DOSSIER
Aquarama 82 – december 2018

EFC, voor water barstensvol zout

Eutectische vrieskristallisatie, kortweg EFC, is in volle ontwikkeling. De technologie is vooral veelbelovend voor de verwerking van geconcentreerde tot zelfs verzadigde zoutoplossingen. Die komen onder meer vrij bij regenereren van ionenwisselaars of na omgekeerde osmose. Daarnaast zijn er veel industrieën die zo al dermate zoute stromen uit hun productieprocessen krijgen, dat die mogelijk eveneens gebaat zullen blijken met EFC.

Bij ionenwisseling maakt men vaak gebruik van harsen. Als die zijn uitgeput, worden ze geregenereerd met een overmaat zout water, of met zuur en loog. Maar wat te doen met de zeer zoute reststroom die bij dat regenereren ontstaat? Tot de opties behoren lozen, afvoeren en verwerken, en behandelen in een biologisch zuiveringsproces. Een aantal wetenschappers werkt aan alternatieve oplossingen. Een van die oplossingen zou EFC kunnen zijn: Eutectic Freeze Crystallisation of in het Nederlands eutectische vrieskristallisatie. Dr. ir. Nienke Koeman, onderzoekster bij KWR Watercycle Research Institute: “Die scheidingstechnologie is vooral veelbelovend voor de verwerking van geconcentreerde tot zelfs verzadigde zoutoplossingen, ook ‘brijn’ genoemd. Die komt onder meer vrij bij regenereren van ionenwisselaars of na omgekeerde osmose.”

Sectoren

EFC doet het vooral goed als het zoutgehalte van de waterstroom nabij de saturatiegrens is. Bij lagere gehaltes is eerst een concentratiestap nodig, bijvoorbeeld via membraantechnologie. Voor enkele sectoren kan de technologie extra interessant blijken, gelooft Koeman: “Neem de voedingsmarkt. Een voordeel van EFC is dat je stromen kan indikken door te koelen. Dus niet, zoals zo vaak, verhitten wat een negatieve impact kan hebben op ingrediënten, bijvoorbeeld door hun structuur te veranderen. Zo is de techniek al uitgetest op stromen die vrijkomen bij kaasverwerking. Andere sectoren met brijnstromen zijn de chemische, olie- en gasindustrie en tenslotte de mijnbouw.”

Werkingsprincipe

Koeman is intussen een van de belangrijkste EFC-deskundigen in de Benelux. Ze legt het werkingsprincipe ervan uit. Bekijk daarvoor Figuur 1.

Wat gebeurt als je koelt met de EFC-installatie, hangt af van de startconcentratie van je brijn. Is de zoutconcentratie lager dan de concentratie die hoort bij het eutectische punt, dan zal je eerst ijs vormen (Figuur: pijl van A naar B). Maar als de concentratie van het brijn hoger is, zal je eerst zout vormen (Figuur: van C naar D).

“Je maakt eerst zout óf ijs”, stelt Koeman. “Pas als je zo ver koelt dat je het eutectische punt bereikt, vorm je zowel zout als ijs. Die kan je scheiden van het brijn doordat ijs gaat opdrijven en zout bezinken.”

Troeven

EFC scheidt een zoute stroom in ijs, zout en een geconcentreerde zoute oplossing. Koeman: “Veel bedrijven willen water terugwinnen en opnieuw gebruiken. Maar met EFC kan je meteen ook het zout opnieuw gebruiken. Dat kan zowel voor het milieu als inzake kosten gunstig zijn. Een zout zoals keukenzout, dus NaCl, is goedkoop maar als je er heel veel van terugwint kan het toch de moeite lonen. Sommige andere zouten zijn stukken duurder: daarvoor is het nog sneller interessant ze te hergebruiken.”

Dan is er de nog overblijvende reststroom die je na een EFC-behandeling moet afvoeren: die is behoorlijk kleiner, wat opnieuw leidt tot kostenvoordeel. Ook van belang is het energetische luik. “Wanneer een technologie gericht is op verdamping, dan kost dat in theorie méér energie dan bevriezen”, stelt Koeman.

