| Forside | | Indhold | | Forrige | | Næste |

Miljøoptimering af afvaskning ved tryk med vandfortyndbar flexotrykfarve

9 Prioritering af renere teknologi emner og resultater af forsøg

Som det bl.a. fremgår af kapitel 6 og 7, er afvaskning af farveværker den i altoverskyggende grad mest potentielt miljøbelastende proces, og hovedproblemet er den farverest, der afvaskes. Afvaskningen kan foregå ved gennemskylning eller ved hjælp af højtryksdyseanlæg, og i begge tilfælde udelukkende ved brug af vand.

Selvom farveresten, der ender i skyllevandet, begrænses optimalt, vil trykkeriet altid stå tilbage med noget farveholdigt skyllevand, som skal håndteres.

Branchen er domineret af forholdsvis store virksomheder, og investering i i hvert fald mindre omkostningsfulde vandbehandlingsanlæg/vandgenbrugsanlæg er derfor ikke urealistisk.

TRESUs forsøgsanlæg består af en kort aniloxvalse med tilhørende pumpeenhed med farvefremføringssystem samt højtryksdysevaskesystem. Et tilsvarende anlæg (Pump Unit med højtryksdysevaskesystem) er kommercielt tilgængeligt og beskrevet i bilag B. Forsøgsanlægget er detaljeret beskrevet i bilag G og afviger fra det kommercielle anlæg bl.a. ved at være påmonteret en kammerrakel af plexiglas.

Den ene trykpresse på trykkeri A er en Göpfert flexotrykpresse fra 1995 monteret med TRESU kammerrakel med indbygget højtryksvask. Trykmaskinen har to farveværker og en valsebredde på 3,6 meter. Farvefremføring og -tilbageføring varetages af to pneumatisk drevne membranpumper, og begge pumper deltager i udpumpning af farve, når farveværket tømmes før vask. Højtryksdyserne, som renser farveværket, bliver forsynet med varmt vand af en højtrykspumpe placeret over farveværket, og der er ingen genbrug af dette vand.

Den anden trykpresse på trykkeri A er en Göpfert flexotrykpresse fra 1972 med en åben farvebakke og en valsebredde på 4 meter. Farvefremføringen sker med en enkelt membranpumpe, som pumper farven op i en gravitationsbeholder, hvorfra det løber til farvebakken. Tømning sker ved passiv gravitation, og afvaskningen foregår manuelt med vandslange og børste.

9.1 Begrænsning af farvespild ved tømning ved hjælp af forlænget tømningstid og pumpning

Den farvemængde, der står tilbage på et farveværk før vask, benævnes her residualfarvemængden (farvedødvolumenet) og afhænger af farveværkets udformning, volumen, og af hvor godt det er tømt. Residualfarvemængden er den maksimale mængde farve, der kan spildes under vask, og derfor vil det altid være en fordel at minimere denne. Residualfarvemængden for TRESUs forsøgsanlæg blev bestemt ved adskillige forsøg (se bilag G) udfra enten differensvejninger som i forsøget illustreret i figur 9.1 eller ved at skylle residualfarven ud med rent vand, måle tørstofindholdet og beregne mængden herudfra. Resultaterne varierede mellem 0,56 og 1,0 kg. De resultater, som blev anset for mest nøjagtige, lå omkring 0,6 kg, og det er derfor valgt at anvende denne værdi i alle udregninger, f.eks. af relativ genvinding af farve. Forsøgene viste endvidere, at omkring 85% af residualfarvemængden kan befinde sig i pumper (farvefremførings- og tilbageføringspunper) og tilstødende, vandrette rør.

Der er grundlæggende to metoder til tømning før vask, passivt tilbageløb og tilbagepumpning, og på TRESUs forsøgsanlæg tømmes der ved tilbagepumpning med to pumper. Der blev således gennemført et forsøg (se tabel G.1 i bilag G), hvor tilbagepumpningstiden blev varieret og residualfarvemængden blev beregnet.

Figur 9.1
Betydningen af tilbagepumpningstid for tømningen af TRESUs forsøgsanlæg

Resultaterne af undersøgelsen indikerer, som det ses af figur 9.1, at uanset hvor lang tid der pumpes tilbage, vil der være omkring 1 kg farve tilbage på dette anlæg. Under trykningen er der ca. 5 kg farve på farveværket. Som det ses af figur 9.2 herunder, pumpes der på de første 5 sekunder ca. 2,9 kg farve ud, mens der de næste 5 sekunder pumpes yderligere ca. 0,5 kg farve ud.

Figur 9.2
Betydningen af tilbagepumpningstid for tømningen af TRESUs forsøgsanlæg. Søjlerne angiver hvor meget farve, der pumpes ud i det givne tidsinterval.

Betydningen af udpumpningstiden blev også undersøgt på et fungerende full-size anlæg under normal drift på trykkeri A (se tabel C.6 i bilag C). Anlægget var en Göpfert trykpresse fra 1995 med TRESU kammerrakel. Farveværket blev også i dette tilfælde tømt ved, at begge pumper pumpede farven ud. Undersøgelsen viste, at tømningen de første 4 minutter foregik i et højt tempo ca. 1 kg/min., hvorefter hastigheden faldt til ca. 0,1 kg/min. Selv efter 11 minutter, hvor residualfarvemængden udgør ca. 3 kg, kunne der stadig pumpes lidt farve ud.

Figur 9.3
Betydningen af tilbagepumpningstid for tømningen af farveværk på en Göpfert 1995 trykpresse

Undersøgelserne viser, at selvom det meste farve kommer hurtigt ud, kan man med fordel fortsætte så lang tid som muligt, eller til operatøren kan se, at der ikke kommer mere. For TRESUs forsøgsanlæg er der ikke nogen ide i at fortsætte længere end ca. 25 sekunder. Forsøgene her illustrerer, at tilbagepumpningstiden/afløbstiden er kritisk for hvor meget farve, der tømmes af farveværket. For at kunne optimere tilbagepumpnings-/afløbstiden er det nødvendigt at måle på det konkrete anlæg på virksomheden. Målingen er ganske simpel (kræver spand, ur og vægt) og kan udføres af virksomheden selv.

