Afvalwaterbehandeling in de metaalindustrie vereist efficiënte en betrouwbare oplossingen om te voldoen aan de wettelijke vereisten van bijlage 40 van de Afvalwaterverordening en tegelijkertijd een economische en stabiele werking te garanderen. Chemisch-fysische (CP) installaties (ook bekend als precipitatie- en flocculatie-installaties) spelen hierbij een sleutelrol, omdat ze een efficiënte en aanpasbare methode zijn voor de behandeling van industrieel afvalwater met verschillende verontreinigingsniveaus.

In dit artikel leggen we uit hoe CP-systemen werken, bekijken we de speciale vereisten voor de verwijdering van zware metalen en emulsies en belichten we de typische verontreinigingen in afvalwaterstromen uit de metaalindustrie.

Functionaliteit van CP-systemen

CP-installaties zijn gebaseerd op een combinatie van chemische en fysische processen die samenwerken om verontreinigende stoffen uit afvalwater te verwijderen. In wezen vindt de behandeling plaats in verschillende stappen:

  1. Voorbehandeling: Hierbij worden grove onzuiverheden, vaste stoffen en oliën afgescheiden. Vaak worden mechanische processen gebruikt zoals zeven, vetafscheiders of bezinktanks.
  2. Neutralisatie: Afvalwater dat zuur of alkalisch is, wordt op een neutrale pH-waarde gebracht door zuren of basen toe te voegen. Dit is belangrijk voor de volgende behandelingsstappen.
  3. Precipitatie en uitvlokking: In deze stap worden opgeloste verontreinigende stoffen omgezet in een onoplosbare vorm. Procesadditieven op basis van metaalzouten en zuren/alkaliën(ALMA AQUA-procesadditieven voor afvalwaterbehandeling) worden toegevoegd om de precipitatie van zware metalen als hydroxiden of sulfiden te veroorzaken. Deze onoplosbare deeltjes worden dan samengebracht door vlokmiddelen om grotere agglomeraten te vormen die gemakkelijker kunnen worden gescheiden.
  4. Scheiding: Het resulterende slib en de vlokken worden gescheiden met behulp van fysische processen zoals bezinking, flotatie of filtratie. Typische technologieën zijn kamerfilterpersen of bandfilters die het slib ontwateren en verwerken tot een vaste filterkoek.
  5. Nabehandeling: In de regel wordt de eindzuivering uitgevoerd met behulp van actieve koolfilters, ionenwisselaars of omgekeerde osmose om de restverontreiniging terug te brengen tot de wettelijke limieten.
CP-systeem voor het neerslaan en uitvlokken van zware metalen, AOX en koolwaterstoffen van ALMAWATECH.

Afbeelding: Ons CP-systeem ALMA CHEM MCW als batchsysteem met cyanideontsmetting

Oorsprong van afvalwater in de metaalindustrie

De metaalindustrie is een van de belangrijkste sectoren die aanzienlijke hoeveelheden industrieel afvalwater produceert. Dit afvalwater wordt gegenereerd in verschillende processen en werkgebieden en is meestal sterk vervuild met verschillende verontreinigende stoffen. Deze verontreinigende stoffen moeten specifiek behandeld worden voordat het afvalwater in het milieu geloosd kan worden. De verschillende bronnen en soorten afvalwater die in de metaalindustrie worden geproduceerd, worden hieronder in meer detail beschreven.

1. galvanische processen (galvanisch afvalwater)

Galvanische processen, waarbij metalen coatings worden aangebracht op werkstukken, produceren afvalwater dat bijzonder zwaar vervuild is met zware metalen zoals chroom, nikkel, koper, zink en cadmium. Bij galvaniseren worden verschillende baden gebruikt, zoals beitsbaden, ontvettingsbaden en elektrolytbaden, waarvan het afvalwater ook chemicaliën bevat zoals zuren, basen en complexvormers. Dit afvalwater moet speciaal worden behandeld om de zware metalen te laten neerslaan en andere chemische verbindingen af te breken.

