Målsättningen för det här fleråriga projektet är att ta fram ett objektivt tekniskt/ekonomiskt underlag avseende olika separationsteknikers möjligheter och begränsningar att sluta en ytbehandlingsanläggning. Tyngdpunkten ligger på metallbeläggningssidan. I den första delen av projektet har vi på laboratoriet behandlat följande provvattentyper från ytbehandlare. - Sköljvatten från förkromning, förkoppring, förnickling och förzinkning - Totalavlopp efter konventionell fällning. Vi har behandlat vattnen med ett stort antal olika separationstekniker. Jonbyte, omvänd osmos, nanofiltrering, indunstning, elektrolys, elektrodialys, sulfidfällning, aktivt kol. Vad gäller avskiljningen av metall kan man konstatera att det går att producera ett vatten med mycket låga resthalter, framförallt med jonbyte, omvänd osmos och indunstning. Investeringskostnaden för dessa metoder ökar nu i nämnd ordning. Det finns många företag som använder separationstekniker i sina system (framför allt jonbyte). Emellertid används dessa oftast för att återanvända sköljvattnet. De metaller som uppkoncentreras fälls oftast ut som metallhydroxider. För att kunna återföra metaller och andra prestationskemikalier till processbadet krävs det att man uppnår rätt koncentration samtidigt som man inte ska återföra föroreningar till badet. Helst ska dessa blödas ut ur systemet. För de tekniker som studerats var avskiljningsförmågan för metall hög för alla metoder utom aktivt kol. För organiskt material var den hög för omvänd osmos och indunstning. För att kunna bedöma möjligheten att återföra koncentrat till baden krävs det kunskap om korrekt badsammansättning, tolerabla avvikelser samt innehåll i de koncentrat som ska återföras. I den här inledande delen av projektet kan vi konstatera att kunskapen kring dessa frågor många gånger är bristfällig. En genomgång av vilka kemikalier som kan finnas i sköljvattnen och vilka inneboende hälsorisker dessa besitter har sammanställts. Med utgångspunkt från detta har sedan tänkbara hälsorisker som kan uppstå vid slutning diskuterats. I etapp 2 kommer arbetsmiljöaspekterna att belysas ytterligare i samband med pilotkörningarna i fält. Jonbyte, omvänd osmos (RO) och indunstning kommer att utprovas under långvariga och realistiska omständigheter. Dessutom kommer Elektrodialys (ED) och elektrolys att utprovas på mer koncentrerade sparsköljar och koncentrat från de andra metoderna.
Små företag, dvs företag med mindre än 50 anställda, utgör mer än 99 % av alla privata företag och sysselsätter drygt hälften av alla i den privata sektorn. Självklart har alla dessa företag stor betydelse för den hållbara tillväxten, d v s hållbar utveckling i kombination med välfärdssamhället. Trots det, uppmärksammas de sällan i diskussionen om hållbar tillväxt. I detta idé-PM analyseras på vilket sätt små företag har betydelse för miljö och arbetsmiljö, baserat på tillgängliga data. Hinder och möjligheter för hållbar tillväxt diskuteras. Diskussionen summeras i ett antal slutsatser om möjliga vägar till hållbar tillväxt i små företag samt förslag till fortsatt arbete.
In 2015 the municipality of Simrishamn, together with IVL decided to start a project for the design, implementation and evaluation of a full-scale plant for removal of micropollutants such as pharmaceuticals and hormone disturbing substances. This ambition came true within a VINNOVA funded programme, Challenge Driven Innovation and by a decision made by the City council for the investment in a full-scale demonstration plant. As the region, including Simrishamn municipality, have been facing water shortage in recent years, it was decided to also evaluate the possibility to reuse the treated water by infiltration to the ground water. For this, an advanced treatment was added to the existing wastewater treatment plant (WWTP). The evaluation of the implemented three parallel advanced treatment systems consisting of only activated carbon (GAC), ozonation combined with sand filter, and ozonation combined with activated carbon clearly shows an added removal effect for pharmaceuticals but also other pollutants. Evaluation of the reusability of the treated water also showed positive results. The removal of pharmaceuticals, endocrine disrupting substances and antibiotics was almost 100 % and indicates that the water could be reused, e.g. by recharging to the groundwater.
