|
Afværge af grundvandsforurening ved kombination af Flushing og MPPE-vandrensning 3 Vandrensning med MPPE
Når der anvendes flushing som afværgeteknologi, er der behov for at rense det vand, der oppumpes. Dette vand indeholder såvel det forurenende stof som det tilsatte stof. Afhængig af stofferne kan mange forskellige vandrensningsmetoder komme på tale, fx. ultrafiltrering, solvent ekstraktion, flotation, air stripping, dampstripning, skumfraktionering, fotokemisk behandling, bionedbrydning, forbrænding og adsorption på aktivt kul. Dette afsnit omhandler Macro Porous Polymer Extraction (MPPE), en nyere teknologi til rensning af vand. Denne teknologi er beskrevet, da den har nogle fordele, der gør, at den kan være specielt velegnet til brug i kombination med flushing. MPPE-teknologien er udviklet af firmaet Akzo Nobel, Arnhem, Holland, og er baseret på en polymer, som oprindeligt blev udviklet til medicinalindustrien i forbindelse med "controlled-release" applikationer. Vandrensningsteknologien blev anvendt i praksis for første gang i 1994. Her blev procesvand fra Elf Petroland’s gasproduktion behandlet for aromater i Harlingen i det nordlige Holland. Siden er teknologien også blevet anvendt til rensning af grundvand i forbindelse med in-situ afværgemetoden flushing. 3.1 PrincipMPPE-teknologien gør brug af små hydrofobe plastpartikler placeret i en rensekolonne. Forurenet vand pumpes igennem kolonnen, hvori forureningen tilbageholdes. De anvendte plastpartikler har en stor overflade og en meget porøs struktur, der medfører en porøsitet på 70-80%, se figur 3.1. Størrelsen af partiklerne er ca. 0,4-1,0 mm.
Figur 3.1 Partiklernes renseevne stammer fra en ekstraktionsvæske, der er immobiliseret i partiklernes porestruktur. Når et forurenende stof, der har en tilstrækkelig høj fordelingskoefficient mellem vandfasen og ekstraktionsvæsken passerer partiklerne, vil forureningen opløses i ekstraktionsvæsken og hermed fjernes fra vandfasen. Renseprincippet er "væske-væske ekstraktion", og ligner den måde analyselaboratorier ekstraherer organiske forureninger fra vandprøver. Men der er en vigtig forskel. På laboratoriet fordeler forureningen sig mellem de 2 faser indtil ligevægt er nået, dvs. at der er tale om ét trin. Når en ekstraktionsvæske er immobiliseret i en kolonne, opnår man et forholdsvis højt trinantal, hvor trinantallet henviser til den længde, der kræves for at opnå en udløbskoncentration svarende til ligevægt med ekstraktionsvæsken. Et højt trinantal resulterer i en høj rensegrad. Efterhånden som mere forurenet vand gennemstrømmer rensekolonnen, stiger koncentrationen af det forurenende stof i ekstraktionsvæsken, og renseeffektiviteten falder. På et tidspunkt begynder koncentrationen af det forurenende stof at stige i udløbet, og rensekolonnen skal regenereres. Regeneration sker ved, at gennemstrømningen af vand afbrydes, og at damp ledes igennem kolonnen i modsat retning end den tidligere vandstrøm. Forureningen fordamper fra ekstraktionsvæsken og bliver ført med dampen ud af kolonnen, mens ekstraktionsvæsken forbliver på plads, da den har et højt kogepunkt. Regenerationsprincippet er dermed "dampstripping". Damp og forureningen ledes til en varmeveksler, hvor vand og forurening kondenserer og adskilles ved gravitation. Processen er opbygget af 2 rensekolonner, således at den ene kolonne regenereres, mens den anden er i brug. Et procesdiagram vises i figur 3.2.
