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

Nyttiggørelse af trykimprægneret træ

8 Design af Watech ekstraktionsproces

• 8.1 Modstrømsekstraktion (stationær fast fase)
• 8.2 Forsøg modstrømsekstraktion (stationær fast fase)
• 8.3 Modstrømsekstraktion (stationær væskefase)
• 8.4 Modstrømsekstraktion i ekstraktionssnegl
• 8.5 Behandling af ekstraktionsvæske
• 8.6 Massebalance modstrømsekstraktion (stationær træfase)

Med baggrund i de udførte undersøgelser kan Watech ekstraktionsbehandling

generelt udføres som vist i bilag 5. Ekstraktionsprocessen kan udføres som en fire trins ekstraktion i modstrøm med ekstraktionsvæske tilsat saltsyre. Efter ekstraktionstrinene udføres et antal skylletrin med vand, der ligeledes laves i modstrøm. Restfugt indholdet i affaldstræet efter behandling svarer ca. til vægten af træet selv efter dræning af træet dvs. der forventes ca. 45-50 % vandindhold.

Det betyder, at relativt meget materiale overføres med det residuale vand fra et trin til det næste og derfor er det igen nødvendigt med relativt højt væske/faststof forhold i processen. I figur 15 er vist et eksempel på en specifik procesudformning (ekstraktion i modstrøm og stationær fast fase) på Watech processen til ekstraktionsbehandling.

Figur 15: Eksempel på udformning af Watech ekstraktionsproces i modstrøm (4 trin) samt 2 skylletrin

8.1 Modstrømsekstraktion (stationær fast fase)

I denne type ekstraktion har man lige så mange beholdere som man har ekstraktionstrin plus en beholder, der bruges til tømning og fyldning efter ekstraktionen. Hver beholder indeholder træ og væske og når ligevægt mellem tungmetallerne i træet og væsken har indstillet sig, så pumpes væsken videre til næste beholder med mere forurenet træ.

Fordelen ved denne ekstraktionsteknik er at det er simpelt at bygge rørføring og beholdere fordi man kun flytter væske og altid fra beholder og til enten nabo tanken eller til fældningstanken. Princippet i denne type modstrømsekstraktion er vist i bilag 6.

Udfordringen med denne ekstraktionsteknik ligger i at kunne pumpe væsken fra træet uden at træaffaldet følger med og samtidig med en så stor hastighed at processen forløber tilpas hurtigt. Desuden skal tømning og fyldning af hver enkelt beholder kunne foregå let.

8.2 Forsøg modstrømsekstraktion (stationær fast fase)

En række forsøg blev herefter udført for at måle mængden af syre, der skal tilføres en ekstraktionsproces med modstrøm som skitseret i figur 15 med mulighed for at udføre fire skylletrin.

Pilotanlægget til gennemførsel af ekstraktionsforsøg med både type 1 og type 2 (se tabel 15) blev opbygget ved anvendelse af 1000 L palletanke med en ekstraktionsbeholder (EB1) og med mulighed for at udføre op til fire ekstraktionstrin (fire tanke TM1,TM2,TM3 og TM4) samt fire skylletrin (fire tanke ST1, ST2, ST3, ST4), en fældningstank (FB1) samt en holdetank/buffertank (HT1) med tilhørende rørforbindelser som vist i bilag 5.

I nedenstående tabel 20 er koncentrationerne i ekstraktionsvæskerne efter modstrømsekstraktion vist. Det ses af tabel 20, at det ikke har været nødvendigt at tilsætte yderligere syre til ekstraktionsvæskerne. Kun det hold skyllevand, der efterfølgende er blevet til ”ekstraktionsvæske til fjerde metalekstraktion” er tilsat syre.

