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

Reduktion af miljøbelastningen fra tøjvask

4 Tekniske aspekter af blødgøring af vand til husholdninger

  
Indledning

Da det i de 2 forudgående kapitler har vist sig, at forudgående blødgøring af middelhårdt og hårdt vand vil medføre en betydelig reduktion i forbruget af vaskemidler, er det relevant at undersøge, om det er teknisk og økonomisk muligt at implementere blødgøring i vaskemaskiner. I dette kapitel gennemgås de tekniske aspekter af blødgøringsanlæg i/ved vaskemaskiner, og i næste kapitel gennemgås de økonomiske aspekter.

Oplysningerne i dette kapitel er tilvejebragt via litteraturstudier, samtaler med producenter af vaskemaskiner og blødgøringsanlæg, forhandlere af reservedele til hårde hvidevarer og reparatører.

Kompleksbindere i vaskemidlerne

Den form for blødgøring af vaskevandet, der i øjeblikket anvendes til husholdninger, er kemisk behandling, idet vaskemidlet indeholder kompleksbindere. Metoden indebærer, som beskrevet i afsnit 1, væsentlig overdosering af tensider i områder med middelhårdt og hårdt vand.

Separat dosering af kompleksbindere

Vandets indhold af calcium og magnesium kan bindes ved separat tilførsel af kompleksbindere i mængder, som modsvarer vandets hårdhed. Derved kan de overfladeaktive stoffer doseres mere præcist. Denne løsning er prøvet i en manuel udgave, som en komponent i det såkaldte byggeklodssystem, opbygget af 2 til flere "byggeklodser", fx blegemiddel, vaskemiddel og kompleksbindere. Hver "klods" doseres manuelt i et forsøg på at dosere efter hver vasks specifikke behov. Forbrugerstyrelsen har udført en undersøgelse af separat dosering af kompleksbindere, som viste, at metoden er effektiv, men generelt dyrere end hvis der kun anvendes vaskemiddel. (Kraybørre, 1998). Metoden er tidskrævende for brugeren og kræver desuden indsigt i hver "klods'" egenskaber. Derfor har metoden ikke vundet betydelig udbredelse i noget land (Stamminger, 1998; Klonteig, 1998; Ramsing, 1998, Mc Grail, 1998).

Høj pH

Vandets indhold af calcium og magnesium kan også kemisk udfældes som hhv. kalk og magnesiumhydroxid ved at hæve pH. Den efterfølgende separeringsproces kræver en bundfældnings eller filtreringsenhed, samt evt. en justering af pH. Metoden er derfor ikke anvendelig som forbehandling i private husholdninger.

4.2 Termisk behandling

Metoden

Vandets hårdhed kan fjernes delvist ved opvarmning til min. 70 ºC. Ved opvarmning vil vandets indhold af CO₂ forsvinde ved afgasning og ligevægten mellem bikarbonat og CO2 forskydes mod højre:

2HCO₃^- Û CO₃ ^-- + CO₂ + H₂O

Efterhånden vil indholdet af CO3-- være så højt, at koncentrationen af calciumkarbonat overskrider opløseligheden, og kalk bliver udfældet. Denne udfældning svarer til det, der kaldes forbigående hårdhed eller bikarbonathårdhed.

Metoden kræver et væsentligt energiforbrug samt omfattende rutiner for fjernelse af kalkbelægninger i opvarmningsenheden ved hjælp af kemikalier. Metoden er derfor ikke relevant i dette projekt, der tilsigter nedsat miljøbelastning.

4.3 Ionbytning

Metoden

Som navnet indikerer, er ionbytning en proces, hvor ioner, der er fastholdt på overfladen af et fast stof (ionbytter-materialet), skifter plads med ioner med tilsvarende ladningsfortegn i en væske, som er i kontakt med ionbyttermaterialet.

Den basale reaktion ved en ionbytningsproces kan sammenlignes med en kemisk reaktion. En ionbytter indeholder fra starten den positive ion A+, som bliver fastholdt af den negative gruppe R- i ionbytteren. Når væsken, som indholder den positive ion B+, passerer ionbytteren, vil der opstå en ligevægt mellem de to positive ioner og ionbytteren:

B+ + (R-)A+ Û A+ + (R-)B+

Ligevægten vil forskydes til den ene side afhængigt af ionernes koncentration og elektrostatiske affinitet til ionbytteren. I praksis vil divalente ioner hurtigt overtage pladsen i ionbytteren fra monovalente ioner.

Den mest udbredte anvendelse af ionbytning er fjernelse af hårdhed (Ca2+ og Mg2+-ioner) fra vand anvendt i industrien og husholdninger. Blødgøringen resulterer i udskiftning af calcium- og magnesiumioner med natrium-ioner (Na+).

