Inovyn Archieven - Utilities

Het is geen geheim dat de chemische industrie de grootste industriële watergebruiker is. Er is de Europese Unie dan ook veel aan gelegen om dat watergebruik terug te dringen. Speciaal daarvoor riep ze het E4Water-project in het leven. Dow Benelux, Inovyn en Procter & Gamble haalden zeer goede resultaten die zeker vervolg krijgen.

Om ecologische redenen, maar zeker ook op economische grondslag is het verstandig om het watergebruik terug te dringen en het afvalwater te beperken. Als bonus neemt daardoor namelijk ook het energieverbruik af. Nu heeft een aantal grote chemische bedrijven al veel maatregelen genomen, maar de Europese Unie startte vier jaar geleden een zestal pilotprojecten onder de naam E4Water om nog een stapje verder te gaan. Niet alleen werd gekeken naar technische innovaties die het waterverbruik beperkten of nieuwe waterstromen toegankelijk maakten, maar men keek ook naar economische haalbaarheid en belemmeringen in wet- en regelgeving. Daarnaast spoorde men de deelnemers aan om mogelijkheden te onderzoeken om samen te werken met andere bedrijven of andere sectoren zoals de agrarische. Uiteraard wilden de initiatiefnemers van het project dat de succesvolle innovaties ook bij andere chemische bedrijven toepasbaar waren. Die laatste wens is redelijk uitdagend omdat industrieel watergebruik doorgaans wordt bepaald door lokale omstandigheden. Uiteindelijk koos men een zestal onderzoeksprojecten in België, Frankrijk, Denemarken, Spanje én Nederland. Een aantal heeft wel degelijk interessante resultaten gehaald die wellicht ook buiten de eigen bedrijfsgrenzen kunnen worden toegepast.

Omgekeerde elektrodialyse

Een van de deelnemers van het project was Dow Benelux dat de waterinname, verbruik en lozing op de site in Terneuzen al grotendeels optimaliseerde. Desondanks blijft Dow zoeken naar verdere verbetering en milde ontzilting zou daar een stevige bijdrage aan kunnen leveren. Waterspecialist Niels Groot was namens Dow betrokken bij het E4Water project. ‘Uitgangspunt voor ons waren de waterstromen die normaal gesproken zouden worden gespuid’, zegt Groot. ‘Behandeld proceswater (Bioxwater), regen en oppervlaktewater (spuikomwater), en water dat wordt gespuid bij het koelen van onze processen (koeltorenspui), verdwijnen normaal gesproken in de Schelde. Deze stromen bevatten teveel anorganische zouten om ze in het proces te kunnen hergebruiken en ook sproeiwater voor de landbouw moet zoeter zijn dan het water van deze stromen is. We wilden dan ook kijken of het mogelijk was het zoutgehalte zover terug te dringen dat het in ieder geval bruikbaar is in het koelproces of als gietwater voor de landbouw.’

Na een desk en lab studie kwamen twee scheidingstechnieken als meest veelbelovend uit de bus: nanofiltratie en omgekeerde elektrodialyse, in het engels Electrodialysis Reversal (EDR). Projectpartner Evides Industriewater bouwde en bedreef de pilotinstallatie, die het water eerst in een flocculator met ijzerdosering leidde, waarna de het slib werd verwijderd via een lamellenseparator, daarna volgde nog een ultrafiltratiestap voordat het water in de nanofiltratie dan wel de EDR-unit terecht kwam.

De resultaten die werden behaald waren wisselend, afhankelijk van de bron, maar ook van de gekozen techniek. Zo was de behandeling van het spuikomwater voor zowel de nanofiltratie als de EDR geen enkel probleem. Al presteerde EDR hier wel iets beter met een tien procent hogere wateropbrengst. Het Biox-water veroorzaakte toch de nodige fouling op de nanofiltratie-membranen, wat tot een te beperkt terugwinningspercentage leidde, terwijl EDR op dit water vrij probleemloos functioneerde.

Het water dat van de koeltorens komt is het meest lastige. De geleidbaarheid en het chloride- en sulfaatgehalte is veel hoger dan in de andere stromen en ook de organische vervuiling is significant hoger. Met name nanofiltratie had moeite met deze waterstroom. Groot: ‘Beide technieken konden het zout prima verwijderen, maar nanofiltratie had vooral last van afzetting van biologische vervuiling (TOC) op de membranen. Hierdoor moesten de membranen redelijk vaak worden schoongemaakt en kon uiteindelijk maar veertig procent van het water worden teruggewonnen. In de EDR-unit worden alleen geladen deeltjes afgescheiden en door de regelmatige ompoling worden de ion-selectieve membranen in feite steeds schoongespoeld. Omdat TOC vooral bestaat uit ongeladen moleculen, die niet door de membranen heen gaan, wordt TOC niet verwijderd via deze techniek. Dit heeft uiteindelijk wel gevolgen voor hergebruik van het water. De geleidbaarheid van het water was goed, maar het TOC-gehalte was nog 25 milligram per liter. Als we dit water als koeltoren voedingswater zouden gebruiken zouden we alsnog problemen kunnen krijgen. Om dit water te gebruiken is daarom nog een aanvullende verwijderingsstap nodig.’