2. inmaken

Beitsinstallaties verwijderen oxide- en vuillagen van metalen door ze onder te dompelen in zure oplossingen. Dit produceert beitsafvalwater dat hoge concentraties zuren bevat, vooral zwavelzuur, zoutzuur en fosforzuur. Bovendien bevat dit afvalwater vaak opgeloste metalen en organische verontreinigingen. Dit zure afvalwater moet geneutraliseerd worden en de erin opgeloste metalen moeten verwijderd worden voordat het geloosd mag worden.

3. anodiseermodus

Anodiseerinstallaties, die gebruikt worden om aluminium te raffineren, produceren afvalwater dat sterk vervuild is met zwavelzuur en aluminiumzouten. Tijdens het anodiseerproces wordt aluminium geoxideerd in een zure oplossing, wat resulteert in afvalwater met een hoog zuurgehalte en opgeloste metaalionen. Dit afvalwater moet grondig geneutraliseerd worden en de metaalionen moeten neerslaan.

4. polijsten

In zwartoxidefabrieken, waar metalen door chemische behandeling een donkere, corrosiebestendige laag krijgen, wordt afvalwater geproduceerd dat zowel organische chemicaliën als zware metalen bevat. Dit afvalwater is vaak sterk alkalisch of zuur en moet uitgebreid worden behandeld om de zware metalen te neutraliseren en te verwijderen.

5. thermisch verzinken en thermisch vertinnen

Thermisch verzinken en thermisch vertinnen produceren afvalwater dat voornamelijk zink- en tinverbindingen en zuren bevat. Dit afvalwater wordt geproduceerd tijdens de oppervlaktebehandeling van metalen, die worden beschermd door onderdompeling in vloeibare zink- of tinbaden.

6. harderij

Hardingsbedrijven, waar metalen worden gehard door middel van warmtebehandeling en chemische processen, produceren afvalwater dat vervuild is met olie, emulsies en chemicaliën zoals cyaniden en nitrieten. Dit afvalwater is bijzonder moeilijk te behandelen omdat het zowel organische als anorganische vervuilende stoffen bevat die een complexe behandeling in meerdere fasen vereisen.

7. productie van printplaten

De productie van PCB's, een belangrijke sector van de elektronica-industrie, produceert afvalwater dat koper, lood, tin en andere zware metalen bevat, evenals zuren en basen. Dit afvalwater moet zorgvuldig worden behandeld om de zware metalen te verwijderen en de chemische bestanddelen te neutraliseren.

8. batterijproductie

De productie van batterijen produceert afvalwater dat zwaar vervuild is met zware metalen zoals lood, kwik en cadmium en zuren. Dit afvalwater moet in meerdere fasen worden behandeld om de extreem giftige zware metalen en zuren veilig te verwijderen. Procescombinaties van CP-systemen en selectieve ionenwisselaars (ALMA ION) worden vaak gebruikt.

9. emailleren

Emailleringsbedrijven die metalen coaten met een laagje glas, produceren afvalwater dat verontreinigd is met zuren, basen en zware metalen zoals nikkel, chroom en zink. Dit afvalwater moet worden geneutraliseerd en de zware metalen moeten worden verwijderd voordat het kan worden geloosd.

10. mechanische werkplaatsen

Mechanische werkplaatsen die metalen verwerken, produceren afvalwater dat olie, vet, metaalspanen en vuildeeltjes bevat. Dit afvalwater bevat vaak ook koelsmeermiddelen, die geëmulgeerd zijn en behandeld moeten worden door chemische splitsing en afscheiding van de oliefase. CP-systemen in combinatie met opgeloste luchtflotatie (ALMA NeoDAF) hebben hun waarde bewezen voor dit zeer olieachtige afvalwater.

11. vibrerende afwerking

Massafabrieken die abrasieve media gebruiken voor de oppervlaktebehandeling van metalen produceren afvalwater dat vervuild is met abrasieve deeltjes, metaalslijpsel en koelsmeermiddelen. Dit afvalwater vereist scheiding van de vaste deeltjes en behandeling van de organische en anorganische vervuilende stoffen.

12. verfwinkel

Verfbedrijven die metalen oppervlakken coaten, produceren afvalwater dat oplosmiddelen, kleurstoffen, pigmenten en chemicaliën bevat. Dit afvalwater moet worden behandeld om de organische en anorganische verontreinigende stoffen te verwijderen voordat het water in de riolering kan worden geloosd.

