1-STEP FILTER ALS EFFLUENTPOLISHINGSTECHNIEK

Final F ina l report re p ort RWZI HORSTERMEER PILOTONDERZOEK

1-STEP® FILTER ALS EFFLUENTPOLISHINGSTECHNIEK

1-STEP® FILTER ALS EFFLUENTPOLISHINGSTECHNIEK

2009

RAPPORT

34

2009 34

STOWA omslag (2009 34).indd 1

26-10-09 14:14

Pilotonderzoek rWzi Horstermeer 1-steP® filter als effluentPolisHingstecHniek

2009

STOWA

34

isBn 978.90.5773.456.4

[email protected] www.stowa.nl TEL 030 232 11 99 FAX 030 231 79 80

Arthur van Schendelstraat 816 POSTBUS 8090 3503 RB UTRECHT

Publicaties van de STOWA kunt u bestellen op www.stowa.nl

STOWA 2009-34 1-steP® filter als effluentPolisHingstecHniek

colofon colofon utrecht, 2009 uitgaVe

stoWa, utrecht

ProJectuitVoering H.W.H. menkveld, Witteveen+Bos r. neef, Waternet s.m. scherrenberg, technische universiteit delft W. zijlstra, Witteveen+Bos P. Postma, Witteveen+Bos a.m. te kloeze, Witteveen+Bos J. de danschutter, Waternet J. van den dikkenberg, norit Begeleidingscommissie m. Bechger, Waternet B. Bult, Wetterskip fryslan, (voorzitter) r. van dalen, Waterschap Veluwe J.J.m. den elzen, Hoogheemraadschap van rijnland J. de Jonge, Waterschap de dommel e. koreman, PWn g.B.J. rijs, rWs-Waterdienst c.a. uijterlinde, stoWa H.m. van Veldhuizen, Waterschap groot salland thans Waterschap Vallei e& eem d. de Vente, Waterschap regge en dinkel druk

kruyt grafisch adviesbureau

stoWa

rapportnummer 2009-34 isBn 978.90.5773.456.4


ten geleide Het toepassen van nageschakelde filtratie voor RWZI-effluent is een betrekkelijk nieuwe ontwikkeling in de afvalwaterzuivering. De belangstelling voor deze techniek, van oudsher veel toegepast in de drinkwaterbereiding, is de afgelopen vijf jaar toegenomen voor wat betreft de ontwikkeling en toepassing. Nadat in december 2000 de Europese Kader Richtlijn Water (KRW) in werking is getreden, heeft de STOWA in verschillende onderzoeksprojecten kansrijke nageschakelde zuiveringstechnieken geïdentificeerd die een bijdrage kunnen leveren om de belasting met nutriënten van rioolwaterzuiveringinstallaties op het ontvangende oppervlaktewater verder terug te dringen. De bestaande kennisleemten met betrekking tot het passen van deze zuiveringstechnieken en de ambitie voor een vergaande verbetering van het RWZI-effluent was voor STOWA aanleiding om het onderzoek op de RWZI Horstermeer van het Waterschap Amstel, Gooi en Vecht (AGV) te ondersteunen. Naast de ambitie om het RWZI-effluent verdergaand te zuiveren, is het uitgangspunt gekozen om de verwijdering van fosfaat, nitraat en microverontreinigingen in één processtap uit te voeren. Twee tot nu toe gescheiden processen van zandfiltratie en actiefkool filtratie zijn hierbij gecombineerd en dit heeft geleid tot de ontwikkeling van het 1-STEP® filter. Op basis van de goede onderzoeksresultaten die zijn verkregen tijdens het pilotonderzoek met het 1-STEP® filter heeft Waternet besloten het 1 STEP® filter full scale toe te passen als nabehandeling op de RWZI Horstermeer, met als primaire doel nitraat en fosfaat vergaand te verwijderen. De ontwikkeling van het 1-STEP® filter is een goed voorbeeld van een innovatie die begonnen is van met labschaal- en pilotonderzoek kolommen en vervolgens vertaald is naar een full scale installatie. Utrecht, oktober 2009 De directeur van de STOWA ir. J.M.J. Leenen


samenVatting ACHTERGROND EN DOEL In toenemende mate hebben waterkwaliteitsbeheerders aandacht voor het verder verbeteren van de waterkwaliteit van RWZI-effluent. Samen met het in werking treden van de Europese Kaderrichtlijn Water (KRW) in 2000, heeft het verbeteren van deze waterkwaliteit een hoge prioriteit gekregen. De KRW stelt als doel een goede ecologische en chemische toestand van het oppervlakte- en het grond-water in 2015. Daarbij zijn voor het bereiken van een goede chemische toestand prioritaire stoffen vastgesteld, waarvan naast het halen van de vastgestelde waterkwaliteitdoelstellingen, de belasting van deze stoffen naar het watermilieu progressief dient te worden verminderd. Ook voor het bereiken van een goede ecologische toestand van het oppervlaktewater zijn nadere kwaliteitseisen bepaald ten aanzien van de chemische toestand voor enkele stroomgebiedenrelevante stoffen en fysische/chemische parameters. De huidige generatie RWZI’s zijn niet ontworpen om de geselecteerde stoffen in voldoende mate uit het afvalwater te verwijderen. Hiertoe heeft STOWA in het rapport “Verkenningen zuiveringstechnieken en KRW” een overzicht samengesteld van in te zetten zuiveringstechnieken die de emissie van schadelijke stoffen naar het oppervlaktewater via het effluent van RWZI’s verder terug kunnen dringen. Uit dit rapport komt filtratie als één van de kansrijke technieken naar voren. In het STOWA-rapport “Filtratietechnieken RWZI´s” wordt filtratie geëvalueerd. De evaluatie in dit rapport is uitgevoerd op basis van praktijkonderzoek en/of full scale toepassingen en gaat met name in op de aspecten die spelen bij de ontwikkeling van (zand)filtratie, zoals verlaging van de investeringskosten, het verwijderen van specifieke componenten en de combinatie van verschillende verwijderingprocessen. Waternet/AGV is in samenwerking met Witteveen+Bos en Norit in maart 2005 een langlopend onderzoek gestart naar de ontwikkeling van discontinue filtratietechnieken op de RWZI Horstermeer. De focus van het onderzoek is het verkrijgen van ontwerpkennis en praktijkervaring met nageschakelde discontinue filtratietechnieken. Met deze kennis kunnen de juiste maatregelen die nodig zijn voor de RWZI’s lozend op de Vecht worden bepaald, om te kunnen voldoen aan de waterkwaliteitsdoelstellingen van de KRW voortkomende uit het Restauratieplan Vecht. De beschikbare onderzoeksresultaten zijn gebruikt voor de ontwikkeling van een nieuw filterconcept waarbij in één stap naast een efficiënte afscheiding van deeltjes ook opgeloste nutriënten, organische microverontreiniging en zware metalen worden verwijderd. Hieruit is het 1-STEP® filter ontstaan, dat naadloos aansluit op de toekomstige ontwikkelingen en drijfveren uit het STOWA-rapport “Filtratietechnieken RWZI’s”. Doel en ambitie van dit onderzoek is als volgt: Het ontwikkelen van een één-filterconcept waarmee RWZI-effluent in één processtap wordt behandeld zodat het voldoet aan de chemische waterkwaliteitseisen zoals afgeleid van de KRW. Voor het onderzoek zijn voor stikstof en nitraat streefwaarden van Ntotaal < 2,2 mg/l en Ptotaal < 0,15 mg/l gesteld. Als afgeleide van de eisen voor het bereiken van de gewenste chemische toestand en ecologische doelen.


