalwater dat Teflon@,oppervlakte-actieve stoffen en ammoniak bevat. Dit afvalwater kan niet in een biologische zuiveringsinstallatie worden behandeld, vanwege de slechte afbreekbaarheid van [email protected] lozing op het riool niet is toegestaan, is verbranden het alternatief. De verbrandingsoven van Dupont heeft echter t e weinig capaciteit, zodat dit voor ongeveer Hfl. 1 miljoen gulden extern moest worden gedaan. Criteria voor proces- en systeemkeuze Beperking van het volume van het Teflon* -houdend afvalwater. Door het volume van dit afvalwater te verkleinen tot een kwart van het origineel, kan het worden verwerkt in de eigen vuilverbranding. De aard van het afvalwater, een dispersie van polymeerdeeltjes, vereist een zorgvuldige keuze voor membraansysteem. Bij het filtreren van een dergelijke suspensie bestaat een grote kans op verstopping van het membraan door de opbouw van een laag polymeer. Er moet worden voorkomen dat de oppervlakte-actieve stoffen worden geloosd. Dit is niet in eerste instantie een milieumaatregel, maar vooral uit concurrentieoverwegingen. De samenstelling van de oppervlakte-actieve stoffen is namelijk één van de bepalende factoren bij de productie van Teflon@en wordt derhalve goed beschermd. Procesbeschrijving Zoals reeds is vermeld bevat het afvalwater een drietal componenten: Teflon@-deeltjes,oppervlakte-actieve stoffen en ammoniak. De Teflon* en de oppervlakte-actieve stoffen moeten worden verwijderd, de ammoniak kan, gezien de toepassing van het permeaat (spoelwater), in het permeaat aanwezig zijn. Dit betekent dat er een membraantechniek moet worden toegepast die laagmolekulaire opgeloste stoffen kan verwijderen, zodat de installatie in ieder geval een nanofiltratie-sectie moet bevatten. De aanwezigheid van de polymeerdeeltjes maakt het echter onmogelijk om in één stap NF toe te passen. In deze installatie worden de polymeerdeeltjes verwijderd met ultrafiltratie, waarbij de procesparameters langsstroomsnelheid en drukval over het membraan van essentieel belang zijn voor de procesvoering. De installatie is schematisch weergegeven in de figuur op de volgende pagina. Het afvalwater wordt opgevangen in een tank en daarna batchgewijs behandeld. Het water wordt met wormpompen over de batchtank gerecirculeerd. De buisvormige membranen STORK WFB O1 25 ultrafiltratiemembranen zijn in vier modules (7 buizen per module) in serie geplaatst. De filtratie wordt uitgevoerd tot het afvalwater 4 à 5 keer is ingedikt. Hierbij neemt de Teflon@-concentratietoe van 0.5 tot 2%. De ingaande druk van de ultrafiltratie is 7 tot 8 bar, na de vierde module is de druk 2 bar. Aangezien de druk aan permeaatzijde atmosferisch is, bedraagt de drukval over het membraan aan het begin van de membraansectie 7 tot 8 bar en aan het eind van de membraansectie 2 bar. Hierdoor is de gemiddelde transmembraandruk 4,5 bar. Dit levert een gemiddelde flux van 30 tot 40 I/m2.uur op, waarbij opgemerkt dient t e worden dat dit lager is dan tijdens de testen werd gehaald. Naast de transmembraandruk heeft de lineaire snelheid van de vloeistof langs het membraan, de langsstroom-

Kerngegevens proces: Grootte stroom: 8 - 9 m3/dag Concentratiefactor: UF: 4-5; NF: 8 UF: 30 - 40 I/m2.uur Flux: NF: 15 - 20 I/m2.uur Energieverbruik: UF: 26,4 kWh/m3 permeaal NF: 9,7 kWh/m3 permeaat Retentaat: Verbranden Temperatuur: Omgevingstemperatuur

snelheid, veel invloed op de flux. De langsstroomsnelheid Kerngegevens installatie: wordt bepaald door het debiet te delen door het aange- Membraan: UF: STORK WFA O1 25 stroomde oppervlak van de membraanmodule. Aangezien NF: DESAL 5 deze langs-stroomsnelheid tamelijk hoog is ingesteld, onge- Moduletype: UF: 7-pijps module NF: DL 4040 F veer 4 m/s, is het eventueel mogelijk om de installatie te optiUF: 15,2 m2, NF 28 m2 maliseren door de permeaatdruk voor iedere module afzon- Oppervlak: UF: worm pompen derlijk te regelen. Vermoedelijk valt de permeaat-opbrengst Pompen: NF: centrifugaalpompen tegen doordat de hoge transmembraandruk (bij de eerste UF: 11 kW; NF: 3,3 kW module 7 à 8 bar) de polymeerdeeltjes in de membraanmatrix Vermogen: Reiniging: Spoelen met warm water perst. Bij een per module regelbare permeaatdruk kan dit Vloeroppervlak: 70 m2 misschien worden voorkomen. Na het ultrafiltratiesysteemvolgt een nanofiltratie-installatie, die 90% van de aanwezige oppervlakte-actieve stoffen verwijderd. In deze installatie worden Desal 5 membranen gebruikt, bij een transmembraandruk van gemiddeld 14 bar. De NF installatie heeft een grotere capaciteit dan de UF, zodat de NF een gedeelte van de tijd buiten gebruik is. De installatie wordt ingeschakeld zodra er voldoende niveau in de voorraadtank is. Het retentaat van de NF wordt verwerkt in de afvalverwerking van het bedrijf; het permeaat wordt gebruikt als spoelwater. Beide installaties worden gespoeld met warm water, omdat tijdens het testen bleek dat dit even goede resultaten opleverde als reinigen met een schoonmaakmiddel. De levensduur van de membranen wordt geschat op 1 jaar voor de UF- en 2 tot 3 jaar voor de NF membranen.

naar concentraatverwerking

+

voedings-

recirculatieperrneaat

uIt rafiltratie wormpompen

Behandeling van Tef/on@houdendafvalwater

nanofiltratie

Case 04

Economie van het systeem Er wordt geschat dat onderhoud en bediening 0,5 manjaar kosten, daarbij komen nog de kosten voor membraanvervanging (respectievelijk Hfl 10.000,- en Hfl 2.000,- voor UF en NF per jaar) en de energiekosten (Hfl 20.000,- per jaar aan pompenergie). De kosten voor de verwerking van het retentaat worden niet doorberekend. De investering bedraagt Hfl 2.6 miljoen, een relatief hoge investering voor een membraaninstallatie van deze omvang. De hoge investeringskosten worden veroorzaakt door de dure wormpompen in de UF-installatie. Daarnaast was er veel leidingwerk nodig om de installatie van voeding te voorzien. Ook deze kosten zijn meegenomen in de berekening van de investeringskosten. De behandeling van het afvalwater levert een besparing van Hfl 1 miljoen op externe verwerkingskosten op. Hiermee wordt de terugverdientijd geschat op ongeveer 3 jaar.

-.

..

Gegevens gebruiker:


DuPont Dordrecht Naam: Baanhoekweg 23 Adres: Postcode + Plaats: 331 3 LA Dordrecht Telefoon: 078 630 19 86 078 630 11 22 Fax: Contactpersoon: Dhr. T. Roeten

Het ingenieursbureau Polysep (de heer B. Bergink) is betrokken geweest bij testen en engineering van de installatie, welke daarna in eigen beheer gebouwd is door DuPont. Polysep is opgegaan in Paques en niet meer actief betrokken bij membraantechnologie.

.

.

._

RiZA - Informatieblad membraantechnologie 5

Behandeling van zwemwater tot douchewater met omgekeerde osmose

Samenvatting techniek: Het Recreatiebad Enkhuizerzand streeft naar een gesloten waterkringloop, waarbij het terugdringen van het drinkwaterverbruik prioriteit heeft. De RO-installatie,die in dit infoblad wordt beschreven, zorgt ervoor dat nog slechts drinkwater wordt ingezet in de kantine en de toiletten. Voor alle andere doelen (spoelen, douchen, zwemmen, etc.) wordt zoveel mogelijk behandeld zwemwater gebruikt, eventueel aangevuld met opgepompt grondwater. Het gebruik van warm zwemwater geniet de voorkeur, omdat dit energie uitspaart. Resultaten: het permeaat voldoet aan de eisen gesteld aan zwemwater. de verwachte standtijd van de membranen is 5 jaar. de terugverdientijd van de installatie is naar verwachting 4 jaar.

Trefwoorden: hergebruik energiebesparing kringloopsluiting omgekeerde osmose belang voorbehandeling

I


I

Case 05

Hergebruik van zwemwater als zwem- en douchewater: omgekeerde osmose kan niet zonder voorbehandeling Samenvattingscheidingsprobleem De installatie moet in staat zijn twee verschillende waterstromen te behandelen. Ten eerste warm zwemwater (28 - 30°C) en daarnaast grondwater (8 - 10°C). Naast het temperatuurverschil is ook de samenstelling van beide stromen anders; het zwemwater bevat naast chloor ook huidvetten, bacteriën en virussen. Het grondwater bevat voornamelijk mineralen (ijzer, calcium, magnesium, nitraat en sulfaat). Het chloor verdient extra aandacht; indien het niet in de voorbehandeling wordt verwijderd zal het de membranen aantasten.

Criteria voor proces- en systeemkeute De installatie moet zowel grond- als zwemwater kunnen behandelen. Het totale aanbod dat moet worden verwerkt is 15 m3/dag. De voorbehandeling moet alle chloor en zwevende delen uit de voeding van de RO-installatie verwijderen. Het permeaat moet voldoen aan de eisen die gesteld worden aan zwemwater. Dit betekent dat het water nagenoeg vrij moet zijn van ziektekiemen, terwijl het een zeker gehalte aan mineralen en een bepaalde pH dient te hebben.

Procesbeschrijving Bovenstaande criteria hebben geleid tot het procesontwerp zoals weergegeven in de onderstaande figuur. Hierbij moet worden opgemerkt dat de voor- en nabehandeling nog onderwerp van studie zijn. ringenfilter

U

15 m3/dag

zandfilter

f

\

actief kool

filter

vuilwater buffer 60 rn

\

buFfer60 m3

1

Schema van de installatie bij recreatiebad Enkhuizerzand

groffilter behandeld. Vervolgens passeert het water achtereenvolgens een zandfilter en een ringenfilter. Het ringenfilter bestaat uit een gepakte stapel kunststof ringen, waar het water doorheen wordt geperst. Het eerste zandfilter is in een later stadium bijgeplaatst, omdat bleek dat het ringenfilter te snel ver-

Kerngegevens proces: Grootte stroom: Recovery: Flux:

Energieverbruik: Retentaat: vuild raakte. De daarop volgende zuiveringsstappen, respectieTemperatuur:

15 m3/dag 60 %

32 I/m2.uur (14 bar) 5,2 kWh/m3 permeaat riool 28 - 30°C

Case 05

velijk een zandfilter, een actief koolfilter en een groffilter, verwijderen zwevende deeltjes en chloor uit het zwemwater. Het eerste zandfilter en het ringenfilter zijn de enige procesapparaten die handmatig worden gespoeld; de overige voor- en nabehandelingsstappen worden automa-

Kerngegevens instalIatie: Hydranautics

Membraan:

Moduletype: Oppervlak:

ESPA 8040 112 m2

Pompen:

Na deze voorbehandeling volgt de omgekeerde osmose

Vermogen : Reiniging:

centrif ugaalpompen 1 1 kW spoelen met citroenzuur

(RO). De RO verwijderd in één stap bacteriën en ongewenste mineralen. De installatie bevat drie modules van

Vloeroppervlak:

6 m2

tisch gespoeld.

400 ft2, in totaal 112 m2. Hiermee kan het dagelijkse aanbod, 15 m3, in een periode van 6 uur door de installatie bij een voordruk van 4 bar en een werkdruk van 14 bar worden verwerkt. Dit kost 5,2kWh pompenergie per m3 permeaat. In de drukbuizen is nog plaats voor een vierde module, zodat een eventuele uitbreiding in de toekomst eenvoudig en tegen lage kosten plaats kan vinden. De RO wordt dagelijks gereinigd door te spoelen met permeaat. Daarnaast wordt de RO

3 maal per jaar gereinigd met een warme oplossing van citroenzuur. De pH en het mineralengehalte van het permeaat van de RO is te laag om direct hergebruik mogelijk te maken. pH en mineralengehalte worden op peil gebracht in het kalkfilter dat na de RO is geplaatst. Dit kalkfilter kan weer enkele pathogenen (ziektekiemen) introduceren, zodat een behandeling met UV is nageschakeld. Het retentaat van de RO-installatie wordt geloosd op het riool. Bij het ontwerp van de installatie is overwogen om naast zwem- en grondwater ook douchewater te behandelen in de installatie. Het douchewater bevat echter naast huidvetten, -schilfers, haren en chloor vaak ook resten van persoonlijke reinigingsmiddelen zoals shampoo. M e t name deze reinigingsmiddelen kunnen een verstoring van het proces veroorzaken, waardoor deze optie buiten beschouwing is gelaten.

