| Forside | | Indhold | | Forrige | | Næste |
Miljøoptimering af afvaskning ved tryk med vandfortyndbar flexotrykfarve
Hovedparten af de danske emballagetrykkerier opererer i dag med direkte afledning af
alt spildevand til kloak (eventuelt via simpel bundfældning) eller benytter et
traditionelt koagulerings-/flokkuleringsanlæg til forrensning af spildevandet før
afledning til offentlig kloak. Denne rensningsteknologi er forholdsvis billig i
anlægsinvestering, mens driftsudgifterne til kemikalier samt udgifter til slutdisponering
af slam fra processen kan være væsentlige. Kvaliteten af rensningen er ikke god nok til
at muliggøre genbrug af vand som skyllevand, og der kan være problemer med
nitrifikationshæmning. Nogle anlæg har endvidere svært ved at overholde
grænseværdierne for kobber.
Hvad angår simpel bundfældning, viser forsøg udført under dette projekt, at der ved
henstand i knap 3 uger af brugt skyllevand med farveindhold, sker en udfældning af
hvidt/gråt stof, givetvis fyldstof fra trykfarven. De farvede (blå, røde) pigmenter
forblev i væskefasen.
I dette bilag gennemgås mulighederne for dels at forbedre den eksisterende
rensningsteknologi, dels forbedre rensningen ved valg af alternative teknologier. De
potentielle teknologier vil blive vurderet på baggrund af tekniske, økonomiske og
miljømæssige kvaliteter.
Rensningsteknologierne vil i højere eller mindre grad muliggøre genbrug af det
rensede vand, hvis egnethed herfor vil blive vurderet. Samtidig vil der ved næsten alle
rensningsteknologier opstå et koncentrat af de stoffer, som frasepareres, og hvorledes
dette koncentrat kan anvendes/slutdisponeres på den teknisk, økonomisk og miljømæssigt
mest fordelagtige måde er vurderet.
Uanset hvilken teknologi som anvendes, eller hvilke afledningsforhold som gør sig
gældende, kan der være både tekniske, økonomiske og miljømæssige fordele ved at
minimere spildevandsmængden. Dette skal ske ved renere teknologi tiltag i form af
ændrede skylleprocedurer og -mekanismer.
Besparelsespotentialer ved genbrug af skyllevand og koncentrat er behandlet i kapitel
9.
De grundlæggende pricipper ved koagulering/flokkulering er beskrevet i kapitel 5
(afsnit 5.4.3). Ved en koagulerings-/flokkuleringsteknologi alene vil det oftest ikke
være muligt med genbrug af vand, hvorfor opmærksomheden rettes mod overholdelse af de
grænseværdier for afledning af spildevand, som er defineret i virksomhedens
spildevandstilladelse.
Kobber i spildevandet stammer fra blå og grønne pigmenter, som er baseret på
forskellige phthalocyaniner. Mens koagulering/flokkulering normalt er ganske effektiv over
for øvrige tungmetaller, har nogle virksomheder svært ved at overholde grænseværdien
for kobber. Separationen af phthalocyaniner vurderes således at være problematisk.
Der er kendskab til mindst to virksomheder, hvor grænseværdierne for kobber kan
overholdes. En af disse er trykkeri A, som tidligere anvendte en kombination af kationiske
og anioniske polymerer samt pH-justering med natronlud til pH 8,8. Senere er anvendt
koagulering med jern(III)klorid og efterfølgende flokkulering med en anionisk polymer.
Begge kemikaliedoseringsstrategier må betegnes som traditionelle
koagulerings-/flokkuleringsanvendelser. På denne baggrund må det vurderes, at
separationen af phthalocyaniner under optimale forhold ikke behøver være problematisk.
En optimering af flokkulerings-/koaguleringsmekanismerne vil givetvis i flere tilfælde
kunne forbedre separationen af kobber. Ovenstående kombination af positivt og negativt
ladede kolloider og polymerer kan være en væsentlig årsag til den effektive rensning,
idet de forskellige pigmenter har forskellige overfladekemiske karakteristika. De
overfladekemiske egenskaber er endvidere stærkt pH afhængige, hvorfor optimering af
pH-justeringen også kan forbedre behandlingen.
