Nanofiltration of ultrafiltration permeate fom chemical wastewater

Abstract

The aim of this report was to investigate the possibility of further cleaning of the wastewater at Dow in Landskrona. Dow produces water based adhesives from acrylic monomers. The wastewater contains different metal ions, surfactants, residual monomers and polymers. The wastewater at Dow is treated with ultrafiltration (UF) which produces a permeate that is sent to the municipal waste water treatment plant (WWTP). The municipal WWTP is heavily burdened and it might not be long until they start refusing to treat the wastewater from Dow. This study is a proactive investigation of nanofiltration (NF) as a method to produce a permeate clean enough to be reused in the process at Dow. Being proactive in wastewater treatment is getting more and more important, especially with the current water shortage in Sweden and many other places in the world.
Five NF and reverse osmosis (RO) membranes were investigated in the initial screening of flat sheet membranes: NF99HF from Alfa Laval, AP from GE, NF270, NF90 and XLE from Dow Filmtec. The UF permeate from Dow was used as feed for the NF. The total organic carbon (TOC) and conductivity was measured in the feed, the UF permeate, and the NF permeates to determine the retention of the membranes. The influence of transmembrane pressure (TMP) and crossflow velocity (CFV) was studied for all membranes to determine the optimal operation conditions.
From the studied membranes, NF90 was chosen for further studying in a spiral wound membrane due to the good retention and common use in industrial wastewater treatment.
The contents of the UF permeate varies a lot due to the varying production schedule at Dow. That means that the NF membranes must be equipped to handle the worst-case scenario at Dow, if all the NF permeate is to be reused in the process. Despite the varying content of the UF permeate a NF permeate with concentrations of TOC and conductivity lower than that of the city water in Landskrona has been produced on several occasions. This is proof that NF membranes are capable of producing a permeate clean enough to be reused in the process. However, on two occasions the UF permeate from Dow contained high concentrations of TOC, conductivity and inorganic carbon (IC). The concentrations of the produced NF permeate were nowhere near the low concentrations of the city water. Further investigations should be made if this can be avoided if Dow wants to proceed with the NF system.
The fouling issue could not be resolved as it seemed that no combinations and concentrations of cleaning detergent could remove the fouling caused by the filtration. The fouling should be of focus in further studies.
NF seems to be a promising method to further clean the wastewater but further studies in a larger scale need to be done before deciding on implementing it at Dow.

Abstract (Swedish)

Målet med den här rapporten var att undersöka möjligheten att vidare rena spillvattnet på Dows anläggning i Landskrona. Dow tillverkar vattenbaserade bindemedel från akryl monomerer. Spillvattnet innehåller metalliska joner, såpor, restmonomerer och restpolymerer. Idag så renas spillvattnet med ultrafiltrering (UF) där permeatet släpps iväg till det kommunala reningsverket för vidare rening. Eftersom reningsverket är hårt belastat så är Dow intresserade av att undersöka möjligheten att rena sitt processvatten på anläggningen. Den här studien har undersökt om nanofiltrering (NF) kan användas för att producera ett permeat som är rent nog att återanvända i processen. På grund av rådande vattenbrist i Sverige och runtom i världen så är det viktigt att vara proaktiv inom reningen av spillvatten.
Fem olika NF och omvänd osmos (RO) membran undersöktes vid en första screening av plattmembran: NF99HF från Alfa Laval, AP från GE, NF270, NF90 och XLE från Dow Filmtec. UF-permeatet från Dow i Landskrona användes som feed till NF. Innehållet i UF och NF-permeaten undersöktes genom att mäta total organic carbon (TOC) och konduktiviteten. Skillnaden i TOC och konduktivitet bestämde retentionen för de olika membranen. Påverkan av transmembrantryck (TMP) och tvärströmshastigheten (CFV) studerades för att bestämma de optimala driftsförhållandena.
Från de studerade membranen så valdes NF90 för vidare studie med ett spiralmembran på grund av dess goda retention och vanliga förekomst inom industrin för rening av industriellt spillvatten.
På grund av att Dow varierar vilka produkter de producerar så varierar innehållet UF-permeatet väldigt mycket. Därför måste NF membranen klara av att hantera det UF-permeat med högst koncentration av TOC och konduktivitet om allt NF-permeat ska gå att återanvända i processen. Trots det varierande innehållet i UF-permeatet så lyckades NF producera ett permeat med lägre koncentrationer av TOC och konduktivitet än stadsvattnet vid flera tillfällen. Det bevisar att NF-membranen är kapabla att producera ett NF-permeat som kan återanvändas i processen. Vid två tillfällen så innehöll UF-permeatet mycket höga koncentrationer av TOC, konduktivitet och oorganiskt kol (IC). Detta fick till följd att koncentrationerna även var höga i NF-permeatet och inte låg nära de låga koncentrationerna i stadsvattnet. Vidare studier bör göras om detta går att undvika om Dow vill gå vidare med NF.
Problemet med fouling gick inte att lösa under studiens gång då olika koncentrationer och olika tvättmedel inte hade någon påverkan på foulingen som uppstod av filtreringen. Foulingen borde vara i fokus i en framtida studie.
NF verkar vara en lovande metod för att rena Dows processvatten men vidare studier måste göras i en större skala innan Dow bestämmer sig för om de ska investera i NF.

Popular Abstract (Swedish)

Kan nanofiltrering vara en möjlighet för Dows processvattenrening? Då reningsverket redan idag är hårt belastat så vill Dow undersöka möjligheten att sköta sin processvattenrening internt på anläggningen. Den här studien har undersökt om nanofiltrering är en möjlighet för att åstadkomma detta.

• author: Gunnarsson, Martin
• supervisor: Ann-Sofi Jönsson
• organization: Chemical Engineering (M.Sc.Eng.)
• course: KET920 20171
• year: 2017
• type: H2 - Master's Degree (Two Years)
• subject: Technology and Engineering
• keywords: total organic carbon, nanofiltration, wastewater, ultrafiltration, conductivity, chemical engineering, kemiteknik
• language: English
• id: 8914921
• date added to LUP: 2017-06-29 10:37:58
• date last changed: 2017-06-29 10:37:58