WASTE WATER TREATMENT IN THE INDUSTRIAL COATING SECTOR Il trattamento delle acque nel settore nella verniciatura industriale

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1 WASTE WATER TREATMENT IN THE INDUSTRIAL COATING SECTOR Il trattamento delle acque nel settore nella verniciatura industriale Andrea Bottini, Simpec Srl, Carate Brianza (MB), Italy, Simpec Opening photo: A physical-chemical treatment plant by Simpec. Foto d apertura: impianto Simpec di depurazione chimico fisico. The pre-treatment operations prior to coating are the core of the finishing process of metal and plastic products: The end quality of any type of coating can precisely depend on a proper pre-treatment. Two types of pre-treatment are carried out in the metal coating processes: Chemical and mechanical. For the second type, dry technologies are used, such as shot blasting, sand blasting and so on, whereas the chemical pre-treatment requires spray or immersion systems with water based chemical solutions. The purification of the water coming form the pre-treatment plants prior to coating, with its subsequent recycling or disposal, is an essential process as far as surface treatments are concerned. Simpec designs, manufactures and installs industrial waste water treatment systems since 1993 (Ref. opening photo). Industrial coating, anodising, Il pretrattamento alla verniciatura è il cuore del processo di finitura dei manufatti metallici e plastici: da un corretto pretrattamento può dipendere la qualità finale di qualsiasi tipo di rivestimento. Nella verniciatura dei metalli si eseguono due tipi di pretrattamento: chimico e meccanico. Per il secondo tipo si utilizzano tecnologie a secco come granigliatrici, sabbiatrici e così via, mentre il pretrattamento chimico utilizza sistemi a spruzzo o a immersione con soluzioni chimiche a base acquosa. Il trattamento delle acque provenienti dagli impianti di pretrattamento alla verniciatura, con successivo ricircolo o smaltimento, è un processo indispensabile a corollario dei trattamenti di superficie. Dal 1993 Simpec progetta, costruisce e installa impianti per il trattamento e la depurazione delle acque industriali (rif. foto d apertura). Verniciatura in- 4 N NOVEMBER/DECEMBER - international PAINT&COATING magazine

2 ANALYSIS electroplating and galvanisation are the fields in which Simpec has established itself with its own technologies: Open or closed loop physical-chemical plants, osmosis plants, ultrafiltration plants, nanofiltration plants, evaporators, ion exchange resin plants for the production of demineralised water, and so on. Zero discharge: A debated issue The restrictiveness of the environmental regulations plays a major role in the choice of the water treatment technology. In the last few years, a concept in particular has spread: That of waste water treatment systems with a zero liquid discharge, with the recovery and recirculation of the water and the disposal of the wastewater concentrates. Opting for a zero discharge system means leaving the purification problem to a third party, rather than directly dealing with it by means of a physicalchemical treatment plant providing for the disposal of the treated water into the drainage system. Zero discharge systems have high investment and management costs and produce a difficult to dispose concentrate that 3 A membrane plant by Simpec. Impianto Simpec a membrane. must be further treated with high energy consumption methods. The open loop physicalchemical treatments enable to save on processing costs compared to the zero discharge ones, especially in Countries like Italy where water still has a limited cost. The zero discharge concept is not recognised by dustriale, ossidazione anodica, galvanica e zincatura sono i settori in cui Simpec si è affermata con le proprie tecnologie: impianti chimico/fisici in ciclo chiuso o a perdere; impianti a osmosi; impianti di ultrafiltrazione; impianti di nanofiltrazione; evaporatori, impianti a scambio ionico a resine per la produzione di acqua demineralizzata, e così via. Scarico zero : un tema dibattuto La restrittività delle normative ambientali gioca un ruolo primario nella scelta della tecnologia di trattamento acque. Negli ultimi anni si è affermato il concetto di trattamento delle acque a scarico zero di liquidi, con il recupero e ricircolo dell acqua e lo smaltimento esterno di reflui concentrati. Optare per un impianto a scarico zero significa trasferire il problema della depurazione a un entità terza invece che farsene carico direttamente con un impianto di trattamento chimico/fisico che preveda lo smaltimento delle acque depurate in rete fognaria. Il sistema a scarico zero ha costi d investimento e di gestione elevati e produce un concentrato di difficile smaltimento che deve essere ulteriormente tratta- 3 to con metodi ad alto consumo di energia. Il trattamento chimicofisico a perdere permette di risparmiare sui costi di processo rispetto a quello con scarico zero, soprattutto in paesi come l Italia dove l acqua ha ancora un costo limitato. Lo scarico zero non è riconosciuto dalla legislazione europea come una BAT (Best Available Technology) Simpec international PAINT&COATING magazine - NOVEMBER/DECEMBER N. 30 5

