Genbrug af procesvand fra reaktivfarvning af bomuld

6. Genbrug af vand, energi og kemikalier

6.1 Genbrug af skyllevand
6.2 Håndtering af remanens
6.3 Genbrug af farvebad

6.1 Genbrug af skyllevand

Det genvundne skyllevand er genbrugt som skyllevand i et stort antal forskellige recepter uden problemer. Kvaliteten af den farvede vare var fuldt den samme som ved brug af frisk vand, og såvel nuancer som vaske- og gnideægtheder var uændrede. Varen solgtes for alle recepter til kunden som normalt. Der henvises til delrapport 2 og 11 for en nærmere gennemgang.

Recepter

Membranfiltrering og vandgenbrug testedes både på de aktuelle recepter og på den optimerede recept (Tabel 2), og i alle tilfælde var vandgenbruget problemfrit. Ved brug af den optimerede recept med varme skyl kunne tidsforbruget til skylleproceduren reduceres til det halve af det normale tidsforbrug.

Genbrugsgrad

Vandet har været genbrugt flere gange, og der er ikke set et loft for, hvor mange gange det kan genbruges. Ved brug af den åbne omvendt osmose membran er vandet så rent som frisk vand - oven i købet er det blødgjort efter membranfiltreringen. Ved vandgenbruget spares således også blødgøring af vandet.

6.2 Håndtering af remanens

Skyllevandet vil med de konventionelle recepter typisk indeholde farvestofhydrolysat, acetat, detergenter og kompleksbindere. Disse stoffer udledes under sædvanlige betingelser med spildevandet typisk til en konventionel aerob biologisk rensning. En delmængde af stofferne nedbrydes under rensningen, en delmængde adsorbere til slammet og en delmængde udledes med vandet efter rensningen. Til forskel herfra findes procesvandets indholdsstoffer efter membranfiltreringen koncentreret i en meget lille vandmængde, og det åbner mulighed for at tilrettelægge en miljømæssigt bedre håndtering af stofferne.

Tredelt strategi for remanenshåndtering

Reaktivering af farvestoffer

Teoretisk er det muligt at reaktivere de hydrolyserede farvestoffer, og remanensen fra membranfiltrering og inddampning kan derfor i princippet genbruges til farvning. Det ville kræve, at vandet behandles fra én recept ad gangen, således at hver nuance kunne holdes for sig.
Endvidere ville det betyde, at de reaktiverede farvestoffer skulle genbruges i den kombination, hvori de forekommer i recepten; recepten kombinerer nemlig typisk flere farvestoffer for at ramme den ønskede nuance. Man ville med andre ord ikke få rene enkeltstoffer ud af en reaktivering.

Reaktivering og genbrug af remanenser ville derfor kræve en tæt styring af vandstrømme og membranfiltrering og et tæt samarbejde mellem farveri og farvestofproducent, og det ville kræve, at farveriet var i stand til at farve med de aktuelle farvestofblandinger. Det sidste ville kræve noget ekstra erfaring, fordi det ikke vil være kendt på forhånd, hvilke mængder af de forskellige farvestoffer, der er tilbage i remanensen.
Farvestofferne har nemlig forskellige fikseringsprocenter, så mængdeforholdet i den oprindelige dosering er ændret efter udvasken.

Remanenserne kunne muligvis blandes til en gennemsnitlig sort nuance før eller efter reaktiveringen, således at den tætte styring dermed kunne undgås.

En reaktivering ville sandsynligvis kræve, at remanensen ikke indeholder for meget detergent og kompleksbinder. Dette kunne imidlertid opnås med den optimerede recept, som før beskrevet.

Reaktivering og genbrug er således teoretisk muligt efter membranfiltrering eller inddampning. Selv om den teoretiske mulighed foreligger besluttedes det imidlertid i projektet, at det på nuværende tidspunkt er urealistisk at gå videre med. Derfor søgtes andre løsninger.

Nyttiggørelse af stoffernes energiindhold

Muligheden for anaerob nedbrydning af remanensen fra membranfiltrering og af bundfaldet fra kemisk fældning undersøgtes i laboratoriet. Litteraturen refererede undersøgelser, der pegede på, at anaerob nedbrydning var mulig, og at fuld farvefjernelse kunne opnås, og det skulle bekræftes i projektet. Der henvises til delrapport 16 for en nærmere gennemgang af arbejdets omfang.