Figur 3.2 Både væske-væske ekstraktion og dampstripning er velkendte principper, der anvendes i forbindelse med andre teknologier i den kemiske industri. 3.2 AnvendelsesområderMPPE-teknologiens hovedanvendelse er p.t. rensning af procesvand forurenet med aromater fra olie- og gasindustrien samt rensning af grundvand forurenet med chlorerede opløsningsmidler i forbindelse med afværgepumpning. I maj 2001 var der 12 anlæg til procesvand og 8 anlæg til afværgepumpning i Europa og USA /2/. For at MPPE-teknologien kan komme på tale, skal det forurenende stof, som ønskes fjernet fra vandet, opfylde 2 kriterier. For det første skal stoffet have en tilstrækkelig høj fordelingskoefficient mellem vand og ekstraktionsmidlet for, at der kan opnås en acceptabel rensegrad. Firmaet Akzo Nobel har estimeret fordelingskoefficienter for en række stoffer, men da ekstraktionsmidlet er en firmahemmelighed, må man vurdere tidligere opnåede renseresultater eller acceptere firmaets egen liste over stoffer, der kan behandles. For det andet skal det forurenende stof have et tilstrækkelig lavt kogepunkt for, at MPPE-partiklerne kan regenereres ved dampstripning. Et kogepunkt under 250 °C anses som påkrævet. En liste over stofgrupper, der kan behandles med MPPE-teknologien gives nedenfor:
De sidste 2 stofgrupper har for høje kogepunkter til, at regenerering ved dampstripning kan finde sted. Andre metoder til regenerering må derfor anvendes. 3.3 DimensioneringDimensionering af et MPPE-system foregår ved hjælp af en computer model. De vigtigste parametre i modellen vises i tabel 3.1 nedenfor /1/: Tabel 3.1
Renseeffektiviteten er i høj grad et spørgsmål om dimensionering. Normalt opnås en reduktion i koncentration fra 103 – 106 gange. 3.4 MiljøeffektMPPE-teknologiens negativ effekt på miljøet er begrænset af flere grunde. For det første genbruges ekstraktionsvæsken og MPPE-partiklerne, da der er tale om et regenerationstrin. Partiklerne kan typisk holde fra 1½ - 4 år /2/. For det andet kan det fjernede produkt evt. genbruges i stedet for at destrueres. I Danmark er de fleste sager dog af en mindre størrelse, således at dette ikke har den store betydning. Endelig er der ingen luftemissioner. Renseprocessen foregår ved den temperatur, som grundvandet har naturligt. Hermed bruges der kun energi til at pumpe vandet igennem rensekolonnen. Til gengæld er regenereringsprocessen energikrævende, da der anvendes damp. I et benchmarking forsøg /1/ fandt man, at der kræves 4 – 11 kg damp pr. m3 vand, der behandles. 3.5 ØkonomiDer findes en angivelse af økonomiske nøgletal i /1/ for 2 sager dimensioneret til hhv. 1 og 4 m3/t oppumpet vand. Anlægsudgifter til disse sager virker meget store, og det skyldes, at der er tale om køb af et anlæg. Til en oprensningssag, hvor metoden anvendes i forbindelse med afværgeteknikken flushing, vil der normalt være tale om leje af et MPPE-system over en periode på få uger. Derfor er de oplyste anlægsudgifter ikke relevante for flushing sager. Investeringer til disse 2 anlæg er angivet til hhv. 220.000 og 240.000 USD. Hvis man overslagsmæssigt regner med, at et anlæg skal afskrives over en 3-års periode, hvor det er i brug 50% af tiden, er der tale om udgifter til investering på knap 3.000 USD/uge. Driftsudgifter består hovedsagelig af udgifter til energi og en serviceaftale. Ved en pris på 0,10 USD/kWh var de årlige energiudgifter på hhv. 7.000 og 17.500 USD. Den årlige serviceaftale beløber sig til hhv. 18.500 og 32.500 USD. I alt beløber driftsudgifterne sig til 3,41 og 1,56 USD/m3. På grund af anlægsudgifter er MPPE-metoden ikke konkurrencedygtig i tilfælde, hvor koncentrationen af forureningen er lav. Hvis det forurenende stof kan behandles med aktivt kul, vil denne metode være at foretrække i disse situationer. I forbindelse med flushing sager, er der dog typisk tale om meget høje koncentrationer af forurening. Der er ikke fundet sammenligninger mellem aktivt kul og MPPE i litteraturen.
|
