Waardering:
  • 0 stemmen - gemiddelde waardering is 0
  • 1
  • 2
  • 3
  • 4
  • 5

Verkenning actief-kooladsorptie en geavanceerde oxidatietechnieken
#1

Achtergrond en doel
In december 2000 is de Europese Kader Richtlijn Water (KRW) in werking getreden. Hierin wordt ondermeer vereist dat het oppervlaktewater in 2015 een ecologisch en chemisch ‘goede’ kwaliteit heeft bereikt en dat het voldoet aan de zwemwaterrichtlijn. Om de emissie van schadelijke stoffen naar het oppervlaktewater via het effluent van RWZI’s terug te dringen heeft de STOWA beloftevolle zuiveringstechnieken geïdentificeerd en beschreven.

Het Hoogheemraadschap van Rijnland heeft in nauwe afstemming met STOWA in 2006 een demonstratie-installatie gebouwd en opgestart op de AWZI Leiden Zuid-West met als doel beloftevolle zuiveringsscenario’s gedurende twee jaar te onderzoeken. De AOP-zuiveringstechnieken zijn halverwege de onderzoeksperiode geïnstalleerd en geactiveerd. Het onderzoek wordt financieel ondersteund door de Europese Unie in vorm van een LIFE-subsidie.

Onderzoek
De demonstratie-installatie op AWZI Leiden Zuid-West bestaat uit twee parallelle onderzoeksstraten A (voor het één-filterconcept, 75 m3/h) en B (voor het twee-filterconcept, 60 m3/h). De op de demonstratie-installatie toegepaste installaties zijn direct opschaalbaar en te vertalen naar de praktijk. Omstandigheden als weersinvloeden, variaties in aanvoer- en zuiveringsprestaties zijn direct van invloed op de demonstratie-installatie.

Na zeving over een 3 mm continu zeef wordt het afloopwater van de nabezinktanks van de AWZI Leiden Zuid-West verzameld in een continu doorstroomde buffertank. Straat A is ontworpen om stikstof en fosfaat gecombineerd te verwijderen in een continu zandfilter. Straat B gaat uit van een twee-filterconcept met denitrificatie in een continu filter en chemische fosfaatverwijdering in een vastbedfilter. Zowel het filtraat van vastbedfilter straat B als het filtraat van continu filter van straat A kan worden verpompt naar één van twee identieke actiefkoolfilters en/of naar één van de AOP-technieken bestaande uit waterstofperoxide/UV (H2O2/ UV) en ozonisatie (O3). Zodoende kunnen de zuiveringsprestaties van deze AOP-technieken en actief-koolfiltratie onder gelijke omstandigheden worden vergeleken.

In december 2000 is de Europese Kader Richtlijn Water (KRW) in werking getreden. Hierin wordt ondermeer vereist dat het oppervlaktewater in 2015 een ecologisch en chemisch ‘goede’ kwaliteit heeft bereikt en dat het voldoet aan de zwemwaterrichtlijn. Om de emissie van schadelijke stoffen naar het oppervlaktewater via het effluent van RWZI’s terug te dringen heeft de STOWA beloftevolle zuiveringstechnieken geïdentificeerd en beschreven. Het Hoogheemraadschap van Rijnland heeft in nauwe afstemming met STOWA in 2006 een demonstratie-installatie gebouwd en opgestart op de AWZI Leiden Zuid-West met als doel beloftevolle zuiveringsscenario’s gedurende twee jaar te onderzoeken. De AOP-zuiveringstechnieken zijn halverwege de onderzoeksperiode geïnstalleerd en geactiveerd. Het onderzoek wordt financieel ondersteund door de Europese Unie in vorm van een LIFE-subsidie.

De demonstratie-installatie op AWZI Leiden Zuid-West bestaat uit twee parallelle onderzoeksstraten A (voor het één-filterconcept, 75 m3/h) en B (voor het twee-filterconcept, 60 m3/h). De op de demonstratie-installatie toegepaste installaties zijn direct opschaalbaar en te vertalen naar de praktijk. Omstandigheden als weersinvloeden, variaties in aanvoer- en zuiveringsprestaties zijn direct van invloed op de demonstratie-installatie.

