Wateruitdagingen in de Chemische Industrie

Posted by:
PUBLISHED ON:
IN CATEGORY:

Water wordt onder andere gebruikt voor het verwarmen of afkoelen van producten en toestellen, voor vacuümcreatie, stoomproductie, de bereiding van oplosmiddelen en reactiemedia, extractieve of absorberende reagentia, productspoeling en destillatie, transport van producten en wassen.

De chemische industrie is een heel brede economische sector. Ze omvat de productie van grondstof-chemicaliën, van farmaceutische producten tot polymeren, voedsel, petrochemicaliën en tussenproducten, kleurstoffen, enzovoort.

Aangezien water in de meeste chemische processen wordt gebruikt, samen met de diversiteit aan producten uit deze subsector, komt het niet echt als een verrassing dat de chemische industrie één van de grootste waterverbruikers is. Daar staat tegenover dat deze subsector ook de kern vormt van nieuwe technologieën en geavanceerde oplossingen als het gaat om een duurzaam verbruik van natuurlijke bronnen.

De chemische industrie en waterverbruik

Water wordt onder andere gebruikt voor het verwarmen of afkoelen van producten en toestellen, voor vacuümcreatie, stoomproductie, de bereiding van oplosmiddelen en reactiemedia, extractieve of absorberende reagentia, productspoeling en destillatie, transport van producten en wassen.

Door de vereiste hoge temperaturen en druk hebben de industriële toestellen zuiver water nodig, zodat operationele uitdagingen, zoals vervuiling van de toestellen, worden geminimaliseerd. In dit geval zijn demineralisatie en behandeling van het water belangrijk om een correcte werking van de apparatuur en stabiele processen te garanderen.

Binnen de chemische industrie is koelen de meest waterintensieve en veeleisende operatie. Dankzij de fysische en chemische eigenschappen van water is het de eerste keuze voor warmteuitwisseling in chemische processen. Bovendien is water het goedkoopste en meest beschikbare middel voor warmteuitwisseling, ondanks andere warmteuitwisselingsvloeistoffen zoals ethyleenglycol.

Water als middel van warmteuitwisseling

Veel chemische reacties genereren of vereisen warmte die moet worden verwijderd uit of toegevoegd aan het reactievat. Dit houdt het proces op een stabiel en veilig tempo, zoals weergegeven in Afbeelding 1.

Example of a water circuit for heat control operation in a reactor
Afbeelding 1: Voorbeeld van een watercircuit voor de warmteregeling in een reactor

Bron: https://www.swep.net/industrial-handbook/temperature-control-systems/ 

Water wordt vervolgens naar koeltorens getransporteerd zoals weergegeven in Afbeelding 2, waar het warmte uitwisselt met de omgeving door massa en warmteoverdracht.

Battery of cooling towers for process heat dissipation
Afbeelding 2: Koeltorens voor de afvoer van proceswarmte

Massaoverdracht tussen warm water en de omgeving impliceert dat een deel van het water verloren gaat, wat betekent dat zoetwatertoevoer nodig is om dit verlies te compenseren. Een korte grafische uitleg van het koelproces binnen de torens wordt getoond in Afbeelding 3.

Water circuit and operation of a cooling tower
Afbeelding 3: Watercircuit en werking van een koeltoren

Wereldwijde zoetwateronttrekking voor chemische verwerking

De vraag naar water voor de verwerkende industrie zal naar verwachting tegen 2050 met 400% toenemen [1]. Ongeveer 19% van de wereldwijde wateronttrekking wordt gebruikt voor industriële doeleinden, waarvan 17% voor rekening komt van landen met een hoog inkomen, terwijl de resterende 2% tot landen met lage inkomens behoort [2], zoals weergegeven in Afbeelding 4.

World freshwater use for industrial applications
Afbeelding 4: Wereldwijd zoetwatergebruik voor industriële toepassingen [2]
De Europese chemische en raffinage-industrie is verantwoordelijk voor 50% van al het waterverbruik in de verwerkende industrie en vertegenwoordigt 6% van het totale gewonnen zoetwater [3]. Afbeelding 5 laat Nederland, België en Noorwegen zien als de landen met de grootste watertoevoer naar de chemische industrie.

World freshwater use for industrial applications
Afbeelding 5: Waterverbruik in de Europese productie-industrie per activiteit, 2011 (m3 per inwoner) [4].

De druk van het watertekort op de chemische industrie

Omdat het zo’n waterintensieve activiteit is, wordt de chemische industrie geconfronteerd met waterschaarste en de uitstoot van verontreinigende stoffen in het water. De industrie speelt op deze omstandigheid in door minder zoet water te gebruiken en de uitstoot van afval naar rivieren te verminderen. Waterkwaliteit en -kwantiteit is niet langer een kwestie van kosten, maar van efficiënt beheer en gebruik. Veel van de meest duurzame en efficiënte maatregelen in de industrie zijn gebaseerd op het recycleren en hergebruiken van water [5].