Langt de fleste ionbyttere er opbygget med en syntetisk ionbyttermasse (resin).

Regenerering af ionbyttere kan foregå på forskellige vis (dette benyttes også til at opdele kommercielle ionbyttere i typer):

Typerne opdeles efter grad af automatisering

Manuel type: Ionbyttere af denne type kræver, at brugere starter nogle eller alle funktionerne under normal drift. Dette kan omfatte skift til og start af returskylning, regenerering, rensning og normal drift.

Semi-automatisk type: De mere komplicerede systemer kræver, at brugeren alene starter proceduren for regenerering. Systemet gennemfører herefter selv en cyklus med skift til og start af returskylning, regenerering, rensning og normal drift.

Automatisk type: Den fuldautomatiske type er udstyret med en timer, flowmåler, ledningsevnemåler eller en hårdhedsmåler, der igangsætter og gennemfører proceduren for regenerering.

Ionbyttere i opvaskemaskiner har givet erfaringer med ionbyttere i husholdninger

Uanset hvilken type, der kan komme på tale til husholdningsmaskiner, indebærer alle typer, at der som minimum tilsættes salt. Service- og salgsfolk indenfor branchen har i forbindelse med ionbytning en væsentlig erfaring: Jo mere en maskine skal kunne, des større servicefrekvens. Især når der stilles krav om drift, bl.a. i form af tilsætning af salt (Herskov m.fl., 1998).

En anden negativ erfaring med ionbytning i opvaskemaskiner er, at opvaskemidlerne indeholder så meget kompleksbinder, at den samlede koncentration af salte bliver så høj, at det tærer glas og bestik. Hårdheden beskytter mod denne type tæring. Det er vigtigt at forebygge dette problem i vaskemaskiner, enten ved forøget kommunikation mellem vaskemaskine- og vaskemiddel-producenter, kravsspecifikation som nævnt i kapitel 6, eller andet.

Det teknologiske stade for ionbyttere til opvaskemaskiner kan overføres direkte til vaskemaskiner

Bortset fra ovennævnte negative erfaringer med ionbyttere i opvaskemaskiner vil den opnåede teknologiske viden kunne overføres direkte til vaskemaskiner, idet ionbyttere til opvaskemaskiner umiddelbart vil kunne bruges til vaskemaskiner (Carlsson, 1998). Opvaskemaskiner fungerer i Danmark generelt uden større problemer. Metoden bruges på de danske industrivaskerier i fællesvaskerier. Ionbytning af brugsvand er desuden udbredt i USA, (Scherfig, 1998).

I opvaskemaskiner ledes regenereringsvand ind gennem maskinen. Dette er ikke ønskeligt for vaskemaskiner, fordi saltet vil lægge sig i tøjet, men vandet kan let ledes udenom (Carlsson, 1998).

Der må tages hensyn til stålets kvalitet, hvis blødgøring sker vha. ionbytter. I øjeblikket laves husholdningsmaskiner af 17/7 stål, mens industrimaskiner, der modtager ionbyttet vand, laves af 18/8 stål (Höjer, 1998).

Miljømæssige aspekter

Ved ionbytning stiger vandforbruget med ca. 20%. Dette skyldes, at ionbytteren jævnligt må gennemskylles med saltholdigt vand for at blive regenereret.

Hvis en person vasker 78 gange om året, har et vandforbrug på 170 liter/dag og har en vaskemaskine, der bruger 70 liter/vask, stiger det årlige vandforbrug med ca. 1 m3 ved ionbytning, svarende til en stigning i det personlige vandforbrug på ca. 1,8%.

Der har ikke været gjort en særlig indsats for at nedsætte vandforbruget til ionbytning (Scherfig, 1998). Derfor kan vandforbruget til regenerering sandsynligvis nedsættes.

Der er en vis miljøbelastning forbundet med saltudvindingen, men den er ikke forsøgt vurderet i dette projekt.

Der er også en vis saltbelastning af spildevandet forbundet med implementering af ionbyttere på vaskemaskiner. Hvis alle indbyggere i Danmark blødgjorde deres vand til vaskemaskiner til 2 ºdH, og hvis deres gennemsnitlige vandforbrug var 170 liter/person/dag, ville spildevandets indhold af salt stige med ca. 0,036 g/l svarende til 0,036 promille. Beregninger og datagrundlag er beskrevet i bilag 3. Denne stigning vil ikke i danske overfladerecipienter have en betydelig effekt, da ikke forurenet ferskvand generelt har et saltindhold på ca. 0,1 promille (Limnologisk metodik 1977).

