Transcript Nieuwe zuiveringstechnieken

T E C H N I S C H E H 0 G E S C H 0 0L
-
Afdeling der Weg- en Waterbouwkunde
Nieuwe
zuiveringstechnieken
29e Vakantiecursus in drinkwatewoorziening
6 en 7 januari 1977 te Delft
Overdruk uit HzO Tijdschrift voor watervoorziening en afvalwaterbehandeling
G. WIJNSTRA:
New purification methods
In the first part the subjects to be dealt with are
shody elucidated from a historical point of view.
The second part deals with the question
concerning the part the purification plays in the
public water supply and how this develops itself
as a function of the changes in the water source
on the one hand and the quality demands made
upon the product on the other hand.
It is stated that the necessity for the application
of new purification methods increases since the
water works are now being confronted with a raw
water source of which the availability decreases
both quantitatively and qualitatively while, on the
other hand, there is a tendency to make higher
demands upon the delivered product.
In view of the fact that the quality of the source
and the product is liable to changes, preference is
given to flexible purification units which can be
operated without many complications.
J. C. SCHIPPERS:
Hyperfiltration
Hyperfiltration, a relatively new technology,
is gradually becoming an established and
economical method for demineralization of saline
water. The total installed desalting capacity by
hyperfiltration in the world is more than
300,000 m3/day.
General information on hyperfiltration and cost
information on commercial plants, one with a
planned 350,000 m3/day capacity is presented.
It is concluded that the application of hyperfiltration in The Netherlands deverves serious
consideration as an alternative for transport and
storage of water with a low salt content.
Ozonization
A description has been given of the properties
of ozone suoh as the oxidation power, the
solubility in water and its own decline to oxygen.
Furthermore, there has been gone into the
reactions with organic compounds in water.
The average reduction of colour and taste by
means of ozone is 60 and 75 q~respectively.
The total organic compound content reduces
to only a small extent. Detailed information has
been given about the reaction mechanisms at a
neutral pH (electrophilic substitution) and at a
high pH (reaction with hydroxyl radicals).
Moreover, mention has been made of the strong
disinfection action of ozone, which only occurs
when a part of those organic compounds has been
oxidized.
The partial oxidation of the organic compounds
results in after-growth in the distribution system
which can be controlled by subsequent purification
steps or final chlorination.
A general view has been given of the technology
of the production of ozone where in special
attention has been paid to the introduction of ozone
into water.
F i l l y , attention has been paid to ozonization in
combination with other purification steps and the
desired place of ozonization in the purification
system.
B. C. J. ZOETEMAN:
Health aspects of potable water freafment
Wholesome drinking water should not only contain
no toxic contaminants but water treatment should
also take into account a number of other aspects
such as perceptual quality, reliability of the quality
control, stability during distribution and availability of s k i e d water works personnel. A number
of uncertain factors which have to be taken into
account in the operation and design of water treatment plants are discussed, as well as potential
adverse side effects of several treatment processes.
Avoidance of chemical oxidation processes, better
conditioning by pH correction, and application
of water quality control techniques aiming at
detection of effects of contamination on the consumer in stead of detection of individual contaminants are recommended.
E. C. SCHWENCKE:
Deep bed filtration
Some remarks are made on the principle of deep
bed filtration, the influence of the filtration rate
on filter design, the head loss development during
filtration, the fluidization of fiter media during
backwashing, and the application of upflow
filtration.
A short review is given of pilot plant studies
executed by the Rotterdam Municipal Waterworks.
These studies included experiments of terminal
through dual-media filters, after
coagulation, sedimentation and ozonization, and
upflow filtration through coarse to f i e sand filters,
also after coagulation, as method of floc removal
instead of sedimentation.
M. J. VAN MELICK:
Flotation
Flotation is the reverse process of sedimentation,
the removal by gravitational rising of suspended
particles, which are lighter than water.
The process, at which finely divided air or gasbubbles are introduced at the bottom of the tank,
is suitable to remove the floes during the coagulation of surfacewater.
The number of air-bubbles and the fineness of the
microair-bubbles are very responsible to the
efficiency of the flotation process.
Based on experience in The Netherlands and
abroad, the flotation process offers the following
advantages in comparison with sedimentation.
- Lower overall-costs.
- Better effluent quality.
Easier maintenance.
Plexibler exploitation.
According experience with flotation at the treatment of sludge, produced by wastewater treatmentplant, we can assume that lightly polluted as well
as more heavily polluted surface waters can be
treated by means of the flotation, if an adequate
coagulation will be possible.
-
J. J. ROOK:
Discussion of chlorine and chlorine products
A literature survey of the desinfecting properties
of chlorine, chloramine and chlorine dioxide is
presented. Relations between redox-potentials and
germicidal efficiencies as given by several authors
are given.
The formation of chlorinated byproducts and
other degradation products is discussed.
N. P. BURMAN:
Slow sand filtration
The available methods of construction and
operation of slow sand filters make them adaptable
for a wide variety of situations from the very
simple involving cleaning with hand tools and
labour to the highly mechanised using mechanical
cleaning equipment operated by skilled labour.
A slow sand filter depends for its effect on
biological activity. The sand grains are a supporting
medium for an abundant microflora and microfauna which utilise and oxidise the organic matter
in solution and have a &eXy of predatory activities
which reduce bacterial numbers and consume
particulate matter.
Be& results are obtained by maintaining a constant
filtration rate. Draining the bed down for cleaning
or any other purpose distwbs the equilibrium
between micro-organisms and sand so that bacteria
become detached and wash off more readily
into bhe filtrate on returning to work. Periods
out of use for cleaning should therefore be as short
as possible.
Work is proceeding on the possible advantages
of wmbining prefiltration ozonation with slow
sand fitration so that the organic matter p a m y
oxidised by the ozone becomes further utiliied
and oxidised by microb'd action in the sand filter.
W. C. VAN LIER:
Activated carbon in potable water treatment
This article deals with a number of aspects of the
carbon application in the field of potable water
purification. These are: process techniques applied
(both for powdered and for granular carbon),
economics, role of quality tests reactivation of
carbon, etc.
Part of this is illustrated by the results obtained
with a number of pilot plants for granular carbon
in the Netherlands.
Reeds zijn in onderstaande volgorde in boekvorm vmchenen de voordrachten van de volgende cursussen:
1. Fitratie; 2. Vervaardiging van buizen voor transport- en distributieleidingen; 3. W i n g van
grondwater; 4. Waterzuivering; 5. HygBnische aspecten van de drinkwatervoorziening;
6. Het transport en de distributie van leidingwater; 7. Keuze, aantasting en bescheming van
materialen voor koud- en warmwaterleidigen; 8, 9 en 10. Enige wetenschappelijke grondslagen der
waterleidingtechniek I, I1 en 111; 11. Radioactiviteit; 12. Grondwater; 13. De Rijn; 14. Nieuwe
ontwikkeliigen in de waterleidingtechniek op physisch, chemisch en biologisch gebied. 15. De watervoorziening en de industrie; 16. Gebruik van moderne statistische methoden; 17. Kunstmatige
infiitratie; 18. De biologie en de watervoorziening; 19. Snelfiltratie; 20. Physische technologic
van de waterzuivering; 21. Van goed m a r beter water; 22. Het ontwerpen van waterzuiveringsinstallaties; 23. Kwaliteitsbeheersing bij de openbare drinkwatervoorziening; 24. De Maas;
25. De openbare watervoorziening in de maatschappij van morgen; 26. Watertransport door leidigen;
27. Regel- en stuurtechniek in het waterleidingbedrijf; 28. De winning en aanvulling van grondwater
en be'invloediig van de omgeving.
Nieuwe zuiveringstechnieken
ting vooral gaat om een voortdurende
vernieuwing van het lucht-water grensvlak,
wat bij de cokesbedden juist het geval was,
was er aanvankelijk geen goed alternatief
voorhanden en ontstonden er in sommige
gevallen met de ontijzering van het grondwater dermate grote problemen, dat men
van het grondwater overschakelde op het
toen bijna nog niet vervuilde oppervlaktewater, dat met behulp van de langzame
zandfiltratie goed en zonder al te veel
complicaties te zuiveren was.
Het feit dat men de problematiek van de
waterzuivering grotendeels uit de weg kon
gaan omdat men over een grondstof kon
beschikken die geen of weinig zuivering
behoefde, had tot gevolg dat, zoals reeds
gezegd, het probleem van de openbare
watervoorziening lange tijd eerder de
distributie dan de winning en zuivering is
geweest.
Ook in ons land was dat nog niet eens zo
heel lang geleden het geval omdat er bijna
water dat geen zuivering behoefde. De oudste overal voldoende goed water in de grond
kunstmatige grondwaterwinningen werden
aanwezig was en het oppervlaktewatex nog
meestal aangelegd in aardlagen, die ijzer- en niet sterk was vervuild.
mangaanvrij water leverden en het is
In dit verband is het dan ook kenmerkend
bekend dat toen men naderhand ook ijzer- dat wij in vergelijking met de gasbedrijven
en mangaanhoudend water ging winnen en
niet sprelcen van waterbedrijven maar van
men de bezwaren van ijzerhoudend water
waterleidingbedrijven, hetgeen duidelijk
was gaan inzien men met het probleem van aangeeft dat het bdangrijkste deel van de
de ontijzering en de ontmanganing grote
taak van onze bedrijven werd gezien als het
moeite heeft gehad. Eerst heeft men voor de transporteren van water door leidingen mar
ontijzering de langzame zandfiltratie, die in de afnemers, dus de distributie van het
Engeland werd toegepast voor de zuivering water.
van oppervlaktewater, getrouwelijk gekoNu echter de waterleidingbedrijven uit verpieerd.
wild of met vervuiling bedreigd oppervlakte- en grondwater, drinkwater moeten
Aan beluchting werd weinig aandacht
maken en dat in steeds grotere hoeveelbesteed, zodat dikwijls moeilijkheden
heden, zijn in de laatste decennia de prowerden ondervonden. Nadat het belang
blemen rond de zuivering hoe langer hoe
van een goede beluchting was ingezien,
meer naar voren gekomen en het is dan
heeft men voor deze langzarne zandfilters
ook een goede zaak dat daaraan in de
veelal colcesbedden aangebracht, waarover
Drinkwatervakantiecursus 1977 opnieuw
het water sijpelde en telkens weer uiteenspatte. Daarbij wordt het lucht-water grens- aandacht is besteed.
vlak voortdurend vernieuwd, hetgeen teDe lezingen staan alle in het kader van de
zamen met de lange contacttijd een zeer
intensieve beluchting geeft.
nieuwe zuiveringstechnieken. Nieuwe tussen
De cokesbedden hadden whter ook grote
aanhalingstekens, althans voor een aantal
nadelen. Op de cokes werd een gedeelte van technieken die behandeld zullen worden.
het ijzer afgescheiden, waardoor het cokes- Bedoeld zijn enerzijds processen, die bij de
bed ging verstoppen en periodiek moest
drinkwaterbereiding nog niet op grote
worden leeggehaald en van een nieuwe
schaal toegepast worden en anderzijds techvulling worden voorzien. Erger was, dat de
nieken die op zich a1 een respectabele staat
van dienst achter de rug hebben, maar nog
zich op de cokes vormende afzettingen een
steeds in het centrum van de belangstelling
uitstelcende voedselbron vormden voor
staan en als zodanig voortdurend aangepast
wormachtige organismen, die in grote
getale in het leidingnet konden geraken.
worden aan de huidige inzichten. Een
Pogingen tot bestrijding van deze organismisschien wat geforceerd voorbeeld van
men door desinfectie van de cokes met
deze laatste categorie is het hiervoor genoemchloor liepen op mislukkingen uit en men
de cokesbed. Het is bekend dat dit naderhand in veel gevallen vervangen kon wwwas genoodzaak de cokesbedden te verden door een intensieve versproeiing boven
laten en andere aeratie-processen te gaan
toepassen. Daar men toen der tijd echter
de filters. Bevat het water naast ijzer en
nog niet wist dat het bij een goede beluchmangaan ook ammonialc, dan is een enkelVan de onderwerpen die in de voorgaande
28 Vakantiecursussen zijn gehouden hadden
de meeste betrekking op de winning en de
zuivering van het water en ook deze 29ste
cursus zal weer aan de zuivering worden
gewijd.
Dit geeft we1 aan dat de problemen van de
openbare watervoorziening zich in vergelijking met vroeger sterk hebben gewijzigd.
Het zwaartepunt lag toen nanelijk op het
terrein van de distributie.
Van de oudste tijden af werd grondwater
gewonnen in de vorm van natuurlijk bron-
voudige beluchting met filtratie vaak
onvoldoende. Dubbele filtratie met een
extra beluchting v66r de tweede filtratiestap kan dan noodzakelijk zijn.
In plaats van een dubbele beluchting en een
dubbele filtratie kan moeilijk te ontijzeren
water vaak ook met behulp van een enkelvoudige droogfiltratie goed gezuiverd
worden.
Dat de zuiveringsreacties in een droogfilter
in bepaalde gevallen beter verlopen dan in
een nat filter vindt zijn oorzaak onder
andere in de omstandigheid dat de lucht
vrijelijk tot het inwendige van het filterbed
lean toetreden en waarschijnlijk in de
hogere turbulentiegraad.
Dit zelfde gold in grote trekken ook voor
het cokesbed dat bij moeilijk te ontijzeren
water voor wat de ontijzering en ontmanganing betreft uitstekend functioneerde.
Men zou dan ook het droogfilter kumen
zien als een verbeterd cokesbed, dat door
terugspoeling kan worden gereinigd waardoor de aan een cokesbed vexbonden ernstige bezwaren van een regelmatige vervanging van de vulling en de groei van
wormachtige hogere organismen kunnen
worden ondervangen.
Een ander duidelijlcer voorbeeld van een
oude techniek die nog steeds wordt gebruikt
en aangepast is de langzame zandfiltratie
die a1 in 1829 door Simpson bij de Chelsea
Watercompany in Londen werd geintroduceerd. Bekend zijn de voortreffelijke resultaten die met deze techniek bereikt zijn bij
de strijd tegen besmettelijke ziekten. Snow,
een huisarts uit Londen, komt de eer toe dit
als eerste te hebben onderkend, nog lang
voordat Pasteur en Koch de grondslagen
van de bacteriologic ontwikkelden. Het is
opvallend dat deze techniek, die in Europa
grote opgang maakte en voor het eerst in
Nederland in het midden van de vorige
eeuw werd toegepast bij de duinwaterleiding van Amsterdam, in Amerika nooit
van de grond is gekomen. Doordat het
hoofdelijk waterverbruik in de Verenigde
Staten in vrij korte tijkl tot grote hoogte
steeg, werd de aanleg van langzame zandfilters met name in sterk geindustrialiseerde
gebieden met een grote bevolkingsconcentratie zeer kostbaar.
Voorts hebben de nadelen in de vorm van
het tijdrovende schoonmalcen door het
afschuimen van de bovenste centimeters
filterzand en de strenge winters in grote
delen van Noord-Arnerika, waardoor de
exploitatie van de open filters moeilijk of
zelfs onmogelijk werd, ongetwijfeld ook een
rol gespeeld. Het wekt dan ook geen verbazing, dat juist in de VS de hydraulische
filterspoeling werd onwikkeld.
Deze methode gaf zoveel tijdwinst, dat een
kortere filterlooptijd geaccepteerd kon
worden, waardoor de looptijden van
enkele weken of maanden tot enkele dagen
konden worden teruggebracht. Een tweede
voordeel was dat het filterbed bij het
spoelen over de gehele hoogte gereinigd kon
worden zodat diepbedfiltratie mogelijk
werd.
De eerste snelfilters met terugspoeling zijn
in 1885 te New Jersey gebouwd en hebben
sindsdien op grote schaal zowel in de VS
als in Europa toepassing gevonden. Door
het ontwikkelen van chemische zuiveringsmethoden en door de grote vlucht die de
snelfiltratie de laatste decennia heeft
genomen (denkt u maar aan meerlaagsfiltratie, opwaartse filtratie en filtratiehulpmiddelen) is de rol van de langzame zandfiltratie na de oorlog geleidelijk minder
belangrijk geworden en ook in Europa
ontstond de tendens dat ze langzamerhand
als verouderd werd beschouwd. Toch kan
n e n zich afvragen of deze irnpopulariteit
terecht is. 'Het is niet onmogelijk dat de
populariteit van de langzame zandfilters
weer zal toenemen, enerzijds door toedoen
van de technologische vooruitgang die zich
ook op dit gebied heeft voorgedaan, anderzijds doordat bij de drinkwaterbereiding
zowel de kwaliteit van de grondstof als de
eisen te stellen aan het produltt de laatste
jaren sterk veranderen, waardoor de mogelijkheden van de langzame zandfiltratie nu
wellicht beter tot hun recht l u m e n ltomen.
Dr. Burman zal daar nader op ingaan.
ECn van de chemische desinfectiemethoden,
waarmee het monopolie van de langzame
zandfiltratie op het gebied van de zuivering
van oppervlaktewater tot hygienisch betrouwbaar drinkwater werd doorbrolten is
de ozonisatie. Deze methode werd voor
het eerst in ons land beproefd.
In 1895 bouwden Schneller, Van der Sleen
en Tindal een proefinstallatie in Oudshoorn
bij Alphen a / d Rijn, waarin het water uit
de Oude Rijn met behulp van ozon gedesinfecteerd werd. Kort daarna werden in
Parijs en in Nice grote ozonisatie-installaties
op technische schaal gerealiseerd.
Met name in Franltrijk nam de toepassing
van ozon daarna hand over hand toe, zodat
er in dit land omstreeks 1935 meer dan 100
waterleidingbedrijven waren die ozon als
desinfectietrap gebruikten. De opmars van
ozon als universeel desinfectiemiddel bij d e
waterbehandeling werd omstreelcs 1920
gestuit doordat, als resultaat van research
op het gebied van gifgassen in de eerste
wereldoorlog, goedltoop chloorgas beschikbaar lcwam. Sindsdien heeft het gebruik van
chloor als desinfectiemiddel een enorme
vlucht genomen. Faber vermeldt in 1961
(Desinfection of Water, Int. Wat. Supply
Ass., Berlin) dat chemische desinfectie bij de
drinkwaterbereiding in 99 % van de gevallen
door chloor en slechts in 1 % van de gevallen door ozon gerealiseerd werd.
In de zestiger jaren is het gebruik van ozon
geleidelijk toegenomen; een ontwikkeling
die zich dit decennium in versterkte mate
heeft voortgezet.
In het voorgaande is slechts CCn aspect van
de chloring en de ozonisatie aan de orde
gekomen. Behalve als desinfectietrappen
kunnen beide processen door hun oxydatieve vermogen echter een belangrijke rol
spelen bij de chemische zuivering. Zonder
daar in dit stadium verder op in te gaan
kan gesteld worden dat de toekomstige
ontwiltkelingsmogelijlcheden van beide
technieken in belangrijke mate mede bepaald zullen worden door de toxicologische
aspecten van oxydatieprodukten die bij de
chloring en de ozonisatie ontstaan.
Terwijl bij ozonisatie de organische stoffen
in water worden omgezet tot CO2 of laag
moleculaire verbindingen is actieve kooladsorptie een niet destructieve methode
voor de verwijdering van organische stoffen.
De adsorberende eigenschappen van kool
waren a1 ver voor onze jaartelling bekend.
Toch heeft het tot in de 18e eeuw geduurd,
voordat de eerste commerciele toepassing
van kool in de rietsuikerindustrie een feit
werd. Nog een eeuw later, in 1862, wordt
de eerste toepassing bij de drinkwaterbereiding vermeld.
Een grote stap vooruit werd in het begin
van deze eeuw gedaan, toen Ostrejko 2 processen voor de bereiding van actieve kool
patenteerde. Vrijwel alle actieve koolsoorten
worden ook nu nog volgens deze beide
basisprocessen bereid. Als grondstof kumen
tientallen materialen dienen, waaronder als
de meest gangbare: kool, hout, turf en been.
De eigenschappen van het produkt hangen
af van deze grondstof, maar ook van het
aktiveringsproces, de procescondities en de
nabehandeling van het produkt. Geen
wonaer, dat er zeer vele actieve koolsoorten
op de markt zijn, waardoor de keuze er
niet gemakkelijker op wordt. Ook de uitvoeringsvormen zijn verschillend omdat
gekozen kan worden tussen poederkool en
korrelkool. Zonder in details te treden, kan
gesteld worden, dat in een jarenlange praktijk gebleken is, dat aktieve lcool gebruiltt
in de juiste hoeveelheden, bewezen heeft
een zeer effectieve zuiveringstechniek te zijn
voor de verwijdering van organische stoffen
uit water. Vanzelfsprekend worden niet
alle stoffen even goed verwijderd, maar door
een juiste keuze van de soort actieve kool
ltan dit nadeel zoveel mogelijk beperkt
blijven.
De laatste jaren is geblelcen, dat ook het
hyperfiltratieproces in staat is om aanzienlijke hoeveelheden organische stof uit
water te verwijderen. Hoewel hyperfiltratie
in wezen een ontzoutingstechniek is, kan de
eigenschap van verwijdering van organische
stof belangrijk worden, met name als in de
toekomst stringente eisen aan het totale
organische stofgehalte van drinkwater
gesteld zouden worden. De kosten van
koolfiltratie zouden dan aanzienlijk toenemen, zodat het wat duurdere hyperfiltratie-proces als alternatief overwogen
kan worden.
Hyperfiltratie berust op het verschijnsel
osmose, dat voor het eerst in 1748 door
AbbC Nollet werd ontdekt. Het zou echter
nog meer dan twee eeuwen duren voordat
dit proces in 1934 voor het eerst in een
kleine proefinstallatie aan de universiteit
van Florida werd toegepast. De bottleneck
in die tijd vormden de membranen die we1
goede zoutwerende eigenschappen hadden,
maar zo weinig produktwater doorlieten,
dat schaalvergroting naar semitechnische
installaties vooralsnog onrnogelijk leek.
Hierin kwam verandering toen Loeb en
Soerirajan in 1960 erin slaagden een membraan van cellulose-diacetaat te ontwikkelen
dat zowel goede zoutwerende eigenschappen
had als een redelijke produktie van ontzout
water kon leveren. De research op het
gebied van de ontwikkeling van hyperfiltratiemembranen heeft sindsdien nog tot
belangrijke verbeteringen geleid.
De membraanflux van de vlakke celluloseacetaat-membranen werd nog aanzienlijk
verbeterd en bovendien is een geheel nieuw
membraantype, de holle vezel, vervaardigd
uit cellulose-triacetaat of polyamide, ontwikkeld. Dergelijlte membranen werden in
1967 voor het eerst voor cornmerciele
toepassing op de marlct gebracht.
In het midden van de jaren zestig is oolt
het KIWA met research op het gebied van
de hyperfiltratie begonuen. Aanvankelijk
lag het accent op de bereiding van betere
membranen maar vanaf het moment dat
deze cornmercieel beschilcbaar kwamen
werd het zwaartepunt van het onderzoek
naar de toepassingsmogelijkheden voor de
openbare watervoorziening verplaatst.
Veel aandacht werd zowel hier als in het
buitenland besteed aan de membraanvervuiling en de mogelijkheden om deze te
voorkomen of op te heffen door een
adequate voorzuivering of goede reinigingsmethoden. Vandaag de dag kan gesteld
worden dat bij het hyperfiltratieproces de
belangrijkste kinderziekten achter de rug
zijn. E r zijn reeds tientallen commerciele
installaties gebouwd, waarvan enkele met
een capaciteit van honderden m3/h, terwijl
nog grotere installaties met capaciteiten
tot 5000 m3/h in aanbouw of in bestelling zijn.
Evenals hyperfiltratie is ook het flotatieproces een technielt die pas na de 2e wereldoorlog als zuiveringstrap bij de drinkv~aterbereidingge'introduceerd werd. Deze
techniek heeft veel verwantschap met de
conventionele bezinking, echter met dit
verschil dat de deeltjes door aanhechting
van luchtbelletjes een kleinere dichtheid
dan die van water krijgen en daarom niet
bezinken, maar boven lcomen drijven en
dan verwijderd kunnen worden. Hopper
wees er reeds in 1945 op dat flotatie een
geschikte zuiveringmethode kon zijn voor
de verwijdering van gesuspendeerde en
colloidale deeltjes uit oppervlaktewater.
Toch zou het nog tot 1970 duren, voordat
het flotatieproces op grotere schaal bij de
drinkwaterbereiding zou worden toegepast.
In dat jaar kampte het waterleidingbedrijf
van Skagersvik met problemen omdat het
bezinkingsproces door het optreden van
algenbloei niet meer naar behoren functioneerde. I n antwoord hierop werd een
flotatie-installatie gebouwd, waarmee uitstekende resultaten werden bereikt. I n navolging van deze installatie zijn er in
Zweden momenteel vele flotatie-installaties
werlczaam, die met name voor algenrijk
water uitstekend blijken te voldoen.
Ook buiten Scandinavie neemt de belangstelling voor dit proces toe. I n Engeland
heeft het Water Research Centre de afgelopen vijf jaar uitgebreid onderzoek op dit
gebied gedaan, temijl sinds kort ook in
Nederland flotatie-experimenten in proefinstallaties worden uitgevoerd.
Een uitstekend alternatief voor flotatie
vormen de moderne sedimentatietechnieken,
waaronder de lamel!enbeziilking. De lceuze
tussen beide alternatieven wordt voor een
groot gedeelte bepaald door de waterkwaliteit en kan dus van geval tot geval
varieren. Zoals bekend, wordt de conventionele bezinking over het algemeen uitgevoerd
in tanks of bassins.
Het bezwaar van de relatief lange verblijftijd die voor een goede bezinking in deze
bassins nodig is, kan ondervangen worden
door het oppervlak dat voor de accumulatie van het bezonken materiaal beschikbaar is te vergroten zonder het totale
volume van de tank groter te maken.
Dit idee werd a1 aan het begin van deze
eeuw door Hazen geopperd. Camp onderzocht de mogelijlcheden ervan in 1946,
terwijl het nog tot 1960 zou duren voordat
de eerste praktische toepassing van Hazens
idee beproefd werd.
Het succes van deze eerste proeven leidd::
tot uitgebreid verder onderzoeli met name
in de VS, waar de eerste commercide
installaties volgens dit concept gefabriceerd werden. Het grote bezinkingsoppervlali in deze installaties werd verkregen
door gebruik te maken van een groot aantal
plastic buizen, waardoorheen het water naar
boven stroomde. Vanzelfsprekend zijn ook
andere uitvoeringen denlcbaar. Bekend zijn
men. Omstreeks 1940 waren er in Nederland
een 200-tal waterleidingbedrijven, die
onderling sterk in omvang en bestuursvorm
verschilden. Dit hield nauw verbrand met
het karakter van de grondstof. De meeste
bedrijven verwerlrten namelijk grondwater
en zoals bekend, werkt de grondwaterwinning, gezien de van nature beperkte
Aan het einde van dit eerste gedeelte van de capaciteit met relatief kleine produktiealgemene inleiding kan, dacht ilc, de conclu- eenheden. Voor grote bevolkingscentra kan
deze beperkte beschikbaarheid een probleem
sie getrokken worden, dat de zuiveringsopleveren. In dat geval is oppervlaktewater,
processen, die in deze cursus behandeld
dat irnmers op CCn plaats in grote hoeveelworden, uitgezonderd flotatie, lamellenheden gewonnen kan worden een voor de
bezinking en hyperfiltratie, a1 een eerbiedhand liggende alternatieve grondstof. Het
waardige staat van dienst achter de rug
feit, dat in ons land v66r de oorlog pralchebben. Zoals te verwachten is, worden
tisch alleen Rotterdam oppervlaktewater
nieuwe en aangepaste technieken in de
verwerkte, geeft duidelijk aan, dat d e omdrinkwatersector ge'introduceerd op een
standigheden zowel uit kwantitatief als uit
tijdstip 'dat ten gevolge van lokale omstanlcwalitatief oogmerlc gunstig waren voor de
technieken onvoldoende resultaten opgrondwaterwinning.
levert. Bij het bepalen van de uiteindelijke
Tot aan 1950 toen het totale waterverbruik
ren. Bij het bepalen van de uiteindelijlce
in Nederland ruim 300.10%m"/jaar was,
levenskansen van €en op deze wijze geis in deze situatie slechts weinig verandeintroduceerde techniek spelen veel meer
ring gekomen.
aspecten een rol dan alleen de technologische prestaties van het proces zelf.
Zoals bekend, is Nederland daarna in snel
Van groot belang is bijv. de prijsontwiktempo van een landbouw- en handelsstaat
keling van het drinkwater, die, in opwaartse geevolueerd naar een dichtbevolkt ge'induslijn bewegende, de mogelijlcheden voor de
trialiseerd land met zware basis-industrieen
wat duurdere geavanceerde technielcen doet en chemische bedrijven.
toenemen. Ook de verandel'ingen van de
Bekijken we de periode van 1950 tot 1970
grondstof voor het zuiveringsproces enerdan heeft de waterbehoefte van bevolking
zijds en van de kwaliteitseisen gesteld aan
en industrie een sterk dynamische groei te
het produlct anderzijds kunnen er de oorzien gegeven. Juist in het westen van ons
zaak van zijn dat zuiveringstechnieken die
land, waar de omstandigheden voor grondin het verleden slechts sporadisch werden
waterwinning het minst gunstig zijn, was
toegepast, in toenemende mate ingang
deze groei het sterkst. Gelukkig heeft men
vinden.
tijdig zien aankomen, dat met name de
Tenslotte kunnen andere randvoorwaarden
capaciteit van de duinwaterwinplaatsen
zoals de energieprijzen en de eisen van
onvoldoende zou zijn, zodat a1 in de vijftiger
ruimtelijlce en planologische aard het gangjaren twee grote water~inbedrijvenaan de
bare zuiveringsproces aanzienlijk verandeLek zijn gebouwd.
ren en als zodanig de introductie van
Hct betreft de NV Watertransportmaatalterna tieve zuiveringtechnieken bevorderen. schappij Rijn-Kennemerland en de Duinwaterleiding van 's-Gravenhage, die grote
Het tweede gedeelte van deze inleiding
hoeveelheden oppervlaktewater naar d e
handelt over de vraag wat de plaats van de
duinen transporteerden, waar ze in de duinzuivering in de openbare watervoorziening
gebieden van Amsterdam, het Provinciaal
is en hoe deze plaats zich ontwikkeld heeft
Waterleidingbedrijf van Noord-Holland en
als functie van de verandering van d e
van Den Haag werden geinfiltreerd.
grondstof enerzijds en van d e kwaliteitsHet uit de duinen teruggewonnen mengsel
eisen gesteld aan het produkt anderzijds.
van oorspronkelijk duinwater en ge'infiltreerd
In onze bedrijfstak kennen wij drie hoofdriv'ierwater is eigenlijk fen soort halfactiviteiten, te weten:
fabrikaat dat deels het karakter van grond1. het verkrijgen van de grondstof;
water heeft aangenomen, terwijl anderzijds
2. het verwerken van de grondstof tot
de afkomst uit rivierbvater nog duidelijk
produlct.
merkbaar is.
3. het afzetten van het produkt.
De sterke stijging van het waterverbruik
(in de naoorlogse periode is het verbruik
Zoals reeds is opgemerkt, heeft in de eerste meer dan verdrievoudigd) had tot gevolg,
dat in het westen van ons land naast
jaren van onze bedrijfstak de derde hoofdgrondwater steeds meer oppervlaktewater
activiteit, de distributie, een overheersende
als grondstof voor de drinkwaterbereiding
plaats ingenomen.
m o s t worden vexwerkt. De kwaliteit van
Tot aan het begin van de 2e wereldoorlog
dit water, in hoofdzaak aflcomstig van de
is in deze situatie weinig verandering gekobijv. de platenbezinlcers die met name in
Europa ingang vonden en de lamellenbezinking die in Zweden ontwikkeld werd
en omstreeks 1970 op de markt kwam.
Beide systemen worden momenteel door
enkele waterleidingbedrijven in Nederland
toegepast.
Rijn ging echter snel achteruit. De kunstmatige chloridelast van de Rijn steeg van
jaar tot jaar, reden waarom het KIWA als
centraal keurings- en speurwerkinstituut
van de bedrijfstak de mogelijkheden van
ontzoutingsprocessen ging bestuderen.
Onderzoelc werd gestart op het gebied van
de flash-verdaming, de elektrodialyse en de
hyperfiltratie, waarvan met name het laatste
proces de beste mogelijkheden leek te hebben om het zoutgehalte van het oppervlaktewater te verminderen. Ook de verontreiniging van de Rijn met organische verbindingen steeg onrustbarend, reden waarom
zuiveringstechnieken voor de verwijdering
van organische verbindingen zoals actieve
koolfiltratie, poederkooldosering en ozonisatie in het centrum van de belangstelling
kwamen te liggen. De angst voor schadelijke
effecten op de volksgezondheid bij het
gebruik van gezuiverd oppervlaktewater
gaf daarnaast de stoot tot een sterke verbreding van het analytisch chemisch onderzoelc in de bedrijfstak. Terwijl dit van
oudsher geficht was op eenvoudfge anorganische parameters werd nu het accent
duidelijk verlegd naar de bepaling van
organische verbindingen in steeds kleinere
concentraties. Deze ontwiklceling werd mede
mogelijk gemaakt doordat de mogelijkheden
van de instrumentele analyse vrijwel onbeperlct bleken te zijn en de markt overstroomd werd met steeds geavanceerdere
analyse-apparatuur.
verschuiving naar de winning en de zuivering zich in versterkte mate voortgezet.
Wat betreft de waterwinning verslechterde
de kwaliteit van de Rijn nog verder ondanks
alle pogingen om hieraan in internationaal
overleg een einde te maken. Dit heeft
er de afgelopen jaren toe geleid dat bij de
oppervlaktewaterwinn'ing een verschuiving
heeft plaatsgevonden van Rijnwater naar
het tot op heden wat minder vervuilde
Maaswater.
Terwijl de problemen op het gebied van de
oppe~laktewaterwinningvooral van kwalitatieve aard waren, ontstonden er bij de
grondwaterwinning langzamerhand problemen van kwantitatieve aard, met name in
die gebieden waar de belangen van natuur
en landbouw door grondwaterstandsdalingen
geschaad zouden kunnen worden.
meeste gevallen het oppervlaktewater)
aanwezig zijn of er tijdens de zuivering
aan worden toegevoegd.
Voor het bestuderen van deze effecten staan
vele wegen open. Zo is het effect van de
hardheid van het water op hart- en vaatziekten met behulp van epidemiologische
studies onderzocht. Een andere benadering
is het uitvoeren van toxicologische onderzoekingen op specifieke verbindingen die
in water voorkomen. Een probleem bij
deze benadering is dat door de vooruitgang
van de instrumentele analysetechnieken
steeds kleinere concentraties van steeds
meer verschillende stoffen aangetoond
kunnen worden. Het lijkt onmogelijk de
invloed op de volksgezondheid van a1 deze
verbindingen na te gaan, zodat men tot een
keuze gedwongen zal worden.
Bij de vertaling van de resultaten van dergeDoor deze ontwilckeling, die een bedreiging lijke studies naar werkelijke produkteisen
zoals die bijv. bij de EEG in voorbereiding
inhielld voor de continu'iteit zowel van de
zijn, dienen ook argumenten van praktische
grondwater- als van de oppervlaktewaterwinning, is eens te meer duidelijk geworden en economische aard mee te spelen.
Hoe vanzelfsprekend het ook is dat voldat het vraagstuk van de waterwinning
doende garanties en vei6gheden worden
ten behoeve van de openbare watervooringebouwd ten einde een optimale drinkziening niet 10s gezien kan worden van het
waterkwaliteit te verkrijgen, het zal nooit
waterbeheer als geheel en dat m e name
mogelijk zijn een absoluut risicovrij produkt
rekening gehouden zal moeten worden met
andere belanghebbenden bij een goed water- te leveren.
De optimale drinlcwaterkwaiiteit zal daarom
beheer, die vaak historisch bepaalde
door afweging van kosten en risico's bewensen hebben. Dit noodzaakt tot een
paald moeten worden en afhankelijk van de
centrale planning en coordinatie van de
mogelijkheden op technologisch en finantoekomstige waterwinprojecten in nauwe
cieel gebied, de maximale drinkwatersamenwerlcing met de Rijksoverheid.
kwaliteit dichter kunnen benaderen.
Deze centrale planning heeft inrniddels
Samenvattend kan men van de periode van
1950 tot 1970 stellen, dat de evolutie van een gestalte gekregen door het Structuurschema
1972, waarin voor de lange termijn (ca. 30
landbouw- en handelsstaat naar een dicht
Door de genoemde ontwiklceling op het
jaar) door de Regering de te verwachten
bevolkt ge'industrialiseerd land een sterke
gebied van de produlctdsen en de onmogelijkomvang van de drink- en industriewaterstijging van het totale waterverbruik in
heid om de kwaliteit van het oppervlaktevoorziening met de daarbij te realiseren
Nederland heeft veroorzaakt. De gedeeltewater dat als grondstof voor de openbare
infrastructurele werlcen is aangegeven.
lijke overgang van grondwater naar opperwatervoorziening wordt gebruikt, op korte
vlakte~vaterals grondstof voor de openbare Op grond van dit Structuurschema wordt
termijn te verbeteren, is het belang van
momenteel door het Planbureau van de
watervoorziening, die hiermee samenhing,
een goede zuivering de afgelopen jaren nog
heeft een duidelijke accentverschuiving met VEWIN in overleg met het RID een tienverder toegenomen. Daarbij is steeds duidezich meegebracht naar de derde hoofdactivi- jarenplan opgesteld, dat aangeeft welke
lijker geworden dat een goede zuivering
projecten in het Structuurschema op de
teit: de winning en de zuivering.
meer is dan de som van het effect der
middellange termijn tot uitvoering dienen
De gevolgen van deze accentverschuiving
deelprocessen.
te worden gebracht.
voor de bedrijfstak waren ingrijpend.
Een optimale afstemming van de deelEnerzijds veranderde het gezicht van de
processen op ellcaar, uitgaande van een
bedrijven zelf doordat procestechnologen,
Behalve dat de afgelopen jaren de beschikgrondige kennis van de prestaties van elk
analytische chemici en bacteriologen hun
baarhgid van de grondstof zowel in kwander afzonderlijke technieken, is daarom
intrede deden in bedrijven waar van oudsher titatieve als in kwalitatieve zin verslechterde, noodzakelijk. De randvoorwaarden op het
civieltechnici en werlctuigkundigen, wellicht is een duidelijke tendens zichtbaar geworden gebied van de economie, de ruimtelijke
ondersteund door een enkele chernicus, hun naar het stellen van hogere eisen aan het
ordening, de energieprijzen en de afvaltaalc naar behoren hadden kunnen volaf te leveren produlct. Niet voldoende
problematielc, zoals bijv. de slibverwerking,
brengen. Anderzijds veranderde het gezicht
benadrukt kan worden, dat de uiteindelijke zullen de uiteindelijke mogelijlcheden van
van de bedrijfstak als geheel, doordat de
produkteisen voldoende wetenschappelijk
de verschillende processen bepalen.
problemen van het heden en de zorg voor
onderbouwd moeten zijn. Dit te meer daar
Daarbij kan niet genoeg benadrulct worden
de contin~l'iteitin de toekomst, tot samendeze eisen aanzienlijke consequenties zowel dat oolc de conventionele technieken die a1
werking noopten, waardoor de historisch
op financieel als op technologisch gebied
vele jaren hun mogelijkheden bewezen
gezien sterlc gedecentraliseerde bedrijfstak
met zich mee kumen brengen. Van groot
hebben, van grote waarde kunnen blijven.
gedwongen werd, zich aaneen te sluiten en
belang zijn met name de chronische effecten Zo zullen alleen overtuigende bewijzen over
steeds meer taken gezamenlijk uit te voeren. op de volksgezondheid van chemicalien
het ontstaan van haloformen en de gezondIn de zeventiger jaren heeft de accentdie in de grondstof (dat wil zeggen in de
heidsrisico's ervan tot een drastische
wijziging van het gebruik van desinfectiemiddelen bij de drinkwaterbereiding aanleiding mogen geven. Alvorens tot dergelijke
ingrijpende stappen te besluiten zal onderzocht moeten worden in hoeverre de
chloring op een andere plaats in het zuiveringsproces minder risico's met zich meebrengt en in hoeverre met behulp van eenvoudige technieken als beluchting de
eventueel gevormde verdachte verbindingen
weer verwijderd kunnen worden. Andere
conventionele technieken zoals bijv. langzame zandfiltratie kunnen in het licht van
de veranderende randvoorwaarden in de
toekomst wellicht een belangrijkere rol
bij de watefbereiding innemen dan nu het
geval is. Daarnaast zullen nieuwe ontwikkelingen, waaronder ook diegene die in deze
cursus aan de orde zullen komen, nauwgezet
gevolgd moeten worden en tijdig in het
geheel van het zuiveringsproces moeten
worden ge'integreerd. Dit vereist een krachtig onderzoekprogramma, waarbij een
nauwe samenwerking vereist is, zowel in de
bedrijfstak zelf als tussen onze en andere
bedrijfstakken zoals de afvalwatersector,
die met een sterk verwante problematiek
geconfronteerd wordt.
De richting van dit onderzoekprogramma
en de prioriteit ervan in het geheel van de
belangen van de openbare watervoorziening
zal waar mogelijk afgesternd moeten worden
op de toekomstverwachtingen, zowel op
korte als wat langere termijn. Belangrijke
hulpmicfdelen hiemoor vormen het Structuurschema en de tienjarenplannen, die
immers een inzicht geven in de toekomstige
waterbehoefte in Nederland en de wijze
waarop de hiervoor benodigde capaciteit
gerealiseerd zal kunnen worden.
In het Structuurschema 1972 wordt een
sterk stijgende waterbehoefte voorspeld,
met het gevolg dat, gezien de beperkte
beschilcbaarheid van grondwater, overwegend oppervlaktewater als grondstof voor de
openbare watervoorziening gebruilct zal
moeten worden. Vanzelfsprekend zal hierdoor een sterk accent op de oppertlaktewatern~kefingkomen te liggen, waarbij een
verdere detaillering van het onderzoekprogramma mogelijk is, uitgaande van de
gekozen infrastructurele werken.
Inmiddels bestaat de indruk dat de waterbehoefte een minder sterke toename zal
vertonen dan bij het opstellen van het
Structuurschema verwacht werd. De consequentie hiervan voor het oosten, noorden
en zuiden van ons land zou kunnen zijn
dat hier ook in de verdere toekomst grondwater de voornaamste bron voor de drinkwatervoordening zal kunnen blijven.
Voorwaarde is dan we1 dat een goed grondwaterbeleid wordt gevoerd, waarbij de
beschikbare hoeveelheid grondwater met
grote zorgvuldigheid wordt beheerd.
In het westen van Nederland zal, ook bij
een geringere stijging van de waterbehoefte,
oppervlaktewater de belangrijkste grondstof
voor de openbare watervoorziening blijven.
Een belangrijke consequentie van een
eventueel wat minder sterke toename van
de waterbehoefte kan zijn dat op grond
van economische motieven de nadruk meer
dan in het verleden komt te liggen op
projecten die fasering mogelijk maken.
Voor de zuiveringstechnieken betekent dit
dat een voorkeur zal ontstaan voor eenheden die zonder al te veel complicaties
vermenigvuldigd kunnen worden.
Naast deze eis van faseerbaarheid zal ook
de eis van flexibiliteit steeds zwaarder
worden. De zuiveringsinstallaties zullen
zodanig gebouwd moeten worden dat veranderingen ten gevolge van zich wijzigende
inzichten, bijv. omtrent de optirnale plaats
van een bepaalde techniek in het gehele
zuiveringsproces, zonder grote kosten
kunnen worden aangebracht.
Voor wat de algemene inldding betreft
meen ik het hierbij te moeten laten.
Samenvattend kan worden gesteld, dat de
openbare watervoorziening enerzijds
wordt geconfronteerd met een grondstof
waarvan de beschikbaarheid zowel in
kwantitadeve als in kwalitatieve i5n
verslechtert, terwijl er anderzijds een
tendens is naar het stellen van hogere eisen
aan het af te leveren produkt. Daardoor
ontstaat er een groeiende noodzaak van de
ontwikkeling en toepassing van nieuwe
zuiveringtechnieken.
Belangrijk daarbij is dat de technieken
die op dchzelf a1 een respectabele
staat van dienst achter de rug hebben,
onder aanpassing aan de huidige inzichten,
nog steeds in het centrum van de belangstelling blijven staan.
In dit verband herinner ik mij dat men bij
binnenkomst in de ha1 van CCn van de
waterleidingen'bdrijven in de VS, ik meen
dat het Cincinnati is, een in de vloer aangebrachte zware ronde glasplaat ziet,
waardoor men in de re'inwaterkelder kan
kijken die zich onder de halvloer bevindt.
