Duurzamere koelwatersystemen dankzij ontharding van suppletiewater

Open recirculerende koelwatersystemen worden bij de industrie op grote schaal toegepast voor de dissipatie van laagwaardige, overtollige warmte naar de omgevingslucht. Daartoe wordt van het over de koeltoren recirculerende koelwater een deel verdampt (verdampingsenergie) door intensief contact met ingebrachte lucht (meestal geforceerd en soms door natuurlijke trek). Dit leidt tot indikking van het recirculerende koelwater (indikkingsfactor) waardoor het noodzakelijk is een deel van het water te spuien om zo te hoog oplopende zoutconcentraties te vermijden (scaling, corrosie). Het systeem moet vervolgens met vers suppletiewater worden aangevuld. De traditionele conditionering van dit type koelwatersystemen wordt gekenmerkt door de toevoeging van chemicaliën (veelal in standaard formuleringen) aan het recirculerende koelwater ter voorkoming van scaling, corrosie en microbiologische groei (biofilmvorming) in het systeem. Daarbij gaat het bijvoorbeeld om corrosie-inhibitors, anti-scalants, dispergeermiddelen en biociden. Dit leidt tot een complex beheersysteem en een hoog chemicaliënverbruik. Bovendien blijft de mate van indikking gelimiteerd. In dit project is onderzocht of door volledige of gedeeltelijke ontharding/ontzouting van het suppletiewater van koelwatersystemen de indikkingsfactor van het recirculerende koelwater kan worden verhoogd zodat kan worden bespaard op water, energie en chemicaliën.

Ontharden van suppletiewater als mogelijk alternatief

Modelberekeningen in deze studie hebben aangetoond dat het ontharden van het suppletiewater van koelwatersystemen kan leiden tot een reductie van zowel het water- als het chemicaliënverbruik. Dit komt omdat een hogere indikkingsfactor kan worden gehanteerd (hoger aantal cycli). Daarnaast kunnen de traditionele, relatief complexe  conditoneringsprogramma’s worden vervangen door een conditioneringsprogramma met alleen basischemicaliën zoals natriumchloride, natriumhydroxide en natriumcarbonaat. Hierdoor wordt de milieu-impact van de lozing van koelwaterspui aanzienlijk verminderd. De modelberekeningen in deze studie hebben bovendien aangetoond dat vooral beheerders van koelwatersystemen met een relatief lage indikkingsfactor (aantal concentratie cycli < 5) en hoge conditioneringskosten kunnen profiteren van een investering in gedeeltelijke ontharding van het suppletiewater. De economisch haalbaarheid wordt daarbij sterk beïnvloed door lokale beschikbaarheid van water, de kosten van water en de energiekosten. Van de drie onderzochte scenario’s voor gedeeltelijk ontharding blijkt de combinatie van kation- en anionwisseling  (CIEX/AIEX) het meest gunstig op basis van operationele kosten. Dit wordt vooral veroorzaakt door de relatief hoge investeringskosten (en afschrijvingskosten) van de pelletontharding, die onderdeel uitmaakt van de andere twee scenario’s. De modelberekeningen geven geen uitsluitsel over de effecten van gedeeltelijke ontharding op corrosieverschijnselen en microbiologische groei in het koelwatersysteem. Maar in beide gevallen kunnen de specifieke omstandigheden die ontstaan in het koelwater als gevolg van de ontharding (hoge pH, lage TOC, laag fosfaatgehalte) worden beschouwd als voordelig omdat ze op een natuurlijke manier corrosie en microbiologische groei onderdrukken. Nader onderzoek onder (gesimuleerde) praktijkomstandigheden is wel nodig om dit te bevestigen. De onderzoekpartners zijn van mening dat in het ontwerp van toekomstige koelwatersystemen de optie van ontharding van het suppletiewater in ieder geval zou moeten worden meegenomen als een goedkopere en meer duurzame oplossing.

Kosten voor drie alternatieve scenario’s voor koelwaterconditionering in een koelsysteem bij Tata Steel in vergelijking met de huidige situatie.