Modulair CP-systeem voor de verwijdering van cyanide, chroom, zware metalen en AOX

Foto: Ons CP-systeem ALMA CHEM MCW Modular geïnstalleerd in de ALMA Modul container voor de technische ruimte. 

Typische ingrediënten van afvalwater in de metaalindustrie

Afvalwater uit de metaalindustrie is vaak complex en bevat een verscheidenheid aan verontreinigende stoffen die verwijderd moeten worden. Hier volgt een overzicht van de typische verontreinigingen:

Metalen
  • Chroom (Cr)
  • Nikkel (Ni)
  • Koper (Cu)
  • Zink (Zn)
  • Lood (Pb)
  • Cadmium (Cd)
  • Arsenicum (As)
  • Barium (Ba)
  • Kwik (Hg)
  • Zilver (Ag)
  • Tin (Sn)
Andere onzuiverheden
  • Zuren en basen (bijv. zwavelzuur, zoutzuur)
  • Oliën en vetten
  • Emulsies (bijv. koelsmeermiddelen)
  • Organische oplosmiddelen
  • Zwevende vaste stoffen
  • Fosfaten
  • Fluoriden
  • Cyanide
  • AOX (adsorbeerbare organische halogeenverbindingen)
  • Sulfide
  • COD (chemisch zuurstofverbruik)
Toepassingsgebieden voor CP-systemen in overeenstemming met bijlage 40 van de Afvalwaterverordening

CP-systemen worden in veel gebieden van de metaalindustrie gebruikt om te voldoen aan de strenge grenswaarden van de Afvalwaterverordening. Bijlage 40 van de Afvalwaterverordening definieert de specifieke herkomstgebieden waarin CP-systemen vereist zijn:

  1. Galvanisch verzinken
  2. Inmaken
  3. Anodiseermodus
  4. Polijsten
  5. Thermisch verzinken, thermisch vertinnen
  6. Hardingswinkel
  7. Productie van printplaten
  8. Batterijproductie
  9. Emailleerfabriek
  10. Mechanische werkplaats
  11. Trilfinish
  12. Verfwinkel

In deze gebieden wordt afvalwater geproduceerd dat zwaar vervuild is met zware metalen, zuren en organische verontreinigende stoffen. De behandeling van dit afvalwater in CP-installaties is cruciaal om de wettelijk voorgeschreven lozingslimieten te halen.

Chemisch-fysische installatie voor de behandeling van industrieel afvalwater.

Foto: Ons CP-systeem ALMA CHEM MCW met slibontwatering door onze kamerfilterpers

Neerslaan van zware metalen

Het meest gebruikte proces voor het verwijderen van zware metalen uit afvalwater is chemische precipitatie. Bij dit proces worden procesadditieven aan het afvalwater toegevoegd om de zware metaalionen om te zetten in slecht oplosbare verbindingen, die vervolgens als vaste stoffen van het water kunnen worden gescheiden. Hier vindt u een overzicht van onze speciale procesadditieven voor afvalwaterbehandeling: ALMA AQUA

  • Neerslaan van hydroxide: De toevoeging van alkalische oplossingen zoals natronloog (NaOH) leidt tot de vorming van metaalhydroxiden, die over het algemeen slecht oplosbaar zijn en neerslaan als vaste stof. Deze methode is vooral effectief voor metalen zoals koper, nikkel en zink. Neerslag vindt meestal plaats bij een pH-waarde tussen 8 en 10, afhankelijk van het metaal.

Voorbeeld reactie

Foto: Onze doseerstations voor neutralisatie- en neerslagmiddelen en ons voorbereidingsstation voor vlokmiddelen. Alle apparatuur komt uit onze ALMA AQUA productreeks

  • Sulfideprecipitatie: Sulfideprecipitatie wordt vaak gebruikt voor metalen die niet voldoende verwijderd kunnen worden door hydroxideprecipitatie of die aanwezig zijn in de aanwezigheid van complexvormers. Door natriumsulfide (Na2S) of andere sulfidebronnen toe te voegen, worden metaalsulfiden gevormd die nog minder oplosbaar zijn dan hydroxiden. Deze methode is vooral effectief voor het verwijderen van zware metalen zoals lood, kwik en cadmium.