Het lijkt er dus op dat EDR als de meest robuuste technologie uit de bus is gekomen. Het enige nadeel van EDR is, is dat de technologie duurder is dan nanofiltratie. ‘Nanofiltratie blijft om die reden interessant, maar dan zullen we het probleem van organische vervuiling eerst moeten oplossen’, zegt Groot. ‘Dat zou vooral in de voorbehandeling moeten gebeuren. We zijn er dan ook over aan het denken om een project op te starten waarbij we gebruik maken van zogenaamde wetlandsystemen. We hebben de ruimte om water gecontroleerd in een wetlandsysteem te spuien en biologisch te stabiliseren. Via een goed ontwerp kun je de zuiveringsprocessen sturen en goede resultaten bereiken.’

Hergebruik van Bioxwater en spuikomwater zou dan ook een volgende stap kunnen zijn in het verder verduurzamen van het watergebruik van Dow Benelux. De geschatte prijs van het water van tussen de 45 en 65 cent per kuub is nog redelijk. De behandeling van koelwaterspui zou pas interessant zijn als de waterstress hoger wordt of de voorbehandeling verbetert. Groot: ‘We zijn in ieder geval tevreden over de resultaten en het onderzoek krijgt nog zeker vervolg.’

Water van de buren

Een andere interessante case binnen het E4Water onderzoek was die van de Antwerpse vestiging van Inovyn (voorheen Solvic). Het bedrijf staat op hetzelfde terrein als Ineos en men had het idee opgevat om het afvalwater van Ineos te gebruiken als basis voor de productie van gedemineraliseerd proceswater. Helaas bleek in het water veel roetdeeltjes en kunststofvezels te zitten die de ultrafiltratie verstopten. De tweede optie: het produceren van proceswater uit brak oppervlaktewater was succesvoller. Hier werd een combinatie van ultrafiltratie en een twee-staps (zee- en brakwater) RO (reverse osmose) ingezet. Groot: ‘Dit project was zeer succesvol en produceert zo’n twaalf kuub per uur. Inovyn is nog met de evaluatie bezig of dit ook full scale kan worden uitgevoerd.’

Ook interessant was het idee om zout afvalwater van een ander buurbedrijf te gebruiken voor de productie van chloor via membraanelektrolyse. Uit de proef bleek dat water met een zoutgehalte van tien tot veertien procent inderdaad kon worden gebruikt als grondstof voor chloor. Lagere concentraties waren ook mogelijk. Desondanks waren zowel de investeringskosten als de operationele kosten dermate hoog dat de terugverdientijd varieerde tussen de 5,8 en 7,8 jaar. Maar als die kosten dalen, is de technologie veelbelovend.

Waterketen

Inovyn heeft ook een vestiging in Spanje en zoals te verwachten valt, is de waterstress daar groter. De pvc-fabriek keek dan ook met name naar mogelijkheden om de waterkringloop binnen het eigen proces te sluiten. Grootste uitdaging in de waterstromen was de aanwezigheid van polyvinyl alcohol, dat reageert met het kunststof van membranen. Uiteindelijk kwam men op een combinatie van een membraan bioreactor met Integrated Permeate Channel (IPC) membranen die de polyvinyl alcohol verwijderde gevolgd door een ontzilting stap. Men keek naar zes verschillende ontzilting technologieën en combinaties daarvan. De meest succesvolle combinatie was die van membraandestillatie, twee reverse osmose stappen gevolgd door capacitive deionisation. Uiteindelijk koos men in de testen voor reverse osmose met polyamide membranen omdat deze technologie een goede verhouding had tussen kosten en prestaties. ‘Met name dankzij de hoge waterprijzen in Spanje, was dit proces zeer succesvol en waardevol voor Inovyn’, zegt Groot. ‘Maar het bedrijf heeft andere argumenten om de waterkringloop te sluiten. Het loopt namelijk significant risico op productieverlies in tijden van droogte. Rekening houdend met de kosten die hiermee gepaard gaan, is de terugverdientijd één jaar.’

Zeep

De casus van Procter & Gamble leverde interessante resultaten op voor de consumptie- en genotsmiddelenindustrie. Om hygiënische redenen moet de apparatuur en leidingen van deze industrie regelmatig worden gereinigd. Doordat men steeds efficiëntere cleaning in place (CIP) methoden gebruikt is de concentratie van detergenten (zeep) redelijk hoog. Deze afvalstroom is moeilijk te behandelen. Veel van het water wordt dan ook chemisch, biologisch of via geavanceerde oxidatieprocessen behandeld voordat het naar het riool gaat. In sommige gevallen worden de afvalstoffen zelfs verbrand.

Het onderzoek richtte zich op het terugwinnen van de zeep en grondstoffen in het water. Het lukte de onderzoekers om via een buizenmembraan het water en het concentraat te scheiden. Het water wordt verder behandeld in een MBR, maar het concentraat is interessanter. Het bestaat namelijk uit oppervlakte-actieve stoffen, die kunnen worden hergebruikt als industrieel reinigingsmiddel. Een van de uitdagingen hierbij was dat er nog bacteriën in het concentraat zaten. Men zocht ook een pasteurisatietechniek die niet teveel energie kostte en vond dit in de vorm van Ohmic heating, waarbij stroom door een geleider wordt gestuurd, waardoor deze verhit. Groot: ‘Uiteindelijk heeft Procter & Gamble besloten om deze technologie in meerdere fabrieken in te zetten. Men bouwde een mobiele installatie en deze behandelde sinds de ingebruikname in 2015 in een fabriek in China 3000 ton hoog geconcentreerd waswater. Het bedrijf past de technologie inmiddels ondermeer toe in Tsjechie en Brazilie.’