9.2 Begrænsning af farvespild ved afvaskning

Når farveværket er tømt så meget som muligt for farve påbegyndes afvaskningen. Farveværket vaskes normalt med vand ved skylning (flush) eller ved højtryksvask kombineret med flush. I begge tilfælde vil det første vaskevand, der kommer igennem systemet, have en høj andel af farve. Mulighederne for at genvinde farven ved at lade dette første vaskevand gå til farvespanden, afhænger dels af fordelingen mellem farve og vand i vaskevandet, og dels af hvordan en tilførsel af vaskevand påvirker farven. I dette afsnit gennemgås først undersøgelser af fordeling mellem vand og farve i det første vaskevand ved forskellige vaskemetoder og derefter betydningen for trykfarvens egenskaber.

9.2.1 Genanvendelse af det første boostvand ved højtryksvask som farve

TRESUs forsøgsanlæg kan indstilles således, at når vasken startes, er den første aktion et kort tryk (boost) med vand fra højtryksdyserne i kammerraklen, og den farve, som herved presses ud eller løber ud, går med vandet til farvespanden og genbruges. Hvor stor en del af residualfarvemængden, som kommer tilbage i farvespanden, afhænger af boosttiden, som er den tid, boostet varer.

I figur 9.4 er resultaterne vist for et forsøg med boosttidens betydning på TRESUs forsøgsanlæg (se tabel G.2 i bilag G). Som det kunne forventes, betyder en øget boosttid, at en større del af residualfarvemængden går tilbage til farvespanden, men også at farveandelen, af det som går tilbage i farvespanden, er mindre. Under forsøget blev der opsamlet dels fra farvetilføringsstudsen og dels fra farvetilbageføringsstudsen, og ca. 80% af det fjernede farve kom ud af farvetilbageføringsstudsen, mens ca. 20% kom ud af farvetilføringsstudsen.

Figur 9.4
Boosttidens betydning for mængden af farve der går tilbage i farvespanden (opsamlet trykfarve i procent af residualfarvemængden) og for fordeling mellem farve og vand i det som går tilbage til farvespanden. Hvide målepunkter er korrigerede værdier. Korrektionen var nødvendig, fordi der her kun er opsamlet fra farvetilbageføringsstudsen. TRESUs forsøgsanlæg.

Forsøget viser, at der kan opnås en rimelig stor forøgelse i den farvemængde, der genvindes ved at gå fra 0,01 sek. til 0,05 sek. Yderligere forlængelse af boosttiden medfører ikke større farvegenvinding, men blot at der går mere vand tilbage i farvespanden. Dette ses også tydeligt af figur 9.5. Det meget høje farveindhold i det boostvand, som går tilbage i farvespanden ved meget korte boost, skyldes antageligt, at boostet skaber et tryk (lufttryk) i systemet, der kan presse trykfarve ud af slanger og pumper med meget lidt vand.

Figur 9.5
Mængden af farve og vand der går tilbage til farvespanden med boost af en given længde. Hvide målepunkter indikerer, at tallene er korrigeret tilsvarende figur 9.4. TRESUs forsøgsanlæg

Ved et andet forsøg (tabel G.4 i bilag G) hvor der blev boostet i 0,02 sek. blev der genvundet 0,34 kg farve svarende til ca. 61% af residualfarvemængden bestemt til 0,56 kg.

I figur 9.6 er det vist, hvad de forskellige boosttider betyder for fortynding af 15 liter farve, som typisk er den mængde, der cirkuleres på farveværket under tryk (15-20 liters farvespand). Figuren viser, at man kan genvinde ca. 50% af residualtrykfarvemængden med en fortynding af trykfarven på under 1% eller ca. 70% ved en fortynding på under 2%.

Figur 9.6
Fortynding af 15 liter trykfarve som funktion af opsamlet vand- og farvemængde ved højtryksvask. Hvide målepunkter indikerer, at tallene er korrigeret tilsvarende figur 9.4. TRESUs forsøgsanlæg.

Når der boostes på TRESUs forsøgsanlæg, sker det ved, at PLC’en åbner for en ventil, således at der er forbindelse mellem dyserne i kammerraklen og højtrykspumpen. Ved PLC-tid forstås her den tid, PLC’en (Programable Logic Controller, lille computer der her styrer bl.a. vaskeanlæg) er programmeret til at holde dyserne åbne - svarer i princippet til den reelle boosttid. Betydningen af boosttiden, dvs. den tid ventilen er åben for mængden af vand, der kommer ud af dyserne, er blevet undersøgt ved en forsøgsrække (tabel G.7 i bilag G). Resultatet af forsøget er vist i figur 9.7. For de korte boosttider er der tilsyneladende en lineær sammenhæng mellem boosttid og vandmængde, svarende til et konstant output fra dysen, men ved længere boosttider falder output pr. tidsenhed.

Figur 9.7
Boost PLC-tidens betydning for vandmængden der skylles med. TRESUs forsøgsanlæg.

I et andet forsøg (tabel G.9 i bilag G) blev det ved hjælp af monterede ventiler muligt at udtage boost til farvespand fra både farvefremførings- og tilbageføringsstuds samtidig. Resultatet af forsøget er vist i figur 9.8.

Figur 9.8
Boost PLC-tidens betydning for vandmængden der skylles med (forsøg med fortrængning) og for farve og vand, der går i farvespanden (forsøg med opsamling med ventil). TRESU forsøgsanlæg.

Som det fremgår af figur 9.8, går der en større mængde vand og farve til farvespanden end den mængde vand, der boostes med, specielt for de korteste boosttider, og det skyldes formodentlig, at det tryk, som boostet skaber, "skyder" farve ud. Herudover viser forsøget, at farvemængden, der går i farvespanden, i dette tilfælde stort set er den samme uanset boosttiden, mens vandmængden naturligvis stiger med længere boosttid. Dette indikerer sammen med de andre omtalte forsøg, at det er fordelagtigt at anvende korte boosttider, hvis man vil lade boostvand gå i farvespanden.