Udrådning

Der opstilledes et forsøgsprogram med fire 10 liter rådnetanke i laboratorieskala. Én tank blev drevet som en normal rådnetank med almindeligt kommunalt spildevandsslam, den tjente som reference. De tre andre tilførtes 80% kommunalt spildevandsslam og 20% af henholdsvis membranfiltreringsremanens, polymerfældet bundfald og bundfald fra fældning med metalsalt. Under forsøgene fulgtes COD-fjernelsen og biogasdannelsen, og farveindholdet i vandet efter udrådningen undersøgtes. Rejectvandet fra rådnetankene testedes endvidere for evt. inhiberende virkning på efterfølgende aerob behandling i traditionelt renseanlæg.

Ingen negativ effekt på rådnetanken eller på aerobe processer

Resultaterne viste, at alle tre rådnetanke med remanens henholdsvis bundfald havde samme COD-fjernelse og biogasdannelse som referencen. Der kunne altså ikke ses nogen negativ effekt af tilførslen af farvestofhydrolysatet som remanens eller bundfald. Ligeledes observeredes ingen negativ effekt af rejectvandet på aerob respiration af slam fra renseanlæg

Farvefjernelse

Hvad angår tilstedeværelsen af farvestofhydrolysat efter udrådningen var resultaterne forskellige. Ved udrådning af remanensen fra membranfiltrering blev farven fjernet fuldstændigt. Farvestofferne var altså helt eller delvist nedbrudt, mest sandsynligt kun delvist, da blot en reduktion af azobindingen vil føre til farvefjernelse. Ligeledes var der også fuld farvefjernelse ved udrådning af bundfaldet fra metalsaltfældningen.

Men for det polymerfældede farvestofhydrolysat var væsken farvet efter den samme udrådningstid som anvendt i de øvrige rådnetanke.
Årsagen til dette er sandsynligvis, at farvestoffet i bundfaldet er beskyttet af polymeren, der først skal nedbrydes, før farvestoffet bliver tilgængeligt for bakterierne. Derfor behøver en sådan nedbrydning længere tid end for de øvrige to.

Resultaterne af farvemålingerne efter udrådningsforsøgene kan ses af Figur 37.

Figur 37. Spektrofotometrisk scanning af filtreret prøve ved indløb i rådnetanken (venstre) og i udløb fra rådnetanken (højre)

Det ses af venstre side i Figur 37, at kun remanensen fra membranfiltreringen viser farvestofindhold på opløst form i væsken, med en absorbans ved 600 nm. Det er som forventet, fordi farvestofferne for de to øvrige er bundfældet og derfor ikke findes på opløst form i væsken. Af den højre side i Figur 37 ses det, at der ikke er farvestof i udløbet fra rådnetanken, der behandler remanens fra membranfiltreringen; farvestoffet er altså her nedbrudt. For polymerbundfaldet ses derimod, at der i udløbet nu findes farvestof til stede. Noget må altså være gået i opløsning, sandsynligvis fordi polymeren nedbrydes under udrådningen, mens farvestoffet ikke er nået at blive fuldt nedbrudt, fordi polymerbindingen forsinker nedbrydningen. En forlænget nedbrydningstid vil med al sandsynlighed resultere i, at farven også fjernes fuldt ud for dette bundfald.

Koncentrater overholder krav til tungmetaller

Koncentratet skal i sig selv overholde slambekendtgørelsens grænseværdier (Miljøstyrelsen, 1996) før sammenblanding med andet i f.eks. en rådnetank. I Tabel 15 er analysedata for tungmetaller i et tilfældigt koncentrat fra membranfiltrering angivet - koncentratet er opnå et ved sammenblanding af mange forskellige skyllevandstyper fra reaktivfarvning af bomuld, der er opkoncentreret ca. 20 gange.

Tabel 15. Tungmetalanalyser fra 20 gange opkoncentreret skyllevand fra reaktivfarvning

Beregninger foretaget på analysedata i Tabel 15 for koncentratets sammensætning og dets tørstofindhold viser, at indholdet af tungmetaller ligger meget langt under slambekendtgørelsens krav. Der er i projektet ikke analyseret for de 4 stofgrupper PAH, LAS, DEPH og NPE, som også omfattes af krav i slambekendtgørelsen, og det er derfor ikke muligt at vurdere om remanensen overholder kravene til disse.