Voorbeeld reactie

  • Neerslaan met ijzerchloride: ijzerchloride (FeCl3) kan worden gebruikt als neerslagmiddel om fosfaten en sommige zware metalen neer te slaan. Het wordt vaak gebruikt als voorbehandeling voordat andere precipitanten worden toegevoegd.

Voorbeeld reactie:

Emulsiesplitsing

Het splitsen van emulsies is een essentiële stap in de behandeling van afvalwater. Chemische middelen, zogenaamde emulgatorbrekers, worden aan het afvalwater toegevoegd om de stabiele olie-watermengsels te destabiliseren. Hierdoor kunnen de oliedruppels samensmelten tot grotere druppels die gemakkelijker te scheiden zijn van de waterfase.

  • Chemische splitsing: Zuren of basische verbindingen worden toegevoegd om de pH-waarde van het afvalwater te veranderen en de emulsie te destabiliseren. Een veelgebruikte aanpak is de toevoeging van ijzer- of aluminiumzouten, die fungeren als coagulanten.

Procestechniek voor de behandeling van afvalwater van de metaalindustrie

Chemisch-fysische afvalwaterzuivering (CP plants) in de metaalindustrie omvat een verscheidenheid aan procestechnologieën die erop gericht zijn verontreinigende stoffen efficiënt te verwijderen en afvalwater te behandelen om aan de wettelijke vereisten te voldoen. In dit hoofdstuk bekijken we enkele van de belangrijkste procestechnologieën die in CP-installaties worden gebruikt: CP-installaties met slibontwatering, flotatie-installaties (opgeloste luchtflotatie) en selectieve ionenwisselaars.

CP-systemen met slibontwatering

CP-installaties combineren verschillende fysische en chemische processen om metalen uit afvalwater te verwijderen. De belangrijkste doelstellingen van deze installaties zijn

  • Precipitatie en uitvlokking: Zware metalen in afvalwater worden door chemische reacties omgezet in slecht oplosbare verbindingen. Deze neerslagmiddelen, zoals kalkmelk of natronloog, zetten de opgeloste metaalionen om in onoplosbare hydroxiden of sulfiden, die vervolgens als vaste deeltjes in het afvalwater aanwezig zijn.
  • Bezinking: De vaste deeltjes die het resultaat zijn van precipitatie worden gescheiden door bezinking. In deze fase zinken de vaste deeltjes naar de bodem van de bezinktank door hun hogere dichtheid in vergelijking met het water, waar ze een bezinkbare slibfractie vormen.
  • Filtratie: Het heldere supernatant water wordt vaak door verdere filtratiefasen geleid, zoals meerlagenfilters of actieve koolfilters, om de fijnste deeltjes en organische onzuiverheden te verwijderen.
  • Ontwatering: Het slib dat tijdens de bezinking wordt geproduceerd, wordt ontwaterd in een kamerfilterpers om het volume te verminderen en de afvoerkosten te minimaliseren.
Systeemontwerp

Sedimentatie is een centraal proces in CP-installaties waarbij gesuspendeerde vaste stoffen en neergeslagen deeltjes door zwaartekracht uit het afvalwater worden verwijderd. Afhankelijk van het afvalwatervolume en de concentratie verontreinigende stoffen kunnen CP-systemen worden gebruikt als batch- of continu systeem.

  • Batchsystemen: Deze worden meestal gebruikt voor kleine tot middelgrote hoeveelheden afvalwater of wanneer het afvalwatergehalte sterk fluctueert. Het afvalwater wordt verzameld in een bezinktank en na behandeling geloosd in een discontinu proces. Het voordeel van batchinstallaties ligt in hun flexibiliteit en operationele betrouwbaarheid.
  • Continustroomsystemen: Deze zijn ontworpen voor continue afvalwatervolumes. Het afvalwater stroomt continu door het systeem, waarbij de bezinking plaatsvindt in een continue stroom. Systemen met continue stroming zijn vooral geschikt voor grote volumestromen en consistente afvalwatersamenstellingen.
Tweefasige neerslagsystemen: maximale verwijdering van verontreinigende stoffen

In veel gevallen wordt bezinking aangevuld met tweefasige neerslag om een maximale verwijdering van zware metalen en andere verontreinigende stoffen te garanderen.