Municipal wastewater treatment is a process to achieve sufficient water quality, which is usually done today using biological treatment. Although the process is optimised it still uses significant resources in its current form. IVL Swedish Environmental Research Institute has developed an innovative concept with potential to reduce use of resources, increase biogas production and achieve clean water. The method involves increased pre-precipitation to reduce the organic content as well as the load on the following membrane filtration with ultrafiltration and reverse osmosis, where water is cleaned for higher purity. The produced sludge is digested to produce biogas. The method has been tested at Hammarby Sjöstadsverk by IVL and as a part of a thesis project, performed by Súsanna Berg, KTH. The work was performed as a part of the project “Municipal Wastewater Treatment of Tomorrow- a production facility for utilities” partly financed by Swedish Vinnova. Main results are: Optimised pre-precipitation was able to separate the majority of the organic content and the efficiency is influenced by the choice of precipitation chemicals. The following membrane treatment was able to remove most of the remaining pollutants including nitrogen compounds. Thus it was possible to achieve a high degree of cleaning with this alternative approach. The results show the potential of the investigated method and further options for development of the method.
Årligen deponeras i dagsläget närmare 55 000 ton metallhydroxidslam samtidigt som stora mängder metaller och processkemikalier hamnar i våra vattendrag. I enlighet med Rio-konventionen har Sverige förbundits att verka för att ett resurssnålt och uthålligt samhälle införs. För att infria konventionen måste därför denna deponering och hantering upphöra. Ett alternativ till deponering är utvinning av metallerna ur hydroxidslammet. Det har dock i praktiken visat sig vara svårt att utvinna metaller som redan hårt bundits i ett hydroxidslam. Ett bättre alternativ är därför att återföra metaller och processkemikalier så nära källan som möjligt. För att undersöka möjligheterna till recirkulering av sköljvatten samt minskning av mängden avfall genom recirkulering eller koncentrering, har ett antal separationstekniker prövats i pilotskala vid Samhall JHP i Svenstavik. Resultaten av de utförda försöken har i de flesta fall varit positiva. Bl a har applicerbarheten av indunstarteknik för återvinning av processkemikalier ur skölj efter zinkatbad kunnat påvisats genom nogranna undersökningar av koncentrat. Även försök med jonbytesteknik för regenerering av betbad har fallit väl ut.
I denna rapport beskrivs försök i lab- och pilotskala med jonbytesteknik för recirkulering av fosfateringssköljvatten. Dessutom har jonbytareluaten studerats för att undersöka hurvida dessa skulle kunna åteföras till fosfateringsbadet. Två olika sköjvatten från samma line har studerats. Det ena består av våthållningssköljvatten och innehåller relativt höga koncentrationer av badkemikalier och det andra består av övriga sköljsteg och innehåller låga koncentrationer av badkemikalier. Det senare sköljvattnet är fullt möjligt att recirkulera med hjälp av jonbytestekniken medan det med högre koncentrationer badkemikalier innebär en låg uppkoncentreringsfaktor varför det är tveksamt om det är realistiskt att behandla detta vatten med jonbytesteknik. Det är tveksamt om eluaten från regenereringarna av kat- och anjonbytarna är möjliga att återföra till fosfateringsbadet. Grundproblemet är att de kemikalier som används för regenerering inte får ackumuleras i badet. För att komma runt detta problem har två tekniker prövats. Den ena tekniken går ut på att använda fosforsyra för regenerering av den starkt sura katjonbytaren. Denna syra visade sig dock vara alltför svag för att en effektiv regenerering skulle erhållas. Den andra tekniken innebär att eluatet från anjonbytaren fick passera en katjonbyatare i syraform för att byta ut natrium från regenereringskemikalien som består av natriumhydroxid mot vätejoner. Denna teknik fungerade väl och skulle eventuellt kunna användas på motsvarande sätt för katjonbytareluatet. Ett annat problem vid återföring är den låga koncentrationen av badkemikalier i eluaten. Ett sätt att höja koncentrationen är att endast låta den mest koncentrerade delen återgå till badet. För att ytterligare öka koncentrationerna kan regenereringen utföras i motström mot behandlingsflödet. Om recirkulering av sköljstegen införes, tillföres inte kalcium samt dess motjoner vilket skulle innebära att betydligt större volymer skulle kunna behandlas före regenerering. Detta skulle i sin tur inte enbart minska drifts- och investeringskostnaderna utan även öka koncentrationerna av badkemikalier i eluaten vilket skulle kunna öka möjligheten att återföra dessa till fosfateringsbadet
