Central oparbejdning af galvanisk affald

Renere Teknologi Katalog

11. Omvendt osmose (RO)

11.1. Praktiske anvendelsesområder
11.2. Nye anvendelsesområder
11.3. Hvad er omvendt osmose?
11.4. Erfaringer, fordele og ulemper

11.1 Praktiske anvendelsesområder

Nedenfor er listet de dokumenterede anvendelsesområder for omvendt osmose (reverse osmosis = RO) inden for metaloverfladebehandling og andre tungmetalforurenende industrier.

• Opkoncentrering af nikkelskullevand (vandcirkulation + kemikaliegenvinding)
• Afsaltning af kemisk renset spildevand med vandcirkulation.

11.2 Nye anvendelsesområder

Omvendt osmose har mange potentielle anvendelsesmuligheder i forbindelse med recirkulation af skyllevand samt opkoncentrering og tilbageføring af udslæbte kemikalier fra procesbadene. Nogle fremtidige løsninger kunne være:

• Tilbageføring af kemikalier fra el-zinkbade, forchromningsbade og kobberbade
• Recirkulation af skyllevand med fotokemikalier
• Recirkulation af skyllevand fra textilfarvning.

11.3 Hvad er omvendt osmose?

Omvendt osmose er en filtreringsteknik, hvor man ved hjælp af en meget fin membran (0,001-0,0001mm) kan frafiltrere både ioner og opløste stoffer i vand. Membranen kan vælges med specificeret en porestørrelse. Det gælder for alle ioner, at de ikke kan tilbageholdes 100%. En vis del (1-6%) vil gå igennem membranen, og det afhænger såvel af molekylstørrelsen som af membranen. Ønskes en lav restkoncentration af ioner, kan det derfor være nødvendigt at anvende flere RO-anlæg i serie.

Membraner fremstilles i dag oftest af polyamid eller polysulfon, der kan arbejde i pH- området 2-12. Den filtrerede væske kaldes for permeatet, mens den tilbageholdte opkoncentrerede væske kaldes for koncentratet. I praksis opnås typisk et forhold mellem permeat- og koncentratmængden på 2:1 afhængig af saltkoncentration og membran.

En saltopløsning udøver et osmotisk tryk. Dette tryk skal overvindes, for at man fra en saltopløsning kan presse rent vand igennem en osmosemembran. Jo større saltkoncentrationen er, jo større osmotisk tryk skal overvindes for at få vand igennem membranen. I et RO-anlæg har man en højtrykspumpe, der kan give et nødvendige tryk (20-60 bar). Fluxen (permeatflowet) vil typisk være 50-100 l/mē/h.

Omvendt osmose har først og fremmest vundet udbredelse ved fremstilling af drikkevand ud fra saltvand samt ved fremstilling af afsaltet vand.

11.4 Erfaringer, fordele og ulemper

I dag anvendes RO-anlæg i stort antal til fremstilling af afsaltet vand i industrien. Det kører uproblematisk og er i dag billigere i drift end ionbytning, når der er behov for store mængder afsaltet vand. Som regel blødgøres råvandet først for at undgå kalkudfældninger i membranen.

Omvendt osmose har mange potentielle anvendelsesmuligheder inden for genvinding af kemikalier fra skyllevand ved metaloverfladebehandling og andre lignende processer. Derfor er det bemærkelsesværdigt, at der herhjemme er så få installationer. Forklaringen er nok, at omvendt osmose er en følsom proces, hvor der er stor risiko for, at noget kan gå galt. Hvis vi skal anvende omvendt osmose, skal anlægget kunne klare følgende krav:

• Membranen skal være kemisk modstandsdygtig over for de aktuelle kemikalier.
• Der må ikke udfældes kemiske forbindelser i membranen under opkoncentreringsprocessen.
• Den opkoncentrerede væske må ikke have for stort osmotisk tryk.
• Der må ikke være partikler i væsken, så membranen stopper til.

I praksis skal der være en effektiv forfiltrering før et RO-anlæg, men det er ikke nok til at forhindre tilstopning af membranen. Vandet vil kunne indeholde stoffer, der udfælder ved opkoncentrering, og dette må forhindres, hvis RO-anlægget skal fungere. Det kan f.eks. være udfældning af kalk, silikater eller tungmetalhydroxider. Løsningen kan eventuelt være en pH-justering til under 6, fjernelse af tungmetaller ved selektiv ionbytning før RO eller dosering af kemikalier, der forhindrer udfældninger.