Op de bodem van de kelder is een verlichting aangebracht zodat men door de glasplaat kan zien hoe helder en schoon het
water is. In de rand van de glasplaat staat
een bijbeltekst uit 2 Koningen 2, vers 21,
waarvan de Nederlandse vertaling luidt:
'Zo zegt de Here: Ilc heb dit water gezond
gemaalct, daar zal geen dood nog onvruchtbaarheid meer van worden'. Elisa sprak
deze woorden toen hij zout wierp in een
bron te Jericho, waarvan het water zoals in
vers 19 staat, kwaad was. Dat moet
omstreeks 900 voor Christus zijn geweest.
Vandaag de dag, dus bijna 30 eeuwen
later, gebruilcen we nog steeds zouten in de
vorm van ijzer- en aluminiumzouten voor
de zuivering van water, maar clan aangepast
aan de hu'idige inzichten.
@@a
Hyperfiltratie
In de evenwichtssituatie die na enige tijd
Inleiding
optreedt is het hoogteverschil tussen beide
De naam hyperfiltratie veronderstelt dat
vloeistoffen, gelijk aan de osmotische druk.
wij hier te maken hebben met een filtratieVerhagen wij hierna de druk op de zoutmethode, die tot meer in staat is dan elke
oplossing dan gaat het proces de verkeerde
andere filtrarietechniek.
of omgelceerde kant uit. Het proces is dan
In werkelijkheid is dit ook het geval omdat
ook aanvanlcelijk omgekeerde osmose
hiermee niet alleen zwevende stoffen,
genoemd. Later heeft men ingezien dat wat
collo?den, bacterien en virussen uit het water
hier gebeurt helemaal niet zo verkeerd is.
gefiltreerd kunnen woiden, maar ook opgeEn is het proces hyperfiltratie genoemd.
loste zouten en organische stoffen.
Nadat Reid in 1954 zijn eerste proeven had
Hyperfiltratie is niet alleen een techniek
genomen, heeft het nog tot 1960 geduurd
die meer kan dan andere filtratiesystemen,
voor Loeb en Sourirajan membranen
het is bovendien een nog jonge techniek.
maakten die voor toepassing in de praktijk
gescmt waren [2].
Omstreeks 1967 -zeven jaar later -werden de eerste commerciele installaties
gebouwd. Het heeft daarna nog tot 1971
geduurd voor in Greenfield in de VS de
eerste installatie, zij het een kleine, in bedrijf
is genomen ten behoeve van de openbare
drinkwatentoorziening [3]. Voor echter
de toepassingen van hyperfiltratie te noemen zal eerst nader ingegaan qorden op
Pas in 1953 is door Reid de gedachte gehet principe.
opperd dat het mogelijk moest zijn zouten
door middel van filtratie uit water te
verwijderen. Hij ontleende deze gedachte
Principe
aan het verschijnsel osmose dat reeds in
Het mechanisme van de werking van een
1748 door de geestelijke Nollet was onthyperfiltratiemembraan kan het gemakdekt [I].
kelijkst aan de hand van het model dat
Het verschijnsel osmose treedt op wanneer
Sourirajan hietvoor heeft opgesteld,
wij bijv. een zout-oplossing gescheiden
verklaard worden. Hij gaat ervan uit dat het
houden van zuiver water door middel van een mechanisme van de filtratie gebaseeid is
halfdoorlatend membraan. Halfdoorlatend
op zeefwerking. Deze zeefwerlung komt in
betekent in d!it geval dat we1 het water maar belangrijke mate tot stand door een verschil
niet het zout het membraan kan passeren.
in tidsorptie van water en die van de opgeloste Roffen aan het membraan. Het water
wordt in hot algemeen veel beter geadsorIn deze situatie zoals in afb. 1 is geschetst,
beerd dan zouten. Herdoor ontstaat bij
diffundeert er zuiver water door het memhet membraanoppervlak een dun laagje
braan naar de zoutoplossing. Dit proces
gaat door tot er evenwicht bereikt is.
zuiver water met een dilcte van ongeveer
10 A. In afb. 2 is dit in tekening gebracht.
Is de pofiengrootte in het mernbraan kleiner
Afb. 1 - Principe van ontgekeerde osnzose of
Izyperfiltratie.
dan tweemaal deze laagdikte, d m zal er
alleen zuiver water door het membraan
OSMOSE
gaan. Sommige organische stoffen worden
echter beter dan zouten aan het membraan
geardsorbeerd.Hetgeen inhoudt dat zij
gemalckelijker het membraan passeren dan
zouten.
I
I
Afb. 2 - Meclzanisttte van de ~verkingvan eet;
~tzernbraanvolgens Sourirajan.
OSMOTISCHE
DRUKVAN
OPLOSSING A
OMGEKEERDE OSMOSE
$,#M,
P>OSMOTISCHE DRUK
In de praktijk komt het er ruwweg gesproken op neer dat organische stoffen met een
molecuulgewicht kleiner dan 200 gedeeltelijk
en die met een groter nagenoeg volledig
worden tegengehouden.
De werking van membranen wordt in het
algemeen beoordeeld aan de hand van het
zoutwerend vermogen (oolc we1 retentie
genoemd) en de doorlatendheid voor water.
Voor het zoutwerend vermogen (R) geldt
Cm-cp
) x 100%
R =(
Cm
waaiitx
R = zoutwerend vermogen;
Cm = concentratie bij het membraan;
Cp = concentratie in het produlct.
(Voor de retentie van organische stoffen
geldt uiteraard een analoge betrelcking.)
Voor de doorlatendneid van een membraan
voor water geldt
F
A=
Ap-AII
waarin
A = doorlatendheid van het mernbraan;
F = transport van water door het membraan per m' membraanoppervlalc per dag
(Flux);
Ap = drukverschil;
A II = osmoeische druk.
Uit het bovenstaande blijkt dat de osn~otische druk het watertransport door het
membraan tegenwerkt.
Bij hyperfiltratie van zeewater moeten wij
rekeriing houden met een osmotische druk
van ongeveer 28 atm. Deze speelt dan ook een
belangrijke rol. Voor water met een zoutgehalte van 1000 mg/l is deze druk evenredig lager en bedraagt ongeveer 1 atm.
Concentratiepolarisatie
Tijdens het hyperfiltratieproces wordt
water door een membraan geperst en
worden zouten tegengehouden. Dit betekent
dat deze zouten de neiging zullen hebben
zich op te hopen bij het membraan.
Anderzijds verwijderen zij zich door diffusie
en door transport middels het langsstromende water. Het gevolg is dat er een
evenwichtssituatie ontstaat waarbij de concentratie bij het membraan uiteindelijk
hoger is dan in de rest van het water.
Dit verschijnsel heet concentratiepolarisatie.
In afb. 3 is het ontstaan van het verschijnsel
in beeld gebracht 141.
Concentratiepolarisatie treedt niet alleen
op bij zouten maar ook bij organische
stoffen, colloiden en zwevende stoffen.
Het effect bij deze stoffen is bovendien
nog vele malen groter dan bij zouten omdat
hun diffusiesnelheid aanzienlijk lager is,
met het gevolg dat het transport van het
membraan naar de rest van de vloeistof
Wager verloopt.
Membraansystemen
WATER
FLUX FW
ZOUT
FLUX F,
I
Ajb. 3 - Het principe van co~~centratiepola,isatie.
FLUX IN M31KZ.IT'
A f b . 4 - Het verband trisserl flux en zoutkerend~~ernrogen
voor cellulose-acefaat nze~r~branert
bij 40 nto er1 20 "C.
eigenschappen, dat toepassing in de praktijk
binnen bereik kwam.
Zij maakten hun membranen van celluloseacetaat en konden door een warmtebehan1. De osmotische druk neemt toe bij het
deling toe te passen die zoutwerende eigenmembraan, daar de concentratie van zouten
schappen bereiken die ze wensten.
hier hoger is. Het gevolg is dat de drijvende
Een hoog zoutwerend vermogen bleek
kracht afneemt zodat de flux door het
echter steeds gekoppeld te zijn met een Iage
membraan afneemt.
doorlatendheid voor water.
2. Het zouttransport door het membraan
Dit geldt evenzeer voor de door Dupont in
neemt toe daar de concentratie bij het
1967 op de markt gebrachte membranen
melnbraan is toegenomen.
van polyamide.
3. Minder goed oplosbare zouten zoals
Afb. 4 illustreert het verband tussen retentie
calciumcarbonaat en calciumsulfaat kunnen
en doorlatendheid voor cellulose-acetaatomdat hun oplosbaarheidsprodukt wordt
membranen.
overschreden op het membraan neerslaan.
De membranen die op de markt zijn,
Hierdoor neemt ,de flux door het membraan
heb'ben een retentie van 90 i 97 %. Het is
af.
hiermee mogelijk brak water met een totaal
4. Stoffen met een hoog molecuulgewicht,
zoutgehdte tot ongeveer 5000 mg/l in CCn
collo'iden en zwevende stoffen kunnen zich
fase te ontzouten tot een gehalte van 500
op deze wijze eveneens op het membraan
mgll.
afzetten. De flux door het membraan neemt
(Dit gehalte van 500 mg/l wordt door de
hierbij eveneens a£.
WHO aangegeven als het maximaal genrenste zoutgehalte voor drinkwater.)
Daar de genoemde effecten ongewenst zijn
Voor de ontzilting van zeewater met een
is het no8ig de concentratiepolarisatie bintotaal zoutgehalte van ca. 35.000 mgjl is de
nen de perken te houden [5].
retentie van deze membranen te gering om
Wij kunnen dit op de volgende wijze
in CCn stap een voldoende resultaat te
bereiken:
bereiken. Dit proces is dan ook aanvankelijk
1. De stofoverdracht verbeteren bij het
in twee stappen uitgevoerd.
membraan door bijv, de snelheid van het
De afgelopen paar jaar zijn echter memwater langs het rnembraan te verhogen.
branen van andere polymeren ontwikkeld
2. De flux van het water door het memwaarmee wi?l in CCn fase zeewater ontzout
braan te verlagen door bijv. de druk te
kan worden tot een gehalte van 500 mgjl.
reduceren.
In de komende jaren kunnen wij gezien de
hoeveelheid research die op dit gebied
Beide methoden worden in de praktijk
uitgevoerd wordt verwachten dat memtoegepast.
branen ontwikkeld zullen worden met een
hoge retentie en met een grotere doorMembranen
latendheid voor water, dan nu reeds het
Membranen worden gemaakt van organigeval is. Hierdoor kan de druk van 27 ato
sche polymeren en hebben een dikte van
die momenteel toegepast wordt bij behanongeveer 0,l mm.
deling van licht brak water en die van 54
Zoals reeds gezegd is waren Loeb en
ato die voor ontzilting van zeewater nodig
Sourirajan de eersten die membranen
is, waarschijnlijlc nog met 20 i 40 % vermaakten met een zodanige doorlatendheid
laagd worden. De energiekosten worden
voor water en voldoende zoutwerende
hierdoor in belangrijke mate verlaagd [6].
Het optreden van concentratiepoiarisatie
heeft voor de praktijk dan ook enkele
belangrijlce nadelige effecten, zoals
Een membraan bestaat zoals reeds gezegd
uit een dun vlies met een dikte van 0,l mm.
Het zal duidelijk zijn dat dit niet in staat
is zonder meer de betrekkelijk hoge drulclcen
die worden toegepast (27 tot 54 atmosfeer) te
weerstaan. Om aan deze eis toch te voldoen
zijn een aantal systemen ontwikkeld.
De vier belangrijkste membraansystemen
die voor ontzilting van water worden toegepast, zijn:
- het buisvormig;
- het spaghetti;
- het spiraalgewonden;
- het holle vezel.
1. Buisvormig mem braansysteem
Bij dit systeem wordt het membraan aangebracM aan de b'innenzijdevan een
poreuse buis van bijv. ge'impregneerd
papier. Deze buis is vervolgens in een drukbestendige steunbuis geplaatst die van
kleine gaatjes is voorzien voor de afvoer
van het produkt. Het water stroomt dus
van binnen naar buiten door het membraan.
Een aantal van deze buizen wordt in
serie geplaatst, door de uiteinden in
flenzen met kanalen te steken, zoals in
afb. 5 is te zien.
Het geheel wordt een module genoemd.
Het nadeel van dit svsteem is dat de
capaciteit van een module betrekkelijk
gering is. Anderzijds heeft het het voordeel
dat het betrekkelijk ongevoelig is voor vervuiling.
2. Spaghettinlem braansysteem
Hierbij is het membraan aangebracht op
een geweven kunststof kous, die over
een flexibele staaf met groeven is geschoven.
Dit geheel doet denken aan slierten spaghetti,
A f b . 5 - Buisvorr~tign~er~zbraa~t
systeenl.
A f b . 6 - Spaghetti r~re~r~brann
systeent.
I
1
Afb. 8 - Holle vezel membraan systeem.
1
I
Afb. 7 - Spiraal gewonden membraan systeem.
waaraan het dan ook zijn naam ontleent.
Enkele tientallen spaghetti's worden in
bundels in een drukbestendige buis geplaatst, om op die wijze een mfodulete
vormen (die afb. 6).
De capaciteit van deze module is hoger dan
van die, welke met buisvormige membranen
is uitgerust. Het heeft daarentegen het
na'deel dat het gevoeliger is voor vervuiling.
gevoelig voor vervuiling. Ongeveer 20 %
van de gebtalleerde capaciteit van de
hyperfiltratie-instdlatiesis op dit moment
uftgerust met deze modules.
Opbrengst
Het percentage voedingwater dat omgezet
wordt in produkt wordt de opbrengst genoemd.
Omdat het voedingwater met een redelijke
snelheid langs de membranen m o b stromen
om de concentratiepolarisatie binnen de
perken te houden is de opbrengst per
module meestal onvoldoende.
Om toch een voldoend hoge opbrengst te
halen worden een aantal modules in serie
geplaatst. De snelheid in de modules neemt
echter af omdat er produktwater door de
membranen vedwijnt. Om dit euvel te
ondemangen k u ~ e wij
n een zgn. kerstboomopstelling toepassen (zie afb. 9).
Hetzelfde effect kan bereikt worden door
BBn of meer circulatiepompen toe te passen
(zie afb. 10). Dezeopstding heeft echter
het nadeel 'dat de extra pompen en het extra
leidingwerk dat nodig is de installatie
duur'der maken.
Er wordt in h b algemeen naar gestreefd
een hoge opbrengst te bereiken, omdat er
dan weinig energie met de brijn verloren
gaat.
Een hoge opbrengst heeft eehter weer het
nadeel dat de concentratie van de v m n t reinigingen toeneemt, waardoor de membranen sneller vervu'ilen.
3. Spiradgewonden mem braansysteem
Dit systeem 5s in principe opgebouwd uit
twee Vlakke membranen, die op elkaar gelegd worden en aan dfie buitenzijden aan
elkaar gelijmd worden, zodat een enveloppe
ontstaat. Aan de brinnenzijde is deze enveloppe gevuld met een poreus materiaal, aan
de buitenzijden wordt een spacer van kunststof gaas gelegd.
Nadat de open zijde van de enveloppe op
een buis is aangesloten, wordt het geheel
opgerold en in een drukbestendige buis
gebracht.
Het voedhgwater stroomt hierbij dus in de
lengterichting van de module langs het
membraan terwijl het produkt via het
poreus mateiiaal aan de binnenkant van de
enveloppe naar de centrale afvoerbu'is
gaat (zie afb. 7).
Deze module heeft een betrekkelijk hoge
capaciteit terwijl het betrekkelijk ongevoelig
is voor vervuiling. Meer dan 70 % van de
gei'nstalleerde capaditest van hyperHet grootste technologische probleern dat
filtratie-installaties,*isdan ook u5tgerust
zich voordoet bij hyperfiltratie is het optremet Qt type module.
den van v e n d i n g van de membranen.
4. Holle vezelmembraansysteem
Deze vavu'iling kan een aanzienlijke daling
van de capaciteit van de installatie veroorDe membranen van dit systeeni bestaan uit
zaken, zodat dit ongewenst is.
holle vezels met een dikte van ongeveer
De belangrijkste oorzaken van vervuiling
0,l mm. De ulteinden van een bundel
vezels van ca. 1 miljoen stuks wolden in een van membranen is de aanwezighdd ven:
kunststof flens gegoten. Het geheel wordt in
Afb. 9 - 'Kerstboom' schakeling.
een drulcbestendige buis geplaatst, waarbij
de kunststof uitehden als afdichting diens't
doen. Het water stroomt hierbij dus van de
buitenzijde van de vaels naar binnen
(zie a&. 8).
Deze module heeft het grootste membraanoppemlak en heeft dan ook de grootste
capaciteit. 1Hb is echter tevens het meat
1
-
I
Afb. 10 Circulatie sysfeem.
1. opgeloste stoffenmet een geringe aplosbaarheid, zoals
- calciurncarbonaat en calciumsulfaat;
- organische humusverbindingen;
- ijzer- en mangaancomplexen van
humusverbindingen;
2. colloi'den, zoals
- olie;
- ijzer- en mangaanoxiden;
- zwavel;
- humusverbin~gen;
3. gesuspendeerd materiaal, zoals
- kleideeltjes;
- bacterien;
- detritus.
Voor de praktijk betelcent dit in het algemeen dat oppervlaktewater gemiverd moet
worden door bijv.:
- chloring (desinfectie);
- coagulatie met ijzer- of aluminiumzouten;
- vlokverwijdering;
- snelfiltratie.
De kwaliteit van het water na d a e behandeling is meestal voldoende voor het buisvormig membraansysteem.
Voor het spaghetti- en spiraalgewondensysteem hangt het sterk af van de kwaliteit
van het ruwe water of de genoemde
voormivering vddoende is. Holle vezels
daarentegen vergen meestal een extra
coagulatiestap, gevolgd door snelfiltratie
(zgn. 'in line coagulatie'). Wordt brak
grondwater als grondstof gebruikt dan kan
vaak een voorzuivering achterwege blijven.
Vervuiling door precipitatie van calciumcarbonaat kan door de veflaging van de pH
door bijv, de dosering van zoutzuur, zowel
voor g r o ~ dals
- oppervlaktewater afdoende
bestreden worden. Ook worden complexvormende stoffen zoals polyfosfaten toegepast, hiermee ban boventfien de precipjtatie
van calciumsulfaat worden voorkomen.
Naast de dosering van zoufx.mr en polyfosfaten wordt ook ontharding toegepast.
Ionenwisseling wordt vaak voor kleine
installaties gebruikt. Voor grote installaties
zoals die op dit moment in Saoedi-Arabie
worden gebouwd met een capaciteit van
120.000 m3/tIag, past men kdk-sodaontharding toe.
Ondanks een zorgvuldige voorzuivering en
de dosering van chemicaen is het nodig de
Een interessante bijzonderheid bij dit
project is dat een flashverdamper (kosten
$17.100) die bedoeld was om in de
behoefte te voorzien, buiten bedrijf is
genomen. De reden hiervan is dat het Office
of Water Research and Technology van het
Ministerie van Binnenlandse Zalten de
subsidie voor het in bedrijf houden van
deze verdamper heeft ingetrokken, met het
argument dat verdampingsprocessen in vergelijking met membraanprocessen te veel
energie vergen.
membranen na korte of langere tijd te
reinigen. Chemicalien zoals zoutzuur,
citroenzuur en detergenten worden afhankelijk van de aard van de vervuiling toegepast.
De milieuvriendelijkste reinigingsmethode
is echter die waarbij schuimpropjes gebruikt worden om de membranen schoon
te vegen. Deze methade kan echter alleen
bij buisvormige membranen worden toegepast.
energieverbruik
Om een zoutoplossing te scheiden in een
oplossing met weinig zout en &n met een
hoger zoutgehalte zoals bij alle onziltingsprocessen gebeurt, is energie nodig.
De energie die hiervoor minimaal nodig is
wordt verbruikt wanneer het gehele proces
uit them~odynamischeoogpunt volledig
omkeerbaar plaatsvindt.
Voor zeewater is deze minimaal benodigde
energie 0,7 kWh/m3. Water met een lager
zoutgehalte zoals Rijnwater vergt evenredig
minder energie en is ongeveer 0,02 kWh/m3.
In de praktijk is echter steeds een veelvoud
nodig omdat wij de processen uit economische overwegingen in belangrijke mate
onornkeerbaar laten verlopen [7].
Zo is bijv. de energie die nodig is bij hyperfiltratie minhaal wanneer het drukverschil
over een membraan minimaal is. Dit zou
echter betekenen dat wij voor de produktie
van enig ontzout water een oneindg groot
mernbraanoppervlak moeten gebruiken.
Dit is uiteraard niet mogelijk. Afb. 11 geeft
dit effect nog eens op andere wijze weer [8].
De energie die in de praktijk op dit moment
nodig is voor licht brak water en zeewater is
bij een toegepaste druk van rap. 27 en 54
ato 1,s kWh/m3 en 9 kWh/m3. Hierbij is
clan gerekend met een opbrengst van 75 O/o
voor brak water en 25 % voor zeewater.
Wordt de energie die in de vonn van druk
met de brijn verloren gaat teruggewonnen
dan daalt de energie die voor zeewater
nodig is tot circa 6,s kWh/m3.
Voor brak water lijkt het echter niet
lonend energie terug te winnen, zodat d a e
hoeveelheid gelijk blijft. Vergelijken wij
deze waarden met die, welke nodig zijn
voor flashverdamping dan is voor hyperfiltratie 15-mad minder energie nodig voor
brak water en 3-maal minder voor zeewaterontzilting. Hyperfiltratie is dus uit
energetisch oogpunt vergeleken met flashverdamping een aantrekkelijk proces 191.
-
Afb. I 1 Het verband tussen produktiekosten,
investenngskosten en energieverbruik.
er 370 installaties in bedrijf met een capaoiteit van elk meer dan 100 m3/dag, hetgeen
13 O/o van de totale ontziltingscapaciteitis.
Elektrodialyse zorgt voor 5 O/o en de verdampingsprocesssen verzorgen de rest.
Tabel I geeft een gedetailleerd overzicht
van het aandeel dat de verschillende ontziltingstechnieken aan de totale gehtalleerde capaciteit leveren [lo]. Verdarnpingsprocessen wordkn voornamelijk toegepast
voor zeewater terwijl hyperfiltratie en elektrodialyse tot nu toe brak water als grondIn Nederland zijn de ontwikkelingen niet m
stof hebben. De belangrijkste ontwikkespectaculair als in het buitenland. De toepaslingen voor wat de toepassing van hyperfiltratie betreft vinden wij in het buitenland. sing van hyperfiltratie in de tuinbouw mag
echter niet onvermeld blijven, daar op dt
Zo is de grootste installatie die voor de
moment meer dan 100 tuinders hun giet- en
bereiding van drinkwater in bedrijf is opge- sproeiwater voor hun planten met behulp van
steld in Venice (Florida VS). De capaciteit
hyperfiltratie uit grondwater bereiden.
van deze installatie is 3600 m3/dag en
Er zijn op dit moment meer dan 100 instalzuivert grondwater.
laties in het Westland en omgeving van
Aalsmeer in bedrijf met een capaciteit van
Bij de industrie zijn echter reeds geruime
elk 25 k 50 m3/dag.
tijd grotere installaties in bedrijf. Zo is op
dit moment de grootste met een capaciteit
van 15.000 m3/dag in Japan in bedrijf.
Kosten
Oppervlaktewater wordt hiermee o n t d t
voor industride toepassingen [I 11. In Orange Een verhaal over een nieuwe filtratietechniek die meer kin dan e k e andere
County (California VS) wordt op dit
filtratiemethode zou niet compleet zijn als
moment een installatie gebouwd met een
geen indruk gegeven wordt van de kosten.
capaciteit van 18.000 ms/dag. Voorgezuiverd afvalwater zal hiermee worden behan- Het is mijns inziens nog moeilijk om een
volldge berekening voor Nederlandse
deld, met het dod het na infiltratie in de
bodern, weer te gebruiken als drinkwater of omstandigheden te geven, daar er op dit
moment in ons land geen installaties in
irrigatiewater vaor de sinasappelplantages
bedrijf, aanbouw of in ontwerp zijn van
1121.
TABEL I
- De
Processen
totale ontzoutingscapaciteit op 1-1-1976 in de wereld.
Technieken
Capaciteit
m3/dag
%
460.000
18,2
-
Distillatie
Toepassingen
In de korte tijd dat hyperfiltratie voor toepassing in de praktijk beschikbaar is, heeft
het reeds een interessant aandeel verworven
in de totaal geinstalleerde ontziltingscapaciteit in de wereld. Op 1 januari 1976 waren
In 1978 zal in Saoedli-Arabieeen installatie
in bedrijf worden genomen voor de ontzilting van het grondwater ten behoeve
van de drink- en industriewate~oorziening.
De capaciteit zal 120.000 m3/dag zijn.
Voorts is in ontwerp een installatie met een
capaciteit van 350.000 m3/'dag voor de
behandeling van een deelstroom van de
rivier de Colorado in de VS (Yuma).
Dit project staat in verband met contractuele verplichtingen van de Verenigde Staten
tegenover Mexico om het zoutgehalte van
de rivier de Colorado benden een bepaald
niveau te houden.
Het ligt in de bedoeling de installatie in
1981 in bedrijf te nernen [13].
Compr&everdamper
Meer-effect-verdampers
Ondergedompelde spiraalverdamper
Meertraps-ontspanverdampers
Totaal destillatieorocessen
Membman
Hyperfiltratie
Electrodialyse
Totaal membraan-~rocessen
enige ornvang, waarvan de gegevens beschikbaar zijn.
Wij moeten daarom volstaan met het geven
van een h&uk hieNan aan de hand van
een twedal voorbeelden uit de VS,
namelijk Orange County en Yuma (zie
tabel II) [13,14].
TABEL I1 - Kosten van hyperfiltratie per ms
nrodukt.
1. Orange County (ii aanbouw)
Capaciteit 18.000 m3/dag, bezettingsgraad 92 qo
Afschrijving 20 jaar, rente 7 %
kwh $ 0,02
Investering
Installatie
Terrein, gebouwen,
leidingen, etc.
Hyperfiltratie kan naar mijn mening ook
Contract onderhoud incl.
vemanging membranen
in Nederland een aantrekkelijke bijdrage
leveren bij de openbare dridcwate~oorzie- Energie
Chemicalitn
Toepassingsmogelijkhedenin Nederland
ning. Wij moeten hierbij in de eerste plaats
denken aan toepassing als ontziltingstechniek.
In de roekomst kan ook de verwijdering
van organkche stoffen, zware metalen en
virussen uk 0ppeNlaktewateI-enaantrekkelijk worden. Voorlopig zijn de conventionele
methoden zoals actieve koolfiltratie en
coagulatie echter nog goedkoper. Wordt de
norm voor het toelaatbaar organisch koolstofgehalte drastisch verlaagd voor drinkwater, dan is hyperfiltratie in elk geval een
goede aanvulling op actieve koolfiltratie.
Voor wat de toepassing als ontzilt!ingsmethode betreft is hyperfilkatie een alternatief
voor of aanvulling op de volgende metholden
die gebruikt worden wanneer het zoutgehalte van het water te hoog is.
Kosten
per
voor onder andere flashverdamping, vooral
voor kleinere installaties.
Ook kan brak grondwater, dat meestal aanwezig is in de situatie dat zeewater ontzilt
wordt, als grondstof dienen voor hyperfiltratie. D a e methode is in het algemeen
aanzienlijk goedkoper dan verdamping.
$ 2,5 106 $ 0,037
$ 0,5 106 $ 0,008
$ 0,036
$ 0,045
$ 0,019
De d!ktributie van water dat een hoger
zoutgehalte heeft dan de norm die men zich
gestelkl heeft is geen echte oplossing.
Het verdient mijns inziens in die situatie
dan ook zeker aanbeveling hyperfiiltratie
toe te passen.
Voomivering
Totaal
$ 0,255
2. Yuma (in ontwerp)
Capaciteit 350.000 m3/dag, bezettingsgraad 90 %
Afschrijving 20 jaar, rente 534 qo
Investering
Kosten
per
Samenvattend mag uit het bovenstaande
geconclddeerd worden dat toepassing van
hyperfiltratie bij de bereiding van drinkwater in Nederland serieuze overweging
verdient.
Literatuur
1. Fischer, E., 1976. Umkehrosmose in Theorie
und Praxis. Gas, Wasser, Warm, 2: 46-48.
2. Sourirajan, S., 1969. Reverse Osmosis, Logos
$ 23.106 $ 0,010
Press, Londen.
$ 0,088
3. Doud, D. H., 1976. Field Experience with five
Reverse Osmosis Plants. Water and Sewage Works,
Totaal
$ 0,157
96 - 98.
4. F l i i , J., Membrane Science and TechUit de twee genoemde voorbeelden volgt een kostnology. Plenum Press, New York.
1. Mengen door middel van voorraadvorprijs van f 0,25 f 0,36/m3 exclusief voorzuive
5. Kuiper, D., 1976. Hyperfiltration for treatment
ring. De gehanteerde rentevoet en kwh-prijs zijn
ming, wanneer het zoutgehalte tijdelijk
of brackish water, especially polluted surface
Nederlandse
omstandigheden
wat
voor
de
huidige
te hoog is (Spaarbekkens, Infiltratie).
water. Eleventh Congress of the International
aan de lage kant, anderzijds vertonen de kosten
Water Supply Association, Amsterdam.
2. Aanvoer van water met een voldoend
van de modules een dalende tendens zodat een prijs
6.
Channabassappa, K. C., 1976. Need for new and
laag zoutgehalte, over relatief grote afstand. voor onze omstandigheden van f 0,35 ?I f 0,50/m3
better membranes. Desalination, 18: 15-42.
dan ook r&l lijkt.
3. Ontzilring van het water dat permanent
Hierbij moet bovendien worden opgemerkt dat het 7. Spiegler, K. S., 1969. Principles of Desalination.
een te hoog zoutgehalte heeft, door middel
Academic Press, New York.
produkt voor dit bedrag voor 90 qovan het zout
van flashverdamping (Terneuzen, Texel).
ontdaan wordt, hetgeen vaak niet nodig is zodat
8. Porteous, A., 1975. Saline water distillation
4. Disff~butievan water met een zoutgehalte met een deelstroom ontzout volstaan kan worden. processes. Longman, London.
De prijs van het eindprodukt wordt dan belangrijk
dat de norm die men ziich gesteld heeft
9. Channabassappa, K. C. 7975. Status of Reverse
lager.
overschrijdt.
Osmosis Desalination Technology. D d i t i o n
17: 31-67.
Ad 1.
3. Zeewater
10. Maurel, A., 1976. Comparmson des proci2di2s et
Berekening van the Office of Water Research and
les coilts de l'eau dessalee. Session d'6tudes sur le
Voor het eerste geval kan hyperfiltratie
Technology in de VS geven voor de ontzilting van
Dessalement des Eaux, Institut National des
ertoe bijdragen dat de omvang van nieuwe
zeewater met een installatie van 3600 m3/dag
Sciences et Techniques Nucleaires Saclay.
spaarbekkens of infiltratiegebieden beperkt inclusief voomivering en kostprijs van f 1,50/m3.
11. Kirnura, S., 1976. Present Status of the
kan worden tot een grootte die nodig is om Deze prijs is lager dan die met flashverdamping
Reverse Osmosis Process in Japan. Progress of
bereikt kan worden. Hyperfiltratie zal dan ook
andere functies, die deze hebben te vervulDesalination Technology in Japan. Japan Cooperanaar het zich laat aanzien een belangrijke concurtion Center for the Middle East.
len, zoals de opvang van een calamiteit,
rent voor flashverdamping worden.
12. k g o , D. G., 1976. Energy and Water Supply.
de verb&ering van de kwaliteit van het
Orange County, California. Eleventh Congress of
water en overbrugging van perioden waarin
the International Water Supply Association,
we1 ter plaatse aanwezig is - een interesgeen ruw water bachikbaar is.
Amsterdam.
sant alternatief. De aanleg van lange
Een bijzonder groot voordeel van hyper13. Taylor, J. G. and Haugseth, L. A., 1976.
Yuma desalting plant design. First Desalination
transportleidingen kan dan immers achterfiltratie is dat de capaciteit in relatief
Congress of the American Continent, Mexico City.
wege blijven, hetgeen in ons dichtbevolkte
kleine stappen kan worden uitgebreid,
14. Argo, D. C. and Nusbaum, J., 1976. Water
land een voordeel is. Bwendien worden
omdat het systeem uit eenheden met een
Factory 21. An Alternative Approach. Fourth
betrekkelijk kleine capaciteit is opgebouwd. aanloopverliaen, die bijv. op'treden wanneer Annual Conference National Water Supply
de capaciteit van de leidingen nog slechts
Aanloopvefiezen kunnen hierdoor tot een
Improvement Association, Oklahoma City.
ten dele benut worden, vermeden.
minimum beperkt worden.
15. Channabassappa, K. C., 1976. A comparison
of seawater desalination processes and their
Ad 3.
economics. First Desalination Congress of the
Als ontziltingsmethode voor zeewater wordt American Continent, Mexico City.
Moet het water over een grote afstand
aangevoerd worden dan is ontzilting van
licht brak water -dat veelal in Nederland
Voonuivering
Hyperfiltratie
Terreinen, gebouwen,
leidingen etc.
Exploitatie, onderhoud,
reparatie, energie
$ 56.10s $ O,M6
$ 70.10s $ 0,033
hyperfiltratie geleidelijk meer toegepast,
zadat deze methode een concurrent wordt
Ozonisatie
Ten gevolge van de toenemende verontreiniging van het oppervlaktewater is er
een steeds grotere behoefte aan goede
zuiveringsprocessen, onder andere voor de
afbraak van de reuk- en smaakstoffen.
Ozon blijkt hiervoor een belangrijk middel.
Mede ten gevolge van de technische vooruitgang van het ozonproces gaan steeds
meer waterleidingbedrijven over tot opnarne
van een ozon'installatiein het zuiveringsproces.
Bij de drinkwaterzuivering wordt ozon
reeds veelvuldig toegepast vanwege de
desinfecterende eigenschappen. Naast het
steriliseren van water kan ozon ook dienst
doen voor:
- het opheffen van reuk- en smaakbezwaren;
- kleurverbetering;
- ontijzeren en ontmanganen.
in de waterbehandeling daar het met water
reageert volgens:
F2 H z 0 + 2Hf
2FOr.
In tabel I1 (lit. 2) wordt een overzicht gegeven van de eigenschappen van ozon.
De oplosbaarheid van ozon in water is
afhankelijk van de temperatuur en de druk,
zie de afbeeldingen 1 en 2 (lit. 3 en 4). Bij
toenemende temperatuur neemt de oplosbaarheid sterk af.
De ozonopname blijkt sterk te worden
belnvloed door de zuiverheid van het te
behandelen water, zoals uit afbeelding 3
(lit. 2 en 5) blijkt.
Bij het doorleiden van ozon bedroeg de
evenwichtsconcentratie 0,27 mg 03/l. Dit
was bij dubbel gedestilleerd water na 30
minuten doorleiden bereikt. De andere
watersoorten vertoonden na 60 minuten nog
steeds een ozonopname.
In oplossing blijkt ozon niet stabiel. De
ontlding tot zuurstof is afhankelijk van de
+
+
+
A f b . 1 - Znvloed van de tenlperatuur op de verdelingscoefficient S. S = C ~vater/Clucht.
temperatuur en de pH terwijl sporen
organische en anorganische stoffen katalytisch werken. De invloed van de pH op de
ontleding van ozon in water vindt men in
afbeelding 4 (lit. 2, 6 en 7). In basisch
milieu vindt een zeer snelle ontleding
plaats. Bij pH = 8,l en een temperatuur
van 14,6 "C bedraagt de halveringstijd
18 minuten.
2. Reacties met organische stoffen
Ozon is in staat dubbele verbindingen, zoals
in benzeen en fenol open te breken (lit.
8 en 9).
Van de specifieke stoffen zoals onverzadigde Itoolwaterstoffen, indol, skatol,
thiolen, thio-ethers, aldehyden, ketonen en
hetero-cyclische verbindingen zoals pyridine,
is bekend dat ze met ozon reageren en in
niet-riekende stoffen worden omgezet
(lit. 10).
1. De eigenschappen van ozon
Bij normale ternperatuur is ozon een lichtblauw gas dat gemakkelijk in zuurstof
uiteenvalt. Dit uiteenvallen gaat sneller
naar mate de temperatuur hoger is, zodat
opslag en vervoer niet mogelijk zijn en
bereiding ter plaatse nodig is (lit. 1). Bovendien explodeert geconcentreerde ozon
gemakkelijk, zodat het met zorg behandeld
Afb. 2 - Oplosbaarheid van ozon in water
dient te wofden. Ozon bezit een veel
bij 10 ' C .
hogere redox-potentiaal en dus oxiderende
kracht dan chloor en chloordioxyde (zie
tabel I). Alleen door fluor wordt het hierin
overtroffen. Fluor is echter niet te gebruiken
TABEL I
A f b . 3 - Ozonopnarne van verschillende watersoorten.
A f b . 4 - Het eigen verval van ozon als functie
van de tijd en de pH in gedestilleerd water van
14,6 ' C .
- redo spot en ti ale^^.
1
+druk
in mm Hg
1
TABEL I1 - Eigensclrappen van ozon.
Mol. gewicht
Kookpunt
Kleur
Vormingsenergie
Vormingsreactie
Vorming atomaire zuurstof
Molecuulstructuur
Reukgrens
Schadeliike concentratie
48
-112,3 "C
blauw
69,O kcal
30 2 =20 3
2 0 2 20 =20 3
49,2 kcal
118,2 kcal
0 2 =2 0
+
o+
\
+
+
+
o+
-
/
-0
0
00,05-0,3 mg/m3 lucht
onrreveer 1 m a I m 3 lucht
\0
1
I =Zeit
(min)
I
vlietwater (x) bij opvoering van de ozondosis van 1 tot 2,s mg/l ozon de kleur
dufdefijk verder afneemt. Een hogere
*
ozondosis geeft geen aditionele kleurafname
meer te zien. Bij onbehandeld grondwater
van Ameland (Al) ligt het knikpunt bij
ongeveer 5 mg/l en bij duinwater uit
20
Katwijk (K) vermoedelijk bij ongeveer
X colour reduction
4 mg/l. Bij welke ozondosis het knikpunt
par mgll ozone
voor de andere watersoorten ligt zal nog
experimenteel nagegaan dienen te worden.
In afbeelding 6 zijn voor een groot aantal
10
Nderlandse watersoorten de kleurafnamen
als functie van de aanvangskleur weergegeven. In afbeelding 7 is voor dezelfde
llozondorap.
watersoorten de smaakafname gegeven.
Door verschillende auteurs worden beschou0,6
08
1
Pfingen losgelaten op de afname van het
totaalgehalte van de organische stoffen
(lit. 2 en 14) . Hier wordt dan het
Afb. 5 - Kleurafnarne van grondwater en plassenwater als functie van de ozondosis.
permanganaatgetal als maats'taf gebruikt.
Het lijkt evenwel onjuist aan deze permanganaatgetallen veel waarde toe te kennen.
Immers kaliumpermanganaat oxideert de
organische stoffen slechts ten dele. Het is
onbekend welk deel van de niet door
ozon omgezette organische stoffen we1 door
permanganaat geoxideer'd wordt. Voorts
is het onbekend of de partieel door ozon
geoxideerde organische stoffen nu in meer
of mindere mate door permanganaat
geoxideerd worden.
Alleen de volledig door ozon afgebrolcen
stoffen leveren een betrouwbare afname
van het permanganaatgetal op.
In afb. 8 is de afname van het KMn04getal vreergegeven als functie van de aanvangswaarde van verschillende Nederlandse
watersoorten. De gemiddelde reductie
bedraagt 25 %.
Afb. 6 - Kleurafname als functie van de kleur voor ozonisatie. Ozondosis 2 2.5 mgll, getrokken
lijn: 60 % venvijden'ng.
In afbeelding 9 is de COD-reductie
(> 60 %) van gezuiverd Seine-water gegeDetergenten worden gedeeltelijk afgebroken. (respectievelijk 60 en 75 % door ozon).
ven (lit. 15) en in afbeelding 10 de reductie
Reichert (lit. 11) voerde onderzoelc'ingen
Het organische stofgehalte wordt door ozon van de W-absorptie van =-water
@t. 16).
maar in geringe mate verlaagd (10 % van
uit inzake het elimineren van kankerverwelckende stoffen. Hij vond dat bij de
de TOC). In vele van de onderzochte geval- De relatief grote W-afname is te verklaren
gebruikelijke ozondoseringen met een
len lijkt een dosis van 2 B 2,s mg/l ozon
door de voorkeur van ozon voor de oxidatie
reactietijd van ongeveer 15 minuten, men
aan het maximal te behalen effect te
van dubbele bindingen, welke voornamelijk
zou kunnen rekenen met een aanzienlijke
voldoen.
de W-absorptie bepalen.
reductie van de opgeloste, kankerverwekAfbeelding 11 laat de afname van enkele
In afbeelding 5 is de procentuele afname
kende polycyclische aromaten.
organische stofparameters zien bij vervan de kleur per mg/l gedoseerde ozon
Robeck (lit. 12) heeft de afbraak van e n
hoogde temperatuur en afbeelding 12 bij
uitgezet tegen de reciproke ozondosis voor
aantal pestkiden door ozon bestudeerd en
verschillende pH-waarden van het water
plassenwater en grondwater. Afbeelding 5
kwam tot de conclusie dat er slechts een
laat zien, dat voor gelnfiltreerd Haring(lit. 17).
zeer gedeeltelijke af braak plaatsvond van
TABEL I11 - Desinfectie door chloor en ozon.
lindaan, dieldrin en DDT.
Ozonisatie kan voorts alleen bij betrekkelijk
dosis mg/l
IetaIe werking min
lage aanvangswaarden van de kleur, de
chloor
smaak en het organische stofgehalte leiden
ozon
tot een ten opzichte van de normen
chloor
gewenste kwaliteit drinkwater (lit. 13).
ozon
Voor de verwijdering van kleur en smaak
uit sterk verontreinigd oppervlaktewater
PM-virus, stammen
~hl00r
van MV- en Levirus
ozon
kan ozon in combinatie met andere prosuspensie 1 : 1000
cessen een aantrekkelijke reducde geven
- -
-
taste before ozone
370.02-4
Afb. 7 - Srnaakafnatne als functie van de srnaak voor ozonisatie. Smaak voor ozon 2 3, ozondosis 2 1.5 nzgll, getrokken lijn: 75 ql, verwijdering.
parmanganate
I
-
demand reduction 10
Afb. 9 De afname van de COD als functie van
de confacttijd, contacttijd per bassin = 4 min.
gefilireerd water voor ozonisatie
0 eerste bassin, dosis: 1,34 mgll 03,effluent:
00,4 mgll O3
hveede bassin, dosis: 0.55 mgll 0 3 , effluent:
0,4 mgll 0 3
derde bassin, dosis: 0,55 tngll 0 3 , effluent:
0.4 nrg/l O3
vierde bassin, dosir 0.25 ~ n g l l0 3 , effluent:
0.4 mgll O3
X drinkwater
A
I
I
perrnanganats demand before ozone
$70.0>-4.
I
I
-
Afb. 8 KMnO+-afname als functie van het 1YMn04-verbruik voor ozonisatie. Ozondosis 2 2 ntgll,
waarnemingen na chloren enlof coagulatie niet opgenonzen.
Het betrof hier oplossingen van DMFextracten uit koolfilters (TOC = 43 mg/l,
COD = 100 mg/l).
Verwacht mag worden, dat bij de ozonisatie van oppervlaktewater in de zomer een
wat grotere reductie van het organische
stofgehalte optredt. Op de aanzienlijlce
reductie bij hoge pH wordt in hoofdstuk 5
teruggekomen.
3. De desinfecterende werkmg
Ozon heef t een zeer sterke desinfecterende
werking (lit. 3, 18, 19 en 20). Zoals uit
tabel 111 blijkt werlct ozon aanzienlijk
sneller dan chloor.
De afbraak van bacterien in dubbelgedestilleerd water vindt bij zeer lage doseringen
uitermate snel plaats (afbeel&ng 13). Wanneer nog ozon verbruikende stoffen aanwezig zijn nemen beide parameters (dosering
en reactietijd) aanzienlijk toe.
Voor leidingwater uit Karlsruhe betekent
dit echter nog dat bij een dosering van
0,12 mg /l ozon alle lciemen in minder dan
1 minuut gedood worden (afbeelding 14).
Voor virussen treedt een zelfde beeld op.
De inactivering van poliovirus I (afb. 15)
en Coliphaag Tz (af b. 16) in modeloplossingen is uitermate snel (lit. 21), terwijl bij
toevoegen van organische stoffen (pepton)
met aanzienlijk langere tijden gerekend
moet worden (afb. 17, lit. 22).