IVL har i ett flerårigt projekt utvecklat metoder för avskiljning av bioackumulerbara organiska ämnen ur vattenfas med hjälp av selektiv sorptionsteknik. Då denna teknik bygger på fysikalisk separation, avskiljs även de bioackumulerbara föreningar som är persistenta. Att tekniken är selektiv, innebär bland annat att både drifts- och investeringskostnaderna är relativt låga. Utvecklingsarbetet som varit framgångsrikt, startade med behandling av skogindustriella blekeriavlopp innehållande klororgainska föreningar. Genom att jämföra olika matriser hos polymera sorbenter, framkom att sorbenter med matris av polyfenol och styren har mycket hög affinitet och selektivitet för fenolära ämnen med hög bioackumulerbarhet. Avskiljningsgraden av de flesta analyserade klorfenolära föreningar med potentiell bioackumulerbarhet var över 90 %. Fortsatta långtidsförsök visade att sorbenterna med matris av polyfenol hade betydligt mindre kapacitetsförlust vid upprepade mättnads- och regenereringscykler jämfört med sorbenten med matris av styren. Då blekprocesserna inom skogsindustrin förändrades med minskade utsläpp av klorfenolära föreningar som följd, inriktades det fortsatta utvecklingsarbetet mot behandling av lakvatten från mark kontaminerad med klorfenolära ämnen. Detta är en applikation som bör ha mycket stort intresse med tanke på omfattningen av sådan mark. Som försöksvatten användes lakvatten från före detta BT Kemis tomt i Teckomatorp. Försöken med detta vatten har också varit framgångsrika med en mycket god selektivitet för de klorfenolära föreningarna som framförallt utgörs av klorerade fenoler och fenoxisyror. Detta innebar att en stor volym lakvatten kunde behandlas innan sorbenten blev mättad och behövde regenereras. Detta innebar i sin tur att koncentreringsfaktorn blev hög och att behandlingskostnaden vid en fullskaleinstallation därmed bör komma att understiga 30 kr/m3 lakvatten.
I och med undertecknandet av Rio-dokumenten, har Sverige förbundit sig att verka för ett uthålligt samhälle. Detta innebär bland annat att ändliga resurser som exempelvis metaller i betydligt större omfattning än hittills måste recirkuleras. I dagsläget deponeras årligen mer än 6000 ton metaller som ett svårhanterligt metallhydroxidslam härrörande från järn&stål- samt verkstadsindustrins neutralisationsanläggningar. Detta är inte en försumbar mängd vid sidan av de mängder som avgår från teknosfären via produkterna. I ekonomiska termer visar ett beräkningsexempel att kostnaderna för bildandet av metallhydroxidslam vid en medelstor ytbehandlingsanläggning, motsvarar drygt 1700 kr/kg utfälld zink. Ett annat exempel hämtat från en anläggning för tillverkning av rostfritt stål visar att kostnaden för bildandet av metallhydroxidslam är drygt 75 kr/kg ut-fälld legeringsmetall (krom, nickel molybden) inklusive värdet av metallerna men exklusive avskrivningskostnader. I denna studie som utförts inom ramen för IVLs delkollektiva program, Miljöanpassad teknologi, har IVL studerat tre processvägar som skulle kunna användas för att återföra metaller ur förbrukade processbad och sköljvatten tillbaka till kretsloppet. De studerade processvägarna var följande; * Avskiljning av metaller över ett jonbytarmaterial för engångsbruk * Plätering av metaller i komplexa blandningar genom elektrolys med diafragma-membran * Modifiering av metallhydroxidslam. Samtliga tre processvägar ska generera en produkt som kan återföra de avskilda metal-lerna till teknosfärens kretslopp. Studien visade att samtliga tre processvägar kan innebära lägre kostnader jämfört med exemplet konventionell fällning vid en medelstor ytbehandlingsanläggning och att de utgör intressanta utvecklingskoncept för återvinning av metaller ur både verkstads- och järn & stålindustrins metallinnehållande vatten.
