Cascade-spoelen

Beschrijving maatregel

Proces/deelproces:

Spoelen

Beschrijving

De spoelkwaliteit wordt veelal uitgedrukt als een bepaalde verdunning die in het spoelbad moet gerealiseerd worden. Concreet wordt deze uitgedrukt als de verhouding tussen de concentratie in het procesbad en de concentratie in de laatste spoelstap.

Dit “spoelcriterium” C_n/C₀ bedraagt typisch 1000 tot 10000. Concreet betekent dit dat als er uit een bepaalde toepassing 10 l/h aan uitsleep vrijkomt, er bij een spoelstap met slechts één enkele stap 10 tot 100 m³/h spoelwater nodig is.

Door in twee of meer stappen te spoelen, waarbij uiteraard na elke spoelstap de uitsleep beperkt wordt op dezelfde manier als na het procesbad, is het mogelijk om een grootteorde minder spoelwater te gebruiken. Dit wordt geïllustreerd met onderstaande tabel. Deze tabel geldt indien na elke stap de uitsleep (in l/h) dezelfde blijft als na het procesbad. Dit is in de praktijk niet altijd zo, maar de trend voor het spoelwaterverbruik per l uitsleep en de globale conclusies blijven gelijkaardig.

Cascadespoelen: waterverbruik in l/h per l/h uitsleep

Bij hoge spoelcriteria wordt cascadespoelen ook om kwaliteitsredenen toegepast.

Bij het klassieke concept met meerdere spoelbaden in serie wordt de lijn fors langer, typisch 30 – 60 % langer bij 3-staps cascadespoelen tot 60 – 100 % langer bij 5-stapscascadespoelen. Tevens neemt ook het aantal handelingen toe.

In veel gevallen is dit onaanvaardbaar (plaatsgebrek bij bestaande lijnen; zeer hoge meerkost voor het bedrijfsgebouw bij nieuwe lijnen). Om die reden worden één-staps spoelbaden soms vervangen door spoelautomaten. Een spoelautomaat bestaat uit een sproeiinstallatie en enkele buffertanks. Het stuk wordt in de spoelautomaat geplaatst en achtereenvolgens met geconcentreerd spoelwater, 1 tot 2 tussenliggende concentraties en tenslotte met vers spoelwater gespoeld. Het spoelwater stroomt telkens terug naar de passende buffertank.     
Dergelijke spoelautomaten zijn relatief recent en worden nog weinig toegepast. Er is dus onvoldoende ervaring om de prestaties van een dergelijke automaat te vergelijken met die van een klassieke cascade. Wellicht is de waterbesparing wat kleiner dan bij een klassieke cascade met eenzelfde aantal stappen: bij elke omschakeling moet niet alleen het stuk gespoeld worden, maar telkens ook de leidingen, pompen en wanden van de spoelautomaat. Anderzijds maakt een dergelijke automaat gebruik van sproeien, waardoor (cfr. de ervaring met nevel- of sproeispoelen boven het bad) een kleinere waterhoeveelheid nodig is voor eigenlijke spoelbewerking.

Voorbeeld van een spoelautomaat waarmee cascadespoeling kan gerealiseerd worden zonder de lijn te verlengen

Bij een groot aantal cascades (3 - 4 bij plaat, een 5 - 10 bij draad, 4 - 5 bij dompellijnen) kan een spaarspoelbad achterwege blijven. Het spoelwaterdebiet is dan zo klein en de concentratie in het spoelwater zo hoog dat het de rol van een spaarspoelbad kan overnemen.

Aard:

Hergebruik

Toepasbaarheid

Zeer breed toepasbaar.

In een aantal situaties is cascadespoelen niet realiseerbaar of heeft het geen meerwaarde:

• ­plaatsgebrek bij bestaande lijnen; dit kan echter opgevangen worden door het plaatsen van een spoelautomaat;
• indien snel een zeer hoge verdunningsgraad vereist is om de reactie tussen badvloeistof en substraat stop te zetten;
• kleinschalige lijnen;
• lijnen waarbij het spoelwater continu geregenereerd wordt met b.v. omgekeerde osmose of ionenwisseling.

