Thermisch gebaseerde technieken
Beschrijving
Bij thermisch gebaseerde technieken is temperatuur de drijvende kracht voor de scheidingsprocessen.
Voor de behandeling en valorisatie van concentraatstromen kunnen thermische technieken worden toegepast. Enerzijds kan het aanwezige water (deels) worden verdampt via verhitting. Anderzijds kan concentratie van water of bepaalde stoffen bekomen worden via kristalvorming.
Innovaties in het kader van concenstraatstromen bestaan er bv. in dat gebruik gemaakt wordt van zonne-, wind- of recuperatie-energie ipv fossiele brandstoffen, of het combineren van technieken zoals verdamping/indamping en kristallisatie.
Technische toepasbaarheid
Het aantal geavanceerde thermisch gebaseerde technieken die anno 2022 effectief in Vlaanderen (of daarbuiten) worden toegepast voor de behandeling en valorisatie van concentraatstromen zijn eerder beperkt (zie Tabel 7). In bijlage 3 worden een aantal praktijkcases besproken die effectief worden toegepast en/of potentieel hebben in Vlaanderen.
Een technische fiche van verdamping/indamping is terug te vinden in PRAKTIJKCASE 2. Concreet gaat het om 3 Vlaamse cases:
- opconcentratie van Li-houdend brijn via OO en vacuumverdamping, na fysicochemische zuivering in een bedrijf gespecialiseerd in materiaaltechnologie en recyclage
- verdere concentratie van OO-concentraat via indamper in een groenteverwerkend diepvriesbedrijf
- samenwerkingsverband tussen de chemische industrie en veevoederproducent, waarbij een specifieke processtroom apart wordt opgevangen en ingedampt (zonder energierecuperatie) met het oog op valorisatie als product voor bijmenging in voeder.
Daarnaast is er nog 1 buitenlandse case kort toegelicht.
Een technische fiche van kristallisatie is terug te vinden als PRAKTIJKCASE 3. Anno 2022 zijn er volgens de geïnterviewden (nog) geen concrete cases geïmplementeerd in Vlaanderen in het kader van de behandeling en valorisatie van concentraatstromen. De hoge energiekost van deze bijkomende zuiveringsstap is een mogelijke reden. Er werden ook geen buitenlandse cases in kaart gebracht.
Thermisch gebaseerde technieken kunnen ingezet worden voor de behandeling en valorisatie van concentratie. Het type (of combinatie van) techniek dient gekozen te worden ifv het te behandelen afvalwater en de parameters die opgeconcentreerd en /of teruggewonnen moeten worden en hangt af van de bedrijfsspecifieke situatie.
Voor de verwijdering van gevaarlijke stoffen (bv. textielverdelingsproducten) kan verbranding toegepast worden. Verbranding van brijn zou geen optie zijn omwille van de afwezigheid van organische fractie.
Voornamelijk in het kader van het opconcentreren van bv. recalcitrante CZV of zouten of de terugwinning van bv. zware metalen of nutriënten (valoriseren van concentraatstromen) zijn thermisch gebaseerde technieken aangewezen.
Milieu-impact
Thermisch gebaseerde technieken kunnen ingezet worden voor het verwijderen/opconcentreren van o.a. recalcitrante CZV, stikstof, ammoniak, PO4-P, zware metalen, calciet (CaCO3), sulfides, zware metalen, AOX/EOX, fenolen, oliën en zouten.
Thermisch gebaseerde technieken vereisen (veel) energie. Het energieverbruik kan geoptimaliseerd worden door gebruik te maken van hernieuwbare energiebronnen of het aanwenden van gerecupereerde energie.
Bij verdamping ontstaat er geen waterige afvalstroom (in vergelijking met bv. membraan gebaseerde processen). Niet-valoriseerbare reststromen (bv. assen) zijn te beschouwen als afval.
Bij het inzetten van (gezuiverd) afvalwater in het productieproces kan bespaard worden op het waterverbruik.
Financiële aspecten
Voor een aantal thermisch gebaseerde technieken werden kostprijzen verzameld (zie Tabel 7 en PRAKTIJKCASES 2&3). Deze dienen echter met de nodige omzichtigheid geïnterpreteerd te worden. De investeringskosten zijn immers zeer bedrijfs- en locatieafhankelijk.
De kostprijs wordt o.a. bepaald door het type, de uitvoeringsvorm (al dan niet in combinatie met andere technieken), de procesvoering (bv. energierecuperatie of gebruik van alternatieve energiebronnen), het te behandelen volume, de gewenste zuivering, de valorisatie-, afzet- of afvoeropties, enz.
Andere factoren die een invloed hebben op de kostprijs zijn: de schaalgrootte, transportkosten (bv. afvoer van afval) en evt. (externe) verwerking van afval.