Maar: de technologie is nog nauwelijks marktrijp. Daar trachten diverse organisaties, onder meer KWR, iets aan te doen. Koeman vermeldt enkele markante projecten. “Het zijn samenwerkingsprojecten die we samen met een technologieleverancier en/of eindgebruiker uitvoeren”, verduidelijkt ze.

Botlek

Een markant project was ‘Behandeling van regeneraat van ionenwisselaars door middel van EFC’. Het vond plaats van 2013 tot 2016 bij een demiwaterproductie-installatie in de Botlek, een haven- en industriegebied in Rotterdam. Het ruwe oppervlaktewater bevat er onder meer 80 mg/l calcium en wordt onthard met kationenwisseling. Bij regeneratie van het kationhars wordt een 10 gewichtsprocent NaCl-oplossing gebruikt. Na regeneratie daalt de zoutconcentratie naar 2 à 4 gewichtsprocent. Ze bevat vooral NaCl en voorts nog anorganische vervuiling, met name calcium.

Firma EFC Separations (heet vandaag Cool Separations) monteerde er een verplaatsbare semi-industriële EFC-piloot met een capaciteit van 50 tot 200 kilo ijs per uur. In de installatie werden zowel de ijs- als de zoutkristallen gewassen om de kwaliteit van teruggewonnen water en zout te verhogen. De pilot is enkele maanden in bedrijf geweest. Uiteindelijk besloten de projectpartners dat EFC technisch en economisch potentieel heeft voor de verwerking van regeneraat van ionenwisseling.

“Veel bedrijven willen water terugwinnen en opnieuw gebruiken. Maar met EFC kan je meteen ook het zout opnieuw gebruiken.”

Dr. ir. Nienke Koeman, onderzoekster bij KWR Watercycle Research Institute

Orpheus

Er zijn dus al grote stappen gezet inzake behandeling met EFC van zoutstromen die zijn vervuild met anorganische stoffen zoals calcium. Minder kennis is er voorlopig over de toepassing van EFC bij zoutstromen die zijn vervuild met organische stoffen. De mogelijkheden daar zijn onder meer onderzocht in project Orpheus. Dat begon op 1 mei 2016 en eindigt november 2018. Het gaat over het concentreren van kleine, zoute reststromen met debieten van één tot tien kuub per uur, die komen uit de procesindustrie. Die zijn volgens KWR dermate klein dat een behandeling ervan met MEE (Multi Effect Evaporatie) duur zou uitvallen. MEE is in dat geval minder interessant, waardoor dat soort reststromen al gauw afvalstromen worden. In Orpheus wordt het potentieel van andere technologieën onderzocht, waaronder EFC. Koeman: “Daar testen we de pilootinstallatie op water van AkzoNobel. Er zit vooral NaCl in, maar ook onzuiverheden zoals calcium en fosfaten. En we voegen aan het water organische componenten toe, om te kijken wat het effect ervan is. We zien bijvoorbeeld dat de kristalvorming erdoor wordt beïnvloed. We onderzoeken nu hoe we daarmee kunnen omgaan.”

Zuid-Afrika

“Het project in Botlek was een TKI-project. TKI is een Nederlandse subsidieregeling. Orpheus is een ISPT-project. ISPT is een organisatie die onderzoek faciliteert waarbij bedrijven en kennisinstellingen betrokken zijn”, meldt Koeman.

Intussen is er zelfs al een firma, Cool Separations, die meldt dat ze een EFC-installatie op industriële schaal heeft verkocht voor het behandelen van zuur water, afgevoerd uit mijnen (zogenaamde ‘acid mine drainage’). Die moet uit dat water sulfaatzouten recupereren en het water opschonen, zodat het herbruikbaar wordt. De firma glundert dat ze “daarmee het commerciële stadium heeft bereikt”.

Toch blijven bijkomend onderzoek en verdere ontwikkeling nodig om het volle potentieel van EFC te benutten. Wie weet wordt zo de behandeling van zeer zoute stromen ooit écht een koud kunstje.

Door Koen Vandepopuliere

www.tkiwatertechnologie.nl/project/eutectic-freeze-crystallisation/