Bij sproeitunnels is het in de praktijk dikwijls niet mogelijk om meer dan 2 spoelzones in cascade te voorzien. De tijd die de stukken in de spoelzones zouden doorbrengen wordt te lang, met kwaliteitsverlies (b.v. corrosie) als gevolg.            
Door het verse water dat naar de spoelzone wordt toegevoerd aan te sluiten op de laatste ring sproeiers van deze zone, wordt echter een bijkomend cascade-effect gerealiseerd.

Ook sproeispoelen of nevelspoelen boven het procesbad levert een bijkomende cascade op, indien tenminste deze spoelstap gevoed wordt met water uit het nageschakelde spoelbad.

Bij bestaande dompellijnen kan een één-staps spoeling omgebouwd worden tot een meerstapsspoeling.

Milieu-aspecten

Er is een veel lager waterverbruik; overgang van 1-trapsspoelen naar 3-staps cascadespoelen levert een daling op van het waterverbruik van > 90 %.

De vuilvracht die naar de afvalwaterzuivering afvloeit blijft dezelfde; het debiet is echter veel kleiner. Dit heeft een dubbel gevolg:

• de afvalwaterzuivering werkt efficiënter;
• de concentratie van een aantal contaminanten in het geloosde afvalwater loopt op (ondanks het feit dat de vuilvracht gelijk blijft). Indien er wettelijke of bijzondere lozingsvoorwaarden uitgedrukt als concentraties van toepassing zijn, dan kan dit de invoering van deze milieuvriendelijke techniek hinderen.

Financiële aspecten

Kosten:

• ­Investering in bijkomende spoelbaden, inclusief piping om het water automatisch in tegenstroom met de stukken van het ene spoelbad naar het andere te leiden;     
  Ofwel: investering in spoelautomaat.
• Bij dompellijnen bijkomende handelingen; bij manuele bediening vertaalt dit zich in extra werkuren; b.v. bij de overgang van 1-traps spoelen naar 3-traps cascadespoelen is er ca. 1 min extra werk; bij een proceslijn met een 5-tal procesbaden betekent dit 5 min extra werk voor ieder stuk of frame beladen met stukken. (Deze meerkost speelt niet mee bij continue lijnen, bij lijnen met ketting of lopende band en speelt ook niet mee bij gerobotiseerde lijnen).
• Veel langere lijn, dus hogere gebouwkosten (tenzij gekozen wordt voor een spoelautomaat).

Baten:

• minder aankoop van water; lagere kosten voor aanmaak van deminwater;
• daling van de debietsgebonden kosten van de afvalwaterzuivering;
• bij een groot aantal cascades en indien de spoelcascade ook de rol van spaarspoelbad kan overnemen: besparing op chemicaliën en vuilvrachtgebonden kosten van de waterzuivering.

De techniek is in de praktijk goedkoper dan sluiten van de spoelwaterkringloop door omgekeerde osmose of ionenwisseling, terwijl een bijna gelijkwaardige waterbesparing gerealiseerd wordt.

Een sproei-automaat als alternatief voor een rij spoelbaden is een recente en nog weinig toegepaste techniek. Het is nog onduidelijk wat de kostprijs is t.o.v. klassieke spoeltechnieken.         
De investering in een sproeitank is van de orde van 500 – 10 000 EUR afhankelijk van de afmetingen. De investering in een compleet systeem met bijhorende buffertanks met inkuiping, piping, kleppen, terugvoerpomp en sturing, wordt op 3 tot 5 maal dit bedrag ingeschat.

Opmerkingen

Deze techniek wordt voorgesteld voor opname op de LTL Ecologiepremie.

Referenties

BREF Surface Treatment of Metals.

Bekaert, 2001. Persoonlijke communicatie van Edgard Schildermans.

Hardwoodline, 2006. Technische en commerciële informatie over spoelautomaten. Zie ook www.hardwoodline.com.