Måske er ionbytning et problem i andre europæiske lande, fordi saltbelastningen der menes at være for høj for recipienten.

4.4 Membranfiltrering

Generelt om membranteknik

Membranteknik anvendes i forbindelse med forbehandling af forsyningsvand og procesvand til demineralisering og reduktion af tørstofindhold. Membranfiltrering af brugsvand er kendt og udbredt teknik i USA (Scherfig, 1998). Som forbehandling til drikkevandsforsyning har teknikken ikke været anvendt i Danmark, der generelt har tilfredsstillende vandkvalitet via de nuværende drikkevandsressourcer.

Ultrafiltrering

Ultrafiltrering er en proces, hvor vandets urenheder (partikler og meget store molekyler) filtreres fra ved en sining gennem porerne i membranen,

Omvendt osmose

Omvendt osmose er en diffusionsproces, hvor vandets molekyler passerer membranen vha. diffusion gennem membranmaterialet. Ved omvendt osmose-processen kan derfor teoretisk tilbageholdes alle molekyler og ioner, der er større end vandmolekylet. Processen kræver et højt tryk og er derfor energikrævende.

Nanofiltrering

Nanofiltrering ligger mellem disse to processer og kan betragtes som en mellemting mellem diffusion og ultrafiltrering. Processen er interessant, da den kan være effektiv ved lavere tryk og derved lavere energiforbrug end omvendt osmose.

Nanofiltrering er relevant til fjernelse af hårdhed

Hårdhedsionerne i brugsvandet er hydrolyserede i vandet, hvorved molvægten ligger i det område, hvor nanofiltrering med de rigtige membraner er brugbar til fjernelse af hårdheden.

Udfældninger

Under drift af et nano-anlæg vil der på tryksiden af membranen blive en forhøjet koncentration af de opløste stoffer (primært calcium og bikarbonat), og koncentrationen heraf kan let overstige mætningskoncentrationen for disse stoffer, så de udfælder. For at reducere dannelse af belægninger på membranen drives membrananlæg altid med et recirkulationsflow, der sikrer en vandhastighed hen over membranen.

Forurening

Der er ingen spildevandsproblematik, fordi der ikke skabes nye, kemiske forbindelser som produdkt af blødgøringen. Koncentratet er op til 3-4 gange så koncentreret som udgangsvandet.

Størrelse

Der findes mange forskellige størrelser af nano-membraner på markedet. Visse enheder er små nok til at kunne indbygges i en vaskemaskine.

Et eksempel på en lille nanomembran

I Italien er der en lille nano-membran på detailmarkedet til blødgøring af drikkevandet i husholdninger. Størrelsen er Ø 46 mm * 3035 mm. Kostprisen for et anlæg er ca. 160 kr. Anlægget fjerner 85-90% af hårdhedsionerne ved normalt vandtryk (Scherfig, 1998). Det er en fordel, at ikke alle hårdhedsionerne fjernes, fordi det modvirker tæring af vaskemaskinerne.

Vandudnyttelsen er dog kun 15-30%. Membranen er således ikke umiddelbart relevant til vaskemaskiner. Men udviklingen indenfor membranteknik går meget hurtigt, således at nano-membraner kan blive relevante alternativer til ionbyttere indenfor nær fremtid.

4.5 Overvejelser i forbindelse med blødgøringsanlæg til vaskemaskiner

Krav om tilbageløbsventil

For at hindre tilbageløb til ledningsnettet, kræves i Danmark et afbrydersystem til ledningsnettet, før vandbehandling af husholdningsvand fra vandværker tillades.

Problemer med vandtryksfald

Vandindtaget til en tekstilvaskemaskine er relativt stort pr. minut og større end for opvaskemaskiner. Det er nødvendigt med et vist tryk på vandet til for- og hovedvask, så vaskemidlet kan skylles fra sæbeskålen. Indtaget kan komme til at styre blødgørerens kapacitet. Men der skal være balance mellem kapacitet og pris. Alternativet til balancen er, at der laves en akkumuleringstank. Fx kan den pumpe, der bruges til at fjerne vandet i maskinen, bruges til at skabe tryk ved indtag. Pumperne i opvaskemaskiner har begge funktioner. Problemet med akkumuleringstanken er risikoen for vækst af mikroorganismer, når vaskemaskinen ikke bruges over en længere periode.

En løsningsmulighed mht. trykfald kunne være at springe forvasken over og dosere med vaskebold direkte i maskinen. Vaskebolden kunne evt. dimensioneres således, at overdosering undgås.

Risiko for overdosering

Et væsentligt problem i forbindelse med miljøbelastningen fra vask af tøj er, at en stor del af befolkningen doserer på slump (40%, Kraybørre 1998).