En anden årsag til, at phthalocyaninerne i visse tilfælde ikke påvirkes af
koagulerings-/flokkuleringsmekanismerne kan være såkaldte matrixeffekter, dvs.
interaktion med andre kemikalier anvendt i trykkeprocessen (opløsningsmidler eller
additiver) eller afvaskningsmidler. Overfladeaktive stoffer kan således ved adsorption
til overfladen af pigmenterne ændre pigmenternes overfladekemiske egenskaber og
vanskeliggøre separation /101/. Dette udnyttes i de
fleste recepter til at forbedre trykegenskaberne af pigmenterne (se kapitel 4), men
tilsvarende mekanismer kan vanskeliggøre spildevandsrensning ved
flokkulering/koagulering.
Virksomhederne vil forholdsvis simpelt kunne afgøre, om sådanne mekanismer er
årsagen til problemerne. Fortynding af ren farveblanding til samme tørstofindhold som i
spildevandet og efterfølgende rensning med polymerer i laboratorieskala sammenholdes med
tilsvarende forsøg på spildevandet. Såfremt det er muligt at rense ren farve men ikke
spildevandet, må problemerne skyldes matrixeffekter. Der må i så fald ses mere
indgående på sammensætningen og brugen af kemikalier i processerne.
Der findes utallige leverandører af koagulerings- og flokkuleringskemikalier.
Virksomheder med problemer med rensning for kobber kan alternativt kontakte andre
leverandører for test af virksomhedens trykfarve/spildevand med andre og eventuelt mere
effektive koagulerings- og flokkuleringskemikalier.
Den teknologiske udvikling har i de senere år gjort, at membranfiltrering kan være et
økonomisk attraktivt alternativ til koagulering/flokkulering, og teknologien er da også
taget i anvendelse på flexotrykkerier både i Danmark og i udlandet. De grundlæggende
principper i en traditionel membranfiltrering er beskrevet i kapitel 5 (afsnit 5.4.3).
Den væsentligste fordel ved membranfiltrering i forhold til flokkulering/koagulering
er en forbedret rensning, som ofte vil muliggøre helt eller delvist genbrug af det
rensede vand i skylleprocesserne. Dette fører til vandbesparelser på ikke mindst
spildevandsmængden udledt til offentlig kloak. Genbrug af renset procesvand har dog endnu
ikke vundet væsentligt indpas i branchen.
Koncentratet fra membranfiltreringen vil eventuelt kunne genbruges som råvare i sort
farve (emnet er behandlet i kapitel 8 og 9).
En membranteknologi, som de seneste år har gennemgået en hastig teknologisk
udvikling, er en kombination af biologisk behandling og membranfiltrering - såkaldt
membran-bioreaktor (MBR), hvor en ultrafiltreringsmembran (UF) erstatter de sædvanlige
slamseparationsteknikker. Fordelen ved MBR-anlæg fremfor traditionelle biologiske anlæg
er, at det rensede vand er fri for partikler og kolloidt stof, der opnås tilbageholdelse
af højmolekylære organiske forbindelser indtil nedbrydning til omsættelige
forbindelser, høj effektiv fjernelse af BOD5 og COD, høj slamkoncentration,
som muliggør kompakte anlæg og lille slamproduktion. Ulemperne er primært højere
investeringsomkostninger og lille iltoverføringskapacitet på grund af den højere
slamkoncentration.
I relation til spildevand fra flexotrykkerier vil de højmolekylære, organiske
forbindelser således tilbageholdes i bioreaktoren og nedbrydes til lettere nedbrydelige,
mineraliserbare stoffer. Et italiensk trykkeri har med succes implementeret denne
teknologi med henblik på udledning direkte til recipient. Udover et MBR-anlæg har det
italienske anlæg også en nanofiltreringsmembran (NF) i serie. Anlægget er skitseret i
figur F.1. /102/
Figur F.1
MBR-anlæg til behandling af spildevand fra trykkeri inden direkte udledning til
recipient /102/.
