Vandgenvinding ved fotografiske processer hos CEWE COLOR DK

2. Indledende forsøg

2.1 RO-forsøg med forfiltrering i posefilter
2.1.1 Forsøgsresultater
2.1.2 Diskussion
2.2 Flokkulering og forfiltrering før RO
2.2.1 Forsøgsresultater
2.2.2 Diskussion
2.3 Flokkulering og mikrofiltrering før RO
2.3.1 Mikrofiltrering i laboratorieskala
2.3.2 Flokkulering og mikrofiltrering på lab-anlæg
2.3.3 Flokkulering og mikrofiltrering i pilot plant

2.1 RO-forsøg med forfiltrering i posefilter

For at undgå problemer med tilstopning af RO-membranen har vi planlagt en forfiltrering til at fjerne mekaniske urenheder i vandet.

Det blev indledningsvis undersøgt, hvor stor modstand der vil være ved filtrering af det pågældende spildevand. Modstanden eller trægheden mod RO-filtrering kan måles som SDI (Silt Density Index), som bestemmes ud fra den tid, det tager at filtrere et kendt volumen spildevand gennem et filter under konstant tryk. SDI skal helst være mindre end 5, og filteret vil stoppe til ved SDI = 6,7. Ved test af spildevandet fra CEWE COLOR blev der fundet et SDI-index på 6,4, hvilket tyder på store problemer med filtrering af spildevandet gennem RO-filter uden nogen form for forbehandling.

Forsøgsopstillingen fra det indledende forsøg hos CEWE COLOR fremgår af bilag 3. Spildevandet opsamles i en buffertank, hvorfra det pumpes videre til selve forsøgsanlægget. Først filtreres i et forfilter med en 10µ filterpose. Efter forfiltrering ledes spildevandet gennem en 200 liter reaktor med omrører. Her sænkes pH til 6,0 med eddikesyre. pH-justeringen skal forhindre kalkudfældninger i RO-membranen. Herefter ledes det behandlede spildevand videre til en buffertank. Fra buffertanken ledes spildevandet videre ind i RO-anlægget, hvor det først filtreres i et 1µ patronfilter. Sluttelig filtreres i RO-anlægget, hvor der sker der en opdeling i filtrat (permeat) og koncentrat.

Data for RO-anlægget:

2.1.1 Forsøgsresultater

Forsøgene blev gennemført i perioden d.16.03-19.04.94. I forbindelse med forsøgene er der lavet en række forskellige målinger og analyser.

Tilgangsvand:

• Hårdhed ved test-strips (H°).
• Ledningsevne (mS).
• pH.
• TS, Tørstof (mg/l).
• Suspenderet stof (mg/l).
• Spildevandsmængde (m³).
• Sølvkoncentration (mg/l).

Filtrat (permeat):

• Hårdhed ved test-strips (H°).
• Ledningsevne (mS).
• pH.
• TS, Tørstof (mg/l).
• Sølvkoncentration ved AAS (mg/l).

RO-anlæg:

• Filtrat- og koncentrat-flow (l/h).
• Trykdifference på RO-anlæg og patronfilter (bar).

De detaljerede forsøgsresultater er ikke medtaget i rapporten, men resultatet er ganske klart. RO-membranerne stopper hurtigt til, hvilket også fremgår af fig.2.1, hvor permeat-flow er afbildet som funktion af den totale spildevandsmængde.

Fig.2.1: Figuren viser permeat-flux som funktion af den filtrerede spildevandsmængde

Ved oprensning (vask) af filteret er det kun lykkedes at opnå et filtrat-flow på 400 l/h efter rensning med både sure og alkaliske rensekemikalier. Den alkaliske rensevæske blev farvet og opløser således en del af belægningen på membranerne. Som rensekemikalier er anvendt Ultrasil 75, 60A og 61A fra Henkel. Filtratflowet falder efter oprensning fra 400 l/h til 230 l/h og det er efter passage af kun 34 m³ spildevand. Ved 230 l/h er genvindingsgraden faldet til ca. 25 %.

2.1.2 Diskussion

Dosering af eddikesyre har næsten været overflødig, da pH kun en enkelt gang i forsøgsperioden har oversteget 6,0.

Næsten alt tørstof har været på opløst form, og der næsten ikke er målt suspenderet stof i prøverne. Derfor skete der heller ikke nogen tilstopning af posefilteret (10µ) de første 15 produktionsdage. Derimod skete der en tilstopning af patronfilteret (1µ), som måtte udskiftes efter behandling af 64 m³ spildevand. Patronfilteret var stoppet til med partikler, der lignede kaffegrums. Dette er interessant i betragtning af, at vi ikke har kunnet måle noget indhold af suspenderet stof i spildevandet.