Ved implementeringen af forudgående blødgøring stiger risikoen for overdosering, fordi folk er vant til at dosere en vis mængde vaskemiddel. Omvendt vil der kun være brug for en dosering af hensyn til hårdhed.

Selv dem, der doserer iflg. vaskemiddelemballagens doseringsvejledning, risikerer at overdosere, fordi hårdhedsintervallerne er så store, at kun de forbrugere, hvis vand har en hårdhedsgrad svarende til de højeste værdier i hvert interval, kan dosere korrekt.

Desuden er hvert vaskemiddel kun tilpasset én bestemt hårdhedsgrad og én bestemt tilsmudsningsgrad. For ikke at underdosere, hverken overfladeaktive stoffer eller kompleksbindere, vil der derfor oftest ske overdosering af mindst én af stofgrupperne.

Automatisk dosering af vaskemiddel

På grund af de ovennævnte risici for overdosering, er automatisk dosering blevet diskuteret med vaskemaskineproducenter. Ved automatisk dosering kunne mængden tilpasses specifikt til hårdheden i brugerens vand (incl. blødgjort vand). Muligheden var overvejet blandt vaskemaskineproducenterne. Men én af deres væsentligste problemer er, at kvaliteten af vaskemidler varierer, både fra mærke til mærke, men måske også over tid. Derfor er det i øjeblikket umuligt at indstille vaskemaskinen til en given dosering, fx ved installering af vaskemaskinen. Én producent af vaskemaskiner har derfor foreslået, at der indføres et system svarende til benzins oktantal: Hvert vaskemiddel har et oktantal svarende til effektivitet. Således kunne producenter af vaskemaskiner tilbyde anlæg til automatisk dosering, der efter brugerens ønske blev indstillet efter hårdheden i brugerens vand. Således kunne brugeren selv vælge, hvilken gruppe af vaskemidler på markedet vedkommende ville bruge. Producenterne kunne nemt indbygge et rigt antal valgmuligheder for dosering, afhængig af tøjets smudsighed. Doseringen kunne desuden tilpasses tøjmængden, ligesom vandtilførsel allerede nu tilpasses tøjmængden.

Skum i blødt vand

Anvendelsen af blødgøringsanlæg kan resultere i problemer, som ikke kendes fra vask i hårdt vand: Skumdannelsen kan forøges i meget blødt vand (0-2 °dH), hvilket kan beskadige elektriske installationer i maskinen, vanskeliggøre udpumpning, nedsætte vaskevirkning pga. hæmning af tøjets fald i tromlen, hæmme kontrol af væskeniveau m.m. En løsning kunne være at blødgøre vandet til at vist niveau over 2,0 °dH, således at der ikke opstår problemer med skum. Derved undgås også risiko for korrosion af vaskemaskinens ståldele, fordi den begrænsede mængde hårdhedsioner virker som buffer på eventuelle syrer i vaskevandet. Skumdannelse kan også hindres ved tilsætning af skumdæmpere til vaskemidlet, f.eks. natriumsæbe eller silikone.

Forskelle i hudens reaktioner på rester af vaskemidler i tøjet efter vask i blødt, hhv. hårdt vand

Det skal dog pointeres, at selv om man i Danmark ikke ser skum i sidste skyl, kan der stadig være rester af vaskemidler i tøjet, som senere generer brugeren. De såkaldte "sæbelus" i tøjet er udfældninger af komplicerede forbindelser, som følge af hårdt vand. De indeholder bl.a. vaskeaktive stoffer.

Sammenhængen mellem hårdt vand og hudlidelser er beskrevet (McNally et al., 1998). Der er dog ikke dokumentation for brugerens reaktion på tøj, der er vasket i blødt vand eller hårdt vand.

På institut for fiber- og polymerteknologi i Sverige gennemføres p.t. (sep. 1999) en undersøgelse af menneskers dermatologiske reaktion på tøj, der er vasket i hhv. 0,1 og 14 °dH, efter at forundersøgelser har vist, at tøjet efter vask og skyl i 0,1 °dH indeholder relativt få partikler og relativt meget alkalinitet, mens det omvendte er gældende for vask i 14 °dH. Det er således sandsynligt, at den nærmeste fremtid vil give svar på, hvilken hårdhed, der er optimal ud fra et dermatologisk synspunkt.

Det er i den forbindelse interessant at se, at vandkvaliteten ved sidste skyl undersøges på forskellig vis i Sverige og Danmark: I Danmark undersøges kvaliteten af vandet fra sidste skyl ved analyse for alkalinitet, mens man i Sverige analyserer for partikelindholdet.