De oplossing voor een Scandinavische staalfabriek verlaagt de waterbehandelingskosten

Het transporteren van walsweegschaal met water om een ​​continue recyclinglus te creëren, verlaagt de kosten door veel handmatige handelingen te elimineren en continue werking in minder ruimte mogelijk te maken dan traditionele oplossingen. Molens in Noord-Europa, zoals de Outokumpu-fabriek in Avesta, Zweden, wenden zich tot Nordic Water voor oplossingen op basis van schroefontwaterers, lamellenscheiders en Dynasand-filters.

Tegenwoordig verplichten strikte milieuregels bedrijven in Noord-Europa om verbruikt proceswater schoon te maken voordat het in rivieren en rioleringen wordt geloosd. Idealiter zou al het proceswater in een gesloten kringloop moeten worden gerecycled; in de praktijk moet het worden "uitgebloed" en behandeld.

Millweg is grof, zwaar en schurend
Bij de staalproductie wordt bij heet frezen en gieten water gebruikt met snelheden tussen 100 kubieke meter per uur en 10.000 kubieke meter per uur, afhankelijk van de schaal van de bewerking. Als staal het gietproces verlaat, produceert het koelen en snijden met water walshuid (ijzeroxiden). Molenhuiddeeltjes variëren van enkele microns tot de grootte van een vuist. Ze zijn ook zwaar en schurend. (Dichtheid 4,9 tot 5,2 gram per kubieke centimeter). Traditioneel wordt dit grove materiaal verzameld in kuilen om te worden geleegd door kranen of kettingschrapers. Enorme bezinkbassins scheiden vervolgens boetes en olie. Periodiek verwijderen teruggespoelde batterijen van zandfilters uiteindelijk het materiaal ter grootte van een micron en de resterende olie.

Deze benadering heeft echter verschillende nadelen die de totale kosten van waterbehandeling verhogen en daardoor de bedrijfskosten van de molen. Ten eerste vereist de bewerking handmatige verwerking en kan deze niet worden geautomatiseerd. Ten tweede hebben bassins en putten veel ruimte nodig. Ten derde zijn de onderhoudskosten hoog. Ten slotte, wanneer een bestaande installatie wordt aangepast om de waterbehandeling te upgraden, moet voor deze benadering extra ruimte worden gevonden.

Verzamelen en verwerken brengt milieu-uitdagingen met zich mee
Het verzamelen van walshuid kan bijzonder lastig zijn voor de werkomgeving. Nog in het begin van de jaren zeventig verzamelden arbeiders kalk in emmers die op rails stonden en verplaatsten ze met de hand. Dit was een onaangename taak in krappe, lawaaierige en stoffige omstandigheden.

Omdat de eisen aan staalfabrieken toenemen om de werkomgeving te verbeteren, de totale kosten te verlagen en te voldoen aan strengere milieuwetgeving, hebben verschillende fabrieken zich tot de waterbehandelingsspecialist Nordic Water gewend. Dit bedrijf, gevestigd in Zweden, biedt geavanceerde scheidingsproducten voor vaste stoffen en vloeistoffen en kant-en-klare oplossingen voor de behandeling van industrieel proceswater en afvalwater.

Nieuwe benaderingen
Nieuwe technologieën zijn ontwikkeld door Nordic Water (eerder Axel Johnson Engineering) en Metso Minerals (eerder Sala International). Ovako Steel AB, onderdeel van de SKF Group in Hofors, Zweden, deed een beroep op deze bedrijven om de kalkaanslag in een continue waterstroom te helpen verwijderen. Dit elimineerde de noodzaak van een kalkput in de buurt van de hoofdproductie en verminderde stof terwijl de werkomgeving werd verbeterd. De schaal en de waterslurry moesten echter worden getransporteerd.

Een pomp- en opvangopstelling op vloerniveau werd ontworpen om de middelen te verschaffen om de mest weg te transporteren. Twee semi-submersible pompen (één voor stand-by) verplaatsen het water- en kalkmengsel. Een schrootmand bij de inlaat vangt kalk en vreemde voorwerpen op van meer dan 2,5 tot 5 centimeter. De opvangbak is ontworpen om ophoping van muren te voorkomen; het is klein met steil aflopende wanden met een bodemoppervlak van ongeveer twee keer de breedte van het pomphuis. Om slijtage tegen te gaan, verbinden industriële rubberen slangen de pompleiding en de pomp, hoewel stalen buizen op rechte secties kunnen worden gebruikt.