Den för projektet uppsatta målsättningen att finna en sorbent med hög selektivitet för bioackumulerbara klorfenolära föreningar och ringa kapacitetsförlust för dessa under långtidsdrift har hittills infriats. Långtidsförsöken som presenteras i denna rapport har totalt omfattat behandling av mer än 400 000 bäddvolymer avloppsvatten fördelat på fyra sorbentkolonner vilka vardera genomgått 471 cykler á 8 timmar. Resultaten i delrapport 2 visar på klara skillnader mellan den undersökta adsorbenten och jonbytaren vid behandling av ultrafiltrerat E-stegsavlopp blandat med obehandlat (C+D)-steg. Över adsorbenten var avskiljningen av klorfenolära föreningar med potentiell bioackumulerbarhet 98 % under hela långtidsförsöket. Jonbytaren uppvisade dels lägre avskiljning av de klorfenolära föreningarna och dels större kapacitetsförlust för dessa. Resultaten i delrapport 3 visar att jonbytarens kapacitetsförlust inte ökade om ultrafiltrering av E-stegsavloppet uteslöts. Ultrafiltrering av hela avloppsvolymen ((C+D)+E-steget) innebar att kapacitetsförlusten för klorfenolära föreningar med potentiell bioackumulerbarhet upphörde. vid långtidsförsöken har varken motströmsregenerering eller regenerering vid förhöjd temperatur använts. Om dessa regenereringsmetoder används kan deaktiveringen förväntas ytterligare minska.
Den från projektets start uppsatta målsättningen att med hög selektivitet avskilja hydrofoba klorfenolära föreningar utan kapacitetsfölust vid långtidsdrift har hittills infriats (delrapport (1, 2 och 4). Optimeringsförsöken med adsorbenten som beskrivs i delrapport 4 visade att både driftsekonomin och avskiljningen ytterligare kunde förbättras genom att istället för saltsyra använda det sura (C+D)-stegsavloppet för neutralisation av adsorbenten efter regenerering. Ett genombrottsförsök visade att selektiviteten för klorfenolära föreningar med potentiell bioackumulerbarhet är mycket god och att avskiljningen av dessa var >80 % upp till 250 bäddvolymer. Karakterisering av renat avlopp kunde tyvärr ej bekräfta om selektiviteten även är hög för andra potentiellt bioackumulerbara föreningar. Däremot visade ett toxicitetsförsök med embryo och yngel från sebrafisk på en fullständig avgiftning av avloppsvattnet genom adsorptionsbehandlingen.
Syftet med försöken var att undersöka hur sorbenternas matrismaterial påverkar selektiviteten för klorfenolära substanser gentemot TOC och AOX i ultrafiltrerat totalt (E+(C+D)) blekeriavlopp. Även minskningen i reningseffektivitet under upprepade mättnads- och reaktiveringscykler skulle undersökas. För en fenolbaserad anjonbytare var avskiljningen av de tio analyserade klorfenolära substanserna >95 % efter 60 cykler och med en fenolbaserad adsorbent >99 % efter 45 cykler. Även en styrenbaserad jonbytare uppvisade höga avskiljningsgrader av dessa substanser men denna sorbent tappade reningseffekt under försökets 48 cykler. Med en akrylbaserad jonbytare var avskiljningsgraden jämn men relativt låg under försökets 45 cykler. För att kunna dra säkrare slutsatser beträffande deaktivering av sorbenthartsen måste antalet mättnads- och reaktiveringscykler ökas betydligt. Då dessa inledande försök har utförts med mycket liten sorbentvolym (36 ml) bör även försök med betydligt större volym utföras. Detta tillsammans med en bättre karaktärisering av det renade avloppsvattnet kommer att ske i ett uppföljande projekt stött av STU.