Undersøgelserne, som ovenfor beskrevet, viser, at der især ved meget korte boost tages meget farve med i forhold til vand. Muligheden for at anvende serier af korte boost til at genvinde farve blev derfor undersøgt ved samme forsøg. Der blev boostet først én gang og umiddelbart efter endnu 2 gange. Dette boostvand blev opsamlet ved hjælp af førnævnte ventil, hvorefter vaskecyklussen blev fortsat. Forsøget viste, at man kan opnå et højere farveindhold i det, som går til farvespanden, ved at benytte flere korte boost fremfor et længere. Ligeledes opnår man en bedre farvegenvinding ved at køre en serie af korte boost fremfor et langt. Det fremgår tydeligt af figur 9.9, 9.10 og 9.11. Figur 9.11 viser således, at der ved at booste 0,01 sek. 3 gange i serie kan opnås en farvegenvinding på over 90% ved en samtidig fortynding af farven i farvespanden på kun omkring 1%. At der, som det fremgår af figur 9.11, tilsyneladende kan genvindes over 100% farve skyldes, at residualfarvemængden ved de pågældende målinger har været lidt højere end 0,6 kg, som er anvendt ved beregningerne.

Figur 9.9
Andelen af farve i det boostvand som går til farvespanden efter første boost/boostserie. TRESUs forsøgsanlæg.
   

Figur 9.10
Mængden af farve som går med boostvandet tilbage til farvespanden efter første boost/boostserie. TRESUs forsøgsanlæg.
    

Figur 9.11
Fortynding af 15 L trykfarve som funktion af opsamlet vand- og farvemængde ved tripelboost på 0,01 sek. og 0,02 sek. TRESUs forsøgsanlæg.

Muligheden for at genbruge det første skyllevand er også blevet undersøgt på en stor flexotrykpresse (valsebredde 360 cm) under normal drift. Det drejer sig om forsøg på et Göpfert 1995 anlæg med TRESU kammerrakelrensesystem med højtryksdyser og opvarmet vand, se tabel C.4 og C.5 i bilag C. Dette anlæg er ældre end forsøgsanlægget (Pump Unit) og således ikke optimeret med hensyn til afvaskning. Vasken foregår her ved, at dyser spuler kammerraklen, mens fremførings- og tilbageføringspumperne pumper skyllevandet ud, men der er ikke tale om korte boost som på forsøgsanlægget. I dette tilfælde blev vaskevandet opsamlet i fraktioner. I hver fraktion blev der målt tørstofindhold, pH og temperatur. Resultaterne er vist på figur 9.12-14.

Figur 9.12
Opsamling af skyllevand fra Göpfert 1995, rød farve

Figur 9.12 viser, hvordan tørstofindholdet i skyllevandet falder med mængden der pumpes ud. Grafen viser, hvordan stort set al farve kommer ud med de første 15 liter. På grund af det opvarmede vaskevand stiger temperaturen af det udpumpede også efterhånden, men de første ca. 5 liter har stuetemperatur ligesom trykfarven.

Figur 9.13
Opsamling af skyllevand fra Göpfert 1995, rød farve

Figur 9.13 viser, hvordan pH varierer i det opsamlede vaskevand. Det ses, at pH varierer mellem ca. 7,9 og 8,2.

Figur 9.14
Opsamling af skyllevand fra Göpfert 1995, sort farve
    

Figur 9.15
Fortynding af 15 L trykfarve som funktion af opsamlet vand- og farvemængde ved højtryksvask. Göpfert 1995 trykpresse med TRESU kammerrakelrensesystem.

Figur 9.14 viser, hvordan pH og tørstof varierer i opsamlede fraktioner for et forsøg med vask efter tryk med sort farve på Göpfert 1995. Også her er næsten al farve vasket ud med de første ca. 15 liter. pH varierer kun ganske lidt i vaskevandet og ligger omkring ca. 8,2.

Som det fremgår af figur 9.15, kan der på dette ikke optimerede afvaskningsanlæg opnås genvinding af ca. 40% farve med en resulterende fortynding på ca. 1,5% af de 15 L farve i farvespanden.

Figur 9.16
Opsamling af skyllevand fra Göpfert 1995, rød farve

Figur 9.16 viser, hvordan farveindholdet er i de første liter af skyllevandet, og det ses, at farveindholdet i den første 0,5-1 liter er omkring 80%.

Som opsummering kan det anføres, at forsøgene beskrevet i dette afsnit tydeligt viser, at man på trykpresser, hvor højtryksvask benyttes, kan opnå stor genvinding af farve ved at opsamle det første skyllevand, og det vel at mærke uden at der sker en større fortynding af farven i farvespanden end ca. 1-5%. Specielt viser undersøgelserne, at den bedste genvinding og det bedste forhold mellem farve og vand, som giver den mindste fortynding, hvis det går i farvespanden, opnås ved at benytte korte boost. Forsøgene viste også, at det er mere fordelagtigt at anvende en serie af korte boost end et langt.

9.2.2 Genanvendelse af det første skyllevand som farve ved flush

Ved vask med flush vaskes farveværket ved, at der pumpes vand rundt i systemet med farvefremførings- og farvetilbageføringspumpen, og her vil det være muligt at lade det første skyllevand gå tilbage i farvespanden. Der blev gennemført et forsøg på TRESUs forsøgsanlæg, hvor højtryksvasken blev frakoblet, og systemet blev opereret som ved normal flush. Efter endt tømning af systemet for farve, ved tilbagepumpning som normalt, blev der skyllet med rent vand fra vandspanden, og skyllevandet blev opsamlet sekventielt. Mængden af farve, der blev opsamlet med det første skyllevand, er vist i figur 9.17.

Figur 9.17
Mængden af farve i det første skyllevand ved flush. TRESU forsøgsanlæg.

Som det ses af figur 9.17, er der omkring 0,25 kg farve i den første halve liter skyllevand, der kommer ud ved flush på TRESUs forsøgsanlæg.

Figur 9.18
Den andel af trykfarvemængden, der er på anlægget efter tømning, og som opsamles med den angivne mængde vand ved flush samt indholdet af trykfarve i skyllevandet. TRESUs forsøgsanlæg.

Af figur 9.18 ses det, at man i den første liter skyllevand kan opsamle omkring 50% af den trykfarve, der er tilbage på farveværket før vask. I denne første liter er omkring 25-30% trykfarve.

