Genbrug af procesvand fra reaktivfarvning af bomuld

Resumé

Baggrund

Projektet Genbrug af procesvand fra reaktivfarvning af bomuld er et led i en større indsats for miljøforbedring i tekstilbranchen afviklet i 1990'erne og støttet af Rådet for genanvendelse og mindre forurenende teknologi.

Formål

Formålet med projektet har været at udvikle et koncept og en løsning til genbrug af procesvand fra reaktivfarvning af bomuld og at etablere et demonstrationsanlæg, der dokumenterer løsningen.

Farveteknologi

Projektet har fokuseret på reaktivfarvning af bomuld af flere årsager.

Dels fordi farvning af bomuld er den mest udbredte farvningsproces herhjemme og i udlandet, og fordi næsten al bomuldsfarvning er reaktivfarvning. Dels fordi reaktivfarvning af bomuld indebærer et stort forbrug af vand, energi og kemikalier og en stor spildevandsudledning, og fordi der på forhånd vurderedes at være et miljømæssigt forbedringspotentiale. Endvidere fokuserer projektet på batchfarvning, dvs. portionsvis farvning i modsætning til kontinuert farvning, fordi denne farveprocedure er den mest udbredte og forventeligt vil vinde større udbredelse fremover.

Renere teknologi koncept

Projektet har fulgt et overordnet koncept for indførelse af renere teknologi. Dette indebærer en prioriteret indførelse af miljøforbedringer efter følgende fremgangsmåde:

1) Optimering
hvor der først ses på muligheder for besparelser på vand, energi og kemikalier inden for rammerne af det eksisterende udstyr,

2) Modernisering
hvor der dernæst ses på mulighederne for forbedringer ved at ombygge eller udskifte gammelt udstyr,

3) Kemikaliesubstitution
hvor der ses på mulighederne for at erstatte miljøfarlige kemikalier med mere miljøvenlige og

4) Genvinding og genbrug
hvor der endelig ses på mulighederne for at genvinde og genbruge vand inklusive dets indhold af energi og kemikalier.

Gennemgangen af disse trin har affødt store optimeringer af farveprocedurerne før genbrugsløsningerne er introduceret.

Arbejdets omfang

Det viste sig tidligt, at der var store muligheder for optimeringer, og arbejdet med dette blev på et tidspunkt lagt ud som et særskilt projekt, der dokumenterede mulighederne for vand- og kemikaliebesparelser i fuldskala. Dette er afrapporteret i Miljøstyrelsen (1995).

Arbejdet med genvinding og genbrug har omfattet litteraturarbejde, laboratoriearbejde, pilotskalaarbejde og etablering af demonstrationsanlæg.

I alt er anvendt omkring 11 mandår i projektet inklusive ca. 5 mandår i form af eksamensarbejder ved højere læreanstalter og ingeniørteknika. Projektets offentligt finansierede budget svarer til ca. 4 mandår plus omkostninger til pilotskala- og demonstrationsskalaanlæg.

Test og valg af teknik

I alt er afprøvet fire teknikker til genvinding af vand, energi og kemikalier, nemlig kemisk fældning m. efterfølgende separation, membranfiltrering, adsorption på aktivt kul og inddampning. Et stort antal fældningskemikalier, membraner og aktivt kultyper er testet i laboratoriet, og det viste sig, at både fældning, membranfiltrering og aktivt kul adsorption er mulige løsninger. De bedst egnede kemikalier, membraner og kultyper er derefter udvalgt til test i pilotskala, og alle fire teknikker, inkl. inddampning, er grundigt undersøgt i pilotskala. Hermed etableredes et grundlag for valg af koncept og for dimensionering af demonstrationsskalaanlæg.

Den optimale løsning opnås ved at opdele procesvandet i to vandtyper, nemlig vandet fra selve farvebadet og det første skyllebad herefter i én vandtype, og alt efterfølgende skyllevand i en anden vandtype. Den første vandtype er ekstremt saltholdig og meget farveholdig, mens den an den er meget lidt saltholdig og kun moderat farvet.

Aktivt kuladsorption af farvebadet

Den meget høje saltkoncentration af farvebadet og første skyllebad umuliggør både kemisk fældning, membranfiltrering og inddampning.

Til gengæld fremmer saltholdigheden adsorptionen på aktivt kul og den høje farvestofkoncentration øger kullenes kapacitet, da adsorptionen er drevet af koncentrationen. Endvidere efterlader adsorptionen et vand uden farve, men med dets indhold af salte og termisk energi og muliggør dermed genbrug af vand, salte og energi i efterfølgende farvninger.

Membranfiltrering af skyllevandet

Det saltfri, men farveholdige, skyllevand kan behandles med alle fire teknikker. Imidlertid indebærer membranfiltreringen klare økonomiske og tekniske fordele frem for de øvrige teknikker, og gennem undersøgelserne er identificeret membraner, der er særdeles velegnede til at separere farvestofferne fra vandet og til at arbejde med de betingelser vandet stiller. Det har vist sig muligt og endog fordelagtigt at drive filtreringen ved høj temperatur (omkring 90°C), hvilket muliggør direkte genbrug af varmt vand. Dette er optimalt for skylleprocesserne, der viser sig kun at tage den halve tid, når alle skyl gennemføres ved den høje temperatur. Membranfiltreringen efterlader et farvefrit varmt vand og muliggør dermed genbrug af vandet med dets energiindhold.