In het pomphuis en de waaier wordt hoog chroomgelegeerd staal gebruikt. Ondanks de hardheid van de slurry gaan de slijtdelen meer dan een jaar mee, zelfs bij harde voorbewerkingen. Op fijnere schaal kunnen de slijtdelen meer dan 10 jaar meegaan.

Het vinden van de juiste pomp cruciaal
De keuze van de pomp was cruciaal en de volgende criteria werden geïdentificeerd:
• Stijve as en lagers om de schokken van de zwaarste objecten te weerstaan
• Stromingsvariatie ongevoelig
• Luchtblokkering ongevoelig
• Mogelijkheid om droog te lopen
• Mogelijkheid om afzettingen in de carter te verwijderen met een onderste waaier of spuitgaten terug te brengen.

Nordic Water koos voor deze taak de semi-submersible pomp type Metso VT. De gehele pomp kan worden opgetild voor inspectie en er is geen afdichtingswater nodig.

De grootste pompen van dit type verwerken een debiet van 1.500 kubieke meter per uur (4.400 gallons per minuut) bij drukken tot 3 bar (45 pond per vierkante inch). Een volledig onderdompelbare variant kan worden gebruikt wanneer de schachtlengte onvoldoende is voor de diepte van de sump.

Door de kalksteen weg te pompen van het punt waar hij valt, is er geen ketelsteen meer nodig in het freesgebied en ontstaan ​​er alternatieven voor het verwijderen van kalkaanslag.

Grove aanslag uit de mest verwijderen
Voor de mestbehandeling dienen zich drie mogelijkheden aan:een schroefontwaterer, magneetscheider en cycloon. De nadelen van de cycloon zijn onder meer prestatievermindering door slijtage en dat hij minder tolerant is voor grote vreemde voorwerpen. Bovendien vereist het effluent een aanvullende verwerking. De magnetische scheider heeft een korte contactafstand tussen de magneet en de weegschaal, wat ofwel grote scheiders vereist (alleen geschikt waar schaalvoordelen het toelaten) ofwel leidt tot verhoogde slijtage.

Bij voorkeur schroefontwaterer
De voorkeursoplossing van Nordic Water is een grote schroefontwaterer. Dit is in feite een bezinktank waar het materiaal bezinkt en een schroeftransporteur de bezonken kalk verwijdert en ontwatert. Hoewel het al vele jaren wordt gebruikt in de behandeling van mineralen, is de toepassing in staalfabrieken vrij recent.

Continue werking, ook tijdens onderhoud, is mogelijk omdat de schroef kan worden opgetild voor service terwijl de voedingsstroom nog enkele uren aan de gang is.

De schroef verwijdert bijna 100 procent van het aanslagmateriaal boven de 100 micron. De ontwaterde kalkaanslag is een druipdroog materiaal met minder dan 2 tot 8 procent vocht, afhankelijk van de deeltjesgrootteverdeling.

Een spatscherm vangt de olie en ander drijvend materiaal op, dat wordt verwijderd met de olieskimmer die bij de ontwaterer wordt geleverd voor het verwijderen van drijvende producten. In de overloop is nog olie aanwezig, maar de waterkwaliteit is voldoende om te worden hergebruikt als transportmiddel. Voor koelingsdoeleinden is verdere behandeling nodig.

De eerste schroefontwaterer, en ook de eerste DynaSand-filters, voor kalkaanslag werd in 1980 geïnstalleerd bij Avesta (tegenwoordig Outokumpu Stainless). Het werd snel gevolgd door installaties bij Ovako Steel, Fundia, SSAB en later bij een aantal fabrieken in Duitsland, Oostenrijk en Frankrijk.

"Het gebruik van het Nordic Water/Metso-systeem bespaarde 35 procent op de totale investering in waterbehandeling", zegt Nils Albertsson, projectmanager van Avesta.