Det der er afgørende for hvor meget af skyllevandet, man kan lade gå til farvespanden, er den fortynding af farven, der sker. Dette er illustreret i figur 9.19, hvor det kan ses, at hvis man ved flush opsamler ca. den første liter vaskevand, opnår man at genvinde ca. 50% af residualfarvemængden. Hvis der er 15 liter farve i farvespanden, fortyndes farven 3-4%.

Figur 9.19
Fortynding af 15 liter trykfarve som funktion af opsamlet vand og farve mængde ved flush. TRESUs forsøgsanlæg.

For at undersøge mulighederne for opsamling af det første skyllevand fra en stor trykpresse (valsebredde 450 cm) med manuel vask under normal drift, blev et forsøg med en ældre Göpfert 1972 trykpresse gennemført. Det drejer sig her om en gammel trykpresse med åben farvebakke og manuel afvaskning (se tabel C.8 i bilag C). Den manuelle vask foregik med vandslange og børste og metoden kan bedst sammenlignes med flush. Forsøget viste, at i lighed med forsøget på Göpfert 1995 (kammerrakel med højtryksdysesystem) får man næsten al farven ud med de første 15 liter. Resultaterne er illustreret i figur 9.20.

Figur 9.20
Opsamling af skyllevand fra Göpfert 1972, blå farve

På figur 9.21 er farveindholdet i skyllevandet vist, og det ses, at der er omkring 80% farve i den første 0,5-1 liter skyllevand også ved manuel vask. Da residualfarvemængden er omkring 3-4 kg, vil man ved at opsamle de første 1,3 kg skyllevand kunne opnå en farvegenvinding på 26-35%.

Tilbageføres dette i en farvespand med 15 L farve, vil det medføre en fortynding på godt 1%.

Figur 9.21
Opsamling af skyllevand fra Göpfert 1972, blå farve

Sammenlignes flush og højtryksvask for TRESUs forsøgsanlæg ser man, at der ved højtryksvask, når der boostes i 0,05 sekunder (figur 9.4, 9.5 og 9.8), opsamles ca. 0,4 kg farve (i knap 0,3 kg vand) svarende til 70% af den farve, der er tilbage på anlægget. Koncentrationen af farve i dette første skyllevand bliver således ca. 60%. Ved flush derimod skal man lade de første godt to liter af skyllevandet gå i farvespanden for at opnå omtrent samme farvegenvinding (figur 9.17). Der ville altså i det tilfælde gå ca. 1,65 liter vand i farvespanden. Som illustreret i figur 9.22 er det altså muligt at opnå en større farvegenvinding ved højtryksvask end ved flush, og med undtagelse af den laveste farvegenvinding, går der langt mindre vand i farvespanden, når højtryksvask anvendes. Ved højtryksvask med gentagne korte boost (f.eks. 3 · 0,01 sek.), er det endvidere muligt at opnå i nærheden af 100% genvinding af farve ved en samtidig fortynding af farven i farvespanden på kun ca. 1%. Er flush den eneste mulighed, kan der dog på et anlæg som TRESUs forsøgsanlæg stadig genvindes omkring 40-50% af trykfarven på anlægget, ved at lade de første ca. 0,7 liter vand gå i farvespanden. Forsøgene udført på de to full-size trykpresser (Göpfert 1995 og 1972) under normal drift bekræfter, at det på ikke optimerede anlæg i hvert fald er muligt at opnå 30-40% genvinding af farven, og at den resulterende fortynding af 15 L farve kun vil udgøre omkring 1%.

Figur 9.22
Sammenligning af trykfarveopsamlingen i procent af det som står på anlægget før vask (residualmængden), som funktion af den mængde vand og trykfarve der opsamles. TRESUs forsøgsanlæg.

Efter vask med vand vil en del vand stå tilbage på systemet og fortynde den nye farve, der køres på farveværket. Denne mængde vand benævnes residualvandmængden (vanddødvolumenet). Når det vurderes, hvor meget vand man kan lade gå med i farvespanden med den genvundne farve, er det værd at huske, at der på alle anlæg, som vaskes med vand, allerede sker en fortynding af farven med denne residualvandmængde. Er der 15 liter i farvespanden, sker der for eksempel en fortynding på 1,9% på TRESUs forsøgsanlæg. På større anlæg af samme type kan det forventes, at residualvandmængden er lidt større og fortyndingen ligeledes lidt større.

9.2.3 Betydningen af fortynding med vand for trykfarvens egenskaber

Som de foregående afsnit viser, er der gode muligheder for at genvinde en del af residualfarvemængden ved at opsamle/udtage det første boostvand eller skyllevand. Dette afsnit omhandler hvilken indflydelse, en vandig fortynding af farven på 1-10% har på trykfarvens tryktekniske egenskaber. De fire procesfarver sort, cyan, magenta og gul blev undersøgt, og undersøgelserne er detaljeret beskrevet i bilag G (afsnit G.3).

Betydningen af fortynding med vand for viskositeten er undersøgt ved at måle gennemløbstider med en DIN 4 kop, og resultaterne er vist på figur 9.23. Det ses, at viskositeten, især for farver med høj viskositet, falder kraftigst med det første vand. Ændringen i viskositet går fra lidt over 3 sekunder til ca. 1 sekund pr. procent fortynding.

Figur 9.23
Fortyndingskurver for vandfortyndbare flexotrykfarver. % vand beregnes som: masse vand/(masse vand+masse farve).

Overfladespændingen har betydning for befugtningen af underlaget, og betydningen af fortynding blev undersøgt for den sorte farve. En 5% fortynding gav en reduktion i overfladespænding fra 35,4 mN/m til 34,8 mN/m, hvilket vurderes at ligge inden for målemetodens usikkerhed og være uden betydning for trykfarvens befugtning af underlaget.

Lagtykkelsen på en liner efter påføring af mere eller mindre fortyndede farver med spiralapplikatorer blev uden held forsøgt målt ved differensvejning. En teoretisk overvejelse viser imidlertid, at lagtykkelsen af den tørre farve bliver reduceret svarende til fortyndingen af farve. For eksempel giver 8% fortynding et 8% tyndere lag. For det tykkeste lag, påført med applikator mrk. 10, vil en 8% fortynding således svare til, at laget reduceres fra 5,96 g/m² til 5,48 g/m².