Forsøg med dette anlæg viste en meget høj effektivitet. Den daglige belastning
svarede til ca. 15 m3/dag med COD op til 5.000 mg/L og BOD5 op til
1.500 mg/L. Permeatet fra UF-membranen havde et COD-indhold på 90-125 mg/L. Permeatet fra
NF-membranen havde et COD-indhold på ca. 52 mg/l og et BOD5-indhold på ca. 20
mg/L. Disse værdier er væsentligt bedre end med koagulerings-/flokkuleringsteknologi,
som på det samme spildevand reducerede COD og BOD5 til henholdsvis 400-1.000
mg/L og 200-500 mg/L. MBR-anlægget havde således ikke problemer med at overholde
grænseværdierne for direkte udledning til recipient. Med hensyn til tungmetaller var
rensningen også yderst effektiv. 99% af tungmetalindholdet fra spildevandet kunne
således genfindes i spildevandsslammet. Slammet havde et kobberindhold på op til 4.600
mg/kg TS og et nikkelindhold på op til 850 mg/kg TS, og det må derfor betragtes som
kemikalieaffald. De samlede slammængder (2 m3 over 90 dage) var væsentligt
mindre end ved koagulering/flokkulering. De samlede driftsomkostninger beløb sig til ca.
16.000.000 italienske lire pr. år svarende til ca. 60.000 kr/år eller 10-15 kr./m3.
Det fremgår ikke, hvorvidt dette beløb dækker afskrivning af anlægsomkostningen.
Såfremt der ikke udledes direkte til recipient, kan nanofiltreringen udelades med
forbedret økonomi til følge.
MBR-teknologien er en teknologi i hastig udvikling. Omkostningerne er oftest ikke
større end traditionelle membrananlæg og ofte opnås end bedre drift i form af højere
flux og længere levetid af membranerne. Teknologien vurderes som meget interessant med
hensyn til spildevandsbehandling fra flexotrykkerier. Det vurderes, at det rensede vand i
høj grad vil kunne genanvendes som skyllevand, eventuelt endda i sidste skyl.
Koncentratmængden (overskudsslam) er lille, men vil ikke kunne genbruges og skal givetvis
behandles som kemikalieaffald. Da MBR-teknologien inkluderer et biologisk trin vil let
nedbrydelige, nitrifikationshæmmende stoffer (f.eks. lavmolekylære forbindelser fra
afvaskningsmidler) sandsynligvis blive nedbrudt, hvilket vil formindske det rensede
spildevands nitrifikationshæmning.
Ved inddampning af spildevandet opnås et kondensat med meget høj renhed, samtidig med
at koncentratmængden er beskeden. Kondensatet vil sandsynligvis kunne genbruges
ubegrænset i skylleprocesserne, hvorved der kan opnås "spildevandsfri" drift.
Modsat UF-membranfiltrering vil uorganiske salte blive holdt tilbage (ende i
koncentratet), hvilket øger genanvendelsespotentialet. Dog skal der rettes opmærksomhed
mod eventuelle, flygtige komponenter, som vil kunne genfindes i kondensatet. Ved
"spildevandsfri" drift vil disse opkoncentreres i systemet.
Koncentratmængden vil være lille sammenlignet med øvrige opgraderingsteknologier som
fældning/flokkulering, membranfiltrering eller MBR-behandling. Koncentratet kan
umiddelbart vurderet ikke genbruges til opspædning af sort farve. Såfremt dette er
tilfældet, vil inddampning dog reducere mængden af kemikalieaffald sammenlignet med de
øvrige teknologier.
Teknologisk forventes der ikke problemer med denne teknologi. Dog kan afsætninger af
pigmenter/farvestoffer volde problemer.