De desinfectie zal in een ozoncontactkamer
plaatsvinden, waarin gedurende enige tijd
bijvoorbeeld 0,l mg/l ozon in het water
g&andhaafd dient te wofden. Dit houclt
in dat de concentratie in het gas boven
het waterniveau minimaal0,55 mg/l zal
zijn. Dit gas wordt tevens afgezogen,
waardoor het ozonren'dement betrokken
op de gasfase nooit 100 O/o kan, zelfs niet
mag zijn.
Volgens vroegere Franse onderzoekingen
dient voor virusdesinfectie het restozongehalte gedurende 4 minuten 0,4 mg/l te
bedragen.
Tegenwoordig staat men in Frankrijk op
het standpunt, dat een contacttijd van
10 minuten of zelfs 15 minutcn beter is.
Er wordt vooral in Nederland de nadrulc
op gelegd dat ten gevolge van de ozonisatie,
assimileerbare stoffen ontstaan, welke
nagroei in het leidingnet kunnen veroorzaken (lit. 8). Dit is ook begrijpelijk omdat
het ruwe water, , w a r men van uit moet
Afb. 10 - De afname van de UV-absorptie door
ozon bij WRK-wafer, UV256 voor ozon =
0,096-0.138;
contacttijd na passage door kolonz: X = I5 ~nin;
0 = 30 111in;A = 60 min.
gaan, meestal vele malen slechter is dan de
vergelijkbare grondstof in het buitenland.
Snoek (lit. 23) constateert een vergrote
nagroei wanneer hij leidingwater uit
Amsterdam en geozoniseerd leidingwater
in flessen enige tijd bewaart (zie tabel IV).
Ook Dietllcher (lit. 24) vond nagroei in
het leidingwater van Ziirich.
Schalekamp (lit. 25) voerde onderzoekingen
TABEL IV
- Toettante van her bacteriegetal van biologisclt gezuiijerd oppervlakte~c~ater
door ozottisatie.
Bacteriegetallen per ml water na drie dagen kweken op pepton-gelatine bij 22 "C
watersoort
rein
rein
rein
rein
bacteriegetal bepaald nadat het water 4 dgn.
bij 22 "C bewaard was
bacteriegetal
direct bepaald
20
16
16
200
duinwater
duinwater geozoneerd
plassenwater
plassenwater geozoneerd
Exl.- Abnahme lbei 265nml
.-
80-
0
CODTOC
-
-
/*
:--:
[ *la1
60 -
40 -
-
Afb. I3 - De afttartte van het kietitgetal door ozort
it1 drtbbelgedestilleerd ivater.
20 -
-
u
0
10
20
30
LO
50
Tempera!ur I ' C ]
Afb. 11 - De invloed vat1 de tettrperatzcrtr op de afnatrre van het orgatusclte stofgehalte door ozon.
Volrotte reactievat: 500 ntl, reactietijd: 2 uur, toevoer ozon 1.9 g/ll.
0
E x t -dbnahme m h I h
€11.-
-
-
bei 265nm
A f b . 14 - De afnattte van het kiettzgetal door ozotl
in leidingivater. (1) = 0,05;(2) = 0,07;(3) = 0.10;
(4) = 0,12 ttrgjl ozon.
A f b . 12 - De indoed van de pH op de afnat~levan /let organische stofgehalte door ozon.
Volrotle reactievat: 500 tttl, reactietijd: 4 uur, toevoer ozon: 1.9 gjh.
TABEL V - Nagroei bij tttengen vat1 JtJalersoorten. onderzoekingen concludeert hij dat de
kiemgetal
actinomyceten
bij 22 "C bij 37 "C per 100 rnl
na 1 dag
A
B
A + B
A
BF
A F + B
+
na 4 dagen
A
B
A + B
A
BF
AF
B
+
+
A
B
A
F
3
1
8
16
1
6
0
0
0
0
1
0
1
0
2600
1070
2400
10000
10000
420
20
220
10000
10000
640
0
70
1650
0
1
grondwater A
grondwater B
B = mengwater A en B
= gedesinfecteerd water A of B
=
=
+
uit inzake de nagroei in leidingnetten te
St. Gallen, waardoor geozoniseerd water
getransporteerd wordt. Op basis van deze
aanwezige nagroei te wijten is aan jarenlange verontreiniging van deze leidingnet'ten door onvoldoend gezuiverd water.
De geconstateerde nagroei staat daarom
volgens Schalekamp 10s van het feit dat er
geozoniseerd water door de leidingnetten
stroomt. Hij adviseert desinfecterende
rniddelen van een langdurige werkzaamheid, zoals chloordioxyde, toe te voegen
aan het gezuiverde water ten einde de
geconstateerde nagroei te bestrijden. In
Dordrecht wordt ter bestrijding van de
nagroei aan het eind van het proces licht
gechloord, tenvijl langzame zandfiltratie
ook aanbevolen wordt om de nagroei te
bestrijden (lit. 26).
De meningen rond de oorzaak van nagroei
zijn dus verdeeld.
Buydens (lit. 27) stelt dat een voldoend
hoge ozondosering toegevoegd moet worden
1
r-
A f b . 15 - De afnartle van Poliovirzts I bij 5 "C.
0 = 0.3; = 0,8;A = 1,5ntgjl ozon.
om desinfectie te verlcrijgen. Hiertoe is
een goede helderheid van het water essentieel, daar gesuspendeerde deeltjes ijzeren mangaanoxiden de sterilisatie hinderen.
Terdege geozoniseerd water geeft geen
nagroei. Het verschijnsel van nagroei is
in zijn opinie geheel te wijten aan menging
van gedesinfecteerd water met niet- gedes-
I
RI\
:R
0,
3
C=C
\
R4
R1\
,R3
C-C
RI; OI*lOI'R~
-
I
Reaktionsfdhigcs
Oxyperoxyd
I
A f b . 18
- Reactientechanisr~~ertvan olefinen en
I
Ozon concentratie mg/~.
-
a:)
I
t
4
R-S-R
+202
0
Sulfone
tllioethers.
modelsystemen. Hij constateerde dat bij de
gebruikelijke pH van water ozonisatie
verloopt volgens elektrofiele substitutie,
een elektrofiele aanval van ozon op de organische stoffen.
In tabel VI zijn enltele reactiesnelheden
gegeven.
Olefinen en aromaten reageren snel.
CNoorhoudende verbindingen blijken trager
of in bet geheel niet te reageren. Dit laatste
is ook het geval bij hexachloorbutadieen
en polychloorbifenylen.
Polyaromaten geven aanleiding tot soms
stabiele peroxiden, bijvoorbeeld
A f b . 17 De invloed van de toevoeging van pepton
op het percentage overlevende pl~agenna 10
rninrtten contacttijd.
pH = 7,O; ten~peratuzrr= 25 "C.
2. Zwitterion
Reoktionsfdhiges Ozonid
-
+203
01-1
R4
Thio61her
(Merkoptone)
Afb. 16 - De afnarne van Coliphaag Tz bij 1 ' C .
= 0.01;
= 0,09; A = 0,26 ~ n g / Iozon.
I
R,
Keton
1. Zwinerion
I-$R
R3\
,c-0
01-1
Olefinkohlenworscntoff
+,,
CHI-0-
R~\
is duidelijk specifiek. De best aantastbare
verbindingen reageren het eerst. De mechanismen zijn ook bij lagere concentraties
dezelfde, de reactiesnelheden zijn echter
trager vanwege de lage concentraties:
d(org.stof)
= k (orgstof) (03)
dt
--
De pH heeft geen invloed
deze reacties.
A f b . 19 - Tussen- en eindprodukten bij de ozonisatie van fenol.
I
(20 % uit naftaleen)
Bij humuszuren zullen eerst de dubbele
bindingen, later de aromaatkernen geoxiinfecteerd water, a1 bestaat dit nietdeerd worden; polyaromaatkernen zullen
gedesinfecteerd water uit zeer zuiver grond- aanleiding tot stabiele peroxiden kunnen
water of zelfs gedesfileerd water (zie
geven.
tabel V).
Bij onderzoek van mengsels van fenol,
benzeen of nitrobenzeen met een tienvoudige
5. Reactiemechanismen
concentratie van humuszuren is gevonden
dat fenol sneller, benzeen gelijk en nitroHolluta (Lit. 2) gaf de reactiemechanismen
van olefinen en thioethers (zie afbeelding
benzeen trager reageert dan de humus18).
zuren, zodat voor de verwijdering van
Kruithof (THD, persoonlijlce mededelingen) microverontreinigingen wellicht aan tweetrapsozonisatie gedacht moet worden.
Afb. 20 - Reacties van ozon bij luge en hose pH.
onderzocht het mechanisme van de ozoniTabel VII laat zien welke eindprodukten
satie van een groot aantal stoffen in
on
kunnen ontstaan bij een vergaande ozonisatie.
TABEL VI - Reactiesnelheden van enkele organiOpvallend is dat er geen ozonide structuren
scl~estoffen ?net ozon.
K(l/mol,
sec)
K(l/mol,
sec)
O Z O N * ORGANISCHE STOF
benzeen
chloorbenzeen
dichloorbenzeen
tetrachloorbenzeen
0,5
0,2
0,1
40
naftaleen
bifenyl
fenantreen
fen01
p-chloorfenol
26
0,5
5,6
16
14
'0-0'
ontstaan. Deze tussenprodukten reageren
direct met water weg. Elektrofiele oxidatie
OZON
OH'.
.
OH-of
R
-
ORGANISCHE
LANGZAAM
PRODUCTEN
2EER SELECTlEF
!
OH'
STOF
SNEL
-
'YEINID SELLCTLEF
PRODUCTEN
i
TABEL VII - Eindprod~tktenbij ozonisatie.
benzeen-aromaten
kooldioxide
oxaalzuur
mierenzuur
glyoxal
glyoxalzuur
naftaleen
o-ftaalaldehyde
ftaalzuur
anhydride
peroxide
nitrobenzeen
salpeterzuur
nitroglyoxal
aniline
ammoniak
salpeterzuur
gekleurd polyrneer
anilinezwart
In de praktijk zullen mogelijk de ozonconcentratie en de reactietijd te klein Zijn
zodat de reacties niet aflopen.
Gould en Weber (fit. 28) lieten een fraai
beeld zien van het verloop van de ozonisatie met fenol, zie afbeelding 19.
Hoignee en Bader (lit. 29) hebben de
ozonisatie bij verhoogde pH bestudeerd en
kwamen tot een radicaalmechanisme.
Zij kwamen tot de volgende hypothese.
Bij lage pH vindt een directe zeer selectieve
oxidatie door ozon plaats. Bij hoge pH
ontleedt ozon tot OH-radicalen en ontstaat
een snelle weinig selectieve oxidatie (afb. 20).
In de afbeelding 21 zijn de relatieve
reactiesnelheden van enkele combinaties
van organische stoffen weergegeven. Duidelijk is te zien dat bij hoge pH de selectiviteit sterk afneemt.
In tabel VIlI zijn een aantal reactiesnelheden voor ozonisatie in tetra en chloroform opgegeven. Daar de relatieve snelheden
van ozonisatie weinig afhankelijk zijn
van het oplosmiddel, zullen dergelijke
verhoudingen ook voor water bij pH = 7
representatief zijn.
Tabel M geeft een aantal reactiesnelheidsA f b . 21 - Relatieve reactiesnelheden van ~nengsels
llan orga?tiscliestoffen iflet ozon als fltnctie \lan
de p H .
chloorbenzeenl tolueen
A o-syleen/allylbenzeen
octanol /syleen
Icl~loorbenzeen/butanol.
+
2D
.-.-.
I
TABEL VIII - Reactiesnelheden van organisclte
stoffen
ntet ozon
in tetra en chloroform bij 25 "C.
k
organische stof
I/mol, sec
benzeen
0,03
tolueen
0,17
o-xyleen
0,82
mesithyleen
4,2
cyclopentaan
26
cyclopentanol
1,3
n-butanol
0,39
ethyleen
2,5 x 101
monochloorethyleen
1,l x 103
dichloorethyleen
22
1
tetrachloorethyleen
cyclopenteen
2 x 105
l-hexeen
0,76 x 105
styreen
1 x 105
constanten van reacties tussen OH-radicalen
en
~ ~ g a n i s c stoffen.
he
Volgens
Hoignee en Bader gelden deze ook als
in water gevomd worden.
DeZe
passen goed in de hypothese
van Sontheimer en Reicherter (lit. 17) dat
afbraak van organische stoffen versneld
wordt onder condities dat de ozon zelf
snel afgebroken wordt.
Ook de experimenten van Dahi (lit. 30),
die werkte met ultrasonore trillingen,
bevestigt deze hypothese.
Er kan dus gesteld worden dat bij de gebruikelijke
pH van water een directe zeer
selectieve oxidatie door O3 plaatsvindt en
dat bij verhOOgdepH een weinig selectieve
Oxidatie
PIaatsvindt.
6. De technologic van ozon
D~ oZonbereiding
Ozon wopdt ber&d uit murs8tof:
hetzij uit mivere zuurstof, hetzij uit
Afb. 22 - De prodltktie van ozon als fltnctie I1an
de lucl~tvochtigheid.
$ 16
8
14
m 12
.P 10
2
8
u
Z
4
P
0
1 2 3 4 5 6 7 8 9 1 0
--#.-+-
Luchtvochtigheid g~20/m31ucht
TABEL IX
- Reactiesnelkeden
de zuurstof van de buitenlucht. De voorkeur zal veelal uitgaan naar lucht, daar
deze grondstof goedkoop is.
De bereiding van ozon vindt plaats met
behulp van elektrische ontladingen in zeer
droge lucht (respectievelijk zuurstof).
Droging van de lucht is noodzakelijk om
een zo hoog mogelijk ozonrendement te
verkrijgen (afb. 22) en om te voorkomen
dat zich stikstofoxyden vormen, waardoor
zich salpeterhoudende condensaten in de
gasleidingen kunnen afzetten (lit. 3 1 en 32).
Dit heeft tot gevolg dat er een conditioneerinstallatie nodig is om de lucht in de
gewenste toestand aan de ozonisatoren af
te leveren.
De conditioneerinstallntie
In principe moet de vochtigheid van de
lucht zo laag mogelijk liggen en we1 zodanig
dat het dauxvpunt ligt bij -50 OC.
De benodigde lucht wordt daarom door
een stoffilter aangezogen en gecomprimeerd.
Vervolgens wofdt de lucht in een warmtewisselaar gekoeld waarbij een gededte van
het water condenseert. Extra drogers gevuld
met geactiveerde aluminiumoxyde of
silicagel zijn evenwel noodzakelijk.
Wanneer de droogcellen verzadigd zijn
moeten ze geregenereerd worden. Dit kan
gebeuren met behulp van elektrische
verwarmingselementen of door verwarmde
lucht in omgekeerde richting door deze
cellen te leiden. De drogers bestaan meestal
uit twee cellen, waarvan er telkens Citn
in gebruik is, terwijl de andere geregenereerd wordt. Een schema van een conditioneerinstallatie vindt men in afbeelding 23.
De ozonisatoren
Ozon wordt bereid uit zuurstof en geproduceerd in een generator door middel van
elektrische ontladingen. Ten gevolge van
deze ontladingen splitsen de zuurstofmoleculen zich in atomen.
Deze atomen herenigen zich dan later weer
tot moleculen zuurstof en moleculen ozon.
Voor het splitsen van de zuurstofmoleculen
is veel energie nodig welke het best kan
worden toegevoegd in de vorm van hoog
frequente wisselstroom van hoge spanning
(lit. 20, 33, 34 en 35).
~~m
organische
t
stoffen 11tet hydrosylradicalen in Jvater bij 22-25 "C.
06
=II
I
I
6
I
6
pH
........,
*-•
+
&--A
m---1
8
1
0
I
1
1
organische stof
k
I/mol, sec x 107
benzeen
chloorbenzeen
nitrobenzeen
benzoaat-ion
cyclohexeen
methanol
ethanol
aceton
670
620
220
560
880
85
185
7
organische stof
n-butanol
t-butanol
formaat-ion
acetaat-ion
oxalaat-ion
waterstofperoxide
bicarbonaat-ion
carbonaat-ion
ureurn
k
l/mol, sec x 107
370
47
280
7
1
375
1,5
20
0,07
P.A.
V.R.
GY.
TI.
CI.
T.D.
P.E.
Ev.
Afb. 23
automatischc afiap
regelklep
gyronteter
trafo
venticlklcp
inbren~buis
monstcrneming
luchtinlasl
- Installaties voor luchtconditionering en ozonisatie.
.
-
.-
G Tuhe support
H H V. termi"a1
I Part
I - Metallic coatang
K Contact
A Air inlet
B Otonlzed'eir outlet
C Cedant inlet
D Cwlant @ullet
E Dielectric lube
F Darcharge zone
I
Ajb. 25
Afb. 24 - Buisvorrnige ozonisator.
Een ozongenerator bestaat uit twee tegenover elkaar staande elektroden, welke van
elkaar gescheiden zijn door een isolerende
laag, het di8ekthcum. Dit dielektricum
bestaat meestal uit 6611 of meer lagen van
gewoon of speciaal glas. Tussen het
diaektricum en C6n der elektroden bevindt
zich een ruimte waar'in men de ontlading
laat plaatsvinden. Het di8ektricum is nodig
voor een optimale benutting van de ontladingsruimte. Wanneer het er niet zou
zijn ontstaat een boogontlading, waarbij
veel energie voor de ozonproduktie verloren
zou gaan.
Men onderscheidt twee typen: de buisozonisator en de plaatozonisator. Daar er
tidens de elekkische ontladingen warmte
vrijkomt is het nodig de elektroden op
efficiente wijze te koelen.
De buisozonisator (het Blattertype)
Bij dit type maakt men gebruik van buisvormige elektroden en een cilindrische
glazen diaektticum, concentrisch geplaatst
binnen een niet oxydeerbare, metallische
lage spanningselektrode,welke meestal
geaard is.
Een grafiet- of aluminiumbekleding op het
binnenoppervlak van het dielektricurn, of
een roestvrij stalen element, client meestal
- Ozongenerator.
I
als de hoge spanningselektrode.
De te ozoniseren lucht wordt geblazen
tussen het dielektricum en de metalen lage
spanningselektrode,welke meestal met water
gekoeld wordt. Een buisvom'ige ozonisator
vindt men afgebeeld in afbeelding 24
(lit. 20).
Men noemt ze ook we1 ozonisatoren van
het 'Blattertype' (lit. 34). Een ozongenerator
is meestal opgebouwd uit een aantal gegroepeerile buizen, zie afbeelding 25 (lit. 31).
&
(OTTO) Ozonator
Hollow metal
De plaatsozonisator (het Otto-type)
De Om-ozonisatoren hebben elektroden in
de vorm van holle metalen blokken.
Toegepast worden 66n of twee plaatvorrnige glazen di8&tricums (fit. 33,34 en 36).
In afbeelding 26 (lit. 33) vhdt men een
principeschema van dlt type.
De ozondispersie
Van groot belang is de keuze van een goede
mengmethode voor een intensief contact
van de ozon met het te behandelen water
ten einde te streven naar een goede oplosef ficientie.
Slecht gekozen mengmethoden kunnen een
hoog energieverbruik veroorzaken (lit. 37)
door verlies aan ozon.
De methode van Otto werd aanvankelijk
blocks
Glass
Afb. 26 - Otto-ozonisator.
vrij vaak toegepast en we1 in combhatie
met de Otto-plaatozonisator (lit. 3, 14,
38, 39,40). Een principe-schema vindt men
in afbeelding 27 (lit. 3). Een ejecteur zuigt
de geozoniseerde lucht in een deel van het
water (lit. 35). De op deze wijze ontstane
emulsie wordt weggevoerd door een verticale buis, naar de bodem van een diepe
toren. Hierdoor ontstaat een zeer intensief
contact tussen de ozon en het water. Het
aldus verlvegen mengsel verlaat de toren
bovenin en wordt geleid over een aantal
cascades, waarbij de resterende ozon weer
uit het water wordt verwijderd (lit. 38.
4 0 en 41). Deze methode wordt nog steeds
RAW WATER INLET
I '1
EMULSEUR
/
STERILIZED
WATER
OUTLET
-
-
SELF CONTACT
COLUMN
.-TUBE FOR DISSOLVING
UNDER PRESSURE
/.
Afb. 27
- Ozoninbreng via injector (Otto), contactkolonl
en ontgasfl'ng.
.
, .
.
.
.
.
a:;..
...
..
i
-
. . ..
STERILIZED
-.---WATER
OUTLET
-
.
-.
.
.
- .._1.
.
,
..
0 3 gas, in
.. . . . . -.
.-. .;,, .;;.....' 1
x 100 %.
\GAS
-
Afb. 29 - Ozoninbreng via sproeikoppen (Welsbach), contactkolom niet tegensiroom.
toegep=t
de Tompagnie des eaux
et de l'ozone' (verlies in de gasfase circa
15 %).
De methode van Van der Made gebruikt
men we1 wanneer Van der Made-ozoni-
0 3 gas,
x
in
DIFFUSERS
Ozoninbreng via sproeikoppen (Van der Made), contactkolonl met gelijkstrooin.
_ . . ......-._
...
.
- 0 3 gas, uit
ozonrendement
RAW WATER_
INLET
Afb. 28
water. In ruimte A wordt de ozon opgelost.
Langs de bodem komt het met ozon verzadigde water vervolgens in ruimte B, waar
geen turbulentie meer is, zcrdat de ozon
maximaal in oplossing kan blijven en
slechts langzaam uiteenvalt. Torricelli
beschrijft de resultaten met een proefinstallatie te Bern, waar deze methode in een
enigszins gewijzigde vorm werd toegepast.
Guillerd (lit. 39) beschijft een vaiiant op
deze methode, zie afbeelding 3 1.
Het principe van de Kerag-methode vindt
men in afbeelding 32 (lit. 39). De ozon
wordt opgelost door een centrifugaalpomp
welke het ozonluchtmengsel aanzuigt en
tegelijkertijd fijn in het water veideelt
(verlies 20-30 %). Deze methode wordt in
Dordrecht en op Ameland toegepast.
Het beste rendement (betrokken op de
gasfase) blijkt op te treden bij het principe
van de Wabag-methode. Hierbij w o d t de
ozon ingebracht in een met Rashig-ringen
gevulde absorptietoren, een gaswasser
(< 2 % verlies). Een nadeel is evenwel dat
een groot gaswasseroppervlak nodig is.
De methode wordt toegepast in Uberlingen
bij de Bodensee Fernwasserversorgung
(27.000 m3 water per uur) (af beelding 33).
De menging kan ook plaatsvinden via het
zogenaamde hydrokinetiekproces. De
reactie met ozon viddt in een lang stuk buis
plaats volgens het systeem van Vecom
(afbeelding 34, lit. 42).
Het rendement van ozon wordt vaak alleen
op de gasfase betrokken:
satoren worden toegepast. Ozon en water
worden aan de bodem in de toren ingebracht, zie afbeelding 28 (lit. 40). Voor het
inbrengen van de geozoniseerde lucht
maakt men gebruik van plastiek spoeikoppen. Deze methode is in de loop der
tij'd geperfectioneerd en wordt vrij vaak
toegepast.
Het principe van de Welsbach-methode
wordt weergegeven in afbeelding 29.
De ozon wordt aan de ondenijde door
poreuze platen in de vermengingsruimte
geperst, terwijl de water aan- en afvoer
bovenin plaatsvindt. Deze methode werd
onder andere toegepast in Philadelphia WS)
@t. 35 en 40) (verlies 20 tot 30 %).
Het principe van de Tofiicelli-methode
wordt weergegeven inafbeelding 30.
Het inbrengen van de ozon vindt plaats in
een kamer, welke hydraulisch afgesloten
wordt door de druk van het te zuiveren
Dit is volgens Thievent (lit. 43) niet juist.
Beter is het het ozonrendement te betrekken
op de waterfase in de directe omgeving
van de ozoninbreng:
0 3 , gemeten in water
x
ozonrendement
0 3 in, betrokken op waterfase
x 100 %.
Een hogere druk in het water is hierbij
gunstig. Deze kan verkregen worden door
een waterdruk van 5 m of door een adsorpBedruk via een begasser. In het laatste geval
is slechts een watervoordruk van 3-5 cm
nodig in een ozonkamer van 1,5 B 2 m
diepte.
Kerag claimt dat in dat geval de benohigde
energiekosten lager liggen (8,5-10 Wh/g
ozon ten opzichte van 22 Wh/g ozon bij
een injectorsysteem). Een begasser kan
tevens ingesteld worden op de doorstroomde
waterboeveelheid, terwijl de begassing
WATER^
I
RESIOUAL
AIR
t
OUTLET
INLET
CHANNEL FOR RECOVERIN
OZONE FROM THE OZONATION CHAMBER FOR PREOZONATION
De kosten zijn uit verschillende elementen
opgebouwd, ruw te scheiden in investeringen
en produktiekosten.
De produktiekosten bestaan voornamelijk
uit het energieverbruik van de luchtvoorbhandeling, de ozonproduktie en de
ozoninbreng.
TLET CHANNEL FOR
E WATER 8 PRESSURE
GULATOR FOR OZONAT
ION CHAMBER
INJECTION OF GAS
ESIDUAL OZONE
UNDER PRESSURE
LAYER OF RESIDUAL
OZONE UNDER PRESSURE
COMPARTMENT FOR
DISSOLVING OZONE
COMPARTMENT FOR
WATER SEPARATED
FROM THE GAS
PRESSURE
I
A f b . 30 - Ozoninbreng volgens Torricelli.
-
Air ozone'
Nieuwere installaties verbruiken tussen
25 en 35 kWh/kg ozon, hetgeen bij een
huidig prijspeiI van 11 ct/kWh neerkomt
op 0,3 tot O,4 ct/g ozon, ofwel per 3 g
ozon/m3 water op 0,9 tot 1,2 ctlm3 water.
Voor een installatie van 100 miljoen m3/jaar
is berekend, dat de kosten per m3 water
1
momenteel 1,6 ct/m3 bedragen, zodat
ruw geschat de totaalkosten bij een inbreng
van 3 g ozon/m3 water 2,5-2,8 ct/m3 water
bedragen. Kleinere installaties zijn duurder.
Wabag Ozonwascher
I
3
Xbsls poreux
Compresston -diffussion par poreux
Capact16 a charnbrcs multiples
1
Afb. 31
8. Overige aspecten
Ozonisatie in combinatie met chlorering
Ozonisatie wordt we1 toegepast na het
chloren. Over het algemeen vindt men de
toepassing van ozon allEBn te duur. Men
past daarom vaak chlorering en ozonisatie
na elkaar toe (lit. 35 en 44). Volgens Kolle
(lit. 45) kunnen chloordioxyde en ozon
in geen geval tegelijkertijd toegepast worden,
daar anders vorming optreedt van chloraat,
perchloraat en murstof.
o traiter
4
(lit. 15) stelt dat het optimum ligt bij
belletjes van 2 mm grootte.
1
- Ozoninbreng in diverse compartimenten.
Wassereintritt
Afb. 33 - Ozoninbreng in een kolom met een
gepakt bed (Wabag).
met de gewenste concentratie in de contactkamer nodig was, zodat er ook uit dit
oogpunt bezien bedenkingen zijn tegen
het berekenen van een ozonrendement
betrokken op de gasfase.
In afbeelding 35 is de opwaartse snelheid
van de ozonbelletjes weergegeven. Gomella
A f b . 34
Buydens (lit. 46) heeft gevonden dat een
restchloorgehalte voor de ozonisatie geen
invloed heeft or, het restozomehalte, we1
nam het restchloorgehalte nade ozonisatie
af. Hij suggereert, dat door ozon aangetaste verbindSngen weer door chloor
aangepakt worden. Chloordioxide en
chloriet worden door ozon we1 volldig
omgezet tot chloraat.
Ozonisatie in combinatie met snelfiltratie
Een onderzoek naar de invloed van ozon op
de troebeling van het water en de looptijd
van de snelfilters vond plaats in de proef-
- Ozondosering in tegenstroom.
a. mengbuis
A f b . 32 - Ozoninbreng met een radiaalbegasser
(Kerag).
van een injector sterk afhangt van de doorstroomde howeelheid. Ook zouden de
bouwkosten (diepte contactbassin) geringer
7ijn.
Uit het voorgaande was duidelijk geworden,
dat een zekere afgasconcentratie in verband
b. deelstroom
c. drukverhogingspomp
d. injektor
e. ozonopwekker ozonator
f. ozonoplossing
g. injektiestuk
h. reaktiestuk
i. ontgassingsbuis
k. automatische ontluchting
I. gezuiverd water
R a d ~ u so l
Bubble-cm
I
Afb. 35 - De op~vaartsesnelheid van ozonbelleijes.
fabriek van de Rotterdamse DrinkwaterAfb. 36 - Invloed voorafgaande ozondosenng (2 n ~ g l l op
) de troebelingsgraad van filtraat van langleiding. De troebelingsgraad van het snelzamn zandfilier.
filtraat kon op deze wijze tot zeer lage
warden worden gereduceerd (0,04-0,l JTU)
terwijl de ozonisatie tevens de weerstandsopbouw en de looptijd in het filter
gunstig beinvloedde.
Ook bij de proefinstallatie te Leiduin van
Gemeentewaterleidingen Amsterdam
werden dergelijke gunstige eff ecten van
ozonisatie geconstateerd (afb. 36).
In Duitsland wordt veel waarde gehecht aan
deze bijkomstige werking van ozon als
filterhulpmiddel.
OPSLAG IN BIE S
BOSCH BENKENS
1tN O N D E R Z O E I I
-
H l l W W l l t R HA COA
6 U L A l l E EN ORLAG
I N 0ENIEN~OEGROIE,
HUGIt* ONDERZOEII
HoE~::,',~H
H W ".H
dnll4nl~np
-
Cospuloll.
Oplo~rl*.
l,,I,Ol,.
$nahttrel,.
uooltoltrd*.
cntnor
.
cn~oor
d10.ld.
Ozonisatie in combinatie met actieve
koolfilters
De combinatie ozonisatie - actieve koolfiltratie blijkt in toenemende mate te worden
loegepast (lit. 47,48,49 en 50) ter beperking
van het vefbruik aan actieve kool.
Door ozonisatie lu-ijgen de geoxideerde
organische stoffen evenwel een meer
hydrofiel karakter waardoor zij minder
goed aan actieve kool adsorberen. (In
de lit. 41,49 en 51 wordt nader ingegaan
op de ontijzerende en ontmanganende
werking, welke een gevolg zijn van deze
zuivering.)
Corrosieverschijnselenen giftigheid
Tot voor kort had men bij de toepassing
van ozonisatie veel hinder van corrosieverschijnselen (lit. 50 en 52). Door verbetering van mater'iaalsoorten en met name
door toepassing van kunststoffen is dit
bezwaar sterk verminderd (lit. 8).
Y I I N W A I E I NA COA.
6 U L A l l E ENOPSLAG
I N LOENERVEENSE
P L A ~
I INONOERIOEN
5nmlltllrot~.
I
O P P E R V L A I I I E WA1ER
G E s C H l N r VOOR
MICROZONE PROCES
A f b . 37
-
-
-
-
-S~.II~IICM~.-
M~rrovr8ng
CODOUld1.
I.l,~nl*l.
S~.II,II,OI,.
L O ~ O : &and
llll,~ll.
-
COOOUIOI~.
cnloor
Chloor-
dnoana*
t
-
- Overzicht van enige nlogelijke plaatsen van ozon in de zuivering tot drinlnvater.
9. De plaats van ozon in het zuiveringsproces
Wanneer de vervuilingsgraad van de bron
voor een drinlcwatervoorziening aanleiding
Volgens Lake (lit. 52) tast ozon rubber en
geeft tot het toepassen van ozon in de
in het algemeen alle stoffen met dubbele
zuivering dan mag ozoriisatie niet als een
bindingen aan. Ten gevolge van de sterke
louter additionele zuiveringseenheid worden
giftigheid van ozon dient men speciale
toegepast. Ozonisatie maakt een aanpassing
beschermende maatregelen te nemen welke van de opzet van de zuivering noodzakeonder meer vermeld zijn in een Merkblatt
lijk wegens het door oxidatie veranderde
van de 'Berufsgenossenschaft der Gas- und
karakter van een deel van de organische
Wasserwerke' (lit. 53). Er dient een ozonstoffen, waardoor onder andere het prodetector in de ruimte, waar met ozon
bleem van versterkte nagroei in het distrigewerkt wordt, geplaatst te worden, bijvoor- butienet zich voordoet. Anderzijds biedt
beeld MAST-ozondetector.
de vonning van hydrofiele oxidatie-
produkten en uitvlokking van collo'idale
bestanddelen aantrekkelijke zuiveringsaspecten.
De optimale plaats van ozon in de zuivering
tot drinkwater zal, vanwege de grote afhankelijkheid van de kwaliteit van de bron,
steeds proefondervindelijk moeten worden
vastgesteld. Aan de hand van de bestaande
kennis kunnen evenwel de volgende algemene aanbevelingen worden gegeven
(lit. 54).
1. met het oog op economische overwegingen en optimaal gebruik van de ozon
dient ozonisatie bij vervuild oppervlakte-
5. Koppe, P., Giebler, G. Unters~ichungeniiber
die Ozonzehrung von Wiissern. GWF 107 (1966)
8, p. 196-200.
6. Biichoff, C. Versuche zur Feinreinigung von
schwachbelasteten Ab~vasserndurch Ozon. Fortschritte Wasserchemie u. Grenzgeb. (1968), p.
121-130.
7. Stumm, W. Ozone as a disinfectant for Ivater
and sewage. Boston Soc. of Civ. Eng. 45 (1957) 68.
8. Burg, L. van der. Kool en ozon. 21e vakantie
cursus in drinkwatervoorziening 1969, H 2 0 3
(1970), p. 330-340.
9. Jiirs, R. H. Die Wirklrng des Ozom auj i ~ n
Wasser geloste Stoffe. Fortschritte Wasserchemie
u. Grenzbeg. (1966) 4, p. 40-64.
10. Molt, E. L. Rotterda~nseervaringen over de
stnaakverbetering van uit oppervlakteivater bereid
drinkwater. Water 44 (1960), 25, p. 327-335.
11. Reichert, J. K. Untersuchungen zur Eli~ninierung kanzerogener, aro~natischerPolyzyklen in der
Trink~vasseraufbereitungunter besondere
Beriicksichtigung des Ozons. GWF 110 (1969)
18, p. 447-482.
12. Effectiveness of Water treatnlent processes
in pesticides ret~roval.JAWWA 57 (1965) 2,
p. 181-199.
13. Meijers, A. P. Kwaliteitsaspecten van OzoniSamenvatting
satie. KIWA Med. nr. 37, 1975, HzO 9 (1976),
Er is een beschrijving gegeven van de
p. 62-64.
eigenschappen van ozon, zoals de oxide14. Heusden, G. P. H. van. Zesde congres van de
Internationale Waterleidingassociatie. Ozonisering.
rende kracht, de oplosbaarheid in water
en het eigen verval tot zuurstof. Vervolgens Water 48 (1964) 22, p. 307-308.
15. Gomella, C. Ozone practices in France.
is ingegaan op de reacties met organische
JAWWA, jan. 1972, p. 39-45.
stoffen in water. De kleur en de smaak
16. Jonker, H. De invloed van restozon op de
kunnen door ozon gemiddeld met 60
afnanre van het organische stofgehalte in water.
respectievelijk 75 O/o afnemen. Het totaal
HTS-verslag GW Amsterdam (1976).
organische stoffengehalte neemt slechts
17. Reicherter, U., Sontheimer, H. Untersuchungen
zur Anwendung von Ozon bei der Wasser- und
in geringe mate af. Uitvoerig is ingegaan
Ab~vasserreinigung.Vom Wasser 41 (1973),
op de reactiemechaoismen bij neutrale
p. 369-380.
zuurgraad (elektrofiele substitutie) en bij
18. Gomella, C. Diffusion de I'ozone duns I'eau.
hoge zuurgraad (reactie met hydroxylHouille Blanche (1967) 4, p. 439-449.
radicalen).
19. Schippers, J. C. Tecl~nologischeaspecten
Tevens is melding gemaakt van de sterke
van ket filtreerstation Baanhoek te Dordrecht.
H 2 0 1 (1968) 23, p. 536-538.
desinfecterende werking van ozon, welke
20. Trailigaz. N.V. Industriele Maatschappij voor
echter pas optreedt als een deel der organide behandeling van vloeistoffen en gassen,
sche stoffen geoxideerd is. Door de
N.V. Ingenieursbureau Duyndam & Co. Ozon
gedeeltelijke oxidatie van de organische
Brochure, 18 blz.
stoffen ontstaan in het leidingnet nagroei21. Katzenelson, E. c.s. Inactivation kinetics of
verschijnselen, welke door navolgende
viruses and bacteria in water by rise of ozone.
JAWWA, dec. 1974, p. 725-729.
zuiveringstrappen of door nachloring
22. Evison, L. Inactivation o f viruses in water
bestreden kunnen worden.
~ ~ i tozone,
lt
Brit. water supply, sept. 1972,
In vogelvlucht is voorts de technologic van
p. 14-17.
de ozonproduktie besproken, waarbij
23. Snoek, 0. I. Enige chemische en bacteriolovooral aandacht besteed is aan de ozongische aspecten van de toepassing van ozon bij de
drink1vaterzuivering. H 2 0 3 (1970) 5, p. 108-109.
inbreng in water.
24. Dietlicher, K. Wiederkei~nungozonierter
Tenslotte is aandacht besteed aan ozoniSchnelfiltrate in1 Rohrnetz. Schriftr. Vereins
satie in combinatie met andere zuiveringsWasser-, Bodem- und Lufthygiene, Heft 31,
trappen en de gewenste plaats van de
(1970), p. 171-186.
ozonisatie in het zuiveringssysteem.
25. Schalekamp, M. Untersuchungen zrir Abklarung des Phanot~rensder Wiederverkei?nungin
Rohrnetzen iar Zusarnnlenhang nlit Ozonung.
GWA 49 (1969) 8, p. 253-257.
1. Burg, L. van der. Het filterstation Baanhoek
26. Vaillant, C. J. L'ozonation et la filtration
te Dordrecht. HzO 1 (1968) 23, p. 526-535.
lente duns la probl2nle de la prolifCration ~nicro2. Holluta, J. Das Ozon in der Wasserchernie.
bienne duns les reseaux de distribution d'eau.
GWF 110 (1963) 44, p. 1261-1271. GWW I8 (1964) Gas Eaux UsBes 50 (1970) 67.
2, p. 29-35; 18 (1964) 3, p. 55-61.
27. Buydens, R. La reviscence nzicrobienne
3. Gomella, C. Le Traitenlent des eaux par I'ozone. duns les eaux et, particuli2rere,11ent,dam les eaux
ozonbes. Cebedeaux, janvier 1972, no. 338, p. 3.
La tribune de Cebedeau 20 (1967) 287, p. 397-413.
28. Gould, J. P., Weber, W. J. Oxidation of
4. Eine neue Ozonanlage fiir das Wasserwerk
phenols by ozone. JWPCF 48 nr 1 11976). 47-60.
St. Polten. GWW 19 (1965) 2, p. 36-38.
water niet als eerste zuiveringstrap te worden
toegepast;
2. ook als laatste zuiveringstrap is ozonisatie weinig aanbevelingswaardig, gezien de
versterkte nagroei die zal optreden en
de mogelijke introductie van persistente
rubberaantastende peroxiden in het net;
3. het gelijktijdig v66rkomen van ozon en
chloordioxide dient te worden vermeden,
daar deze stoffen met elkaar reageren tot
produkten met te verwaarlozen desinfecterende werking;
4. in het geval ozonisatie tevens wordt
aangewend ter verkrijging van een lage
troebdheid van het water, wordt een
verwijdering van de ozorcisatieprodukten
bevorderd door na de ozonisatie coagulatie
en snelfiltratie toe te passen.
In afbeelding 37 wordt een overzicht
gegeven van enige mogelijke plaatsen van
ozon in de zuivering.
29. Hoignk, J., Bader, H. The role of hydroxyl
radical reactions in ozonimtion processes in
aqlieolis solutions. Water Research 10 (1976) 377.
30. Dahi, E. Physicochemical aspects of disinfection o f water by means of ultrasound and ozone.
Water Research, I 0 (1976), 677-684.
31. Adam, C. Het ozonstation van Not~neir.
Anseau-Navewa Bulletin (1967) 155, p. 4-24.
32. Berger, K. Gesichtpunkte zur Ozonbehandlung
von Trinkivasser. Vom Wasser 25 (1958), p. 82-92.
33. Edelman, A. Design and operation of an
ozonator. Dissertatie Delft, 1967, 137 blz.
34. Greiner, A., u.A. Wasseraufbereitung nlit
Ozon. 1.Mitteilung: Zur Technik der Ozonbehandlung mit Wasser. Fortschritte Wasserchemie u. Grenzgeb. (1965) 3, p. 185-192.
35. Heusden, G. P. H. van. Ozonisatie; 14e
vakantiecursus in drinkwatervoorziening. Nieuwe
ont~vikkelingenin de lvaterleidingtechniek op
fysisch, che~nischen biologisch gebied. Water 46
(1962) 17, p. 255-261.
36. O'Donovan, D. C. Treatment with ozone.
JAWWA 57 (1965) 9, p. 1167-1194.
37. Kolin, L. Vorteile und Kostenglieder~ingder
Ozonisierung von Trinkwasser. GWW 19 (1965)
4, p. 79-88.
38. Frison, P. Developr~tentof European ozonisation techniques, in Ozone chentistry and technology.
Washington, 1959, p. 443-449.
39. Guillerd, J. R. L'Cvolution dam te traite~nent
des eaux par I'ozone arc cours des quinze
dernisres annbes. Techn. sc. munic. 63 (1968) 10,
p. 279-312.
40. Torricelli, A. Drinking water purification, in
Ozone chetnistry and technology. Washington
(1959), p. 453-465.
41. Hallopeau, J. Ozonation. 6e IWSA-congres,
1964, Stockholm, p. Dl-D100.
42. Vecom Afd. Waterbehandeling, Brochure
Ozon in de Waterbehandeling.
43. ThiBvent, P. M. Ozonung von Ivasser,
Ozona~ifsattigungund Begasungsart. Gas Wasser
Abwasser 53 (1973), p. 405-408.
44. Kolin, L. Ozonbehandlung des Trink~vassers.
Viziigye KozlemBnyek, Budapest (1963) 4,
p. 441-469.
45. Kolle, W. Proble~nder ge~neinsanzen
Anwendung verschiedener Oxydations~nittelbei
der ~asser&ifbereitung.
35 (1968),
p. 367-381.
46. Buydens, R, Fransolet, G. L'action de I'ozone
sur le chlore, le bioxyde de chlore et le chlorite
contenzi duns les exaux traitbes. Cebedeau, janvier
1971, no. 326, p. 4-6.
47. Foulon, A. Ozonisier~ingvon Wasser. Wasser,
Luft u. Betrieh 11 (1967), 3, p. 143-144.
48. Klein, H. U. Die An~vendzrngvon Ozon bei
der Badewassera~ifbereitung.Sport u. Baderbauten
7 (1967) 4, p. 356-364.
49. Meijers, A. P., Pieper, J. W. De toepassing
van actieve kool bij de ~vaterzuivering.Rijswijk
(1969), 15 blz. KIWA SW-100.
50. Simon, M., Scheidtmann, H. Die neue Ozonanlage der Stadhverke Duisburg. GWF 109 (1968)
32, p. 877-882.
51. Hopf, W. Aktivkohle in der Wasseraufbereitung. H 2 0 2 (1969) 12, p. 286-291.
52. Lake, G. J. Ozone cracking and protection of
rubber. De Ned. Rubber Industrie 30 (1969) 24,
p. 1-13; 31 (1970) 1, p. 2-8.
53. Berufsgenossenschaft der Gas- und Wasserwerke. Merkblatt iiber die Verwendung von Ozon
als Wasser Entkeimungs~~tittel.
Diisseldorf, 1967.
7 blz.
54. Zoeteman, B. C. J. De plaatsing van ozon
in de zuivering tot drinkwater. KIWA Med. nr. 1.
Werkgroep Ozon, HzO, 6 (1973), p. 47-49.
om-~asser
Gezondheidsaspecten van drinkwaterbereiding
1. Inleiding
De meest 'betrouwbare en universele
methode van bereiding van drinkwater heeft
sinds mensemheugenis 'bestaan uit destillatie
gevolgd door langdurig verblijf van het
regenwater in de bodem. Tijdens dit proces
wordt het water eerst ontdaan van verontreinigende bestanddelen, beludht, gemtreerd en vervolgens gedurende lange tij'd
geconditioneerd door contact met minerale
bodembestanddelen in een tegen verontreinigende invloeden beschermde omgeving.
Tenslotte wordt het water bij het uittreden
ziekteverwelrkende organismen wordt in
toenemenlde mate zorg besteed aan het
beperken van de aanwezighdd van chemische verontreinigingen enerzijrls en het in
stand houden van een evenwicutigeminerale
samenstelling van het water anderzijds.