Genbrug af farvebad

Genbrug af det behandlede farvebad er undersøgt i både pilotskala og fuldskala for et antal forskellige farverecepter, og det har i alle tilfælde vist sig muligt at genbruge vandet. Det bør bemærkes, at ikke alle typer recepter er undersøgt.

Genbrug af skyllevand

Skyllevandet er genbrugt i både pilotskala og fuldskala i et stort antal recepter i alle tilfælde helt uden problemer, og det konkluderes, at genbrug af skyllevandet er muligt uanset recept. En mindre gruppe kemikalier kan potentielt ødelægge membranerne herunder visse kationiske stoffer, der anvendes som blødgørere, og disse bør ikke tilledes membrananlægget. Miljømæssigt optimalt bør blødgøringen udføres »tørt«, dvs. pålægges tekstilbanen efter, at denne er taget ud af farvemaskinen, f.eks. ved påsprayning før tørringen.

Håndtering af remanens fra membranfiltreringen

Membranfiltreringen giver anledning til en remanens, hvori farvestoffer og øvrige komponenter er koncentreret. Volumen af denne remanens er i størrelseorden 1% af det oprindelige volumen af procesvandet, og denne vandmængde skal bortskaffes. Laboratorieforsøg har vist, at remanensen kan behandles ved udrådning i rådnetank. Dette medfører en fuld farvefjernelse og ingen negativ effekt på rådnetankens drift ved en remanenstilledning på 20% af den totale fødemængde til rådnetanken. Denne behandling er en miljømæssig forbedring i forhold til situationen i dag, hvor vandet med dets indhold af farvestoffer og hjælpekemikalier typisk tilledes konventionel aerob spildevandsbehandling, der kun giver anledning til omkring 50% farvefjernelse. Ved behandling af remanensen i rådnetank på renseanlæg sikres den både en anaerob behandling og en efterfølgende aerob behandling, idet væskefasen fra rådnetanken tilledes det aerobe anlæg. Analyser har 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 krav i slambekendtgørelsen til stofgrupperne PAH, LAS, DEPH og NPE, stofgrupper der kan optræde i de i branchen anvendte kemikalieprodukter, og for hvilke der ikke er analyseret i remanensen. Før en implementering af løsningen og behandling af remanensen i anaerobe reaktorer, bør sådanne analyser udføres. Men det bør bemærkes, at disse stofgrupper ved den beskrevne anerobe/aerobe behandling af remanensen sandsynligvis vil blive nedbrudt i større omfang end ved den nuværende areobe behandling af spildevandet, og nettoresultatet vil således sandsynligvis være en miljømæssig forbedring i forhold til den i dag anvendte behandling.

Alternativt kan remanensen afbrændes, enten direkte eller efter spraytørring eller adsorption på aktivt kul. Undersøgelse af dette har ikke indgået i projektet.

Håndtering af brugt aktivt kul

De forbrugte aktivt kulprodukter kan sendes til afbrænding.

Miljøvurdering

Den udviklede renere teknologiløsning er underkastet en såkaldt livscyklusvurdering. Membrananlægsdelen er vurderet meget detaljeret efter UMIP-metoden (Wenzel, H. et al., 1996), mens aktivt kuldelen er vurderet ved en overslagsberegning. Miljøvurderingen viser meget store miljøforbedringer, idet vandforbruget kan reduceres med mere end 90%, mens energiforbruget og dermed de energirelaterede miljøeffekter kan reduceres med omkring 70%. Hertil kommer en meget væsentlig reduktion af kemikalieforbruget til skylleprocesserne, idet detergenter og kompleksbindere helt kan undværes ved skyllene, mens saltforbruget til farvningen kan reduceres væsentligt.

Økonomisk vurdering

Membrananlægget udgør den væsentligste investering. De løbende driftsudgifter til anlægget vil være omkring 5 kr. pr. m³ skyllevand behandlet, og investeringen vil maksimalt udgøre 5 kr./m³ inklusive tanke og rør m.v., hvis den afskrives over 5 år. Set over en 5-årig afskrivningsperiode vil den samlede udgift derfor udgøre maksimalt 10 kr./m³.
Dette skal sammenholdes med en besparelse på vand og energi, der som gennemsnit for Ringkjøbing amt er omkring 27 kr./m³ (Kommunernes Landsforening (1995). Hertil skal lægges den økonomiske værdi af den tidsbesparelse på 50% af skylletiden (» 30% af den samlede tid til recepten), som brug af høj temperatur medfører. Denne værdi er vurderet til omkring 5-10 kr./m³. Således skal udgiften til behandling af vandet på maks 10 kr./m³ altså sammenholdes med en samlet besparelse på omkring 32-37 kr./ml som gennemsnit i Ringkjøbing amt. Ved en simpel beregning af tilbagebetalingstiden som investering delt med besparelse minus driftsudgifter fås en tilbagebetalingstid på omkring 8 måneder.

Aktivt kulanlægget udgør en væsentligt mindre investering. Udgifter til drift og investering og besparelse på vand, salt og energi er omtrent lige store, og en simpel tilbagebetalingstid er vurderet til ca. 5 år.

Demonstrationsanlæg

Et demonstrationsanlæg, der behandler vand fra 5 mindre jet-farvemaskiner, er etableret på Martensens Fabrik A/S i Brande, og driftserfaringerne er positive.