Een dwarsstroom lamellenpakket gemonteerd in de ontwaterer vergroot het zwembadoppervlak tot een totaal bezinkingsgebied (of putequivalent) van 100 vierkante meter, waardoor een voedingsstroom van bijna 2.000 kubieke meter per uur (8.800 gallons per minuut) in een eenheid. Zeven eenheden van deze omvang zijn actief bij Voest Alpine in Linz, Oostenrijk.

De schroefontwaterer levert vaste concentraties in het bereik van 100 tot 300 delen per miljoen. Dit is te hoog om de statische filters in de traditionele afvalwatersystemen met een acceptabele terugspoelfrequentie te voeden, maar het valt binnen de capaciteit van het Dynasand continufilter van Nordic Water.

Continue filtratie met DynaSand
In het DynaSand-filter wordt vervuild zand continu uit het filterbed verwijderd, gewassen en gerecycled zonder onderbreking van het filtratieproces. Het DynaSand-filter is gebaseerd op het tegenstroomprincipe. Het te behandelen water wordt via de inlaatverdeler in het onderste deel van de unit binnengelaten en gereinigd terwijl het door het zandbed omhoog stroomt, voordat het via de filtraatuitlaat bovenaan wordt afgevoerd. Het zand dat de ingesloten onzuiverheden bevat, wordt vanuit het taps toelopende onderste gedeelte van de unit door middel van een luchtpomp naar de zandwasser aan de bovenkant getransporteerd. De reiniging van het zand begint in de pomp zelf, waarbij vuildeeltjes door de turbulente mengwerking van de zandkorrels worden gescheiden. Het verontreinigde zand komt via de pompuitlaat in het waslabyrint terecht, waar het door een kleine stroom schoon water wordt weggespoeld. De onzuiverheden worden via de waswaterafvoer afgevoerd, terwijl de korrels schoon zand (die zwaarder zijn) in het zandbed worden vastgehouden. Hierdoor beweegt het bed constant naar beneden door de unit. Zo vinden zowel waterzuivering als zandwassing continu plaats, waardoor het filter ononderbroken in bedrijf kan blijven.

Het filter werkt dus zonder bewegende delen, zonder geregelde kleppen en met een lage drukval, minder dan 0,1 bar (1,5 psi). De spoelwaterstroom werkt op 5 tot 7 procent van de voerstroom. Het gefilterde water bevat minder dan 5 tot 10 delen per miljoen resterende vaste stoffen en olie, wat voldoet aan de meeste eisen voor recycling of bleed. Voor polijstdoeleinden kan het filter worden bedreven met ondersteuning van coagulanten, met een lagere voedingsbelasting of met actieve kool als filterbed, waardoor filtraten van vrijwel elke gewenste zuiverheid ontstaan.

Werking op walsschaal zorgt voor een filtratiesnelheid van 25 meter per uur (10 gallons per minuut per vierkante voet) door het filterbed. Zo levert de grootste filtereenheid, de DST 50 met een filteroppervlak van 5 vierkante meter (54 vierkante voet), een capaciteit van 123 m3/h (550 gpm). Dynasand-filters kunnen worden gerangschikt in een batterijlay-out. Zestien filters samen zullen een debiet van 2.000 m3/h (8.800 gpm) bedienen, wat overeenkomt met de capaciteit van de schroefontwaterer model SD 60-200 van Metso Minerals.

Spoelwater van de Dynasand-filters wordt normaal gesproken geconcentreerd in een conventioneel verdikkingsmiddel dat werkt met een oppervlaktebelasting van ongeveer 2 meter per uur (0,8 gallon per minuut per vierkante voet). De overloop van het verdikkingsmiddel wordt teruggevoerd naar de filtervoedingspompen. De onderstroom wordt afgevoerd via een sluisklepsysteem om een ​​hoge vastestofconcentratie van 45 tot 65 procent vaste stof mogelijk te maken. In deze verdikker moeten polymeren worden gebruikt, maar in geen enkel ander deel van het systeem van pompen, schroefontwaterers of zandfilters. Lamellenscheiders zijn in enkele recente installaties met succes voor hetzelfde doel gebruikt.