Indvirkningen af fortynding på densiteten af det færdige tryk blev undersøgt for sort farve. Densitet er en reflektionsmåling, som anvendes i trykkerierne til vurdering og kontrol af farvestyrken. Undersøgelsen viste, at der, uanset farvelagets tykkelse, ikke var nogen forskel på den målte densitet for tryk, der var fortyndet med fra 0 til 8% vand.

Kuløren af tryk skabt ved påføring af mere eller mindre fortyndet, sort farve blev undersøgt med et spektrofotometer, se figur 9.24.

Figur 9.24
Kulørmåling på tørt tryk med ren og fortyndet sort farve

Som det ses af figuren, stiger kulørforskellen med fortynding, og forskellen i kulør på tryk med ufortyndet farve og farve fortyndet med 8% vand ligger omkring 0,4-0,5 E enheder. Denne forskel er synlig for et trænet øje og svarer til, at der er påført ca. 1 g mindre pr. m².

En forventet lagtykkelse i flexografi er formentlig af størrelsesordenen 1-3 m m. Det betyder, at der kan være en kulørforskel af størrelsesordenen 1 enhed, som alene skyldes indstilling af flexomaskinen fra gang til gang. Det vil sige, at den farveforskel, en 8% fortynding af farven afstedkommer, ligger inden for den usikkerhed, som allerede eksisterer i påføringsmetode og målemetode. Normalt kan en farveforskel på 1 enhed ses, om end denne farveforskel stort set altid vil ligge inden for den tolerance, som defineres ved kvalitetsstyring. Det skal dog understreges, at forskellige farver udviser forskellig følsomhed for fortynding, og at øjet ikke er lige følsomt over for alle farver, hvilket betyder, at man typisk laver individuelle tolerancer for de forskellige farver.

9.2.4 Samlet vurdering vedrørende genanvendelse af skyllevand som farve

Undersøgelserne beskrevet ovenfor viste, at man ved at opsamle det første skyllevand kan opnå en betydelig farvegenvinding. Desuden viser undersøgelserne, at hvis dette skyllevand tilføres farvespanden (med 15 L farve i), vil den resulterende fortynding stort set ikke ændre farvens tryktekniske egenskaber, se tabel 9.1.

Tabel 9.1
Undersøgelsesresultater

Man kan f.eks. ved at lade det første boost på 0,02 sekunder gå i farvespanden opnå en genvinding på 65% eller ca. 0,4 kg farve på TRESUs forsøgsanlæg, og ved flush kan man ved at lade den første liter af skyllevandet gå i farvespanden opnå en farvegenvinding på 50%. Blot med en større fortynding af farven i farvespanden. Undersøgelserne viser, at disse genvindinger kan opnås uden væsentlig effekt på trykfarvens egenskaber, sålænge der ikke fortyndes mere end ca. 8%. Har anlægget mulighed for at generere en serie af korte boost, kan man opnå en endnu højere genvinding, mere end 80%. Hvis der spædes op med koncentreret farve, vil processen kunne gentages adskillige gange. Disse tal stammer fra målinger på et forsøgsanlæg, men alle dele af forsøgsanlægget, undtagen kammerraklen og farveslangerne, var i normal størrelse set i forhold til bølgepap. At der kan genvindes farve svarende til i hvert fald 40% af residualfarvemængden resulterende i en fortynding med vand på kun 1% i 15 liter trykfarve, bekræftes af forsøg på de to fungerende, ældre, full-size trykpresser. Derfor viser resultaterne af de her udførte forsøg, at der endog på ældre, ikke optimerede anlæg ved opsamling af det første skyllevand vil kunne spares meget farve.

9.3 Potentialer for genbrug af skyllevand og koncentrat fra vandbehandling

Genbrug af vand har til formål ikke kun at nedbringe forbruget af friskvand men mere væsentligt at minimere volumenet af spildevand, der skal renses eller afledes. Der skelnes mellem tre typer af vandgenbrug:

Direkte genbrug: Vandet genbruges direkte fra én proces til en anden. Dette kan f.eks. gælde genbrug af vand fra sidste skyl som skyllevand i nyt, første skyl.

Recirkulering: Vandet genbruges flere gange i den samme proces. Dette kan f.eks. gælde recirkulering af skyllevand fremfor direkte skyl til sump.

Genbrug via opgradering: Vandet genbruges efter at have været gennem en rensningsproces. Dette kan gælde både direkte genbrug og recirkulering.

I dette afsnit gennemgås de forskellige genbrugsmuligheder.

9.3.1 Reduktion af skyllevandsvolumen ved direkte genbrug

Som nævnt ovenfor er det væsentligste formål med reduktion at reducere mængden af spildevand, som afledes fra vaskeprocessen til sumpen. Reduktionen bør i første omgang sigte mod direkte genbrug af skyllevandet internt i skylleprocessen. Dette vil opkoncentrere stofmængden i en mindre spildevandsmængde, hvorved den efterfølgende spildevandsrensning vil kunne forløbe mere effektivt ved en mindre økonomisk og miljømæssig belastning.

9.3.2 Modstrømsskyl

Ved modstrømsskyl forstås en skylleprocedure, hvor skylningerne gennemføres i en række batches. Skyllevandet fra hvert skyl opbevares indtil den næste afvaskning, hvor skyllevandet genbruges i den umiddelbart foregående batch. Kun skyllevandet fra den første batch ledes til sumpen, mens der kun anvendes friskvand i den sidste batch. Modstrømsskyl sikrer et minimalt vandforbrug og en maksimal opkoncentrering af farve i det vand, som ledes til sumpen. Princippet er illustreret i figur 9.25.

Figur 9.25
Princippet i et 3-trins modstrømsskyl

Et enkelt dansk anlæg (TRESUs Pump Unit, se bilag B) opererer i dag med direkte genbrug af brugt skyllevand i skylleprocessen. I dette anlæg recirkuleres først brugt skyllevand fra sidste vask. Dette vand føres efterfølgende til sump, og der skylles afslutningsvis med friskvand. Vandet fra dette sidste skyl opsamles og genbruges som første skyl i den næste afvaskning.