Der er i Danmark et enkelt trykkeri, som anvender inddampning til behandling af
skyllevandet. I den internationale litteratur er der tilsvarende kun få erfaringer
beskrevet vedrørende denne teknologi. I 1991 blev beskrevet en tysk teknologi fra firmaet
PAFA GmbH specielt udviklet til behandling af spildevand indeholdende vandfortyndbare
flexotrykfarver /103/. Princippet i teknologien er
illustreret i figur F.2.
Figur F.2
Principskitse af PAFA’s inddamper til behandling af skyllevand med
vandfortyndbare flexotrykfarver /103/.
Princippet i inddamperen er, at skyllevandet fra en buffertank ledes til en sump mellem
to cylindre/valser. Disse roterer i modsat retning og opsamler herved skyllevandet.
Cylindrene er opvarmede, og mens cylindrene roterer, fordamper vandet fra dem. Herved
dannes et lag af pigment på cylinderen. Dette lag skrabes af med en rakel, så der dannes
nogle tørre flager, der opsamles under systemet. Over cylindrene er placeret en emhætte,
som transporterer dampen væk. Der sker således som udgangspunkt ingen kondensering af
dampen. Systemet er fuldautomatisk og behøver ikke speciel overvågning fra personalet.
Kapaciteten af anlægget er i størrelsesordenen 100 liter til 900 liter pr. time.
Anlægsomkostningen var i 1991 i størrelsesordenen 100.000-400.000 DM. Der er således
tale om en meget stor investering for denne teknologi. Driftsomkostningerne, primært i
form af varmeenergi, vil være store, idet der ikke sker nogen udnyttelse af
kondenseringsvarmen fra den afdampede væske.
Ved denne inddampningsteknologi fås et meget højt tørstofindhold i koncentratet, og
det vil givetvis ikke kunne genanvendes som trykfarve. Til gengæld behøver koncentratet
sandsynligvis ikke at blive kategoriseret som kemikalieaffald, men kan bortskaffes som
brændbart affald.
Det vil eventuelt være muligt for trykkerierne selv at udforme en inddamper baseret
på ovennævnte princip af udtjent produktionsudstyr til minimering af anlægsudgiften.
DHI - Institut for Vand og Miljø har kendskab til et trykkeri i Malaysia, som
gennemførte en sådan løsning.
Tidligere har inddampning været vurderet som en både investerings- og
driftsøkonomisk tung teknologi. I de senere år er teknologien udviklet væsentligt med
bl.a. større energieffektivitet til følge. Det økonomiske potentiale vil dog i høj
grad afhænge af mulighederne for at reducere vandmængden, som skal underkastes
behandling. Dette kan, som beskrevet i kapitel 9, ske ved direkte vandgenbrug gennem
implementering af modstrømsskyl.
Inddampning vurderes at være en attraktiv løsning til opgradering af skyllevand,
særligt hvis vandbesparende foranstaltninger kan gennemføres. Tages mulighederne for
fuldstændigt genbrug af kondensat og eventuelt koncentrat med i betragtningerne, kan
teknologien vise sig både teknisk, økonomisk og miljømæssigt favorabel.
For at opnå en tilfredsstillende vandkvalitet kan det være nødvendigt med en
efterpolering af spildevandet før genbrug eller udledning. Dette er særligt tilfældet
ved koagulering/flokkulering, men kan i mindre grad også være aktuelt i forbindelse med
membranfiltrering.
Adsorption på aktivt kul har traditionelt været den anvendte efterpoleringsteknologi
i branchen. Metoden er velafprøvet og billig både i anlæg og drift. Efterpolering med
aktivt kul forventes at muliggøre helt eller delvis genbrug af skyllevand. Koncentrater
vil ikke kunne genanvendes.