Bij het vervaardigen van een dergelijke
kwaliteit van drinkwater dienen dezelfde
elementen voorop te staan als 'die welke
aan de bekendheid van bepaalde bronwateren hebben bijgedragen:
- afwdghdd van verontreinigingen;
- evenwicht met de atmosfeer;
- evenwicht met minerale bodembestanddelen;
- gerijpte leeftijd;
- aangetoonde onsohadelijkheid bij gebruik
door opeenvolgende generaties van
organismen.
Nu is het in een situatie van schaarste aan
watdbronnen van goede kwaliteit, zoals
uit de bodem opnieuw belucht. Met name
Nederland die kent, niet mogelijk geheel
bronwater heeft in de loop vande tijd een
aan deze kenmerken van goed drinkwater te
grote reputatie gekregen als een voor
voldoen. De noodzaak om vanuit een
de menselijke gezoadheid onrnisbaar
oogpunt van vo'lksgezondheidgroot belang
element waaraan in enkele gevallen zelfs
te hechten aan het zo goed mogelijk
heilzame 'kracht wofdt toegeschreven.
iaibouwen van deze 'oeroude elementen'
In een boek getiteld: 'L'eau' van Gaston
van de bereiding van drinkwater zal evenwel
Tissanldier [I], versohenen in 1873, staat onder in deze voordracht nader worden toegelicht.
het hoofd 'Les incertitudes de la science'
Daarbij zal eerst aankiacht worden besteed
over mineraal wateren het volgende
aan de vraag wat onder deugdelijk drinkgeschreven:
water moet woeden verstaan, vervolgens
'Aprh avo& admis trop facilement les faits aan de huidige onzekerheden die er op dit
les plus merveilleux, on est arrivk B nier
gebied nolg bestaan om tenslotte in te gaan
compl6tement l'action bienfaisante des eaux op ,de mogelijkheden om de gezondheid te
minkrales. De nos jours cependant, on est
beschermen door verbeteride technieken
revenu B des opinions plus raisonnabla,
voor de bewaking van de waterkwaliteit
et personne ne met en doute l'efficacit6
en op de mogelijkheden tot het beperken
des sources ldans un grand nombre de
van gemndhe~dsrisko'sdoor aangepaste
maladies'.
wijzen van 'bereiding van water dat is
Vervolgens vraagt Tissandier zich af:
bestemd voor menselijke consumptie.
'Comment les eaux min6rales agissent-elles?
Sans doute par les sels qu'elles renferment,
2. Deugdelijk clrinkwater
mais il y a encore beaucoup d'incertitude
In de Waterleidingwet van 6 april 1957
sur cette question dklicate'.
bepaalt Artike'l4, lid 1 dat:
Wat dit betreft is er de laatste eeuw dus
'De eigenaar van een waterleidingbedrijf
weinig veranderd. We1 was men
is gehouden zorg te ,dragen, dat de levering
in de tussenliggende periode decennia lang
van deugdelijk d r i w a t e r aan de verbruivan mening dat het inaktiveren van ziektekers in zijn distributiegi?bied gewaarborgd
verwekkende organismen een doorslaggevende waarborg vormde voor de deugde- is.'
lijkheid van $drinkwater.
Een nadere precisering van het begrip
Edhter sinds de ontdekking van statistische
'deugdelijk drinkwater' geeft A d z e l 4 van
verbanden tussen de aanwezigheid van
het Waterleidingbesluit van 7 juni 1960,
bepaalde bestanddelen in drinkwater en
waarvan lid 1 bepaalt:
sterfte aan ziekten, zoals kanker en hart'Drinkwater, dat de eigenaar aan anderen
en vaataandoeningen [2], die het gevolg
ter b e s W n g stelt, mag geen stoffen
kunnen zijn van langdurige blootstelling
bevatten in zodadge hoeveelheden per eenaan ibepaalde invloeden, 'begint dch de
he2d water, dat deze voor de gezon8dheid
laatste jaren een fundamentele wijziging
nddelig kunnen zijn',
in het denlcen over de bereiding van drinkterwijl lid 2 maximaal toelaatbare concenwater af te tekenen. Naast de aandacht
traties omschrijft voor een zevental toxische
voor het voortdurend afwezig zijn van
bestanddelen:
nitriet, nitraat, cyanide, lood, arsenicum,
selenium en dhromium.
In de ontwerp drinkwaterrichtlijn van de
Europese Gemeenschappen wol'den, afgezien
van niteiet en nitraat, die als ongewenste
parameters zijn gekwalificeerd, voor 13
toxische stoffen maximaal toelaatbare
concentraties aangegeven.
Het zal edhter duidelijk zijn dat de deugdelijkheid van 4drin!kwatermet uitsluitend
wordt bepaald door het beneden bepaalde
concentraties voorkomen van enige ziekteverwekkende bestankidelen. Natuurlijk vormt
een eerste vereiste voor de deugdelijkheid
van drinkwater dat consumptie ervan niet
acute ziekte tot gevolg mag hebben, evenmin
als een ziekte welke zich pas na vele jaren
opedbaart. Voor de gebruiker, die doorgaans voetstoots uitgaat van de afwezigheid
van ziekteverwekkende eigenschappen van
drinkwater, is van mindens zo groot belang
de eik dat het water aangenaam moet zijn
bij het gebruik. Onlder gebruik meet in
eers'te instantie worden verstaan het ge'bruik
voor consumptie, waarbij de zintuiglijk
waarneembare eigenschappen een doorslaggevende rol spelen CDrost, Zoeteman [3]).
Daarnaast is het gebruik voor allerlei andere
doeleinden zoals spoelen, wassen, irrigeren
e.d. van 'belang, waaruit additionele eisen
aan het water kunnen voortvloeien.
Van deugdelijk drinkwater mod ook worden
geeist dat het de gunstige eigenschappen
die het bij het verlaten van het productieb&ijf bezit nog in voldoende mate heeft
be'houden nadat het een uitgestrekt buizennet tot aan de tapkraan van de gebruker
heeft doorlopen.
De discussie rond de vraag inhoeverre
met het drinkwater essentiele mineralen,
zoals 'bijvool'beetd jddium en magnesium,
aan de mens zouden moeten worden toegevoerd is nog steeds niet afgerond, hoewel
ten aanzien van cariespreventie door fluori'de
duidelijb de drinkwater route in Nederland
is uitgesloten. Het is niet ondenkbaar
dat voor andere minerale bestanddelen
uit ons vo&.ingspakket we1 degelijk de
&inkwaterroute als aanvaardbare bron kan
gelden, mits het concentratienilreau van een
dergelijke stof waarbij sdhadelijke effecten
zijn te verwachten, voldoende ver ligt van
het niveau waahij optimaal aan de
lichaamsbehoefte wordt voldaan.
In de ontwerp EG dl'bdmaterrichtlijn is
deze gedachte reeds neergelegd in het
begrip 'midimum vereiste concentratie',
welk begrip geldt voor ertige minerale
watehestanddelen in het geval het water
een ont!hafdingdbf?haadelingmocht hebben
ondergaan.
Door de behoefte om de deugddijbeid
van drinkwater niet alleen te omschrijven
ten aanzien van de maximaal toelaatbare
concentratie van enige toxische stoffen
maar om tevens de grenzen aan te geven
waaibinnen drinkwater aangenaam is in het
gebruik is h& aantal normen voor de
kwaliteit van drinkwater toegenomen.
Telde het Waterleidingbesluit van 1960
slechts normen voor 7 chemische bestanddelen, de ontwerp EG drinlkwaterrichtlijn
he& maximad toelaatbare waarden omschreven voor in totaal44 fysische en
chemische parameters.
Wegens het niet aanwedg zijn van een
direct g e m voor de vo'lksgezondhdd bij
overschrijdingvan de m a h a a l todaatbare
waarden voor nid-toxische bestanddelen
zijn biervoor ,onderbepaalde voorwaarden
overschrijdingen toegestaan.
Een cwerzicrht van gremaarden voor parameters vallend onder de categorien 'ongewenst' en Yoxisch' van de EG drinkwaterrichtlijn, in vergelijking met de grenswaarden
uit het huidige Waterlddingbesluit, geeft
talbel I.
Met het toenemen van het aantal normen
voor driinlctyater wofdt de geilaclite verleidelijker om te veronderstellen dat drinkwater dat aan d a e normen voldoet ook
deugdelijk is. Dit hoeft echter geenszins
het gem1 te zijn. Voor het garantleren van
de deugdelijkheid is naast een goede
controle van de watefkwaliteit op het voorkomen van allerlei stof fen en organismen
een doelma?+geopzet van het zuiveringsen diktr'ibutiesysteem noo'dzakelijk en de
TABEL I
aanwezigheid van ervaren en geschoold
personeel voor de berlrijfsvoering. Een
toenemend aantal kwaliteitsnormen heeft
zelfs h d gevaar in zich dat kostbare
middelen worden besteed aan onderzoek
dat in een bepadd geval relatief onbeiangrijke kw&teikaspecten kan betreffen.
De uitgebreide lijsten met normen zijn
vooral van waarde 'bij incidentele doorlichting van de kwaliteit van het door een
bepaald bedrijf gedistribueerde water,
waarbij men er op bedacht mod zijn dat
het gevaar juist kan worden veroomaakt
door een verontreidging waarvoor nog
geen normen zijn geformuleefd. Daarnaast
is een beperkt aantal normen noodzakelijk
voor een snel uit te voeren dagelijkse
controle van de bedrijfsvoering, om het
totale effect van de hoedanigheid van het
water op de mens zo geed mogelijk te
re&treren.
In dit kader kan worden gedacht aan de
aloude reuk en smaak test, waarmee sue1
het in voldoende mate afwezig zijn van een
grote varieteit aan stoffen kan worden
geconstateerd en waarmee de meest gevoe15ge toets voor het aangenaam zijn van het
water voor de consument wordt verkregen.
Daarnaast is er grote behoefte aan snelle
testmethoden waarmee de mogelijk toxische
worden
effecten van het water k U ~ e n
geregktreerd. Op de recent beschkbaar
gekomen mogelijkheden op dit gebied zal
in het vervolg nader worden teruggekomen.
- Drinkwaiernorrnen voor chemische veronireinigingen.
Parameter
Eenheid
Ongewenst in excessieve hoeveelheden
Nitraat
Nitriet
Ammoniak
Koolwaterstoffen
Phenolen
Detergenten
IJzer
Mangaan
Koper
zink
Phosphor
Fluor
Zilver
Arseen
Cadmium
Cyanide
Chroom Totaal
Kwik
Nikkel
Lood
Antimoon
Seleen
Pesticiden Totaal
Pesticiden Individueel
Polycyclische Aromaten
*
Ontwerp d.d. december 1976.
mgll NO3
mgb NO2
mgP NII4
ugP
ug/l CBHBOH
ugfl laurylsulfaat
ugll
ugP
ugll
ugP
ugll p
ugP (8112 O C )
Maximaal toelaatbare concentratie
Waterleidigbesluit E.G. drinkwatemchtlijn
(1960)
(1976)*
Tenslotte moet in het kader van het
deugdelijk zijn van drinkwater nog worden
stilgestaan bij de factor tijd. Bij het meer
vervuild raken van de bronnen voor de
berdiding van drinkwater moet meer waarde
worden toegekend aan het tijdselernent bij
de bereiding. In de eerste plaats dient
voldoende tijd besch!ikbaar te zijn tussen
het onttrekken van water aan een verontreinigde bron en het bestemmen van dat
water voor de bereiding van drinkwater,
zodat vooraf het voldoen aan bepaalde
kwafiteitseisen naumkeufig kan worden
onderzocht. Een zelfde eis geldt ten aamien
van het berei'de product. Een internationale
werkgroep [4] heeft in vehand met in'direct
hergebruik van afvalwater voor menselijk
consumptie aan'evolen dat:
'because of the time required for a full
examination a retention time of about 48
hours prior to distdbution of the treated
water should be strived after'.
Het verlopen van voldoende tijd tussen
bereiding en het bereiken van de tapkraan
van de verbruiker is ook van belang in
ver'badd met het verdwijnen van de bij
bereiding gevomde reactieve, magelijk
s~hadelijke,verbindingen uit het water.
Resumerend mag van deugdelijk drinkwater
worden verwacht dat het bij een gebruik van
generatie op generatie door alle groepen
van de bewlking geen ziektevers&ijnselen
tot gevolg heeft, dat het aangenaam is
in het gebruik, dat het eventued bijdraagt
rot een goede gezondhdid, dat het stabiel
is, ofwel dat het de gunstige eigenschappen
tijdens de distributie behoudt, dat op het
moment dat het de vefbruiker bereikt
de effectiviteit van de bereiding adequaat
is gecontroleerd, en tenslotte dat het wodt
omringd met de zarg van dedcun'dige en
toegewijde mensen.
3. Onzekerheden omtrent de deugdelijkheid
3.1. Algemene aspecten
Bij de bereidng van dridcwater dient
re'kening te mrden gehouden met een reeks
van onzekecheden die de deugdelijkheid
van het te consumeren water bedreigen.
Teneinde deze oazekerheden op verantwoorde wijm in te kunnen passen bij de
indchting en bedrijfsvoering van waterleidingbedrijven is het van groot belang
hun aard en omvang gedetailleerd te kennen.
Uiteraard zal het beeld dat m ontstaat
een tijdsgebondenkarakter hebben, immers
hoe verder de wetenschap voortschrijdt hoe
onzdcerder de mens zich lijkt te voelen.
In het volgende zal een poging worden
gewaagd de onzekerheden omtrent de
deugdc?lijkheiidvan drinkwater, voomover
deze in relatie staan tot de bereiding, in
kaart te brengen. Hiefbij wordt de procesgang van het water globaal gevolgd.
3.2. D e bron
De meest 'belangrijke onzekerheid bij de
bereiding van dr'inkwater is gelegen in de
onbekende verontreinigingstoestand van de
bron. Tegenwoordig moet het d~inkwater
worden 'bereid uit bronnen die niet alleen
verontreinigd zijn met biekteverwekkende
organismen, maar die tevens talloze
reactieve chemicalien bevatten die kankerverwekkende, mutagene en teratogene eigenAfb. 1 - Regressies van totale kankersterfte voor
sohappen bezitten. In dit verband doen
blanke ntannen naar urbanisatiegraad.
zich twee problemen voor.
In de eerste plaats is het met absolute
zekerheid garanderen van de afwezigheid
van dit soort chemicafien in het ein'dproduct
dermate kostbaar dat de bereidhdid om
deze kosten te maken pas lijkt te ontstaan
wanneer aan de hand van harde toxicobgische en epidemioiogische gegevens de
noodzaak hiertoe kan wotden aangetoond.
Het is evenwel de vraag of de scha'delijke
effecten, van de doorgaans kleine hoeveelheden van deze kankerverwe'kkertdea
anderzins scha'delijke verbiddingen in water,
eenduidig kunnen worden aangetoond
temidden van de vele andere ris'iko's waaraan de mens via milieu en voeding wordt
[email protected] onzekerheid of voltioende
zuivering plaatsvindt lijkt daarom een
permanent 'bestaan'beschoren. Dat gezotfdheidsrisiko's kleven aan de bereiding van
dhnkwater lrit v e ~ i l d bronnen
e
'is enigszins aannemdijk gemaak't door epidemiologisdhe onderzoekingen in de staat
Louisiana in de VS.
auteurs verwaoht worden dat omschakeling
van de Mississippi rivier naar gronldwater
als bron voor de drinkwatervoorziemng
voor een gemeente op de lange duur zou
resulteren in een verlaging van de totale
kan!kersterPte van 17 % voor blanke
mannen, 28 % voor nietJblanke mannen en
2 2 % voor niet-blanke vrouwen. Voor blanke
vrouwen werd geen significant verband
gevortden 'tussen totaile kartkersterfte en de
drinkwaterbron.
De twedde omekerheid ten aanzlien van de
bron is gdsgen in het gedrag ervan in de
loop van de tijd. Zal de kwaliteit gelijk
blijven of versledhteren en als deze versledhter't in we'ke mate en ,hoe snel? Hier
ligt een cruciaal punt ten a a d e n van de
deugdelijkhdd .van drinkwater daa'r de
bereidng van drinkwater eigenlijk steeds
uit gaat van het 'binnen zekere grenzen
constant blijven van de kwaliteit van de
bron, hoe paradoxaal dit ook moge lijken.
Oppervlaktewater
verwerkende 'bedrijven
Een mogelijke associatie tussen de con%un
zuiver'irig op een bron
dimensioneren
sumptie van drinkwater bereid uit het
van relatief constante slechte kwaliteit.
v e m ' i l e water van de Mississippi rivier
Waar op grond van de h~drolog~sche
en het voofkomen van diverse soorten
karakteristiek
fluctuaties in de kwa'litdt
kanker bij de bevolking weid voor het e a s t
in 1974 naar voren gdbracht door Harris [S]. zijn te verwachten wordt de bereidih'g
meestal zo lingericht dat eerst door afvlakIn een publicatie in 1976 van Page, Harris
king (d.m.v.voorraadvorming een constante
en Epstein [6] wordt de totale kankerkwaliteit zo goed mogelijk wordt benaderd
sterfte als functie van de urbanisatiegraad
van gemeenten vergeleken voor 11 gemeen- vool'dat de digenlijlce zuivering plaats heeft.
Zijn de oppervlalctewater verwerkencie
ten die drinkwater uit de MIksissippi
bedrijven d c h dui'delijk bewust van het
betrekken en 53 lokale overige gemeenten.
grillige
karakter van hun grondstof, de
De regressie'lijnen voor blanke mannen
'bdrijven hebben de 'inrichting
grondwater
zijn in afb. 1 weergegeven. De dfinkwateren bedrijfsvoering van hun installaties
bron bleek in de regressies significant
doorgaans geheel g&aseerd op de constantgecorreleerd te zijn met sterile aan kankers
van hun bron. Hier gddt 'dat waar
heid
in het spijsverteringskanaal voor alle
een bedrijf zich veilig w a n t het gevaar
bev@lkingsgroepenen met sterfte aan kanjuist groot kan blijken te zijn.
kers aan de urinewegen voor blanke
mannen en diet-'blanke vrouwen. De auteurs Tot nog toe is, op grond van de verondertrekken op grond van de resultaten de
stelling dat grondwater betrouwbaar is,
volgende conclusie:
deze bron nooit systematisch ondelzocht
'While statistical studies cannot by themop het voorkomen van die chemicalien
waarvoor in het oppermlaktewater a1 langere
selves establigh causality, this regression
tijd aandacht bestaat. Door de min of
study supports the hypothesis that there
meer toevallige ontdekking door het RID
is a link between carcinogens in dridcing
van de aanwezigheid van concentraties van
water and cancer mortality'.
100 ug/l of meer van het als m a k kankerAls aangenomen wordt dat het veronderverwekkerid bdkend staande ontvettingsstelde verband juist is dan kan volgens de
middel trichloorelhyleen, in enkele van
de meest betrouwbaar geaohte grondwateren
in ons lan'd te Utrecht en Zeist, is deze
zekerheid echter gerelativeerd.
Deze bevindingen ilxlustreren dat de onzekerheid omtrent de gesdhikrheid van de bronnen
voor de drinkwatervoorziening in ons land
s o o t moet worden geacht en dat met een
adequate regelmaat objectieve gegevens
moeten worden verzameld over de gevaren
die aan het gebruik van deze bronnen
voor de gezondheid zijn vehonden. Het
laatste wat de waterbere?der mag doen is
blindBngs vertrouwen op beschedngs- en
saneringsmaatregelen voor het veiligstellen
van een kwaliteit van zijn grondstoffen
waarop het 'besbnde bereidingsproces is
afgestemd. Een actieve bewaking is hier
bitter nooclzakdijk.
3.3. D e bereiding
3.3.1. Inleiding
Het hoofddoel van de bereiding is het
verwijderen van verontreinigingen opdat
het eiddproduct hygienisch betrouw'baar
en aangenaam in het gebruik is. De afgelopen decennia zijn er diverse technieken
ont~ikkeldwaarmee het mogelijk werd in
kortere tijd een groter verwijder'ingseffect,
met name voor Wologisch moeilijk afbreekbare vabin'dingen, te bewerkstelligen.
Op deze plaats z d niet nader op het
nuttige effect van moderne zuiveringsmetihoden worden ingegaan maar zal in het
bijzonder aandacht wcyrden besteed aan
,gezondheidsaspectenvan neveneffecten
van enkele zuiveringsprocessen. Hierbij
wordt voord aandacht besteed aan die
processen welke door de neveneffecten de
opzet van de zu'ivering bdangrijk kunnen
beinvloeden.
3.3.2. Biologische processen
Als gevdfg van biologische processen
worden in bet water omzettingsproducten
geintroduceefd die soms van betekenis
Jcunnen zijn voor de gezondheid. De met&
bekende voorbedden zijn we1 lhet nitriet
en nitraat welke stoffen achtereenvolgens
bij de nitrifikatie van ammoniak worden
gevormd. Volgens het 'statistisoh overzicht
der waterleidingen in Nederland' van de
VEWIN waren er in 1973 3 pompstations
op de 260 die water afleverden met een
nitrietgehalte boven de wettelijke norm
van 0.1 mg/l terwijl allen voldeden aan de
norm voor dtraat.
Naast de anorgardische omzettingsproducten
kunnen metabolieten door de orgarhsmen
jn het water wofden afgescheiden die
todsche of reukbedervende effecten hebben.
Het gevaar van toxisohe metabdieten is
genoemd in vefiband met 'blauwwierbloei
in spaalibekkens, vermenigvuldig'ing van
Clostriidium botulinum in kadavers van
1969-1971met de in 1975 gemeten
watervogels in water'widngsmiddden en
chlorofolm gehaiten. Een andere studie over
de groei van exotoxinen aEsdheidende
43 Amerikaame steden gaf een dergelijk
verband niet te zien.
bacterien die in filters en met name aktief
kodfilters aanwezig zouden kunnen zijn.
Een ander belangrijk gegeven in dit verband
Er zijn in Europa geen meldirrgen bekend
is de ontdekking van de Arnerikanen
van ziektegevallen die in vefiand konden
Laseter en Dowty [lo] dat bepaalde
worden g&racht met bovenstaan'de
gecworeerde vluchtige stoffen zods
mogelijlcheden. Doorgaans zullen de diverse tetraooorinethaan en uhloroform behalve
zulveringsprocessen eventude metabolieten in het drinkwater ook in Moed en ufme
in belan'grijke mate tegelijk met de in de
van de bevoIking kon worden aangetoond
bron aanwdge verontreinigingen kunnen
entdat deze stoffen gemaklcepijk de placenta
verwijderen.
passeren, met als resultaat dat zij in het
navdstrenfloed in hogere concentraties
aanwezig zijn dan in het bloed van de
3.3.3. Chemische processen
moeder.
Het g&ruik van chemicalien bij de drinkDaar lagere gehdogeneerde verbin'dingen
watepbereiding houdt een aantal mogelijke
in tegenettYfingtot stoffen zoals bemeen,
rikiko's in voor de deugddijkheid van het
lriet via luchttrerontreini&ngin het lichaam
eindproduct. Zo is elk chemisch middel
,wordengelntrwduceerd, wordt in toenein zekere mate met andere ~henricaltien
mende mate ,belang geheoht aan de mogeverontreinigd die ongewild tevens aan het
lijke bijdrage van dhnlcwater. Het is dan
water worden toegevoegd en die belangrijk
ook van groot belang de vorming van
taxischer kunnen zijn dan de hoofdcompo- haluformen en verwante stoffen tijdens
nent. Een vool'beeld is de aanweziaeid van de dridcwaterbereidng waar mogelijk te
kwik in natrodoog. Addenijds lei8dteke
vermijden.
toepassing van chenrische oddariemiIddelen
Ozon m r d t we1 ge~ropag-d als altertot-& v o k g van
producten van
*ter de
veelal onfbekende aard. Dit zal nader worden mtief voor chloor. Ozon
functie van 'breelcpuntschioringniet vertotege'licht w o r dhloor en ozon.
vullen; evenrnin heeft het een Uesinfecterende
D~neveneffecten van c ~ o r i n gm n water
hebben de laatste jaren sterk de aanaacht
werung tiidens
gevolg
gevraagd doordat, mals Ro& [8] onder
Van de sneble ontleding. De interme
meer heeft aangetoond, bij aanwezihe$d van voor ozon is vooral ingegeven door het feit
dat lbij chlor'ing onvermijdelijk allerlei
sroffen met acetyl'houdende groepen,
gehdogeneerdevefindingen ont*an die
zeals hummefiin&gen, haloformen in
rdatief grote hoeveelheden worden gevormd. nota bene in het kader van de sanering
De Science Advisory Boarii van het
van het oppenrlaktewater zijn geplaatst
En~ronmentalProkction Agency in de VS OP de zwarte cjst [Ill. De stoffen van de
zwarte iijst stenen op den duur uit het
concludeerde in mei 1975 dat:
d 6 e u en zeker uit het 'drinkwater geheel
'Based part5cularly on the widespread
contaminat'ion of drinlcing water supplies
te verdwijnen. Verwacht wordt dat de
with chloroform, some hulnan risk does
stoffen k%e als oxikhtieprdducten bij ozonisatie ontstaan een minder sc'hade'lijk karakeAst from exposure through dfinking
water, although this risk is currently
ter d e n hdbben, onder meer omdat ze
unquantifiarble'.
ge'makkdijker biologisch afbreekbaar zullen
Recent ondenoak van bet National Cancer zijn. Over de to~cologi~dhe
aspecten van
Instftute in de VS heeft aangetoond dat
.mnisaCie is nog weinig bekend. Het afgewerking lopen jaar zijn er 'diverse studies op dit
c.,lorohm
een zwakke
gdb'idd gestart en de komende jaren zal
heeft.
ongetwijfeld
een dui'delijker beeld over de
Deze c o n ~ is~ghaseerd
e
op twee jarig
gaotfdhddsaspecten van ozonisatie ontstaan.
onderzoek met muizen en ratten waar, bij
hoge doses van 100-500mg/kg fichaamOP
momnt lcunnendeen v o o f l ~ ~ i g e
van veelal nog lopend ondemoek
redtaten
gewicht, de muizen levertumoren ontwikkelden en bij de ratten dosis gerelateerde miden vemeld.
niertumoren optraden.
De ervaring bij Nederlandse bedrijven 1121
Voo~lopigeepidemiobgische studies in
heeft geleerd dat de chokesterase rem1975 van de EPA [9] heben nog geen
mende werking m w d tijdens ohloring als
eerrduStdigvetbanid te zien gegeven tussen
tijdens ozonisatie kan toenemen. Cotruvo,
het voorkomen van chloroform in drinkS i m o n en Spanggord 1131 hhben de
water en sterfte aan bepaalde vonnen van
mutagene eigenschappen gerapporteerd
kanker. E6n studie die betrekking had op
van de ozonisatieproductenvan 28 stoffen
50 steden gaf een statistisch significante
in watefige oplossing. Na langdurige
mrrelatie te zien voor kankersterfte voor de ozonisatie bleek efhanol tot mutagene
combinatie van 'beide g~lachtenin de jaren producten aanldding te kunnen geven
en waren M O T 6 andere stoffen de gevonden positieve effecten twijfelaahtig. Dit
d e r z o e k gaf geen aanleiding tot de
veronderstdling 'dat omnisatie in het algemeen een substantide verhoging van de
mutagene actkiteit van orgadsche stoffen
veroomaakt. Vergelij'kena laboratorium
onkiemek van de fransen Hartemann, Block
en Mangras [14] geeft een in'klicatie dat de
toxiciteit als gevolg van ozonisatie van
orffanische stoffen in water geringer is dan
die veroomlct door chloring.
Kinman c.s. [IS] hebben gerapporteerd dat
de cytobIriditeit van geozoniseerd afvalwater van een d e k d u i s groter was dan
v66r de ozonisatiebehanUeRIing.Enige
onderzoekers [16,17] hebben gewezen op
glyoxaai en merhqrlglyoxad, welke stoffen
als reactieproducten van ozonisatie vrijkomen en sterk b x i s ~ hzijn.
Tenslotte is door Kiihn en Sontheher [18]
aangetoond dat oak bij ozonisatie in gehnge
mate haloformen worden gevomd,
waarschijdijk als gevolg van afbraak van
mote halogeen 'bevattende moleculen door
ozon. Resumerend lijkt het op dt ogenblik
niet verantwoord op voorhamd de ozonisatieproducten ds geheel onsohuktlig te beschouwen en is nader onderzoek gewenst.
3.4. De distributie
De belangrijkste eis die met het oog op
de disthbutie aan de bereitling van drinkwater moet wopden gestdd Is dat th& in
~ l d o e n d mate
e
de kwaliteit behoud die het
rn de bereiding heeft gekregen. Dit betekent
in de eerste plaats dat biologisuh afbreekbare stoffen praktisch afwezig moeten zijn
daar anders nagroei van bacterien en
uitputCing van bet zuurstofgehalte ofwel
rottingsversdhijnselen kunnen optreden.
Soms wodt nagroei onderdrukt door cbloring of dhloor&bxide dosering. Eigenlijk
m e t wofden gesteld dat het biologkch
afbreekbare materiaal in 'deze gevallen
onvoldoende is verwijderd. Hoe langer de
veriMijftijd van het water in het net, hbe
meer gewicht aan deze eis moet worden
toegekend.
Water dat pra!kt?ischvrij Is van biologisch
afbreekbaar materiaal en dat enige miUgrammenlliter aan opgeloste zuurstof bevat
dient echter aan een minstens zo 'belangrijke tidditionele eis te voldoen: het mag niet
agressief zijn voor het leidngmateriaal. In
1973 [7] waren er edhter nog 96 op de
260 pompstations die water leverden dat
agressief k o o h u r bevatte, hetgeen vooral
vookomt bij de pompstations met zacht
water (Zoeteman 1191).
In het algemeen geldt dat bij distributie
van agressief water door asbestcementleidingen er mogelijk meer a~bestivezels
vrij zullen komen terwijl bij passage door
25
de agressiviteit voor metalen leidingen
van het water tijdens de bereiding zonodig
te corrigeren (Zie afb. 2).
-
20-
15-
to-
0.5
o
,
6
,
,
7
,
l
,
B
l
,
P
,
10
Afb. 2 - Verband tussen het loodoplossend
vennogen van drinkwater na 16 uur stilstand en de
pH (Rapport Gezondheidsraad).
metalen leidingen verhoogde bueveelheden
lood en cadmium aanwezig kumen zijn
in het water aan de tapkraan.
Op grond van sc'hattingen is gestekd
(Zoeteman en Haring [20]) dat in Nederland
cadmium opname via drinkwater voor de
bevolkingsgroep met de hoogste opname
een waarde van 10 % van de totale gemiddelde dagelijkse opname van 70 ug niet
overschrijdt.
Dergelijke schattingen geven voor lood
echter een heel antler beeld te zien. Een
RID on'derzoek in 10 steden in Nederland [20] toonde aan dat 36 % vanlhet
eerste getapte water in de oohknd loodgehalten boven 50 ug/l vertoonde en 4 %
zelfs looldgehaltenboven 500 ug/l. Een
.verhoogde pH van het water Meek een
effectiever middel ter reductie van loodopname tijdens dstributie dan een hoge
hardhei'd van het water. Aan de hand van
een enquste van het RID en het CBS onder
2000 gezinnen kan geconoludeefd worden
dat 20 % van de Nederlan'dse woningen
nog binneninstallaties bevatten die geheel
of gdeeltelijk uit lood 'bestaan. Mede op
grond van het consumptiepatroon, kon
worden gesdhat dat ca. 1 % van de bevolking Via drhkwater 50 % van de acceptabel
geachte dagelijkse loodopname van 300 ug
consumeert en dat er uitzonderingsgevallen
kunnen zijn 'die dagelijks aan nog meer
lood via het ,drinkwaterzijn blootgesteld.
Met name b~bieslij'ken potentieel aan
hoge loodbelastingen via drinkwater bloot
te kunnen staan. Daar volgens het rappoft
van de Gezondheidsraad over centrale
ontharding [21] en onderzoek van
Drost [22] de pH een grote invloed op de
loodafgifte tijdens distributie uitoefent,
weke wnstatering door een RID studie
in EG ver'ban'd [20] kon worden bwestigd,
is het van groot 'belang de pH en daarrnee
Het is helaas niet zo dat met een goede
conditionering van het water tijdens de
bereikiing het probleem van Lnoodafgifte door
loden bimen installaties geheel kan wofden
ondefdrukt. Vele
stroomsnelhetd bij het tappen en t w g e n
van het leidingnet door verkeer en huishoudelijke apparaten zijn tevens van invloed.
In hoeverre de vaste looddeeltjes die hierbij
vrijkomen ook lbijdragen tot het loodgehalte
in het tblod is van belang voor beantwoording van de vraag of en zo ja hoe
snel en met weke prioriteiten loden leivervangen. Of met
dingen moden
een pH wrrectie tevens de oorzaak van bet
gevonden statisrische verband tussen water
hafdheid en steffte aan hart- en matziekten [19] lcan worden weggenomen
is nog d e t duidelijk.
4. Gezondheidsbescherming door verbeterde
bewaking
4.1. Plaats van de kwaliteitsbewaking
In het Weale geval wordt de waterhameit
voortdurend gecontroleerd op al die plaatsen
waar het de consument bereikt, teneinde
zijn gaondheid m goed mogefijk te
besohermen. Dit is evenwel onmogelijk
en ihet is ook niet noodzakelijk. Het lijkt
doelmatiger een zorgvuldige controle
uit te voeren op5dieplaaken waar mogelijkerwijs ongewenste verontreinigingen kunnen worden ge'introduceerd en daar waar
de zuivering xich in vokdoende mate moet
hdljben voltrokken (af b. 3).
In de m t e plaats is het n d g aan de
hand van analyseresultaten te besluiten
of de grondstof geschikt wordt bewonden
om in beweflcing te nemen of om Yoonover
dit mogelijk is de zuiverirrg aan de habiteit
van 'de gromhtof aan te passen bijt.. door
doseringen van chemicalfen te varieren.
Naar mate de grondstof meer v e d d
is en een grilliger k a d t e r h e f t is meer
tijd en aandacht voor de grondsbf bewaAfb. 3
- Schenza plaatsen
king nodig, waartoe voorraadvorming
noodzakelijlr kan zijn.
Nadat de grondstof in bewerking is genomen
dient vemolgens kwaliteitscontrole voor
de procdbestuting plaats te vinden,
uitmondend in 'de uiteinddijke contmle van
bereide
Al eerder werd
,gm'OTeerd
dat
dndproduct dgenlijk
eerst zou moeten worden opgeslagen om
de resultaten van de kwafiteitsanalyses
distributieaf te wachten voordat dit
systeem wordt ingepompt.
ael'bij aFordt
imeB een
of no
overschreden,
Tot nog toe lheeft deze gedachte nog weinig
iagang gevonden, terwijl het feit zich
voordoet dat de zuivering van stek
vervuild water n'iet alleen stoffen verwijdert
maar tevens deuwe
verontr&nidngen uijkt
te kunnen
Vervolgens is het gewenst, gezien 0.a. de
afgifte van stoffen door leidingmaterialen,
de waterkwdteit te wntroleren op het
punt van levering, de hoofdkraan, en
tenslotte op 'het punt van in g&ruilrneming,
de taplcraan. Na het passeren van het
is geen enkele 'badhre
zuiv~riin'gssta~on
van betekenis meer aanwefig om de comument tegen v e d r r g te beschemn, zodat
controle aan de tapkfaan van belang is.
Wanneer een goede kennis met betrekldng
tot de aard van het gedistribueerde water
en het distributienet aanwezig is, kan
worden gestevd dat de voorspelbaarheid
van het ge'drag van het water toeneernt
bij het doorlopen van de weg van bron
naar consument. Tevens geldt dat de
werldmgssfeer van een controle het grootst
b op het punt waar het water gereed is
voor distributie.
,Uit doelrnatighei!dsoogpunt is dan ook het
concentreren van de bewaking op de h n
vooidat deze in gebruilc wofdt genomen
en het voor distrjbutie gerede product
voordat dit het net wordt ingepompt, het
meest belangrijk zonder daarmee overige
controlepunten gehe6l uit te sluiten.
4.2. Aard van de kwaliteitsbewaking
Waterleiding chemioi en Mologen heBben
voor waterkwaliteitsbewaking.
1
I
de afgelopen 10 jaar getracht door toepassing van gernedhaniseerde en gevoelige
tedhnieken de afzonderlijke waterverontreinigingen op routineschaA te meten.
Deze tendens hdd voorzl 'betrekking op
diverse metalen, pestkiden, polycycfische
aromaten en sin'ds kort 'de vluchtige
hzlogeenveribindingen. Voor een klein
aantal ch&calien en fydische parameters
is sinlds edge jaren automatische meting
mogelijk geworden. Het m r d t echter
gaandeweg duide'lijker dat voor de dagdijkse
bewaking van de waterkwaliteit attdere
methoden moeten worden toegepast die
bij voorikeur automatisoh en continu de
voor de mens belangrijke effecten, van
de aanwezigheid van he%mengsel van
verontrdnigingen, registreren.
Hierdoor is een accent verschuiving aan het
optreden in de laboratoria waarbij met
behulp van Wologisdhe 'tatsystemen eerst
korte termijn effeoten worden geregistreerd
en de verfijnde dhenrisdhe analysemethoden
pas in volle omvang worden ingezet wanneer er een biologishe 'indicatie van
ongewemte effecten 'is geconstateerd.
Zoals eerder is opgemerkt vormt het
menselijke reuk- en srnaakhtuig in dit
opzicht een niet te versmaden middel
bij 'de kwaliteitsbewaking, dat rnijns inziens
dient te m r d e n geperfectioneerd in de
toepassing door waterleidingbedrijtren,
zoals dit ook inede voedings- en genotsd'dde'lenindustrie is gebeurd.
Op het gebied van toxische ef fecten van
waterverontreinigingen hebben zich de
laatste jaren revolutiondre ontw&kellingen
voorgedaan, die het mogelijk zullen maken
om in de toekomst niet alleen acute toxische
eff &en op gevoelige waterorganismen
automatisch en conbinu te registreren maar
ook om informatie 'binnen enkele dagen
te verkrijgen over potentiele ridko's op het
gebiied van blootstefing aan on'bekende
kankervemdkkende stoffen waarvan op
zich de effecten voor de mens pas op lange
termijn openbaar kunnen worden.
Het voert te ver op deze plaats diep op deze
tedhnielcen in te gaan. Een recent overzicht
is gegeven door Kool[27] en Slooff en
Zoeteman [23]. Voor de continue bewaking
van de bron lijken bacterien en vissen in
het bijzomder in aanmeriking te komen. Bij
bacter'ien 1271is de rernming van de zuurstofconsumptie een reladef gevoelig
criterium voor 'toxiciteit en bij vissen zoals
de fore1kan het verdwijnen van de
posibieve rheotakis of 'de ademhalingsbeweging van de kieuwen en de zgn.
hoestfrequentie worden gebruikt. De
bacter'ietest geeft binnen enige minuten een
rapons, de vistest heeft veeld een responstijd van een of meerdere uren.
Naar verwachting 1231 kan met vis-
TABEL I1 - Stoffen die mogelijk in rivier~vatermet vistoxiciieit monitoring kunnen lvorden aangetoon
(naar SIooff en Zoetetnan23).
Naam stof
Maximaal aangetoonde 10 % van laagst
concentratie in oppergerapporteerde LGwaarden
vlaktewater (ugfl)
voor vis (ugp)
Ratio C/10 % L.C.
Dieldrin
Koper
Zink
Ziver
Toxapheen
Ammonium
Fluoride
Kwik
Aluminium
Hexachloorbutadieen
Trichloorphenol
Endosulphan
Magnesium
,bewakingssystemen een alarmering voor
verontrei&ing van het oppervlaktewater
wwrden verkregen in het geval hoge concentraties aan diverse metalen zoals koper,
hik, ziltrer en zit& voorkomen, terwijl
ook pieken in het amrnoniakgehalte en het
4gehalteaan enkelle orgadsohe stoffen
zoals dieldrin, endosulfan en hexacbloorbutadieen *detecteerbaarmllen zijn (zie
tabel 11).
mutagen effect odk bij ,de mens tot
gevallen van kanker zal leiden. We1 Iijkt in
deze methoctiek een essentieel cr'iterium
voor de bewaking van de dfinkwater
M t e i t te zijn gelegen, waarmee een
.belangrijkaspect van de ldeugdelijkhe?d%an
worden gekwantificeerd.
Dlt soort continue bewak!ingssystemen is,
naar het zidh nu laat aanzien, niet gevoelig
genoeg voor toepassing bij de bewakhg
van het eindproduct. We1 kan bioaccumulatie van bepaalde stoffen in vissen worden
batudeerd, hetgeen echter een zeer lange
expositie periode van meerdere maanden
vraagt.
Daarom is het van'bijzonder grote betekenis
voor de bewaking van de kwaliteit van
drinkwater dat lhet recent mogelijk is
geworden de mutagene eigenschappen van
stoffen in drinkwater in enkde dagen tijd
te meten volgens een door de Amef'rkaan
e later
Ames [24, 25,261 o n t w ~ e l d en
verfijnde methode.
Het is gebleken dat 'de meeste chemische
kankerverwekkende stoffen ook mutagene
dgenschappen hebben als ze worden getest
in-een muiageniteitstest zoals door Ames
ontwikkeld. Deze test martkt ge'bruik van
bepaalde door mutaties veraaderde
micro-organismen zoals 'bacterien of gisten
die zodanige eigensuhappen hebben dat zij
op een bepaald medium alleen kunnen
groeien tot een d ~ h t b a r ekolonie als onder
invloed van een mutagene stof terugrnutatie
plaatdndt.
Door concentraten van organische stoffen
op deze wijze op mutagedeit te testen
kan binnen 2 dagen een uitglag wofden
verkregen die aangeeft dat het onbekende
mengsel organische loffen afkomstig van
een bepaald volume water mutagene
activiteit vertooade. Hiermee wordt overigens nog niet aangetoond dat een dergelijk
5.1. Zntroductie
Wanneer de mogelijkhei+daanwezig is
om het water voor en direct na de zuivering
met biologische en fysisch-&emiische
testsystemen te controleren op de ~deug'delijkheid dan rest de noodzaak om de bereiding zzordaaig in te richten dat tijdens
bereitling en distributie m mSn mogelijk
nieuwe schadelijke verontreini'gingen worden
geintrojduceerd. Tevens dienen uiteraard
in 'de groadstof aanwezige verontreinigingen
zo veel mogelijk te ,worden verwijderd.
Van de uit k~antitatiefoogpunt belangrijkste microverontreinigingen in Idfinkwater, zoals weergegeven in tabel 111, is
de herkomst van ongeveer de 'helft van 'de
stoffen toe te schrijven aan onvoldoende
verwijdering van verontreinigingen en lde
5. Beperking van gezondheidsrisiko's door
aangepaste bereiding
TABEL I11 - In drinkwater in de VS en Europa
aangetoonde organische stoffen met eerz rnaxirnaal
gemefen concentratie boven 5 ug/l[23].
Naam stof
Aldrin
Benzeen
Bromof o m
Chloroform
Dibroomchloormethaan
Dichloorbroommethaan
Dichloorethaan
Dieldrin
Methylindeen
1-Methylnaftaleen
Trichloorethyleen
Viylchloride
m-Xyleen
Maximaal gemeten
concentratie (ugfl)
andere helft aan introducde bij de waterbere'iding.
Hoe kan nu de intrdductie van met name
gehalogeneerde stoffen worden vermeden
bij de bereiding van drinkwater uit vervu'ilde bron?
5.2. Vermijding van chemische oxidatie
bij de bereiding
Zods eeder betoogd dient nbij de bereiding
rekening te wor'den gehouden met een
aantal onzekerheden rond de neveneffecten van okibtieve behandeling van
water. Een gegeven'heid hiierbij is dat op
korte termijn geen bruilrbare altem~tieve
fysische of ohemische desinfectiemetholden
voor chloor beschikbaar zijn.
Wanneer men dah aafvraagt hoe de vorming
van nevenproducten van chemische
oxidatie het 'beste kan worden beperkt dan
dringt zich direct de ge'dachte op om
zoveel mogelijk van 'de oude biologisdhe
zuiveringsprocessen gebrufk te maken.
Immers droogfiltratie ,kan in vergaantie
mate breekpuntschloring als middel voor
ammoniakverwijdering vervangen
(Boorsma [28]) en langdurig verblijf van
voorgezuiver'd water in de ondergrond kan
ddinfectie love&odig maken.
Een pmbleem waar de 'biologic uiteraard
niet tegen opgewassen z d zijn is de
aanwedgheiti van toxisohe, pe~istente
stoffen. Hiervoor lijkt met name a'dsorptie
aan actieve kool een elegante oploslng.