Economie van het systeem Met de bouw van de totale installatie, inclusief het leidingwerk en de voorbehandeling was een investering

gemoeid. De exploitatiekosten bedragen Hfl 800,-per jaar voor chemicaliën en de bedievan Hfl 96.623,ning van de installatie vraagt per dag een half uur tot drie kwartier. De verwachte levensduur van de membranen is 5 jaar, waarbij de vervanging van de membranen Hfl4.200,- per module kost. Tenslotte bedragen de onderhoudskosten Hfl 600,-per jaar. De installatie beperkt het verbruik van drinkwater en energie, zodat de installatie naar verwachting zichzelf in vier jaar terugverdient.

IGegevens gebruiker


naam: adres: postcode + plaats: telefoon:

Recreatiebad Enkhuizen Kooizandweg 12 1601 LK Enkhuizen

0228 32 31 73

contactpersoon:

Dhr. H. Kluppel

naam: adres: postcode + plaats: telefoon: fax: contactpersoon:

FEGON Postbus 195 3350 AD Papendrecht

078 641 49 66 078 615 94 36 Dhr. J. Lems

I

I

I RIZA - Informatieblad membraantechnologie 6 I

Afvalwaterreiniging met keramische membranen: decontaminatie radio-actief afvalwater bij ECN

Samenvatting techniek: Afvalwater van ECN, verontreinigd met zware metalen, zwevend stof en radio-actieve deeltjes wordt behandeld met een flocculatietechniek en het slib wordt ingedikt met een slibcentrifuge. Om aan de lozingseisen (gesteld door Rijkswaterstaat) te kunnen voldoen, dient het overgebleven afvalwater t e worden behandeld met een filtratietechniek. Hierbij is gekozen voor membraanfiltratie met keramische membranen. Resultaten: het permeaat voldoet ruimschoots aan de lozingseisen van de WVO. standtijd van membranen > 10 jaar (afvoer radio-actief besmet materiaal blijft beperkt). laagste exploitatiekosten in vergelijking met andere technieken (polymere membranen, zakkenfilters). retentaat wordt teruggevoerd naar de flocculatie-eenheid waar het opnieuw wordt behandeld. installatie werkt zonder noemenswaardige problemen; verdere optimalisatie wordt nog onderzocht.

Trefwoorden: afvalwaterreiniging flocculatie keramische membranen microfiltratie radio-actief afvalwater

BIK-codes potentiële gebruikers: 2330 (nucleaire industrie) 851 11 (ziekenhuizen) 85112

Case 06

Afvalwaterreiniging met keramische membranen: decontaminatie radioactief afvalwater bij ECN Samenvatting scheidingsprobleem Bij de groep Decontaminatie Radioactief Afvalwater (DRA) van ECN wordt afvalwater van uiteenlopende herkomst (verontreinigd met onder andere zware metalen, zwevend stof en radioactieve deeltjes) behandeld, voordat het uiteindelijk via een pijpleiding in zee wordt geloosd. De huidige technieken zijn onvoldoende om aan de verscherpte normen van de WVO(Wet Verontreiniging Oppervlaktewater) t e kunnen voldoen. Vanaf 1996 is een intensief onderzoek uitgevoerd naar de optimalisatie van de waterbehandeling, waarbij stralingshygiënischeeisen van de nieuwe installatie één van de belangrijkste aspecten was. Na uitgebreide evaluatie van potentiële technieken voor de waterbehandeling is uiteindelijk gekozen voor een gecombineerd systeem van flocculatie, slibcentrifuge en membraanfiltratie.

Criteria voor proces- en systeemkeuze De belangrijkste criteria voor ECN om bij het onderzoek naar een proces voor een systeem voor decontaminatie van het radioactief afvalwater waren: Voldoen aan de lozingseisen van de WVO. Het, te lozen, afvalwater dient t e voldoen aan de nieuwste eisen m.b.t. tot het lozen van radioactiviteit op zee (welke door Rijkswaterstaat zijn vastgesteld). Deze eisen zijn aanmerkelijk strenger dan de eisen voor het lozen op riool, zoals bijvoorbeeld door ziekenhuizen gebeurd. Minimaliseren van de totale hoeveelheid afval. Hierbij dient rekening te worden gehouden dat naast het radioactieve slib (wat wordt afgevoerd naar de COVRA), ook alle verbruiksmaterialen als radioactief afval dient te worden afgevoerd. Dit betekent dat filterzakken of membranen ook als radioactief besmet afval worden beschouwd. Regelmatige vervanging van filters of membranen geven daarom een sterke stijging van de exploitatiekosten. Fool-proof en flexibel systeem. De installatie moet in principe continue door kunnen draaien en de tijd dat een installatie niet beschikbaar is dient zo kort mogelijk t e zijn. Ook moet het systeem flexibel en modulair zijn opgebouwd, zodat het

noodzakelijke onderhoud snel kan worden uitgevoerd terwijl de rest van de installatie beschikbaar blijft voor de filtratie.

Procesbeschrijving Bij ECN is gekozen voor een gecombineerd systeem van flocculatie, slibcentrifuge en membraanfiltratie. De eerste twee processen werden reeds uitgevoerd; de membraanfiltratie is nieuw. Uitgaande van de bovenstaande criteria is gekozen voor een membraanfiltratie-eenheidmet keramische buismembranen. De afvalwaterstroom bij ECN varieert sterk in samenstelling en is afkomstig van verschillende bronnen, zijnde de nucleaire onderzoeksreactor, de "decontamination hall", het " hot cell" laboratorium, de cyclotron en de werkruimte waar pijpen welke zijn verontreinigd met natuurlijk radio-actief materiaal worden gereinigd. Daar- Kerngegevens proces : naast bevat de afvalwaterstroom ook biologische veront- Grootte stroom: 2,8 m3/uur (65 m3/dag) reinigingen, restanten olie en zware metalen. Concentratiefactor: 1O - 20 Deze stroom wordt fysisch-chemisch behandeld en door Flux: 200 I/m2.uur ~

middel van bezinktanks wordt het vervuilde slib verwijderd. Energieverbruik: De vloeistof wordt overgepompt in een voorraadvat van Retentaat: waaruit de membraaninstallatie wordt voorzien. Door deze Temperatuur:

14,3 kWh/m3 permeaat

terugvoer omgevingstemperatuur

Case 06

buffering wordt uiteindelijk een redelijk constante afvalwaterstroom van ca. 2,8 m3/uur (ca. 65 m3/dag) aan de

Kerngegevens installatie: Membraan:

MF (0.1 pm)

membraaninstallatie aangeboden. De vervuiling bestaat uit Moduletype: deeltjes radioactief afval die niet door de slibcentrifuge zijn Oppervlak: verwijderd. Energieverbruik: In de onderstaande figuur staat het processchema van de Pompen: installatie weergegeven. Hierbij is gekozen voor een moduVermogen: lair ontwerp, waarbij de voeding middels een ringleiding aan Reiniging: het systeem wordt aangeboden. De voedingspomp zorgt I Vloeromervlak: voor de druk in het proces (ca. 2 bar) en voor verse aanvoer

buisvormig 14 m2 (7 x 2 m2) 14.3 kWh/m3 permeaat centrifugaalpompen 80 kW backpulse (elke 5-10 min 40-50 m2

van voeding uit de voorraadtank.

I

Elke membraanmodule van 2 m2 heeft zijn eigen recirculatiepomp om de langsstroomsnelheid in de module op 5 tot 6 m/s te houden. Deze relatief hoge langsstroomsnelheid is noodzakelijk om een flux van 200 I/m2.uur te kunnen handhaven. Dit modulair ontwerp heeft tevens het voordeel dat één module kan worden losgekoppeld zonder dat het filtratieproces hoeft t e worden gestopt. Een ander voordeel van deze modulaire opzet is dat de capaciteit kan worden vergroot door er modules bij t e plaatsen. ringleiding

+

retentaat; naar flocculatietank

permeaat; naar zeelozings bassin

I

I

I

I

I

I

I

circuiatiepompen

ringleiding

voedingspomp voeding, 65 m3/dag

Processchema membraaninstallatie

De membranen worden elke 5 tot 10 minuten gereinigd door een backpulse toe t e passen. Daarnaast wordt het systeem minimaal eenmaal per week met een zuur en basisch schoonmaakmiddel (Ultrasil 72 respectievelijk Ultrasil 92) bij een temperatuur van 80°C gereinigd. Een bijzonderheid van het membraansysteem van ECN is dat het is uitgevoerd als twee identieke installaties met elk 14 m2 membraanoppervlak. Een installatie is continu in gebruik voor het reinigen van afvalwater, terwijl de tweede "stand-by" staat.

Economie van het systeem In dit geval is de economie van het systeem van ondergeschikt belang. Er

worden voldaan aan de

lozingseisen. Wel van belang is de keuze voor een duurzame techniek om de exploitatiekosten (welke hoofdzakelijk worden gevormd door de afvoer van radioactief materiaal) zo laag mogelijk te houden. Deze exploitatiekosten zijn in dit geval Hfl. 50.000,- per jaar, exclusief afschrijving van de investering.

Cegevens Ieverancier

Gegevens gebruiker naam: adres: postcode + plaats: telefoon: fax: contactpersoon:

ECN Westerduinweg 3 1755 LE Petten 0224564640 0224 563 615 P.P.A.C. (Paui) Pex

naam: Velterop b.v. adres: Postbus 11O postcode + plaats: 7490 AC Delden N.B. Velterop is overgenomen door Eco Ceramics

-

RIZA Informatieblad membraantechnologie 7

Keramische microfiltratie voor de behandeling van waswater

!

Samenvatting techniek: Bij een wasserij wordt het waswater gefiltreerd met keramische microfiltratiemembranen. Een gedeelte van het water kan opnieuw worden ingezet in het wasproces. Doordat met dit systeem het waswater warm wordt behandeld, wordt niet alleen water maar ook energie bespaard.

Resultaten: er wordt dagelijks tussen 80 en 160 m3 water behandeld. de temperatuur van het water is 45 tot 50°C. het volume van de afvalstroom (het concentraat) is slechts 0.3% van het volume van de originele stroom; dit concentraat moet worden afgevoerd als chemisch afval. de flux is 140 I/m2.uur.

Trefwoorden: microfiltratie milieumaatregel energiebesparing waterbemaring


Case 07

Keramische microfiltratie warm waswater: besparing van energie en water Samenvatting scheidingsprobleem Een wasserij reinigt veel verschillende soorten textiel, waaronder poetslappen. Het afvalwater van dit wasproces bevat hierdoor naast de stoffen die normaal gesproken in waswater worden aangetroffen (zeep, vuildeeltjes en textielvezels) ook organische oplosmiddelen. Tijdens het wassen van de poetslappen komen deze stoffen in het waswater terecht. Het bedrijf heeft besloten het afvalwater t e behandelen nadat het Waterschap t e kennen gaf dat het afvalwater niet meer onbehandeld kon worden geloosd. M e t name de bovengenoemde organische verbindingen maken de behandeling van het afvalwater problematisch. In eerste instantie werd het afvalwater behandeld met polymere microfiltratie, maar het bleek dat de membranen niet bestand waren tegen hogere concentraties aan oplosmiddelen. De installatie met polymere membranen is vervangen door een installatie met keramische membranen.

Criteria voor proces- en systeemkeuze Het water dat wordt geloosd moet voldoen aan de eisen van het Waterschap. Het permeaat moet geschikt zijn voor hergebruik in het wasproces. De installatie moet de hoeveelheid concentraat minimaliseren. Het concentraat moet namelijk worden afgevoerd als chemisch afval voor Hfl700,- per ton. De membranen moeten bij de procestemperatuur (45-50°C) bestand zijn tegen de chemicaliën in het waswater. Grove deeltjes (textielvezels en vuildeeltjes) mogen het membraan niet kunnen beschadigen.