TRESUs Pump Unit opererer således med en kombination af recirkulering og modstrømsskyl (2-trin). Et minimalt skyllevandsforbrug ved den nuværende teknologi vil opnås ved omlægning til 3- eller 4-trins modstrømsskyl. Denne omlægning skal i givet fald ske under hensyn til skyllekvaliteten, som ikke må forringes af hensynet til den efterfølgende trykkeproces.

Der er gennemført en række målinger på det pågældende anlæg (dvs. TRESUs forsøgsanlæg som omtalt i starten af dette kapitel) bl.a. med det formål at opstille en massebalance for skylleprocessen og herved kunne regne på effekten af omlægninger til 3- eller 4-trins modstrømsskyl. Baggrunden for beregningerne er gennemgået i bilag G (afsnit G.5), hvor også en beskrivelse af udvalgte skylleprocedurer kan findes. I det følgende gennemgås resultaterne ved sammenligning af følgende scenarier:

1. Direkte skyl uden genbrug (3 trin)
2. Direkte skyl med genbrug af sidste skyl (3 trin)
3. 3-trins modstrømsskyl
4. 4-trins modstrømsskyl

Det er ved beregningerne antaget, at farveværket kan rengøres tilfredsstillende med ca. 14 L friskvand (4,6 L pr. batch). Det nødvendige skyllevandsforbrug er illustreret i figur 9.26. Det fremgår, at genbrug af sidste skyl reducerer skyllevandsmængden med 1/3. Såfremt der omlægges til fuldstændigt modstrømsskyl, kan dette forbrug yderligere halveres og hermed kan opnås en besparelse på forbruget af friskvand. Det væsentligste økonomiske og miljømæssige potentiale vurderes dog at ligge i reduktionen af spildevand, som skal behandles.

Figur 9.26
Nødvendigt skyllevandsforbrug ved de beregnede scenarier

Et vigtigt forhold ved omlægning af skylleproceduren er vandkvaliteten af det sidste skyl, idet denne svarer til koncentrationen i den vandmængde, som efter skyllet sidder i maskinen og overføres til næste trykkeproces. De beregnede vandkvaliteter fremgår af figur 9.27.

Figur 9.27
Vandkvalitet af sidste skyl ved de beregnede scenarier. Den stiplede linie illustrerer vandkvaliteten af friskvand.

Det fremgår af figur 9.27, at der ved omlægning til 3-trins modstrømsskyl sker en svag forringelse af vandkvaliteten i sidste skyl. Hvorvidt dette er acceptabelt, må baseres på testskylninger på anlægget, men umiddelbart vurderes det ikke som noget problem. Anvendes i stedet et 4-trins modstrømsskyl, vil en meget effektiv skylning kunne opnås.

Vandkvaliteten af det spildevand, som ledes til sumpen, har interesse i forbindelse med valg af rensningsteknologi. Beregninger af dette fremgår af figur 9.28.

Figur 9.28
Forureningsgrad af brugt skyllevand som ledes til sump

Det fremgår af figur 9.28, at der opnås en væsentlig opkoncentrering ved brug af 3- eller 4-trins modstrømsskyl fremfor direkte skyl. Betydningen af dette for valg af rensningsteknologi vil blive gennemgået i afsnit 9.3.6.

Der vil således være en række tekniske og miljømæssige fordele forbundet med omlægning til 3- eller 4-trins modstrømsskyl. Anlægsomkostningerne ved omlægning fra genbrug af sidste skyl til 3- eller 4-trins modstrømsskyl forventes at være begrænsede. Anlægget (Pump Unit’en) har i dag én opbevaringstank til opbevaring af sidste skyl. Ved omlægning til 3- eller 4-trins modstrømsskyl vil det være nødvendigt med 2 –3 opbevaringstanke afhængigt af, om der vælges 3 eller 4 trin i skylleprocessen. Endvidere vil det være nødvendigt med en mindre ombygning af pumpeenheden samt omprogrammering af PLC-styringen. Det endelige antal af nødvendige opbevaringstanke må bestemmes ud fra en statistisk vurdering af antallet af nødvendige skyl kombineret med yderligere massebalanceberegninger samt på vurdering af de udgifter, der er forbundet med omlægning til 3- eller 4-trins modstrømsskyl.

9.3.3 Modstrømsskyl kombineret med returskyl til farvespand

Direkte vandgenbrug i form af modstrømsskyl vil således ikke reducere den samlede mængde stof, som ledes til sumpen, og som således ikke kan nyttiggøres i trykkeprocessen med tab af råvare til følge. Dette vil kræve tilbageføring af en del af skyllevandet til farvespanden, således at den udskyllede farvemængde kan genbruges.

Som beskrevet i afsnit 9.2 er der udført forsøg med bl.a. at "booste" den første skyllevandsmængde igennem systemet og returnere denne lille mængde til farvespanden, her benævnt returskyl. Disse forsøg viste, at i hvert fald i størrelsesordenen 40-60% af den farvemængde, som sidder tilbage i maskinen, kan opsamles. Returskylningen kan således have den sidegevinst, at skyllevandsvolumenet kan nedsættes. I det følgende præsenteres en række regneeksempler på effekten af at returskylle farve til farvespanden efterfulgt af direkte skyl eller modstrømsskyl. Der regnes med, at 50% af farven på anlægget går tilbage til farvespanden med returskyllet, og følgende scenarier er analyseret:

2-trins skyl:
1. Direkte skyl uden genbrug
2. Direkte skyl med genbrug af sidste skyl (2-trins modstrømsskyl)

3-trins skyl
3. Direkte skyl uden genbrug
4. Direkte skyl med genbrug af sidste skyl
5. Modstrømsskyl

4-trins skyl
6. Modstrømsskyl

Som ved beregningerne i afsnit 9.3.2 er det her antaget, at farveværket kan rengøres tilfredsstillende med ca. 14 L friskvand (4,6 L pr. batch). I figur 9.29 er illustreret den beregnede vandkvalitet af det sidste skyl ved de beregnede scenarier. Det fremgår tydeligt, at returskylningen ikke ændrer ved, at det er nødvendigt med tre skyl for at opnå en tilstrækkelig god vandkvalitet i sidste skyl. Beregningerne viser dog også, at returskylningen sikrer, at et 3-trins modstrømsskyl giver en tilfredsstillende vandkvalitet i sidste skyl, hvorfor et 4. skyl ikke vurderes at være nødvendigt.