Na zeving over een 3 mm continu zeef wordt het afloopwater van de nabezinktanks van de AWZI Leiden Zuid-West verzameld in een continu doorstroomde buffertank. Straat A is ontworpen om stikstof en fosfaat gecombineerd te verwijderen in een continu zandfilter. Straat B gaat uit van een twee-filterconcept met denitrificatie in een continu filter en chemische fosfaatverwijdering in een vastbedfilter. Zowel het filtraat van vastbedfilter straat B als het filtraat van continu filter van straat A kan worden verpompt naar één van twee identieke actief-koolfilters en/of naar één van de AOPtechnieken bestaande uit waterstofperoxide/UV (H2O2/UV) en ozonisatie (O3). Zodoende kunnen de zuiveringsprestaties van deze AOP-technieken en actief-koolfiltratie onder gelijke omstandigheden worden vergeleken. De actief-koolfilters kunnen maximaal 15 m3/h verwerken en de AOP-technieken maximaal 2 m3/h. De AOP-technieken moeten in staat zijn componenten als medicijnresten, STOWA 2009-33 nageschakelde zuiVeringstechnieken op de aWzi leiden zuid-West kunnen maximaal 15 m3/h verwerken en de AOP-technieken maximaal 2 m3/h. De AOP-technieken moeten in staat zijn componenten als medicijnresten, bestrijdingsmiddelen, zware metalen en pathogene micro-organismen te verwijderen en/of inactiveren (oxidatie en desinfectie).

Resultaten
Actief-koolfilters
De Empty Bed Contact Time (EBCT) is nominaal 10 minuten waarin het water 2-3 minuten verblijft in de bovenwaterlaag. Aan de hand van kennis uit de drinkwatersector is er bij de opstart van de koolfilters vanuit gegaan dat de koolfilters eens in de 3 maanden teruggespoeld moeten worden. Echter, bij gebruik van actief-koolfilters voor afvalwaterzuivering is gebleken dat de drukopbouw door vuilophoping maatgevend is ten opzichte van de doorslag van organische stoffen. De spoelfrequentie ligt int dit geval tussen de 3 en 7 dagen. De actief-koolfilters dragen nog enigszins bij aan de (organische) fosfaat- en stikstofverwijdering en zijn in staat stoffen als organische en metaalachtige micro-verontreinigingen te verwijderen uit het water. De concentraties van deze stoffen liggen echter nog ruim boven meetbereik.

Afgaande op de verwijderingsrendementen van medicijnresten en bestrijdingsmiddelen en analyses van het actief-kool kan gesteld worden dat de standtijd van actief-kool in ieder geval een half jaar bedraagt, waarbij de filters zijn belast met 13.000-14.000 bedvolumes. Binnen deze standtijd is de CZV-adsorptiecapaciteit al met de eerste week gedaald van 70% naar 10%.

Derhalve kan vanuit de doelstelling om KRW prioritair (gevaarlijke) stoffen te verwijderingen een standtijd van meer dan een half jaar aangehouden worden. Actief-koolfiltratie is op basis van de onderzoeksresultaten niet tot nauwelijks in staat microorganismen en/of virussen te verwijderen. Het energieverbruik van actief-koolfiltratie is gelijk aan circa 0,1 kWh/m3..

Ozonisatie
Uit het onderzoek is gebleken dat voor ozonisatie een ozondosering van 5 mg/l en een contacttijd van 5 minuten toereikend is om KRW prioritaire stoffen, medicijnresten en bestrijdingsmidden te reduceren tot onder meetbereik. Bacteriën en virussen worden nagenoeg volledig geïnactiveerd. Bij ozondosering onder 15 mg/l is geen bromaatvorming waargenomen (door afwezigheid van bromide in het effluent of door beperkte omzetting). Bij ozondoseringen boven 15 mg/l

is in de gevallen dat bromide aanwezig was een daling van de bromide concentratie waargenomen. Hieraan kan mogelijk bromaatvorming gekoppeld worden, ondanks dat dit niet is aangetoond. Het energieverbruik van ozonisatie is op basis van het onderzoek vastgesteld op ongeveer 0,1 kWh/m3 wat benodigd is voor ozongeneratie (het gemiddelde energieverbruik van een conventionele RWZI is circa 0,5 kWh/m3).

Waterstofperoxide/UV
De resultaten voor waterstofperoxide/UV zijn bij een H2O2-dosering van 20-25 mg/l en een energieverbruik voor de UV-generatie van 2-8 kWh/m3 vergelijkbaar met de resultaten van ozonisatie voor verwijdering van KRW prioritaire stoffen, medicijnresten en bestrijdingsmidden. Bacteriën en virussen worden volledig geïnactiveerd. Gedurende het onderzoek bleek de UV-intensiteit te dalen als gevolg van vervuiling op de lampen. Om de intensiteit optimaal te houden is het noodzakelijk de UV-lampen wekelijks te spoelen met drinkwater.

STOWA 2009-33 nageschakelde zuiveringstechnieken op de awzi leiden zuid-west Uit de onderzoeksresultaten is naar voren gekomen dat het energieverbruik van de waterstofperoxide/ UV installatie aanzienlijk hoger is dan van de ozoninstallatie. Oorzaak van de hoge energie-input is de slechte transmissie van het voedingswater.