Procesbeschrijvi ng

Kerngegevens proces: reikt. stroom: 80-160 m3/d% De pompen in de installatie hebben een totaal vermogen 3o 300 van 67,5 kW, waarbij de voedingspomp een vermogen van Flux: 140 I/m2.uur 7,5 kW heeft en de circulatiepompen beide een vermogen 618 kWh/m3 Permeaat van 30 kW hebben. Deze proceslayout staat bekend als Energieverbruik: "feed-and-bleed". De voedingspomp brengt de vloeistof op druk, terwijl de circulatiepompen de gewenste langsstroom- Retentat: Temperatuur:

bij conc. factor 30 Afvoer als chemisch afva 45-50°C

snelheid over het membraan realiseren. Indien zowel druk als

langsstroomsnelheid

met één

pomp worden

Kerngegevens installatie:

Membraan: gerealiseerd, moet deze pomp een hoog debiet bij een hoge Moduletype: druk kunnen leveren. Dit soort pompen vergen een hogere Oppervlak: investering dan de twee losse pompen, waarbij de Pompen: voedingspomp een relatief laag debiet levert bij een hoge Vermogen: druk, terwijl de circulatiepomp vrijwel drukloos een groot Reiniging: debiet levert. Het gebruik van twee pompen heeft Vloeroppervlak: bovendien het voordeel dat het energieverbruik lager is,

Keramisch multichannel SCT 37P19 40GL 71,2 m2 Centrifugaal 67,5 kW Alkalische en zure reiniging 85,6 m2

omdat nu slechts een gedeelte van de voeding op druk hoeft te worden gebracht. Het totale energieverbruik is 6,8 kW per m3 permeaat bij een concentratiefactor van 30. De installatie wordt dagelijks gereinigd met een alkalisch reinigingsmiddel. Na een weekproductie wordt eerst een alkalische - en vervolgens een zure reiniging uitgevoerd. effluent textielwasserij, 80 t o t 160 m3/dag

1 4 triizeef

-L

-------1

+

concentraat buffer

I+-- - -i

Y

I

I

voed ings microfiltratie

nnrnn

Pomp

circulatie pompen

Keramische microfiltratie van waswater

Economie van het systeem De installatie is als milieumaatregel geplaatst, nadat het Waterschap heeft aangedrongen op voorzuivering van het waswater voor lozing. De kosten zijn hoger dan de besparing die op energie en water wordt gerealiseerd.

IGegevens gebruiker naam: adres: postcode + plaats: telefoon: fax: contactDersoon:

Neproma Textielservice BV 's Cravelandseweg 250 3125 BK Schiedam 01041 54 155 O I O 41 54 760 Dhr. S. Diu

Cegevens Ieverancier

naam: adres: postcode + plaats: telefoon: fax: contactDersoon:

USF Rossmark Waterbehandeling Postbus 1O9 7600 AC Almelo 0546838000 0546 814141 Dhr. R. Steenbeke

I

I RIZA - Informatieblad membraantechnolonie 8 I

Terugwinnen van verf uit "overspray" van een spuitcabine met ultrafiltratie

Samenvatting techniek: Bij Gispen Kantoormeubelen te Culemborg wordt verf uit "overspray" in lakcabines teruggewonnen met ultrafiltratie. In eerste instantie is een ultrafiltratie-installatie aangeschaft als milieumaatregel (reduceren van de afvalwaterstroom). Nu wordt de verf opgewerkt tot "grijs" voor het spuiten van " niet-zichtbare'' delen (interne opwerking bij Gispen zelf) en tot A-kwaliteit (extern door de lakleverancier, Sigma Coatings)

ResuItaten: het permeaat gaat retour naar de lakcabine en wordt opnieuw ingezet in het watergordijn de lak kan worden teruggewonnen en hergebruikt in het productieproces. door besparingen op lak verdient de installatie zich in één jaar terug. Trefwoorden: afvalwaterreiniging polymere membranen ultrafiltratie hergebruik van verf

2430 (verfindustrie) 3612 (meubelindustrie)

Case 08

, I

Samenvatting scheidingsprobleem

I

Bij Gispen Kantoormeubelen t e Culemborg worden stalen kantoormeubelen van een laklaag voorzien. De

I

verf wordt verspoten in zogenaamde lakcabines, waarbij de " overspray" in een watergordijn wordt opgevangen (zie bijgaande figuur).

i ~

Deze lak vertegenwoordigt een economische waarde en daar-

I

n

blower

I

naast dient het afval te worden behandeld. Door de lak terug te winnen met ultrafiltratie kunnen beide problemen tegelijkertijd worden aangepakt. In eerste instantie is een ultrafiltratie-installatie aangeschaft als milieumaatregel (reduceren van de afvalwaterstroom). Nu wordt de verf opgewerkt tot "grijs" voor het spuiten van "niet-zicht-

lucht beweging

bare" delen (intern bij Gispen

vernevelde verf

zelf) en tot A-kwaliteit (extern door de lakleverancier, Sigma Coatings).

cabinewater

Opvang van "overspray " met een watergordijn in een lakkabine.

Criteria voor proces- en systeemkeuze De belangrijkste criteria voor Gispen voor de keuze voor ultrafiltratie waren: Voldoen aan de lozingseisen van de WVO. Het afvalwater uit de lakcabines mag niet worden geloosd en dient t e worden behandeld, hetzij fysischk

chemisch, hetzij mechanisch. Minimale aanpassingen aan bestaande spuitcabines nodig. Doordat het cabinewater buiten de bestaande verfinstallatie kan worden verwerkt, zijn slechts beperkte aanpassingen aan het systeem nodig. Dit in tegenstelling tot andere terugwinsystemen als lakzuilen die een grote aanpassing van de bestaande infrastructuur vragen. Mogelijkheid tot hergebruik. Indien de verf voldoende wordt geconcentreerd en enkele componenten worden toegevoegd aan het retentaat kan de verf geschikt worden gemaakt voor hergebruik.

Procesbeschrijving Bij het verspuiten van verf op meubels wordt gewerkt in spuitcabines, hierbij komt slechts een gedeelte van de verspoten verf op het werkstuk terecht. De rest, de zogenaamde overspray, wordt opgevangen in een watergordijn. Bij Gispen wordt verf in verschillende spuitcabines verspoten. Het water wordt over de watergordijnen van de spuitcabines gecirculeerd. Het water in de watergordijnen bevat ca. 1% droge stof.

Kerngegevens proces: Grootte stroom: Concentratiefactor: Flux: Energieverbruik: Retentaat : Temperatuur:

15 m3/week 30-40

10 i/m*.uur. 1O0 kWh/m3 permeaat hergebruik omgevingstemperatuur

Case 08

Bij het systeem van Gispen (zie onderstaande figuur) wordt een Kerngegevens installatie: hoeveelheid cabinewater semi-batchgewijs ingedikt. Er wordt Membraan: polymeer UF (0.05 pml vervuild cabinewater naar de concentratietank gevoerd terwijl Moduletype: capillair de filtratie wordt uitgevoerd, totdat de permeaatflux beneden Oppervlak: een bepaald niveau komt (< 15 I/m2.uur). De aanvoer van Pompen: cabinewater naar de concentratietank wordt stopgezet en de Vermogen: vloeistof in de tank wordt geconcentreerd totdat de gewenste Reiniging: concentratiefactor van 30 à 40 is bereikt. Tijdens het filtra-

Vloeroppervlak:

3 m* (2 x I,5 m2) centrifugaal 3 kW geen

2 m2

tieproces loopt de druk op tot maximaal 3 bar. Na de indikking worden de membranen met nieuwe voeding gespoeld; hiermee is de flux van de membranen voldoende hersteld voor behandeling van een nieuwe batch. Aan de voeding wordt wel een pH-corrector zoals aangeleverd door de lakleverancier toegevoegd ter voorkoming van het uitvlokken van de verf. De recirculatiepomp warmt de vloeistof in de concentratietank op. Door de lage flux en de hoge langsstroomsnelheid is het energieverbruk per m3 geproduceerd permeaat hoog (ca. 100 kWh/m3). Een groot gedeelte van de pompenergie wordt omgezet in warmte, zodat de vloeistof in de concentratietank opwarmt. Aangezien de verf niet bestand is tegen t e hoge temperaturen, dient de vloeistof tijdens het concentreren t e worden gekoeld. Hiertoe is een warmtewisselaar in de installatie opgenomen.

n cabine

A

permeaat 14,5 d / w e e k

4membraanmodules

415 m3/week

concentratie+ tank

--

w

Y Y

ulakipslag-

recirculatiepomp

tank 0,5 m3/week

Processchema ultra filtratie-installatie Gispen De gemiddelde opbrengst tijdens het behandelen van een batch bedraagt ca. 30 liter/uur. Bij het begin van het indikkingsproces (minder dan 1% droge stof) is de flux hoger dan aan het eind (meer dan 20% droge stof). Pigmentdeeltjes en binders worden tegengehouden, terwijl een deel van de laag moleculaire toevoegingen (co-solvents, glycolen) met het permeaat verloren gaan en dienen te worden aangevuld.

Case 08

Economie van het systeem

Met behulp van dit systeem wordt door Gispen een jaarlijkse besparing van ca. 90.000 gulden op lakken gerealiseerd. Op basis hiervan en de lage exploitatiekosten (welke hoofdzakelijk worden gevormd door de vervanging van membranen: 2 x per jaar) verdient dit systeem zich binnen één jaar terug.


Gegevens leverancier Gispen Kantoormeubelen Postbus 30 41 O0 AA Culemborg 0345474229 0345 520 169 Dhr. B.C.A. Wammes


Koch International BV Mechelaarstraat 14 4903 RE Oosterhout O162 432 052 O1 62 452 494 Dhr. C. Snijders

Case O 9

I RIZA - informatieblad membraantechnoloaie 9 I

Afvalwaterbehandeling bij een drukkerij met microfiItrat ie

Samenvatting techniek: Een afvalwaterstroom met flexodrukinkten wordt behandeld met microfiltratie. Hierbij worden de onoplosbare delen geconcentreerd en afgevoerd als chemisch afval. Het permeaat bevat teveel kleur om te kunnen worden hergebruikt en wordt geloosd op het riool. Resultaten: goede scheiding en concentratie van flexodrukinkten. permeaat bevat teveel kleur om t e kunnen worden hergebruikt. fluxen variëren van 80 I/m2.uur bij het begin van het indikkingsproces tot 20 I/m2.uur op het eind ondanks de hoge kosten is het bedrijf tevreden over de installatie. Trefwoorden: afvalwaterreiniging polymere membranen microfiltratie drukkeriien

BIK-codes potentiële gebruikers: 2221 (drukkerijen) 2222 22226

Case O9

Microfiltratie-installatie voor de reiniging van met f lexodrukinkten veron t reinigd afvalwater. Samenvatting scheidingsprobleem Bij een drukkerij wordt gebruik gemaakt van het flexodrukproces. Bij het schoonmaken van de machines ontstaan volumineuze afvalstromen (in totaal 360 m3 afvalwater per jaar) die niet mogen worden geloosd. Afvoeren van de verdunde stromen is een dermate kostbare zaak, dat behandeling noodzakelijk is. Behandeling met chemicaliën is een alternatief; dit is echter een arbeidsintensief proces, dat bovendien slechts een gedeelte van de verontreinigingen verwijdert. Een membraansysteem kan de onoplosbare delen van de afvalwaterstroom zodanig concentreren dat het afvalwater geschikt is voor lozing.

Criteria voor proces- en systeemkeuze De belangrijkste criteria voor het bedrijf om de afvalwaterstroom met microfiltratie t e behandelen zijn: Voldoen aan de lozingseisen van de WVO. Het afvalwater mag niet worden geloosd en dient te worden behandeld, hetzij fysisch-chemisch, hetzij mechanisch. Fysisch-chemische behandeling (flocculatie) ontkleurt het water niet in voldoende mate, en is bovendien een arbeidsintensief en kostbaar proces. Mogelijkheid tot hergebruik. Dit was één van de criteria bij aanschaf, maar het bleek economisch niet verantwoord het concentraat op te werken tot nieuwe drukinkt. Het permeaat bevat teveel kleur om t e kunnen worden hergebruikt. De

mogelijkheid om het permeaat in t e zetten als eerste spoelwater voor de drukmachines is niet uitgevoerd omdat het economisch niet verantwoord was hiervoor een tweede waterleidingnet aan te leggen

Procesbeschrijving afvalwater drukpers

-

-t

chemisch afval

buffer 15 m3 riool

buffer 3 m3 Processchema micro filtratie-installatie Rudico Bij het bedrijf wordt het afvalwater van de drukpersen naar een buffertank van 15 m3 gevoerd. Vanuit deze buffertank wordt een tweede buffertank van 3 m3 gevuld, waarbij de inhoud van de tweede buffertank over het mem braan wordt gerecirculeerd. Dit is schematisch weergegeven in de onderstaande figuur. Het afvalwater van de drukpers bevat ca. 1% droge stof. In eerste instantie was de opzet van de membraaninstallatie hergebruik, voor zowel proceswater als flexodrukinkt. De pigmentdeeltjes uit de flexo-inkten worden

Kerngegevens proces: Concentratiefactor: 20-25 Behandeling: batchgewijs, Flux: Energieverbruik: Retentaat:

totaal 360 m3/jaar 20 tot 80 I/m2.uur 58 kWh/m3 permeaat

Permeaat:

afvoer als chemisch afval lozing op riool

Temperatuur:

omgevi ngstemperatuur

goed tegengehouden, echter de aniline-inkten niet. Hierdoor is het permeaat niet geheel ontkleurd en kan daarom slechts Kerngegevens X-flow MF (0,2 pm) worden ingezet als water voor een eerste spoeling van de Membraan: Moduletype: capillair machine. De aanleg van de hiervoor benodigde extra lei5 m2 (2 x 2,5 m2> dingen bleek economisch niet haalbaar. De hoeveelheid oppervlak: drukinkt (concentraat) bleek te klein om terug te leveren aan Pompen: de leverancier. De pomp in dit systeem is een magneetgekoppelde centrifu- Vermogen:

centrifugaal, magneetgekoppeld 3,5 kW

Reiniging: gaalpomp. Deze pompen zijn ongeveer een factor twee duurder dan normale centrifugaalpompen maar noodzakelijk Vloeroppew'ak:

Flexoclean (zeep) m2 (incl.