I filtratet fra RO-anlægget har sølvindholdet ligget under detektionsgrænsen (0,02 mg/l). Også tørstofindholdet har i de fleste filtratprøver ligget under detektionsgrænsen (0,02 mg/l). Vi har derimod målt lidt højere ledningsevne end forventet, hvilket viser, at ikke alle salte er blevet fjernet ved RO. Kvaliteten af filtratet vurderes dog at være god nok til at vandet kan genanvendes til skylning.

Ved start af forsøget er filtrat-flow og koncentrat-flow begge indstillet til 450 l/h, hvilket svarer til en genvinding på 50 %. Dette er meget forsigtigt, og virksomhedens ønsker da også i praksis at komme op 60-70 % genvinding. Koncentrat-flowet er fastholdt på 450 l/h, mens filtrat-flowet varierer, som det fremgår af fig.2.1. Filtrat-flowet falder fra 450 l/h til 300 l/h efter passage af ca. 60 m³ spildevand. Det lykkedes ikke ved hjælp af en kemisk rensning af membranen at få permeat-flowet op på startværdien 450 l/h.

2.2 Flokkulering og forfiltrering før RO

De indledende forsøg viste, at den anvendte forfiltrering ikke var tilstrækkelig, og derfor blev en ny forbehandlingsmetode afprøvet. Den består i først at dosere et flokkuleringsmiddel og dernæst lave en effektiv frafiltrering af flokkene, før vandet ledes til RO-anlægget.

Indledningsvis blev det i laboratoriet undersøgt, hvilket flokkuleringsmiddel der har den bedste flokkulerings effekt. De første forsøg er lavet med organiske polymerer fra Bo Jensen Vandbehandling. Laboratorieforsøgene viste, at en kombination af den kationiske polymer DEC 50 og de anioniske EM 630 gav den bedste flokkulering. Den optimale dosering af polymer til spildevandet er 50 ml DEC 50 og 30 ml EM 630 pr. m³ spildevand.

Til forsøget anvendes næsten den samme forsøgsopstilling som ved det indledende forsøg, dog med nogle få ændringer (bilag 4). Dosering af eddikesyre er udeladt, og i stedet er det valgt at anvende reaktoren til dosering af en fortyndet polymer opløsning til spildevandet. Mellem reaktoren og buffertank 2 er der indsat et hydroanthasitfilter (sandfilter med et lag hydroanthrasit i toppen)

2.2.1 Forsøgsresultater

Forsøget blev kørt i perioden 18.-19.04.94 uden polymer tilsætning og 16-18.05.94 med polymer tilsætning. RO- filteret blev renset 18.04.94 og efter 19.04.94. Driftsresultater er ikke medtaget i rapporten, men i fig.2.2 er vist resultaterne fra nogle stikprøvemålinger.

RO-membranen er renset før og efter første forsøg (18.04 og 19.04) samt efter 2. forsøg (18.05). Det er tilsyneladende muligt at nå op på det oprindelige filtrat-flow på 450 l/h ved en god kemisk rensning. Desværre falder filtrat-flowet igen til 280 l/h i løbet af 3 produktionsdage, svarende til at genvindingsgraden falder fra 50% til 31 %. Det viste sig, at det var problematisk at opnå stabile store partikler. Slampartiklerne blev slået i stykker, og de blev derfor ikke effektivt tilbageholdt i hydroanthasitfilteret. Til gengæld stoppede patronfilteret hurtigt til. Vi må konkludere, at den anvendte forbehandling med flokkulering og filtrering ikke er god nok.

2.3 Flokkulering og mikrofiltrering før RO

Det har hidtil det ikke været muligt at få en tilfredsstillende forbehandling og forfiltrering af spildevandet, så kapaciteten på RO-anlægget bliver acceptabel. I alle forsøg har vi har fået en tilstopning af det fine patronfilter, og det indikerer, at det gælder om at opnå så fin en filtrering som muligt. Derfor har vi valgt at undersøge et mikrofilter med en porestørrelse på 0,2µ i håb om, at det kan løse problemet.

2.3.1 Mikrofiltrering i laboratorieskala

Der er indledningsvis lavet optimeringsforsøg på 25 liter spildevand fra CEWE COLOR. Forsøgsopstillingen fremgår af bilag 5. Selve MF-membranen er en polymer membran (0,013 m²), der er coated på et keramisk rør, der fungerer som støttemateriale. Spildevandet cirkuleres gennem filterrøret med stor hastighed (cross flow). Ved forsøgene er fluxen (l/m² pr. time) målt ved forskellige tryk og cirkulations flow. Resultaterne er ikke medtaget i rapporten, men konklusionen er klar.

Forsøgene viser, at spildevandet fra CEWE COLOR er vanskeligt at filtrere direkte ved mikrofiltrering med et Najade MF. Fluxen falder hurtigt fra 300 l/m²h til ca. 100 l/m²h. En kortvarig vending af permeat strømmen ved højt tryk (backflush) kan løsne belægningen på membranen og derved hæve fluxen.

