A. Indampen door mechanische damprecompressie
Principeschema
Principe- en installatiebeschrijving
Het doel van indampen is het concentreren van opgeloste vervuiling en het destilleren van gezuiverd water uit afvalwater. De hier beschreven techniek is gebaseerd op het principe van mechanische damp recompressie eventueel gecombineerd met vallende-filmverdamping. Een circulatiepomp transporteert het influent naar het bovenste gedeelte van het vat waar het water verdeeld wordt over de warmte-elementen. Een deel van het afvalwater verdampt op het buitenoppervlak van het warmte-element. De ontstane damp wordt door een compressor geleid om de druk enigszins te verhogen en wordt dan naar het binnenoppervlak van het warmte-element geleid waar het condenseert. Condensatie-energie wordt naar de afvalwaterzijde van het warmte-element getransporteerd en het schone condensaat wordt verzameld. Het geconcentreerde afvalwater stroomt naar de bodem van het vat waar het door de concentraatpomp wordt afgevoerd. Het materiaal van het warmte-element bestaat uit een dunne, niet-corrosieve elastische film van polymeren of van starre metalen.
Specifieke voor- en nadelen
Het gezuiverde water is van hoge kwaliteit en kan binnen het proces worden hergebruikt of geloosd in het oppervlaktewater. Alle niet-vluchtige stoffen kunnen afgescheiden worden van de "destillaatstroom". De warmte-elementen zijn modulair, dat wil zeggen dat de installatie eenvoudig uitgebreid kan worden en de elementen zijn modulair te vervangen. Vluchtige verbindingen kunnen niet afgescheiden worden in deze installatie en hebben een aparte (na)behandeling nodig. Ook een aantal zouten kunnen onder bepaalde omstandigheden in de destillaatstroom terechtkomen.
De achterblijvende reststroom is sterk aangerijkt met zouten en niet vluchtige verbindingen. Vaak kan deze stroom niet geloosd wordt en moet de stroom extern verwerkt worden. Het verder indikken en drogen van deze stroom is ook mogelijk.
Gezien de hoge investeringskost, is deze techniek enkel rendabel bij een minimale capaciteit. Door de opconcentrering van zouten kan corrosie een probleem zijn.
Toepassing
Verdamping wordt in diverse industriële productieprocessen ingeschakeld. In de voedingsindustrie kan MDR gebruikt worden voor een reductie van het volume, bijvoorbeeld bij de opconcentrering van melk of fruitsap.
Voor de behandeling van afvalwaters zijn er een beperkt aantal referenties bekend. Een melkbedrijf behandelt een volume van 375 m3 afvalwater per dag. Een tweede voorbeeld is een chemiebedrijf met een afvalwaterdebiet van 30 m3/u.
Overige sectoren waarin MDR kan worden toegepast zijn bijvoorbeeld: farmaceutische industrie, oppervlaktebehandeling van metalen, petrochemie, en verf-, lak-, vernis- en drukinktproductie.
Randvoorwaarden
Het indampen vindt plaats in "vacuüm" bij 120-200 mbar. Door de drukverlaging daalt het kookpunt naar een temperatuur van 50-60°C. De capaciteit van reeds toegepaste verdampers ligt tussen 12 en 900 ton/dag. Eventueel kunnen meerdere verdampers parallel geschakeld worden voor een grotere capaciteit. Het is van belang dat corrosieve en vluchtige verbindingen zoals ammoniak uit het afvalwater verwijderd zijn.
Werkingsgraad
MDR wordt ingezet voor indamping van water. De werkingsgraad ligt, afhankelijk van het influent en de soort vervuiling, rond 99%.
Hulpstoffen
Eventueel kan anti-schuimdosering nodig zijn.
Milieu-aspecten
Als reststof komt concentraat (slib) vrij.
Kosten
De investeringskost voor een MDR installatie is hoog, toch kan de installatie economisch verantwoord zijn. De rendabiliteit is vaak afhankelijk van volgende parameters:
- energiekost;
- mogelijkheid om lozingsheffing en wateropname te verminderen door waterhergebruik;
- kostprijs voor afvoer van het condensaat (of opbrengst).
Opmerkingen
Een uitgebreide voorstudie is noodzakelijk om de installatie correct te kunnen dimensioneren.
Complexiteit
Geen gegevens beschikbaar.
Automatiseringsgraad
Geen gegevens beschikbaar.
Referenties
- Brauns E. and Bernard De Jonghe B., Naar herwinning van Proceswater via Verdamping?, Het Ingenieursblad, 11-12/2004, 2004
- EIPPCB, Reference Document on BAT in Common Waste Water and Waste Gas Treatment / Management Systems in the Chemical Sector, draft februari 2009 (herziening in uitvoering)
- Koistinen, Peter R., Treatment of industrial effluents and landfill leachates using new low cost evaporation technology with polymeric heat transfer surfaces, Hadwaco Ltd Oy, Helsinki (FIN)
- Woelders, J.A., Sicherwasserreinigung und Konzentratrückfuhrung in den Niederlanden
B. Vacuümindampen
Principeschema
Principe- en installatiebeschrijving
Indamping is een techniek die kan ingezet worden om afval(water)stromen te reduceren tot een kleiner volume. De huidige verdampingstechnologie is sterk ontwikkeld en werkt met het recupereren van de latente verdampingswarmte[1] onder de vorm van condensatie warmte. Op die wijze is verdamping al geruime tijd niet meer de energie verslindende technologie waarmee deze nog vaak wordt geassocieerd.