Economie van het systeem Op basis van hergebruik van grondstoffen kan deze installatie zich niet terugverdienen. Uitgaande van de kosten voor afvoer van het verdunde afvalwater (wat jaarlijks ca. Hfl400.000,- zou bedragen), verdient de installatie zich binnen één jaar terug. De installatie is aangeschaft met een zogenaamde koop-lease constructie, waarbij gedurende vijf jaar maandelijks een vast bedrag is betaald. De membranen dienen 3 maal per 2 jaar vervangen te worden, wat een jaarlijkse kostenpost van ca. Hfl 10.000,- oplevert.


Gegevens leverancier Rudico B.V. Coldenhovenseweg 85 6961 EC Eerbeek 0313 679 274 0313 679 201 Dhr. A. Schotpoort

naam: plaats: opmerking:

Gerritse Systems Engineering Brummen Gerritse Systems Engineering levert geen membraaninstallaties meer.

I RIZA - informatieblad membraantechnologie 10 I

UItrafiItratie in het productieproces:

concentreren van eiwit

Samenvatting techniek: Bij de verwerking van eieren worden de eieren gescheiden in dooiers en eiwitten. De eiwitten, een waterige stroom met 11% droge stof, wordt in batches van 25 m3 per dag met ultrafiltratie geconcentreerd tot 24% droge stof. Het karakter van de vloeistof maakt een bijzondere proceslayout met een fermentor en een warmtewisselaar noodzakelijk. Het permeaat kan worden geloosd op het riool of, na behandeling, in zee.

Resultaten: er wordt een concentratiefactor van ongeveer 2,2 gehaald. de druk loopt op van 5 tot 8 bar tijdens de behandeling van een batch, dit levert een gemiddelde flux van 6,8 I/m2.uur. de installatie heeft een sanitair ontwerp en is in RVS uitgevoerd. de installatie wordt gereinigd met alkalische schoonmaakmiddelenen chloorbleekloog. de installatie verdient zich in ongeveer 3 jaar terug.

BIK-codes potentiële gebruikers: concentreren eiwit uItraf iltratie productieproces

i i;:

I

Case 10

Ultrafiltratie in het productieproces: concentreren van eiwit Samenvatting scheidingsprobleem Een bedrijf dat eieren verwerkt tot eipoeder maakt in de productie gebruik van meerdere membraaninstallaties, onder andere voor de productie van eiwitkristallen (ultrafiltratie) en het winnen van een enzym uit eiwit (UF/NF). Tevens beschikt het bedrijf over een tweetal UF-installaties om eiwit t e concentreren als voorbehandeling voor sproeidrogen. Eén van deze installaties zal hier worden besproken. Tijdens de verwerking van eieren worden de eieren gescheiden in dooiers en eiwitten. De eiwitten komen vrij als een waterige stroom met 11% droge stof. Naast eiwit bevat deze stroom natuurlijke mineralen uit de eieren en bovendien heeft de stroom een hoge viscositeit. De UF-installatie brengt het droge stof gehalte op 24%, waarna met sproeidrogen de rest van het water wordt verwijderd.

Criteria voor proces- en systeemkeuze Het drogestofgehalte moet worden verhoogd tot meer dan 20%. Een batch van 25 ton eiwit moet in 16 uur kunnen worden behandeld. De aard van de eiwitstroom maakt het onmogelijk om de vloeistof direct te concentreren over een recirculatietank. Om de flux op een acceptabel niveau te houden is het nodig het eiwit gedeeltelijk t e laten fermenteren. Aangezien de productie bestemd is voor menselijke consumptie moet de installatie sanitair worden uitgevoerd.

Procesbeschrijving ca. 60 m3/uur

c

c gemiddeld 0,8 m3/uur

fermentor

ultrafiltratie

warmtewisselaar Schematische weergave van de

UF -installatie

Voordat het eiwit wordt gefiltreerd verblijft het in een fermentor. Het eiwit wordt vanuit de fermentor over een warmtewisselaar naar de ultrafiltratie gevoerd. De ultrafiltratie is uitgevoerd als een recirculatiesysteem, waarbij een gedeelte van de recirculatiestroom via de warmtewisselaar wordt teruggevoerd naar de fermentor. Dit procesontwerp is noodzakelijk omdat het eiwit een moeilijk t e filtreren vloeistof is. Door deze extra maatregelen is de filtratie in een acceptabele procestijd uit te voeren. Het proces is schematisch in de bovenstaande figuur weergegeven. De installatie is uitgerust met tubulaire membranen van Stork met een Molecular Weight Cut-Off (MWCO) van 18.000 Dalton. Dit betekent dat de membranen materiaal met een molekuulmassa van 18.000 g/mol en hoger tegenhouden. In totaal heeft de installatie een membraanoppervlak van 120 m2. Omdat de installatie wordt gebruikt bij de productie van levensmiddelen is de installatie sanitair uitgevoerd.

Kerngegevens proces: Grootte stroom: 25 m3 per dag . Concentratiefactor: 2,2 Flux: 6,8 I/m2.uur Energieverbruik: 52 kWh/m3 permeaat Retentaat: product TemDeratuur: 20 - 45°C

Om de eiwitten te concentreren van 11% tot 24% vaste stof moet er uit de oorspronkelijke hoeveelheid van 25 m3 13 m3


Membraan: water worden verwijderd. De gemiddelde flux hierbij is Moduletype: 6,8 I/m2.uur. Hierbij moet worden opgemerkt dat bij het beOppervlak: gin van het filtratieproces de flux veel hoger is, maar dat Pompen: naarmate de concentratie stijgt, de flux afneemt. Tijdens het Vermogen: concentratieproces wordt de druk verhoogd van 5 naar Reiniging: 8 bar. VioeroDDerviak: Na afloop van het concentreren wordt het systeem gereinigd

polysulfon, MWCO 18 kD Stork WFS 8015 120 m2 centrifugaal 44 kW alkalisch en bleekloog 15 - 20 m2

met chemicaliën. Het doel van de schoonmaakprocedure is tweeledig; ze moet voorkomen dat de installatie microbiologisch vervuild raakt en daarnaast moet een hoeveelheid eiwit van het membraanoppervlak worden verwijderd. Voor het verwijderen van eiwit is een complexe reinigingsprocedure noodzakelijk. Eerst wordt het systeem gespoeld met water. Vervolgens wordt het systeem gereinigd met een alkalische Ultrasiloplossing, waarna het systeem nogmaals met water wordt gespoeld. Tenslotte wordt het laatste restant eiwit met een chloorbleekloogoplossing verwijderd. Daarnaast wordt incidenteel (één à twee maal per maand) een zure reiniging uitgevoerd om minerale verontreinigingen te voorkomen. Een nadeel van het ontwateren van eiwit met ultrafiltratie is dat een gedeelte van de mineralen met het permeaat verloren gaat. Gedeeltelijk is dit weer aan te vullen door na afloop van de behandeling keukenzout toe te voegen, maar hiermee worden slechts natrium- en chloride-ionen aangevuld. Bovendien kan het lozen van het zout problemen opleveren met vergunningverlenende instanties. Dit probleem kan worden ondervangen door het eiwit met omgekeerde osmose te behandelen; hierdoor stijgen volgens de gebruiker de kosten, met name door hogere investerings- en energiekosten.

Economie van het systeem De bouw van deze installatie vergt een investering van ongeveer Hfl 300.000,-. De exploitatiekosten bedragen 6 cent voor 1 kg verwijderd water. Dit komt neer op een bedrag van Hfl 195.000,- per jaar. Volgens het bedrijf verdient de installatie zich in ongeveer 3 jaar terug.

Gegevens gebruiker


vertrouwelijk

naam: adres: postcode + plaats: telefoon: fax:

Stork Friesland Postbus 13 8400 AA Gorredijk 0513467777 0513 463 708

Case 11


Membraantechnologie in het productieproces Concentreren van wei met nanofiltratie

Samenvatting techniek: Bij de productie van weipoeder wordt wei ontwaterd, waarbij het drogestofgehalte stijgt van 5,5% naar

95%. Daarnaast dient de wei te worden ontzout. De conventionele technologie hiervoor is verdamping gecombineerd met ionenwisseling. O p de locatie Dronrijp van Friesland Dairy Foods is de eerste verdampingsstap vervangen door nanofiltratie, waarbij het drogestofgehalte toeneemt van 5 5 % naar 17% en tevens een ontzouting van 30% wordt gerealiseerd. ResuItaten: de wei wordt ongeveer een factor 3 ingedikt. door een lagere thermische belasting is een groter gedeelte van de productie geschikt voor menselijke consumptie. in vergelijking met verdamping wordt met de NF installatie een energiebesparing van Hfl 267.000,- per jaar gerealiseerd. de flux van de membranen is 19 I/m2.uur bij een druk van ca. 25 bar. de terugverdientijd van het de installatie is 2,5 jaar. Trefwoorden: productie weipoeder energiebesparing

h


l

Case 11

Nanofiltratie als productieproces in de zuivelindustrie: concentreren en ontzouten van wei. Samenvatting scheidingsprobleem Wei is een bijproduct dat ontstaat bij de productie van kaas. De wei bevat waardevolle stoffen, zoals eiwitten, vetten en lactose; daarnaast bevat wei een hoeveelheid zout. Op de productielocatie te Dronrijp van Friesland Dairy Foods Nederland wordt de wei verwerkt tot een poeder met een gehalte van 95% droge stof. In de oude situatie werd de wei in een aantal stappen ingedampt. In de eerste indampingsstap werd het drogestofgehalte verhoogd van 5,5% naar 28%, waarna het concentraat werd ontzout met behulp van een ionenwisselaar. Daarna volgde een indampingsstap tot 55% droge stof. Tenslotte werd de wei verder gedroogd in een sproeidroger tot het gewenste gehalte van 95% droge stof. In de nieuwe situatie vervangt nanofiltratie de eerste indampstap en een gedeelte van de ionenwisselaar. M e t NF wordt een gehalte van 16% droge stof en een ontzouting van 30% bereikt. In vergelijking met in-

dam ping is het energieverbruik van de nanofiltratie-installatie veel lager.

Criteria voor proces- en systeemkeuze De installatie moet een continue stroom van 40 m3 dunne wei per uur kunnen verwerken De wei wordt gedeeltelijk gebruikt voor menselijke consumptie. Dit vraagt om een sanitair ontwerp van de installatie, wat betekent dat pompen, leidingwerk en appendages in RVS zijn uitgevoerd. Vanuit hetzelfde oogpunt zijn ook de schoonmaakprocedures opgezet; er wordt schoongemaakt voordat bacteriële verontreiniging gevaarlijke vormen kan aannemen. Dit .is lang voordat de schoonmaakprocedure vanuit een dalende flux noodzakelijk is. De membranen dienen een hoge retentie voor eiwit en lactose te combineren met een lage retentie voor zouten. Het permeaat dient op oppervlaktewater te kunnen worden geloosd.

Procesbeschrijving

de hoeken" heeft. De installatie is uitgerust met in totaal KerngegevensProces: stroom: 40 m3/uur 1400 m2 Desal 5 membranen. De installatie is uitgelegd op Flux: 19 I/m2.uur een constante flux van 19 I/m2.uur, zodat de druk tussen de reinigingsprocedures wordt opgevoerd, waarbij moet Energieverbruik: worden opgemerkt dat de maximale druk 30 bar is. Retentaat: Er worden drie verschillende reinigingen uitgevoerd op de Temperatuur:

-

313

2,l kWh/m3 permeaat product omgevingstemperatuur

Case 11

installatie, waarbij de frequentie in dit geval niet wordt


bepaald door een fluxdaling, maar door het voorkomen

Membraan: van bacteriologische verontreiniging. Vanuit dit oogpunt Moduletype: is het volgende reinigingsschemaopgezet: Oppervlak: - voordat de productie wordt opgestart, wordt een Pompen: alkalische reiniging uitgevoerd. Vermogen: - vervolgens wordt na 10 uur productie weer een alkaReiniging: lische reiniging uitgevoerd. Vloeroppervlak: concentraat

druk pomp

spiraalgewonden Desal 5 4040 1400 m2 centrifugaal 56 kW alkalisch, zuur en enzymatisch 96 m2

permeaat,

circulatiepompen

Schematische weergave van de NF-installatie voor het concentreren van wei -

na 20 uur productie wordt achtereenvolgens een alkalische- en een zure reiniging uitgevoerd.