In pr'incipe zijn dan ook mogelijkheden
aanwezig om toepa&ing van chemische
oxidatiemiddelen te vermijden. Uiteraard
is het kunnen inflltreren van voorgezuitrerd
water 'in een zandpakket sterk van tokale
omstandigheden afhankelijk, maar er zijn
in de duinen, op de Veluwe en langs de
oevers van de rivierarrnen vele mgelijkheden.
Waar chemische oidatie noodzakdijk
blijkt, om organische stoffen in voldoeade
mate te kunnen verwijderen, gaat v o o d s nog de voofkeur uit naar ozon boven
cmoor, waadbij het aantrekkelijk is de
ozon'behandeling te doen volgen door
een ver'blijf in een zandpakket waar
af braalc van de oxidatieprducten %an
plaatsvtirtden.
Is voor desinfectiedoeleinden een meer
persistent ofidatiem+dddelzods dhrloor of
chloordioxide owermijdelijk dan dient
de dosering te geschieden nadat her
gehalte aan organishe stoffen verregaand
is gereduceerd, bij voorkeur tot TOC*waarden van 1-2 mg C/1, zodat slechts
geringe hoeveelheden aan haloformen e:d.
ontstaan. Het is En *dltverband van groot
economisch 'belang welke concentratie
aan haloformen door de beleidsinstantie
*
Total organic carbon.
nog aanvaardbaar wordt geacht.
In i d e r geval is het onlogisch eerst het
water sterk te chloren om daarna te trachten
door geavanceerde beluchting en alcrieve
kooladsorpt!ie de nevenptoducten te
verwijderen.
Nader zou moeten worden odderzocht of
het realiseerbaar is dat waterleidingbedrijven
als voorzorgsmaatregel voonieningen
voor adsorpde aan aktieve kool 'stand-by'
hebben om in geval van onverwachte
vervufing en onmdgelijkheid om water van
elders te betrekken, water van zo deugdelijk mogelijke kwaliteit te kunnen blijven
leveren.
Met deze korte schets zal op dit punt
m'oeten worden volstaan.
5.3. Conditionering ten behoeve van
distributie
Om het water optimaal te con'ditioneren
voor het 'transport geldt als ideaal dat het
in aeroob milieu kan rijpen in een schoon
zandpakket. Het zal dan veelal zonkier
enige verdere behan'deling, met uitzondering
eventueel van een pH correctie, het net
k u ~ e worden
n
ingepompt en geen gevaar
lopen dat tijdens het transport een belangrijke nagroei plaatsvindt.
Een dergelijke situatie doet zich in Nederland op enkele plaatsen op de Veluwe
voor en wordt enigszins benaderd bij
&verse duinfiltratie projecten en in middere
mate bij oeverfiltratie. Het lijkt aadbeveling
te verdienen bewust van conditiondng
door bodempassage g&ruik te maken,
waarbij verontreiniging als gevolg van
anaerobie zoveel mogelijk dient te worden
vermeden.
Dan rest nog het instellen van een zodanige
pH waarde dat het water niet agressief
is voor le'idingmaterialen. Zods uit tabel
N blijkt was de pH van het drinkwater
dat door ruim 30 O/o vanldeNedeflandse
pompstations in 1973 is ged'istdbueerd,
Heiner dan 7.5. Er valt bier dus nog het
een en ander te verbeiteren.
Bij het corrigeren van de p H rot hogere
waarden, waarbij met name het loodopl'os-
-
TABEL IV De pH van het door Nederlandse
pot~lpstntionsgedistribueerde water in 1973.
pH categorie
Aantal
pompstations
% van totaaI
6,9-7.1
7.1-7.3
7.3-7.5
7.5-7.7
7.7-7.9
7.9-8.1
8.1-8.3
8.3-8.5
8.5-8.9
8.9
6
21
58
68
48
30
15
4
4
3
2
8
22.5
26.5
19
12
6
1.5
1.5
1
Totaal
257
100.0
send vermogen minimaal is, zal onvermijdelijk o n t h d i n g van het water het
gevolg zijn.
Ontharding kan dan ook als een vorm van
colrditioner'ing worden gezien die gunstige
effecten heeft voor de transportwbaarheid van het water (Drost [22]). De
interessante vraag doet zich hierbij voor of
medici en epidemiologen kunnen aangeven
of de risiko's verbonden aan verhoogde
loodexposide via drinkwater met hogere
prioriteit via pH correctie zmden moeten
worden aangepakt dan het zich onthouden
van ontharding wegens het statist!ische
verband tussen sterfte en lage hardheid
van drinltwater.
Besproken is dat van deugdelijk drinkwater mag worden verwacht, dat het bij
gebruik door aUe bwolkingsgroepen en
voor de duur van het gehele leven geen
ziekteverschijnselentot gevolg heeft, dat
het aangenaam En het gebruik is, dat het
voldoende stabiel is tijdens het transport
en dat de hoedadigheid tenmiusre op het
moment van consumptie en bij voorlceur
v66r introducde in het distributienet
adequaat is gecontroleerd.
Er zijn recent meerdere vtoorbeelden bekend
geworden zoals de kankersterftecijfers te
Louisiana en de riververontreidgingen
in Nederland waaruit kan woiden afgdeid
dat een scherpere bewaking van de kwaliteit van de bron, en daarbij hoort ook het
grondwater, n m h k e l i j k is.
Daarnaast is gebleken dat dbor de thans
noodzakelijke handelingen van het waterleidingbedrijf in een aantal gevallen ongewild een even belangriyke v
d aan
het water wordt toegevoegd als die welke
de laatste jaren zo srerk de aandacht naar
het oppervlaktewater heeft getrokken.
Gesteld kan zelfs worden dat het universeel
toegepaste chloringsproces op dit moment
weinig kans van toepassing zou hebben,
ware het niet dat het reeds ongeveer een
eeuw in gebruik is, dat eventuele gezondheidsrisico's moeilijk zijn te kwantificeren
en dat er geen direct geschikte alternatieven
voorhanden zijn. Ten aanzien van een aantal
metalen in het drinkwater zoals koper,
zink, lood en cadmium geldt ook dat zij
voor het grootste deel door het proces van
de openbare watervoorziening zelf worden
gei'ntroduceefd.
Het inruimen van tijd in de procesgang voor
een zorgvuldiige kwditeitsbewaking, en
met name die op orgadkche verontreinigingen in het gezuiverde water, v66r het
moment van ver'laten van het pompstation
en met behulp van niwwe t&tmethoden, 0.a.
_ voor mutagene effecten, is dan ook gewenst.
Diepbedfiltratie
Inleiding
Tijdens filtratie zal een optimale benutting
van een filter worden verkregen, wanneer
de vuilberging over een zo groot mogelijke
diepte plaatsvindt, waarbij alleen de onderste laag van het filterbed ter garantie van
de filtraatkwaliteit schoon blijft.
Het vervuilingsbeeld wordt onder meer
bepaald door de kwaliteit van het te behandelen water, de filtratiesnelheid en de
eigenschappen van het filtermedium. Het
optimale vervuilingsbeeld zal worden benaderd, wanneer het ruwe water eerst lagen
IR. E. C. SCHWENCKE
TEBODIN Advies- en Constmcriebureau BV,Den Haag
(voorheen werkzaam bij de
Gemeente Drinkwaterleiding
Rotterdam)
van grof materiaal en vervolgens lagen van
fijner materiaal passeert.
Dit principe is algemeen bekend onder de
naam 'diepbedfiltratie'. Hierbij zijn hoge
belastingen van 10 tot 20 m/h mogelijk.
In het buitenland wordt dan ook meestal
het begliip 'high-rate filtradion' gebrdikt.
Dit in tegenstelling tot de klassieke snelfiltratie (rapid flfikration), waarbij de ~ i l berging boven in het filter plkats &kit en de
belasting bepefkt blijft tot 5 B 7 m/h.
Home1 bet principe reeds lang bekend is,
begint de toepassing van diepbedfiltratie op
grote schaal pas in de laatste 10 B 15 jaar
op gang te kohen. Dit als gevolg van een
beter inzicht in het filtratienechanisme en
de noodzaak om tot goedkopere filterontwerpen te komen. Het is dan ook niet
verwonderlijk, dat in 1967 tijdens de 19e
vakan'iecursus, m b als oriderwerp snelfiltratie, in r u d e mate aandacht is bested
aan de diepbektfi1tratie. Ives [la] hiel@lroen
een voordracht, waaxin de theoretische
aspecten werden behandeld en B o a [lb]
gaf in zijn lezing een min of meer historisch
overzicht van tot dan toe uitgevoerd
onderzoek en in de praktijk voorkomende
toepassingen. Tot die tijd is in Nederland
praktisch geen kennis beschikbaar. Dit in
tegenstelling tot de USA, waar sin& 1960
anthraciet-zandfilter worden toegepast,
waarbij vlalc voor de filtratie a1 of niet
vlokmidkiel en vlokhulpmiddel aan het
water wordt toegevoegd om op deze manier
een zeer lage fiiltraattroebeling te verkrijgen. In Duitsland is deze techniek
algemeen bekend onder de naam 'Flockungsfiltration'.
In navolging hiervan is in Nederland aan
het einde van de zestiger jaren eveneens een
onderzoek van start gegaan bij de Gemeente
Drinkwaterleiding Rotterdam, waarna aan
het begin van dit decennium 0.a. het KIWA
en de aFdeling Civiele Gezondh&i.stechniek
van de TH DdPt volgden.
Aandacht zal worden besteed aan het
principe van de dfepbcdfiltratie, de invloed
van de filtratiesneilheid op het ontwerp en
de weerstandsopbouwontwikkeling tijdens
filtratie.
Verder zal worden ingegaan op het gedrag
van filtermaterialen tijdens fluidisatie,
de keuze van filtermaterialen in meerlagen
filters en het toepasssen van opwaartse
filtratie.
waarin:
C = concentratie van de in het water aanwezige deeltjes;
y = diepte in h& fifiterbd;
X = filtercoefficient.
De filtercoefficient is een maat voor de
efficiency en is niet constant, maar wordt
beinvloed door de begintoestand, granulometrie van het filterbed, filtratiesnelheid,
watertemperatuur, haliteit van het te
behandelen water en door de hoeveelheid
Tenslotte zal een overzicht worden gegeven afgezet materiaal in de filterporien.
van onderzoek uitgevoerd bij de Gemeente De vergelijking is een p~tiii?le
dkfferentiaal
Dririktrvaterleicling Rottefdam. Dit onderzoek vergelijking, omdat de concentratieomvatte onder meer proeven met
verandering niet alleen afhankelijk is van
anthraciet-zandfilters en proeven met
de diepte in het filter, maar ook van de tijd.
opwaarts doorstroomde zandfilters.
Aan het begin van de filtraoie, als het
medium nog niet vervuild is (t = o en X =
Het principe van diepbedfilfratie
Xo), volgt na integrrttie van vergelijking (1):
Algemeen wordt aangenomen, dat de verwijdering van een deeltje uit water dat een
filtermedium doorstroomt, tot stand komt
door transport- en aanhechtingsmechanismen. Het eerste mechanisme brengt het
deeltje binnen een Eilterporie dichtbij of in
kontakt met korrels of daarop re& afgezette dedtjes. Het tweede mechanisme
veroorzaakt de eigenlijke abetting op het
korreloppervlak of afgaette deeltjes.
Dit houdt in, dat de transportmechanismen
krachten moeten uitoefenen op de deeltjes
in het water om deze vanuit bun stroombanen naar de direkte omgeving van het
korreloppervlak te brengen, waar de
stroomsnelhden klein zo niet nihil zijn.
Nadat de deeltjes naar het korreloppervlak
zijn getransporteerd, moeten ze zich daaraan
of aan reeds afgezet materiaal hechten om
uit het water Ye verdwijnen. Deze aanhechtingsmechdsmen worden toegeschreven
aan physisch-chemische krachten en
moleculaire oppervlaktekrachten. De
moleculaire- of van der Waals-krachten
werken attractief, maar alleen op een zeer
kleine afstand van het oppedak.
Dit kan ook geschreven worden als
C
log-=-X,.y.loge
(2)
CO
Door vde onderzoekers zijn formules
opgesteld om de filtercoefficient Xo van het
schone filtefbed te kwantificeren.
Na vergelijlcing van deze formules [2 en 31
laat zich de volgende afhankelijkheid
destilleren:
XO = f (d-1% d-3, v0,3 B V-L56, ~ 0 &~v-2)
3
(3)
waarin:
d = korrelkliameter;
v = filtratiesnelheit&
v = viscositdt.
Als de filtratie doorgaat, verandert de
interne geometrische opbouw van het
medium vanwege de afzetting van de
deeltjes en wordt de filtercoefficient een
variabele (X = Xo .f (u)), bepaald door de
mate van afzetrjng (u), de diepte y en de tijd.
Een consequentievan de logarithrnische
afname in concentratie is. dat in een
De verwijdering van deeltjes uit het water
uniform filterbed dieper gelegen lagen van
betekent enerzijds een verbetering van de
dit medium minder deeltjes afvangen.
waterkwaliteit, anderzijds een volumeDit komt, omdat iedere laag een even groot
vennindefing van porren tussen de korrels
deel van de deeltjes die er instromen,
van het medium, met als gevolg een toeverwijdert.
name van de weerstand.
Maar omdat de concentratie laag na laag
afneemt, verwijdert iedere laag een kleinere
hoeveelheid materiaal.
Op een diepte van y vanaf het filteropperOm het gehele filter gelijkmatig te belasten,
vlak zal bij een bepaalde filtratiesnelheid
is het dus wenselijk, dat iedere laag dieper in
de oorspronkelijke concentratie (C,) aan
het filter effiicienter werkt dan de voordeeltjes dus verminderd zijn. Gesteld kan
gaande laag. Op deze manier kan iedere
worden [la en 21 dat de verandering van
concentratie per eenheid van filterbeddiepte laag dezelfde hoeveelheid materiaal
afvangen.
gedurende de filtratie over een m d u m
In de praktijk is een uniform medium
evenredig is met die concentratie:
moeilijk te vinden (de begrippen 'effectieve
korreldiameter' en 'unif ormiteitscoef ficient'
illustreren dit) en treedt bij de neerwaartse
filtratie juist het omgekeerde verschijnsel
op. Na het terugspoelen komen de kleinere
korrelfracties juist boven te IIjggen. E k e
opvolgende laag werkt nu nog minder
efficient en verwijdert een nog kleinere
hoeveelheid materiaal in vergelijking met
een uniform medium. Op deze manier
word't het filter onderbelast en vindt de
afvang slechts over de bovenste 10 B 20 cm
plaats.
Teneinde de optirnale situatie te creeren,
waarbij elke opvolgende laag efficienter
zal zijn, moet bij toenemende diepte het
korreloppervlak vergroot worden. De makkelijkste manier om een toenemend korreloppevlak per laag te verwezenlijken,
is het toepassen van kleinere k'orrels in e k e
opvolgende laag. Dit principe is de theoretische basis van diepbedfiltrabie, die zowel
in neerwaartse als in opwaartse richting
kan plaatsvinden.
snelheid resulteert weliswaar in reductie
van benodigd filteroppe~lak,maar om het
filter dezelfde vuilbergingscapaciteit te
geven is een verdere verhoging van het bed
noodzakdlijk, tenvijl de kosten voor de
bijkomende installaties, apparatuur en
lei'dingwerk constant zuuen blijven. Het is
dan ook weinig zinvol om hogere filtratiesnelheden toe te passen.
Het toepassen van diepbedfiltratie bij de
klassieke snelheid van 5 m / h levert aanzienlijke verlenging van de looptijd van een
filter op en kan zijn nut afwerpen daar,
waar de kkaliteit van het te filtreren water
achteruit is gegaan. Door bijv. de toename
van het zwevende stofgehalte kunnen de
looptijden van de bestaande filters te sterk
zijn teruggdopen.
Weerstandsopbouw
Wanneer er in een filter geen stroming
plaats vindt, dan neemt de hydrostatische
druk per meter toe met 1 mwk. Wordt de
filtratie ingezet, clan zal bij de aanvang,
als het bed schoon is, het medium een
weerstand
uitoefenen op het doorstromende
Het nastreven van diepfiltratie maakt de
water
en
wordt
dientengevolge het hydrotoepassing van hoge filtratiesnelheden mogestatisch drukverlies bepaald door de
lijk, sterker nog, hierdoor wordt bevorderd,
stroomsnelheid, wateftemperatuur, korreldat de vuilberging dieper in het filter kan
afmetingen en porositeit.
plaatsvinden.
Dit drukverlies kan berelcend worden met
Daarnaast levert de verhoging van de snelde
formule van Carman-ICozeny:
heid aanzienlijke kostenbesparingen op bij
z
v (1-p)Z
v
de bouw van nieuwe filterinstallaties en
--C . - . - . kan de capaciteit van bestaande installaties
L
g
p3
d2
opgevoerd worden door het aanwezige
waarin:
enkellaags filterbed te vervangen door een
z
meerlaagsfiltervulling.
-- drukverlies per meter filterbed (m.m-1);
Een complete installatie omvat gewoonlijk
L
naast de eigenlijke filterbak, waarin het
filtermedium is gebracht, ook nog een aan- C = constante (150 B 200);
I J = lcinematische viscositeit (m? sec.-1);
tal bijkomende voorzieningen, zoals: aang = versnelling van de zwaartekracht
en afvoerleidingen, spoelwater- en spoel. sec.-2);
(m
luchtvoorzieningen, meet- en regelinstallatie
p = porositeit;
en elektrische apparatuur.
v = filtersnelheid (m . sec.-1);
Bij de klassieke snelfiltratie wordt doord = korreldiameter (m).
gaans een snelheid of belasting van 5 m / h
toegepast.
Tijdens de filtratie zal de weerstand toeHoewel door verhoging van deze belasting
nemen, omdat materiaal in het filterbed
het benodigd filteroppervlak ongeveer
wordt afgezet. Aangenomen wofdt [la], dat
lineair zal afnemen, zullen de besparingen
de weerstandstoename evenredig is met
aan kosten voor de bijkomende voorziedie afzetting van materiaal. Op een bepaald
ningen en apparatuur hierbij achterblijven,
tijdstip kan nu op verschillende hoogten de
en we1 in toenemende mate naarmate de
tvatefdruk in het bed worden opgenomen,
aaxirnaal toelaatbare belasting in de
waaruit een weerstandsopbouwlijn Ican
installatie hoger wordt.
worden samengesteld.
Verdubbeling van de belasting naar 10 m / h Zo'n lijn geeft dan een beeld van de voortdoor toepassing van een meerlaagsfilter of
schrijding van de vemiling, in zoverre dat
opwaarts doorstroomd filter levert ruwweg
op iedere diepte de verandering van d e
een kostenbesparing op van 35 %. Verdere
weerstand een functie is van de ter plaatse
verhoging van de belasting tot 20 B 25 m / h
afgezette deeltjes. Wanneer deze kromme
gee& een kostenbesparing van ongeveer
evenwijdig loopt aan de weerstandslijn van
het schone medium, dan heeft zich daar
55 %.
Nog verdere verhoging van de filtratiegeen materiaal afgezet. Hoe groter de
-
Ajb. I Mogelijke ~veerstandsopbouwlijnaan het
einde van een filtratie in een filterbed.
hoek is die de raaklijnen van de kromrne
maken met de rechte van het schone medium,
des te groter is de afvang van deeltjes.
Door er voor te zorgen dat onder in het
bed de weerstandsopbou~lijnenaltijd evenwij'dig gaan lopen aan die van het schone
bed, is een veilligheidaanwezig tegen doorslag. Deze weerstandsopbouwlijnen geven
een goed inzicht in de keuze van filtermaterialen en laaghoogten en zijn een
onontbeerliik hul~miadelbii de beoordeling
van een filterbed.
Wordt uitgegaan van een dubbellaagsfilter
(de eenvoudigdste vorm van grof naar fijn
filtratie), dan kan aan de hand van afb. 1
het volgende worden gezegd:
In geval A vangt de bovenlaag alle verontreiniging af en neernt de onderlaag niet
deel aan het filtratieproces.
In geval B is het omgekeerde juist het
geval en in geval C worden de beide lagen
goed benut.
Is na verloop van tijd de maxirnale filterweerstand bereikt - meestal is dan de
vuilbergingscapaciteit van het filter benut dan zal het filter gereinigd moeten worden.
Hiemoor is het van belang het fluidisatiegedrag van de filtermaterialen te kennen.
Wordt het filterbed in opwaartse richting
doorstroomd, dan zal bij het bereiken van
een zekere snelheid het korrelbed gaan
expanderen. Bij een nog hogere snelheid
treedt fluidisatie op.
Tijdens deze toestand gdden geen laminaire
stromingscondities meer en gaat vergelijlting
(4) volgens [4] over in:
z
2,4 1 -p v2
-- A . R e - n . -.-.L
g
p3
d
waarbij
1
v.d
Re=1-p
v
en waarin:
A = 61,5 voor 4,6 < Re < 34;
A = 30 voor Re 2 34:
n = 7/8 voor 4,6 < Re < 34;
n = 213 voor Re 2 34.
Kenrnerkend voor fluidisatie is, dat de
korrels niet mew gebonden zijn aan een
bepaalde vaste plaats, maar zich rnin of
meer vrij bewegen en langs elkaar schuren.
Deze beweging is van belang voor de verwijdering van het vuil, dat tijdens het
filtratieproces in het filter is afgezet.
Bij de opwaartse filtratie is de minimale
fluidisatiesnelheid een belangrijk gegeven,
omdat deze bepalend is voor de maximaal
toelaatbare filterbdasting.
Daarnaast is deze snelheid van belang om
te weten, hoe groot de spoelsnelheid tenminste moet zijn om een goede rdniging
van de onderste lagen in een filter te verkrijgen.
Flu'id'isatie t r d t op, wanneer het drukverlies ten gevolge van de opwaark gerichte
waterstroom door het filter gelijk wordt
aan het gewicht van het filterbed onder
water.
Hiervoor kan afgeleid worden:
waarin:
pf = dichtheid van het filtermateriaal
(kg . m-3);
p , = dichtheid van water (kg. m-3).
Na subsitutie van Re in vergelijking (5) en
na gelijkstelling van deze vergelijking met
vergelijlcing (7) ltan de m i h a l e fluidisatiesnelheld berekend wor'den.
De vergdijkingen (4), (5) en (6) gelden voor
bdlvormige deeltjes. In de praktijk
worden echter deeltja toegepast die
afwijken van deze bdlvorm.
Daarom wold0 een vomfactor ingevoerd
die kldner is clan 1. Dlt wil niet anders
zeggen dan dat een waekeurig deeltje met
een zeefdiameter van 1 mm overeenkomt
met een bdvormig deeltje van mm.
De vormfactor is niet constant, maar
afhankelijk van de diameter van het deeltje,
de materiaalsoort en de stromingstoestand
rondom het deeitje.
Hiervoor zijn metingen veriicht in het
Laboratorium voor Gaondhetdstechniek
van de TH Delft [4].
Voor de in de praktijk meestd toegepaste
filtermaterialen, zand en anthraciet, kunnen
nu relaties worden opgesteld, waarmee de
minimale flu'idisatiesnelheid eenvoudig
berekend kan worden.
In afb. 2 is een grafische voorstelling
gegeven van de minimum flu'idisatiesnelheid
voor de gangbare zeefdiameters.
Neerwaartse filtratie
Om het diepbedfiltratie principe te bereiken, is het bij de neerwaartse filtratie nood-
kelijk van het stroombeeld rondom het
bezinkende deeltje.
Indien Re 5 1 geldt Cd = 24 .Re-1 en is
de &roming rondom een deeltje laminair
(wet van Stokes).
Voor de bij de filtratie gangbare korreldiameters gelklen geen laminaire stromingscondities en is Cd = 24. Re-14-3 .Re-0,s-k
0,34.
Volgens Kawamura [5] kan voor de
bezinltsnelheid van deze deeltja toegepast
worden:
-
Afb. 2 Minimum flufdatiesnelheidvan zeeffracties zand en anthaciet bij 0" en 20 O C .
zakelijk de bovenste lagen met de groorste
korrelaameters uit te voeren en in de
dieper gelegen lagen fijnere korrelfractia
toe te passen.
Om te voorkomen dat na terugspoelen de
fijnste korrelfracties boven komen te liggen,
zal bij afnemende korreldiameter de dichtheid van he2 materiaal juist moeten toenemen.
Wordt uitgegaan van een meerlagenfilter,
dan kunnen daarin bijv. de valgende materialen toegepast worden:
waarin:
Na gelijkstelling van de bezinksnelheid van
de bolvormige dedtjes dl en d2 met soortelijke dichtheden pl en p2 geldt nu voor de
diameterverhouding:
"(
PP
-Pw
)
213
(10)
PI -PW
d2
Voor de in de praktijk voorkomende zeefdiameters geldt dan:
Hoewel het mogelijk is om meerlaagsfilters
van een groot aantal lagen te voorzien,
zal na flu'idisabe toch altij'd hydraulische
stratificatie in de lagen afzonderlijk
optreden, tenzij de uniformiteikcoefficient
van het materiaal gelijk is aan 1. Maar d'it
is in de praktijk niet het geval; men is
gebonden aan de handelsfracties die leverbaar zijn tegen redelijke kosten. Dit geldt in
Na het lterugsploelen zal het filter zijn oormindere mate voor zand, waarvan de
spronkelijke gelaagdheikl moeten herkrijgen. kosten per ton zullen varieren van f 50,Wanneer er in principe geen menging van
tot f loo,-. Voor de andere matmiden,
de media ter plaatse van het grensvlak
waarvan de kosten een veelvoud hiervan
wordt toegelaten, dan kan de maxirnaal
bedragen, is de keuzemogelijkheid echter
toelaatbare korrddameter verhoucling van beperkt. De aanschafprijs voor anthraciet
twee versch'illende filtermaterialen worden
is ongeveer 8 x zo hoog als d!ie van zand
berekend door ervoor te zorgen, dat de
en voor de andere materialen is deze factor
korrels met verschillende dichthdd dezelfde nog hoger.
bezinksnelheid bezitten.
Om deze r a e n worden in de praktijk dan
Voor de bezinksnelheid van een deeltje kan ook overwegend dubbellaagsfilters geafgeleid wor'den:
installeefd, opgebouwd uit een bovenlaag
van anthraciet of hydro-anthraciet en
4 g . d Pf-Pw
vpz = -.
daaronder de zandlaag.
Berekend kan worden met behulp van
3Cd
Pw
formule (ll), dat de korreldiameterverhouwaarin:
ding ter plaatse van het grensvlak maximaal
Vp = bezinksnelheid (m .sec.-1);
3 B 3,s mag zijn om vermenging te voorg = versnelling van de zwaartekracht
kamen.
(m . sec-2);
d = diameter van een bolvormig deeltje (m); Over het a1 of niet toelaten van menging ter
plaatse van de overgang van de anthraciet
pf = dichtheid van een deeltje (kg .m-3);
naar de zandaag, zijn de meningen verp, = dichtheid van water (kg. m-3);
deeild. Er zijn onderzoekers die menen, dat
Cd = weerstandscoefficient.
de materialen zoveel mogelijk gescheiden
De weerstandscoefficCent Cd is een functie moeten blijven, omdat de korrels boven in
de zandlaag essentieel zijn om daarin het
van Re en is niet constant, maar is afhan-
.
Pdlystyreen korrds, 1040 kg m-3.
PVC korrels, 1230 - 1300 kg. m-3.
Anthraciet, 1400 - 1450 kg. m-3.
Hydro-anthraciet, 1700 kg .m-3.
Zand, 2650 kg . m-3.
Granaatzand, 3800 kg. m-3.
Magnetiet, 4900 - 5200 kg. m-3.
effect van de 'koekfiltratie' te laten
optreden. Hiefdoor ontstaat een extra
bescherming tegen doorslag. Anderen
menen, dat het voordelen biedt de overgang tussen beide lagen geleidelijk te laten
verlopen door het creeren van een menglaag. Hierdoor wordt het effect van koekfiltratie voorkomen, wat leidt tot een
minder snelle drulcopbouw en daardoor een
langere looptij'd van het filter.
Om de invlod van de mengzone op het
filtratieproces nog eens na te gaan, is aan
de TH Ddft en bij het KIWA diepgaand
onderzoek gedaan [6] om tot een gefundeerde uitspraak te komen. De Lathouder [7]
geeft hiervan een beknopt resume en
conclu&eert,dat de toepassing van een
mengzone geen voofdelen b i d t ter beinvloeding van de drukopbouw in het filter
en de kwaliteit van het filtraat. Hij geeft
dan ook de voorkeur aan de toepassing van
een dubbellaagsfilter, waarin de lagen
weinig mengen.
Verder werd tijden het onderzoek geconstateerd, dat na het stoppen van de spoelwateraanvoer de porositeit van het filterbed groter wordt en we1 in toenemende mate,
naarmate hogere spoelsnelhden worden
toegepast.
Dit heeft echter geen invloed op het filtratieproces, omdat na hervatting van de filtratie
door de neerwaarts gerichte stromingsdruk
de korrds zich weer zullen herorienteren.
waardoor de oorspronkelijke porositeit weer
word't bereilct.
Toepassing van filters waarin meer dan
twee lagen van verschillende materialen
zijn ondergebracht, blijft tot nu toe beperkt
tot de proefinstallatie.
Mohanka [8] heeft intensief werlc verricht
op d t gebied. Aan de hand van proefresultaten en op grond van theoretische
berekeningen worden door hem filtercoefficienten (A) van een aantal filtermaterialen
gegeven.
Hieruit kan geconcludeerd worden, dat de
filtreredde werking van polystyreen korrels
gering zal zijn. Dit is in overeenstemming
met ervaringen in de USA en Zwden [9].
Granaatzand en magnetiet bezitten weliswaar een hogere filtercoefficient dan zand
en anthradiet, maar doordat de dichtheid
van deze materialen veel groter is, vereisen
deze materialen 1,5 resp. 2 x zo hoge spoelsnelheden om geflu'idiseerd te worden, indien
wordt uitgegaan van de bij de filtratie
gebruilcelijke korrelafmetingen.
Opwaartse filtratie
Is bij neenvaartse filtratie de hydraulische
strarificatie van een niet uniform filterbed
een nadeel, bij opwaartse filtratie is juist
het tegenovergestelde het geval.
Het grote voordeel van de opwaartse
filtratie is, dat slechts met CCn materiaal
van CCn soortelijk gewicht gewerkt behoeft
te woiden, waarbij iedere laag naar eigen
inzicht qua granulometrie gekozen kan
wofden.
Een ander voordeel is, dat als filtermateriaal
zand toegepast kan worden, waarvan de
kosten niet hoog zijn.
Verder is het na het terugspoelen van een
opwaarts doorstroomd filter een eenvoudige
zaak om het eerste filtraat naar de spoelwaterkelder af te voeren, toMat de
gewenste kwaliteit is bereikt.
Inherent aan de opwaartse filtratie is het
echter, dat de filtratiesnelheid beperkt blijft
door de neiging van de bovenste laag om
bij een bepaalde snelhdd te flu'idiseren.
Uit afbeelding 2 lean afgelezen worden,
dat bij de voor de filtratie gebruikelijke
korrelfraodes de snelheid beperkt zal
blijven tot maxirnaal9 m3/m? h voor de
zandfractie met een zeefdiameter van
0,5 mm en ca. 20 m3/m? h voor de zandfractie met een zeefdiameter van 0,85 mm.
Ook a1 wordt aan deze voonvaarde voldaan, dan kan toch nog onverwacht flu'idisatie optreden. Heeft de vuilberging niet
gelijkrnatig over het filter plaatsgevonden,
dan kunnen er plaatsen in het filter voorIcomen, waar zich erg veel materiaal heeft
afgaet. Hierdoor neemt de weerstand
daar ter plaatse toe en zal meer water door
een ander deel van het filter gaan stromen,
waar zich minder materiaal heeft afgezet.
In deze zones kunnen de opwaafts gerichte
sndheden dan zodanig toenemen, dat daar
de flu'idisatiezich onverwachts zal manifesteren.
Het optreden van deze instabiliteit is we1
de grootste beperking voor de toepassing
van de opwaafitse filtratie als eindbehandeling bij de drinkwaterbereiding .
Door de fijnste zandlaag te voorzien van
een grote veiligheidszone kan het verschijns d van instabiliteit worden gere'duceerd.
Uit een oogpunt van diepfiltratie wordt het
filler in dit geval niet meer optimaal benut.
Ook kan een filterbed uitgevoerd worden
in materiaal met een grotere dichtheid.
Door gebruik te maken van materialen met
een grotere dichtheid zoals bijv. granaatzand en magnetiet, lcunnen weliswaar
hogere filtratiesnelheden toegepast worden,
de spoelsnelheden zullen dan eveneens moeten toenemen en we1 met ongeveer 1,s r a p .
2 x de gebruikelijke snelheid die toegepast
wordt bij de filtratie door een opwaarts
doorstroomd zandfilter.
Een ander nadeel is, dat de ruwwateraanvoer door de bodem moet plaatsvinden.
Om deze reden is het wenselijk deze aanvoer via een geperforeefd buizensysteem,
dat in de onderste steunlaag van het filterbed gelegd moet worden, te laten plaatsvinden.
Om ook tijdens terugspoelen de grootste
korrels onder in het filter te laten flu'idiseren, zal een tarnelijk hoge spoelsnelheid
noodzakdlijk zijn, waarbij de korrels boven
in het filter echter niet in de spoelwaterafvoergoot terecht mogen komen.
Afhankelijk van de hoogte van het filterbed
en de afstand van de spoelwaterafvoer tot
de bovenkant van h& bed, zal dus een
bepaalde korreldiameterverhouding tussen
de fijnste en grootste korrels berekend
moeten worden.
Ondenoek
Voor de keuze en samenstelling van een
geschikt filterbed kan nog geen gebruik
worden gemaakt van handboeken en tabellen, waaruit, afhankelijk van de ruwwaterkwaliteit en belasting, de bedhoogte en
korrelafmetingen gekozen kunnen worden
om te komen tot goede looptijden, eindkwaliteit en weerstandsopbouw. De door
velen ontwikkelde theorieen dragen weliswaar bij tot een beter begrip van het gehele
proces, maar om een verantwoorde keuze
te maken, blijft het noodzakelijk proeven te
doen. Om een idee te geven hoe zo'n
onderzoek verloopt, volgt hier een kort
overzicht van enkele proeven gedaan bij de
Gemeente Drinkwaterleiding Rotterdam
ter bepaling van ontwerpparameters voor
het nieuwe drinkwaterproduktiebedrijf
Kralingen.
Voor de vaststelling van het zuiveringsschema werd vanaf eind 1968 onderzoelc
verricht in een daartoe speciaal opgezette
semi-technische installatie. Besloten werd
mede op grond van proeven voor de
zuivering van Maaswater uit de Biesbosch
spaarbekkens het volgende proces te kiezen:
primaire coagulatie, flocculatie, sedimentatie, ozonisatie, secundaire coagulatie,
dubbellaagsfiltratie en tenslotte een aktieve
koolfiltratie.
Dubbellaagsf iltrafie
Een goede filtenverking hangt af van een
groot aantal factoren. Genoemd kunnen
worden:
- de filtratiesnelheid
de bedhoogte
de granulometrie
- de ruwwaterkwaliteit
- de filtraatkwaliteit
- de looptijd
- de weerstandsopbouw
- het spoelwatemerbruik
-
Als primaire voonvaarde voor de werking
van een dubbellaagsfilter gold tijdens het
onderzoek de maxirnaal toelaatbare hoeveelheid gesuspendeerd materiaal, die het
filter mag doorlaten; in concreto, de eis
verlengd. De filterbedden 3a en 5a vertoonden te snel doorslag mede omdat de zandlaag te dun was. Bij de verdere proeven
zijn de lagen daarom verhoogd tot ongeveer 0,45 cm in de filterbedden 3b en 5b.
Bij lage watertemperaturen en een secunraire ijzerdosering is voor alle filterbedden
de doorslag bepalend en treedt reeds na
enige uren op.
In afb. 4 is g o d te zien, dat de vlokberging te diep in het filterbed heeft plaatsgevonden. Bij lage watertemperaturen,
I
I
I
I
secundaire ijzerdosering en hulpmiddelAfb. 4 - Weerstandsopboulv in de filterbedden.
Afb. 3 - Weerstandsopbouw in de filterbedden.
dosering in de juiste hoeveelheid is een
goede diepbedfiltratie mogelijk. Volgens
kontakt voor de filtratie wordt toegepast,
dat het filtraat een troebeling kleiner dan
afb. 5 is in de filterbeddenmet fijn korrelige
maar we1 een secundaire ijzerdosering,
0,l JTU diende te bezitten.
materialen en het filterbed met het grovere
bij hoge watertemperaturen vooral de
De filtratiesnelheid werd op 15 1 20
materiaal met grotere bedhoogte, de doorm3/m? h gesteld. Daarnaast werd op grond anthracietlaag wordt belast. Goede loopslag meer dan 10 uur uitgesteld.
tijden worden dan bereikt met het grove
van het spoelwaterverbruik de rninimaal
Duidelijk blijkt uit het verschil in looptijd
anthraciet in de filterbedden 1 en 4.
vereiste looptijd bepaald op 20 uur.
tot doorslag tussen filter 1 en filter 4 de
Uit constructieve overwegingen was gekozen De garantiegevendeschone zandlaag is
invloed van de hoogte der anthracietlaag.
voor een maxirnaal toelaatbare filterweerOpmerkelijk is overigens het verschil in
aanwezig. De zandlaag van filterbed 4 lijkt
stand van 1,s mwk. Een filtratie werd dan
weerstandsopbouw boven in de anthraciethier te hoog. Door ozonkontakt voor de
ook beeindigd bij deze weerstand of eerder, secundaire ijzerdosering wordt diepbedlagen in deze filters.
als de gewenste troebeling niet te bereiken
filteratie bevorderd en treedt doorslag op,
Waarschijnlijk bevatte de hogere anthracietwas, of indien doorslag van het filter optrad. voordat de maximale weerstand is bereikt.
laag meer fijn materiaal, dat naar boven was
Het onderzoek liep enige tijd parallel met
gespoeld. De weerstandslijnen van de filterOver de ewaringen met ozon als oxydatiede ontwikkkeling en optimalisatie van het
bedden 1 , 2 en 3b laten ook duidelijk zien,
en filtratiehulpmiddel gaf prof. Knoppert
zuiveringsproces voor het nieuwe bedrijf.
een uiteenzetting tijdens de 'Wasserfachliche dat toepassing van fijner zand de doorslag
Voor de ontwikkeling van een goed filterduidelijk uitstelt.
Aussprachetagung des DVGW und VGW'
bed voor de dubbellaagsfiltratie werden
in 1971 [lo]. Hier wordt dan ook niet
Ozonkontakt voor de secundaire ijzerdoseeen aantal proeffilters ingericht, waarbij in
verder op ingegaan.
rig bevordert de diepbedfiltratie en geeft
de eerste plaats de korrelafmetingen
Filter 1 met het grove anthraciet vertoont
een voldoende verlenging van de looptijden.
van de zandlaag werden gevarieerd. Daarna dan na ca. 11 uur het eerst doorslag, terwijl Te zien is in afb. 6, dat in het fijnere
werd hierbij een geschikte anthracietanthraciet de weerstand sneller toeneemt.
door de 20 cm dikkere anthracietlaagin
fractie gezocht, waarbij werd uitgegaan
fliter 4 de looptijd ongeveer 4 uur wordt
Voor filterbed 3b met ongeveer hetzelfde
van de onderlinge korreldiameterverhouanthraciet als filterbed 2, maar fijner zand,
ding van ongeveer 3. Verder werden de
wordt de looptijd op weerstand beslist.
Afb. 5 - Weerstandsopbouw in de filterbedden.
laagdikten van de zandlaag en anthracietHet filterbed 2 loopt langer maar slaat na
laag gevarieerd, waarbij werd aangehouden
17 uur door. Filterbed 1 met dezelfde
dat lagen met fijner filtermateriaal in prinbedhoogte, maar het grofste zand en
cipe minder hoogte behoeven.
anthraciet, slaat het snelste door.
In tabel I zijn een aantal filterbedden
Filterbed 4, waarvan de anthraciet- en
weergegeven, die in de afgelopen jaren
zandlagen hoger zijn dan die in filterbed 1,
zijn beproefd
vangt bijna over de gehele diepte van het
Aan de hand van de weerstandsopbouwbed materiaal af; doorslag wordt praktisch
lijnen aan het einde van de filtratie zal
gelijk gemeten met het bereiken van de
over de keuze van een goed filterbed met
weerstand.
de in het onderzoek toegepaste en te gebruiken materialen iets worden gezegd.
Afb. 6 - Weerstandsopbouw in de filterbedden.
Af b. 3 geeft aan, dat, wanneer geen ozonTABEL I
Filterbed
-
Overzicht van enige dubbellaagsfilferbedden.
1
2
Anthraciet: ( p = 1,45)
handelsfractie (mm) 1,6--2,5
(mm)
1,59
e.k.
U.C.
1,38
(cm)
51
laagdikte
1,2-2,4
1,23
1,54
52
Zand: O, = 565)
handelsfractie(mm) 0,9-1,25
e.k.
(-1
0,86
U.C.
1,17
laagdikte
(cm)
45
0,8-1,O
0,77
0,77
46
3a
1,68-2,O
1,21
1,34
51
0,6-0,8
0,62
1,22
20
3b
-
1,68-2,O
1,21
1,34
51
0,6-0,8
0,62
1 3
47
4
1,6-2,5
1,59
1,38
68
0,9--1,25
0,86
1,17
60
5a
1,25-1,68
1,07
1,29
48
O,U,6
0,44
128
20
5b
1,25-1,68
1,07
1,29
55
0,4--0,6
044
1,28
46
1
I
en
Afb. 7 - Weerstandsopbouwin het filterbed.
I
Daartegen beinvloedt het zand we1 de
troebeling, alhoewel bij een secundaire
ijzerdosering ook de grootste zandfractie
troebelingen gaf lager dan de gestelde
waarde. Werd een zandlaag te zwaar belast,
dan werd door het toepassen van een fijner
zand doorslag enige uren uitgesteld.
Ook is gevonden, dat de hoogte van de
anthracietlaag bepalend is voor de looptijd
van een filter.
Gebleken is, dat bij hoge watertemperaturen
de meeste weerstandsopbouw plaatsvindt
in de anthracietlaag en bij lage temperaturen relatief meerin de iandlaag.
oorzaak hiemoor kan gelegen zijn in het
feit, dat bij lage temperaturen de vlokvorming in het bed langzamer verloopt en
in de anthracietlaag nog niet voldoende
heeft plaatsgevonden.
Daarnaast kan worden geconstateerd, dat
door ozonisatie van het te filtreren water
diepbedfiltratie wordt bevorderd en dat een
vlokhulpmiddeldosering een belangrijk
middel is om het gehele proces in de hand
te houden.
I
Afb. 8 - Het verband tussen de hoogte van de
anthracietlaag en de looptijd van een filter.
Uitgaande van een filtratiesnelheid van
15 m3/m2. h, een minimale looptijd van
20 uur bij 1,50 mwk en ozonisatie voor de
dubbellaagsfiltratie, was het dus gewenst
een filterbed te kiezen met een anthraciet70icm, met een e.k.
laag van ongeveer 65 ?
van 139 mm en U.C.van 1,38. De zandlaag
die hierbij hoort, heeft een hoogte van
60-65 cm, een e.k. van 0,86 rnm en een U.C.
van 1,17, waarbij de onderste 20 B 30 cm
als veiligheid op doorslag kan worden
beschouwd.
In afb. 7 zijn voor dit filterbed nogmaals
de weerstandsopbouwlijnen weergegeven.
Hieruit kan duidelijk de invloed van de
chemicaliendoseringen en de watertemperatuur op het filtratieproces worden afgeleid.
Om de invloed van de hoogte van de
anthracietlaag op de looptijd verder te
onderzoeken, zijn daarna 3 filters ingericht met anthracietlagen van 90, 80 en 60
cm. Na een aantal proevenseries kon het in
af b. 8 weergegeven verband worden opgetekend. Verder bleek ook, dat door verhoging van de anthracietlaag van 60 B 70 an
naar 70 B 80 cm bij lage watertemperaturen
en een belasting van 20 m3/m2 . h looptijden van 20 uur gehaald kunnen worden.
De kosten die met deze verhoging van de
anthracietlaag gepaard gaan, wegen niet op
tegen de kostenbesparing door reductie van
filterbedoppemlak, rap. door een reductie
aan benodigd bouwvolume. Tijdens het
onderzoek kwam duidelijk naar voren,
dat de korrelgrootte van het anthraciet
niet van primaire invloed is geweest op de
eindtroebeling.
Opwaartse f iltratie
In Rotterdam is ook een onderzoek verricht inzake de toepassing van opwaarts
doorstroomde filters als alternatief voor
een flocculatie-sedimentatieinstallatie ten
behoeve van de primaire coagulatie. Deze
techniek, waarbij de vlokvorming en vlokverwijdering in C6n filter plaatsvindt, is in
Duitsland algemeen bekend onder de naam
'Flockungsfiltration'.