Bij vacuümindampen wordt er gewerkt met een vacuümverdamper met warmtepomp. Dit levert in vergelijking met atmosferisch verdampen volgende besparingen op:
- Het spoelwater moet niet worden opgewarmd tot ca. 100 °C; het verdampingsproces kan plaatsvinden bij de normale temperatuur van het afvalwater;
- Alle latente verdampingswarmte wordt herwonnen. In plaats van het verdampte water zomaar af te voeren naar de omgeving, wordt het gecondenseerd; de warmte die hierbij vrijkomt wordt ingezet om het verdampingsproces te laten doorgaan;
- Er zijn minder warmteverliezen naar de omgeving;
- In een aantal gevallen kan de installatie in goedkopere materialen worden uitgevoerd.
Specifieke voor- en nadelen
Het gezuiverde water is van hoge kwaliteit en kan binnen het proces worden hergebruikt of geloosd worden in het oppervlaktewater. Alle niet-vluchtige stoffen kunnen afgescheiden worden van de "destillaatstroom". De warmte-elementen zijn modulair, dat wil zeggen dat de installatie eenvoudig uitgebreid kan worden en de elementen zijn modulair te vervangen. Vluchtige verbindingen kunnen niet afgescheiden worden in deze installatie en hebben een aparte (na)behandeling nodig.
Door de opconcentrering van bijvoorbeeld chlorides dient aandacht besteed te worden aan het risico van corrosie. Vaak zijn hoogwaardige materialen noodzakelijk voor het vervaardigen van de verdampingsinstallatie.
Toepassing
De techniek wordt gebruikt bij afvalwater met eerder lage debieten en hoge concentraties. Een aantal voorbeelden waar verdamping wordt ingezet:
- Als voorbehandeling voor de opconcentratie van afval(water)stromen om het volume af te voeren afval(water) te verminderen.
- Verdere indikking van half-concentraten, die vrijkomen bij de oppervlaktebehandeling van metalen:
- verdere indikking van het concentraat van membraanfiltratie, bijvoorbeeld van ontvettingsbaden, met het oog op een meer economische verwijdering;
- concentrering van stand- en spaarspoelbaden in elektrolyseprocessen. Hierbij kan het destillaat hergebruikt worden. In sommige gevallen is vacuümverdamping ook gericht op de terugwinning van het elektrolyt of het metaal (bijvoorbeeld zilver);
- zuurherwinning uit spoelwater na elektrochemisch polijsten.
Overige sectoren waarin de vacuümindampen kan worden toegepast zijn bijvoorbeeld: farmaceutische industrie, petrochemie, en verf-, lak-, vernis- en drukinktproductie.
Randvoorwaarden
Het indampen vindt plaats in "vacuüm" bij 50-70 mbar. Door de drukverlaging daalt het kookpunt naar een temperatuur van 30-35°C. De capaciteit van reeds toegepaste verdampers ligt tussen 12 en 900 ton/dag. Eventueel kunnen meerdere verdampers parallel geschakeld worden voor een grotere capaciteit. Het is van belang dat corrosieve en vluchtige verbindingen zoals ammoniak uit het afvalwater verwijderd zijn.
Werkingsgraad
Vacuümindampen wordt ingezet voor indamping van water. De werkingsgraad ligt, afhankelijk van het influent en de soort vervuiling, rond 99%.
Hulpstoffen
Eventueel kan anti-schuimdosering nodig zijn.
Milieu-aspecten
Als reststof komt concentraat (slib) vrij.
Kosten
Vacuümindamping blijft, ondanks het omvangrijke pakket energiebesparende maatregelen, een energie-intensieve bewerking. Een typisch verbruik is 0,25 kWh per liter verdampt water. Voor stroperige of geconcentreerde vloeistoffen is dit hoger, tot 0,45 kWh/l.
De investeringskost voor een vacuümindampinstallatie met warmtepomp uit roestvrij staal bedraagt ca 50 000 € voor een installatie van 70 l/u; ca. 155 000 € voor een installatie van 300 l/u. Uitvoeringsvormen in speciale staalsoorten of in titaan kosten grootteorde de helft meer. Bijvoorbeeld een installatie uit inox 316 voor een debiet van 300 l/u heeft een investeringskost van 245 000 €.
Naast de energiekosten moeten ook onderhoudskosten gerekend worden (regelmatig schoonmaken van warmtewisselaars, wisselstukken,..).
Tegenover deze zware investering staan omvangrijke kostenbesparingen op vlak van herwonnen chemicaliën, vermeden kosten in de afvalwaterzuivering, vermeden kosten van aankoop van water en aanmaak van deminwater. Deze variëren sterk van geval tot geval.
Opmerkingen
Geen.
Complexiteit
De bediening van een vacuum indampinstallatie is eenvoudig
Automatiseringsgraad
Industriële installaties kennen een verregaande automatisering.
Referenties
- EIPPCB, Reference Document on BAT in Common Waste Water and Waste Gas Treatment / Management Systems in the Chemical Sector, draft februari 2009 (herziening in uitvoering)
- Koistinen, Peter R., Treatment of industrial effluents and landfill leachates using new low cost evaporation technology with polymeric heat transfer surfaces, Hadwaco Ltd Oy, Helsinki (FIN), 1998.
- Jacobs A., Goovaerts L. en Vrancken K., Beste Beschikbare Technieken (BBT) voor oppervlaktebehandeling van metalen en kunststoffen, juni 2008
- VITO-SCT, herwerking technische fiches WASS, 2008
[1] hoeveelheid energie in de vorm van warmte die nodig is om een stof een faseovergang te doen ondergaan bij constante temperatuur en druk
Versie : februari 2010