- tenslotte wordt één à twee keer per twee weken een enzymatische reiniging uitgevoerd. Alle reinigingsmiddelen worden geleverd door de firma Henkel en gedoseerd met doseerpompen. Als de volledige capaciteit van de installatie wordt benut, zal de reinigingsprocedure worden geoptimaliseerd.

Economie van het systeem De totale investering voor het project bedroeg Hfl 2.739.000,-. De totale exploitatiekosten zijn niet exact bekend, maar op basis van besparingen op energie, chemicaliën en lozingskosten is een terugverdientijd van 2,5 jaar berekend. De kosten voor de vervanging van membranen bedragen Hfl 70.000,- per jaar, uitgaande van een standtijd van de membranen van 4 jaar. Sinds de inbedrijfsstelling in 1997 zijn er nog geen membranen vervangen. De installatie vraagt ongeveer 2,5 manuur werk per dag, ca Hfl20.000,- per jaar.


Gegevens leverancier Friesland Coberco Leeuwarden Postbus 226 8901 M A Leeuwarden 058 2 999 111 0582992 555 Dhr. K. Spijker


Zenon GmbH HarleBstraBe 1A D-42039 Düsseldorf 00490211 61 1 0 4 6

I

Case 12


Nanofiltratie van elektrolyt hergebruik van procesvloeistof

Samenvatting techniek: In een bepaald productieproces wordt een elektrolyt met 3 % NaN03 gebruikt. Tijdens het gebruik raakt dit elektrolyt verontreinigd met sulfaat en een beperkte hoeveelheid nikkel, chromaat en molybdaat. Doordat het sulfaat kan worden verwijderd is het mogelijk om het elektrolyt opnieuw in het productieproces in te zetten. Het nanofiltratiemembraanverwijdert selectief tweewaardige ionen, terwijl het voor éénwaardige ionen (in dit geval natrium en nitraat) een lage retentie heeft. Dit heeft als bijkomend voordeel dat deze ionen niet bijdragen aan de opbouw van osmotische druk. Hierdoor kan de nanofiltratie bij relatief lage druk worden uitgevoerd zodat het energieverbruik laag is.

Resultaten: er wordt 100-200 liter elektrolyt per uur behandeld. de flux door het membraan is 15 I/m*.uur. sulfaat, nikkel en molybdaat worden afdoende verwijderd, de retentie voor chromaat valt tegen.

Trefwoorden:

sulfaatverwijdering

BIK-codes potentiële gebruikers: 2924 297 311

Case 12

Se1ectieve ve rwijderi ng van tweewaardige ionen: nanofiItratie van elektrolyt Samenvatting scheidingsprobleem In een bepaald productieproces wordt een elektrolyt met 3% NaN03 gebruikt. Tijdens het gebruik raakt dit elektrolyt verontreinigd met sulfaat en een beperkte hoeveelheid nikkel, chromaat en molybdaat. Bij dit elektrolyt is de verhouding tussen de concentratie nitraat en sulfaat van cruciaal belang voor het proces. Tijdens de bedrijfsvoering loopt de natriumsulfaatconcentratie op tot 5 g/l. Indien het sulfaat kan worden verwijderd is het mogelijk om het elektrolyt opnieuw in het productieproces in t e zetten. Daarnaast is het gunstig voor de procesvoering om nikkel, chromaat en molybdaat uit het elektrolyt te verwijderen. Dit heeft echter niet dezelfde prioriteit als de verwijdering van sulfaat.

Criteria voor proces- en systeemkeuze De concentratie sulfaat in het permeaat moet zo laag zijn dat hergebruik van het elektrolyt mogelijk is. Het retentaat moet zo worden verwerkt dat de lozing op het riool van alle ionen zoveel mogelijk wordt beperkt. Het energieverbruik van de installatie moet minimaal zijn.

Procesbeschrijving Omdat de tweewaardige ionen uit het elektrolyt moeten worden verwijderd terwijl de éénwaardige ionen in het elektrolyt aanwezig moeten blijven, is gekozen voor nanofiltratie. De installatie is schematisch weergegeven in de onderstaande figuur. vervuild

I L t concentraat 40 I / uur

hergebruik elektrolyt 160 1 / uur

Schematische weergave van de NF -installatie Om t e voorkomen dat het membraan verstopt of beschadigd Kerngegevens proces: raakt door in het elektrolyt aanwezige deeltjes wordt het Grootte stroom: 100-200 I/uur behandeld met een voorfilter met een poriegrootte van 10 pm. 15 I/m2.uur De grootte van de stroom, 100-200 Vuur staat een qua om- Recovery: 80 % vang heel beperkte installatie toe. In dit geval volstaat een Energieverbruik: 10,3 kWh/m3 permeaat centrifugaalpomp met een vermogen van 2 kW en een tweetal Retentaat: 4040-modules in drukhuizen. De filtratie wordt uitgevoerd bij Temperatuur:

gebruik in proces omgevingstemperatuur

een druk van 10 bar. De retentie voor sulfaat, nikkel en molybdaat is ruim voldoende om aan de gestelde eisen t e voldoen. De retentie voor chromaat is echter aan de lage kant. Dit wordt veroorzaakt door een evenwichtsreactie tussen dichromaat (Cr207*3 en


spiral wound TFC

Moduletype: Oppervlak: Pompen:

DESAL 5 4040 F 13 m2

chromaat (Cr04-1. Ten gevolge van concentratiepolarisatie Vermogen : neemt de concentratie van dichromaat aan het membraanopReiniging: pervlak toe. De lokaal verhoogde concentratie dichromaat Vloeroppervlak:

centrifugaal 2 kW spoelen met permeaat 4 m2

Economie van het systeem De installatie vergde een investering van Hfl 80.000,-. Hierbij dient te wo

m rkt dat de inst Ilatie

voorzien is van uitgebreide besturings- en beveiligingstechnologie. Een vergelijkbare installatie zonder deze electronica zal ongeveer Hfl 30.000,- kosten. Door het incidentele karakter van het gebruik van de installatie is het onmogelijk om een correcte schatting te geven van de operationele kosten van de installatie.


Gegevens gebruiker

naam: ,adres: postcode + plaats: telefoon: fax: contactpersoon:

vertrouwelijk

USF Rossmark Waterbehandeling Postbus 109 7600 AC Almelo 0546838000 0546 814 141 Dhr. A. Reigersman

Case 13


Ultrafiltratie in productie: concentreren van gelatine-oplossing

Samenvatting techniek: De firma Trobas gebruikt ultrafiltratie in het productieproces van gelatine. De installatie behandelt 1O tot 12 m3/uur aan gelatine-oplossing en voert de concentratie op van 4 tot 20% droge stof. Daarbij wordt het product gedeeltelijk ontzout. Door de lagere thermische belasting is de productkwaliteit hoger. Vergeleken met de conventionele technologie (verdampen) wordt een aanzienlijke energiebesparing gerealiseerd. ResuItaten: het retentaat wordt gegeleerd, gedroogd en versneden en wordt vervolgens als gelatine verkocht. de flux is 10 I/m2.uur. water, zouten en laag moleculair materiaal passeren het membraan: gelatine wordt geconcentreerd. de temperatuur is 55°C. de installatie realiseert een energiebesparing ter grootte van Hfl 238.000,- per jaar ten opzichte van een verdamper, hierdoor is terugverdientijd van de meerinvestering 3 jaar.

I

ultrafiltratie productie gelatine

I

BIK-codes potentiële gebruikers: 2462 1541

Case 13

Concentreren van gelatine: ultrafiltratie voor energiebesparing en kwaliteitsverbetering Samenvatting scheidingsprobleem Trobas produceert gelatine voor de lijmproductie uit huiden en split. Hiertoe worden de grondstoffen in vier stappen geëxtraheerd met warm water. Bij de extractie ontstaat een stroom die 4% vaste stof bevat en vetsporen en vezels (haren en huiddeeltjes). Deze stroom moet worden geconcentreerd tot een gehalte van 20% vaste stof. Daarnaast moet de stroom gedeeltelijk worden ontzout, omdat een t e hoog zoutgehalte het geleringspoces bemoeilijkt.

Criteria voor proces- en systeemkeuze De vaste deeltjes (vezels en haren) kunnen de membranen beschadigen en moeten dus eerst worden verwijderd. Het permeaat moet loosbaar zijn. Het uiteindelijke product moet geschikt zijn als technische gelatine.

Procesbeschrijving

I O m’/uur b

extractie

e

centrifuge

8 m3/uur b

permeaat: water, zouten, laag moleculaire eiwit ten

huiden. gespleten botten ge Ieren, versnijden

400 kg/uur droge gelatine Productie van gelatine (schematisch) De vloeistof wordt na de extractie in een snel draaiende schotelcentrifuge geleid. Bij deze bewerking worden de vezels en vetsporen verwijderd, na het centrifugeren bevat de stroom 4% gelatine en opgeloste zouten. Na de centrifuge wordt de oplossing naar de UF-installatie geleid. Dit is schematisch weergegeven in de bovenstaande figuur. De vloeistof wordt verpompt en op druk gebracht met centrifugaalpompen met een totaalvermogen van 80 kW. Kerngegevens proces Ondanks de hoge viscositeit is het mogelijk om de vloeistof Grootte stroom: 10-12m3 per uur met spiraal-gewonden UF-membranen met een “normal Concentratiefactor: 5 flow” spacer (dikte 1 , I mm) t e filtreren. De membranen zijn Flux: 10 I/m2.uur vervaardigd van polyethersulfon (PES). De voordruk van het Energieverbruik: 10,3kWh/m3 permeaat systeem is 1,5bar; de circulatiepompen verpompen de Retentaat: product vloeistof met een druk van 4,5 bar over de membranen. Bij TemDeratuur: 55OC

Case 13

een procestemperatuur van 55°C levert dit een flux van 10 I/m2.uur door de membranen op.

De installatie is volcontinu in bedrijf, eens per twee dagen wordt gedurende vier uur de installatie gereinigd, eerst met een alkalisch CIP-middel en vervolgens met een zuur CIPmiddel.


polyethersulfon

Moduletype: Op pervlak:

spiraalgewonden 778 m2

Pompen:

centrifugaal

Vermogen:

80 kW

Reiniging:

basisch en zuur CIP

Vloeroppervlak:

32 m2

Economie van het systeem Het gehele project vergde een investering van 1,6 miljoen gulden. De UF-installatie maakte het grootste gedeelte van deze investering uit. De investeringskosten van de ultrafiltratie zijn hoger dan de investering in een vergelijkbare conventionele verdamper. Deze meerinvestering verdient zich echter binnen drie jaar terug. Naast de technische voordelen van ultrafiltratie (er kan een betere kwaliteit gelatine worden geproduceerd) is het energieverbruik lager dan bij een verdamper (besparing van Hfl 238.000,- per jaar).

Gegevens gebruiker naam: adres: postcode + plaats: telefoon:

Gegevens leverancier Lijmfabriek Trobas BV Steenstraat 9 5107 NE Dongen 0162 31 49 44


Koch International BV Mechelaarstraat 14 4903 RE Oosterhout O162 43 20 52 O162 45 24 94 Dhr.T. Mertens

I

Case 14


Terugwinnen van grondstoffen en proceswater uit afvalwater

Samenvatting techniek Bij het productieproces van de firma Borkent wordt 7 tot 15 m3 afvalwater per dag geproduceerd dat ongeveer 2 % acrylaten bevat. Dit afvalwater heeft een CZV-gehalte van 8 tot 60 g/l. De WKB heeft reeds een aantal keren aangedrongen op het voorzuiveren van het afvalwater om zodoende de huidige waterzuivering t e ontlasten. Daarnaast vertegenwoordigen de acrylaten in de waterstroom een geldelijke waarde, mits de concentratie tot ongeveer 20% kan worden opgevoerd. Dit kan worden bereikt door het water te behandelen met ultrafiltratie.

ResuItaten: het permeaat kan worden ingezet als spoelwater. het concentraat (acrylaatdispersie) is geschikt voor hergebruik in het poductieproces

Trefwoorden: hergebruik water hergebruik acrylaat afvalwaterzuivering ultrafiltratie


2470

Case 14

Terugwinnen van water en grondstoffen: opwerken van afvalstroom tot waardevolle producten Samenvatting scheidingsprobleem Bij de productie van filters en vezelvliezen ontstaat afvalwater dat verontreinigd is met 2% acrylaten. Deze stroom heeft hierdoor een CZV-gehalte van 8.000 tot 60.000 mg/l, bij een omvang van 7 tot 15 m3 per dag. De acrylaten zijn waardevolle grondstoffen die op jaarbasis een waarde van ongeveer Hfl 300.000,vertegenwoordigen. Door enerzijds de lozingskosten t e verlagen en anderzijds de acrylaten in te zetten in het productieproces, kan een economisch aantrekkelijke waterzuivering worden geplaatst. De enige technologie die hergebruik van de acrylaten mogelijk maakt is membraantechnologie. De acrylaten zijn in het water aanwezig als een dispersie, hetgeen een behandeling met microof ultrafiltratie mogelijk maakt. In 1998 heeft het bedrijf testen laten uitvoeren door het MACT, waaruit bleek dat ultrafiltratie de best toepasbare technologie is. Aan de hand van de resultaten van de lab- en pilottesten is een installatie ontworpen, waar een aantal leveranciers een offerte voor hebben uitgebracht. Momenteel heeft het bedrijf

,

de offertes nog in overweging, naar alle waarschijnlijkheid zal in de loop van 1999 worden begonnen met de bouw van de installatie.

