Central oparbejdning af galvanisk affald

Renere Teknologi Katalog

10. Nanofiltrering (NF)

10.1. Praktiske anvendelsesområder
10.2. Nye anvendelsesområder
10.3. Hvad er nanofiltrering?
10.4. Erfaringer, fordele og ulemper
10.5. Afsaltning af skyllevand
10.6. Regenerering af anodiseringsbad

10.1 Praktiske anvendelsesområder

Tabellen indeholder nogle udvalgte dokumenterede anvendelsesområder for nanofiltrering (NF) inden for metaloverfladebehandling og andre tungmetalforurenende industrier.

• delvis afsaltning af skyllevand
• fjernelse af aluminium fra anodiseringsbad
• opkoncentrering af chromateringskemikalier i skyllevand

10.2 Nye anvendelsesområder

Nanofiltrering er en ganske ny membranfiltreringsproces, der utvivlsomt vil vinde stadig større udbredelse inden for området "tungmetalholdigt spildevand". Metoden giver nye muligheder for at fjerne og separere stoffer og ioner. Det giver mulighed for at lave en mere eller mindre fuldstændig afsaltning af vand. Tungmetaller og proceskemikalier kan opkoncentreres i skyllevand, og de koncentrerede kemikalier kan føres tilbage til procesbadet, og det rensede skyllevand vil ofte kunne genbruges til skylning.

Man vil i flere tilfælde med fordel kunne kombinere NF med RO eller UF. Det giver nye muligheder for at løse problemer, som hidtil ikke har kunnet løses.

10.3 Hvad er nanofiltrering?

Nanofiltrering er ligesom omvendt osmose en filtreringsteknik, hvor man anvender en meget fin organisk polymer membran (0,001-0,01µ). Polymermaterialet har en sådan sammensætning, at membranen principielt tilbageholder divalente og trivalente ioner (fx. MgSO4) samt store molekyler. Monovalente ioner og små molekyler med en molvægt under 200 vil typisk kunne gå igennem en nanofilter membran.

Divalente ioner kan under visse omstændigheder også passere membranen sammen med monovanlente ioner af modsat elektrisk ladning, såfremt der ikke er monovalente ioner til at ledsage den monovalente ion. Det forholder sig således, at der altid vil passere lige mange positive og negative ionladninger igennem membranen, så der er elektrisk neutralitet på begge sider af membranen. Derfor kan det undertiden være vanskeligt helt præcis at forudse, hvilke ioner der holdes tilbage af en NF-membran i en given vandig opløsning.

Afhængig af membrantypen vil en vis brødel af salte og organiske molekyler tilbageholdes af membranen. Ønskes en stor tilbageholdelsesgrad, må man enten finde den rette membran til opgaven, eller man kan blive nødt til at anvende flere membraner i serie. Det må normalt tilrådes at afprøve forskellige membraner til en opgave, før der etableres et fuldskalaanlæg.

NF-membraner består typisk af "udfældede" polymeroverflader på materialer af polysulfon eller polyethersulfon. Disse materialer kan tåle pH-værdier fra 0,5 til 13. Membranerne kan være spiralvundne, rørmembraner eller plader.

NF kræver betydeligt lavere pumpetryk end RO. En opløsning med 2000 mg/l ved 5 bar vil typisk give 60% tilbageholdelse af natriumchlorid, 80% tilbageholdelse af af calciumbicarbonat samt 98% tilbageholdelse af magnesiumsulfat og glucose. NF arbejder ved betydeligt lavere tryk en RO med betydelig større flux (l/m².h). Derfor er NF normalt en væsentlig billigere proces at anvende.

10.4 Erfaringer, fordele og ulemper

Der findes kun få NF-anlæg installeret på danske virksomheder endnu. Et af de største driftsproblemer er membrantilstopning (fouling), som altid er en risiko ved alle typer membranfiltreringsprocesser. Derfor skal man på forhånd prøve at gardere sig imod tilstopninger, og man skal have en kemiske renseproces til rådighed, så membranerne kan renses med passende mellemrum, inden de stopper helt til.