Gestart werd met een drietal filterbedden,
twee met een uniforme korrelsamenstelling
en e n met een gradering volgens het grof
naar fijn principe. Uit proeven bleek a1
spoedig, dat bij verschillende belastingen,
varierende ijzerdoseringen en bij hoge en
lage watertemperaturen met de uniform
samengestelde filterbedden te korte looptijden gehaald werden, alhoewel de troebelingen zonder meer goed waren. In de loop
van 1972 is het onderzoek voortgezet met
een groot aantal filterbedden samengesteld
volgens het grof naar fijn principe. Goede
resultaten werden uiteindelijk bereikt met
een drietal filterbedden, waarvan de bedopbouw in tabel I1 is weergegeven.
Bij de beoordeling van de uitkomsten van
de proeven werd uitgegaan van de volgende
criteria:
TABEL I1
-
.
C
dubbellaagsfiltratie kleiner dan 0,l JTU;
- looptijden van de filters langer dan 20
uur bij een filtratiesnelheid van 10 - 15
ma /m2 . h;
- maximaal toelaatbare filterweerstand
1,s mwk.
De variatie in laagdikte van de verschillende korrelfracties had alleen invloed op
de weerstandstoenamein het filterbed, maar
had geen invloed op de eindkwaliteit van
het filtraat.
Om aan de gestelde criteria te voldoen
was een Fe3+ dosering van 4 tot 6 mg/l
bij lage watertemperatuur voldoende.
Vergelijkingvan dit vlokverwijderingssysteem
met systemen, waarin een hoogbelaste sedimentatie (lamellenbezinking) is opgenomen,
leidde tot de conclusie, dat op grond van
invateringskosten en exploitatielasten de
opwaartse filtratie een duurdere oplossing
is. Hierbij werd tevens de spoelwater- en
slibverwerking in beschouwing genomen.
Wordt naar de technische prestatie van het
system gekeken, dan blijkt weliswaar, dat
bij een Fd+ dosering van 4 B 6 mg/l een
effluent van zeer goede kwaliteit wordt
geleverd (gebaseerd op troebeling en
restijzergehalte), maar dat bij hogere
doseringen onverwachte en snellere doorslag van het filter kan optreden.
Hier tegenover staat, dat sedimentatiesystemen beter bestand zijn om wisselende
belastingen op te vangen.
Nabesehouwing
Bij de tot nu toe algemeen gebruikelijke
snelfiltratie, over zandfilters met belastingen
van 5 B 7 m3 /m2 . h, wordt het vuilbergingsvermogen van een filter slechts
gedeeltelijk benut. Diepbedfiltratiemaakt
het mogelijk een optimale benutting van
het filterbed te verkrijgen. Hierdoor wordt
het mogelijk om:
a. hoge filtratiesnelheden toe te passen of
b. een verlenging van de looptijd van een
filter te bewerkstelligen.
Ofschoon er in de afgelopen jaren vele
theorieen zijn opgesteld, en mathematische
modellen zijn ontwikkeld, waardoor het
inzicht in het filtratieproces is vergroot,
Overzicht van een drietal op$vaarts doorstrooinde filters.
Dichtheid materiaal: 2,65 kg m-3
Steunlagen
l e laag 2e laag
Filter:
A
B
- filtraatkwaliteit na achtergeschakelde
Korrelfractie (mm) 60-30
10
10
10
Laagdikte in cm
30-20
10
10
10
3e laag
Eigenlijke filterbed
4e laag 5e laag 6e laag
20-10
70
40
70
10-5
40
70
30
5-3
30
30
40
totale hoogte: 220 c m
3-2
30
30
30
7e laag
2-1
30
30
30
doorsneden van enkele mm's worden gebracht.
De lucht kan bijvooheeld met behulp van
poreuze elementen of roterende begassers
worden ingeblazen, waafbij middelgrote
luchtbellen ontstaan.
Hierbij ontstaat tevens plaatselijk een verhoogde turbulentie, welke voor de verdeling
van de luchtbellen zorgdraagt.
De grootte van de luohtbellen zal echter zo
klein moeten zijn, dat verkleving met te
floteren deeltjes mogelijk is.
De luchtbellen hebben bij deze m e t w e
diameters die in de orde van grootte van
1.000 pm zijn.
In het algemeen wordt door de waterleidingdeskuntligen het begrip 'flotatie' gehanteerd
voor dat proces, waafiij met microluchtbellen wordt gewerkt.
De toepassingen die hiervan bekend zijn
kunnen we weer onderverdelen in groepen,
die genoemd worden naar de manier van
het inbrengen van de lucht- of de gasbellen,
te weten: dissolved-air flotatie en elektroflotatie.
Dissolved-air flotatie; hiervan is onderscheid te maken tussen onderdrukflotatie
en overdrukflotatie.
Bij onderdrukflotatie wordt in de flotatietank een vacuum aangelegd. Lucht en gassen die in het water zijn opgelost, komen
hierdoor vrij in de vorm van zeer kleine
belletja.
Deze methode is erg duur en wofdt oak
weinig tOegepastt.BOvendienonttrekt men
zuurstof aan het te behandelen water. Veel
meer toepassingen van flotatie bij de behandeling van water vinden plaats met behulp van overdru kflotatie.
Hierbij wordt een gedeelte van het behandelde water onder druk in kontakt met
lucht gebracht en vetvolgens verzadigd tot
100 % of een gedeelte damvan in een zogenaamde saturatie-eenheid. De saturatie
wordt
uitgevoerd met
druk die
ligt tussen 2,5 en 8 ato en met een dedstroom dSe 10 % of minder van de te behandden waterstroom is.
Wanneer de deelstroom wofdt gemengd met
de hoofdstroom, die zich onder atmosferische druk bevindt, zal een bepaalde hoeveelheid opgeloste lucht vrijkomen in de
vorm van fijne luchtbellen.
De diameters van deze luchtbellen zijn gelegen tussen 5 en 100 ID. In het algemeen
zal de hoeveelheid lucht, die in de vorm
van luchtbellen nodig is voor flotatie, liggen
tussen enkele ml's en ci&a 20 ml lucht per
liter te behandelen water.
Deze hoeveelheid lucht geeft het water een
melkachtig wit uiterlijk. In afb. 1 zijn enkele
toegepaste saturatiesystemenschematisch
weergegeven.
Een variant van deze methode is, dat de te
inlet-from rec~nulat~on
pump
Raw water
ratlon pump dscharge
1
Ventilation valve
Packed tower
Afb. I .
behandelen waterstroom een diepe schacht
met e n diepte van 8 m of zelfs meer passeert, t-ijl
onder in de schacht lucht wordt
ingeblazen via een spruitstuk of keramische
elementen (afd. 2).
Elektroflotatie is een uitvoeringsvorm m a r bij gasbellen met diameters in de orde van
grootte van 1 gm ontstaan, door elektrolyse
van
water. Ondergedompelde elektroden worden hierbij onder een elektrische
spanning gezet, zodat uiterst fijne waterstofen zuurstofbellen ontstaan. Het stroomverbruik bij deze methode is hoger dan bij
de dissolved-air mdhde. Toepassingen van
elektroflotatie zijn tot nu toe dan ook
beperkt gebleven tot zeer kleine flotatieeenheden.
Afb. 2.
II. Waar wordt flotatie bij waterzuivering
toegepast?
voor de
industrie- en drinkwaterbereiding en
voor afvalwaterzuivering,het flotatcieproces
op vele plaatsen toegepast. Sin& bet begin
van de zmtiger jaren zijn in deze landen
tientallen installaties atwmpen en gebouwd.
Diverse installaties hebben een kapaciteit
van minder dan 200 m3/h, maar oak veel
installaties zijn voor kapaciteiten van 500
tot 1500 m3/h uitgdegd.
In de Skandinavische landen
In Engeland is door WRC gedurende vier
jaar geexperimenteerd met een pfoefinstallatie van 8 m3/h. Sinds de wmer van 1976
zijn een vijftal installaties, elk met de kapaciteit van 2.300 m3/dag, en enigszins verspreid over Engeland in bedrijf genomen.
Vanuit Zuid-Afrika wordt via publikades in
tijdschriften melding gemaakt van aldaar
uitgevoerde experimenten op het gebied van
algenverwijdering door middel van flotatie
In Amerika ( V S ) wordt flotatie toegepast
voor de indikking van slib afkomstig uit de
diverse trappen van afvalwaterzuivefingsinstallaties. Een twintigtal namen van zuiveringsstations zijn bekend.
In Duitsland wordt bij mijn weten bij de
afvalwaterzuiveringsinstallatieGrosslappen
van Miinchen flotatie toegepast in plaats
van nabezinking.
Talloze installaties voor de zuivering van
industrieel afvalwater zijn re& lang in gebruik in binnen- en buitenland in diverse
vormen en uitvoeringen. T e noemen zijn
bijvoorbeeld de toepasdingen van die- en
vetafscheiders. In de papier- en tex'tielindustrie wordt flotatie toegepast met als
doel terugwinning van grondstoffen.
Pressure relief
water
III. Toepassing van de flotatietechniek bij
de drinkwaterbereiding
Bij de huzdige stand van de techniek client
flotat'ie voor de dririkwaterbereiding als een
onderdeel van het coagulatieproces gezien
te worden.
Nadat zwevende stoffen, troebele bestanddelen en een deel van de organische stoffen
met behulp van ijzer- of aluminiumhoudende vlokmiddelen tot vlokken gevormd zijn,
is het tot op heden gebruikelijk deze vlokken kit bezinking te brengen of door middel
van filtrat'ie te verwijderen. Dit kan in
diverse uitvoeringsvormen piaats vintlen,
zoals sedimentatiebassins, vlokkenkiekens,
platenafscheiders en vldkkingsfilters.
Flotatie is nu het proces, waarbij de vlokken
met behulp van luchtaanhechting tot drijven
worden gebracht, en de dixsolved-air
methode wordt gevolgd.
Het Water Research Centre in Engeland
verricht sinds 1970 onderzoek aan flotatie
zowel op laboratori~schaalals op proeffabriekschaal(1,8 en 8 m3/h).
Sinds juni 1976 zijn in Engeland vijf dotatieinstallaties in bedrijf. De kapaciteiten van
deze installaties zijn gelijk, namelijk 2.300
m3/dag. Deze insiallabies worden dan ook
beschouwd als proefinstallaties waarmee het
semi-technische onderzoek aan flotatie een
voortzetting vindt olider auspicien van het
WRC. De voortzetting van dit onderzoek
achtte men m d i o 1976 noodzakelijk alvorens men zou kunnen besluiten om over
te kunnen gaan tot het bouwen van grote
praktijkinstallaties, omdat uitsluitend met
ekn type water, namelijk Theemswater, was
geexperirnenteefd. De vijf semi-technische
installaties zijn daarom op verschillendeplaatsen in Engeland gesitueerd. Een drietal in de
buurt van Fellixstowe en ressorterende onder
de Anglian Water Authority. Een volgende
installatie in de nabijheid van Bristol en
ressorterentle onder de Severn-Trent Water
Authority. De vijfde installatie is geplaatst
in de buurt van Arnfield en ressorterend
onder de North-West Water Authority.
Op deze wijze hoopt men in Engeland informatie te verzamelen over de invloed van
de verschillende watertypen op het flotatieproces bij de coagulatie.
Tijdens het WRC-symposium zijn de volgende ervaringen met de Engelse flotatieinstallaties gepresenteerd.
De menging van het vlokmiddel A12 (SO&
(5 k 10 mgp) vindt plaats in een snelmenger met een verblijftijd van 1 minuut.
Het vlokmiddel wotdt voor de inlaat van de
Thames water
Drain
Ajb. 3.
snelmenger gedoseerd. Reeds is vastgesteld
dat bij het buiten bedrijf stellen van d a e
snelmenger geen verslechtering van de kwaliteit van het behandelae water optreedt.
Op dit aspekt zal later worden teruggekomen.
De vlokvorming vindt plaats in drie vlokvorrningskompartimentenmet een totale
verblijftijd van 12 rnin. bij de kapaciteit van
2.300 m3/dag.
In vier van de vijf installaties hebben de
flotatie-bassins de afmetingen van 3,60 m
breed, 2,40 m lang en 1,20 m diep. De vijfde
installatie heeft de afmetingen, respektievelijk 2,40 m, 3,60 m en 130 m.
De vlokvormingskompartirnenten zijn door
Ajb. 4.
Ardleigh Rermolr Committee
North West WA
Afb. 5.
open kanalen verbonden met de flotatiebassins.
In afb. 3 en 4 is de WRC-installatie schematisch weergegeven. Bij de inlaat van het
flotatiebassin wmdt via een bepaald aantal
parallel geschakelde nozzles per strekkende
meter het met lucht gedeeltelijk verzadigde
water (saturatiewater) ingevoerd. De door
het WRC ontwikkelde en toegepaste nozzlesysteem wordt a a n g d d d met 'WRC Injection Nozzles'. In afb. 5 is een dergelijke
nozzle weergegeven.
Per strekkende meter van de flotatiebak
worden cirka drie nozzles geplaatst.
Volgens mdedelingen van WRC-medewerkers zijn voor verschil;lende debieten aangepaste nozzle-openingen noodzakelijk.
In de WRC-nozzles bevinden zich geen
beweegbare onderdelen.
Het te recirkuleren water wordt meestal
ontyrokken na de fifitratie om de kans op
vervuiling van het saturatie- en het nozzlesysteem door vlokkenmateriaal zo klein
mogelijk te houden.
De saturatie in het WRC-system vindt
plaats in een gepakte kolom, waarin het gerecirkuleerde water in tegenstroom met
lucht in kontakt wordt gebracht.
De gebruikelijke recirkulatie-percentages
hebben 6 B 8 O/o bedragen, terwijl de toegepaste drukken in de saturatieketel van 3,5
ato tot 5,2 ato de meest o w a l e flotatieresultaten hebben opgeleverd.
De laagste restgehalten van het oorspronkelijk gedoseerde vlokmiddel (Fe3+ of Alzout) na de flotatie, welke zijn bereikt bij
de WRC-expefiimenten, bedragen 0,5 B 1,s
mg/l. Opmerkelijk is, dat de laagste waarden in het effluent, zowel voor het aluminium als voor de troebelheid, werden
verkregen bij de hoogste toegepaste toerentallen van de roerwerken in de vlokvormingsinstallaties, bestaande uit drie of vier
kompartimenten.
Vlokhulpmiddelen zijn niet gebruikt bij de
flotatie-installatiesen worden ook niet
nodig geaclit, in tegenstelling tot de ervaringen met de parallel lopende praktijkinstallatie, waarmede rest-Al-gehaltenna sedimentatie van lager dan 2 mg/l niet konden
worden bereikt.
Het rest-Al-gehaltena flotatie en filtratie
was een faktor 3 B 4 lager dan het gehalte
na sedimentatie en filtratie.
De aan het wateroppemlak in het fldtatiebassin drijvende sliblaag wordt via een
overstort aan het einde van het bassin afgevoerd. Toepassingen van schraapmechanismen en afromers boven de sliboverstortrand zijn uitgetest door het WRC. Zowel
met deze hulpapparatuur als ook zonder
deze voorzieningen zijn droge stofgehalten
van 3 B 6 % voor het afgeroomde slib
bereikt.
Een flotatie-system, dat sinds de zesdger
jaren wordt toegepast in de Skandinavische
landen en zeer veel gelijkenis toont met het
Engelse systeem, is het zogenaamde AKAsysteem (afb. 6).
(AKA: Apparatkemska AB te Stockholm).
Het enige wezenlijke verschil van het AKAsysteem met het WRC-system is het AKAnozzle type, welke in het verleden zijn uitgevoerd als naaldventielen met een uitstroomtuit (afb. 7). Boverrdien zijn de afmetingen van het flotatiebassih enigszins
afwijkend.
Het aantal nozzles per strekkende meter
over de bredte van het flotatiebass'in bedraagt 3 B 5 stuks.
--schraper slibdeken afmmer
perslucht
7-
F
Nwwltcr,_
statische
menger
Afb. 6.
niumzout als vlokrni'ddel en de natronloog
voor pH-korrektie plaats vond in statische
mengers. Het effekt van een dergelijke statische menging is beschreven in IUWA-medemededeling nr. 39 'PraKtijk van de Vlokvorming'. Bovendien werd de vlokvorming
uitgevaerd in drie of vier vlokvormingskompartimenten met afnemende roerintensiteiten; vlokhulpmidklelen bleken overbodig
te zijn.
In Skoghall werd de fkotatie parallel toegepast naast een twee-lagen sedimentatieeenheid (oppemlaktebe'ladting: 2 m3/mZ/h).
In bdde gevden werd de vlokvorming uitgevoerd in vier kompartimenten. Ondanks
de toepassing van het vlokhulpmiddel geaktiveerd silicium. dat voor de sedimentatie
nodig werd geacht, was het rest-aluminiumgehalte na s&hentatie
cirka 10 B 11 maal
hoger dan na flotatie, waarvoor geen vlokhulpmiddel nodig bleek t e zijn.
Bij beide installaties bedroeg de vlbkvormingstijd 45 minuten. Deze vlokvonniingstijd
voor zowel de sedimentatie als de flotatie
was gekozen op basis van het gegeven, dat
De in de praktijk toqepaste saturatiedruk
bedraagt cirka 7 ato, met een recirkulatiepercentage van 10 % ten opzichte van de te
behandelen waterstroom. De karakteristieke Afb. 7.
afmetingen van deze flotatiebassins zijn:
diepte c ~ k 1,80
a m en lengte cirka 3,50 m,
terwijl breedken tot 15 m zijn toegepast.
De oppemlaktebelastingin deze installaties
ligt in de buurt van 10 B 11 m3/m2/h.
In december 1974 ben 'ik in de gelegenheid
geweedt een drietal flohtie-installaties van
dit type te bezichtigen in Zuid-Zweden.
Bezocht zijn een tweetal drinkwaterproduktierbedrijven )inCharl'otteberg en Amotfars,
met elk de produktiekapaciteit van 100m3/h,
en een proceswaterprod~ktiebedrijfvan de
pulp- en papierfabriek Uddeholnas AB in
Skoghall m a de produktiekapaciteit van 600
m3/h. Het meest opvallende dat wij tijdens
het bezichtigen van deze instdaties hebben Afb. 8.
kunnen waarnmen, was de zeer goede verwijdering van de aluminiumvlokken door
mitide1 van de flotatie.
Bij deze drie flotatie-eenhedenbedroeg het
restaluminiumgehaltein het flotatie-effluent
cirka 0,2 mg/l.
Ten aanzien van dit resultaat dient vermeld
te worden dat de menging van het alumi-
deze tijd nodig bleek te zijn voor het sedimentatieproces.
Met dit AKA-systeem zijn reeds gedurende
cirka 1,s jaar experimenten uitgevoerd in
Nederlanid, zoals v&erop zal worden beschreven.
Tijdens het WRC-symposium in juni 1976
is door de firma A. B. Purac, Zweden, het
systeem 'Flofiltratie' gepresenteerd (afb. 8).
Door deze firma, die eveneens sinds de
zestiger jaren fldtatiesystemen heeft ontworpen, is de bddem van het flotatiebassin
dtgevoerd als een konventioneel zandfilter
of een meerlagenfilter. De bedrijfsvoering
van het flo(tatie)-filter hoeft, votgens persoonlijke mdedefingen van de medewerkers
van genomde firma, niet afwijkend te zijn
ten opzichte van de bedrijfsvoering van een
gescheiden flotatie-eenheid en filtratieeenheld.
De toegepaste oppemlakte belastingen voor
deze flo'tatie-systemen zijn gdegen tussen
6 en 10 m3/m2/h.
Zoals bekend liggen deze oppervlakte belasw e n in dezelfde range als de normaal
voor zandsndfilters en meerlagenfilters toegepaste filtersnelheden.
Door de presentator van dlt onderwerp,
B. Rosen van de firma A. B. Purac, zijn
tijdens het WRC-symposium bijzoader
weh'g ontwerpgegevens bekend gemaakt.
Een voofbedd wefd gesteld, namelijk een
waterzuiveringsbedrijf in Finland, met een
filteroppenflak van 4 x 45 m2 en een bijbehorend oppemlak van 4 x 57 m2 voor het
flotatiebassin. De verwijdering van de
drijvende slibdeken kan bij d t systeem
plaatsvinden cioor verhoging van de waterspiegel tijdens het terugspoelen van de filters
of door kontinu werkende schrapers. Als
groot voofdeel van deze flofilh-atie werd
verme1'd: de aanzienlijke besparingen op de
investeringskosten.
IV. Nederlandse bevindingen
In de zomermaanden van 1975 ben ik als
Dm-medewerker in Rotterdam in de
gelegeubeid geweest, om een vier maanden
durend onderzoekp~ogrammadoor te
werken met een flotatie-installatie en bijbehorende vlokvormingsinstallatie, die was
ontworpen op basis van het AKA-systeem,
overeenkomstig het schema van afb. 6.
In afb. 9 is een fotografische opname van
d a e prodinstallatie weergegeven.
Dit onderzoek is indertijd uitgevoerd in opdracht van de NV Waterleklingmaatschappij
Noord-West-Brabant en mede onder begeleiding van de KIWA-kommissie Vlokvorrning en Vldkverwijdering.
De belangrijkste karakteristieken van deze
prodinstallatie waren:
.
- statische mewing,
- twee dokvormingskompartimenten,
- acht n o d e s van het type naaldafsluiter,
- afmeting flotatiebassin: 3,s x 1 x 1,80 m,
- dissolved-air-methodemet werkkimk
cirka 7 ato.
Ui'tgaande van ruwwater, dat na een transportchloring vanuft de Biesboschspaarbekkens werd aangevoerd, is een coagulatie
met 8 110 ppm Fe3+, zonder vlokhulpmilddel en met een pH-korrekkie, Poegepast.
De belangrijksteresultaten uit dit anderzoek
zijn geweest:
- De effluentkwaliteit,uitgedrukt in Fe
mg/l, na flotatie wefd nauwelijks be?nvloed
door wijzigingen in de hydraulische belasting in de fldtatiebak.
De doorzet is gevarieefd van 30 tot 60 m3/h,
hetgeen korrespondeert met de oppemlaktebelasting van 8,6 respektievelijk 17,2
m3/mZ/h en met 'demesbelasting van respektievelijk 30 en 60 m3/m1/h.
- Wijzigingen in het recirkulatiepercentage
tussen 3,s % en 10 O/o van de hoofhtroom
gaf eveneens geen merkbare kwaliteitsverschillen voor het flotatie-effluent.te zien.
Beneden 3,s % was we1 een duidelijke
invloed merkbaar.
- De slibstroom kon worden gereduceerd
tot 0,2 B 0,3 % van de hoofdstroom, mits
gsbruik werd gemaakt van de schrapers.
- Zeer frappant was de konstatering, dat
het aantal vlokvormingskompartimenten
we1 een duidelijke invloed op de kwalltdt
van het flotatie-effluentheeft vertoond.
Met twee dokvormingskompartimenten
b d o e g h b Fe-gehalte in het flotaYieeffluent 0,7 B 1,4 mg/l, afhankelijk van de
andere procesomstandigheden; na buiten
bedrijfstelling van CCn der beide kompartimenten, bedrog het Fe-gehalte in h d
fldtatie-effluent 1,9 1 2,6 mg/l, dus een
faktor 2 1 3 hoger.
Zonlder gebruikmakiing van de vlokvormingskompartimenten st- het Fe-gehalte
na flotakie tot wadden van 5 mg/l en hoger.
- Bovendien Meek dat de vlokvolhlingstijd, welke is gevarieerd van 8 min. t& 22
min., nauwelijks een invloed heeft vertoond
op de effluentkwaliteit na fldatie.
Afb. 9.
Op basis van deze proefresultaten met het
Biesb'oschwater heeft de Waterleidingmaatschappij Noord-West-Brabant dnd 1975
besloten een drinkwaterprodulctiebedrijf te
onhverpen, waarbij M d t i e l s voor de
flotatie de vdgende parameters zijn gehanteerd:
- mesbelasting: 49 m3/m1/h.
- oppervlaktebelasting: 14 m3/m1/h.
- recirkulatie: 8 % bij 7 ato werkdruk.
door de DWL 's-Gravenhage zijn uitgevoerd
met Andelse Maaswater, zijn de praefresultaten welke door mij en mijn toenmalige
medewerkers van de DWL Rotterdam zijn
verkregen met Biesboschwater en m d
dezelfde proefinstallatie, gereproduceerd.
Over'ige interessante proefresultaten, die met
de proefinstdatie te Brakel zijn verkregen,
zijn:
- de beste flotatieresultaten worden ver-
kregen met de hoogste roerintensiteiten, die
bij de vl'okvornhg konden worden ingesteld. (G = 63 sec-1 voor elk kompartiverblijftijd minimaal 16 minuten.
mentl
Op het moment van deze besluitvorming,
- bij lagere watertemperaturen is h d droge
heeft de Waterleidingmaatschappij Noodsrofgehalte van het flotatieslib lager (bij
West-Bra'bant het onderzoekpfogramma
3OC - cirka 1,2 %) dan bij hogere temperastopgezet, omdat men in de wetenschap ver- m e n (bij 22°C - cirka 4 gew.%).
keerde, dat het flotaitieonderzoek zou worden voortgezet met dezelfde proefinstallatie - wanneer het aanta.l nozzles van 8 per m1
wordt teruggebracht tot 4 stuks per ml,
door de Duinwaterleiding 's-Gravenhage,
neemt het Fe-gehalte in het flotatie-effluent
in samenwerking met het KIWA en de TH
toe met slechts 0,l k 0,2 mg/l.
Delft, met Andelse Maaswater.
Het programma voor het toekomstig onderDe mogelijkheid van verfijning van de
zoek aan flotatie, welke met de proef onderzoekresultaten en eventuele nadere
installatie te Brakel onder auspicien van de
onderzoekingen bleef dus voortbestaan.
De invloed van lage wateftemperaturen, de Duinwaterleiding te 's-Gravenhage en de
KIWA-werkgroepwordt uitgevoerd, bevat
flohtieslibkarakteristieken,varianten van
ondermeer:
het type nozzle, etc. momten nog worden
vastgesteld of worden onderzocht.
- Bedrijfszekerheid van het Botatieproces
Hieman is dan ook door de Waterleidingen de optirnalisatie van de procesparameters.
maatschappij Noord-West-Brabant in het
afgdopen jaar vruchtbaar gebruik gemaakt. - Onderzoek naar de betrouwbaarheid van
Het ontworpen zuiveringsbedrijf is geprode mechanische en regel-technischeapparajekteerd in de gemeente Zevenbergen. In
tuur voor het oplossen van de lucht in de
fabruari 1977 kon met de bouw worden ge- recirkulatiestroom.
staft. Volgens planning zal het zuiverings- Varianten van nozzle-systemen worden
station 1 januari 1979 in gdbruik worden
uitgstst.
genomen.
- Verwerking van het flotatieslib met en
Met de proevenseries, die tot januari 1977
- drie vlokvormingskompartimenten met
-
Horizontale
bezinking
Installatie
a. Oppervlakte belasting m3/mZ/h
b. Ruirntebeslag
Platenafscheiders
Flotatie
afscheider, gekombineerd met een indikker
is gebleken, dat bij droge srofpercentages
van 4 O/o en meer, het slib gaat stinken en
verkleuren, en dat in ernstige mate de aanvankelijk gebonden organische stoffen weer
gaan loslaten.
Exploitatie
a.
b.
c.
d.
Bereikbaarheid van de onderdelen
Onderhoud
Energieverbruik
Chemicalienverbruik
a. Vlokvonnings
- tijd (min.)
- aantal kompartimenten
b. Rendement
c. % d.s. slib
TABEL I.
zonder een tweede flotabietrap voor de slib- Aantal vlokvormingskompartimenten.
V. Waarom flotatie?
Om een antwoofd te kunnen geven op d a e
vraag is een vergelijking gernaakt tussen de
horizontale bezinking in ronde of rechthoekige be'kkens, platenafscheiders en de
flotatie als vlokvemijderingssptemen bij de
coagulatie.
Naar aanleiding van tabel I dienen de
volgende opmerkingen gernaakt te worden.
Bij platenafschtiders is de diepte van de
waterbakken 2 m of meer. Als direkte slibindikking wordt toegepast, is de benodigde
diepte al gauw c2ka 4 meter.
Voor de dlirekte slibindikking bij flotatie is
geen extra volume vereist, terwijl de diepte
van de flotatiebassins beperkt kan worden tot 1,80 m of wellicht nog minder.
Flotatiebassins worden uitgevoerd als ondiepe bekkens met een relatief klein oppervlak, waarin zich nagenoeg geen onderdelen
bevinden.
Onderhoud, met name het schoonspuiten ter
verwijdering van bezonken materiaal zal
daardoor ook gemalckelijk uitvmrbaar zijn.
Het energieverbruik is bij flotatie duidelijk
hoger. Als het recirkulatiepercentage 10 O/o
bedraagt bij een lucht-oplosdruk van 7 ato,
is het extra energieverbruik hiervoor cirka
30 Wh/m3, in kosten uitgedrukt is d'it cirka
0,3 cent per m" te behandelen water.
Blijkens de ervaringen in Engeland is echter
te verwachten, dat met een lager energieverbruik en met een lager recirkulatiepercentage de flotatie met succes is toe te
passen.
Het chemicalienverbruik is bij flotatie lager
dan bij sedimentatie. Tot nu toe is gebleken
dat geen vlokhulpmiddel nodig is, wanneer
flotatie wordt toegepast. Wij kunnen nu
reeds stellen, dat de vlokmiddeldosis even-
Flotatie is het proces, waarmede door middel van aanhechting van zwevende stoffen
aan luchtbellen de mogelijkhezd wordt geboden de vlokverwijdering bij de coagulatie
van oppervlaktewater te doen plaats vinden
in plaats van met sedimentatie-systemen.
Het aantal luchtbellen en de fijnheiki van de
mikro-luchtbellen zijn in hoge mate verantwoordelijk voor de efficientie van het
<I%
<6 %
<8 %
flotatieproces bij coagulatie.
De methoden van de ludhtinbreng of gaseens lager dan bij sedimentatie kan zijn.
inbreng zijn sterk gevarieerd en diverse sysDe mate van de besparingen zijn voor
temen zijn reeds operationeel.
Nederlandse omstandigheden nog niet exact Samenvattemi kan nu reeds, mede op grond
vastgesteld kunnen worden, evenals de
van buitenlandse e ~ d i n g e nworden
,
gem a t geschikte verwerkingsmethode voor
steld, dat flotatie bij de drinkwaterbereiding
het gefloteerde slib, wailrbij voor verdere
de volgende voofdelen ten opzichte van
indiklcing zeer waarschijnlijk eveneens
andere meer bekende platenafscheiders biedt.
geen chemicalien nodig zullen zijn.
- Lagere overall-kosten.
Aangetoond is reeds dat de verwijdering van
- Betere kwaliteit van het effluent en van
algen effektiever plaats vindt door middel
van flotatie, maar zoals gebleken is uit diep- het eindprodukt.
gaand onderzoek aan de 'I'H te Delft, uit- Gemakkelijker in onderhoud.
gevoerd door ir. Wjllardt, is voor voldoende - Flexibder procesvoering (dosering, vlokverwijdering van de algen een adequate
vorming, oppervlaktebelasting).
coagulatie altijd een vereiste. Door flotatie
De grootte van deze voordelen dient proefalleen blijft de verwijdering ver beneden
ondervindelijk nog vastgesteld te worden.
het gewenste niveau.
Wellicht zal het echter niet zo kunnen wor- Gezien het feit, dat flotatrie wordt toegepast
den, dat de besparingen op h& chemicalien- voor verwerking van industtieel afvalwater
verbruik de extra energiekosten d e n kun- en voor indikking van slib afkomstig uit
afvalwaterzuiveringsinstallada,is het aannen dekken.
De vlokvorming voor flotatie in het coagu- nemelijk dat niet d e e n de Bchtbelaste
oppervlaktewateren,maar ook de zwaardere
latieproces moet volgens mijn overtuiging
tot doe1 hebben: het verkrijgen van hxdividu- belaste oppervlaktewateren geschikt zijn om
door middel van flotatie gezuiverd te woreel waarneembare vloldren met een zo uniden, mits een adequate coagulatie kan worform mqelijke vlokgrootteverdeling.
den toegepast.
G d e n de blijkens de praktijkervaringen
benodigde kortere vlokvormingstijden en het
kleiner aantal vlokvormingskompartimenten
behoort een besparing op bouwkosten tot
de realiteit.
Blijkens de praktijkervaringen in Zweden is
het mogelijk een zeer hoog vlokverwijderingsrendement met flotatie te verkrijgen,
waarbij het restvlokmiddelgehalte een faktor
5 k 10 lager kan zijn dan bij sedimentatie,
mits de juiste voorwaarden ten aanaien van
praktische uitvoefing van de flotatie aanwezig zijn.
Indikkingsproeven hebben aangetoond dat
droge stofpercentages tot 10 O/o door middel
van flotatie bereikbaar zijn met coagulatieslib, zonder dat zich stankbezwaren gaan
voordoen.
Bij indikbingsproevenmet een platen-
Chloor en chloorprodukten
1. Inleiding
De doelstellingen van een oxidatieve
behandeling van ruw water met choor of
chloorverbinden zijn: ten eerste desinfektie,
ten tweede oxidatieve afbraak van daarvoor
geschikte organische stof, in hoofdzaak
tot uiting komend als bleking van de natuurlijke humuskleur, en in sornmige gevalIen
oxidatieve verwijdering van muffe of
gronderige smaak.
Het element chloor heeft nog een derde
werking, nl. verwijdering van sporen
ammoniak uit het water. Deze laatste eigen-
DRS. J. J. ROOK
Gemeente Drinkwaterleiding
Rotterdam
schap hebben de chloorverbindingen chloraat, chloordioxide en chlooramine niet.
Als oudst bekende toepassing van chloor
voor desinfektie noemt het handboek van
de AWWA, Water Quality and Treatment [I] de toevoeging van chloorbleekloog
in Middelkerk in Belgie in 1902. Spoedig
volgden studies van Sir Alexander Houston
van de Londense Metropolitan Waterboard [2]. waarbij men vaststelde dat een
chloordesinfektie een goed alternatief was
voor langdurige opslag en zandfiltratie van
besmet water. In de Verenigde Staten leidde
de toepassing van chloor in 1908 tot een
proces door de gemeente New Jersey City
tegen de plaatselijke Water Supply Company. De uitspraak was, dat chloor geen
schade deed aan de volksgezondheid, terwijl
de bakteriedodende werking onomstotelijk
was aangetoond door E. G. Phelps. In 1976
bleek dat het kan verkeren, toen de EPA
in de VS het ontstaan van minieme sporen
gezondheidsschadende gechloreerde
bijprodukten vond.
Een ander aspekt werd door Houston in
1919 [3] gemeld, nl. de smaakverbeterende
werking van chloor op gronderig rivierwater. Sir Houston voegde aan het ruwe
water een grotere dosis chloor toe dan nodig
was voor de sterilisatie, gewoonlijk in de
orde van 1 B 2 mg/l, en nam deze ovemaat
na een uur inwerkingstijdweer weg met een
reduktiemiddel. Hij noemde dit proces
'superchlorination', dus overchloring.
In de twintiger jaren werd ontdekt dat
sporen fenol, die toen nog door de overal
voorkomende steenkoolgasfabrieken in het
oppervlaktewater werden geloosd, bij een
lichte chloring aanleiding gaven tot intens
vies smakende chloorfenolen. Adams [4]
beschreef dat die smaak verdween indien
genated Organics) werd gerapporteerd door
een 30 B 40-voudige overmaat chloor
t.0.v. fenol werd toegepast.
Symons et a1 [7]. Zij vonden voor 80
De invloed van ammonium op de chlooronderzochte bedrijven een bevestiging van
behandeling werd doorzien in de jaren 1940 de Rotterdamse waarnemingen, die in
hoofdzaak met humuszuur-extrakten waren
en 1941, toen Griffin en Chamberlin [5]
het breekpuntsprincipe ontdekten. Dit is
verkregen; nl. de vorming van halof ormen
dus iets anders dan de eerder genoemde
is sterker bij hogere koncentraties organioverchloring, die geldt voor water waarin
sche stof, een hogere chloordosis veroorgeen of zeer weinig ammonium voorkomt.
zaakt meer halof ormen en hogere pH
bevordert de halofomvorming, hetgeen
Bij aanwezigheid van N)4-ion, ziet men
bij die bedrijven die met loog ontharden en
dat het toegevoegde chloor eerst als
bij hoge pH chloren inderdaad werd gevongebonden chloor optreedt, en we1 in de
den.
vorm van chlooramines. Verhoogt men de
chloordosering dan zijn na een bepaalde
overmaat de chlooramines ontleed tot stik- 2. Praktijk van de dosering van chloorstof en chloride. Bij dat punt zal elke
verbindingen
verdere toevoeging van chloor niet meer
Chloor
2.1.
als gebonden chloor, maar als vrij chloor
worden gemeten. Dit punt kan zo markant
Dit wordt geleverd als het element, dat
tot 20 OC bij 7 atmosfeer druk nog vloeizijn, dat de naam breekpuntchloring is
ontstaan. In vele wateren, vooral die met
baar is. Het wordt daarom verpakt in
veel organische stof, vervaagt het breekdrukvaten. Een andere vorm is chloorpunt tot een plateau in de kromme die het
bleekloog, d.w.z. een stabiele oplossing van
NaC10, die een hoeveelheid chloor (als vrij
verband tussen toegevoegd chloor en vrij
chloor berekend) van 150 g/l bevat. De
restchloor aangeeft. Als nadeel van chloor
wordt door de niet eraan gewende consudosering van de laatstgenoemde oplossing
is zeer eenvoudig. Voor de dosering van
ment de chloorsmaak (zwembad-watervloeibaar chloor is een verdamperinstallatie
geur) ervaren.
en een injekteur nodig. Met deze apparaDit en andere redenen leidde tot vervanturen bestaat ervaring van tientallen jaren,
ging van chloor door chloordioxide of door
zodat zij nu vrij van kinderziekten zijn.
ozon en ook we1 permanganaat als desBij 20 "C lost chloor in water op tot 7 g/l.
infektans.
Men doseert dan ook meestal via een
In de afgelopen decennia zijn de bovendeelstroom
van het water tot de gewenste
genoemde topics van breekpuntchloring,
lage doseringen, die voor breekpuntchlode smaakintensiveringvan fenol, de a1 dan
niet mogelijkheid van oxidatie verwijdering ring tot 20 mg/l en voor desinfektie 0,5
tot 1 mg/l, bedragen. De houdbaarheid
van gronderige smaak, de effektiviteit
van vrij chloor in het leidingnet is korter
van desinfektie uit en te na bestudeerd,
zonder dat zulks tot nieuwe inzichten leidde. dan van chloordioxide of chlooramines.
Een geheel nieuw gebied werd aangesneden Wij vonden in eigen praktijk bij een restchloorgehalte van 0,3 mg/l af pompstation,
toen de auteur in de jaren 1966 tot 1975
in
een groot aantal monsters in het stededoor toepassing van een op vluchtige stoffen
lijke voonieningsgebied, met verblijftijden
gerichte analysetechniek,ontdekte dat
van in hoofdzaak 5 tot 20 uur, in de zomer
chloor uit de natuurlijke humusstoffen,
in 46 % 'or monsters minder dan 0,01 mg/l
gechloreerde bijprodukten: chloroform,
a-gechloreerde ketonen, dichloorazijnzuur, terug. In de winter bij watertemperaturen
van 1 tot 6 OC, lag dat op 11 %. Chloorchloral e.d. deed ontstaan. Daar men in de
amine is langer houdbaar, zie de metingen
waterzuiveringswereld gewend was om het
in tabel 1 van het Rotterdamse distributievoorkomen van ongewenste gechloreerde
net over 1965, toen 1 mg/l chlooramine
organische stoffen aan industriele lozingen
werd gedoseerd.
toe te schrijven, was de ontdekking dat bij
de watenuiveringschloringuit onschadelijke
humuskleurstof fen precies zulke ongewenste 2.2. Chlooramine
Dit is niet als zodanig in de handel maar
gechloreerde stoffen worden bereid, een
onaangename verrassing. Het door Rook [6] het wordt eenvoudig in het water zelf
gemaakt door de gemakkelijk verlopende
gestelde (1974) dat elk natuurlijk gekleurd
reaktie met ammonium
water, of het nu oppemlaktewater is of
grondwater, humuszuren bevat, die noodClz N& = NH&l+ HC1
zakelijk tot de vorming van chloroform
Men kan dit bereiken door een stoechiomoet leiden, werd in de VS bevestigd
metrische hoeveelheid m C 1 tegelijk met
in een door het milieuministerie EPA
het chloor in het water te doseren, of door
in een arnmoniakhoudend water onder
daarna gelast ondemek van drinkwater
het breekpunt te stoppen. Dit laatste is
van Oost- en Westkust. Dit groots opgezette onderzoek 'NORS' (National
natuurlijk minder in de hand te houden
Organics Reconnaissance Survey for Halo- dan een bewuste dosering. In de tabel (1)
+
TABEL I
- Resfchloor in Sfedelijk vooru'eningsgebi'ed.
restchloor in mgfl
periode
chloordosering mg/l
zomer
winter
zomer
winter
1 NH2Cl
1 NH2Cl
0,3 vrij
0,3 vrij
1965
1965
1967
1967
is de langere houdbaarheid aan de hand
van praktijkmetingen goed te zien. Het
desinfektievermogen is laag, zie afb. 1.
2.3. Bereiding van ClOz
Om chloorvrije C102-oplossingente bereiden, moeten speciale kondities worden
gekozen. Chloorhoudende gekonsentreerde
oplossingen van chloordioxide kunnen
worden bereid uit chloraat en een reduktiemiddel, of uit chloraat en sterk zuur. Dit
berust op het uiteenvallen van HC103 in
C102 en Cl2.
In de praktijk blijkt de verontreiniging
met chloor nog groter te zijn dan volgens
de reaktievergelijking. Op de uitvoering
van de reaktie bestaan een aantal oktrooien,
die vooral gericht zijn op het gebruik van
CIOz als industrieel bleekmiddel. Deze
reakties vereisen tamelijke investeringen
in apparatuur.
In de waterzuiveringstechniek wordt veeleer
het chloriet als grondstof gebruikt, hetgeen
C102 levert in eenvoudige doseerapparaturen. Ook hier zijn er weer verschillende
mogelijkheden,
a. oxidatie van chloriet met C12;
b. aanzuring van chloriet.
Reaktie a. is eenvoudig te schrijven als:
2 NaC102
C12 = 2 C102 2 NaCl.
In de praktijk krijgt men g66n chloorvrij
produkt. De reaktie met zuur biedt, bij
zorgvuldige uitvoering, mogelijkheden.
Hier geldt als hoofdreaktie:
+
+
+
+
+
5 NaClO2 4 HC1+ 4 C102
2 H20
5 NaCl.
Echter zijn er twee nevenreakties die toch
nog chloor leveren zoals:
HC102 3 HCl + 2 Clz 2 HzO.
De bate rendementen verkrijgt men met
zoutzuur bij pH kleiner dan 0,5.
Het is mogelijk het onzuivere ClOz-gas
met lucht of stikstofgas uit het reaktiemengsel uit te blazen en daarna van begeleidend chloorgas te bevrijden door het gas
te wassen in een oplossing van NaC102.
Hierin reageert het te verwijderen chloor
als volgt:
2 NaCIOz Clz + 2 CIOz 2 NaCl.
+
+
+
+
+
HYPOCHLORITE
redoxpotentiaalverlaging van chloor in
water bij pH-verhoging, is in overeenstemming met de minder steriliserende werking
van het hypochloriet-ion dan van het
onderchlorigzuur HClO.
Een illustratie hiervan geeft afb. 2, ontleend
aan Carlson [8]. De experimenten over de
afdodingstijd van E. coli met chloor bij
verschillende pH kan Carlson uitstekend
verklaren als een door redoxpotentiaal
bepaald effekt.
Geheel analoge waarnemingen, maar nu
met de desaktivering van virussen, verkreeg
de deense virologe E. Lund [9]. Viruseiwit
kan overigens een aantal bijwerkingen
doorstaan die bakterien de dood kosten:
zo verdragen virussen gemakkelijk diepvriezen en uitdroging. Ebba Lund stelde
experimenteel vast, dat voor de redoxpotentiaal van het systeem virus oxidans
geldt:
+
HYPOCHLOROUS ACID
-
Ajb. 1 Vergelijking van kiemdodend effect van
onderchlorig zuur, hyprochloriet-ion en monochlooramine, onfleend aan White [ I S ] .