In dit eindrapport worden de ontwikkeling, ontwerpkennis en praktische onderzoekservaringen op pilotschaal van het 1-STEP® filter (One Step Total Effluent Polishing filter) beschreven. HET 1-STEP® FILTER Het 1-STEP filter is een éénfilterconcept met als basis een discontinu filtratie met granulair actief kool als filterbedmateriaal. AFbEELDING 1

DEELPROCESSEN IN HET 1-STEP® FILTER

AFBEELDING 1 DEELPROCESSEN IN HET 1-STEP® FILTER

® InInafbeelding 1 zijn allealle deelprocessen van het filter ® weergegeven, deze zijn. afbeelding 1 zijn deelprocessen van1-STEP het 1-STEP filter weergegeven, deze zijn. • P-verwijdering via chemische fosfaatverwijdering (combinatie van coagulatie, flocculatie en • P-verwijdering via chemische fosfaatverwijdering (combinatie van coagulatie, flocculatie filtratie); en filtratie); via denitrificatie; • N-verwijdering •• Verwijdering troebelheid (zwevende stof) via filtratie; N-verwijdering via denitrificatie; •• Verwijdering microverontreinigingen viastof) adsorptie aan actief kool. Verwijdering troebelheid (zwevende via filtratie; Het totale effect van de afzonderlijke verwijderingen en de interactie tussen de • Verwijdering microverontreinigingen via actief kool. filter. verwijderingsprocessen bepaalt het resultaat van hetadsorptie 1-STEP® aan Het totale effect van de afzonderlijke verwijderingen en de interactie tussen de verwijderingsHET ONDERZOEK processen bepaalt het resultaat van het 1-STEP® filter. De proefinstallatie bestaat uit een discontinue filter gevuld met actief kool. Het filter wordt gevoed met water uit de afloop nabezinktank (NBT) van de RWZI. De proefinstallatie is zo gedimensioneerd HETbehaalde ONDERZOEK dat resultaten representatief geacht worden voor de RWZI Horstermeer en opschaling naar een scale installatiebestaat direct mogelijk is. De full proefinstallatie uit een discontinue filter gevuld met actief kool. Het filter wordt

gevoed met water uit de afloop nabezinktank (NBT) van de RWZI. De proefinstallatie is zo gediEr moet worden opgemerkt dat de hoofdzuivering RWZI Horstermeer niet representatief is voor de mensioneerd dat behaalde resultaten representatief geacht worden voor de RWZI Horstermeer waterkwaliteit van een gemiddelde RWZI in Nederland. Vooral de hoogte en spreiding in nitraat en opschaling naar full scale installatie direct mogelijk is. de situatie bijzonder.In 2008 eneen fosfaatconcentraties (0,3-2,7 mg/l Ptotaal) maakt (5-34 mg/l NO3-N) waren de gemiddelde concentraties in de afloop NBT voor Ntotaal 13,7 mg/l en voor Ptotaal 0,9 mg/l. Er moet worden opgemerkt dat de hoofdzuivering RWZI Horstermeer niet representatief is In afbeelding 2 is de overzichtstekening weergegeven. voor de waterkwaliteit van een gemiddelde RWZI in Nederland. Vooral de hoogte en spreiding in nitraat (5-34 mg/l NO3-N) en fosfaatconcentraties (0,3-2,7 mg/l Ptotaal) maakt de situatie bijzonder.In 2008 waren de gemiddelde concentraties in de afloop NBT voor Ntotaal 13,7 mg/l en voor Ptotaal 0,9 mg/l.


In afbeelding 2 is de overzichtstekening weergegeven. ® AFBEELDING 2 OVERZICHTSTEKENING 1-STEP FILTER INSTALLATIE ®

AFbEELDING 2

OvERZICHTSTEKENING 1-STEP FILTER INSTALLATIE

HetHet water van de NBT wordt over een zeefbocht (maaswijdte 630 µm) 630 geleid voor het in eenhet water vanafloop de afloop NBT wordt over een zeefbocht (maaswijdte µm) geleid voor buffervat wordt verzameld. In deze buffer worden online de NOx-N en PO4-P concentraties gemeten. enfilter PO4-Pwordt concentrain een wordt In deze buffer online de NO Vanuit de buffervat buffer wordt het verzameld. 1-STEP® filter gevoed. In worden de voedingsleiding vanx-Nhet de ® filter gevoed. In deinvoedingsleiding van het ties gemeten. Vanuit de ingaande buffer wordt 1-STEP en troebelheid gemeten van het water.het Coagulant C-bron worden de leiding gedoseerd. en het in De filter hoeveelheid te troebelheid doseren C-bron wordtvan geregeld door dewater. onlineCoagulant meting van NOx-N worden wordt de gemeten het ingaande en C-bron voedingsdebiet. De hoeveelheid te doseren coagulant wordt geregeld door de online meting PO4-P en de leiding gedoseerd. De hoeveelheid te doseren C-bron wordt geregeld door de online meting het voedingsdebiet. Het filter heeft een filteroppervlak van 1,0 m2 en is gevuld met actief kool. De en het voedingsdebiet. De hoeveelheid te doseren coagulant wordt geregeld in door van NOisx-N bedhoogte gedurende het onderzoek verlaagd van 1,95 naar 1,5 m. Het filtraat wordt opgevangen -P en het voedingsdebiet. filter heeft eenfiltraatleiding filteroppervlak 1,0 m2 de online meting POgebruikt de filtraatbuffer en wordt voor het spoelen vanHet het filterbed. In de wordtvan online 4 PO1,95 de troebelheid gemeten. In een kleine buffertank inis de filtraatleiding worden online NOx-N,van 4-P en en is gevuld met actief kool. De bedhoogte gedurende het onderzoek verlaagd naar Ptotaal gemeten. Via een overloop wordt overtollig filtraat vanuit de filtraatbuffer naar het riool 1,5 m. Het filtraat wordt opgevangen in de filtraatbuffer en wordt gebruikt voor het spoelen geloosd. van het filterbed. In de filtraatleiding wordt online de troebelheid gemeten. In een kleine bufRESULTATEN fertank in de filtraatleiding worden online NOx-N, PO4-P en Ptotaal gemeten. Via een overloop ® filter de streefwaarden van Metwordt het pilotonderzoek is aangetoond datfiltraatbuffer het mogelijk isnaar met het overtollig filtraat vanuit de het1-STEP riool geloosd. Ntotaal < 2,2 mg/l en Ptotaal < 0,15 mg/l te behalen. Naast de goede verwijderingsrendementen voor N en P wordt een breed spectrum aan KRW relevante stoffen verwijderd. RESULTATEN Samenstelling filterbed Met het pilotonderzoek is aangetoond dat het mogelijk is met het 1-STEP® filter de streefwaarden Op basis van de behaalde looptijden is het onderzochte type actief kool, met een korrelgrootte van verwijderingsrendemenvan Ntotaal < 2,2 mg/l en Ptotaal < 0,15 mg/l te behalen. Naast de goede 1,70 tot 3,35 mm, optimaal gebleken als filtermedium voor het 1-STEP® filter. De filtratiewerking en P wordt breed spectrum KRW relevante stoffen waarde verwijderd. vanten het voor bed isNuitstekend en een daarom heeft een extraaan zandlaag geen toegevoegde voor een beter filtratierendement. Er blijkt gedurende het onderzoek geen sprake te zijn van vergruizing van de kool. Deeltjestellingen vanFILTERbED de kool laten wel een classificatie zien; in de onderlaag zijn minder deeltjes SAmENSTELLING kleiner dan 1,4 mm dan in de bovenlaag. De toename van kleine deeltjes is gering en geeft aan dat het Op basis van de behaalde looptijden is het onderzochte type actief kool, met een korrelgrootte actief kool niet vergruist en bestand is tegen de spoelingen van het bed. van 1,70 tot 3,35 mm, optimaal gebleken als filtermedium voor het 1-STEP® filter. De filtraStandtijd van de kool tiewerking van het bed is uitstekend en daarom heeft een extra zandlaag geen toegevoegde Naast fosfaat en stikstof wordt een breed spectrumEr aan microverontreinigingen verwijderd, waardoor waarde voor een beter filtratierendement. blijkt gedurende het onderzoek geen sprake te het principe van het 1-STEP® filter dus werkt. Voor het bepalen van de toepasbaarheid van het zijn ®van vergruizing van de kool. Deeltjestellingen van de kool laten wel een classificatie zien; 1 STEP filter voor de verwijdering van microverontreinigingen is de standtijd zeer belangrijk. in deadsorptie onderlaag zijn minder kleiner dan mm dan de bovenlaag. toename Omdat stofspecifiek is, deeltjes is het moeilijk één 1,4 standtijd te in bepalen. Op basisDevan de verwijderingen van geneesmiddelen een afname de gemiddelde verwijdering naar is 16% van kleine deeltjes is gering enisgeeft aan datinhet actief kool niet vergruistvan en56% bestand tegen na 11 maanden (32.000 bedvolumes) gevonden, een daling van 72%. De biomassa lijkt slechts de spoelingen van het bed. geringe mate effect te hebben op de adsorptiecapaciteit, dit is echter niet met metingen onderbouwd. vANover DE KOOL EenSTANDTIjD beter beeld de adsorptiecapaciteit wordt gegeven door het Iodine-getal (mate van beschikbaarheid adsorptie). Dezeeen is inbreed 11 maanden (32.000 gedaald van 1.025 naar Naast fosfaatvoor en stikstof wordt spectrum aan bedvolumes) microverontreinigingen verwijderd, 720. Op basis van een ondergrens van 500 voor het Iodine-getal is de adsorptiecapaciteit gedaald met ® waardoor het principe van het 1-STEP filter dus werkt. Voor het bepalen van de toepasbaar58%. Voor een gemiddelde RWZI in Nederland lijkt een standtijd (voor absorptie) van 6 tot 12 filter voor de verwijdering van microverontreinigingen is de standtijd heid 1 STEP®tot maanden van met het betrekking de verwijdering van een breed spectrum van microverontreinigingen, haalbaar. zeer belangrijk. Omdat adsorptie stofspecifiek is, is het moeilijk één standtijd te bepalen. Op basis van de verwijderingen van geneesmiddelen is een afname in de gemiddelde verwijdeVerwijdering stikstof en fosfaat en P-limitatie van®56% 16% na maanden bedvolumes) gevonden, een daling vanen 72%. filternaar behaalt een11goede N en (32.000 P-verwijdering in combinatie met een robuust Hetring 1-STEP De biomassa lijkt slechts geringe mate effect te hebben op de adsorptiecapaciteit, dit is echter betrouwbaar resultaat op verwijderingrendementen en hydraulische capaciteit, waarbij rekening is gehouden metmetingen de grote variaties in de toevoer. Dit blijkt uit de behaalde verwijderingsrendementen bij niet met onderbouwd. filtratiesnelheden variërend van tussen 10 en 15 m/h van maximaal 90% voor NOx-N (gemiddeld 78%) en 85% voor orthofosfaat (gemiddeld 82%).