På baggrund af den hurtige tilstopning af mikrofilteret er det nødvendigt at finde et egnet flokkuleringsmiddel for at få en langsommere tilstopning af filteret, hvis denne metode skal anvendes i praksis.

2.3.2 Flokkulering og mikrofiltrering på lab-anlæg

Forskellige aluminiumsholdige flokkuleringsmidler skal afprøves.

Indledningsvis er effekten på mikrofiltreringsprocessen undersøgt ved dosering af aluminiumsulfat (aluminium = 25 mg/l) til spildevandet med backflush hvert 15. min. Herefter har vi undersøgt effekten af forskellige kommercielle flokkuleringsmidler fra Kemira Miljø: PAX 10, PAX 14, PAX XL 60. Produkterne er undersøgt i koncentrationerne på 35 og 75 mg/l aluminium.

Der er endvidere lavet nye mikrofiltreringsforsøg i laboratorie skala med den optimale dosering af aluminium, doseret henholdsvis som PAX 10 og aluminiumssulfat. Der er endelig lavet et forsøg med dosering af 75 mg/l aluminium som en kombination af PAX 10 og aluminiumssulfat. Resultaterne er ikke gengivet i rapporten, men det skal nævnes, at man ved en dosering på 50-75 mg/l aluminium generelt opnår gode resultater. Det ser dog ud til, at det bedste resultat opnås med PAX10 og PAX XL60, hvor man har en næsten konstant flux på 600 l/m²h.

2.3.3 Flokkulering og mikrofiltrering i pilot plant

Efter de gode laboratorieforsøg er der kørt forsøg hos CEWE COLOR på et Najade MF-anlæg fra Bech & Co. Forsøget har til formål at undersøge, om det filtrerede vand fra MF-anlægget kan renses ved omvendt osmose uden tilstopningsproblemer og med højt permeat flow.

Pilot anlægget består af 6 rør (L=900 mm, D=15 mm) med en samlet membranoverflade på 0,24 m². Anlægget er forsynet med cirkulationspumpe og automatik for backflush. Der er endvidere diverse reguleringsventiler til indstilling af tryk og flow.

Forsøgsopstillingen er vist i på bilag 6. Spildevandet flokkuleres i reaktoren med et aluminiumsbaseret flokkuleringsmiddel. Herefter ledes det partikelholdige spildevand til en arbejdstank, hvorfra det pumpes gennem MF-anlægget. Mikrofilteret kører med automatisk backflush med intervaller mindre end 5 min. Koncentratet fra mikrofiltreringen ledes tilbage til arbejdstanken, og filtratet ledes videre til en buffertank, hvorfra det føres til RO-anlægget. Driften af RO-anlægget er diskontinuerlig, da kapaciteten af RO-anlægget er væsentlig større end mikrofilterets.

Forsøget blev gennemført i perioderne d.22.08-02.09.94 og d.12.09-15.09.94, hvor både mikrofilter og RO-anlæg kørte samtidig. Resultaterne fremgår af bilag 7.

I den første periode d.22.08-02.09.94 blev der filtreret ca. 1000 liter spildevand i mikrofilteret. PAX 10 blev anvendt som flokkuleringsmiddel (aluminium = 25 mg/l). Som det fremgår af resultaterne for denne periode ses et fald i fluxen ved mikrofilteret på ca. 53 % fra 550 til 260 l/m²h. I RO-anlægget var genvindingsgraden ved start 59 % og faldt i løbet af perioden til 50 %, da man søgte at fastholde en høj flux.

I perioden d.02.09-15.09.94 blev der filtreret ca. 6800 liter i mikrofilteret. Her er anvendt aluminiumsulfat som flokkuleringsmiddel (aluminium = 75 mg/l). Fluxen ved MF falder ca. 33% fra 1080 l/m²h til 720 l/m²h. I RO-anlægget var genvindingsgraden ved start ca. 50%, og den blev sat op til ca.75%.

Analyse af det filtrerede spildevand fra mikrofilteret viste, at der var ca. 15 mg/l aluminium i opløsning. Ved en opkoncentrering af dette spildevand i RO-anlægget på 75% vil koncentrationen i koncentratet stige til 60 mg/l, og det vil sandsynligvis give udfældninger af aluminiumhydroxid i membranen. Det kan være forklaringen på, at permeat flowet falder forholdsvis hurtigt.

Tilstopning af såvel MF-membran som RO-membran er et særlig problem, som vi har arbejdet en del med. Det har vist sig, at membranerne ikke kan renses med simple vaskemidler, som normalt anvendes til polymer membraner. Det ser ud til, at en stærk alkalisk rensning efterfulgt af et standard vaskemiddel kan opløse belægningerne på membranerne.