Ultrafiltratie

Beschrijving

Procesbeschrijving

Het zuiveringsprincipe van ultra- of membraanfiltratie is gebaseerd op de afscheiding van opgeloste deeltjes d.m.v. een selectief permeabele membraan, waar het te zuiveren water onder hoge druk doorheen geperst wordt.

Ultrafiltratie specialiseert zich in de verwijdering van deeltjes met een grootte tussen 0,1 en 0,001 µm. Water en kleine moleculen, zoals detergenten en zouten, gaan bijgevolg wel doorheen het membraan. Aldus treedt een verregaande zuivering op van dit zgn. permeaat.

De afgezonderde moleculen blijven achter in het zgn. concentraat, dat op zijn beurt moet gezuiverd of geloosd worden.

Varianten

• Dead end-filtratrie: de filtratie verloopt discontinu: na een periode van filtratie raakt het membraan vervuild, en wordt een tegenspoeling ingezet. Gedurende die tegenspoelfase kan uiteraard geen water gefiltreerd worden.
• Cross-flow filtratie: de filtratie verloopt continu omdat het membraan voortdurend gespoeld wordt. Hiervoor wordt wel 90% van de bruto-waterstroom gebruikt. (Doyen, 2002)

Stand van de techniek en referenties

De techniek bevindt zich –althans voor wat betreft de carwashsector- nog in de experimentele fase. De Katholieke Hogeschool Kempen (Colen, 2002) heeft op dit ogenblik een projectvoorstel lopen bij het IWT. Indien dit project wordt goedgekeurd, zal vanaf najaar 2002 onderzoek verricht worden naar de ontwikkeling van de membraanfiltratietechniek in de carwashsector, alsook naar de biologische nabehandeling van het concentraat.

Bij Texaco De Gast te Middelharnis (Nederland) stond een praktijkinstallatie, maar deze werd buiten gebruik genomen wegens zijn storingsgevoeligheid (Nering Bögel, 2000).

Voor- en nadelen

Voordelen

• Ultra- of membraanfiltratie zorgt voor een verregaande zuivering van het afvalwater doordat een filtratie optreedt tot op molecule-schaal.
• Er hoeven geen chemicaliën of vlokkingsmiddelen toegevoegd te worden om de afscheiding te realiseren.
• Reinigingsmiddelen die in het carwashproces niet verbruikt werden (tot 20 à 30%), gaan mee doorheen het membraan, mits gebruik te maken van een geschikte poriëngrootte. Ze blijven dus in het gezuiverde water achter, en kunnen alsnog ingezet worden in een nieuwe wascyclus.

Nadelen

• Het proces levert een afvalstroom (het zgn. concentraat) op. Deze bedraagt minstens 10% van het watervolume dat doorheen de filter gaat. Dit concentraat bevat alle vervuilende bestanddelen die door het membraan werden tegengehouden. Deze afvalstroom zou kunnen behandeld worden in een biologisch zuiveringssysteem.  Onderzoek hieromtrent zal verricht worden in de studie van de Katholieke Hogeschool Kempen (Colen, 2002).
• Ondanks de hoge mate van zuivering, is het water niet geschikt voor een vlekvrije naspoeling. Kalk e.d. worden immers niet tegengehouden door het membraan.
• Kationische detergenten en positief geladen waxen kunnen zich vastzetten op het negatief geladen membraan, en het aldus verstoppen waardoor regeneratie onmogelijk wordt (Doyen, 2002). Dit probleem kan vermeden worden mits een doordachte keuze van de reinigingsmiddelen.
• Voor de terugspoeling van het membraan (wanneer het verstopt is geraakt na een verwerkingscyclus van proceswater) zijn chemicaliën nodig.
• Het gaat om ingewikkelde installaties die uitsluitend door deskundigen kunnen onderhouden worden.
• Zonder bijkomende maatregelen kan het systeem last hebben van geurproblemen.

Werkingsgraad

Het zuiveringsrendement ligt zeer hoog: meestal is de kwaliteit hoger dan wat verlangd wordt voor een carwashrecyclagewater (Nering Bögel, 2002).

Hulpstoffen

Voor het eigenlijke filtratieproces zijn geen chemicaliën nodig, voor de terugspoeling van het membraan wél.

Automatiseringsgraad

Het gaat om een volautomatische werkende installatie.

Leveranciers

Aangezien de technologie nog in experimentele fase verkeert, zijn er nog geen leveranciers op de markt die commerciële installaties aanbieden.

Toepasbaarheid

• De gebruikte reinigingsmiddelen en waxen moeten geschikt zijn.
• Dientengevolge is ultrafiltratie geen geschikte techniek voor de self-carwash.
• De membraanfiltratie dient voorafgaan te worden door een microfilter, voor de verwijdering van zwevende stof.
• Voor de behandeling van het concentraat kan b.v. een biologische zuivering ingeschakeld worden.

Voordeel voor het milieu/veiligheidsniveau

Milieu-aspecten

Er komt een afvalstroom, nl. het concentraat, vrij, die moet verwerkt worden.

Bij terugspoeling van het membraan komen ook het op het membraan afgezette slib en de reinigingschemicaliën vrij.

Energieverbruik

Het geïnstalleerd vermogen voor een installatie van 5 m³/h bedraagt 1,5 kW voor de filtratiepomp (90% van de tijd in werking), en 3 kW voor de terugspoelpomp (10% van de tijd in werking).

(Doyen, 2002)

Veiligheidsaspecten

In geval van membraan-reiniging dienen de veiligheidsmaatregelen voor de manipulatie van corrosieve producten in acht genomen te worden.

Financiële aspecten

voor een installatie van 5m³/h (Nering Bögel, 2002; Doyen, 2002)

• investering: hoog: grootteorde 40 à 50.000 euro voor 5 m³/h
• onderhoud: hoog, o.a. wegens regelmatige, reiniging van membranen
• energie: laag: 0,2 kWh per m³geproduceerd water
• chemicaliën: laag, want enkel om filters te reinigen
• afvalproductie (slib): laag
• benodigde randapparatuur: geurbestrijding