Ligesom ved omvendt osmose skal en række forhold være i orden, når man skal anvende NF:

• Membranen skal være modstandsdygtig over de de aktuelle kemikalier i vandet. Det kan få betydning for, hvor stor opkoncentreringsgrad, der kan accepteres.

• Det må ikke udfældes kemiske forbindelser i membranen under opkoncentrerings-processen. Konditionering af vandet kan være derfor være påkrævet.

• Der må ikke være partikler i vandet, så membranen stopper til. Forfiltrering kan være nødvendigt.

10.5 Afsaltning af skyllevand

Postevand og skyllevand fra en galvanisk proces kan normalt ikke afsaltes fuldt ud ved NF, idet man hovedsagelig fjerner de divalente og trivalente ioner, mens de monovalente ioner (fx. NaCl) løber igennem membranen. Derfor kan det være nødvendigt at kombinere NF med RO, hvis der ønskes lavt satindhold (lav ledningsevne) i det behandlede vand. I visse tilfælde vil vandet fra NF dog kunne bruges til skylning uden efterbehandling. Det må nøje overvejes i hvert enkelt tilfælde.

10.6 Regenerering af anodiseringsbad

NF kan anvendes til løbende fjernelse af aluminium fra et svovlsyre anodiseringsbad. NF tilbageholder hovedparten af badets aluminium og kun lidt svovlsyre. En lille smule aluminium løber igennem membranen sammen med det meste svovlsyre. På den måde genvinder man størstedelen af svovlsyren, og man undgår at skulle kassere hele badet. Det fjernede aluminium opsamles i en halvkoncentreret opløsning, der kan behandles i virksomhedens eget renseanlæg eller afleveres til Kommunekemi.

Figur 8
Rensning og regenerering af svovlsyre anodiseringsbad

10.6.1 Opkoncentrering af chromateringskemikalier

Det er normalt en god renere teknologi praksis at opsamle udslæbte badkemikalier i et sparskyl eller ved modstrømsskylning i flere trin og føre det opkoncentrerede skyllevand tilbage til procesbadet. Ved chromateringsbade kan det være vanskeligt at anvende denne teknik, fordi chromateringsprocessen fortsætter i skyllevandet, hvis det bliver alt for koncentreret. Det kan derfor være vanskeligt at styre selve chronateringen, når processen fortsætter, når emnerne nedsænkes i skyllekarret.

Et andet problem er, at chromateringsbadet ikke i det uendelige kan tåle tilførsel af de opsamlede badkemikalier, da koncentrationen af urenheder vil stige (Zn⁺² og Cr⁺³). Derfor må man enten acceptere en hyppigere kassering af badet, når der er tilbageførsel, eller der må etableres en eller anden form for badrensning, for at fjerne urenhederne. Det optimale er, at regenere badet ved at fjerne fremmedmetaller og oxidere Cr⁺³ tilbage til chromat.

Ved forzinkning og gulchromatering kan udslæbet fra procesbadet været meget stort - specielt når der køres tromlevarer. Udslæb af chrom til skyllevandet kan være helt oppe på 65%, mens kun 15% ender på varerne. Det viser betydningen af at opfange og genanvende det udslæbte chrom.

I fig 9 er vist et koncept fra Union Filtration, hvor der først sker en opkoncentrering af udslæbte chromateringskemikalier i et 3-trins modstrømsskyl, hvorefter det koncentrerede 1. skyl renses ved NF/RO. Koncentratet føres retur til chromateringsbadet (inddampning kan måske blive nødvendigt), mens permeatet bruges som skyllevand i systemet. Systemet har dog ikke indbygget nogen form for badrensning, så badlevetiden vil være forholdsvis kort.

Et særlig problem er membranernes modstandsdygtighed over for chromateringskemikalier. Man har i dag membraner, der kan modstå chromsyreopløsninger af moderat styrke, men de holder ikke så længe som normalt. Det sætter en overgrænse for, hvor stor opkoncentrering, der bør anvendes ved denne løsning. Man kan risikere, at der må skiftes membran med 3-6 måneders mellemrum mod normalt 2-4 år. Det er en driftsudgift, der må medtages ved en total vurdering af metodens anvendelighed.

Figur 9
Lukket skyl med genvinding af udslæbte kromateringskemikalier.