Figur 9.29
Vandkvalitet af sidste skyl ved de beregnede scenarier. Den øverste stiplede linie illustrerer vandkvaliteten ved direkte skyl med genbrug af sidste skyl (3-trin) uden returskylning, mens den nederste stiplede linie illustrerer vandkvaliteten af frisk vand.

9.3.4 Genbrug af opkoncentreret skyllevand/koncentrat

Såfremt der gennemføres modstrømsskyl, vil spildevandet opkoncentreres væsentligt (se figur 9.28). Dette kan muliggøre genbrug af spildevand uden opgradering ved at spæde det urensede spildevand til sort farve, som i så fald skal leveres mere koncentreret fra leverandøren. En amerikansk virksomhed har med succes gennemført dette og herigennem reduceret mængden af kemikalieaffald med 90%. Opspædning af sort farve med spildevand havde ingen negativ effekt på kvaliteten af farven. Mindre mængder af spildevand vil sandsynligvis også kun bruges til opspædning af andre farver, f.eks. grå /106/.

For at denne strategi kan lykkes og have en reel betydning, skal en væsentlig del af den anvendte trykfarve være sort, samtidig med at vandforbruget skal reduceres til et minimum via direkte genbrug. Beregningerne på opkoncentreringsgraden ved introduktion af modstrømsskyl viser, at der kan opnås et tørstofindhold i størrelsesordenen 50 g/L. Dette er dog stadig kun godt 1/10 af tørstofkoncentration i brugsklar farve.

Opkoncentrering af spildevandet ved membranfiltrering eller inddampning vil væsentligt øge genanvendelsespotentialet af stoffraktionerne i spildevandet. Herigennem forventes det muligt at opnå tørstofkoncentrationer i samme størrelsesorden som brugsklar farve.

På virksomhed A foregår godt 30% af samtlige kørsler med sort farve, og forbruget af sort farve udgør tilsvarende godt 30% af det årlige farveforbrug. På denne baggrund ses der et væsentligt potentiale i genbrug af farve fra afvaskningen med eller uden opkoncentrering af skyllevandet.

Genbrug af spildevand/koncentrater i farverecepterne er både økonomisk og miljømæssigt en optimal løsning, idet stofferne genbruges på det højest mulige niveau som et fyldestgørende produkt. Råvareforbruget vil optimeres, og kemikalieaffaldsmængden vil reduceres til et minimum. Hvorvidt løsningen er teknisk mulig, er endnu uafklaret. Bl.a. vil løsningen sandsynligvis ikke være mulig, hvis der anvendes afvaskningskemikalier i skylleprocessen.

9.3.5 Genbrug af vand via opgradering

Renset skyllevand kan i mange tilfælde ledes tilbage i processen og genbruges som skyllevand, såfremt rensningsteknologien er tilstrækkeligt effektiv. Dette vil typisk gælde vand fra membranfiltrering og inddampning men også vand fra koagulering/flokkulering efterfulgt af en efterpolering.

Incitamentet til genbrug af vandet ligger i besparelser på vandforbruget og dermed vandafgift og afledningsafgift. Der kan ved fuldstændigt genbrug af spildevandet opnås spildevandsfri drift, hvor vandforbruget kun skal substituere vand, der tabes som følge af fordampning mm.

I tilfælde af inddampning kan der eventuelt ske udnyttelse af vandets energiindhold til forbedring af skylleeffektiviteten. Såfremt der anvendes afvaskningskemikalier, kan der eventuelt samtidig ske et genbrug af disse, såfremt overskydende kemikalier kan genfindes i det rensede vand. Dette vil typisk gælde for membranfiltrering.

Det væsentligste økonomiske potentiale i rensningsteknologierne ligger dog ikke i vandbesparelsen men på besparelsen i mængden af kemikalieaffald, idet de miljøproblematiske stoffer koncentreres i en mindre vandmængde.

Teknisk set kan der i visse tilfælde opstå problemer i forbindelse med meget lukkede vandkredsløb. Stoffer, som ikke frasepareres ved rensningen, vil opbygges i vandsystemet. Dette kan føre til problemer såsom udfældninger, biologisk vækst, lugt mm. En nærmere analyse er nødvendig for at afgøre, hvorvidt sådanne problemer kan forventes at opstå.

9.3.6 Skyllevandsmængdens betydning for valg af rensningsteknologi

Ved ændring af skylleproceduren til modstrømsskyl vil det reducerede skyllevandsvolumen resultere i, at koncentrationen af stof i det spildevand, som skal behandles, vil stige væsentligt (se figur 9.28). Baseret på en teknisk, økonomisk og miljømæssig vurdering har både mængden og sammensætningen af spildevandet betydning for valget af rensningsteknologi. Derfor vil ændringer i skylleproceduren have væsentlig betydning for hvilken teknologi, som vælges.

Et publiceret eksempel på dette er membranfiltrering af pigmenter stammende fra vandfortyndbare flexotrykfarver /107/. Dette studie viste, at ved lave pigmentkoncentrationer (< 10 g/L) forekom en betydelig tilsætning af membranerne (fouling), mens dette ikke forekom ved højere koncentrationer. Opkoncentrering af skyllevandet ved direkte genbrug kan således have væsentlig, positiv effekt på membranernes driftsøkonomi.

Uanset hvilken teknologi der vælges, vil reduktionen af skyllevandsvolumen føre til økonomiske og effektivitetsmæssige forbedringer af renseprocessen. Betydningen vil være størst på udstyrstunge teknologier som membranfiltrering og inddampning og mindre på koagulering/flokkulering samt adsorptions- og oxidationsprocesser.