vi


Een beter beeld over de adsorptiecapaciteit wordt gegeven door het Iodine-getal (mate van beschikbaarheid voor adsorptie). Deze is in 11 maanden (32.000 bedvolumes) gedaald van 1.025 naar 720. Op basis van een ondergrens van 500 voor het Iodine-getal is de adsorptiecapaciteit gedaald met 58%. Voor een gemiddelde RWZI in Nederland lijkt een standtijd (voor absorptie) van 6 tot 12 maanden met betrekking tot de verwijdering van een breed spectrum van microverontreinigingen, haalbaar. vERWIjDERING STIKSTOF EN FOSFAAT EN P-LImITATIE Het 1-STEP® filter behaalt een goede N en P-verwijdering in combinatie met een robuust en betrouwbaar resultaat op verwijderingrendementen en hydraulische capaciteit, waarbij rekening is gehouden met de grote variaties in de toevoer. Dit blijkt uit de behaalde verwijderingsrendementen bij filtratiesnelheden variërend van tussen 10 en 15 m/h van maximaal 90% voor NOx-N (gemiddeld 78%) en 85% voor orthofosfaat (gemiddeld 82%). De maximale omzetting bij piekbelasting van nitraat is 4 kg N/m3 filterbed/dag (bedhoogte 1,95 m). Voor totaal fosfaat is de maximale verwijdering 0,26 kg P/m3 filterbed/dag (bedhoogte 1,5 m). Aan de streefwaarde van 2,2 mg/l voor N-totaal wordt voldaan bij ingaande nitraatconcentraties (afloop NBT) lager dan 10 mg/l waarbij de totaal stikstofconcentraties niet hoger is dan 11,5 mg/l. Aan de streefwaarde van 0,15 mg/l voor P-totaal wordt voldaan bij een ingaande orthofosfaatconcentratie (afloop NBT) lager dan 0,7 mg/l en een P-totaal concentratie lager dan 0,8 mg/l. Bij hogere concentraties aan nitraat en fosfaat kan in de winter niet altijd worden voldaan aan de streefwaarde. Extreme wisselingen in aanvoerconcentraties, van met name afname in de nitraatconcentratie, leiden tot verkorte looptijden. In de praktijksituatie dienen voor de RWZI Horstermeer deze extreme wisselingen voorkomen te worden. Hiervoor zal de bestaande zuivering moeten worden aangepast. Bij variaties in de filtratiesnelheid tussen 10 en 15 m/h (DWA/RWA simulatie, met onverdund effluent) is het filter in staat nitraat en fosfaat vergaand te verwijderen. Wisselingen in hydraulische belasting hebben nauwelijks effect op de filtraatkwaliteit. Tijdens coagulatie en vlokvorming vindt verschuiving plaats van opgelost “organisch” fosfaat naar gebonden “organisch” fosfaat. Dit kan erop wijzen dat het opgeloste “organische” fosfaat colloïdaal is of gebonden is aan colloïdaal materiaal en tijdens vlokvorming wordt ingevangen in de vlokken. Verwijdering van “organisch” fosfaat kan niet worden aangetoond op basis van de uitgevoerde actief kool analyses, echter is het niet uit te sluiten dat ook “organisch” fosfaat via adsorptie is verwijderd. Profielmetingen laten een verwijdering van gebonden “organisch” fosfaat in het filterbed zien. Gebonden “organisch” fosfaat wordt gemiddeld voor circa 75% verwijderd. Het “organisch” fosfaat (opgelost en gebonden) wordt voor circa 90% verwijderd. Daarnaast wordt orthofosfaat gemiddeld voor 82% verwijderd. Remming van denitrificatie en daarmee de vorming van nitriet kan optreden als de concentraties aan orthofosfaat in de aanvoer te laag is. Fosfaatlimitatie trad tijdens dit onderzoek op bij een ratio P-ortho/NOx-N kleiner dan 0,06. Het volgen van de PO4-P/NOx-N verhouding in de afloop NBT draagt ertoe bij dat omstandigheden waarbij fosfaatlimitatie kan ontstaan tijdig worden waargenomen. Door de coagulantdosering aan te passen, kan de kans op fosfaatlimitatie worden gereduceerd. Een optimale regeling voor coagulantdosering moet rekening houden met de PO4-P/NOx-N ratio in de afloop NBT. Wanneer de PO4-P/NOx-N ratio lager is dan


0,06 moet de metaal/orthofosfaat molverhouding geleidelijk worden verlaagd. Over het algemeen wordt bij een metaal/orthofosfaat molverhouding van 4 voldoende fosfaat verwijderd voor het behalen van de streefwaarde voor P-totaal vERWIjDERING KRW-RELEvANTE STOFFEN Met adsorptie aan actief kool is het mogelijk een breed spectrum aan (organische) microverontreinigingen te verwijderen. De verwijdering wordt bepaald door de mate waarin deze stoffen adsorberen aan actief kool en het aantal bedvolumes dat hierover is gefiltreerd. Op basis van de empty bed contacttijden (12 minuten bij een bedhoogte van 1,95 en 9 minuten bij 1,5 m bedhoogte en een filtratiesnelheid van 10 m/h) blijkt dat deze contacttijden voldoende zijn om een breed spectrum aan microverontreinigingen te laten adsorberen. De vraag of de KRW-stoffen in afdoende mate en onder alle omstandigheden, kunnen worden verwijderd, kan op basis van dit onderzoek onvoldoende beantwoord worden. De reden hiervoor is dat de concentraties van deze stoffen in de afloop van de nabezinktanks net rond of onder de detectiegrenzen liggen. Om toch de adsorptie-eigenschappen van het actief kool te volgen zijn enkele geneesmiddelen en bestrijdingsmiddelen als indicatorstoffen hiervoor geselecteerd. Ook de adsorptie van de zware metalen is gevolgd. Uit de onderzoeksresultaten blijkt een breed spectrum van de aanwezige organische microverontreinigingen verwijderd kan worden. Voor zowel genees- en bestrijdingsmiddelen is een verwijdering van 31 tot 82% haalbaar, bij 2 maanden standtijd/4.600 bedvolumes en afhankelijk van de stofeigenschappen. In de loop van de standtijd nemen de rendementen af (0 tot 21% verwijdering bij 11 maanden standtijd/32.000 bedvolumes gefiltreerd). Voor zware metalen geld dat koper goed verwijderd kan worden, variërend van 23 – 85%. De koper totaal concentraties in het filtraat, ongeacht de gemeten ingaande concentraties aan koper totaal, lagen op één meting na onder MTR waarde voor oppervlaktewater. Voor zover het mogelijk was de verwijderingsrendementen te bepalen, was deze voor nikkel en zink gering. Omdat de afloop van de nabezinktanks van RWZI Horstermeer geen toxiciteit bevat, is de effectiviteit van het 1-STEP filter hierin niet aangetoond. Wel is een geringe afname van oestrogene activiteit gemeten. OPERATIONELE ASPECTEN • Bedweerstand Wisselende concentraties in de afloop NBT blijken met name van invloed te zijn op de bedweerstand. De onderzoeksresultaten geven aan dat een stijging van het fosfaat (resulteert in meer te verwijderen deeltjes) een stijging van de bedweerstand tot gevolg heeft. Deze stijging in bedweerstand leidt echter niet direct tot kortere looptijden. De grootste invloed wordt gevonden bij een daling in de nitraatconcentratie. De daling van het nitraatgehalte heeft loslaten van biomassa in het filter tot gevolg. Deze invloed op de bedweerstand is groter dan de invloed van een stijging in nitraatconcentratie. Looptijden van 12 uur zijn haalbaar bij ingaande nitraatconcentraties kleiner dan 15 mg NOx-N/l. Daarbij is het proces stabiel, indien de nitraatconcentratie geen grote spreidingen in een korte tijd laat zien. Bij snelle toename of afname in de concentraties wordt het proces minder stabiel. De stabiliteit kan verhoogd worden door een goede C-bron dosering, monitoring van de druk en een goed spoelprogramma. • Spoeling In de praktijk zal de effectiviteit van het spoelprogramma bepaald worden door drukmetingen, troebelheid in vuil waswater en het al dan niet uitspoelen van filtermateriaal. De volgende grondregels kunnen voor de spoelingen worden gehanteerd:


• rustfase voorafgaand aan de spoeling van minimaal 6 minuten waarin de bovenwaterstand wordt verlaagd; • luchtspoeling van minimaal 1 minuut; • geleidelijke toe- en afname van de spoelsnelheid; 2 minuten met 40 m/h, 5 minuten met 60 m/h en 2 minuten met 40 m/h; • korte spoeling (bumping cleaning) voor het verdrijven van het gevormde stikstofgas; minimaal 1 bedvolume met 20 m/h. Geadviseerd wordt om dit iedere 3 uur plaats te laten vinden. Bij de relatief hoge nitraatbelasting op de RWZI Horstermeer wordt een filter looptijd van 12 uur bereikt waarbij de gemiddelde downtime van het 1-STEP® 4,6% en het spoelverlies 12% is. Op een gemiddelde RWZI Nederland is de nitraatconcentratie lager dan op de RWZI Horstermeer. Bij een concentratie van 5-10 mg/l zal de looptijd substantieel langer zijn dan 12 uur. • Variërende filtratiesnelheden Ter simulatie van DWA/RWA aanvoer is het 1-STEP® filter bedreven bij een filtratiesnelheid van 10 m/h waarbij gedurende 6 uur per 24 uur een filtratiesnelheid van 15 m/h is toegepast. Het verhogen van de hydraulische belasting dient geleidelijk te gebeuren om een te snelle toename van de bovenwaterstand en vervroegd terugspoelen te voorkomen. • Doorslag Doorslag van totaal fosfaat treedt op wanneer orthofosfaatconcentratie in de afloop NBT hoger is dan 1,2 mg/l. De maximale zwevende stof concentratie in de afloop NBT die is gemeten is 38 mg/l. Er zijn geen metingen gedaan van zwevende stof in het filtraat. Nadelige effecten van hoge zwevende stof concentratie in de afloop NBT zijn niet waargenomen. • Overige aspecten Het systeem heeft bewezen robuust te zijn bij calamiteiten. Onder calamiteiten wordt stilstand van het filter door bijvoorbeeld een storing verstaan of het tijdelijk niet doseren van een C-bron. Na opstart van het filter of weer doseren van een C-bron is een onmiddellijk (na circa een half uur) herstel van de filtraatkwaliteit te zien tot het niveau van voor de storing. De jaarlijkse exploitatiekosten van het 1-STEP® filter voor een RWZI van 100.000 i.e. zijn Û

0,08/m3 behandeld water of 6,18 EUR/i.e./jaar (uitgaande van een standtijd van het actief kool van 1 jaar). Indien het niet noodzakelijk is om KRW-relevante stoffen te verwijderen dan zijn de exploitatielasten Û 0,07/m3 behandeld water of 5,45 EUR/i.e./jaar doordat er geen kos-

ten zijn voor het regenereren van het actieve kool. Het 1-STEP® filter onderzoek heeft in het licht van de Europese Kaderrichtlijn Water geleid tot unieke inzichten voor de nabehandeling van RWZI-effluent gericht op de verwijdering van stikstof en fosfaat gecombineerd met prioritaire stoffen. In het 1-STEP® filter worden prioritaire stoffen in meer of mindere mate verwijderd. Voor het pilotonderzoek op de RWZI Horstermeer is vastgesteld dat na 1-STEP® behandeling van het effluent aan de afgeleide normstelling op basis van de KRW waterkwaliteitsdoelstellingen wordt voldaan. Kortom, met de ontwikkeling van 1-STEP® filter is een “technologische stap” gemaakt in kwaliteitsverbetering van RWZI-effluent ten opzichte van de thans beschikbare nabehandelingsmethoden, zoals continue zandfiltratie en vast bed multi-media filtratie.


de stoWa in Het kort De Stichting Toegepast Onderzoek Waterbeheer, kortweg STOWA, is het onderzoeksplatform van Nederlandse waterbeheerders. Deelnemers zijn alle beheerders van grondwater en oppervlaktewater in landelijk en stedelijk gebied, beheerders van installaties voor de zuivering van huishoudelijk afvalwater en beheerders van waterkeringen. Dat zijn alle waterschappen, hoogheemraadschappen en zuiveringsschappen en de provincies. De waterbeheerders gebruiken de STOWA voor het realiseren van toegepast technisch, natuur wetenschappelijk, bestuurlijk juridisch en sociaal-wetenschappelijk onderzoek dat voor hen van gemeenschappelijk belang is. Onderzoeksprogramma’s komen tot stand op basis van inventarisaties van de behoefte bij de deelnemers. Onderzoekssuggesties van derden, zoals kennisinstituten en adviesbureaus, zijn van harte welkom. Deze suggesties toetst de STOWA aan de behoeften van de deelnemers. De STOWA verricht zelf geen onderzoek, maar laat dit uitvoeren door gespecialiseerde instanties. De onderzoeken worden begeleid door begeleidingscommissies. Deze zijn samengesteld uit medewerkers van de deelnemers, zonodig aangevuld met andere deskundigen. Het geld voor onderzoek, ontwikkeling, informatie en diensten brengen de deelnemers samen bijeen. Momenteel bedraagt het jaarlijkse budget zo’n 6,5 miljoen euro. U kunt de STOWA bereiken op telefoonnummer: 030 -2321199. Ons adres luidt: STOWA, Postbus 8090, 3503 RB Utrecht. Email: [email protected]. Website: www.stowa.nl


summary bACKGROUND AND ObjECTIvE Authorities responsible for the water quality have increasing attention for improving effluents from wastewater treatment plants (WWTP). This directly results from the implementation of the European Water Framework Directive (WFD) in 2000. The WFD requires that good ecological and chemical conditions for both surface water and groundwater are achieved in 2015. Part of the WFS is a list of substances that have to be dealt with in high priority (with regard to the impact on the water quality) is determined and the removal of these substances (partly from WWTP effluent) should be increased. It is emphasized here that the water quality requirements mentioned in WFD are only related to surface water and not directly to WWTP effluent. The current WWTP’s are not designed and built for removal of the selected substances from wastewater to the levels required by WFD. A range of promising treatment processes, which can improve the removal of harmful substances from WWTP effluents, are reviewed by STOWA in the report “Verkenningen zuiveringstechnieken en KRW”. Effluent filtration appears one of the favourable processes to apply. The filtration process is further evaluated in STOWA-report “Filtratietechnieken RWZI´s”, based on practical research and/or full-scale applications. Research and applications were particularly focussing on the removal of specific components, the combination of different treatment processes and the development of the sand filter concept to decrease the investment costs. In March 2005, longterm research on the discontinuous filtration technology was started by Waternet/AGV in cooperation with Witteveen+Bos and Norit, at the WWTP Horstermeer. This research focussed on gaining design knowledge of and practical experience with the advanced treatment capabilities of discontinuous filtration technology. The acquired knowledge is used to determine what measures have to be taken at WWTP’s discharging effluent into river Vecht for meeting WFD directives. The research results are used to develop a new filter concept that combines the removal of particles, dissolved nutrients, organic micro pollutants and heavy metal in one step. The new filter concept, which is named 1-STEP® filter, is developed to fully comply with the future requirements as described in STOWA-report “Filtratietechnieken RWZI´s”. The objective and ambition of this research is as follows: Developing a one-filter concept process to treat WWTP effluent in one step to achieve the chemical water quality requirements of WFD. In this research the concentrations of Ntotal < 2.2 mg/l and Ptotal < 0.15 mg/l are set as target values to be achieved. This report describes the development, design knowledge and practical experience obtained from a pilot scale 1-STEP® filter (One Step Total Effluent Polishing filter) research project.