3. Verschillen in desinfekterende werking
tussen chloor, chlooramines en chloordioxide
Wij behandelen deze drie anorganische
chloorverbindingen. De organische vinden
beperkt toepassing in zwembaden.
Zoals te verwachten berust desinfektie op
beschadiging van essentiele delen van
levend materiaal. Vele enzymen zijn zeer
gevoelig voor oxidatieve beschadiging.
Het is dan ook niet verwonderlijk dat een
aantal onderzoekers verband legt tussen de
redoxpotentiaal en desinfekterendewerking.
Een stof die een lagere redoxpotentiaal
heef t zal minder ef fektief bakterien doden
dan een stof met een hoge redoxpotentiaal.
Op die wijze bezien, is het duidelijk dat
chlooramines minder effektief werken dan
chloor in de vorm van HClO. Ook de
Ajb. 2 - Sferilisatietijd voor E.coli als funktie van
de E; ontleend aan Carlson [8].
+
+
+
2. Red + q(H20) = Ox + m H + + ne-,
1. (virus) q (HzO) = (geinaktiveerd
virus)
mH+
ne-
e- is hier het elektron dat een oxidans
opneemt bij oxidatie van de reducerende
stof.
RT
(Ox)
rnRT
3. E = E , +-ln--pH.
nF
(Red)
nF
De hoogte van de oxidatiepotentiaal E
bepaalt de koncentratie der elektronen in (2).
Lund geeft voor het verband tussen E en de
virus-inaktiveringssnelheidK een exponentiele funktie:
K = k . ecE.
De vergelijking van de inaktivering kan als
reaktie van de eerste orde worden geschreven:
dy
- - k y ecE,
dt
of na integratie:
Y
Hierin is yo beginkoncentratie der virusdeeltjes en y de koncentratie op tijd t. Een
dergelijk l e orde verband voor afsterving
van bakterien onder invloed van afdodingsbewerkende milieufaktoren wordt in leerboeken -wat sirnplistisch - onder de
naam wet van Chick gepresenteerd. Vgl.
3 geeft de waarde van E voor verschillende
koncentraties en pH. Men ziet bijv. voor
chloor de werking afnemen bij pH-verhoging. Lund vond experimenteel, dat
reoviren (respiratory enteric organisms)
door een bepaalde redoxpotentiaal even
snel werden geinaktiveerd als enteroviren
(bekende zijn Polio- en Coxsackie virussen).
De oxidatie inaktivering van adenoviren
blijkt ook van de redoxpotentiaal afhankelijk, maar hier vond Lund 'k' groter. Het
proces verloopt sneller. Lund beveelt dan
ook voor de beoordeling van afvalwaterdesinfektie aan, uitsluitend te letten op
enteroviren, bijv. Polio- of Coxsackie-virus.
De analoge wetten die voor de verbanden
tussen redoxpotentiaal en het afdoden van
virussen en bakterien gelden, zouden wijzen
in de richting van een eiwit-destruktie
door oxidatie.
Tevens wordt door de genoemde wetten
duidelijk, dat er niet Mn bepaalde koncentratie algemeen geldig is, hetzij van
chloor of ozon, KMn04 of CIOn, die
afdoende garantie geeft voor desinfektie
van alle watersoorten. Immers andere
waterinhoudsstof fen vormen onderling
verschillende en konkurrerende redoxsystemen. Voor afvalwater met meer reducerende stoffen, moeten hogere koncentraties
en langere kontakttijden in acht worden
genomen. Voor drinkwater geldt dat
humusrijk (bruingekleurd) water meer
oxidans zal verbruiken alvorens een voldoende hoge redoxpotentiaal kan ontstaan
voor de desinfektie dan kleurloos water.
Eigen ewaring in de proefinstallatie van
DWL-Rotterdam heeft geleerd dat voor
spaarbekkenwater binnen 30 seconden aan
de chloowraag is voldaan. Dit water heeft
een totaal organisch koolstofgehalte van
rond 6 mg/l, in hoofdzaak uit fulvinezuren
bestaand. Het chloorverbruik bij de eerste
maal doseren blijft beperkt tot ca. 2 mg/l.
In de praktijk stelt:men een restchloorgehalte van 0,5 tot 2 mg/l voor de desinfektie die in een 30 minuten kontakt wordt
gehandhaafd. Het voordeel van chloor
is dat het eigen verval voldoende traag
is om een half uur lang de gewenste koncentratie te kunnen houden.
Zoals uit het onderzoek van Carlson met
bacterien, en dat van Lund met virussen
naar voren is gekomen, is een hoge redoxpotentiaal gunstig voor de desinfektie. Een
orienterende vergelijking van de hoogte
van de redoxpotentiaal van een systeem
geeft de normaalpotentiaal E,, dat is de
potentiaal die ontstaat bij 1 normaal koncentraties gemeten t.0.v. waterstof. De hoogste
oxidatiepotentiaal (onder deze tamelijk
gekoncentreerde omstandigheden) heeft
ozon met 2.07V, dan volgt chloor met
1,36V, broom met 1,07V, jodium met
0,58V.
CIOz heeft we1 een hoge potentiaal van
1,9V als men de reaktievoorwaarden zo
kiest (sterk zuur) dat 5 elektronen worden
opgenomen, maar dat geldt slechts voor
laboratoriumomstandigheden. In het water
neemt C102 slechts 1 elektron op, de redoxpotentiaal is dan 0,95V. Omdat met dit
Bne elektron zonder tussenkomst van
H+-ionen het chlorietion ontstaat, blijft
de redoxpotentiaal onafhankelijk van de
pH. Bij chloor en chlooramine daalt die
-
Afb. 3 Redoxpotentiad van chloor en chloordioxyde als funktie van de pH: ontleend aan
Axt [lo].
potentiaal bij hogere pH. Het konstant zijn
van de oxidatiepotentiaal van C102 is een
voordeel voor waters die een pH groter
dan 8 hebben. Zie de aan dr. Axt [lo]
ontleende grafiek in afbeelding 3.
Terugkerend naar de onderlinge verschillen
der in de waterzuivering gebruikelijke
chloorverbindingen,moet nog iets worden
gezegd over de chlooramines. Bekend is,
dat ammonium in water door een passende
hoeveelheid chloor wordt omgezet in
chlooramines, in eerste instantie monochlooramine. Dit heeft een lagere oxidatiepotentiaal dan chloor, maar heeft als
voordeel de veel langere levensduur dan
vrij chloor. Men kan met enkele tienden
milligram per 1 chlooramine gemakkelijk
meetbare koncentraties aan tappunten
handhaven na 24 uur verblijftijd. Een dosering van enkele tienden mg/l chloor is
maar enkde uren houdbaar. Daartegenover
staat, dat de desinfektie door chlooramine
veel minder werkzaam is, zie afbeelding 3.
De onderbroken kurve laat zien dat de
redox-potentiaalveel lager is dan die van
chloor, ja zelfs zo laag, dat bij pH 7 tot 8
het gebied wordt bereikt, waarin volgens de
proeven van Carlson [8] de bakterien een
kontakttijd van 1 minuut ruim k u ~ e n
overleven. Zie het door de gestippelde
kromme aangegeven gebied. Daarbij komt
dat chlooramine toch altijd nog een chloorsmaakbezwaar heeft. Dit smaakbezwaar
heeft C102 niet. Hier is voor het ogenblik
echter nog niets bekend over mogelijke
toxische effekten bij langdurig gebruik.
Zo heeft, wat sterilisatie betreft, elke chloorverbinding zijn eigen specifieke voor- en
nadelen. Als voordeel van ClOz zou eventueel nog genoemd kunnen worden, dat
het niet door ammonium wordt verbruikt.
organische stoffen door chloordioxide,
waaraan wij de volgende reakties ontlenen:
Voor de oxidatie van fenol en monochloorfenolen in de koncentraties van 0,01
tot 0,l millimol/l(0,94 tot 9,4 mg/l) worden per molekule fenol twee molekulen
ClO2 verbruikt. Interessant is, dat het
oxidans voor 90 OJo als chlorietion C102 ,
wordt teruggevonden. Ook hier weer blijkt
dat C102 per mol slechts 6 h electron
heeft opgenomen. Masschelein citeert Pools
onderzoek waaruit bleek dat als oxidatieeindprodukten van fenol, via het intermediair chinon, in hoofdzaak dicarbonzuren ontstaan doch de laatste pas na
landurig kontakt en bij overmaat C102.
Als nevenreaktie zou toch nog enige chloorsubstitutie plaatsvinden.
Bij ondermaat ClO2-dosering blijft de
reaktie steken bii chinonen. zodat er dan
niets gewonnen is, chinonen zijn ook ongewenste stoffen.
Ook W. v. d. Meent [12], die de oxidatieprodukten van fenol met ClO2, dat hij
zorgvuldig van vrij chloor had gereinigd,
kreeg uit fenol chinon, met als bijprodukten rond 1 B 2 OJo gechloreerde chinonen,
3 % orthochloorfenol,parachloorfenol, en
ca. 0,s OJo 2, 4, 6,-trichloorfenol. Bij deze
proef was echter gC6n overmaat CIOa
toegepast (0,8 mol CIOa op 1 mol fenol).
In een proef met 3 fenol C102 per mol fenol
ontstonden, na uur reaktietijd bij neutrale pH, vooral chinon, en sporen monoen dichloorchinonen.
De oversimplifikatie dat fenol de enige
smaakbedervende stof was die bestreden
m o s t worden, heeft tot ver in de zestiger
jaren nagewerkt. Pas na 1965 is, dankzij
de gaschromatografie en massaspektrometrie, duidelijk geworden dat rivierwater,
dat met een uitdmkking van W. Stumm
'zivilisatorisch' is belast, enkele honderden
onnatuurlijke organische stoffen bevat van
zeer uiteenlopende aard.
Alleen a1 een stof als p-dichloorbenzeen
die geregeld in 1 tot 3 ppb concentraties
in de Rijn voorkomt, geeft minstens zoveel
smaakbezwaren.Het is een utopie te denken
dat allerlei gesubstitueerde aromaten door
oxidatie, bij de lage temperatuur van het
reaktiemengsel rivierwater en oxidans,
met de begrensde koncentraties en kontakttijden, tot de eenvoudige eindprodukten
koolzuur en water zouden zijn te oxideren.
De organische chemie leert dat temperatuurverhoging tot v&rboven die van de waterzuivering nodig is om de benodigde
aktiveringsenergie voor zulk een reaktie,
zelfs als die exergoon verloopt, op te bren4. Oxidatie en nevenreakties van organische gen. Toepassing van katalysatoren zal in
het zeer verdunde waterige milieu nauwestoffen in water
lijks een oplossing bieden.
4.1. Masschelein [I 11 geeft een uitgebreid
Welke organische stoffen, die in het te
literatuuroverzicht over de oxidatie van
zuiveren water voorkomen, zijn dan we1
Afb. 4
- Reactieschema voor het
-
o n t s t m van gechloreerde produkten uit een humuszuur bouwsteen.
hogere chloordoseringen en langere kontakttijden alle precursorstoffen worden
gechloreerd en tot brokstukken van twee
of meer koolstofatomen worden afgebroken.
Zo ontstaan trichloorethyleen, tetrachloorethaan, dichloormale'inezuur, tetrachlooraceton en vele andere gechloreerde ketonen
en carbonzuren. De gebruikelijke chloorbehandeling van water levert in hoofdzaak
chloroform op, en bij aanwezigheid van
bromide in het water ook nog CHC12Br,
CHClBr2, CHBr3.
Het onderzoek naar de invloed van deze
stoffen op de gezondheid is nog niet afgesloten. Er is daarom nog geen grenswaarde
voor de koncentratie vastgesteld. Het ziet
ernaar uit, dat door aanpassing van het
zuiveringssysteem zodanig dat de chloring
plaatsvindt na efficiente verwijdering van
de organische stof, de haloformvorming
goed in de hand kan worden gehouden.
Daarmee kunnen de positieve eigenschappen
van chloor als desinfectans behouden
blijven.
Litcratnur
1. Handbook; Water Quality and Treatment
(1971), prepared by AWWA, 3rd Edn. McGraw
Hill.
2. Houston, A. C., 1913, Studies in Water Supply
McMillan, London.
3. Houston, A. C., 1919, 13th h n u a l Report,
Metrop. Water Board, London.
4. Adarns, B. A., Water and Water Eng., 33
(1931) 387.
5. Griffin, A. E. and Chamberlin, Journ. New
England WWA 55, (1941), 371.
6. Rook, J. J., Water Treatment and Exam. 23.
(1974), 234.
7. Symonds, J. M., Bellar, T. A., Carswell, J.,
DeMarco, J., Kropp, K. L., Robeck, G. C.,
Seeger, D. R., Slocum, C. J., Smith, B. L.,
Stevens, A. A., Jour. AWWA, 67 (1975) 634.
8. Carlson, S., 3. Vortragsreihe Wassertechnologie,
Nov. 1968, Schriftenreihe des Vereins WauerBoden- u. Lufthygiene, 31, Gustav Picher Verlag,
1970.
9. Lund, E., 1968, ibidem. p. 41.
10. Axt, G., ibidem, p. 105.
11. Masschelein, W., Lnr oxides de chlore et le
chlorite de sodium, Dunod, Paris, 1969.
12. Meent, W. van de, Pers. mededeling.
13. Sontheimer, H., Relationship between Water
Supply and river Rhine, 11th WSA-congress,
Amsterdam 1976.
14. Rook, J. J., Envir. Sc. and Technol. 11 no. 5,
(1977), 478.
15. White, G. C., Handbook of Chlorination,
Van Nostrand Reinhold Cy, New York 1972.
Slow sand filtration
grains, there is no special m e in excessive
oleaning which would remove many of these
A slow sand filter is basically a hole in the
bacteria. Alternatively, in very small filters
ground containing sand with space above
in areas where adequate quantities of clean
it 'to holki water to a depth sufficient to
provide the pressure necessary for the water sand are readily available, it might be more
economic t o discard the dirty sand and
to flow through the sand. Underneath the
replace
it with new sand.
sand some means of coflecting and removing
the water must be provided. Alternatively,
The depth of sand that is used will depend
a filter can be buUt entirely above ground
on locd circumstances and is influenced by
level or partly above and below ground
the quality of the untreated water and the
level. There are, therefore, many means of
rates of filtration. Generally speaking, the
construction that can be adopted, from the
poorer the quality and the greater the
very simple, suitable for developing
filtration rate, the greater the depth of sand
should be. But in any case after several
layers of sand have been removed for
repeated cleanings, the depth of sand left
will be less than that required for effective
filtration. It then becomes necessary to
restore it to its original depth by returning
the washed sand. This should not be done
simply by placing the clean sand on top of
old sand. In this way the bottom sand
woulid never be cleaned, particulate matter
countries with limited means and expertise,
would increase over the years, eventually
to the highly sophisticated, incorporating
filling the interstices and reducing flow rates.
all the most modern mechanical aids.
Furthermore, with some hard waters particularly with high bicarbonates, carbonates can
Methods of Operation
crystatlise around sand grains binding them
Rates of flow are usually measured linearly tagether in large, hard lumps Which cantlot
as the vertical flow of the top water through be removed by sk'imming or broken up by
the sand and slaw sand filters can be
washing. Resanding is, therefore, canied
operated from rates as low as 0.6 m per day out by diigging a trench at one end of the
and have been operated up to 12 m per day. bed, either by hand or &ith a mechadcal
The more usual rates, however, are nearer
trench digger, tipping the clean sand in the
2 to 5 m per day, depending on individual
trench, then digging another trench dongcircumstances. After a period of operation
side, throwing the bottom sand on top of
usually lasting several weeks, the accumula- the clean sand and repeating this process
tion of particulate matter on and in the bekl across the whole bed.
restricts the flow so that filtration rates
cannot be maintained with the head availBasic Principles
able. It is then necessary to remove the top
Biological Activity
layer of 2-3 cm of sand with the atten&nt
particulate matter and wash it.
A slow sand filter should not be regarded
This layer of sand can be removed by
just as a mechanical sieve which removes
labourers with shovels and hand barrows
particulate matter by physical and mechanical forces. These do play a paft in its
or by highly mechanised equipment that 5s
either driven on to the bed surface or is
operation but only a minor part of the
operated from gantt'ies on rails on the walls overafl function. Much has also been written
of the filter. If gantries are used, there is
in the past about the importance of the
formation of the surface 'zoogleal layer' or
an economic limit to the did$h of the bed
that can be construded. There is, therefore, 'smutidecke' Which was alleged to be
a wide range of adaptability to suit local
necessary to bring about the physical
condibions and the nature of the work force sieving effect. Most recent work, however,
available.
has shown that this surface layer is unneThe sand that is removed must then be
cessary and efficient filtration is achieved
washed and there are a variety of sand
without it (Report, 1971-73).
The main quality improvement is brought
washing plants that can be used for this
about by beneficial micro-organismswhich
purpose, most of which require pumping
of water to achieve the necessary agitation. live and grow in the filter bed. Many of
The main purpose of this washing is to
these organisms are specific filter bed
restore to the sand its ability t o permit its
organisms and have found in the filter bed
original flow rate capacity. As the efficient a habitat that is particularly suitable for
their activity. Many of 8hese organisms are
function of a slow sand filter is dependent
uncommon in the untreated water and in the
to a very large extent on the microorganisms which are attached to the sand
filtered water but are abundant in the filter
General Ccmstruction
(Report, 1971-73).Their activities may be
considered in two groups.
Nutrient Utilisation
Firstly there are those micro-organisms
including bacteria, actinomycetes and fur&
which utilke for their growth and nutrition
the numerous organic compounds present in
solution in the water and by metabolising
these compounds, break &em down or
oxidise them h t o much simpler compounds
through a succession of different microorganisms ultimately to carbon dioxide,
water and mineral salts, or at least to intermediate products. As these 0figina.l organic
compounds are usually polluting, their
removal is beneficial and results in an
improvement in chemical quality. The most
abundant of these are the humic compounds
Which impart a yellow or brown colour to
the water and are derived from vegetation
and soil drainage and sewage effluents.
They can dso include, however, many
man-made compounds of industrial origin,
includ!ing detergents, pesticides, &, phenols,
etc. Some of these compounds are very
readily utilised by micro-organisms, and
some are more resistant and filter bed
bacteria can very quickly adapt themselves
to utilising some unusual compounds to
Which they have not been previously
exposed. This has been demonstrated with
various pihenols including phenol, C6H60H;
m-cresol, C&C&OH; resorcinol,
Cdib(0H)~;and phloroglucinol, Ca%(OH)3,
deliberately added to an experimental filter
bed. Quantities of 8-10 mg per litre were
removed after a few days and microorganisms could be recovered which were
specifically adapted to removing the compounds that were added (Report, 1971-73).
Predation
The growth of micro-organisms which
u a s e organic nutrients in solution results
in the bulild-up of a large mixed population
and wherever large microbial populations
occur in the environment, other organisms
ubich can utilise those micro-organisms as
sources of foad will also become active and
multiply. These will include the microbial
viruses, bacteriophages, actinophages and
mycophages, the very small bacterial
predator Bdellodbrio bacteriovorus and the
bacterial predators of the genus Myxobacterium, the antibiotic-producing bacteda,
actinomycetes and fungi and the predatory
unicellular animals, the protozoa, inclurling
amoebae, flagellates and ciliates, as well as
rotifera and larger animals such as digochaetes (Report, 1971-73).
The phages, like other viruses, are dependent
on living and growing host cells for their
growth and reproduction, resulting in the
ultimate death and disintegration of the
host cell. Bdellovibrio is a very small bacterium first described by Stolp and Petzold
(1962) which is very actively motile and
embeds itself into host bacteria by virtue
of its speed and grows into the host
bacterium and multiplies and disintegrates
the host cell. It has been found in sewage
effluent, rivers and surface waters and filter
beds. It is fairly host specific and utilises
gram negative bacteria more readlily. In the
Metropdlitan Water filters in London,
myxobacteria are more common. These are
capable of killing and lysing a wide range
of bacteria and feeding on the lysed cells.
Although many antibiotic-producing organisms can be found in filter beds, it is
doubtful in such an aquatic environment
whether they can produce antibiotics in
sufficient quantities to be effective and
whether any antibiotics that were produced
wouM be washed away by the flow of water.
They may, however, be effective in their
immediate micro-environment attached to
the sand grains.
It is believed, however, that the protozoa
play a major role in predation on other
organisms En slow sand filters and have a
significant effect on bacterial numbers and
activity (Lloyd, 1973). All these organisms
will feed predominantly on the saprophytic
micro-organismswhich are growing in the
filter bed but in the process they will also
f e d on the intestinal bacteria and other
organisms of public health significance that
may be present in the untreated water and
thereby improve the bacterial quality of the
water.
The antagonism between the predators and
the nutrient utdisers does not in fact reduce
the activity of the nutrient utilisers. On the
contrary, it is more likely to maintain an
ecological equili'brium that effectively
maintains the activity of all the orgarisms
in the community (Waksman, 1937).
One pollutant that responds quickly to
temperature is ammonia. This can be
utilised as an energy source by some highly
specialised bacteria. Nitrosomonas oxidises
ammonia to nitrite and Nitrobacter oxidises
nitrite to nitrate. Below about 4°C this process
rapidly slows down and after short periods
of exposure to lower temperatures such as
during a cold night when b e are drained
for cleaning, their ammonia oxidising
capacity takes several weeks to recover.
These organisms are also active in rivers
and reservoirs and surface waters generally.
so that in summer months most of the
ammonia has gone before it reaches the
slow sand filter, but in winter because of
slower activity some ammonia may still be
present for the filter to deal with. It has
been shown (Report, 1971-73) that an
effective way of dealing with this is to
encourage an active populaOion of the
ammonia oxidising organisms by deliberately dosing the water with ammonia in the
autumn and reducing this when the natural
ammonia increases, so that this active
induced population can continue to oxidise
the ammonia.
Characteristics of Raw Water
Unsuitable Waters
The biological nature of slow sand filtration
implies that some organic content of the
water is required to encourage the necessary
bacterial popultion that brings about
purification. The method is therefore
unlikely to be satisfactory with waters that
contain no organic matter in solution and
turbidity due to mineral matter. Neither is
it advisable to filter highly turbid waters
without some preliminary treatment as
these will necessitate frequent cleaning.
Primary Treatment
Undoubtedly the best way to employ slow
sand filters is in a dual filtration system
Effect of temperature
with
conventional rapid sand filters
All micro-organismshave their optimum
temperature for growh and activity. M i x d preceding them. To exploit the most recent
results of research into slow sand filtration
communities in an aquatic environment
with
maximum rates of filtration, it is
probably have optimum activity at temperaimportant that pfimary filters should be
tures around 30-35 "C. At higher temperaoperated at maximum efficiency. This
tures the number of different species is
requires
much better cleaning of the sand
more restricted and at lower temperatures
than is achieved in most conventional filters
rates of metabolism and hence growth and
activity are progressively slower. It follows, of this type. It has been shown in the
Thames Water Laboratories that particulate
therefore, that in prolonged cold weather
matter is liable to increase in the sand and
slow sand filters are less effective and this
as it increases, filtrate quality decreases.
becomes clearly apparent in seasonal
differences in chemical and bacterial quality The most effective way of cleaning these
filters has been found to be with a combined
in filtrates in temperate climates. It also
air
scour and water wash sufficient partially
implies that they are less effective in
to fluidise the bed.
countries with prolonged winters with
The higher quality water that is obtained
extreme cold conditions apart from the
from adequately cleaned primary filters
practical problems of cleaning beds under
extends the interval between cleanings
continuing freezing conditions.
required for secondary slow sand filters and
should enable faster rates of filtration to be
used without getting significant silt
penetration problems.
Algal Growth
Algae can cause filtration problems in two
ways. Growth of unicellular algae in
storage reservoirs results in an increase
in particulate matter which has to be
removed either on the primary or secondary
filters or both. From the filtration management point of view, this requires more
frequent cleaning of filters. Primary filters
may require twice or more daily cleaning
instead of once daily, and the limit to
frequency of cleaning will depend on the
hydraulics of the system and its degree of
automation. The limit to frequency of
cleaning of slow sand filters will depend on
the mechanical facilities for sand handling
and the avalilable man power.
Filamentous algae
Algae can also grow in the filter beds and
in the late summer months in the Thames
area filamentous algae grow abundantly.
During growth these tend to be semibuoyant
and concentrated a few centimetres above
the sand. Patches occationally break away
and float to the surface. When the bed is
drained for cleaning they form a large mass
on the surface of the sand which has to be
removed largely by hand labour before
sand skimming can start. These algae are
rdatively slow growing dependent on temperature, sunlight and the nutrient quality
of the water. Within approximately the first
two weeks after cleaning their growth is
sufficiently restricted to be able to remove
them by normal sand skiinming so that if
cleaning were carried out during their
period of active growth at intervals of not
more than two weeks, it would be possible
to cope with it by normal sand skimming
procedures. These limits, however, are likely
to be different under different climatic
conditions and with different waters.
There are two slightly different ways in
Which these large quantities of filamentous
algae can be removed. One is to drain the
bed down so that the water is just above
sand level. The wet mass of growth is then
pushed to one side of the bed with wooden
pushers and lifted out by crane. The other
method is to drain the bed completely and
rake the algae into heaps before removing it.
If the latter method is adopted, it is essential
that the heaps are removed as soon as
possible and never left on the bed overnight.
This material will very rapidly start to
decompose and ferment accompanied by a
rapid rise in temperature as in a manure
or compost heap, reaching 30-35°C overnight. The cell walls of the algae will
decompose and the liquid cell contents will
drain out and a dark brown liquid will
seep into the sand bed. Under these conditions Escherichia coli have been shown to
multiply very rapidly (Report, 1969-70a),
reaching numbers from 10 to 20 x 106 per
100 ml, in heaps left standing overnight.
It is not sufprising then that E.cofi counts
on filtrates from such Eilter beds are very
high *en they are first returned to supply.
Bed Shading
Algal grow& of all types can be prevented
by shading the bed from direct sunlight and
in many parts of the world slow sand filters
are operated under a roof in a building.
This has many operational advantages in
addition to the prevention of algal growth.
It excludes pollution by birds, either by
roosting gulls or by small birds feeding on
detritus when the bed is drained down for
cleaning, it permits cleaning to proceed
during wet weaeher and it prevents problems
from ice during cleaning in very cold
weather. Experimental work carried out in
the Thames Valley showed, however, that
absence of algal growth did not extend the
time interval between successive cleanings
and that on the very large filter beds used,
the cost of the cheapest method of shading
was not justified by the saving in labour
costs of cleaning (Report, 1969-70b and
1971-73).
Maintenance of Steady State
From all the foregoing it is clear that a slow
sand filter is a unique ecological system
with the sand acting as a supporting
medium for a complex microbial population
maintained by nutrients derived from the
water constantly flowing through it.
The nature and diswibution of that ecological population would inevitably change with
any change in the environment, such as a
change in filtration rate and more especially a
cessation of filtration for cleaning purposes.
With very slow filtration rates most of the
nutrients would be used in the upper layers
where most of the microbial activity would
devdop. With faster rates, nutrients would
penetrate deeper and consequently microbial
activity would occur at greater depths.
Sudden changes in rates could therefore be
expected to cause deterioration in efficiency
in a slow sand filter. As the processes are
biol'ogical, they have an oxygen demand
and at very slow rates this demand could
be sufficient completely to deoxygenate the
water when the whole of the microbial
flora would change and rhe surviving
organisms woutd change the nature of their
metaballism, resulting in the production of
some very objectionable compounds in the
water. It is essential, therefore, if a Bter
bed has to be stopped for any reason, that
it is never left full of water.
When a bed is drained down for cleaning
the bacterial micro-environment changes
completely. Instead of the interstices of the
sand receiving a steady flow of water with
its accompanying nutrients, they become
fitled with air and the nutrient flow ceases.
The metabolism of the bactefia changes
becoming more oddative in nature and the
baoterial gums and other attachment mechanisms are used as nutrient sources, so that
bacteria which were attached to the sand
grain surfaces tend to become released so
that when filtration recommences, bacteria
that were previously attached t o the sand
become washed out into the filtrate (Report,
1969-70a). The longer the interruption in
filtration and the higher the temperature,
the greater these effects become. It is
important, therefore, that beds are kept out
of use for cleaning for as short a period as
possible, especially in the summer months
and that they are returned to their former
filtration rates as rapidly as possible.
There is no advantage to be gained in
starting at a low filtration rate and
increasing it gradually over several weeks.
If beds have been out of use for less than
24 hours, they can be returned to use at
their former filtration rates within a further
24 hours.
It has often been statdd in the past that
filter bed efficiency is lower after cleaning
until a new zoogleal layer or 'smutzdecke'
is formed, but experimental work at the
Tharnes Water Authority has shown that if
cleaning times are short, beds may be
returned to use at their maximum filtration
rates within 24 hours without any deterioration in efficiency. The deterioration in
efficiency that occured when cleaning was
carried out by hand labour involving several
days out of use was probably due to the
metabolic changes described above.
This phenomenon manifests itself to the
greatest extent when beds are kept out of
supply for several weeks for resanding
operations, espeoially in the summer
months. Under these circumstances, some
yellow pigmented aerobic sporing bacilli
which are common filter bed organisms
become detached from the sand and
released into the filtrate in very large
numbers when filtration is restarted
(Report, 1971-73).
Fast filtration rates
When slow sand filters were first introduced
for treating river water and with the hand
labour methods of sand cleaning available,
filtration rates rarely exceeded 2.4 m/day.
Houston investigated the effect of primary
rapid sand filters on the performance of
of slow sand filters over many years
(Reports, 1923 to 1933) and ultimately was
able to increase rates Po 4.8 m/day.
Experimental work at the Thames Water
Authonity has shown (Report 1971-73)that
rates up to 12 m /day can be achieved without any deterioration in filtrate quality.
At these high rates the fiilter bed microflora
extends to a much greater depth so that the
whole of the depth of the sand is microbiologically active instbd of a concentration
of activity at the surface. This is accompanied by a deeper penetration of particulate matter, so that the normal bed
cleaning skimmings do not keep pace with
the accumulation of silt at lower depths add
these rates cannot be continuously
maintained. On full scale beds it was
possible to operate at these high rates
continuously for two years before a major
sand cleaning in depth was required.
Two possible way of overcoming this
problem which are under investigation are
by improving the performance of the
primary filters which has already been
mentioned or by removing sand to a greater
depth at each cleaning operation.
As a result of this work, however, filtration
rates up to 7.2 m/day have been approved
When the demand is high and on works
which are hydraulically adapted to cope
with the increased volume and the higher
head losses that are involved at these rates.
At 12 m/day available head losses of 3 m are
necessary for effective operation and to
avoid too frequent cleaning.
Management principles
The foregding discussion has indicated that
there are certain management principles
Which should be followed in operating slow
sand filters to get the best results.
1. Start with effective primary filters.
2. Operate at a steady filtration rate ~h!ich
should not be rapidly changed at any time.
3. Never leave idle filter beds full of water.
4. Periods when the beds are left empty for
cleaning or other purposes should be as
short as possible.
5. Resanding operations which necessitate
long periods of exposure should be carried
out when temperatures are low rather than
when they are high.
6. Beds may be returned to work at their
maximum filtration rate if they have been
out of supply for less than 24 hours.
7. Facades for running filter beds to waste
at their maximum filtration rate should be
available.
8. 'Waste' water from filter beds giving
unsatisfactory results can normdy be
refiltered on ndighbming b& without
any problems.
9. Filamentous algae s h d d never be left in
heaps on beds overnight.
10. To obtain the maximum advantage
from higher filtration rates facilities for
adequate Bead losses should be built into
the system.
11. The most economical filtration rates,
and depth of sand skimming at each
cleaning, and the accumulation of padculate matter in the depth of the sand, witl
depend on the quality of the water being
filtered.
Ozonatiol~and Slow Sand Filtration
When planning a programme of work on
higher rates of slow sand filtration, it was
assumed that there woufd be some
deterioration in bacteriol@ical quality aad
in order to overcome this an investigation
into prdiltration ozonalion was started.
It was soon shown, however, that there was
no deterioration in bacteriological quality
at 'hig'her rates of filtration, but the ozone
investigation was startd because of other
possible benefits (Report 1971-73).
Technical problems with small scale ozone
equ.ipment c o n s i d ~ b l ydelayed this work
but some prdimfnary observations have
been made. Prefiltration chlorination has
the disadvantage that chlorine residuals can
interfere with the microbial activity in the
filter. With ozonat'ion there is no such
problem because ozone residuals, if present
at all, are very short liived.
The ozone partially d d i s e s the organic
matter in sdlution and in partiicular it has a
marked effect on colour (Vaillant, 1970).
The partizlly oxidised organic matter is
more readily available as a bacterial
nutrient. so that the micro-organisms in the
filter bed can ut'iliise this partially oxidSsed
organic matter and break it down to simpler
compounds, thus giving a further imprwement in the organic quality of the water.
One of the objections to terminal ozone
treatment is that this partially oxidised
organic matter encourages the multiplication of bacteria in the distribution system.
If the ozone is added before filtration, this
phenomenon is exploited by encouraging the
baterial growth to occur in the filter so
tWt there is insufficient organic matter
left to encourage growth in the distribution
system.
Short runs With prdtration ozonation
have ghown that a better quality water can
be produced but it has not yet been possible
to study the effect of continuous ozonation.
References
1. Lloyd, B. (1973). The construction of a sand
profile sampler: its use in the study of the
Vorticella populations and the general interstitial
microfauna of slow sand filters. Water Research,
7 , 963.
2. Reports, (1923-33). Report on the Results of the
bacteriological, chemical and biological Examination of the London Waters. 17-27.
3. Report, (1969-70a). Aerobic sporing bacilli.
fungi and actinomycetes in slow sand filters.
Escherichia coli in 'blanket weed'. Ibid, 44, 16-23.
4. Report, C1%9-7Ob). Experimental studies of
slow sand filtration. Ibid, 44, 83-86.
5. Report, (1971-73). Slow sand filtration. Ibid,
45, 27-53.
6. Stolp, H. and Petzold, H. (1962). Untersuchungen uber einen obligat pmasitischen Mikroorganismus mit lytischer Aktivitat fiir PseudomonasBaterien. Phytopath, Z., 45, 364.
7. Vaillant, G. J. (1970). L'ozonation et la filtration
lente dam le probl2me de la prolifdration microbienne, dam les rdseaux de dism'.bution d'eau.
Gaz, Eaux, Eaux us&, no. 3, 67-70.
8. Waksman, S. A. (1937). Associative and antagonistic effectsof micro-organisms.I. Historical
review of antagonistic relationships. Soil Sci. 43,
51-68.
The author is indebted to Mr. Hugh Fish,
Director of Scientific Services, Thames Water
Authority for permission to publish this paper.
The views expressed are those of the author and
not necessarily those of the Thames Water
Authority.
De toepassing van aktieve kool bij de drinkwaterbereiding
Tijdens de 210 vakantiecursus, die gehouden
werd in januari 1969, werd er voor de
laatste maal uitvoenig gesproken over de
toepassing van aktieve kool bij de bereiding
van drinkwater. Dit werd gedaan door
Van der Burg [I], die een lezing hield onder
do titel 'Kool en Ozon', waarbij hij zeer
voorzichtig als zijn persoonlijke mening gaf
dat koolfilters ongeschikt zijn voor toepassing bij de drinkwaterbereiding. Het feit
dat een tweetal grote Nd~rlandsewaterleidingkmkijven t b n s (jan. 1977) een
korrelkoolinstallatie aan het bouwen zijn,
DRS. W.C . VAN LIER
NORIT NV
terwijl
amhi andere hierover denken,
bewijst hoe hachelijk mlfs het maken van
een voorzichtige prognose is.
In dit
zal niet worden s~lges- bij
zaken als bereiding, karakterisering, porignstruktuur van aktieve kool,
deze elders
[2] uitvoefig behandeld worden.
De voornaamste fulnkde
&ieve kool
bij de waterbahan&ling is de gehele, dikwijls
echter gdeeltelijke r e t i e van bet *halte
aan opdost
organisch materiaal. Met opzet
wordt bier de
opgelost gebruikt
de aanwezigheid van gesuspendeerd,
g&mulgeerd of kolloydaal materiaal in h&
te Irebndelen water, wanneer we
met bijv. vaste bedden van korrelkool tot de
volgende moeilijkhden kan leiden:
- Opbouw van een extra drukverlies Over
drukde koollaag (extra t'a'v'
wardoor frequent krugspalen
in
nookakelijk w0rdt7wat
verlies aan produktwater.
De adsorptiekapaciteit van de kool
nadelig worden bejinvloed.
- Onopgelost materiaal wordt slechts
gedeeltelijk venvijderd hetgeen in bepaalde
gevallen zeer ongewenst kan zijn.
Passen we @rin plaats van korrelkool
toe, cia~nvormt de aanwezigheid van nietopgelost materiaal niet zo'n problem
daar men bijv. de dosering van poederkool
kan kombineren met een chemische behandoling zoals koagulatieflokkulatie. Op deze
problematiek komen we nog terug.
Behalve het vermogen van &eve kool
om het gehalte aan opgeloste organische
bestanddelen te kunnen verlagen moeten
we nog enkele bijzondere eigenschappen
van aktieve kool, waarvan gebruik gemaakt
wordt of kan worden, bij de waterbehande
ling vermelden, nl.:
1. Aktieve kool kan geoxideerd worden.
Van deze eigenschap wordt g e b d getnaakt
bij de verwijdering van CIS, O3 en chlooramingen uit water.
2. Het prodbkt kan fugeren als een katalysator bij oxidatieprocessen (bijv. &S,
merkaptanen, ferroionen, etc.).
3. Aktieve kool bezit voor een reeks metaalverbindingen een tarnelijk grote adsorptiiekapaoiteit. We noemen V, U, Hg, Mo, Cr,
Th (zie bijv. 131). Vaak is d!e adsorptie
selekbief en revers?bel.
Dit zijn echter kwalitatieve overwegingen.
Zodra aktieve kool wordt toegepast bij db
waterbehandeling doen zich meestal de
volgende problemen voor:
1. Voor elke kombinatie adsorbaat-kooltype
zijn evenwichtsadsorptie en adsorpdesnelheid verschillend.
2. De dimemionering van een op aktieve
kool gebaseerde zuiveringsimtallatie op
basis van adsorptie isotherm en adsorptie
snelheid staat, zelfs voor systemen met BBn
adsorbeerbarekomponent nog in de kindorschoenen.
Er bestaan n%al wat termen die ontleend
3. Er is vrijwel geen (kwantieef) inzicht in
zijn a n de adsorptie technologie. Twee
indien er meerbegrippen,
isotbm en adsor~tie dere adsorbeerbare komponenten aanw&g
snelheid, zullen hier wat meer gedetailleerd
situatie die zich in de praktijk
zijn,
besproken worden daar kennis van deze
dikwijls voordoet.
bei& termen nodig is voor een g o d begrip
4. De samensklling van het te behandelen
van de rest van
erhad. Bij de defidtie
water
is diikwijls onbekend en wordt vaak
van beide d e n we ons (gemakshalve)
uitgedrukt
in parameters zoals CZV (che
beperken tot systemen met slechts een
misch zuurstofverbruik), K M n 0 4 - v e r b d ,
adsorbeerbare komponent 'opgelost' in een
TOC (total organic carbon) etc., terwijl deze
inert milieu (gas of vlodstof). De adsorfie
isotherm wor& gedefinieerd als de relatie
'amenstelling baast
van de
die er bij een bepaalde temperatuur bestaat tiid
'jn.
5. Er bestaat geen relatie tussen parameters
mSen de door
'psnomen
zeals CZV, TOC etc. enerzijds en de
haveelheid van deze komponent (& zgn.
belading, q, uitgedrukt meestal in gewichts- ahorptiekapaoitdt anderzijds.
hoeveelheid per eenheid gewicht van het
adsorbens) en het gehalb van deze kompo- Als gevolg van bovenstaande problemen zal
nent in de vloeistof- of gasfare buiten de
dikwijls een experimenteel o n d e m k noodadsorbensdeeltjes (restmncentrade, c) zodra zakelijk zijn om met een re&lijke mate van
zich evenwicht heeft ingesteld tussen gebetrouwbaarheid te kunnen bwordelen of
adsorbeerde en niet-geadsorbeerdefraktie
aktieve kool in een konkreet geval technisch
en ekonornisch toepasbaar is.
Van deze komponent.
De adsorptiesnelheidwordt gedefinied ah
de sndheid waarmee bij een bepaalde
peratuur de adsorbeerbare komponent door Procestechniek
het adsorbens wordt opgenomen. Voor elke In de inleiding is reeds melding gemaakt van
de invloed die de deeltjesgrootte uitoefent
kombinatie adsohens-adsorbaat hangt de
op de adsorpbiesnelheid. In deze sektie zal
adsorptiesnelheid af van een groot aantal
gepoogd worden duidelijk te maken hoe dit
faktoren, waarbij deeltjesgrootte en temperatuur een belangrijke rol spelen. Bij t o e in zijn werk gaat. Ook in een ander opzicht
name der temperatuur daalt de adsorp~e- speelt deze deeltjesgrootte een belangrijke
rol, we maken nl. onderscheid tussen:
kapaciteit terwijl de adsorptiesnelheid toepoederkool (deeltjesdiameterruwweg 5 en
neemt. In de praktijk kan het verlies aan
adsorptiekapaaiteit ruimschoots gekompen- 100 pm);
korrelkool (diameter tussen 0,25 en 4 mm).
seerd worden door de grotere adsorptief i t is een tamelijk wezenlijk onderscheid
snelheid.
daar de toe te passen procestechniek voor
Beide begrippen, adsorptie isotherm en
adsorptie snelheid spelen een belangrijke rol deze twee soorten gronctig verschilt.
t.a.v. de ekonomie van het proces der kool- Bij gebruik van poederkool wordt de
(meestal) als natte slurrie gedoseerde kool
toepassing. De adsorptie isotherm kan in
principe gebruikt worden voor een schatting gedurende korte tijd intensief geroerd met
van het koolverbruik vereist om een bepaald het te behandelen water waarna de poederkoal, eventueel in kombinatie met een
zuiveringseffekt te verkrijgen, tenvijl de
chemische behandeling als flokkulatieadsorptiesnelheid in beginsel inzicht verkoagulatie, in een bezinkbassin wordt afge
schaf t in de voor evenwichtsinstelling b e
scheiden, waarna filtratie volgt. Het nadeel
nodigdo tijd. Een lage adsorptiekapaciteit
van deze wijze van werken is, dat zelfs in
leidt tot een hoog koolverbruik, een lage
adsorptiesnelheid tot een grote of dure
het meest gunstige geval, wanneer nl. het
adsorptie-evenwichtbereikt wordt, het
installatie dw.z. hoge investeringskosten,
wat duidelijker zal worden in de volgende
zuiveringseffekt onvolledig is, d.w.2. het
sektie.
gehalte van het te verwijderen m a t e r a
adsome
en de tijd verstreken sedert de inbedrijfnerning van de koolkolom. We onderscheiden een zestal gevallen.
A: De stofoverdrachtprocessenverlopen
oneindig snel, waardoor de concentratie in
het effluent sprongsgewijs van 0 tot C , toeneemt. Dit is het ideale geval: het wordt in
de praktijk hoogstens enigszins benaderd.
SEDIMENT,
OF
B, D: Het te adsorberen materiaal heeft
een laag mol gewicht en is goed adsorbeerbaar. De doorbraakkurve wordt t.g.v. de
eindige waarde der adsorptiesnelheidwat
'uitgesmeerd'.
C = CA
OF
C = C,
A
'
'0
B
'
EENTRAPSPROCES
-------------C = Co
C, F: Het mol. gewicht van het te adsorberen materiaal is hoger, de adsorpbiesnelheid daardoor lager wat resulteert in een
grotere 'uitsmering'.
E: Een stofmengsel waarvan een gedeelte
niet of nauwelijks adsorbeerbaar is, een gedeelte goed geadsorbeerd wordt, zodat over
een wat langere periode een partiele doorbraak (van de niet-adsorbeerbare fraktie)
optreedt.
SEDIMENT
I
FILTRATIE
THEETRAPS TEGEIISTROOMPROCES
Afb. I
- Procestechruekerl poederkool.
A f b . 2 - Geydealiseerde doorbraakkurver~.
wordt we1 verlaagd maar niet tot nul gereduceerd. Dit ongunstige effekt kan venninderd worden door te werlcen met een
EEN KOMPONENT
dosering van de kool in een tweetraps-------------proms met tegenstroom en/of door de keuze
C/co
van een Icooltype met een meer geschikte
isotherm (kool A i.p.v. lcool B). Een en
1 ander zal duidelijker worden bij beschouwing van af b. 1. We zien dat bij gebruik
van poederkool altijd een restgehalte aan
organisch materiaal achterblijft (CAr e p . CB,
zie afb. I), tenzij we gaan werken met
meerdere trappen, wat echter in ekonomisch
opzicht weinig attraktief is. Bij toepassing
van korrelkool is dit in principe niet het
geval. Als het te verwijderen materiaal
goed adsorbeerbaar is, kan het restgehalte
MEEDERE
KOMPONENTEN
.....................
in principe tot nul gereduceerd worden.