Criteria voor proces- en systeemkeuze De acrylaatdispersie moet stabiel blijven tijdens de behandeling. Dit betekent dat de pomp weinig afschuifspanning op de vloeistof mag veroorzaken. Hierdoor is de toepassing van centrifugaalpompen uitgesloten, omdat dit type pomp de dispersie zal vermalen. De testen zijn uitgevoerd met een slangenpomp; in het uiteindelijke ontwerp worden lobbenpompen toegepast uit kostenoverwegingen. De deeltjes in de acrylaatdispersie kunnen de membranen sterk vervuilen. Tijdens de filtratie zullen de deeltjes een koek vormen aan het membraanoppervlak, die een extra weerstand tegen stofoverdracht zal introduceren. Als de dispersie met een voldoende hoge langsstroomsnelheid langs het membraan wordt gepompt, kan deze vuillaag niet opbouwen. Tijdens de experimenten die door het MACT zijn uitgevoerd bleek dat een langsstroomsnelheid van ongeveer 4 m/s goede resultaten leverde. Naast de genoemde laagvorming kan bij de acrylaatdispersie ook een ander mechanisme voor vervuiling zorgen. Dit mechanisme staat bekend als "pore-blocking" en dit treedt op als de drukval over het membraan te hoog is. De deeltjes uit de dispersie worden dan in de poriën geperst, dit proces is voor een deel irreversibel. Om te voorkomen dat de drukval over het membraan t e groot wordt, wordt de permeaatdruk per module geregeld. Het voornoemde mechanisme van pore-blocking bepaalt de keuze tussen micro- en ultrafiltratie. Bij UF kan slechts een kleine fractie van de deeltjes in de poriën worden geperst, omdat de meeste deeltjes in de dispersie een grotere diameter dan de poriën hebben. Bij MF is het verschil tussen porie- en deeltjesgrootte kleiner, zodat er meer fluxdaling ten gevolge van pore-blocking op zal treden.

Procesbeschrijvi ng De installatie is ontworpen met een "once-through"-

Kerngegevens Proces

layout, hetgeen schematisch is weergegeven in de Grootte stroom: bijgaande figuur. Er worden in het ontwerp buis- COncentratiefactor: vormige membranen van de firma Stork toegepast, Flux: waarbij de membranen in modules van 3 meter wor- Energieverbruik: den geplaatst. Het ontwerp gaat uit van een instal- Retentaat: Temperatuur:

7-15 m3/dag 9 13 I/m2.uur 32 kWh/m3 permeaat hergebruik omgevingste mperatuur

Case 14

latie die uitgevoerd is in een parallelschakeling van twee systemen met ieder 50% van de capaciteit om de bedrijfszeker-


heid te verhogen. De installatie wordt uitgerust met lobbenpompen, dit is een type pomp dat evenals de slangenpomp Moduletype: weinig afschuifspanning veroorzaakt. De installatie is uitgerust Oppervlak: met regelkleppen voor de permeaatdruk om te komen tot een Pompen: optimale transmembraandruk voor iedere module. Uit de Vermogen: testen is gebleken dat de optimale transmembraandruk 0,6 - Reiniging: 0,8 bar is. Vloeroppervlak:

PVDF, tubulair, gehydrofiliseerd Stork WFFXO281 13,3 m2 lobbenpomp 18 kW CiP met 3P-Ultrasilo2 18 m2

afvalwater,

permeaat, hergebruik proceswater

Schematische weergave van de installatie voor het terugwinnen van acrylaten Economie van het systeem De economische parameters zijn vertrouwelijk. Er moet wel worden opgemerkt dat de installatie relatief duur is. De hoge kosten worden veroorzaakt door een aantal redenen. Ten eerste is de gebruikte lobbenpomp veel duurder dan andere pomptypes. Ten tweede wordt verwacht dat de membranen één à twee maal per jaar vervangen moeten worden. Tenslotte kost het instellen van de hoge langsstroomsnelheidveel pompenergie. De terugverdientijd wordt geschat op ongeveer 5 jaar


Gegevens leverancier Borkent BV Postbus 599 8440 AN Heerenveen 0513622741 0513 627 306 Mw. R. van Opzeeland

naam: adres: postcode + plaats: telefoon : fax: contactpersoon:

Stork ICM BV Postbus 346 9600 AH Hoogezand 0598343706 0598391485 Dhr. R. Lutjes

I

IRIZA - Informatieblad membraantechnolonie 15 I

Nanofiltratie van CIP-vloeistof

Samenvatting techniek: Bij de reiniging van machines voor de verwerking van zuivel worden CIP-vloeistoffen (Cleaning In Place) gebruikt. De CIP-vloeistof bevat een hoge concentratie loog. Bij Coberco in Lochem wordt de verwijderde organische vervuiling met nanofiltratie gescheiden van het loog. Dit proces wordt batchgewijs uitgevoerd in batches van 30 m3 per dag. De batch wordt eerst geconcentreerd met een factor tien en vervolgens gediafiltreerd. Het retentaat, dat alleen de organische componenten bevat, wordt verwerkt in veevoer. Het permeaat is in principe geschikt voor hergebruik, het wordt echter elders in het proces ingezet om een hoeveelheid zuur te neutraliseren. Resultaten: de organische vuillast wordt effectief verwijderd uit de CIP vloeistof. tijdens het concentreren daalt de flux van 80 naar 32 I/m2.uur bij 68°C. het concentraat wordt verwerkt in veevoer. de terugverdientijd van de installatie is 2 tot 3 jaar.

Ij

Trefwoorden: nanofiitratie reinigen CIP-vloeistof zuivelproductie

1

Ij i;


1

Case 15

Zuiveren reinigingsvloeistof in zuivelindustrie: nanofiltratie van CíP-vloeistof Samenvatting scheidingsprobleem Bij de reiniging van apparatuur in de zuivelindustrie wordt een vloeibaar reinigingsmiddel gebruikt. Dit zogenaamde CIP-middel (Cleaning In Place) bevat een hoge concentratie loog (2-5% natronloog); daarnaast bevat de vloeistof na het reinigen van zuivelinstallatieseiwitten en vetten. Deze laatste componenten zorgen voor een hoog CZV-gehalte in het afvalwater en dragen in sterke mate bij aan de lozingskosten van de afvalstroom. De organische componenten worden tegengehouden met nanofiltratie, terwijl het loog het NF-membraan passeert. In principe kan de behandelde loog weer ingezet worden als CIP-vloeistof. In de procesvoering van dit bedrijf ontstaat op een andere plaats in het productieproces afvalzuur, dat met de behandelde CIPvloeistof wordt geneutraliseerd. Na het concentreren van de organische bestanddelen bevat het concentraat naast de organische componenten ook nog loog. Door het loog t e verwijderen kan het concentraat worden verwerkt tot veevoer.

Criteria voor proces- en systeemkeuze De membranen moeten bestand zijn tegen het agressieve CIP-middel (hoge pH) bij een hoge procestemperatuur (hoger dan 65°C). Kostenreductie. Het retentaat moet te gebruiken zijn bij de productie van veevoer. Het CZV-gehalte van de vloeistof dient te worden geminimaliseerd.

Procesbeschrijvi ng Voor de behandeling van de CIP-vloeistof worden Sel-RO@membranen van de firma Koch gebruikt. Deze membranen zijn bestand tegen agressieve chemicaliën bij procestemperaturen tot 70°C, hetgeen de gewenste bedrijfsvoering bij 68°C mogelijk maakt. De Sel-RO@membranen hebben een MWCO (Molecular

Weight Cut Off) van 200 Dalton voor ongeladen deeltjes. Dit houdt in dat de loog het membraan passeert terwijl de eiwitten en vetten worden tegengehouden. De dagelijkse hoeveelheid van 30 m3 wordt batchgewijs behandeld in een tweestapsproces, de eerste stap is concentreren, de tweede stap is diafiltratie met leidingwater. Zowel concentratie als diafiltratie worden met dezelfde installatie uitgevoerd; de twee stappen worden in het navolgende besproken en de twee processtappen zijn schematisch weergegeven in de bijgevoegde figuur. Het concentratieproces wordt uitgevoerd totdat een concentratiefactor 1O is bereikt. De reinigingsvloeistof komt batchgewijs vrij en wordt in de circulatietank van de membraaninstallatie geleid. Tijdens het concentreren daalt de flux van 80 tot 32 I/m2.uur, waarbij de druk wordt opgevoerd van 10 naar 15 bar. Tijdens dit proces stijgt de concentratie eiwit en vet in het retentaat, terwijl de concentratie loog gelijk blijft. Het permeaat is geschikt voor hergebruik als CIP-vloeistof. In dit geval wordt de stroom echter ingezet om een hoeveelheid restzuur t e neutraliseren zodat het chemicaKerngegevens proces: liënverbruik wordt verminderd. De concentratie aan loog in het permeaat dient verder t e worden verlaagd met diafiltratie om verwerking van het concentraat tot veevoer mogelijk t e maken. Tijdens het diafiltratieproces wordt evenveel water aan het concentraat toegevoegd als dat er aan permeaat wordt afge-

Grootte stroom: Concentratiefactor: Flux: Energieverbruik: Retentaat: Temperatuur:

30 m3 per dag 1O van 80 tot 32 I/m2.uur 7,3 kWh/m3 permeaat gebruik in productie 68°C

Case 15

voerd. De praktijk heeft uitgewezen dat een optimale

Kerngegevensinsta,,atie: verwijdering van loog wordt gerealiseerd door te dialy- Membraan: buisvormig NF seren met 4,4 m3 leidingwater. Hiermee wordt de conModuletype: MPT 34 centratie aan loog in het retentaat voldoende geredu31,2 m2 Oppervlak: ceerd zodat een verdere verwerking tot veevoer mogelijk centrifugaal Pompen: IS. Vermogen: 10,3 kW Er is ook onderzocht of het mogelijk is om door middel Ultrasil 115 van coagulatie/flocculatie het CZV-gehalte van de CIPVloero pervlak: 5,25 ,2

Fase I: concentreren

fL2-J-

27 rn 3/dag

hogedru Pomp k

leidingwater i

1

t

Fase II: diafiltreren

4,4 rn3 /dag

hogedruk Pomp

Behandeling CIP-vloeistof met NF (schematisch)

Economie van het systeem De installatie heeft een terugverdientijd van 2 tot 3 jaar, door reducties van lozingskosten en door de verwerkingsmogelijkheden van het concentraat. De rest van de economische analyse van de installatie is vertrouwelijk.

Gegevens gebruiker



Coberco Lochem Postbus 97 7240 AB Lochem 0573 288 444

contactDersoon:

Dhr. W. Lubberts

naam: adres: postcode + plaats: telefoon: fax: contactDersoon:

Koch International BV Mechelaarstraat 14 4903 RE Oosterhout O162 43 20 52 O162 45 24 94 Dhr. T Mertens

Case 16

I R E A - Informatieblad membraantechnolonie 16 I

Microf iItratie van gedemineraliseerd water

Samenvatting techniek Bij vonkverspanen wordt gedemineraliseerd water verontreinigd met metaaldeeltjes. Indien deze deeltjes uit het water worden verwijderd, kan het gedemineraliseerde water worden hergebruikt in het productieproces. De metaaldeeltjes kunnen met microfiltratie worden verwijderd. Omdat de metaaldeeltjes een schurend effect hebben en derhalve de membranen kunnen beschadigen, is gekozen voor een symmetrisch microfiltratiemembraan. Resultaten: er wordt 650.000 m3 gedemineraliseerd water per jaar hergebruikt. het concentraat wordt, na bezinken, afgevoerd als schroot. de flux door de membranen bedraagt 600 I/m2.uur. Trefwoorden: microfiItratie hergebruik proceswater schurend materiaal

Jj ig


I

Case 16

Hergebruik van gedemineraliseerd water: verwijderen van metaaldeeltjes met microfiltratie Samenvatting scheidingsprobleem Bij Philips DAP in Drachten wordt vonkverspanen toegepast om kleine gleufjes in metalen werkstukken te maken. Dit vonkverspanen gebeurt ondergedompeld in gedemineraliseerd water. Hierbij raakt het gedemineraliseerde water verontreinigd met metaaldeeltjes. Deze metaaldeeltjes kunnen met microfiltratie worden verwijderd, waardoor hergebruik van het gedemineraliseerde water mogelijk is. Echter, de metaaldeeltjes kunnen het membraanoppervlak beschadigen.