Mængden af saltsyre der blev tilsat udgjorde 155 ml (34 % saltsyre/kg træ). Ud fra de målte pH værdier, som var mindre end 0,5 i TM1, TM2 og TM3, bedømmes det, at der er tilsat rigeligt med saltsyre og en reduktion i saltsyremængden på ca. 30 % synes derfor realistisk. Syreforbruget til ekstraktionsbehandling i modstrøm udgør herefter ca. 108 ml 34 % saltsyre, der modsvarer ca. 3,5 % (w/w) saltsyre i forhold til mængden af affaldstræ.

Tabel 20: Metal koncentrationer i ekstraktionsvæskebeholdere TM1, TM2, TM3, og TM4 samt skylletanke ST1, ST2, ST3 og ST4 ved en 4-trins modstrømsekstraktion med 4 skylletrin.

Massen af det vaskede træaffald var 2,7 kg våd vægt. Træet blev tørret ved 100 °C i et døgn. Herefter var massen af træet 872,3 g.

Herunder ses de beregnede ekstraherede mængde tungmetaller ud fra data i tabel 20. Der blev anvendt type 2 affaldstræ (data fra tabel 15) til forsøget.

Tabel 21: Ekstraheret metalmængde samt % -ekstraktion for træ behandlet med en fire trins modstrømsekstraktion. Basis er 1 kg træaffald TS

Man ser af tabel 21, at metalindholdet i affaldstræet sandsynligvis har været højere for den anvendte ”type 2” træmængde ved dette forsøg end det analyserede ”type 2” affaldstræ eftersom ekstraktionsprocenterne er større end 100 %. Den høje målte arsenekstraktion på 209 % kan skyldes, at der har været anvendt to forskellige analysemetode. Efter forsøget er træet forasket, og askemængden blev bestemt. Resultatet er vist i tabel 22.

Tabel 22: Askemængde i % (w/w) pr kg TS input træ fra affaldstræ, der er renset i en fire trins modstrømsekstraktion

8.3 Modstrømsekstraktion (stationær væskefase)

Denne teknik minder meget om modstrømsekstraktion med stationær faststoffase. Her foregår ekstraktionsprocessen blot ved at faststoffet transporteres til en anden tank, mens væsken bliver i tanken, klar til at modtage næste portion træ eller til at blive pumpet til fældningstanken. Faststoffet kan fjernes enten ved, at det snegles væk fra bunden af tanken eller ved at det holdes i et net, der kan hejses op af tanken.

I denne metode vil syreekstraktionen og skyllene blive holdt hver for sig for at undgå at der skal fyldes rent skyllevand i den tank, der lige er blevet tømt for den mest forurenede syre.

Metoden har den fordel at en fire trins ekstraktion kan laves i to tanke, således at de fire trin plus fire skyl kan udføres i fire tanke i alt.  Det kræver dog at faststoffasen holdes i et net så træet kan ”bytte” plads i to kar. Arbejdsgangen er demonstreret i tabel 23.

Tabel 23: Skematisk fremstilling af en fire trins modstrømssyre ekstraktion med stationær væskefase.

Da denne teknik minder meget om modstrømsekstraktion med stationær faststoffase blev der ikke udført forsøg hermed.

8.4 Modstrømsekstraktion i ekstraktionssnegl

Der blev designet og opbygget en ekstraktionssnegl (figur 16) til indbygning i Watech pilotanlægget til udførsel af modstrømsforsøg med kontinuert ekstraktionsbehandling. Ekstraktionssneglen blev opbygget med en syrebestandig coating. Pilotforsøg med denne ekstraktionsudformning blev af tidsmæssige årsager ikke udført.