THE 1-STEP® FILTER The 1-STEP® filter is a one filter concept, based on discontinuous filtration which uses granular activated carbon as the filter media. FIGURE 1

FIGURE 1

SUb-PROCESSES IN THE 1-STEP® FILTER

SUB-PROCESSES IN THE 1-STEP® FILTER

® sub processes are:are: Figure forfor 1-STEP Figure 11shows showsall allsub-processes sub-processes 1-STEP®filter. filter.These These sub processes • P-removal by chemical phosphorus removal (combination of coagulation, flocculation and • P-removal by chemical phosphorus removal (combination of coagulation, flocculation filtration); filtration); • and N removal by denitrification; removalofbyturbidity denitrification; •• NRemoval (suspended solid) by filtration; •• Removal Removalof of micro pollutants by activated adsorption. turbidity (suspended solid)carbon by filtration; The overall result of the individual removal processes and the interactions determine the removal • Removal of micro pollutants by activated carbon adsorption. efficiency of 1-STEP® filter. The overall result of the individual removal processes and the interactions determine the THE RESEARCH removal efficiency of 1-STEP® filter. The pilot installation consists of a discontinuous filter, filled with activated carbon. The influent of the filter is water from the outlet of the secondary sedimentation tank (SST) of WWTP Horstermeer. THE pilot RESEARCH The installation is designed in a mode that the results obtained are representative for a full scale The pilot installation consists of a discontinuous filter, filled with activated carbon. The installation. influent of the filter is water from the outlet of the secondary sedimentation tank (SST) of It is noted that the effluent composition from WWTP Horstermeer is not representative for the WWTP Horstermeer. The pilot installation is designed in a mode that the results obtained are average WWTP in the Netherlands. Particularly high levels of nitrate and variation in nitrate representative a full scale installation. (5 - 34 mg/l NOfor 3-N) and phosphorus concentration (0.3-2.7 mg/l Ptotal) are special. In 2008 the average effluent composition after SST was 13.7 mg/l for Ntotal and 0.9 mg/l for Ptotal.

It is noted that the effluent composition from WWTP Horstermeer is not representative for Figure 2 shows the treatment process. the average WWTP in the Netherlands. Particularly high levels of nitrate and variation in nitrate (5 - 34 mg/l NO3-N) and phosphorus concentration (0.3-2.7 mg/l Ptotal) are special. In 2008 the average effluent composition after SST was 13.7 mg/l for Ntotal and 0.9 mg/l for Ptotal. Figure 2 shows the treatment process.


FIGURE 2 2 FIGURE

® OvERvIEW DIAGRAm OF 1-STEP FILTER INSTALLATION OVERVIEW DIAGRAM OF® 1-STEP FILTER INSTALLATION

Water from SST is initially sieved by a screen (mesh size 630 µm) and collected in a buffer tank. WaterNO from SST is initially sieved by a screen (mesh size 630 µm) and collected in a buffer Here x-N and PO4-P concentrations are measured online. Water from the buffer tank is pumped -N and PO4-P of concentrations measured Water from buffer tank tank. Here ®NO into 1 STEP filter. Turbidity influent water are is measured in online. the influent pipe andthe coagulant and x ® N and the flow. Cissource are dosed. The C-source dosage is regulated by on-line measurement of NO x pumped into 1 STEP filter. Turbidity of influent water is measured in the influent pipe and The coagulant dosage is regulated by online measurement of PO4-P and the flow. The filter is filled coagulant and C source are dosed. The C-source dosage is regulated by on-line measurement with activated carbon and has a surface area of 1.0 m2. The bed height of the filter was decreased N and them flow. Thethe coagulant regulated online of PO4buffer -P and of NO from 1.95 to 1.50 during researchdosage period.isThe filtrate, by which wasmeasurement collected in filtrate x 2 -P and were online tank, was used washing the with filter bed. In the carbon filtrate turbidity, . The bed the flow. Thefor filter is filled activated and hasNO a surface of P1.0 x-N, PO4area total m measured. The excess filtrate is discharged into the sewer by an overflow pipe. height of the filter was decreased from 1.95 to 1.50 m during the research period. The filtrate, which was collected in filtrate buffer tank, was used for washing the filter bed. In the filtrate RESULTS -P and online The excess filtrate into turbidity, NOx-N, PO 2.2 mg/l and This pilot research shows thatPtotal it iswere possible to measured. achieve concentrations of Ntotalis

REmOvAL OF NITROGEN AND PHOSPHORUS AND P-LImITATION The 1-STEP® filter achieves a good performance of N and P removal, combined with robust and reliable removal efficiencies during periods with varying hydraulic loads. This is demonstrated by the achieved maximum removal efficiencies for nitrate and orthophosphorus of 90% (average 78%) and 85% (average 82%) respectively with a filtration rate of 10 to 15 m/h. The maximum nitrate conversion rate during peak loading of nitrate is 4 kg N/m3 filter bed/ day (bed height 1.95 m). For total phosphorus the maximum removal rate is 0.26 kg P/m3 filter bed/day (bed height 1.5 m). The Ntotal concentration of 2.2 mg/l can be reached with influent nitrate concentrations (effluent SST) lower than 10 mg/l, and with total nitrogen concentration lower than 11.5 mg/l. The Ptotal concentration of 0.15 mg/l can be achieved when influent orthophosphorus concentration are lower than 0.7 mg/l, and a total phosphorus concentration lower than 0.8 mg/l. In case the influent concentrations are higher, the mentioned values cannot always be reached in the winter. Extreme variations of influent concentration, especially a decrease of nitrate concentration, results in shorter filter run times. In full scale plants these extreme variations have to be avoided. For WWTP Horstermeer this requires an upgrade of the existing treatment plant. Dry Water Flow and Storm Water Flow (DWF and SWF) were simulated by varying the filtration rate between 10 and 15 m/h. This simulation was executed with undiluted feed. Nitrate and phosphorus appeared to be removed effectively during this simulation. The variation of hydraulic load has limited impact on the filtrate composition. Due to coagulation and flocculation the concentration of dissolved “organic” phosphorus decreases and the concentration of particulate “organic” phosphorus increases. This suggests that the dissolved “organic” phosphorus may be colloidal or associated with colloidal material. The particulate “organic phosphorus can be entrapped in flocs. Removal of “organic” phosphorus cannot be supported by activated carbon analysis. However, it is still possible that “organic” phosphorus is removed by adsorption. The removal of particulate “organic” phosphorus can be observed in the filter bed by profile measurements. As an average, 75% of the particulate “organic” phosphorus and 90% of the “organic” phosphorus (dissolved and particulate) are removed. Additionally, orthophosphorus is removed at an average rate of 82%. Inhibition of denitrification and the formation of nitrite can occur when the orthophosphorus concentration in the feed water is too low. During this research P limitation occurred at a PO4-P/NOx-N ratio below 0.06. Monitoring of the PO4-P/NOx-N ratio in the WWTP effluent may help to recognise circumstances for P-limitation. Ratios dropping below the minimum value can be avoided by adjusting (decreasing) coagulant dosage. In order to obtain optimal coagulant dosage, the following aspects have to be considered: • the PO4-P/NOx-N ratio in WWTP effluent • Appropriate denitrification requires a PO4-P/NOx-N ratio in the effluent from WWTP Horstermeer higher than 0.06 (the P-limitation ratio). With a PO4-P/NOx-N ratio below 0.06, the metal/orthophosphorus mol ratio should be decreased. • the phosphorus concentration in WWTP effluent and in filtrate • In general a metal/orthophosphorus mole ratio of 4 results in sufficient P-removal to meet the desired Ptotal concentration.