3 Waste Water Treatment in the Industrial Coating Sector the European legislation as a BAT (Best Available Technology), but as a system applicable only in certain cases, for example, by a company located in an area where there is no sewerage system. It s obvious that companies should not be built in areas where there are no services such as roads, sewers, and so on. bensì come un sistema applicabile solo in certi casi, ad esempio da un azienda ubicata in una zona dove non è presente la rete fognaria. La logica però porta a constatare che non si dovrebbero costruire aziende dove non ci sono i servizi quali strade, fognature, ecc Physical-chemical technology Assuming that the efficiency of a waste water treatment plant depends on the correct analysis of the liquids to be treated, of the relevant legislation and of the production requirements of a company, the technological solution that characterises the approach of Simpec for the purification of water in the surface treatment field is the physical-chemical system, not necessarily with a zero discharge concept. The process it carries out is chemical, because chemicals are used to allow the precipitation of contaminants like sludges and to facilitate the reduction of the COD (Chemical Oxygen Demand), but also physical, as it uses physical separation solutions of the sludge from the purified water. A physical-chemical plant can be implemented with any type of surface treatment. It can have different sizes, work in a continuous or discontinuous mode depending on the volumes to be treated and the operating hours, and provide for the discharge into the drainage system or the partial recovery and recirculation of the water within the process itself. The parameters for the choice of the type of plant include the hourly volume of waste water to be treated, the working hours per 2 2 A closed loop resin system by Simpec for primary water. Impianto Simpec a resine per acque primarie in ciclo chiuso. Tecnologia chimico-fisico Partendo dal presupposto che un impianto di trattamento acque efficiente dipende da un analisi corretta dei reflui da trattare, dalla normativa di riferimento e dalle esigenze produttive dell azienda che lo richiede, la soluzione tecnologica che caratterizza l approccio di Simpec per la depurazione delle acque nel settore dei trattamenti superficiali è l impianto chimico-fisico, non necessariamente a scarico zero. Si tratta di un processo chimico perché si utilizzano prodotti chimici per consentire la precipitazione degli inquinanti come fanghi e per favorire l abbattimento del COD (Chemical Oxygen Demand, domanda chimica di ossigeno), e allo stesso tempo fisico poiché impiega processi di separazione fisica dei fanghi dalle acque limpidificate. Un impianto chimico-fisico può essere installato su qualsiasi tipo di trattamento delle superfici. Potrà avere dimensioni diverse, lavorare in continuo o discontinuo, secondo i volumi da trattare e delle ore lavorate, e potrà prevedere lo scarico in rete fognaria o il recupero e ricircolo parziale delle acque all interno del processo stesso. I parametri per la scelta della tipologia d impianto comprendono il volume orario di reflui da trattare, le ore lavorative giorno, il tipo di contaminazione e i valori Simpec 6 N NOVEMBER/DECEMBER - international PAINT&COATING magazine

4 ANALYSIS day, the type of contamination and the values for the discharge imposed by the reference environmental regulations. For example, with less than one cubic metre per hour of waste water, a discontinuous physical-chemical system can be used: The liquids are collected in tanks and periodically treated. If the waste water is contaminated with chromium, on the other hand, it is immediately purified from chromium and then subjected to the conventional physical-chemical process: Neutralisation; flocculant metering; removal of the sludge in batches and its subsequent thickening and dewatering; water filtration with sand, coal or selective resins depending on the type of pollutant and the limit values to respect for the discharge. If a partial recover of the water is required, the physical-chemical system can be integrated with other technologies, such as the ultrafiltration, in order to remove from the purified water the colloid that was not decanted in the physical-chemical previsti dalla norma ambientale di riferimento per lo scarico. Ad esempio, al di sotto del metro cubo l ora di reflui, si può utilizzare un chimico-fisico discontinuo: si raccolgono i reflui in serbatoi, e poi si procede a trattamenti a cariche. Se il refluo è contaminato dal cromo, per esempio, si esegue dapprima la depurazione del cromo, poi si avvia il processo chimico-fisico tipico: coagulazione, neutralizzazione, dosaggio del flocculante, sedimentazione, asportazione del fango e suo successivo ispessimento e disidratazione, filtrazione dell acqua con sabbia, carbone o resine selettive a seconda della tipologia di inquinante e il limite da rispettare allo scarico. Nel caso in cui si voglia attivare un recupero parziale dell acqua, l impianto chimico-fisico può essere completato da altre tecnologie, come l ultrafiltrazione, per rimuovere dalle acque depurate il colloide che non è stato decantato nella fase chimico-fisica. L acqua completamente limpidificata, esente da international PAINT&COATING magazine - NOVEMBER/DECEMBER N. 30 7