Enkelte, nyere publikationer beskriver anvendelsen af magnetiske partikler som
adsorbtionsmedium som alternativ til aktivt kul /104, 105/. De magnetiske partikler, chitosan eller magnetit,
kan ved forbehandling påføres et lag covalent bundet kobber phtalocyanin (blå farve),
som ikke kan fjernes ved regenerering. Herved opnås en effektiv, kemisk binding af
farvestoffer (dyes) i spildevandet ved hydrofob interaktion mellem disse og de magnetiske
partikler (dvs. phthalocyaniner). Fordelen ved de magnetiske partikler er, at de kan
anvendes på suspensioner, idet der sker en selektiv adsorption af farvestofferne.
Efterfølgende kan det adsorberede stof opløses, og mediet regenereres.
Brugen af disse magnetiske partikler har foreløbigt kun forgået i laboratorieskala,
og der resterer et væsentligt udviklingsarbejde, inden teknikken kan finde praktisk
anvendelse. Da teknikken adsorberer farvestoffer og ikke pigmenter, er den ikke
umiddelbart særlig relevant for flexotrykfarver, der jo næsten udelukkende er baseret
på pigmenter. Hvorvidt den vil kunne udvikles til også at adsorbere pigmenter selektivt
(og eventuelt andre trykfarvekomponenter) vides ikke. Sker dette, vil teknikken eventuelt
kunne bruges til separation af små mængder pigmenter/farvestoffer fra ubehandlet
spildevand, overskudsslam fra biologisk behandling mm.
Til polering af spildevandsstømme med lave koncentrationer af organiske pigmenter
eller andre organiske forbindelser kan kemiske oxidationsmetoder være velegnede. Ved
denne teknik tilføres spildevandet et kemisk oxidationsmiddel, som eventuelt via en
katalysator kan nedbryde de organiske forbindelser til lavere molekylære forbindelser.
Slutprodukterne kan være kuldioxid og vand, men ofte vil der være tale om
lavmolekylære, organiske forbindelser.
Der findes en lang række kemiske oxidationsmidler, som kan være velegnede, og disse
kan kombineres indbyrdes for at opnå den mest effektive nedbrydning. Mulige
oxidationsmidler er O3 (ozon), O3/H2O2
(brintperoxid), O3/UV (ultraviolet lys), H2O2/Fe
(jernioner), H2O2/UV, UV/TiO2 (titandioxid) samt
yderligere kombinationer af disse.
Oftest kan der opnås fuldstændig farvefjernelse med mindre rester af lavmolekylære,
organiske forbindelser. Kemikalieudgifterne kan være forholdsvis store, hvorfor kun meget
tynde spildevandsstrømme bør behandles med denne teknik. Til gengæld kan der opnås
nedbrydning af f.eks. nitrifikationshæmmende, organiske forbindelser.
Man skal imidlertid være opmærksom på de tilstedeværende nedbrydningsprodukter.
Disse kan i visse tilfælde være mere giftige end de oprindelige stoffer. Kemiske
oxidationsmetoder bør derfor ikke indføres, før laboratorietest har godtgjort, at
sådanne, giftige forbindelser ikke udvikles under processen.
Ved kemisk oxidation dannes ikke koncentrat, men H2O2/Fe-teknologien
kan føre til mindre mængder af jernslam.
Membranfiltrering i form af nanofiltrering (NF) eller omvendt osmose (RO) kan ligeledes
finde anvendelse. Fordelen ved disse teknologier er, at der er tale om en fysisk
separation efter størrelse, således at også uorganiske stoffer i form af salte
tilbageholdes. Dette er særligt relevant, når der ses på næsten lukkede vandkredsløb.
Sammenlignet med adsorptionsprocesser er disse membranprocesser væsentligt dyrere i
anlæg og drift. Det er derfor tvivlsomt, om der vil være et økonomisk incitament til
gennemførelse af disse løsninger.
Efterpolering ved hjælp af NF eller RO forventes at muliggøre helt eller delvist
genbrug af vand. Koncentratet vil ikke kunne genanvendes, hvis efterpoleringen forløber
efter en koagulerings-/flokkuleringsteknologi.
| Forside | | Indhold | | Forrige | | Næste | | Top
|