Criteria voor proces- en systeemkeuze Gezien het grote verbruik aan gedemineraleerd water (650.000 m3 op jaarbasis) is hergebruik noodzakelijk. Het systeem dient bij voorkeur een hoge concentratiefactor te hebben. Goedkope verwerking van het concentraat. De membranen moeten bestand zijn tegen de schurende werking van de metaaldeeltjes. De schurende werking van de metaaldeeltjes is ook schadelijk voor de rest van de installatie. De installatie dient te worden opgebouwd uit componenten die tegen het schuren bestand zijn, of er dient een degelijk onderhoudsschemavoor preventief onderhoud te worden opgezet.

Procesbeschrijving De membranen moeten bestand zijn tegen de schurende werking van de metaaldeeltjes. Hierdoor vallen asymmetrische membranen in ieder geval af, omdat een dunne selectieve toplaag gevoeliger is voor beschadigingen. Ook de inzet van keramische membranen kan problemen opleveren. Hierbij kan het " hard-ophard-effect'' optreden (vergelijkbaar met de beschadigingen die knikkers op een tegelvloer kunnen geven). De meest geschikte membranen voor deze toepassing zijn symmetrische polymere membranen. Bij dit "hard-op-hard-effect'' dient wel te worden aangetekend dat in het geval van grotere deeltjes met onI

regelmatige vorm (denk hierbij aan kleine metaalsplinters) beschadigingen kunnen optreden waarbij de polymere structuur wordt " kapot gesneden". In zulke gevallen genieten keramische membranen de voorkeur of dient een goede voorfiltratie (bijvoorbeeld filterkaarsen) te worden geplaatst. Naast het probleem van de beschadigingen zijn keramische membranen ook aanzienlijk duurder dan polymere membranen, waardoor de keuze voor keramiek minder voor de hand ligt. Het blijkt dat voor deze toepassing Accurel@ membranen van polypropyleen het best voldoen. Deze membranen zijn buisvormig en in modules van 8 m2 geplaatst. De installatie is opgebouwd uit drie blokken met ieder zes modules, zodat het totale oppervlak van de installatie 144 m2 bedraagt. Eén zo'n blok is schematisch weergegeven in de bijgevoegde figuur. Er is voor gekozen het gedemineraliseerde water door middel van centrifugaalpompen te laten recirculeren over de membranen. De werkdruk hierbij is 3 bar. De installatie heeft een concentratiefactor van 100. Het permeaat kan worden hergebruikt als gedemineraliseerd water bij het vonkverspanen; het concentraat wordt naar een bezinktank gevoerd. Hier zakken de metaaldeeltjes Kerngegevens proces: uit; dit slib wordt na ontwatering afgevoerd met het overig huishoudelijk afval tegen geringe kosten. De membranen worden wekelijks gereinigd met een oplossing van 5 % HCI. Daarnaast wordt preventief onderhoud aan de installatie uitgevoerd om te voorkomen dat componenten be-

Grootte stroom: 2100 m3/dag Flux: 600 I/m2.uur Concentratiefactor: ca. 1O0 Energieverbruik: 1,2 kWh/m3 permeaat Retentaat: afvoer als schroot Temperatuur: omnevinnstemperatuur

Case 16

schadigd raken door de schurende werking van de

Kerngegevens installatie: Membraan: Akzo AccurelB porie 0,2 pm MF Microdyn M D 150 TP 2L Moduletype: Economie van het systeem Oppervlak: 144 m2 De installatie realiseert een besparing van anderhalf tot Pompen: centrifugaal twee miljoen gulden op de aanmaak van gedeminerali- Vermogen: 100 kW seerd water. Hierdoor is de terugverdientijd van de Reiniging: wekelijks spoelen met HCI installatie ongeveer anderhalf jaar. Vloeroppervlak: 50 - 60 m2 metaaldeeltjes.

deminwater

concentraat, naar bezinkbak 10 m3/dag Schematische weergaue van een gedeelte van de MF-installatie


Gegevens leverancier Philips DAP BV Postbus 20100 Drachten 0512 599 111 0512 592 561 Dhr. H. Dijk

naam: adres: postcode + plaats: telefoon : fax: contactpersoon:

USF Rossmark Waterbehandeling Postbus 109 7600 AC Almelo 0546838000 0546 814 141 Dhr. A. Reigersman


Fosfaatverwijdering uit afvalwater met nanofiltratie

Samenvatting techniek: Bij de productie van zetmeel ontstaat afvalwater met een t e hoge concentratie fosfaat. Cerestar Benelux gebruikt nanofiltratie om het fosfaatgehalte van 3000 ppm terug te brengen tot minder dan 200 ppm. Indien het fosfaatgehalte onder de genoemde grenswaarde ligt, is het mogelijk het water in te zetten als proceswater. Het afvalwater bevat tevens een hoeveelheid zetmeel en éénwaardige zouten. Met nanofiltratie wordt wel zetmeel en fosfaat tegen gehouden, maar de éénwaardige zouten niet. Hierdoor dragen de éénwaardige zouten niet bij aan de opbouw van de osmotische druk, hetgeen gunstig is voor het energieverbruik van de installatie.

Resultaten: het fosfaatgehalte is lager dan 200 ppm, zodat het water kan worden hergebruikt als proceswater. het concentraat is te verwerken tot veevoer. de flux door de membranen bedraagt 5 I/m2.uur. het permeaatdebiet van het systeem is 28,5 m3/dag.

Trefwoorden: hergebruik proceswater fosfaatverwijdering

Ij


1

Case 17

Fosfaatvennrijderi ng met nanofiItratie: hergebruik van proceswater Samenvatting scheidingsprobleem Bij de productie van zetmeel bij Cerestar Benelux komt dagelijks 40 m3 fosfaathoudend afvalwater vrij. Door het hoge fosfaatgehalte is het niet mogelijk om dit water rechtstreeks t e lozen. Daarnaast is het CZVgehalte met 12.000 mg/l hoog, hetgeen hoge lozingskosten tot gevolg heeft. Dit CZV-gehalte wordt veroorzaakt door zetmeel. Indien het fosfaatgehalte van het afvalwater van 3000 ppm kan worden teruggebracht naar een waarde onder 200 ppm, is hergebruik van het water mogelijk. Hierbij is de aanwezigheid van zouten niet bezwaarlijk. De temperatuur van de stroom is 60°C op het moment dat deze vrijkomt in het proces. Criteria voor proces- en systeemkeuze De zuivering moet tegen zo laag mogelijke kosten worden uitgevoerd. Aangezien het afvalwater nog waardevolle componenten bevat, bijvoorbeeld zetmeel, moet worden gezocht naar een techniek die hergebruik van zowel proceswater als zetmeel mogelijk maakt. De zuivering van het afvalwater moet tegen de temperatuur van het water (60°C) bestand zijn. Procesbeschrijving

ook éénwaardige ionen kunnen worden tegengehouden. Kerngegevens proces: Het systeem wordt met enzymatische- en zure Cleaning- croottestroom: In-Place middelen gereinigd. Deze vloeistoffen worden Concentratiefactor: handmatig aangemaakt en vervolgens wordt iedere twee dagen automatisch een reiniging uitgevoerd. In de praktijk Energieverbruik: blijkt de vervuiling meer invloed t e hebben dan op grond Retentaat: van de pilot-scale experimenten werd verwacht. Boven- Temperatuur: dien blijkt de vervuiling vaak lastig t e verwijderen. Door de Druk:

40 m3/dag

3,5 5 I/m2.uur 6,l kWh/m3 permeaat verwerken tot veevoer 35°C 15 - 30 bar

leverancier van het systeem wordt in samenwerking met de leverancier van reinigingsmiddelen gezocht naar een optimalisatie van de schoonmaakprocedure.

Kerngegevens installatie: Membraan: Desal 5 TFM@ Moduletype: Oppervlak: Pompen:

Desal 8040F 390 rn2 monopomp

Het systeem is geplaatst als milieumaatregel en verdient zich Vermogen: niet terug door verlaagde productiekosten. Reiniging:

28 kW enzymatisch en zuur

VioeroDDerviak:

40 m2

hergebruik proceswater

-b 28,5 m3 /dag verwerking bij veevoerproductie

Defosfateringmet nanofiltratie (schematisch)


Gegevens leverancier Cerestar Benelux BV Postbus 9 4550 AA Sas van Gent O1 15 459 300 O1 15 545 086 Dhr. F. van Esch


Degremont Loran BV Postbus 10032 6000 GA Weert 0495457900 0495457910 Dhr. W. Steeghs

I

Case 18

R E A - informatieblad membraantechnologie 18

Verwijderen van zinkstearaat uit afvalwater

Samenvatting techniek Bij de productie van chemicaliën ontstaat afvalwater dat vervuild is met zinkverbindingen. Het zink wordt in de vorm van zinkstearaat met microfiltratie verwijderd uit het afvalwater. Voor deze toepassing wordt gekozen voor polypropyleen membranen die in cross-flow worden aangestroomd. Om te voorkomen dat de membranen dichtslibben met het stearaat wordt de langsstroomsnelheidhoog gehouden. ResuItaten: de concentratie van zink in het permeaat is lager dan 0,l mg/l. het retentaat wordt behandeld met een biologische waterzuivering, toepassing van het retentaat in het productieproces is nog in onderzoek. de flux bedraagt 150 I/m2.uur.

T reíwoord en: microfiltratie

polypropyleen membranen afvalwaterbehandelincr

BIK-codes potentiële gebruikers: 2451 272 273

Case 18

Verwijdering van zink uit afvalwater: concentratie van zinksteraatsuspensie m.b.v. microfiltratie Samenvatting scheidingsprobleem Bij de productie van halffabrikaten voor de chemische industrie komt water vrij dat vervuild is met zink en zinkverbindingen. Om op het riool te kunnen lozen dient de concentratie van zink lager dan 0,5 mg/l t e zijn. Bij de juiste pH is het zink aanwezig als vaste deeltjes zinkstearaat, die met microfiltratie zijn te verwijderen. Criteria voor proces- en systeemkeuze De pH moet zodanig worden ingesteld dat al het zink aanwezig is als zinkstearaat. Het zinkstearaat kan samenklonteren. Om te voorkomen dat dit op het membraanoppervlak gebeurt, dient de vloeistof met hoge langsstroomsnelheid langs het membraan t e worden gepompt. Procesbeschrijving Het zinkstearaat wordt met microfiltratie uit het afvalwater verwijderd. De installatie is ontworpen om in crossflow t e worden bedreven bij een druk van 1,5 bar. Het zink is alleen bij hoge pH aanwezig als zinkstearaat; bij lage pH ontstaan vrije zinkionen die het MF-membraan kunnen passeren. Door anaërobe afbraak van stearaat ontstaat melkzuur waardoor de pH in de buffertank daalt. Daarom wordt de pH van de voeding van de MF gemeten en zodra de pH beneden een bepaalde waarde komt, wordt het water automatisch naar de buffertank teruggevoerd. Vervolgens wordt een neutralisatie met natronloog of kalkmelk uitgevoerd en wordt het filtratieproces opnieuw ingezet. Dit is schematisch weergegeven in de onderstaande figuur. 0,03 &/uur

afvalwater

t

concentraat 10 m3 buffer

Verwijdering van zinksteraat met M F (schematisch)

Akcros heeft ervoor gekozen om polypropyleen membranen te gebruiken, waarbij een totaaloppervlak van 2 m2 is geplaatst in twee modules van Microdyn. Deze membranen zijn symmetrisch en hebben een wand-

dikte van ruim 1

3 mm

Het permeaat bevat minder dan 0,l mg zink per liter; dit is een stuk lager dan de gestelde eis zodat het permeaat op het riool kan worden geloosd. Momenteel wordt het concentraat verwerkt in een biologische Kerngegevens proces: 0,3 m3 per uur zuivering, maar er wordt nog onderzocht of het zink- Grootte stroom: Concentratiefactor: 1O stearaat opnieuw kan worden ingezet in het proFlux: 150 I/m2.uur ductieproces. 11,7 kWh/m3 permeaat De modules worden om en om teruggespoeld door Energieverbruik: Retentaat: waterzuivering of hergebruik permeaat met perslucht door het membraan te perTemDeratu ur: omeevinestemDeratuur

Case 18

sen. Daarnaast wordt de installatie wekelijks gereinigd; eerst met een alkalische reiniging met 5% natronloog gevolgd door een zure reiniging met fosforzuur. Bovendien moeten de membranen incidenteel opnieuw worden bevochtigd met iso-propylalkohol, aangezien het membraan hydrofoob (waterafstotend) is .

Kerngegevens installatie: Membraan: Moduletype:

tubulair polypropyleen Microdyn M D O90 TP 2N

Oppervlak:

2 m2

Pompen:

centrifugaal

Vermogen:

3 3 kW

Reiniging: Vloeroppervlak:

back-flush, loog en zuur 2 m2

Economie van het systeem Het systeem is geplaatst als milieumaatregel en verdient zich niet terug. Indien hergebruik van het zinkstearaat in het productieproces mogelijk blijkt wordt er wel een besparing gerealiseerd, maar deze zal gering zijn.