Indien de adsorptiesnelheid van het te verC/~,
wijderen materiaal laag is, kan de volledige
reduktie echter ook bij toepassing van
1 korrelkool een tarnelijk dure zaak worden.
0,8.
Dit kunnen we als volgt inzien.
A
In feite is het gebruilc van de term mol, gewicht in het bovenstaande niet geheel juist.
Het zou beter zijn om molekuulgrootte en
-vorm te relateren aan grootte en vorm der
porien waarin het materiaal wordt opgeborgen: onze kennis van deze twee laatste
grootheden is echter beperkt. Voorts moet
er uitdrukkelijk op gewezen worden, dat
afb. 2 een schematische en geidealiseerde
weergave der praktijk vormt.
Als we ons gemakshalve even beperken tot
systemen met slechts een adsorbeerbare
komponent kunnen we stellen, dat bij geval
B het verschil tussen ideale doorbraakkurve
(A) en reeele (B) groter zal worden naarmate de adsorptiesnelheidvan de te verwijderen stof lager is. Men dient zich te
realiseren, dat de adsorptiesnelheid niet
alleen af hankelijk is van molelcuulgrootte
en -vorm maar ook van de aktivatiegraad
der kool.
Afb. 3 - Verloop van de 'corlcentratie' in de
waterfuse tlissert de adsorbensdeeltjes op r~~orrler~t
van 'doorbraak'.
1
Af b. 2 geeft een geidealiseerde weergave
van de vorm van de doorbraakkurve bij
toepassing van korrelkool in een vast bed.
De doorbraakkurve definihen wij als de
relatie tussen het gehalte aan te venvijderen
materiaal (kan ook bijv. de CZV-waarde of
kleur zijn) in het effluent der koolkolom
2
4
6
8
1(1 12 14 16
T(UREII)
GEVAL
F
lang voor er verzadiging is opgetreden,
zoals we gezien hebben, vervangen of geregenereerd moet worden.
Als dit het geval is kunnen we de kontakttijd tussen kool en water verlengen door
hetzij meerdere kolommen in serie te zetten
(of per kolom een grotere laaghoogte te
kiezen), hetzij de kolomdiameter te vergroten; later zullen we nog zien, dat deze
kontakttijd een grote invloed bezit op de
effektiviteit van het koolverbruik. Dit leidt
echter tot hogere investeringen. Men kan
echter ook in tegenstroom gaan werken.
In het meest ideale geval stroomt het te
behandelen water van beneden naar boven
terwijl er aan de bovenzijde van de kolom
kondnu verse kool wordt aangevoerd, aan
de onderzijde uitgeputte kool wordt afgevoerd. Bij het gefluidiseerde (moving) bed
is dit inderdaad het geval. Bij het pulse bed
geschiedt toe- en afvoer der kool intermitterend, waarbij tijdens het 'pulsen' de
waterstroom onderbroken wordt. Het grote
voordeel van deze beide methoden is dat de
kool in principe beter benut wordt, terwijl
bij grote wisselingen in de belasting de toevoer der kool in overeenstemming hiermee
gewijzigd kan worden. Het pseudo moving
bed is een benadering van het tegenstroom
proces. Hierbij worden een aantal vaste
of geexpandeerde bedden in serie gezet
waarbij de volgorde der kolommen t.0.v.
het binnenkomende water gewijzigd kan
worden. Zodra het effluent van de kolom
in laatste positie (no. 2 als er twee kolommen in serie staan) niet meer aan de gestelde
eisen voldoet, wordt de kool uit de kolom
die in eerste positie staat, er uitgehaald en
De vaste bedden worden het meest toegevervangen
of geregenereerd. ALle kolommen
past. Hierbij kunnen meerdere bedden
'schuiven' nu een rangnummer op. Bij twee
parallel of in serie 'geschakeld' zijn.
kolornmen in serie komt de kolom die eerst
Het water stroomt altijd van boven naar
in de tweede positie stond nu op dk eerste
beneden. Bevat het te behandelen water
plaats, terwijl de verse of geregenereerde
gesuspendeerd of kolloi'daal materiaal dan
kool in de kolom geibracht wordt die nu in
treedt er vrij snel verstopping van het bed
tweede positie staat. Het leidingwerk etc. is
op waardoor er frequent teruggespoeld
in dit geval gekompliceerder (en dus duurdient te worden. Indien het niet noodzake
der) vergeleken met gewone vaste bedden in
lijk is om dit niet-opgelostemateriaal te
serie
die niet van positie kunnen veranderen.
verwijderen (bijv. bij een afvalwater waar
Gezien de reladef simpele konstruktie zijn
dit materiaal zonder meer op het riool of
het ontvangende oppervlaktewater geloosd vaste bedden het meest goedkoop. Het
pulse bed heeft als grote nadeel dat het re
mag worden) dan kan men werken met
behandelen water niet of nauwelijks gesusgeexpandeerde bedden, waarbij het water
pendeerd materiaal mag bevatten daar het
met een dusdanige snelheid van beneden
naar boven door de kolom geleid wordt dat niet teruggespoeld kan en mag worden
(terugspoelen zou de bedopbouw verstoren).
het koolbed ca. 15 % expandeert. Het gesuspendeerde materiaal passeert het koolbed Bij het ontwerp van een op aktieve kool
gebaseerde zuivering heeft men te maken
dan zonder een noemenswaardig extra
met een hele reeks ontwerpvariabden.
drukopbouw te veroorzaken, althans in
vergelijlcing met vaste bedden.
Bij poederkool zijn de belangrijkste:
Vaste en geexpandeerde bedden hebben als keuze van het proces (CCn of tweetrapsnadeel dat het laatste bed (als er meerdere
dosering);
in serie staan) of het bed (als het er een is)
de dimensies van het sedimentatiebassin;
weinig effectief gebruikt wordt indien de
de dosis der poederkool;
adsorptiesnelheid van het te verwijderen
roerenergie en kontakttijd:
ingebrachte
materiaal laag is, daar in dat geval de kool,
Bij toenemende aktivatiegraad worden de
porien groter waardoor de adsorptiesnelheid
groter, de doorbraakkurve steiler wordt.
Hier komen we later nog op terug.
Afb. 3 geef t voor twee gevallen, D en F,
een (eveneens schematische) weergave van
het verloop van de concentratie in de
vloeistof tussen de kooldeeltjes in de kolom
enerzijds en de plaats in de kolom anderzijds en we1 op het tijdstip dat het kooleffluent niet meer aan een bepaalde eis
t.a.v. de concentratie voldoet. In het gearceerde gedeelte is de belading der kool
lager dan q,, de evenwichtswaarde behorend
bij de beginconcentratieC,. We zien dat in
geval F de kool minder effektief gebruikt
wordt, dan in geval B; in het ideale geval,
A, bezit op het moment van doorbraak,
de kool overal een belading q,.
Het zal de lezer intussen duidelijk zijn dat
de adsorptiesnelheid een vrij grote invloed
kan uitoefenen op de mate waarin de kool
benut wordt, d.w.z. op de kosten van kooltoepassing.
We hebben reeds gesteld, dat bij CCn van de
toepassingen van korrelkool de kool zich in
een vast bed bevindt, terwijl het water door
de koollaag stroomt. Er zijn bij de aanwending van korrelkool een reeks modifikaties, nl.:
vaste bedden;
gexpandeerde bedden;
gefluidiseerde (moving) bedden;
pseudo moving bed;
pulse bed.
Daarnaast moet men t.a.v. de kool de keuze
maken uit:
kooltype (aktivatiegraad, bepaalt adsorptiekapaciteit en adsorptiesnelheid);
deeltjesgrootte (belangrijk voor de adsorptiesnelheid en belangrijk voor de sedimentatiesnelheid, een grootheid die op zijn
beurt de dimensie van het sedimentatiebassin bepaalt).
Bij de keuze van korrelkool zijn de
belangrijhte ontwerpvariabelen:
keuze van de soort adsorbeurs (vaste bedden, etc);
keuze van de konfiguratie der adsorbeurs;
keuze tussen open of gesloten adsorbeurs;
de kontakttijd tussen water en kool;
de vloeisnelheid of de laaghoogte.
Daarnaast speelt de keuze van het kooltype
een erg grote rol. De adsorptiesnelheid
neemt toe bij afnarne van de dedtjesgrootte
en toename van de aktivatiegraad. Bij vaste
bedden neemt echter het drukverlies over de
kool bij afname der deeltjesgrootte toe en
daarmee de pompkosten dus eveneens.
De bedexpansie die bepaalt hoeveel spoelwater er nodig is bij terugspoelen, neemt af
bij afname der deeltjesgrootte en toename
der aktivatiegraad. Nog een komplikatie is
dat bij toename der aktievatiegraad de
adsorptiesnelheid zowel voor 'kleine' als
'grote' molekulen toeneemt, tenvijl voor
'lcleine' molekulen de adsorptiekapaciteit op
volumebasis aanvankelijk toe-, later afneemt,
voor 'grote' molekulen deze grootheid over
een groter trajekt blijft toenemen.
A1 deze faktoren tezamen maken de dimensionering een moeilijke zaak waarvoor geen
algemene regels zijn op te stellen. Wanneer
reaktiveerbare lcorrelkool wordt toegepast is
een bdangrijke vraag waar de reaktivatie
wordt uitgevoerd, door de leverancier der
kool of ter plaatse. Een zeer belangrijk punt
is de lceus van het kooltype: poeder- of
korrelkool. Op a1 deze problemen zullen
w7e later wat meer in detail treden, daar
deze nauw verbonden zijn met de ekonomie
van kooltoepassing.
Doe1 van de toepassing van aktieve kool
Het lijkt zinvol om eerst enige aandacht te
schenken aan de doelen die nagestreefd
worden bij de toepassing van aktieve kool
voor de drinkwaterbereiding.
Het volgende rijtje kan worden opgesteld:
1. Verbetefing van geur- en smaak.
2. Reduktiie van de kleur.
3. Verwijdering van vrij chloor.
4. Eliminatie van toxische bestanddelen.
5. Voorzien in een veiligheidsbarrikre in
geval van een zgn. kalamiteit.
zijn de adso@ekapaciteit voor DOC toe-,
die voor laagmolekulaire organische chloorverbindingen afneemt naarmate de kool
ver& geaktiveerd is.
Bij het opsbllen van dit verhaal is geaarzdld tussen twee mogelijkheden:
1. uitvoerige behandeling van de resultaten
van een reeks proefinsbllaties;
2. uitvoemige bhandeling van de resultaten
van een aantal bedrijfsinstallaties.
1
Er is gekozen voor de eersb mogelijkheid
daar in dat geval een meer syskmarische
opzet mogelijk is aangezien bij be&ijfsinstallaties rekening gehouden dient te
worden met het feit dat elk bedrijf zijn
specifieke eisen stelt wat een generalisering
mmilijk &t.
De lezer die ge-inbesseerd is in resultaten van een reeks bechijfsimtaUaties
wordt v e t w e n mar een in 1975 in Karlsruhe gehouden symposium dat wheel
gewijd was aan de toepassing van adsorptietechnieken bij & drinkwaberbereiding 171.
Hie~bijspeelde aktieve kool als belangrijkste acborbens op dit gebied de hoof&
roll.
I&
-
BELAolffi (KGR.M-~)
Afb. 7 Invloed van het seizoen. Belading (kg DOC per ms kool) als funktie van de kumulatieve
toevoer (kg DOC m2 filteroppervlak).
winter: 6 x 10-3 gram O2 per kg kool
Per urn,
zomer: 23 x 10-3 -30 x 10-3 g .
kg-1 uur-1;
(resultaten h d i j k bij T = 30 min.).
Deze resultaten mogen niet gegeneraliseerd
worden &ar bij prowen met andwe
'watersoofien' deae zuurstofkonsumptie
niet altijd gevonden wordt.
KMn04, etc.) drastisch beg& te verminb n . Deze auteur narn zelfs ver&gingseffecten w a s , d.w.z. reeds geahorbeerd
materiaal wad verdrongen door beter
adsorbeerbaar materiaal. Thans loopt er
een gezamenlijk ondenoek van het DrinkEkonomische aspekten: kooltype
waterlddingbedrijf Rotterdam en Norit
naar & effdiviteit van een aantal in verEr is reeds een duialijk onclerscheid'
schillende mak geaktiveerde kolen t.0.v.
gemaakt tussen ttyee basistypen, nL poederde redukhie van een bepaalde klasse van
kool en korrelkool, een ouklerscheid gebaword op de ddtjesgrootte. Wanaeer we
a d 5. Zoals te verwachten is oefent de aan mikroverontreinigingen nl. organische
eohter & mogelijkheid van therrnische
de kwalitwit van het kooleffluent gestelde eis vercbindbgen die chloor bewatten (afkomreaktivatie als kriterium kiezen dan kunnen
een vrij grote invloed, uit op de looptijd der stig van lozingen van db chemische industrie,
landbouwgiften
en
gwormd
tijdkns
we de diverse koolsoorten, die op de markt
kool, d e d@tabellen I en 11. Men moet
chlofing van drinkwater) en waartussen
gebracht worden, onderscheiden in drie
bedenken dat bij de relatief lage &en die
Rijn,
zeer
giftige
verbinzich,
althans
in
de
basistypen, nl.:
in tabel I gesteld worden deze gelden voor
dingen
bevinden.
Hierbij
zal
gepoogd
poedmkool;
het effluent van BBn filter. In de praktijk
werkt men met meerdere filters parallel aan worden om enmzijds & adsorptiekapaciteit komelkool zoals N a i t PIC;
van de kool voor deze groep te korreleren
korrelkool zoak Norit Row 0,8 Supra.
elkaar. Zolang een zelcere doorbraak
met
de
aktivatiegraad
der
kool,
andenijds
getolereerd is kan men (doorde filters met
regelmatige tussenpozen in bedrijf te stellen met de k a p i t e i t der kool t.a.v. parameters Terwijl Norit PK een goedkoper, reldef
zoals DOC etc. De voorlopige resultaten
zachte en daarom thermisch niet reaktiveerde looptijd aanzienlijk verlengen zoals
laten
zien
dat
bimen
een
zgn.
akt!ivatie
bare korrelkool is, is Row een duurder
elders [4] uitvoerig uiteengezet is.
reeks, d.w.z. een aantal kolen die op idenm w hard kooltype dat we1 thermjsch
tieke wijze uit dezelfde grondstof W d
reaktiveerbaar is. PK-soorten worden
ad. 6. Af b. 8 demonstreert het effect van
het soort ruw water en de diverse voorbehandelingen v66r de kool op de looptijd
Afb. 8 - Looptijd als funktie van de aan de waterkwaliteit gestelde eis.
der kod. De looptijd is uitgezet als funktie
van de eis gesteld aan & UV-adsorptie.
We zien dat een direkte generalisering van
de op de dsie plaatsen gevon&n resultaten
een moeilijke en hachelijke zaak is.
Het grote probleen bij db juk& interpretati~van de hierboven beschreven
resultaten is $e vraag of dit alles ook geldt
voor allerlei mikroverontreinigingen.
Sontheher [5] heeft in ieder geval waargenomen dat er in sommige gevallen een
doorbraak van bepaalde organische verbindingen op kan treden voordat (le kapaciteit van de kool voor organisch materiaal
(kriteria 'verzamelparameters' zoals DOC,
derhalve op weggooibasis gebruikt. Tot nu
toe gold dit ook voor poederkool; met de
ontwikkefing van (thermische) reaktivatietechnieken voor poederkool[8,9,10]
behoeft &t laatste in de niet al te verre
toekomst niet meer te gelden.
Twee soorten overwegingen spelen een
belangrijke rol bij de beantwoording van
de vraag weUc kooltype in een bepaald
geval het me& geschikt is nl.:
- overwegingen betreffende de waterkwaliteit (zowel van het water voor als van
het water na de zuivering);
- ekonomische overwegingen.
TABEL 111 - Drinkwaterleiding, keuze van basistype kool, faktoren die de keus benvloeden.
het materiaal een minimumazeotroop met
water vormt). Dit verklaart ook direkt de
Kwaliteit van het ruwe water, eisen aan de d-tyeperkte toepassingsmogelijkheden.Bij
kwaliteit, hapaciteit van het bedrijf, lohale
chernische regeneratie wordt de oplosbaaromstandigheden.
heid van het geads~rbeerdemateriaal in
het oplosmiddel drastisch veranderd door
Type
Toepassing
hetzij een pH-verandering, hetzij een ander
Licht verontreinigd water
Poederkool
Geur- en smaakverwijdering
opllosmid'del te nemen. Bij biologische
Diskontinue toepassing
regeneratie wordt een akbief slibmassa
Korrelkool
Licht verontreinigd
onder luchttoevoer door de kool gepompt.
(PK)
Geur en smaak
On&r thennische rea1ct;ivatie verstaat men
Dechlorering
het behandelen van dk uitgeputte kool in
Kontinue gebruik
een onder rigoreuze kontrole te houden
Korrelkool
Sterker veronreinigd water
milieu bij hoge temperatuur (> 700 OC)
(ROW 0,8 Supra)
Kontinue gebruik
waarbij het geadsorbeerde materiaal &orbeert en/of afgebroken wordt en/of rechtAls we het probleem bekijken vanuit de
m e l d , dat van talloze verbindingen nog
streeks verbrand enlof omgezet wordt in
kwaliteit van het ruwe water en vanuit de
nauwelijks bekend is of ze schadelijk zijn.
aktieve kool.
eisen die gesteld worden a m de kwaliteit
In het gevd dat het water deze verbindinDe eerste drie methoden hebben het voorvan het eindprodukt kunnen we twee
gen bevat is men vrij snel geneid om
deel gemeen dat db kool tijdem de regiene
extreme gevallen onhrscheiden, die gekorrelkool te gaan toepassen in het verratie op zijn plaats blijft, tenvijl bij toepasscheiden worden door een breed, niet g o d
trouwen dat ze er door de kool we1 zullen
sing van thennische rmktivatie de kool
gedefinieerd tussengebied, nl.:
worden uitgehaald. Een probleem hierbij is, (als een natte slurrie) tussen kolom en
1. Het ruwe water bevat geen n o r de mens zoals reecls eerder aangestipt is, dat een
reaktivatie-oven heen en weer getransporsystematisch ondenoek van de wijze
schadelijke stoffen, maar heeft een
teerd dient te worden. Tijdens dit h y h u gwinge smaak die met aktieve kool gemak- waarop de korrelkoolinstallatie bedreven
lisch transpofi treedt er slijtage van de kool
moet worden (betreft vooral de vraag
kelijk te verwijderen is.
op, terwijl er gedurende de eigenlijke
wanneer de kool vervangen of gereakti2. Het ruwe water is sterk vsrontrdnigd
reaktivatie eveneeas verliezen optreden.
veerd dient te worden, dkiarnaast de optimet een reeks voor de mens schadelijke
Deze verliezen zijn meestal een merkbaar
male waarden van T en v) willen de d o - g e h l t e der totale behm&hgskosten.
stoffen.
verontreinigingen verwijderd worden, nog
Het is ook ,niet r e 1 om alleen over d ~ ,
nauwelijks van de grond gekomen is,
In het eerste geval verdient poederkool om
eigenlijke reaktivatievediezen te spreken
waarbij we gedeeltelijlc althans, een uitpuur ekonomische redenen de vmrkeur.
wals nogal eens gebeurt. De verliezen
zondering moeten maken voor B6n klasse
Dit hangt samen met het feit dat de
tijdem hydradlischtransport dragen ook bij
van
verbindingen nl. or&ch
gebonden
invmteringskosten van een poederkool(zie bijv. [I 11 en [12]).
chloor. Andenijds is er weinig ondemoek
installatie veel lager zijn dan die van een
Bij het universeel toepasbaax zijn van
uitgevoerd van de effektiviteit van poederkorrelkoolinstarllatia Bij een bepaalde
thermische reaktivatie moeten een aantal
kool t.a.v. mikroveronueinigingen, terwijl
'grensdosis' aan poederkool kunnen de
kritkohe kanttekeningen geplaatst worden.
men zelfs kan stellen dat de proceztechtotale kosten aan poederkooltoepassing
Sorns moeten er aan de reahivatie-installatie
nische kanten van het gebruik vam poederzelfs lager zijn dan of gelijk aan de kosten
speciale voomieningen getroffen worden.
kool nog verbeterd kunnen worden gazien
van rente, afschrijving en onderhoud der
Dit doet zich bijv. voor als de te reaktihet mee&l relatief grote verschil op &t
korrelkooliastallade. Voor een b d j f met
veren kool grote hoeve,dheden organische
terrein tussen ~ltiboratoriumproevenen de
een uurkapaciteit van bijv. 4000 ma dat
chloorverbindingen bevat: de rookgassen
praktijk.
over een sedimentatiebassinen snelfilters
van de rtaotivatie-ovenbevatten clan zoutz
beschikt ligt deze dosis bij 20 B 25 gram
zuurgas dat zeer korrosief is. Dit geval
per m3 water. De exakte waarde van deae
Ekonomische aspekten: regeneratie der kool doet zich echter uitsluitend voor bij
grensdosis is moeilijk aan te geven daar
somrnige op het terrein &r afvalwaterWanneer het koolverbruik te hoog wordt
lokale omstandigheden (produktiekapaciteit,
zuivering tmgepaste kolen. Een ander
moet de uitgeputb koal op de een of
aanwezigheid snelfiltra$ie, transportkosten
andere wijze teruggewonnen worden dw.z. probleem kan aich voordoen w m e e r het
etc.) een belangrijke rol spelen.
te behandelen water ijzer bevat dat in de
geregenereerd worden.
In het andere extreme geval verdient geDe diverse mogelijkheden hiervoor kunnen kool terecht komt. In dat geval kan tijdens
bruik van &tiveerbare korrelkool de
thermische reaktivatie de adsorptiekapacials volgt worden ingedeeld:
voorkeur. Het een en ander wordt nog eens
teit achteruit gaan [13]. Dit heeft echter
1. Regeneratie met stoom.
schematisch weergegeven In tabel 111.
geen betrekking op reeds uitgevlokt £mi2. Chemische regeneratie, hetzij pHhydroxide dat aan & buitenzijde der kool
Het grootste probleem wordt gevormd
regulatie,
hetzij oplosmid&len of een
afgezet en bij terugspoelen verwijderd
door de breedte en het vage karakter van
wordt.
het overgangsgebied. In een aantal gevallen kombinatie van beide.
is gebleken, dat de smaakbezwaren (10s van 3. Biologische regeneratie.
Bij de regeneratie van kool afkomstig van
het probleem van de mikroverontreinigjn4. Thermische reaktivatie.
drinkwa&rlei&ngbedrijven of die gebmikt
gen) soms zo ernstig waren dat zelfs bij
is bij vergelijkbare toepassingen in de
een kooldosis van 60 g . m-3 de smaak
Bij regeneratie met stoom wordt de orgaindustrie komen de eerste drie regeneratiebij toepassing van poderkool nog niet
methoden niet in aanmerking vanwege de
nische stof uitgedreven door de. stoom met
volledig &limineerd wed, terwijl dit bij
beperkte toepassingsmogelijkheden en vaneen temperatuur die 30 B 50 OC hoger is
wege hygienische redenen zodat er alleen
toepassing van korrelkool we1 het geval was. dan het kookpmt van het te verwijderen
Andenijds geldt, zoals reeds eerder is
materiaal (uitzondwningen: gevallen waarbij thennische reaktivatie toegepast kan
om de verfiezen laag te houden en de
temperatuur voldoende hoog te houden bij
de door Norit ontwikkelde oven de kool
voor de reaktivatie eerst g d o o g d moet
worden.
Als de regeneratie van dk kool langs
thermische weg geschiedt kan doze op
twee wijzen worden uitgevoerd:
ter plaatse door de gebruiker van de kool;
door de leverancier der kool.
DRAAIOVEN
Welke van dae twee alterna~evengekozen
wordt, hangt af van een reeks faktoren, 0.a:
de jaarlijks te reaktiveren hoeveeheid
kool;
de afstand waarover de kool i n g d van
exteFne reakbivatie getramporteerd moet
worden;
de mate waarin het bedrijf personeel ter
baschikking heeft om de reakaivatieinstallatie te bedienen.
Een keuze uit deze twee mogelijkheden
dient in elk geva!l afzonderlijk grondig
overwogen te worden.
ETAGE OVEN
Afb. 9
NORlT FLUID BED OVEN
- Typen reactivatie-ovens.
wo~dkn.De thennische reaktlivatie van
korrelkool kan in drie versclriUende soorten
ovens worden uitgevoerd, nl. :
- draaiovens;
- etageovens;
- 'fluid b d ovens.
Deze drie ovens worden schematisch weergegeven in afb. 9. Da h i o v e n bestaat
in principe uit een roterende buis. De te
maktiveren kool wordt aan de ene zijde
afgevoerd. Er bevindt zich 66n brander
aan de oven (meestal aan de 'afvoerzijde'
d.w.z. aam de kant waar de kool wordt
afgetapt). Het nadeel van dit type oven
is dat de temperatuur moeilijk regelbaar is,
wat niet het geval is bij de etageoven die
meerdere brand'ers bevat. Bij de etageoven
wordt de kool aan de bovenzijde ingevoerd
en wordt door roterende armen van de
ene etage naar de andere gescbvea
Voor niet a1 te grote kapaciteiten is een
draaioven goedkopsr dam een etageoven
waar tegenover staat dat een draaioven
meer ruimte in beslag neemt. Sommige
auteurs [14] stellen dat db verliezen bij een
etageoven lager zijn dan bij een draaioven. Bij kleinere kapaciteiten (< 50 kgr .
uur-1) wordt een etageoven relatief duur
terwijl de verliezen tomemen. Beide oventypes zijn van Amerikaanse herkomst.
De laatste jaren is er in Europa een nieuw
type oven ontwikkeld, de fluid bed oven.
Norit heeft zijn eigen oven ontwikkeld die
begin 1976 bij het watmle1dingbakijf van
Ziinich [IS] in bedrijf genomen is. Dit type
oven heeft een sand voordelen boven de
h i d e andere, nl.:
- De verblijftijd in de oven is zeer kort
(ca. 15 minuten).
- Maakt de operator een fout dan gaat er
wdinig kool verloren, m i n k dan bij een
etageoven en veel minder clan bij een draaioven.
- De opstarttijd is veel korter clan bij de
andere ovens waardoor &t oventype ook
intennitterend te gebruiken is zonder grote
brandstofverliezen zoals bij bei'de andere
oventypes.
- De oven heeft geen draaiende onderdelen wat bij een heet p r o w (900 "C)
voordelen oplevert.
- Dit type oven is volledig leeg te clraaien,
tenvijl dit bij de twee overige soorten niet
of slechts moeizaam het geval is.
- De reaktivatieverlieeenzijn lager
(3 B 5 vol. %) &m bij de twee andere ovens.
- Ook bij lage kapaciteiten (10 B 20
kg. uur-1) werkt de oven nog efficrent
(de verliezen blijven laag).
Er staat tegenover dat de uitgeputte kool
geen zand of grint mag bevatten en dat,
Het bedrijven van een raktivatie-installatie
door de klant zelf heeft het voordeel dat
op ieder gewenst tijdstip gereaktiveerd kan
worden doch hier staat tegenover dat men
dan we1 over vakbekwaam persmeel dent
te beschikken. Bij reaktlivatie der uitgepum
kool bij de leverancier heeft men uibraard geen speoiaal personeel nodig en mist
men de kosten voor het onderhoud der
reaktivatie-instadlatie, doch als nadelen
kan men noemen de hoge transportkosten,
& grotere koolverliezen t.g.v. de extra
handling der kool en het bezwaar dat het
voor de leverancier niet altijd mogeilijk is
om op het voor de klant me& gunstige
tijdsaip te kunnen r e a v e r e n (bijv. doo~dat
de Wansportmiddelen enlof che oven voor
derdkn in gebruik zijn). Deze problernatiek
wordt elders [19] uitvodger behandeld?
Ekonomische aspekten: modelberekening
In de sektie 'Resultaten korrelkool' werden
de resultaten van een drietal proefinstallaties waarin de toepassing van (thermisch
reaktiveerbare) korrelkool bij de drinkwaterleiding onderzocht werd, besproken.
De in afb. 6 en tabel I1 weergegeven relatie
tussen de schijnbare kontakttijd en de
looptijd der kool is gebruikt voor een berekening van de kosten als funktie dkr
kontakttijd.
De resultaten weergegeven in de afb. 10
en 11 zijn ontleend aan [4], evenals tabel IV
waarin de grondslagen der berekening zijn
weergegeven. Alle prijzen zijn van augustus
1975. De in afb. 10 weergegeven resultaten
gelden voor een DOC reddctie over de kool
van 55 %, wat een strenge eis genoemd
kan worden. De volgende zaken vallen op:
PLAATS : ANDIJK
PARAM. : DOC
-
-------.-.-
BETON
STAAL
REAKTIVATIE
+
SUPPLETIE
.---___-_---
'
TOTALE
.' .-.
-.\. -.-.-
1
Afb. 10
---- ,,--+
YE
_-I/
RENTE +
AFSCHRIJVING
- Kosten van korreltoepassing als functie
TABEL IV - Drinkwaterleiding, grondslagen
kostenberekening.
Twee gevallen
Produktiekapaciteit
Regeneratie der kool
Reaktieverlies
Afschrijving
Rente
: open betomen filters
gesloten stalen filters
: 6000 ms per uur
: thermisch, ter plaatse
: 8 (vol.) %
: AnnuXeitenbasis
Beton
Aantal filters
Diameter (m)
haghoogte (4
(m3 . m-2
UUr~-)
Filteroppewlak
:
12
: 1,7- 5
: 10 -20
: 20 -50
Staal
12 -21
3,s- 6
3,s- 5
10 -52
Afschrijving Onderhoud
(jaren)
(%I
Beton
staal
Meet- en regelapparatuur
30
15
10
3
5
6
1. Vooral bij wat hogere waarden der
kontakttijd lei& gebruik van open, betonnen filters tot lagere kosten dan gesloten,
d e n Uilrers.
2. De aan & kwaliteit van het eindprodukt
gestdde eisen beinvloedh de kosten sterk.
3. Bij relatief strenge eisen t.a.v. & kwaliteit van het kooleffluent ligt het optimum
in & kosten bij relatief hoge waarden der
verblijftij'd.
4. Als cbe genoemde eisen mhtief streng
zijn maken & kosten van reaktivatie en
suppletie (van reaktivatieverliezen) der
kool een relalief groot dw1 der totale
heban&Engskosten uit.
D e bovengenoemde berekeningen zijn d l e
uitgevoerd in augustus 1975. Andere bere
der kontakttijd.
keningen hebben aangetoond dat de idartiie
nauwelijks & optimah waar& van T behdoedt: we1 d
& kosten. Het
ovtimum vmschuift echter we1 wat W e f t
& waarde van T bij varhtie in het reaktivatievex'lis. De bovens&iande konklusies
worden &s niet of 'naumlijks behvloed
door de sin& augustus 1975 opgetmden
geldontwaaxxhg.
Enkele praktische zaken
Tot M u i t van a t verhaal willen we nog
een aantal punten bwpreken die tot nu toe
niet of nauwelijks a m db or& geweest zijn.
Het belangrijkste wor& gevormd door de
spdikaties der kool.
Het zal de meeste lezers bekend zijn dat
alle leveranciers van aktieve kool werken
met zgn specifikadar d.w.z. bepaalde normen waaraan & kool voldoet. Soms hebben deze specif &aria een duidelijke relatie
met w n bepaal.de toepassing, waarvoor ze
dan ook opgesteld zija In andere gevallen
is daze relatie er niet of nauwelijks.
Behalve cbe koolfabrikankn zijn er ook een
aantal instellingen die normen hebben
opgestelk3, waarbij we denken aan d~ AWWA
(American Water Works Association),
C&I ASTM (American Sodety for Testing
Matefials) en de DIN (Deutsche Normenausschuss). Deze drie instellingen hebben
specifikatiw opgestelki voor alctieve kool
welke wordt gebruikt bij db bereiding van
drinkwater [16,17,18]. Ruwweg kunnen
we a1 dieze normen als volgt indden:
1. Normen die slechts zijdelings of aiet
raken a m d~ specifieke toepassing (bijv.
asgahalre, stortgewicht).
2. Normen gebaseerd op de aadsorptie van
madelstoffen of men& (bijv. de diverse
fenoltesten).
3. Normen die te maken hebben met
andere aspekten der kool & fysische
adsorptfe (bijv. slijtagekkndighdki,
&ltjesgrootte, voch@halte) maar we1 van
rechtstreeks belang zijn.
De onbevangen leek zal vrij snel geneigd zijn om aan d m testen meer waarde,
beter gezegd een andere waarde toe te
kennen dan ze in feits toekomt, dit is
althans de ervaring van schrijver &zes.
Afb. 11 - Totale kosten als funktie der kontakttijd.
i
KosTEN (CT. M - ~ )
I ,
PLAATS : ROTTERDAM
PARAM. : DOC
--
BETON
STAAL
We hebben er reeds op gewezen dat bij
een pardlt!l mdenoek van een mks
verschUende (Noht) kooltypes in een
proefinstallatie (drinkwater) er voor deze
kooltypa geen relatie amtoonbaar bleek
te zijn tussen de prestades in de praktijk
enerzijds en een reeks op adsorptietesten
(benzeen, fenol, molasse, etc.) gebaseerde
kwaliteitsnormen der kool anderzijds.
Door anderen was dit reeds eerder
gevonden [S].
Hier mogen we dm mot grote zekerheid
uit konkluderen dat dk zgn. adsorptietesten
(althans de bestaande) niet gehanteerd
mogen worden om de verschillende op de
markt zijnde kooltypen onderling te vergelijken qua adsorptiegedmg en lklhrbij te
verwachten dat de prestades onder praktijkomstandigheden de resultaten van deze
testen zullen volgen.
Dat de meeste koolfabrikanten (ook Norit)
halniettemin dit soort t d e n hanteren,
vindt zijn oorzaa,k in h& feit dat bij toepassing van dwze testen op een mks kolen
gemaakt volgens hetzelfde prod& en uit
dezelfde grondstof er in sommige gevallen
we1 kwalitahieve relati& worden gevonden
tussen hboratorium test en praktijkresultaat.
Het bovenstaande geldt ook voor de diverse
testen die bmgen om de slijtage van korrelkool in een getalwmde uit t~ drukken.
Er is nog nooit een kwantitatieve relade
afgelei'd tussen de aldus gemeten slijtvastheid der kool enerzijds en de slijtage tijdens
hydraulisch tramport en thermische re&tivatie anderzijds.
Ook hier g l d t dat bij onckrlinge vergelijking van valgens hetzelfdb prodd6 uit
&elf& grondstof gemaakte kooltypes er
waarschijnlijk we1 een (kwalitatieve) relatie
bestant.
Een bijzondere valkuil wordt gevormd door
cle eis de deeltjesgrootte te bepalen (dm.v.
mfanalyse) die inherent is aan de meeste
slijtagetesten. Werkt men met een gevormd
produkt (bijv. cylindert$a, zoals Row 0.8
Supra) dan mag een eventuele slijtagekst
waarbij de veranciering van cBe grootte dkr
dwltjes d.m.v. een zeefadyse wordt vastgesteld, niet worden toegepast op deze
cylindertjes daar het zeven van een cylindisch materiaal een puur stochastisch
p r o m is; het resultaat is skrk afhankelijk
van de zeeftijd. Tegen cEeze regel won&
nogal eens gezondgd 0.a [14].
In dat geval
lciest men een test waarbij bijv. de stofproduktie een maat is voor de slijtvastheia
Het voornaamste nut dat de bovenstaande
testen hebben moet gezocht worden in een
k o n t r o l e f u ~ eIn
. de eerste plaats kreren
dergelijke testen voor do afnemer der kool
de mogelijkhdd om te kontroleren of een
bepaalde partij kool voldoet aan de normen
zoals d m zijn overeengekomen tussen
leverancier en afnemer. Dit gel& niet
alleen bij de aankoop van verse kool maar
ook bij reaktivauie van uitgeputte lcool
(zowel als deze extem of intern plaatsvindt). Er zijn uiteraard daarnaast testen
die.we1 degelijk zin hebben voor de praktijk
w ~ b iwe
j bijv. dbdcen a m de deeltjesgrootte bij poederkool (daarover straks
meer).
Daarnaast is er een aantal eigenschappen
van korrelkool die weliswaar samenhangen
met de deeltjesgrootte der kool waarbij
echter deze relatie niet nauwkeurig te
kwantificeren is en die praktisch van
tamelijk groot bdang zijn. Hierbij denken
wij aan de waterweerstand der kool en dB
bedexpansie bij terugspoelen. De waterweerstand speelt bij open filters (vaste
bedden) een grote rol daar daze aan een b e
paald maximum gebonden is, terwijl bij
gesloten drukfilters de waterweerstand de
pompkosten bepaalt. De bedexpaasie bepaalt het spoelwatervetbruik en daar men
in de pralctijk meestal produktwater als
spoelwater gebruikt, betekent een lage
waardB der bed'expansie grotere verliezen
aan produktwater. Daar de cleeltjesgrootte
van de kool bij thermische reaktivatke kan
veranderen [l 1,121betekent dit d ~zowel
t
de waterweerstand als 'de lbede~pansie
veranderen in &t g a l . Wordt de k m l ' t ~ver'
gereaktiveerd (lagere schijnbare dichtheid
dan het oorspronkeijke produkt) dan neernt
& bediexpansie toe daar deze behalve
van de cteel'tjesgeometrieook afhangt van
de aktievatiegraad der kool.
Het spreelct vanzelf dat een bedrijf dat zelf
reaktiveert hier rekening mee behoort te
houden. Wannwr na reaktivatie der kool de
bedexpansie hoger is dan die van het
oorspronkelijkeprodukt en er wordt teruggespoeld met diezeilfde snelheid als gebeurdk
bij de oorsprorkelijke kool dan leidt &t tot
koolver6ezen indien de expansieruimte
krap gedhensioneerd is.
Ook anderzins speelt deze bedexpansie nog
een rol, waarbij een onjuist hanteren der
kool tot spoelverliezen lei&n kan. In het
algemeen moet een koolbed nzdat de kool
d.m.v. hydraulisch transport in het filter
gebracht is teruggespoeld worden alvorens
in bdrijf genomen te wordkn.
Dit heeft de vorgende funkties:
- verwijdeen van fijne deeltjes of stof
gevormd tijdens het hydradkch transport;
- verwijderen van eventueel tussen de
kooldeeltjes ing~lotenlucht;
- venekering van een stabiele bedopbouw
i.v.m. latere terugspoeling als het filter in
b&jf is.
a
In het algemeen verdient het aanbeveling
om dit eerste terugspoelen niet onrnidhllijk
uit te voeren maar eerst gedurende CBn &
twee dagen (schoon) water van boven mar
beneden door de kool te Idden teneinde
eventueel in de. porien der kool aanwezige
lucht zo volledig mogelijk te verwijderen.
Zelfs als db kool direkt na het hydraulisch
transport volledig en snel beainkt is dit nog
geen bewijs dat de lucht vollcklig uit de
porien venbven is. In dat geval is alleen
maar de dichtheid van de kooldeeltjes
water ingesloten lucht groter dan die
van het omringe~dewater. Zodra men
onder k e omstandigheden gaat terugspoelen, voert b t onherroepelijk tot
(onnodige) koolverlimen.
+
+
Er is reeds gesteld dat de zeefanalyse van
een poederkool een praktische waarde
heeft, een bewering waarvoor nog een verklaring verschuldigd is. Zodra een M j f
po&rkool toepast zonder een sirnultane
koagulatie-flokkulafiie wordt de sedimentatiesnelheid'dbr kool belangrijk zoals reeds
eerder uiteengezet is. Een simpele en muwkeufiige kwantitatieve relatie tussen de
sedimentatiesnelheiden de zeef analyse der
kool bestaat niet. Het nut der zeefanalyse
is in dit geval gelegen in de kontrolefunktie.
In verband hiermee dient men zich te
realiseren dat een doorslag van de kool
door de snelfilters lang niet altijd kan
worden toegeschreven aan een verandering
der zeefanalyse. Dit kan via de zeefanalyse
vrij snel nagegaan worden. Meestal heef t
deze doorslag andere oonaken die alle
gelegen zijn in een onjuiste M e n i n g der
snelfilters. De volgende fouten kunnen
hierbij gemaakt worden:
1. Te sterke fluktuaties in ,defiltratiesnelheid.
2. Verhoging van de poederkmldosis
zonder d2t daar een toename der terugspoelfrequentie mee gepaard gaat.
3. Niet tijdig genoeg terugspoelen.
Het zal dehalve duidelijk zijn, dat bij
potxlerkool doorslag de oorzaak niet onmidhllijk bij & eigenschappen van het
produkt akfiieve kool gezocht behoeven
te worden.
Hopelijk heeft de lezer een redelijke indruk
gekregen van de diverse toepassingsmogs
lijk-n
van aktieve kool bij de bereiding
van drinkwater. Hij late dch niet afschrikken door de problemen die zich hierbij
voordoen en die hier opzettelijk breed uitgemeten zijn. Er 'is gepoogd zinvolle informatie te verschaffen wat een bagatellisering van dem problemen uitsluit.
Literatuur
1. Burg, L. van dm: HzO 1970, 3 (14) 330.
2. De volgende handboeken worden aanbevolen:
Hasler, J. W.: Activated Carbon, New York, 1963.
M. Smisek, S. Cerny: Active carbon, Manufacture,
Properties and Applications, Amsterdam, 1970.
Mattson, J. S., Mark Jr., H. B.: Chemistry and
Adsorption from Solutions, New York, 1971.
3. Kuzin, I. A.: Zhurn. Vses. Khim. Obshchest.
1968, 13 (5) 551.
Akatsu, E., Ono, R., Tsukuechi, K., Uchiyama, H.:
J. Nucl. Sci. Technol. 1965, 2 (4) 141.
4. Lier, W. C. van, Graveland, A., Rook, J. J.,
Schultink, L. J.: Ref. 7, blz. 142.
5. Sontheimer, H.: IWSA (Inte,rnation Water
Supply Association), 10th Congress, Brighton, 1974.
6. Fuchs, F., Kiihn, W.: Ref. 7, blz. 160.
7. Engler-BunteInstitut der Universitiit Karlruhe:
Veroffentlichungen des Bereichs und des Lehrstuhls
fiir Wasserchemie, Heft 9, 1975.
8. Knopp, P. V., Gitschell, W. B.: Proc. 25th
Industrial Waste Conf., Engin. Ext. Ser. No.
137, 687.
9. Smith, S. B.: Proc. Phys.-chem. Treatm. Activ.
Carbon Ads. in Pollut. Contr. Technol. Transfer
Semin., Ontario 1975.
10. Burns, D. E., Shell, G. L.: J. Water Pollut.
Contr. Fed., 1974. 46 (1) 148.
11. Poggenburg, W.: Ref. 7, blz. 75.
12. Strack, W.: Ref. 7, blz. 248.
13. Juhola, A. J.: Regeneration of activated
carbon. WRA-Conference on activated carbon in
water treatment, Reading 1973.
14. Friessinger, F., Richard, Y.: Techniques et
Sciences Munic. de l'Eau, 1975, 70 (7) 271.
15. Schalekamp, M.: Ref. 7, blz. 119.
16. Deutsche Normen: DIN 19063, 1969.
17. AWWA B 60@66: Standard for powdered
activ. carbon, 1966.
18. AWWA B 604-74: Standard for granular
activated carbon, 1974.
19. Lier, W. C. van, Wenink, J.: Wordt gepubliceerd in tijdsohrift van het BECEWA, 1978.
20. Rook, J. J.: Water Treatment Exam. 23 (1974)
234.
21. Sontheimer. H.: Zbl. Bald. HVE.
- - I Abt. Orin.
A 227 (1974) 33.
Middleton. F. M.: Proc. Water Quality
- Cod. 15th,
1973.
U.S. Environm. Protection Agency: Prelimimary
assesment of suspected carcinogenics in drinking
water.
Interim Report to Congress, Cincinatti 1975.
Meijers, A. P.: 4. Arbeitsstagung IAWR, Stuttgart,
1974.
Inhoud
Nieuwe zuiveringstechnieken - ir. G. Wijnstra 5
Hyperfiltratie - ir. J. C. Schippers 10
Ozonisatie - dr. ir. A. P. Meijers 15
Gezondheidsaspecten van drinkwaterbereiding - ir. B. C. J. Zoeteman 26
Diepbedfiltratie - ir. E. C. Schwencke 35
Flotatie - ir. M. J. van Melick 41
Chloor en chloorprodukten - drs. J. J. Rook 47
Slow sand filtration - dr. N. P. Burman 52
Toepassing van aktieve kool - drs. W. C. van Lier 56