  • Eerste fase: In de eerste neerslagfase worden de metaalionen in het afvalwater omgezet in slecht oplosbare hydroxiden door toevoeging van chemicaliën zoals kalkmelk of natronloog. Deze hydroxiden zijn over het algemeen minder goed oplosbaar en bezinken in de bezinktank als slib.
  • Tweede fase: In de tweede neerslagfase kunnen speciale neerslagmiddelen, zoals sulfiden, worden toegevoegd om de resterende metaalionen om te zetten in meer onoplosbare sulfiden. Deze methode is vooral effectief bij het verwijderen van zware metalen die in de vorm van complexen in het afvalwater aanwezig zijn.
Cyanideontgifting en chroom(VI)-reductie: gespecialiseerde behandelingen

Naast algemene neerslag spelen speciale ontgiftingsprocessen zoals cyanideontgifting en chroom(VI)-reductie een belangrijke rol in CP-installaties:

  • Cyanidevergiftiging: Cyanide is een zeer giftige stof die in veel metaalverwerkende industrieën voorkomt, vooral in galvaniseerinstallaties. Cyanidevergiftiging vindt plaats door oxidatie, waarbij cyanide wordt geoxideerd tot niet-giftige cyanaten of verder wordt geoxideerd tot kooldioxide en stikstof. Dit gebeurt meestal door chloor, hypochloriet of waterstofperoxide toe te voegen.
  • Reductie van chroom(VI): Chroom(VI) is een ander giftig zwaar metaal dat vaak wordt gebruikt bij de oppervlaktebehandeling van metalen. Om het uit afvalwater te verwijderen, wordt het gereduceerd tot het minder gevaarlijke chroom(III). Deze reductie wordt meestal uitgevoerd door de toevoeging van reductiemiddelen zoals natriumbisulfiet onder zure omstandigheden. Het resulterende chroom(III) wordt vervolgens als hydroxide neergeslagen in de precipitatie-installatie en bezinkt.
Slibontwatering met kamerfilterpersen

Na bezinking bevat het resulterende slib nog steeds een hoog percentage water, dat moet worden gereduceerd voordat het wordt afgevoerd of verder verwerkt. Dit is waar de kamerfilterpers om de hoek komt kijken.

  • Hoe het werkt: Het slib dat wordt afgezogen in de bezinktanks wordt naar de kamerfilterpers gepompt, waar het onder hoge druk wordt ontwaterd. De kamerfilterpers bestaat uit een reeks kamers die bedekt zijn met filterdoeken. De druk van het pompen perst het water door de filterdoeken, terwijl de vaste stoffen in de kamers blijven en een droge filterkoek vormen.
  • Voordelen: De kamerfilterpers vermindert het volume slib aanzienlijk, wat de afvoerkosten verlaagt en de verwerking vergemakkelijkt. Bovendien kan het ontwaterde slib vaak verder worden verwerkt of hergebruikt als recyclebaar materiaal.
Kamerfilterpers met voorstrijkfiltratie met diatomeeënaarde

Afbeelding: Onze ALMA CFP kamerfilterpers voor het ontwateren van slib uit afvalwaterzuiveringsinstallaties

Flotatiesystemen: Scheiding door drijfvermogen

Opgeloste luchtflotatie is een belangrijke technologie in afvalwaterbehandeling die erop gericht is om de fijnste deeltjes, emulsies en zwevende deeltjes uit de waterfase te verwijderen. Het werkt volgens het principe dat luchtbellen zich aan de te verwijderen deeltjes hechten en ze naar het wateroppervlak transporteren, waar ze als schuim kunnen worden afgeschept.