Visse procesbade er aggressive over for membranerne. Det gælder f.eks. et chrombad, som ikke kan opkoncentreres med de membraner, der er på markedet i dag. De kan simpelt hen ikke tåle chromsyre.

Et cyanidisk zinkbad har så stort osmotisk tryk, at det ikke kan opkoncentreres med de gængse RO-anlæg. Derfor er metoden ikke anvendelig til genvinding af cyan-zinkbade, men den vil formentlig kunne anvendes på et surt zinkbad.

11..4.1 Genvinding af nikkelbad

Langt de fleste erfaringer er indhøstet ved opkoncentrering af kemikalier fra et nikkelbad. Badet består af nikkelsulfat, nikkelchlorid, borsyre og glansmidler. Alle disse komponenter kan tilbageholdes mere end 99%, og der er under normale forhold ingen tilstopningsproblemer med membranen. Et typisk genvindingssystem er vist på figuren.

Figur 10
Lukket skyllesystem efter nikkelbad med kemikaliegenvinding

Størstedelen af de udslæbte kemikalier fra nikkelbadet opsamles i sparskyllet, som løbende renses i et RO-anlæg. Permeatet bruges i det efterfølgende rindende skyl, hvorfra det løber videre til sparskyllet. Koncentratet bruges til opspædning af nikkelbadet til erstatning af fordampningstabet fra det varme bad (60’C). Overskydende koncentrat føres retur til sparskyllet.

Når man på den måde tilbagefører alle udslæbte kemikalier fra nikkelbadet vil man ofte få et problem med nikkelindholdet i badet. Erfaringen viser nemlig, at nikkelindholdet kan stige ud over den optimale værdi, selv om vi ikke tilsætter nye nikkelkemikalier. Det skyldes en stor opløselighed af nikkelanoder på grund af badets forholdsvis høje chloridindhold. Dette problem kan løses på flere måder.

I de fleste tilfælde kan man køre med lavere chloridindhold i badet, og det vil ofte være nok. En anden mulighed er at udfælde nikkel i en lille elektrolysecelle, der kører på en delstrøm af badet. En tredje mulighed er at kassere en mindre del af badet med passende mellemrum.

11.4.2  Afsaltning af kemisk renset spildevand

Det er muligt at anvende kemisk renset spildevand til skylleprocesser, hvor et højt saltindhold ikke spiller nogen afgørende rolle. Det vil f.eks. være ludkogerskyl, affedterskyl og bejdseskyl samt eventuelt dekaperingsskyl. I mange skylleprocesser kræves imidlertid vand med lavt saltindhold. Her er det muligt at afsalte vandet fra et kemisk renseanlæg ved hjælp af omvendt osmose, hvilket kan give betydelige vandbesparelser.

Såfremt en virksomhed både recirkulerer kemisk renset vand og afsalter noget af det kemisk rensede vand ved omvendt osmose, vil saltindholdet efterhånden blive højt i det kemiske rensede vand, som recirkuleres. Et indhold af opløste salte på 10-30 g/l vil kunne forekomme. Kun vand i form af koncentrat fra RO-anlægget behøver at udledes til kloak.

Når det meget saltholdige vand skal renses i et RO-anlæg, vil det som regel ikke være nok med et enkelt RO-anlæg, da permeatet ikke kan blive rent nok. Det vil stadig indeholde 100-300 mg/l. Derfor vil endnu en afsaltning af permeatet i et andet RO-anlæg være påkrævet.

Før afsaltning i RO-anlægget skal det kemisk rensede vand filtreres effektivt. Her vil en mikrofiltrering være særlig velegnet, men også filtrering med et hydroanthrasitfilter vil ofte være tilstrækkeligt. Herefter skal vandet konditioneres, før det ledes ind i RO- anlægget. Det kan være en pH-justering til under 6 eventuelt kombineret med en selektiv ionbytning af tungmetallerne. I stedet for ionbytningen kan eventuelt anvendes en kemisk konditionering med kompleksdannere, der forhindrer tungmetallerne i at udfælde som hydroxider.

RO-løsningen kan også kombineres med ionbytning. RO-anlægget kan f.eks. bruges til afsaltning af vandet fra eluatafgiftningen, og permeatet kan direkte genbruges, eller det kan eventuelt finrenses i ionbytningsanlægget før genbrug. Det vil give en meget lav belastning af ionbytteren. På den måde kan man lave kombinerede RO-løsninger på eksisterende virksomheder, der har kemisk rensning og ionbytning.