Modsat vil de udstyrstunge teknologier ikke være rentable under en vis vandmængde, hvor koagulering/flokkulering vil være den økonomisk mest attraktive løsning. I hvert enkelt tilfælde må således foretages en individuel vurdering af hvilken rensningsteknologi, som er mest fordelagtig ud fra en teknisk, økonomisk og miljømæssig vurdering.

Ved reduktion af skyllevandsvolumen og samtidig valg af rensningsteknologi skal der tages forbehold for eventuelle begrænsninger på baggrund af den offentlige regulering, som virksomheden er underlagt. Som før nævnt, forventes det reducerede skyllevandsvolumen at forøge renseprocessens effektivitet over for mængden af stof, som frasepareres i processen og dermed den stofmængde, som udledes til offentlig kloak. Da mængden af stof samtidig findes i en mindre vandmængde, kan det dog ikke udelukkes, at koncentrationen af stof vil stige i afløbsvandet. Dette vil være en begrænsning for indførelse af renere teknologi, såfremt virksomheden reguleres efter koncentrationen af stof i afløbet og ikke den samlede mængde af stof udledt. Denne begrænsning kan forventes at gælde ved både koagulering/flokkulering, membranprocesser, adsorptionsprocesser og oxidationsprocesser. Derimod kan der i den henseende ikke forventes begrænsninger ved valg af inddampning som rensningsproces. I dette tilfælde må det dog også forventes, at kondensatet vil blive genbrugt i skylleprocessen eller andre steder og ikke afledt til kloak.

9.3.7 Økonomiske potentialer ved implementering af renere teknologi og forbedret spildevandsrensning

Det er meget vanskeligt at beregne de økonomiske konsekvenser ved implementering af renere teknologi og forbedret rensning af spildevand. Sammenlignet med andre brancher, er vandforbruget generelt relativt begrænset, hvorfor individuelle forhold på virksomhederne vil have væsentlig betydning for rentabiliteten af løsningerne.

For illustration af de økonomiske potentialer ved implementering af renere teknologi og forbedret spildevandsrensning er det i stedet valgt at vise besparelsespotentialerne ved de nævnte løsninger, mens de yderligere omkostninger til anlæg og drift, som teknologierne omfatter, er udeladt. Herefter må en individuel analyse på de enkelte virksomheder afdække, om besparelsespotentialerne er tilstrækkelige til at dække de udgifter, der er forbundet med implementering og drift.

Beregning af besparelsespotentialerne er eksemplificeret ved to virksomheder, A og B. Nøgletal for de to virksomheder er givet i tabel 9.2.

Tabel 9.2
Nøgletal for virksomhed A og B til beregning af besparelsespotentialer

For at illustrere de økonomiske konsekvenser ved forbedret spildevandsrensning og renere teknologi gennemregnes fire scenarier for hver virksomhed, vel vidende at netop disse virksomheder allerede har investeret i spildevandsbehandlingsanlæg:

1. Koagulering/flokkulering
2. Ultrafiltrering
3. Ultrafiltrering med 30% genbrug af farve og 50% genbrug af vand
4. Inddampning med 100% genbrug af vand

I tabel 9.3 er beskrevet de variabler, som er anvendt til beregning af scenarierne.

Tabel 9.3
Variabler anvendt for de enkelte scenarier

I tabel 9.4 og 9.5 er de enkelte poster værdisat for hvert scenario for hver virksomhed.

Tabel 9.4
Værdisætning af posterne for de beregnede scenarier, virksomhed A

Tabel 9.5
Værdisætning af posterne for de beregnede scenarier, virksomhed B

Det skal bemærkes, at der er regnet med meget runde tal og foretaget grove overslag i beregningerne.

Det fremgår af beregningerne, at der er et væsentligt besparelsespotentiale ved brug af inddampning som rensningsteknologi (scenario 4), såfremt koncentratet kan kategoriseres som brændbart affald, hvad det givetvis kan.

Der er endvidere et væsentligt besparelsespotentiale i at genbruge tabt farve efter opkoncentrering ved membranfiltrering (scenario 3). Som udgangspunkt er det dog ikke muligt at genbruge al brugt farve, hvorfor scenario 3 samlet set ikke er favorabel på grund af den høje afgift for disponering af restkoncentratet. Såfremt koncentratet kan afsættes til anden side, f.eks. leverandør af farve, vil dette scenario være det mest attraktive - både økonomisk og miljømæssigt. Det er dog vigtigt først og fremmest at minimere tabet af farve ved kilden, som beskrevet i afsnit 9.1 og 9.2.

Samlet set vurderes det, at især inddampere som f.eks. PAFAs (se bilag F) med et højt tørstofindhold i koncentratet vil være en attraktiv mulighed. Investering og drift er dog også klart det dyreste af de beregnede scenarier, hvorfor en mere detaljeret analyse vil være nødvendig for at fastlægge rentabiliteten af teknologien. For at minimere anlægs- og driftsomkostningerne bør skyllevandsforbruget minimeres, som beskrevet i afsnit 9.3.2-9.3.3.

Som opsummering på det i nærværende afsnit beskrevne (afsnit 9.3) skal det anføres, at der kan opnås væsentlige miljøforbedringer på økonomisk fordelagtig vis ved forbedring af spildevandsrensning integreret med renere teknologi i skylleprocesserne. Ved automatisering og omlægning til modstrømsskyl kan opnås en væsentlig reduktion af skyllevandsmængderne uden at forringe skylleeffektiviteten.

En reduktion af skyllevandsmængderne vil endvidere gøre spildevandsrensning mere økonomisk fordelagtig. Såfremt der ikke gennemføres spildevandsrensning, vil der opnås besparelser på den mængde spildevand, der bortskaffes som kemikalieaffald.

Der er væsentlige fordele ved valg af membranfiltrering eller inddampning som rensningsteknologi. Fordelene dækker forbedret rensningseffektivitet, mulighed for genbrug af vand som skyllevand, eventuelt genbrug af vandets indhold af energi og kemikalier, eventuelt genbrug af koncentratmængden til opspædning af sort farve og minimering af mængden af kemikalieaffald. De økonomiske og tekniske konsekvenser ved disse teknologier bør dog vurderes nærmere på de enkelte virksomheder.