THE REmOvAL OF WFD-RELEvANT SUbSTANCES A wide range of organic micro-pollutants can be removed in the adsorption process. The removal is determined by the adsorption extent of these substances and the amount of filtrated bed volumes. The empty bed contact times at a filtration rate of 10 m/h are 12 minutes and 9 minutes for bed heights of 1.95 m and 1.5 m respectively. The analysis show that the adsorption indeed occurs with these contact times. The removal efficiencies vary between 31 and 82% after 2 months of operation / 4,600 filtrated bed volumes, for different compounds. The removal efficiencies decrease to 0 to 21% removal after 11 months of operation / 32,000 filtrated bed volumes. Metoprolol is removed at highest efficiency. The concentrations of most of these substances in SST effluent and filtrate are below detection levels. From the group of heavy metals only copper (total) is removed, with an efficiency from 23 to 85%. The concentration of copper in filtrate is below the MTR (maximal allowable risk) value for surface water, regardless the (measured) influent copper concentration. Removal efficiency for nickel and zinc could not be determined, as the influent concentrations were mostly around the detection limits. The question whether components of the WFD list with “high priority” substances can be removed sufficiently in all circumstances, is hard to answer, as these substances usually appear in very low concentrations (below or just above the detection limits). In general it is concluded that a wide range of micro-pollutants that appear in wastewater are removed effectively. The removal depends on adsorption properties of individual substances. The TEB analysis shows very low toxicity of the WWTP Horstermeer effluent. The 1 STEP® filter achieves no reduction in toxicity. However, a slight decrease of estrogenic activity is obtained. OPERATIONAL ASPECTS • Resistance of filter bed Variation of concentrations in SST effluent has an impact on bed resistance. The results show that the increase of phosphorus (which leads to removal of more particles) results in an increase of the resistance of the filter bed. This increase of the resistance however does not lead to a decrease of the filter run time. It was determined that the decrease of nitrate concentration has a significant impact, because this results in a release of biomass in the filter. A decrease of the nitrate concentration has more impact than an increase. A filter run time of 12 hours can be achieved with influent nitrate concentration lower than 15 mg NOx-N/l. The treatment process is stable under the condition of stable nitrate concentrations. A rapid increase or decrease of concentrations must be minimized to guarantee a stable treatment process. Such stability can be increased by dosing sufficient C-source, monitoring of the pressure drop over the filter and an effective filter washing program. • Back washing In practice the efficiency of the washing program is determined by pressure drop measurements over the filter, turbidity in the wash water and the flush out of filter material. The following basic rules related to the filter back washing can be applied: • 6 minutes rest phase is applied before back washing in order to decrease the supernatant water level; • air-flushing for minimal 1 minute; • gradually increase and decrease of wash water flow rate; 2 minutes 40 m/h, 5 minutes 60 m/h and 2 minutes 40 m/h; • short cleaning (bumping cleaning) is applied for the release of nitrogen gas, which is formed during denitrification; a minimum of 1 bed volume with 20 m/h, every 3 hours is recommended.


With the relatively high nitrate load of the WWTP Horstermeer, filter run times of 12 hours can be reached, in which the average percentages of downtime and back wash water loss are 4.6% and 12% respectively. As nitrate concentrations in WWTP effluents in the Netherlands in general is lower than at WWTP Horstermeer, filter run time is such cases will be well over over 12 hours. • Variation in filtration rate In order to simulate a DWF/SWF situation, the 1-STEP® filter was operated with filtration rates of 10 and 15 m/h (6 hours per 24 hours at 15 m/h). The hydraulic load should increase gradually to prevent a rapid increase of supernatant water and early back washing. • Breakthrough Breakthrough of total phosphorus occurs when ortho-phosphorus concentration of the SST effluent is higher than 1.2 mg/l. The measured maximum suspended solid concentration of the SST effluent was 38 mg/l. Suspended solid concentrations in filtrate were not measured. Negative effects of high suspended solid concentration of the SST effluent were not observed. • Other aspects The system proved to be robust in all cases. Even after breakdown of the filter is stopped due to a failure or after temporary lack of dosage of C-source, the filtration rates were back to ‘old removal capacities’ around half an hour after restart. The annual operational costs of the 1-STEP® filter (100,000 i.e.) WWTP are Û

0.08/m3 treated

water or 6.18 EURO/p.e./year. This calculation assumes that the activated carbon can be used up to 1 year for bulk removal of organic micro-pollutants before it has to be regenerated. If no removal of organic micro-pollutants is required the annual operational costs of the 1-STEP® filter WWTP are Û 0.07/m3 treated water or 5.45 EURO/p.e./year. In this case there are no costs for regeneration of the activated carbon. The research of 1-STEP® filter has led to a unique insight of advanced treatment of WWTP effluent, which aims for removing of nitrogen and phosphorus in combination with the removal of components from the list with high priority substances. The WFD water quality objectives can be met with 1-STEP® filter treatment. In short, the development of 1-STEP® filter is a “technological step” in improving WWTP effluent quality when compared to the current available advanced treatment methods, such as continuous sand filtration and fixed bed multi-media filtration.


de stoWa in Brief The Foundation for Applied Water Research (in short, STOWA) is a research platform for Dutch water controllers. STOWA participants are all ground and surface water managers in rural and urban areas, managers of domestic wastewater treatment installations and dam inspectors. The water controllers avail themselves of STOWA’s facilities for the realisation of all kinds of applied technological, scientific, administrative legal and social scientific research activities that may be of communal importance. Research programmes are developed based on requirement reports generated by the institute’s participants. Research suggestions proposed by third parties such as knowledge institutes and consultants, are more than welcome. After having received such suggestions STOWA then consults its participants in order to verify the need for such proposed research. STOWA does not conduct any research itself, instead it commissions specialised bodies to do the required research. All the studies are supervised by supervisory boards composed of staff from the various participating organisations and, where necessary, experts are brought in. The money required for research, development, information and other services is raised by the various participating parties. At the moment, this amounts to an annual budget of some 6,5 million euro. For telephone contact number is: +31 (0)30-2321199. The postal address is: STOWA, P.O. Box 8090, 3503 RB, Utrecht. E-mail: [email protected]. Website: www.stowa.nl.

STOWA 2009-34 1-STEP® filter als effluentpolishingstechniek


1-steP® filter als effluentPolisHingstecHniek

inHoud ten geleide samenVatting stoWa in Het kort summary stoWa in Brief 1

inleiding

1

1.1

achtergrond en probleemstelling

1

1.2

organisatie van het onderzoek

3

ProJectaanPak

4

2.1

Verantwoording onderzoek

4

2.2

doelstellingen van het project

5

2.3

onderzoeksvragen en fasering

5

tHeorie

6

2

3 3.1

Het 1-steP filter; een één-filter concept

6

3.2

Verwijderingsprocessen in het 1-steP® filter

7

®

3.2.1

P-verwijdering via chemische fosfaatverwijdering

3.2.2

n-verwijdering via denitrificatie

12

7

3.2.3

Verwijdering micro verontreinigingen via adsorptie

14

3.2.4

totaal effluent Beoordeling (teB)

16

3.2.5

interactie tussen verwijderingsprocessen

17

3.2.6

terminologie

18

3.2.7

Bovenwaterstand (BWs)

18

3.2.8

Bedweerstand

18

3.2.9

lindquist diagram

19

3.2.10 fosfaatverdeling

20

3.2.11 fosfaatfractionering

21

3.2.12 Profielmetingen

22


4 4.1 4.2

4.3

4.4

5

materialen en metHoden

23

inleiding

23

4.1.1

23

rWzi Horstermeer

1-steP filter

25

4.2.1

Processchema

25

4.2.2

Procesbesturing en data logging

28

4.2.3

keuze actief kool

28

4.2.4

keuze c-bron

29

4.2.5

keuze coagulant

29

4.2.6

spoelprogramma

®

30

operationele aspecten van het 1-steP® filter

30

4.3.1

filtratiesnelheden

30

4.3.2

c-bron dosering

30

4.3.3

coagulantdosering

31

4.3.4

Bovenwaterstand

31

4.3.5

spoelprogramma

31

analyses

32

4.4.1

online metingen

32

4.4.2

sneltest analyses

32

4.4.3

deeltjestellingen

32

4.4.4

laboratorium analyses

33

resultaten

34

5.1

inleiding

34

5.2

Verwijdering fosfaat

34

5.2.1

Verdeling fosfaat in de afloop nBt

34

5.2.2

coagulantdosering

35

5.2.3

fosfaatconcentraties in afloop nBt en filtraat

37

5.2.4

maximale ingaande orthofosfaatconcentratie en streefwaarde

38

5.2.5

fosfaatverdelingen; verwijdering van organisch fosfaat

39

5.2.6

fosfaatbepaling actief kool

40

5.2.7

deeltjesverwijdering

41

5.2.8

temperatuursinvloed op PaX-11 (bekerglasproef)