Maar door de toenemende waterschaarste moet de chemische industrie verder gaan dan puur intern water recycleren en hergebruiken, zoals aangetoond in Afbeelding 6. De sector staat voor de uitdaging om te blijven functioneren en zich uit te breiden. Aangezien het watertekort in sommige gebieden een kritiek probleem wordt moet de sector zijn processen verbeteren en tegelijkertijd evolueren naar een optimaal beheer van waterbronnen.

Integrated water management in the industry environment

Afbeelding 6: Geïntegreerd waterbeheer in de industrie [6]

Wat kan de sector doen?

Behalve de implementatie van afvalwaterbehandeling en recyclering kan duurzaam gebruik van water in de industriële sector ook tot stand komen door het creëren van grootschalige watercollectoren, het aanboren van nieuwe grondwaterbronnen of in sommige gevallen het ontzilten van zeewater [7].

Maar door de toenemende waterschaarste moet de chemische industrie verder gaan dan een individualistisch perspectief. Ze moet kiezen voor een totaalaanpak, waarbij symbiotische interactie met andere sectoren of industrieën van dezelfde aard wordt gebruikt als een pijler voor duurzaam waterbeheer.

Een symbiotische aanpak

Deze symbiose omvat het verbinden van de industrie met de stedelijke en landelijke omgeving, om zo voor een ​​alomvattende en duurzame waterbeheerstrategie te zorgen. Dit maakt het mogelijk behandeld water uit verschillende verwerkingslijnen, industrieën of sectoren [3] binnen de chemische verwerkingslijn te hergebruiken, zoals aangetoond in Afbeelding 7.

Comparison between a standard water use Vs symbiotic water useAfbeelding 7: Vergelijking tussen een standaard waterverbruik versus symbiotisch waterverbruik [3].

Bovendien omvat deze strategie de integratie van geavanceerde technologieën, zodat aan de eisen van een sector wordt voldaan zonder de specifieke behoeften op het gebied van waterkwaliteit in gevaar te brengen. Voor dit doel zijn technologieën zoals omgekeerde osmose (RO), microfiltratie (MF) en ultrafiltratie (UF) membranen een goede keuze voor het koppelen van industriële en huishoudelijke waterstromen [6].

Door het koppelen van een membraan-bioreactor die huishoudelijk afvalwater behandelt, aan een zuiveringsmembraan, ontstaat een waterstroom van hoge kwaliteit, die zonder probleem  in het verwerkingsproces kan worden ingebracht [6].

Onze BOSAQ-waterexperts helpen de productie-industrie graag bij het vinden van de beste manier om de watervoetafdruk van uw proces te verkleinen zonder de uiteindelijke kwaliteit van uw producten in gevaar te brengen. Onze waterbehandelingstechnologie op basis van hoogwaardige membranen kan u helpen afvalwaterstromen van andere processen te integreren zonder de zoetwatervoorraden in gevaar te brengen.

Referenties

[1]A. Boretti and L. Rosa, ‘Reassessing the projections of the World Water Development Report’, Npj Clean Water, vol. 2, no. 1, Art. no. 1, Jul. 2019, doi: 10.1038/s41545-019-0039-9.

[2]H. Ritchie and M. Roser, ‘Water Use and Stress’, Our World Data, Nov. 2017, Accessed: Sep. 30, 2020. [Online]. Available: https://ourworldindata.org/water-use-stress.

[3]‘ChemWater – Chemistry-Water synergies’. https://chemwater.eu/index.php/Chemistry-Water-synergies/Chemistry-Water-synergies.html (accessed Oct. 01, 2020).

[4]‘Archive:Water use in industry – Statistics Explained’. https://ec.europa.eu/eurostat/statistics-explained/index.php/Archive:Water_use_in_industry#Water_use_in_manufacturing_industry (accessed Oct. 01, 2020).

[5]S. Milmo, ‘Thisrty work’, Chemistry World, Sep. 2008.

[6]Water and Sustainable Development: Opportunities for the Chemical Sciences: A Workshop Report to the Chemical Sciences Roundtable. .

[7]‘How Manufacturing Facilities in the Chemical Industry Can Reduce Water’, Samco Tech, Aug. 06, 2020. https://www.samcotech.com/how-manufacturing-facilities-chemical-industry-can-reduce-water-usage/ (accessed Oct. 02, 2020).

Facebook
Twitter
LinkedIn

This website uses cookies

We use cookies and other tracking technologies to improve your browsing experience on our website, to show you personalized content and targeted ads, to analyze our website traffic, and to understand where our visitors are coming from. By browsing our website, you consent to our use of cookies and other tracking technologies.