Gasproduktion som på godt kørende biogasanlæg

På fællesanlæg ligger gasproduktionen typisk på 30-50m³ biogas/ton biomasse, og kun ganske få anlæg har en gennemsnitlig gasproduktion på omkring 100m³/tons biomasse. Ved laboratorieforsøgene med udrådning af 20% koncentrat fra membranfiltrering af tekstilprocesvand blandet med råslam blev opnået en biogasproduktion på ca. 80m³ biogas/tons biomasse. Gasproduktionen lå således på et niveau svarende til et godt kørende biogasanlæg.

Reduceret miljøbelastning

På et renseanlæg udledes væskefasen fra rådetankene, dvs. fra slamafvandingen, til indløbet i renseanlægget, hvorefter det passerer gennem den konventionelle aerobe rensning i anlægget. På den måde får farvestofhydrolysaterne og de øvrige indholdsstoffer i remanensen altså både en anaerob og en aerob behandling, hvis de tilføres rådnetanken.
Dette er i modsætning til situationen i dag, hvor de tilledes spildevandet og kun får en aerob behandling for størstepartens vedkommende, og en stor del fortsætter unedbrudt med vandfasen i afløbet fra renseanlægget.

Analyser har som nævnt vist, at remanensen overholder slambekendtgørelsens krav for tungmetaller (Miljøstyrelsen, 1996), hvilket er en betingelse for tilledning til rådnetanke og efterfølgende jordbrugsanvendelse af slammet. Der foreligger som nævnt krav i slambekendtgørelsen til PAH, LAS, DEPH og NPE, stofgrupper der kan optræde i de i branchen anvendte kemikalieprodukter og for hvilke der ikke er analyseret i remanensen. Inden tilledning til rådnetank bør remanensen analyseres for disse stofgrupper. Det bemærkes, at stofferne ved den beskrevne anerobe/aerobe behandling af remanensen sandsynligvis vil blive nedbrudt i større omfang end ved den aktuelle areobe behandling alene, men forholdet bør undersøges nærmere.

Sammenblanding af remanensen med kommunalt slam vil forudsætte, ud over at remanensen kan overholde alle slambekendtgørelsens grænseværdier, at renseanlægget godkendes som affaldsbehandlingsanlæg særskilt efter miljøbeskyttelseslovens kapitel 5 samt at der søges om tilladelse til udspredning på landbrugsjord for det samlede slam.

Energiudvinding og bedre nedbrydning

Den miljømæssige gevinst i at tilføre remanensen til rådnetanken er altså dels, at den anaerobt nedbrydelige del af COD-indholdet i remanensen nyttiggøres som energi (bliver til biogas) dels, at den samlede nedbrydning bliver bedre, og at farve i afløbet elimineres.

Forbrænding

Som et alternativ til udrådning i rådnetanke kunne remanensen afbrændes, f.eks. ved at anvende den som støvbinder på kulbunkerne ved kufyrede kraftværker - i dag anvendes vand. Indholdsstofferne i remanensen er ikke flygtige, og denne anvendelse vurderes umiddelbart ikke at give anledning til lugtproblemer, et forhold der dog i givet fald bør vurderes nærmere. Kraftværkerne har røggasrensning og genbrug af asken.

Afbrænding på affaldsforbrændingsanlæg eller slamforbrændingsanlæg er også en mulighed, men remanensen bør før en sådan løsning inddampes eller evt. tørres til positiv brændværdi.

Som sidste mulighed er en aflevering til Kommunekemi en miljømæssig acceptabel løsning indtil de øvrige metoders tekniske og juridiske grundlag er skabt. Før en aflevering til Kommunekemi kan blive økonomisk acceptabel er det nødvendigt at inddampe remanensen til positiv brændværdi.

6.3 Genbrug af farvebad

Det saltholdige vand efter aktivt kul adsorption af farvebadet og første skyl blev forsøgt brugt til farvning igen, både i laboratorie- og fuldskala. I begge tilfælde med gode resultater.