41

5.3

5.4 5.5

Verwijdering stikstof

43

5.3.1

nitraatconcentraties in afloop nBt en filtraat

43

5.3.2

nitraatbelasting versus nitraatomzetting

44

5.3.3

Benodigde bedhoogte voor denitrificatie

45

5.3.4

temperatuursinvloed op nitraatomzetting

46

Verwijdering troebelheid

47

Verwijdering microverontreinigingen

48

5.5.1

geneesmiddelen

48

5.5.2

Bestrijdingsmiddelen

49

5.5.3

zware metalen

50

5.6

Bacteriën en Virussen

52

5.7

kleurverwijdering en extinctiebepaling

53

5.8

totaal effluent Beoordeling

55

operationele aspecten

57

5.9.1

57

5.9

Verwijdering gedurende de filtratielooptijd


5.9.2

6

uitloging van de kool

59

5.9.3

filtratie bij varierende bovenwaterstand

60

5.9.4

Variatie in filtratiesnelheid

62

5.9.5

terugspoelen

64

5.9.6

analyse actief kool

69

eValuatie

73

6.1

Verwijdering fosfaat

73

6.2

Verwijdering stikstof

74

6.3

Verwijdering troebelheid

76

6.4

Verwijdering microverontreinigingen

77

6.5

Bacteriën en virussen

77

6.6

P-limitatie

78

6.7

overige parameters

81

6.8


82

6.8.1

terugspoelen

82

6.8.2

standtijd actief kool

83

7

conclusies

85

7.1

inleiding

85

7.2

samenstelling filterbed

85

7.3

Verwijdering stikstof en fosfaat en P-limitatie

86

7.4

Verwijdering krW-relevante stoffen

87

7.5

standtijd van de kool

88

7.6


88

7.6.1

Voorbehandeling

88

7.6.2

drukval / looptijd

89

7.6.3

spoeling

89

7.6.4

Variërende filtratiesnelheden

90

7.6.5

doorslag

90

7.6.6

overige aspecten

90

7.6.7

exploitatiekosten

90

7.6.8

energieverbruik 1-steP® filter

93

7.7

aanbevelingen

93

7.8

nabeschouwing

94

referenties

96

8

BiJlagen i

methode totaal effluent Beoordeling

ii

analyseresultaten geneesmiddelen en bestrijdingsmiddelen

101

99 109

iii

Prioritare stoffen

iV

resultaten analyses kool steekmonsters

111

V

Protocol keuze actief kool

115

Vi

temperatuursinvloed op fosfaatverwijdering in het filter

119


AFKORTINGEN 1-STEP® filter AGV ANBT BAKF BREF BV BWS BZV C-bron CZV DWA EBCT EC50 ER-Calux EU FHI FI Ginitieel-waarde Gvlokvorming-waarde GAC KRW KVE LBOW LCK Me/Portho MeOH MTR N2 NBT NH4-N N-Kjeldahl (NKj) NO2-N NO3-N NOx-N NOM N-tot P PACl PAX-11 PBT-waarde PVD PLC Portho P-tot PO4-P PtCo RNA RWA RWZI SPME-methode STOWA TEB TGA TU TU Delft UV W+B WBP WvO

One Step Total Effluent Polishing filter Waterschap Amstel, Gooi en Vecht Afloop Nabezink Tank Biologische actief kool filtratie BBT (Best Beschikbare Techniek) referentie Bed Volume Bovenwaterstand Biologische zuurstof verbruik Koolstof bron Chemische zuurstof verbruik Droogweeraanvoer Empty bed contact time Concentratie waarbij 50% van de organismen effecten ondervind Via een ER-Calux assay wordt de oestrogene activiteit bepaald Europese Unie Fraunhofer Instituut (Instituut dat waterkwaliteitsseisen voor oppervlaktewater heeft opgesteld voor vele stoffen) Filtraat Snelheidsgradient tijdens dosering (maat voor mengenergie) Snelheidsgradient in het filterbed (maat voor mengenergie) Granulated Activated Carbon Kaderrichtlijn Water Kiem Vormende Eenheden Landelijk Bestuurlijk Overleg Water Code voor Hach Lange kuvettentest Metaal - fosfaat verhouding op mol basis Methanol Maximaal Toelaatbaar Risico 4de Nota Waterhuishouding Stikstof gas Nabezinktank Ammonium stikstof Kjeldahl stikstof Nitrietstikstof Nitraatstikstof Som nitriet- en nitraatstikstof Natuurlijk Organisch Materiaal Totaal stikstofgehalte Fosfor Polyaluminiumchloride (coagulant) Speciaal type polyaluminiumchloride Waarde voor Persistentie (P), Bioaccumulatie (B) en Toxiciteit (T). Plaque Vormende Deeltjes Programmable logic controller Orthofosfaat (opgelost) Totaal fosforgehalte Orthofosfaat-fosfor(opgelost) PlatinaCobalt (kleurmeting) Ribonucleïnezuur Regenwateraanvoer Rioolwaterzuiveringsinstallatie Solid Phase Micro Extraction methode voor het bepalen van het potentieel bioaccumulerend vermogen Stichting Toegepast Onderzoek Waterbeheer Totaal effluent beoordeling Therma Gravimetrical Analysis (gebruikt voor koolanalyses) Toxic Units (eenheid waarin de toxiciteit van water wordt uitgedrukt) Technische Universiteit Delft Ultra Violet Witteveen+Bos Water Beheers Plan Wet verontreiniging Oppervlaktewater


1 inleiding 1.1 ACHTERGROND EN PRObLEEmSTELLING In december 2000 is de Europese Kader Richtlijn Water (KRW) in werking getreden waarin onder meer vereist wordt dat het oppervlaktewater in 2015 een goede ecologische en chemische toestand heeft bereikt. De uitgangspunten van de KRW zijn: • de vervuiler betaalt; • de gebruiker betaalt; • doelstelling: vanaf 2000 geen achteruitgang van chemische en ecologische toestand; • resultaatsverplichting in 2015; • stroomgebiedsbenadering met indeling in waterlichamen. Daarbij zijn voor het bereiken van een goede chemische toestand prioritaire stoffen vastgesteld, waarvan naast het halen van de vastgestelde waterkwaliteitdoelstellingen, de belasting van deze stoffen naar het watermilieu progressief dient te worden verminderd. Ook voor het bereiken van een goede ecologische toestand van het oppervlaktewater zijn nadere kwaliteitseisen voor enkele stroomgebiedenrelevante stoffen en fysische/chemische parameters bepaald. Door de overheid zijn geen streefwaarden voor RWZI-effluent vastgesteld, ook wordt benadrukt dat de kwaliteitseisen vanuit de KRW betrekking hebben op oppervlaktewater en niet op RWZI-effluent. De ecologische doelstellingen voor oppervlaktewater zijn een gevarieerde planten- en dierenwereld en een natuurlijke inrichting. Voor het onderzoek zijn voor stikstof en nitraat streefwaarden van Ntotaal < 2,2 mg/l en Ptotaal < 0,15 mg/l gesteld. Als afgeleide van de eisen voor het bereiken van de gewenste chemische toestand en ecologische doelen. De huidige zuiveringstechnieken zijn niet ontworpen om de geselecteerde stoffen in voldoende mate uit het afvalwater te verwijderen. Hiertoe heeft STOWA in het rapport “Verkenningen zuiveringstechnieken en KRW” [2] een overzicht samengesteld van in te zetten zuiveringstechnieken die de emissie van schadelijke stoffen naar het oppervlaktewater via het effluent van RWZI’s verder terug kunnen dringen. Een drietal zuiveringsscenario´s met een combinatie van technieken zijn gedefinieerd om de gewenste waterkwaliteitsdoelstellingen te behalen (zie afbeelding 1). In het STOWA-rapport “Filtratietechnieken RWZI´s” [3] wordt filtratie, één van de kansrijke technieken, geëvalueerd. De evaluatie in dat rapport is uitgevoerd op basis van praktijkonderzoek en/of full-scale toepassingen.

1

afgeleide van de eisen voor het bereiken van de gewenste chemische toestand en ecologische doelen. De huidige zuiveringstechnieken zijn niet ontworpen om de geselecteerde stoffen in voldoende mate uit het afvalwater te verwijderen. STOWA Hiertoe heeft STOWA in het rapport “Verkenningen zuiveringstechnieken en KRW” [2] een overzicht 2009-34 1-steP® filter als effluentPolisHingstecHniek samengesteld van in te zetten zuiveringstechnieken die de emissie van schadelijke stoffen naar het oppervlaktewater via het effluent van RWZI’s verder terug kunnen dringen. Een drietal zuiveringsscenario´s met een combinatie van technieken zijn gedefinieerd om de gewenste waterkwaliteitsdoelstellingen te behalen (zie afbeelding 1). AFbEELDING 1

ZUIvERINGSSCENARIO’S vOOR DE vERWIjDERING vAN RWZI-RELEvANTE KRW STOFFEN [2]

AFBEELDING 1 ZUIVERINGSSCENARIO’S VOOR DE VERWIJDERING VAN RWZI-RELEVANTE KRW STOFFEN [2].