Denna rapport visar hur kvalitetsoptimering och resusreffektivisering av en process kan genomföras parallellt. Detta har åstadkommits genom att: * Identifiera vilka processparametrar i fosfateringsprocessen som har störst påverkan på produktkvalitén, i detta fall definierad som fosfateringsskiktets tjocklek (skiktvikt) samt färgens vidhäftning * Upprätta en god överblick över flödena i processen (kemikalier och vatten) för att på så sätt identifiera var och hur de största resursförlusterna sker samt hur de ur kvalitetssynpunkt mest förorenande ämnen sprids i processen * Utföra försök och beräkningar med syfte att förbättra recirkuleringen av vatten och kemikalier i processen i de delprocesser som enligt ovan har störst påverkan på produktkvalitén och resursförbrukningen Resultatet av arbetet har varit lyckosamt och visar att arbetsmodellen för 'Resurseffektiv kvalitetsoptimering' fungerar väl och kan tillämpas då man vill optimera sin process ur kvalitéts- och miljösynpunkt parallellt.
I projektet har avskiljning av metaller ur betbad för förbättrad och mer resurseffektiv betning undersökts för att återföra både syran och metallerna till kretsloppet. De kemiska processerna i betbad har undersökts med fokus på kristallisation som orsakar slamproblem och andra faktorer som kan störa betningsprocessen. Krisallisation kan samtidigt ses som en möjlig separationsprocess för att avskilja metaller från och förlänga livslängden för betbadslösningen. Flera parametrar har genomförts i laboratorieskala för att kunna bedöma teknikernas lämplighet för återvinning av betsyra och metaller. Undersökningarna har kunnat visa att badsammansättningen (salpetersyra, järnhalt och framför allt fluorvätesyrakoncentration) har stor betydelse för att kristallation ska kunna ske. Det befintliga underlaget är dock inte tillräckligt för att exakt kunna förutsäga när kristallation kan förväntas. Tekniker för avskiljning av kristaller, som t.ex. filterpress kopplat direkt till betbadet, bör undersökas närmare. Kunskapen om kristallisation i betbad behöver fördjupas för att kunns styra kristallationen.Det kan vara viktigt att kunna koncentrera järnfluoriderna innan kristallationen. Nanofiltrering är en teknik som kan åstadkomma detta. Metoden testades med positiva resultat i laboratorieskala med olika membran, vilket motiverar fortsatta försök i större skala.
Inom verkstadsindustrin och järn- och stålindustrin förbrukas stora mängder sköljvatten. Samtidigt ökar omgivningens krav på minskade utsläpp och införande av slutna processer. I rapporten ges exempel på hur olika typer av sköljsystem påverkar sköljvattenförbrukningen samt principen för separationstekniker som kan användas i syfte att rena och återföra förbrukat sköljvatten. De olika teknikernas begränsningar belyses samt investteringskostnader och huvudsakliga driftkostnadsposter. I rapporten beskrivs även försök i laboratorie- och pilotskala där tre sköljvatten har behandlats med olika typer av separationstekniker. Försöken har utförts med två olika alkaliska sköljvatten efter avfettning och ett surt sköljvatten efter betning med blandsyra (HF/HNO3). I rapporten beskrivs även en modell för beräkning av föroreningsuppbyggnad i sköljvattensystem med och utan recirkulering. En exemplifiering av hur modellen kan användas för att beräkna koncentrationen av ett ämne vid ett givet recirkuleringsflöde beskriv för ett reellt fall.
En FoI-agenda som främjar ökad cirkulär hantering av näringsämnen med ursprung i avlopp.