Principeschema
Principe- en installatiebeschrijving
Er bestaan 2 soorten emulsies die voorkomen in de industrie. Water-in-olie emulsies en olie-in-water emulsies. De meest voorkomende emulsie is de olie-in-water emulsie. Deze emulsie is een mengsel van zeer fijn verdeelde druppels olie of vetten in water. Ondanks het feit dat olie en water in normale omstandigheden uit zichzelf zullen scheiden kan een emulsie toch blijven bestaan. Zonder een goede techniek voor het breken van de emulsie is het onmogelijk om olie- of vetafscheiding te verkrijgen. De emulsies worden gestabiliseerd door de aanwezigheid van verschillende soorten chemische stoffen die een specifieke werking op de oplosbaarheid hebben, emulgatoren genaamd. Enkele typische voorbeelden van olie-in-water emulsies zijn melk, boor-en snijoliën, …
Het breken van een emulsie kan op diverse manieren gebeuren in functie van de soort olie of vetten en de verscheidene emulgatoren aanwezig in de emulsie. Zuiveringstechnieken zijn onder andere:
- Verhitten en vervolgens afkoelen van het afvalwater;
- Een elektrische spanning aanbrengen op het afvalwater;
- Doseren van chemicaliën die een binding aangaan met de emulgator, waardoor de oliedeeltjes niet meer in emulsie blijven;
- Oxideren van aanwezige componenten (zoals de emulgator);
- sterke pH-daling van het afvalwater waardoor de oppervlaktelading van geëmulgeerde deeltjes verminderd wordt;
- Doseren van chemicaliën die de oppervlakteladingen van de geëmulgeerde deeltjes neutraliseren.
Na het breken van de emulsie worden de verschillende componenten afgescheiden, bijvoorbeeld door middel van flotatie, filtratie, coalescentie, centrifugatie.
Specifieke voor- en nadelen
Bij het juiste gebruik van emulsiebrekers kan een zeer hoog rendement worden verkregen. Een nadeel zijn de vaak grote hoeveelheden hulpstoffen die noodzakelijk zijn voor een goede emulsiebreking, waardoor de techniek relatief duur wordt. In de praktijk blijkt dat emulsies sterk verschillen en op verschillende wijze gebroken moeten worden : specifieke chemicaliën, doseringen, pH en temperatuurswerkingsgebieden, enz. Hierdoor is het aangewezen om bij emulsies in het afvalwater regelmatig optimalisatieonderzoek uit te voeren.
Toepassing
In veel afvalwaterstromen komen emulsies voor, vaak zonder dat het bedrijf zich hiervan bewust is. Enkele specifieke voorbeelden van oliën die emulsies veroorzaken zijn de boor- en snijoliën die gebruikt worden bij metaalbewerking (staalindustrie, metaalindustrie en automobielindustrie). In de voedingsmiddelenindustrie komen vaak emulsies voor in het afvalwater, onder meer bij de productie van sauzen en margarines, in de zuivelindustrie, enz. In de chemische en petrochemische industrie komen emulsies ook frequent voor. Een voorbeeld is het quenchen (afkoelen met water) van naftagas bij stoomkrakers. Ook bij het ontzouten van ruwe olie in raffinaderijen ontstaan emulsies in het afvalwater.
Randvoorwaarden
Elke emulsie wordt gestabiliseerd door zijn eigen specifieke componenten die ervoor zorgen dat de olie niet uit de oplossing verdwijnt. Deze emulgatoren zijn zeer divers en specifiek voor de soort olie of vet in de emulsie. Dit betekent dat per emulsie zal moeten worden onderzocht welke van hoger vermelde mogelijkheden de beste oplossing biedt voor het breken van de emulsie.
In de keuze van zuiveringstechniek spelen ook andere factoren mee. Zo zal men bij voldoende restwarmte in het bedrijf eerder kiezen voor thermische breking van de emulsie (indien procestechnisch mogelijk). Bij verdere nabehandeling (bv. aërobe biologische zuivering) zal ook de keuze van de emulsiebreking hierop moeten afgestemd worden.
Belangrijk is eerst te onderzoeken welke techniek de beste oplossing biedt voor het breken van de emulsie. Een analyse van het afvalwater op soort olie en andere stoffen helpt bij het identificeren van de emulgatoren van de emulsie. Hierdoor kan dit probleem gerichter opgelost worden. Laboratoriumtesten kunnen vervolgens de haalbaarheid nagaan.
Werkingsgraad
Bij toepassing van de juiste methode om de emulsie te breken, kan de emulsie volledig ontbonden worden en is het rendement nagenoeg 100%. In een vervolgstap kan vervolgens een zeer hoog rendement gehaald worden voor het verwijderen van olie of vetdeeltjes uit het afvalwater (meestal via flotatie, zie ook technische fiche 'Flotatie d.m.v. lucht').
Hulpstoffen
Als hulpstoffen worden voornamelijk chemicaliën (zuren, bases, oxidatoren, specifieke polymeren) gebruikt. Afhankelijk van de gekozen methode kan er ook gebruik worden gemaakt van elektriciteit of hitte.
Milieu-aspecten
De bewerking zelf levert geen reststoffen op. Als de emulsie gebroken is zullen de olie en/of vetdeeltjes via een vervolgstap verwijderd worden en ontstaat er slib. De gedoseerde chemicaliën verdwijnen mee in de olielaag.
Kosten
De kosten voor het breken van de emulsies hangen sterk af van de benodigde hoeveelheden chemicaliën en de kostprijs van deze chemicaliën (het doseerniveau en de kostprijs per kilogram). De dosering is afhankelijk van de hoeveelheid geëmulgeerde stoffen, en ligt meestal in de range van 0,5 tot 1 000 gram per kubieke meter water.
Opmerkingen
Er is veel theorie bekend omtrent de werking van emulsiebrekers. De wetenschap vindt steeds weer nieuwe mogelijke manieren om emulsies te breken of op andere wijze toe te passen. De praktijk komt in een behoorlijk aantal gevallen niet overeen met de theorie. Laboratoriumonderzoek en/of pilootonderzoek wordt dan ook altijd aangeraden.
Complexiteit
Emulsiebreken is een vrij complex proces vanwege de verschillende eigenschappen van de emulgatoren in de emulsies. De keuze van de procesvoorwaarden en een nauwgezette procesopvolging zijn kritisch om een goede werking (effluentkwaliteit ) te garanderen.
Automatiseringsgraad
De automatisering van emulsiebreking is niet evident. Daar olie niet of nauwelijks geleidend is kan de emulsie bepaald worden door meting van de geleidbaarheid. De dosering van emulsiebrekers kan dan gestart worden vanaf een bepaalde conductiviteit van het afvalwater. Emulsies zijn ook meestal troebel, hierdoor kan ook een turbiditeitsmeting gebruikt worden voor de automatisering.
Referenties
- Manual of Effluent Process Technology, Environmental & Process Engineering Department, AEA Technology, Harwell (GB), 1991
- VITO-SCT, herwerking technische fiches WASS, 2009
Versie : februari 2010