»All-in« farvning

Der stilles andre betingelser til fremgangsmåden i farvningen, når saltet findes i flotten på forhånd, for i mange farvninger doseres saltet netop for at styre påtrækningen af farve. Nogle recepter er lettere end andre at styre i en såkaldt »all-in«-farvning, hvor saltet doseres fra starten før farvningen påbegyndes. For de testede recepter er det gået godt, men det skal understreges, at langtfra alle typer recepter er prøvet, og der kan eksistere nogle, for hvilke det er vanskeligt. Imidlertid er det relativt nemt at opkoncentrere vandet til en mere koncentreret saltholdig væske enten ved inddampning eller membranfiltrering, og i farvningen kan der doseres med et sådant saltkoncentrat, så påtrækningen styres på denne måde. Det er ikke prøvet i projektet.

6.3.1 Laboratoriefarvninger

Farvemaskine

Farvningsforsøgene udførtes på en laboratoriefarvemaskine af mærket Roaches Pyrotec IR hos DTI Beklædning og Textil, Herning. Der henvises til delrapport 14 for en nærmere gennemgang af arbejdets omfang.
De udvalgte reaktive farvestoffer er valgt med henblik på at dække spektret af farvestoffer, der anvendes i praksis, bedst muligt.

Farvestoffer

Reaktivfarvestoffer nævnt i Tabel 16 er valgt.

Tabel 16. Reaktivfarvestoffer til indfarvningsforsøg i laboratoriet med genbrugsvand

For hvert af de 11 farvestoffer er der udført 6 farvninger, idet der er udført farvning i en lys og en mørk nuance, og for disse 2 nuancer er der udført farvning under 3 forskellige betingelser:

1. Rent vand tilsat farvestof, natriumhydroxid og salt ifølge normalrecepten (omtales efterfølgende som normalprøven).
    
2. Rent vand tilsat farvestof, natriumhydroxid og salt i samme koncentrationer som i forsøgsfarvningen med renset produktionsspildevand (omtales efterfølgende som analogprøven).
    
3. Renset produktionsspildevand tilsat farvestof (omtales efterfølgende som spildevandsprøven).

Koncentrationerne i 2) og 3) er således de samme, hvorimod 1) følger normalrecepten. Der blev benyttet et flotteforhold på 1: 10 (dvs. 1 del tekstil til 10 dele flotte, beregnet på vægtbasis).

Tekstilvare

Som tekstilmateriale er anvendt en 100% strikket bomuldsvare af typen Isoli.

Processer

Der blev udført afvisningsforsøg med 2 forskellige processer. Der blev dels anvendt en all-in-proces, hvor farvestof og alle kemikalier tilsættes farveflotten fra starten, og dels blev der anvendt en proces, hvor natriumhydroxiden tilsættes ad flere gange. Sidstnævnte proces blev kun udført med farvestofferne Cibacron Blau C-R, Cibacron Rot C-R, Remazol Brillantblau BB neu fl. 33 samt Remazol Rot F3B fl. 25.

Bedømmelse af indfarvningerne

Til bedømmelse af indfarvningernes kvalitet er der udført vaskeægthedstest samt gnideægthedstest, ligesom egaliteten (indfarvningens ensartetheden) er bedømt.

Ægthed

Ægthederne er gennemgående pæne, og der er ingen eller kun meget lille forskel på ægthederne for spildevandsprøverne og de tilsvarende normal- og analogprøver.

Egalitet

Egaliteten på de indfarvede prøver er derimod ringe, idet en stor del af prøverne er skjoldede. Der er imidlertid ingen generel tendens til, at spildevandsprøverne er enten mere eller mindre skjoldede end normal- og analogprøverne. Den ringe egalitet må derfor tilskrives processen og muligvis den manglende forbehandling.

Konklusion

Forsøgene viser således ingen tegn på, at det er dårligere at farve i oprenset reaktivfarvebadsprocesvand end i rent vand.

Omvendt viser forsøgene heller ikke, at det er muligt af udføre en tilfredsstillende indfarvning, hvor der ikke optræder skjolder i den færdige tekstilvare, med anvendelse af rensede farvebade. Men den manglende dokumentation for dette skyldes som nævnt sandsynligvis den anvendte fremgangsmåde i laboratorieforsøget snarere end brugen af renset farvebad.