Metalen
Actief-kool heeft het voordeel dat het metalen kan adsorberen. AOP-technieken daarentegen zijn mogelijk in staat metalen los te maken uit complexen, waardoor deze in opgeloste vorm voorkomen en toxisch zijn voor de aquatische ecologie. Uit de analyseresultaten is echter gebleken dat de concentratie gebonden metalen na ozonisatie en behandeling met waterstofperoxide/UV niet afneemt en dat de concentratie opgeloste metalen niet toeneemt.

Toxiciteit
Uit de resultaten van de TEB-analyses (Totaal EffluentBeoordeling voor bepaling toxicologie op de aquatische ecologie) kan geconcludeerd worden dat de toxiciteit na ozonisatie en actiefkoolfiltratie gemiddeld 2,5 keer lager is dan het ingaande water. Door waterstofperoxide/UV wordt de toxiciteit gemiddeld 1,9 keer lager. De vorming van schadelijke (rest)producten als gevolg van oxidatie van organische stoffen en microverontreinigingen is niet waargenomen, maar kan niet uitgesloten worden. Hetzelfde geldt voor bromaatvorming. Bij toepassing van oxidatietechnieken dient altijd in gedachte te worden gehouden dat organische verbindingen verbroken worden tot kortere koolstofketens met andere, c.q. nieuwe activiteiten. Volledige oxidatie kan niet gegarandeerd worden.

Conclusies
Het moet worden aangemerkt dat de aandachtsstoffen en zware metalen reeds in de afloop van de nabezinktank met lage tot zeer lage concentraties aanwezig waren.

Verwijdering aandachtsstoffen
Ozon (dosering 5 mg/l, contacttijd 5 minuten) en waterstofperoxide/UV (H2O2-dosering 20-25 mg/l, 8 kW/m3) reduceren medicijnresten en bestrijdingsmiddelen doorgaans tot onder meetbereik. Actief-koolfiltratie is minder goed in staat medicijnresten en bestrijdingsmiddelen uit de waterfase te verwijderen (tot circa 48%). Een voordeel van actief-koolfiltratie is dat door de adsorptie geen schadelijke bijproducten worden gevormd. De waarde van de ER-calux is na ozonisatie gedaald van circa 5,6 ng/l naar 0,027 ng/l (meetbereik is 1 ng/l), na waterstofperoxide/UV is deze waarde circa 0,12 ng/l en na actief-kool filtratie bijna 1 ng/l.

Operationele aspecten
Ozon is een potentieel gevaarlijk gas en waterstofperoxide is een oxiderende vloeistof waardoor veiligheidsvoorzieningen getroffen moeten worden bij realisatie en gebruik. Bij actief-koolfiltratie worden geen chemicaliën toegepast, wel dient rekening te worden gehouden met jaarlijkse vervanging en regeneratie van het kool.

Een belangrijk aandachtspunt bij de toepassing van UV is de benodigde UV-dosis in relatie tot de transmissie (lichtdoorlaatbaarheid) van het te behandelen water. Het ruimteverbruik van zowel een ozoninstallatie als waterstofperoxide/UV-installatie is relatief klein ten opzichte van actief-koolfilters. UV-lampen vergen inspectie, onderhoud en moeten periodiek worden vervangen. De actief-koolfilters moeten, afhankelijk van de waterkwaliteit, gemiddeld 1 keer per week worden gespoeld. Het actief-kool moet na circa 0,5-1 jaar worden geregenereerd.

Ozonisatie vergt betrekkelijk weinig onderhoud.
STOWA 2009-33 nageschakelde zuiveringstechnieken op de awzi leiden zuid-west

Kosten
Ozonisatie blijkt op basis van de verkenningen de goedkoopste techniek voor zowel de investerings kosten als de exploitatiekosten. De investeringskosten voor actief-koolfiltratie en waterstofperoxide/UV zijn ongeveer gelijk. Door het hoge energieverbruik is waterstofperoxide/UV qua exploitatiekosten het minst gunstig. De benodigde energie-input voor waterstofperoxide/UV is aanzienlijk en lijkt daardoor een slechte concurrentiepositie in te nemen. Ozonisatie heeft de voorkeur boven waterstofperoxide/UV doordat beduidend minder energie wordt verbruikt bij gelijke verwijderingsrendementen voor bestrijdingsmiddelen en medicijnresten en de inactivatie van micro-organismen en virussen. Het wordt echter ook geadviseerd om verder onderzoek uit te voeren naar de mogelijke formatie van bromaat uit bromide als gevolg van ozonisatie.


Bijlagen
.pdf STOWA 2009 33 LR.pdf Grootte: 3.36 MB  Aantal keer gedownload: 2,213


Ga naar locatie:


Gebruikers die deze discussie lezen: 1 gast(en)