Functionaliteit

In de flotatie-installatie wordt eerst een coagulant aan het afvalwater toegevoegd, waardoor de fijnste deeltjes samenklonteren. Vervolgens wordt het afvalwater verrijkt met lucht, waardoor kleine luchtbelletjes ontstaan. Deze luchtbelletjes hechten zich aan de deeltjes, die door het drijfvermogen van de belletjes naar het wateroppervlak stijgen. Daar vormen ze het flotaatslib, dat mechanisch wordt verwijderd met behulp van schrapers.

Voordelen
  • Efficiënte verwijdering van de fijnste deeltjes: Zelfs zeer kleine en lichte deeltjes kunnen door flotatie betrouwbaar uit afvalwater worden verwijderd.
  • Veelzijdigheid: Flotatiesystemen kunnen in verschillende industriële omgevingen worden gebruikt en zijn geschikt voor een breed scala aan soorten afvalwater.
Processtappen
  1. Toevoeging van coagulanten en flocculanten: Deze chemicaliën helpen om de fijne deeltjes te combineren tot grotere agglomeraten.
  2. Introductie van luchtbellen: Het afvalwater wordt gemengd met lucht, waardoor de deeltjes naar het oppervlak stijgen door het drijfvermogen van de luchtbellen.
  3. Afromen van het flotaatslib: Het slib dat zich aan het oppervlak vormt en de onzuiverheden bevat, wordt mechanisch verwijderd.

Afbeelding: Ons ALMA NeoDAF flotatiesysteem met buisflocculator en gepatenteerd luchtverzadigingssysteem

Selectieve ionenwisselaars: gerichte verwijdering van specifieke ionen

Selectieve ionenwisselaars (ALMA ION) zijn gespecialiseerde harsen die specifieke ionen uit afvalwater kunnen verwijderen. Ze zijn vooral nuttig voor het verwijderen van restsporen van zware metalen na precipitatie en filtratie die niet volledig worden opgevangen door conventionele processen.

Functionaliteit

Een ionenwisselaar bestaat uit een vaste hars die door chemische binding bepaalde ionen uit de waterfase kan absorberen. In ruil daarvoor laat de hars andere, minder problematische ionen los in de oplossing. Selectieve ionenwisselaars zijn ontworpen om bij voorkeur bepaalde metaalionen zoals lood, koper of nikkel te binden.

Voordelen
  • Hoge selectiviteit: Deze ionenwisselaars kunnen worden aangepast aan specifieke ionen, waardoor zware metalen efficiënter worden verwijderd.
  • Regenereerbaarheid: De harsen kunnen opnieuw worden verwerkt en hergebruikt nadat ze zijn uitgeput door middel van chemische regeneratie.
  • Milieuvriendelijk: Omdat ze specifieke ionen uit het afvalwater verwijderen, wordt de zoutbelasting in het afvalwater niet onnodig verhoogd.
Processtappen
  1. Stroom door de ionenuitwisselingskolom: Het afvalwater wordt door de ionenuitwisselingsharslaag geleid, waar de metaalionen worden gebonden.
  2. Uitwisseling en regeneratie: Nadat het hars uitgeput is, wordt de ionenuitwisselingskolom geregenereerd door deze te behandelen met een chemische oplossing (bijv. zuur of alkali), waardoor de gebonden ionen vrijkomen en het hars weer functioneel wordt.
Selectieve ionenwisselaar voor de verwijdering van zware metalen

Afbeelding: Ons selectieve ionenwisselingssysteem ALMA ION voor de verwijdering van zware metalen

Conclusie

Chemisch-fysische afvalwaterbehandeling in de metaalindustrie is een complex proces dat zorgvuldige planning en implementatie vereist. CP-systemen zoals ons ALMA CHEM MCW of ons ALMA NeoDAF opgeloste luchtflotatiesysteem bieden een flexibele en effectieve oplossing voor de verwijdering van zware metalen, emulsies en andere verontreinigende stoffen. Door gebruik te maken van moderne procestechnologieën zoals precipitatie, flotatie en ionenuitwisseling kan worden voldaan aan de strenge wettelijke eisen en is een duurzame afvalwaterbehandeling gegarandeerd.

Aarzel niet om contact met ons op te nemen voor meer informatie en oplossingen op maat voor afvalwaterbehandeling in de metaalindustrie.

info@almawatech.com

06073 687470