Figur 16: Ekstraktionssnegl til kontinuert ekstraktionsforsøg

8.5 Behandling af ekstraktionsvæske

Med baggrund i resultaterne fra afsnit 8 blev kalkfældning valgt til behandling af ekstraktionsvæsken. Først blev calciumcarbonat undersøgt. Til forsøget blev 1 liter ekstraktionsvæske udtaget fra første metaludvaskning (fra TM1 i tabel 20) og calciumkarbonat blev tilsat. Før calciumkarbonat tilsætning var pH i ekstraktionsvæsken 0,44. Det er en del lavere end det forventede pH=1, men det kan forklares ved, at der blev tilsat for meget saltsyre samt at noget vand er fordampet fra de åbne kar. Væsken blev neutraliseret til pH ca. 7 med calciumcarbonat og derefter blev pH justeret til 9,5 med calciumhydroxid. Dette gav 42,76 g bundfald. Bundfaldet var overvejende hvidt bestod til dels af ureageret kalk.

Samme procedure blev forsøgt med en ny portion ekstraktionsvæske (ekstraktionsvæske fra TM1 i tabel 20). Næste forsøg blev der neutraliseret med calciumhydroxid. Der blev udtaget 977,25 g ekstraktionsvæske med pH=0,58. Væsken blev neutraliseret med 36,68 g calciumhydroxid. Teoretisk kunne pH være neutraliseret med 19,5 g calciumhydroxid, og overforbruget kan forklares med at en del af den anvendte calciumhydroxid formentlig var omdannet til calciumcarbonat. Bundfaldet blev filtreret fra og vejede 4,53 g. Dette bundfald var mørkegråt og ses på figur 17.

En del af den samme ekstraktionsvæske (TM1 fra tabel 20) blev inddampet inden pH justering for at bestemme tørstof indholdet i ekstraktionsvæsken. Der blev fundet 5 % tørstof i ekstraktionsvæsken. Dette skyldes især saltindhold i form af dannet calciumklorid og en mindre mængde opløst træ tørstof.

Figur 17: Bundfald fra pH-justering af ekstraktionsvæsken med Ca(OH)₂.

Det kan derfor konkluderes, at en stor del af stofferne i ekstraktionsvæsken forbliver i opløsning som salt ved fældningsprocessen med Ca(OH)2 og kan følge spildevandet ud. En stor del af det rensede ekstraktionsvæske kan genanvendes i processen.  Spildevandsmængde fra processen kan herved minimeres.

Koncentrationen af tungmetaller som funktion af pH under udfældning i TM1 ekstraktionsvæske med fældning af kridt og hydratkalk samt hydratkalk alene er vist i tabel 24.

Tabel 24: Indhold af tungmetaller i TM1-ekstraktionsvæske ved pH neutralisering

Af tabel 24 ses, at arsen og krom udfældes mest effektivt ved anvendelse af calciumhydroxid. Efterpolering med sulfid af den del af den neutraliserede ekstraktionsvæske, som bliver til spildevand kan være nødvendig for at nedbringe tungmetalindholdet inden udledning af spildevand til renseanlæg.

Bundfaldet fra udfældning med kalk er analyseret og der er fundet nedenstående indhold af tungmetaller (tabel 25)

Tabel 25: Indhold af tungmetaller i bundfaldet fra den pH neutraliserede ekstraktionsvæske.

En del af massen i bundfaldet fra fældningsprocessen er formentlig træstøv, fældede organiske forbindelser og overskydende calciumkarbonat fra den anvendte hydratkalk.

8.6 Massebalance modstrømsekstraktion (stationær træfase)

På figur 18 herunder er vist en typisk massebalance for ekstraktionsprocessen med baggrund i de opnåede resultater.

Figur 18: Typisk massebalance for Watech ekstraktionsbehandling.

Det forventes, at en stor del (mere end 50 %) af det rensede ekstraktionsvæske genanvendes som ekstraktionsvæske. Af figur 18 ses, at man ved 50 % genanvendelse af renset ekstraktionsvæske får omkring 4 % saltindhold i spildevandet. Ved højere genanvendelse stiger saltindholdet i spildevandet tilsvarende. Hvor høj genanvendelse der kan opnås afhænger af de specifikke udledningskrav for den recipient hvortil Watech anlægget udleder spildevandet til.

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

Version 1.0 November 2007, © Miljøstyrelsen.