5 Waste Water Treatment in the Industrial Coating Sector solidi sospesi, è poi trattata in un impianto a osmosi inversa per produrre acqua demineralizzata (fig. 1) da riciclare nell impianto di trattamento superficiale, mentre il concentrato può essere scaricato. Una delle criticità dello scarico di questo concentrato è che può presentare valori limite delle sostanze pericolose anche tripli rispetto ai valori dell acqua alla fine del trattamento chimico-fisico, con il rischio di non rientrare nei parametri della normativa ambientale. In questo caso si applica l evaporatore sul concentrato dell osmosi, riducendo notevolmente così le dimensioni dello stesso e quindi i consumi energetici. A corollario di un sistema di trattamento acque ci sono le tecnologie che consentono di recuperare l acqua direttamente sulla linea di processo (fig. 2), come l applicazione di resine a scambio ionico, che permettono di fornire un acqua demineralizzata in grado di lavare i pezzi con qualità superiore. La nanofiltrazione, sorella dell osmosi, è una filtrazione meccanica più grossolana che ferma parte del COD e parte dei sali bivalenti, come i solfati, consentendo di recuperare più acqua ma di minore qualità da dedicare a processi di trattamento meno importanti. La demineralizzazione dell acqua può essere fatta con resine, quindi con un impianto a scambio iophase. The completely purified water, free from suspended solids, is then treated in a reverse osmosis plant to produce demineralised water (Fig. 1) that can be recycled into the surface treatment plant, while the concentrate can be disposed of. One of the problems posed by the discharge of this concentrate is that it can present up to three times higher limit values of hazardous substances compared to the water values at the end of the physical-chemical process. In this case, an evaporator is applied on the osmosis concentrate, greatly reducing its size and therefore the energy consumption. Finally, there are the technologies that enable to recycle the water directly in the process line (Fig. 2), such as the ion exchange resin application, supplying demineralised water to clean the workpieces with a superior quality. The nanofiltration process, closely related to the osmosis technology, consists in a coarser mechanical filtration removing a part of the COD and most of the divalent salts, such as sulphates, thus enabling to recover more water but of lesser quality to be used in less important treatment processes. 1 Simpec 1 A reverse osmosis system by Simpec for the production of demineralised water. Impianto Simpec a osmosi inversa per la produzione di acqua demineralizzata. 8 N NOVEMBER/DECEMBER - international PAINT&COATING magazine

6 The demineralisation of water can be performed with resins, that is, with an open loop ion exchange plant, or with reverse osmosis membranes (Fig. 3). Both solutions have their advantages and disadvantages. Reverse osmosis is used in Countries where it is possible (and economical) to use more water, since the process produces 30% water waste on the volume of water introduced for the demineralisation. This 30% can be reduced with the application of a further high pressure osmosis system, but there is always a percentage of loss. The advantage of this system is that no chemical products, such as acid and soda, are used for the regeneration of the resins, since it implements a mechanical filtration process that only requires washing the membrane occasionally. The advantage of the ion exchange demineralisation, on the other hand, is that it demineralises 100% of the inlet water. However, it produces eluates due to the regeneration of the resins with acid and soda; it therefore requires the disposal of the eluates produced or its in-house purification. Color change in 35 SECONDS nico a perdere, o con membrane di osmosi inversa (fig. 3). Entrambe le soluzioni presentano vantaggi e svantaggi. L osmosi inversa si utilizza in quei paesi dove si può, ed è economico, utilizzare più acqua, perché il procedimento prevede un 30% di acqua di scarto sul volume di acqua immessa per la demineralizzazione. Questo 30% può essere ridotto con l applicazione di un altra osmosi ad alta pressione, ma vi è sempre un percentuale di perdita. Il vantaggio di questo sistema è che non si usano prodotti chimici come acido e soda per la rigenerazione delle resine in quanto si tratta di una filtrazione meccanica che richiede solo il lavaggio della membrana saltuariamente. Il vantaggio della demineralizzazione a scambio ionico è che demineralizza il 100% dell acqua in ingresso. Si ha però una produzione di eluato, dovuta alla rigenerazione delle resine con acido e soda. Quindi, prevede uno smaltimento dell eluato prodotto o una depurazione dello stesso in casa. OptiFlex 2 Q - Super-fast color change - Cleaning of suction tube as it is raised - Automatic cleaning of all components conveying powder - Suitable for all types of powder - Minimal space usage - Unlimited number of colors - Short return on investment Gema Europe Srl Via Goldoni, Trezzano s/n Italy T F Your global partner for high quality powder coating