Tabel – Thermisch gebaseerde technieken
Tabel 7 bevat voor elk van de geïnventariseerde thermisch gebaseerde technieken (zie excel, H3) een beschrijving van de technische toepasbaarheid, de milieu-impact en de financiële aspecten.
Tabel 7: Beschrijving van de thermisch gebaseerde technieken
[38] Stripping/scrubbing (ammoniumsulfaat of -nitraat als kunstmestvervanger, N-verarmde dunne mest voor afzet op Vlaamse bodem) als techniek in opkomst weerhouden voor de behandeling van de dunne mestfractie in het addendum bij de BBT-studie mestverwerking (2020) – techniek anno 2022 verder in onderzoek/ontwikkeling in tal van projecten en doctoraatsonderzoeken (evt. in combinatie met overige technieken)
[39] VCM, input BC nav draft 3, 2023; IVACO | Detricon
Installatie (capaciteit tot 20 m³/dag) is ontwikkeld ikv het DIGESMART-project voor de verwerking van de vloeibare fractie van varkensmest en digestaat tot een ammoniumnitraatoplossing.
[40] combinatie van verdamping en condensatie
[41] Panagopoulos A. & Haralambous K.J., 2020
[42] geschatte kostprijzen CAPEX RO: 1600 k€, evaporatoren: 6000 k€ (op een totaal van 10 500 k€, incl. gebouw, piping, pompen, engineering), als uitbreiding van biologie met het oog op waterrecuperatie (+/- 1 500 000 m³/d); OPEX evaporatie/kristallisatie >500 000 €/j (op een totaal van >5000000 €/j);
indamper op zuiveringsslib voor aanmaak proceswater: grootteorde 2000 k€ voor 15 m³/u (enkel indamper en randapparatuur, incl. valorisatie restwarmte); recuperatie van water uit effluent via UF/RO: grootteorde 500 k€ voor 15 m³/u (enkel UF/RO en randapparatuur)
[43] Panagopoulos A. & Haralambous K.J., 2020
-De investeringskost voor een MDR installatie is hoog. 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).
-Vacuumindamping - 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 vacuumindampinstallatie 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, ...). Deze variëren sterk van geval tot geval.
[45] Panagopoulos A. & Haralambous K.J., 2020
[46] Case studie voor toepassing van een korrelreactor voor fluorideverwijdering uit een stroom met een debiet van ~10 m³/uur (WASS - pelletkristallisator - korrelreactor).
| Milieuvriendelijke techniek | Technische aspecten | Milieuaspecten | BBT | ||||||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| Bewezen | Algemeen toepasbaar | Globaal - technisch | Waterverbruik | Afvalwater | Afval | Energie - elektriciteitsverbruik | Chemicaliën | Globaal - milieu | Economisch | ||
| Destillatie/rectificatie (Thermisch gebaseerde technieken) | - | -/+ | -/+ 1 | + | + | 0 | -/-- 2 | 0 | + | - | TO 3 |
| Verdamping / indamping (Thermisch gebaseerde technieken) | + | + | + 4 | + | + | 0 | -/-- 5 | + | + | - | vgtg 6 |
| Kristallisatie (Thermisch gebaseerde technieken) | + | + | + 7 | 0 | + | 0 | -/-- 8 | 0 | + | - | vgtg 9 |
| Afvalwaterverbranding (Thermisch gebaseerde technieken) | - | + | -/+ 10 | 0 | + | - | -- | 0 | - | Nee 11 |
- Legende
1 algemeen: techniek in opkomst; VCM maakt melding van 1 concrete case in Vlaanderen: full-scale installatie voor stripping/scrubbing van vloeibare varkensmest en digestaat
2 (zeer) energie intensief, interessant igv warmte/energie terugwinning
3 mits warmte/energie terugwinning
4 algemeen: toepasbaar; in Vlaanderen: zou toepasbaar en haalbaar zijn bij warmterecuperatie; zie ook bijlage 3 – praktijkcase 2
5 (zeer) energie intensief, interessant igv warmteterugwinning
6 voldoet aan de BBT-criteria mits warmte/energie terugwinning
7 algemeen: toepasbaar; in Vlaanderen: zou toepasbaar en haalbaar zijn bij warmterecuperatie; techniek vermeld tijdens interviews met oog op verdere behandeling van concentraatstromen, na indampen/verdampen; zie ook bijlage 3 – praktijkcase 3
8 (zeer) energie intensief, interessant igv warmteterugwinning
9 voldoet aan de BBT-criteria mits warmte/energie terugwinning
10 algemeen: toepasbaar; in Vlaanderen: afvoer voor verbranding van concentraatstroom via een externe verwerker (gemengd met andere afvalstromen); verbranding van brijn zou geen optie zijn omwille van de afwezigheid van organische fractie
11 geen globaal milieuvoordeel maar kan een optie zijn voor de afvoer van concentraatstromen via een externe verwerker (gemengd met andere afvalstromen).