Gegevens gebruiker naam: 1 adres: postcode + plaats: 1telefoon: fax: contactpersoon:

Gegevens leverancier Akcros Chemicals VOF Edisonstraat 1 7928 PC Venlo 0773239323 0773239320 Dhr. P. Commans


Degremont-Loran BV Postbus 10032 6000 GA Weert 0495457900 0495 457 91O Dhr. W. Steeghs

Case 19

I RIZA - Informatieblad membraantechnologie 19 1

Toepassing van membraantechnologie bij de verwijdering van lakresten en hergebruik van proceswater

Samenvatting techniek:

Bij Loa Ontlak wordt lakhoudend afvalwater gezuiverd en opgewerkt tot gedemineraliseerd water. Hiervoor wordt het water eerst behandeld met microfiltratie. Het permeaat van de microfiltratie wordt met omgekeerde osmose opgewerkt tot de gewenste kwaliteit. Het retentaat van de microfiltratie wordt ontwaterd en afgevoerd als chemisch afval. ResuItaten: het afvalwater is na behandeling geschikt om te gebruiken als gedemineraliseerd water. het MF-retentaat wordt na ontwatering afgevoerd als chemisch afval. de flux is 100 I/m2.uur door de MF-membranen. 65 I/m2.uur door de RO-membranen.

' 1 Trefwoorden: hergebruik water verfverwijdering microfiltratie omgekeerde osmose

I


I

Case 1 9

Verwijdering van lakresten uit afvalwater. Opwerken afvalwater tot gedemineraliseerd water. Samenvatting scheidingsprobleem Bij Loa Ontlak in Tilburg komt bij het ontlakproces afvalwater vervuild met lakresten vrij. Omdat deze lakresten niet mogen worden geloosd, moet het afvalwater op last van het Waterschap worden gezuiverd. Bovendien heeft het bedrijf behoefte aan gedemineraliseerd water. In deze toepassing wordt het effluent van de waterzuivering (in dit geval het permeaat van de microfiltratie) ingezet als voedingsstroom voor een omgekeerde osmose installatie. Het permeaat van de RO is bruikbaar als gedemineraliseerd water. Criteria voor proces- en systeemkeuze In eerste instantie dienen de lakresten uit het afvalwater t e worden verwijderd. Hiervoor wordt microfiltratie ingezet. Het concentraat van de MF-installatie moet worden verwerkt als chemisch afval. Aangezien dit kostbaar is, moet het concentraat zoveel mogelijk worden ontwaterd. Het effluent van de afvalwaterzuivering (het permeaat van de MF) heeft reeds een hoge zuiverheid. Na

behandeling met RO is dit water inzetbaar als gedemineraliseerd water. Procesbeschrijving De totale installatie bestaat uit twee onderdelen. De microfiltratie verwijdert de lakresten; de RO-installatie werkt het afvalwater op tot gedemineraliseerd water. Het retentaat van de microfiltratie wordt behandeld met flocculatie en vervolgens tot steekbaar slib verwerkt in een filterpers. Het permeaat van de filterpers wordt teruggevoerd naar de voeding van de microfiltratie. Het permeaat van de MF wordt tot proceswater opgewerkt met omgekeerde osmose. Dit is schematisch weergegeven in de onderstaande figuur. Bij de microfiltratie heeft Loa Ontlak gekozen voor membranen van polypropyleen. Dit zijn symmetrische membranen met een wanddikte van ruim 1 5 mm. De installatie bevat een tweetal modules met een oppervlak van elk 8 m2 en wordt in cross-flow bedreven met een druk van 2 bar. Hiervoor worden centrifugaalpompen met een totaal vermogen van 6 kW ingezet om het water over de membranen te circuleren. De voeding wordt 1 0 tot 2 0 keer geconcentreerd. Dit concentraat is goed t e behandelen met flocculatie gevolgd door een filterpers en levert steekbaar slib. De MF-membranen worden gereinigd door middel van een

"

back-flush". Daarnaast worden de modules vier maal per jaar gedemonteerd en extern chemisch

gereinigd bij de leverancier van de installatie. De redenen hiervoor zijn dat de reinigingsmiddelen nadelig zijn voor het overige afvalverwerkingsproces van Loa Ontlak en dat gezien de beperkte omvang van de installatie dit de meest economische manier is om de membraanmodules te reinigen. Het MF-permeaat wordt behandeld met spiraalgewonden composiet polyamide membranen van

Kerngegevens proces: Hydranautics. De RO-installatie bevat twee modules Grootte stroom: met elk 7,9 m2 membraanoppervlak. Hierbij wordt Concentratiefactor: het water verpompt met een centrifugaalpomp met een vermogen van 2,2 kW en een druk van 14 bar. Flux MF: Het permeaat van de RO-installatie wordt gebruikt als gedemineraliseerd water, het retentaat wordt op Energieverbruik: het riool geloosd. De RO-installatie wordt niet continu bedreven. Op Retentaat: Temperatuur:

I ,5 m3/uur MF: 1 0 - 20 RO: 4 MF: 100 I/mZ.uur RO: 65 I/m2.uur MF: 6,3 kWh/m3 permeaat RO: 2,9 kWh/m3 permeaat chemisch afval omgevingstemperatuur

Case 19

het moment dat de installatie wordt uitgescha- Kerngegevens installatie: keld, wordt deze gespoeld met permeaat. 1 Microfiltratie: Daarnaast wordt van tijd tot tijd 0,5% napolypropyleen triumbisulfiet toegevoegd om een bacteriële Microdyn, MD150 TP 2L Moyu!e,YPe: verontreinging t e voorkomen. Bovendien Oppervlak: 16 m2 wordt de installatie enkele malen per jaar geReiniging: back-flush + chemisch reinigd met een oplossing van citroenzuur. Ivermogen: 10 kW ~

Omgekeerde osmose: Membraan: spiraalgewonden composiet PA


De installatie is geplaatst als milieumaatregel Moduletype:

Hydranautics 4040-UHA-ESPA

en verdient zich niet terug op basis van ver-

Oppervlak:

15,8 m2

Vermogen:

spoelen met permeaat 3 kW

minderde kosten voor de productie van demiwater. Echter, deze oplossing waarbij het afvalwater wordt opgewerkt tot gedemineraliseerd water, is goedkoper dan een installatie voor afvalwaterbehandeling en een installatie

Beiden: Pompen:

centrifugaal

Vloeroppervlak:

6 m2

-I

chemisch afval

I flocculatie 1.5

I m3/uur

Opwerken van afvalwater tot demiwater (schematisch)


Gegevens leverancier Loa Ontlak BV Centaurweg 67 5015 TC Tilburg O13 456 39 66 013 456 10 O9 Dhr. Van der Kraan


Degrémont Loran Postbus 10032 6000 GA Weert 0495457900 0495 457 910 Dhr. W. Steeghs

Case 20

I RIZA - Informatieblad membraantechnoloeie 20 I

Productie van alcoholvrij bier

Samenvatting techniek: Heineken produceert in Den Bosch alcoholvrij bier met behulp van omgekeerde osmose membranen. Het proces wordt uitgevoerd als diafiltratie in batches van 80 m3, waarbij het bier wordt gediafiltreerd met

225 m3 water. Water en ethanol worden door het membraan geperst; de andere componenten, die voor de specifieke geur en smaak van het bier zorgen, worden voor het grootste deel tegengehouden door het membraan. Resultaten: aan het begin van de diafiltratie is het alcoholpercentage 0,8%, na afloop is het percentage 0,09%. de flux bedraagt 10 tot 15 I/m2.uur. door 250 batches per jaar t e behandelen wordt in Den Bosch 200.000 hectoliter alcoholvrij bier geproduceerd. de terugverdientijd van het systeem is ongeveer 4 jaar.

omgekeerde osmose diafiltratie alcoholvrij bier


Case 20

Productie van alcoholvrij bier: omgekeerde osmose in het diafiltratieproces Samenvatting scheidingsprobleem Er bestaan twee mogelijkheden om alcoholvrij bier te produceren. De eerste methode is direct alcoholvrij bier te produceren door het stoppen van het vergistingsproces; de tweede mogelijkheid is alcoholhoudend bier te brouwen en dit later te ontalcoholiseren. Heineken geeft de voorkeur aan de tweede techniek omdat dit de beste resultaten qua smaak en geur levert. De productie van alcoholvrij bier bij Heineken in Den Bosch bedraagt 200.000 hectoliter per jaar. Dit houdt in dat er dagelijks een batch van 80 m3 bier wordt behandeld. Aangezien er met 225 m3 water per batch wordt gediafiltreerd betekent dit dat er 225 m3 vloeistof door de membranen wordt geperst.

Criteria voor proces- en systeemkeuze De installatie moet geschikt zijn om levensmiddelen te behandelen. Dit houdt in dat de installatie zodanig moet zijn ontworpen dat een CIP-reiniging kan worden uitgevoerd. Het systeem moet het alcoholpercentage verlagen van 0.8% tot 0.09%. Water- en energieverbruik dienen te worden geminimaliseerd.

Procesbeschrijving Er wordt 80 m3 bier met een alcoholpercentage van 0.8% in een voorraadvat gebracht. Vanuit dit vat wordt het bier over omgekeerde osmose membranen geleid. Het volume aan water en alcohol dat met het permeaat van de omgekeerde osmose verdwijnt, wordt aangevuld met leidingwater. Hierdoor daalt het alcoholpercentage van het bier terwijl de geur- en smaakstoffen in het bier aanwezig blijven. Dit is schematisch weergegeven in de onderstaande figuur. Het proces waarbij het permeaat wordt aangevuld met een hoeveelheid vers water wordt dialyse genoemd. Het verbruik van het dialyseproces is gegeven als 2,8 hectoliter per hectoliter bier. Dit betekent dat voor het behandelen van een dagelijkse batch van 80 m3 bier een hoeveelheid van 225 m3 water nodig is. Tevens wordt dezelfde hoeveelheid water met een laag percentage alcohol via het riool afgevoerd. De membranen zijn spiraalgewonden celluloseacetaat membranen; bij een druk van 20 tot 25 bar wordt een flux van 10 tot 15 I/m2.uur gerealiseerd. De cellulose acetaat membranen zijn slecht bestand tegen hoge en lage pH's. Aangezien de installatie in een levensmiddelentoepassingwordt gebruikt, moet de installatie echter wel aan een grondige reinigingsmethodiek kunnen worden onderworpen. De beperkte pH-bestendigheid van de membranen sluit echter het gebruik van loog uit, zodat een speciaal ontworpen reinigingsprocedure wordt toegepast. Hierbij wordt de installatie eerst gespoeld met een koude 0,7% oplossing van P3 Ultrasil 25. Vervolgens wordt de installatie gereinigd met een 1% oplossing van P3 Ultrasil 91 bij 50°C. De installatie met spiraalgewonden modules vervangt een installatie met plate-and-frame modules. De nieuwe installatie heeft een aantal voordelen boven de oude. Ten eerste is het energieverbruik een stuk lager, waarbij een besparing van 550.000 kWh per jaar wordt gerealiseerd. Ten tweede is de nieuwe installatie be- Kerngegevens proces ter te reinigen, hetgeen scheelt in onderhouds- en reini- Grootte stroom: gingskosten. Tenslotte is er minder water voor de dialyse Concentratiefactor: Flux: nodig. Energieverbruik: Retentaat: Tem Deratuur:

80 m3 per dag n.v.t. 10-15 I/m2.uur 58 kWh/m3 bier product omaevinastemDeratuur

Case 20

Kerngegevens installatie: ceIIulose acetaat Membraan:


Moduletype: De kosten voor het totale project (zoals gemeld in de Oppervlak: TIEB brochure) bedroegen Hfl 416.000,-. De mem- Pompen: braaninstallatie maakt hiervan het grootste gedeelte uit. Vermogen: De exploitatiekosten zullen naar verwachting Hfl Reiniging: 130.000,- per jaar bedragen. Deze kosten zijn

Vloeroppervlak:

spiraalgewonden, diameter 6 " 960 m2 centrifugaal 140 kW Ultrasil 25 en 91 15 - 20 m2

opgebouwd uit de volgende componenten: membraanvervanging (Hfl 20.000,- per jaar), energiekosten (Hfl 70.000,- per jaar) en onderhoudskosten (Hfl 20.000,per jaar). Hiermee komt de terugverdientijd op ongeveer 4 jaar.

permeaatafvoer alcohol water

9 +7

diafiltratie

I I hogedrukpomp

water

I

voorraadvat 80 m3

U Diafiltratie van bier (schematisch)

Gegevens gebruiker naam: adres: postcode + plaats: telefoon:

Gegevens leverancier Heineken Nederland Rietveldenweg 37 5222 AP Is Hertogenbosch 073 6209911


Tuchenhagen Nederland Postbus 41 7213 ZC Corssel 05754932 34

membraansystemen in Nederland

Recommend Documents