6.3.2 Farvning i fuldskala

Farvemaskine

Farvningerne er udført på en lille produktionsmaskine af typen minijet hos Martensens Fabrik A/S, Brande. Der henvises til delrapport 15 for en nærmere gennemgang af arbejdets omfang.

Reaktivfarvestoffer nævnt i Tabel 17 er anvendt, idet alle 4 farvestoffer er gengangere fra laboratorieforsøgene.

Tabel 17. Reaktivfarvestoffer til indfarvningsforsøg i fuldskala med genbrugsvand

Recept/kemikalier

Ud over farvestofferne er der som kemikalier anvendt salt, natriumhydroxid og soda. Farvningerne er så vidt muligt udført efter farveriets normale recepter. På grund af det rensede vands saltindhold og høje pH har det dog været nødvendigt at tilpasse disse recepter i form af tilsætning af salt, natriumhydroxid og soda. Ligeledes var det nødvendigt med tilpasning af hastigheden, hvormed farvestoffet tilsættes, samt af opvarmningen.

Flotteforhold

Flotteforholdet varierede mellem 1:14 og 1:20.

Tekstilvare

Der anvendtes en 100% strikket bomuldsvare.

Bedømmelse af indfarvningerne

Til bedømmelse af indfarvningernes kvalitet er der udført vaskeægthedstest samt gnideægthedstest, ligesom egaliteten og muligheden for at opnå den ønskede nuance er bedømt.

Ægtheder

De opnåede ægtheder er fine. På en skala fra 1 til 5, hvor 5 er bedst, er vaskeægthederne således bedømt til fra 4-5 til 5, tør gnideægthed fra 4 til 5 og våd gnideægthed fra 2-3 til 4-5.

Med en enkelt undtagelse for den ene våde gnideægthed, der ligger på 2-3 (Cibacron Rot C-R), må ægthederne således siges at opfylde de minimumskrav, som i branchen normalt anses for acceptable. Det skal dog understreges, at større krav til ægthederne også kan forekomme.

Egalitet

Egaliteten for de filtre farvninger er god, idet der er opnået en jævnfarvning uden skjolder.

Nuance

Det har vist sig muligt at ramme den ønskede nuance uden større besvær end ved en normal farvning.

Konklusion

Det er med forsøgene således vist, at det er muligt at udføre en tilfredsstillende fuldskalafarvning med renset procesvand.

6.4 Mikrobiel vækst i genbrugsvand

Det er kendt fra andre industrigrene, bl.a. papirindustrien, at der kan opstå problemer med mikrobiel vækst i rør- og tanksystemer til genbrugsvand. Når vandet får tilstrækkelig lang opholdstid i systemet omsættes dets indholdsstoffer mikrobielt, og det kan medføre problemer i form af lugt og dårlig vandkvalitet.

Steriliserede procesvand

Det vurderes imidlertid ikke særligt sandsynligt, at genbrug af procesvandet fra bomuldsfarvningen giver problemer med mikrobiel vækst i systemerne, idet begge vandtypers karakter vanskeliggør vækst. Farvebadets meget høje saltholdighed og pH er i sig selv steriliserede og skyllevandets høje temperatur tilsvarende. Endvidere er membrananlægget en effektiv barriere for både mikroorganismer og eventuelle stoffer, som de skulle leve af, hvorfor permeatsiden af vandsystemet under alle omstændigheder vil være stort set steril.

Hvis skylleprocesserne drives efter den optimerede recept ved 90°C vil vandet være sterilt også på procesvandssiden af membrananlægget. Hvis de konventionelle recepter derimod anvendes, vil vandet i procesvandstanken have en gennemsnitstemperatur omkring 45°C, og med indhold af acetat og detergenter vil der kunne opstå vækst i procesvandstanken.
Dette vil imidlertid relativt enkelt kunne styres ved at tømme tanken helt en gang imellem og tillede nogle af de forhåndenværende 90°C bade for at sterilisere den. Rørsystemerne op til tanken vil automatisk jævnligt blive steriliseret, fordi de skylles igennem af forskellige bade med høj temperatur og høj pH.

Gennem perioden med både pilotskala-drift og demonstrationsskala-drift er der ikke set vækst i systemerne.