scenario KRW 1

rwzi

coagulatie

bio / vlokkingsfiltratie spoelwater

C-bron

Me

actiefkoolfiltratie

opp. water

AK residu

scenario KRW 2

rwzi

biofiltratie

coagulatie, flocculatie

spoelwater

C-bron

Me

poeder kool

vlokkenfiltratie

opp. water

spoelwater

scenario KRW 3

rwzi

coagulatie Me

bio/vlokkingsfiltrat C-bron

spoelwater

oxidatie

opp. water

UV/H2O2

In het STOWA-rapport “Filtratietechnieken RWZI´s” [3] wordt filtratie, één van de kansrijke technieken, geëvalueerd. De evaluatie in dat rapport is uitgevoerd op basis van praktijkonderzoek en/of full-scale toepassingen. In het rapport wordt aangegeven dat onderzoek en ontwikkeling bij (zand)filtratie zich vooral In het rapport wordt aangegeven dat onderzoek en ontwikkeling bij (zand)filtratie zich vooral richt op de volgende richt op de volgende aspecten: aspecten: • toepassing • van toepassing alternatieve van filtermaterialen; alternatieve filtermaterialen; • alternatieve• uitvoeringsvormen van filters; alternatieve uitvoeringsvormen van filters; • optimalisatie van de voorgeschakelde coagulatie- en flocculatiestap met de filtratiestap; • optimalisatie van de voorgeschakelde coagulatie- en flocculatiestap met de filtratiestap; • combinatie van biologische filtratie met vlokkingsfiltratie in één filter. Als drijfveren voor deze onderzoeksaspecten worden genoemd:

21

• verlaging van de investeringskosten door verhoging van de filtratiesnelheid; • verhoging van het verwijderingrendement van specifieke componenten; • het verwijderen van meerdere componenten; • het verminderen van het aantal nageschakelde zuiveringstechnieken. Waternet/AGV is in samenwerking met Witteveen+Bos en Norit in maart 2005 een langlopend onderzoek gestart naar de ontwikkeling van discontinue filtratietechnieken op de RWZI Horstermeer. De focus van het onderzoek is het verkrijgen van ontwerpkennis en praktijkervaring met nageschakelde discontinue filtratietechnieken. Met deze kennis kunnen de juiste maatregelen die nodig zijn, worden bepaald. Daarnaast kan AGV vaststellen welke maatregelen moeten worden genomen voor de RWZI’s die lozen op de Vecht, om te kunnen voldoen aan de waterkwaliteitsdoelstellingen van de KRW voortkomende uit het Restauratieplan Vecht. Gedurende dit langlopende onderzoek zijn unieke inzichten verworven en opmerkelijke resultaten geboekt. De beschikbare onderzoeksresultaten zijn gebruikt voor de ontwikkeling van een nieuw filterconcept waarbij in één stap naast een efficiënte afscheiding van deeltjes ook opgeloste nutriënten, organische microverontreiniging en zware metalen worden verwijderd. De ontwikkeling van dit filterconcept, waaruit het 1-STEP® filter is ontstaan, sluit naadloos aan op de toekomstige ontwikkelingen en drijfveren uit het STOWA-rapport “Filtratietechnieken RWZI’s” [3].

2


In dit eindrapport worden de ontwikkeling, ontwerpkennis en praktische onderzoekservaringen op pilotschaal van het 1-STEP® filter (One Step Total Effluent Polishing filter) beschreven.

1.2 ORGANISATIE vAN HET ONDERZOEK Het onderzoek is gedaan in opdracht van STOWA. Het onderzoek is uitgevoerd door medewerkers en stagiaires van Waternet/AGV, Witteveen+Bos en Norit met ondersteuning van de TU Delft. Waternet/AGV is probleemhouder en tevens eigenaar van de proeflocatie RWZI Horstermeer. Witteveen+Bos heeft zorg gedragen voor het projectmanagement, begeleiding en bedrijfsvoering van het onderzoek. Vanuit de TU Delft is wetenschappelijke onderzoeksexpertise (fosfaatverwijdering) en ondersteuning verleend bij de dagelijkse bedrijfsvoering. Norit heeft ondersteuning en expertise verzorgd op het gebied van actief kooladsorptie. Het onderzoeksteam had als taak het onderzoek uit te voeren conform het onderzoeksrogramma [4], welke door de STOWA-begeleidingscommissie is getoetst en goedgekeurd.

3


2 ProJectaanPak 2.1 vERANTWOORDING ONDERZOEK Door toepassing van nageschakelde zuiveringstechnieken kunnen veel RWZI’s voldoen aan de KRW doelstellingen die opgenomen zijn in de stroomgebiedsplannen. Huidig onderzoek is vooral gericht op verwijdering van zwevende stof, stikstof (N) en fosfor (P) met zandfiltratie. Veelal wordt zandfiltratie in de vorm van continu filtratie toegepast voor de verwijdering van stikstof of fosfor. In de laatste jaren zijn ook installaties gerealiseerd die beide componenten verwijderen. In de afgelopen onderzoeksjaren is op Horstermeer veel kennis en ervaring opgedaan met de gecombineerde verwijdering van N en P in een discontinu filter [6,7]. Naast de N- en P-verwijdering gaat de aandacht ook steeds meer uit naar verwijdering van prioritaireen hormoonverstorende stoffen alsmede medicijnresten. Zoals aangegeven in paragraaf 1.1 richt het meest recente onderzoek zich onder andere op toepassing van alternatieve filtermaterialen en alternatieve uitvoeringsvormen van filters [3]. De tot op heden beschikbare onderzoeksresultaten geven aan dat met discontinue filtratie lagere zwevende stof- en fosfaatconcentraties in het filtraat kunnen worden gerealiseerd in vergelijking met continue filtratie. Tevens is met discontinue filtratie vergaande denitrificatie mogelijk. Onderzoek op de locatie RWZI Horstermeer heeft aangetoond dat met discontinue filtratie (multimedia filter) een combinatie van denitrificatie en chemische fosfaatverwijdering mogelijk is [3]. Met de kennis van discontinue filtratie in een multimedia filter is het 1-STEP® filter-concept ontwikkeld. Hierbij vindt de verwijdering van zwevende stof, stikstof (N), fosfor (P) en microverontreinigingen (zoals de prioritaire stoffen uit de KRW) in 1 processtap plaats, door gebruik te maken van actief kool als filtermedium. De toegevoegde waarde ligt in het feit dat het actief kool als dragermateriaal voor de biomassa kan functioneren en als filtermateriaal voor de verwijdering van fosfor. Aanvullend zal actief kool microverontreinigingen adsorberen. Met de ontwikkeling van het 1-STEP® filter wordt een forse kostenbesparing ten opzichte van de thans beschikbare systemen met gescheiden configuraties beoogd. De kostenbesparing betreft de bouw-, onderhouds- en personeelskosten voor de bedrijfsvoering. Deze kostenbesparing kan gerealiseerd worden doordat alle processen in slechts één nageschakelde processtap plaats vinden. Voor de verwijdering van opgeloste apolaire stoffen tot zeer lage concentraties wordt actief kool filtratie benoemd [3] als toepasbare techniek. Ervaringen met biologische actief kool filtratie komen met name van de drinkwaterbereiding uit oppervlaktewater. De biomassa die bij de drinkwaterbereiding ontstaat op het actief kool verhoudt zich niet met de biomassagroei bij het toepassen van actief kool filtratie voor afvalwater (effluent). Kennis en ervaring vanuit de drinkwaterbereiding kan worden benut, maar zal op een aantal belangrijke aspecten nader onderzoek vergen al vorens het op de afvalwaterzuivering te kunnen inzetten. Op labschaal is met een ‘proof-of-principle’ aangetoond dat toepassing van actief kool voor

4


gecombineerde biologische en chemische nutriëntenverwijdering, voor de vergaande zuivering van RWZI-effluent, geschikt is [8,9]. Over de mate van adsorptie van de verschillende stoffen en het behalen van KRW doelstelling is nog weinig bekend. Er zijn geen ervaringen of resultaten gevonden over het toepassen van biologisch actief kool als nageschakelde techniek op rwzi’s bekend. Tevens is de standtijd van actief kool in deze toepassing onbekend. 2.2 DOELSTELLINGEN vAN HET PROjECT In het ‘Onderzoeksprogramma voor de ontwikkeling van het 1-STEP® filter’ [4] is het doel en de ambitie van dit onderzoeksprogramma als volgt omschreven: Het ontwikkelen van een één-filterconcept waarmee RWZI-effluent in één processtap wordt behandeld zodat het voldoet aan de chemische waterkwaliteitseisen zoals afgeleid van de KRW. Voor stikstof en fosfaat zijn de volgende streefwaarden bepaald: • Ntotaal < 2,2 mg N/l, waarbij uit wordt gegaan van een streefwaarde voor nitraat van 0,5 mg/l en een Nkj-hoeveelheid van 1,7 mg/l (niet te verwijderen met filtratie); • Ptotaal < 0,15 mg P/l. Aandachtspunten bij het onderzoek zijn: • de uitvoering van het filter (filterconfiguratie, constructie, filterbodem, filtermateriaal; • het technologisch ontwerp (juistheid van de ontwerpgrondslagen); • de bedrijfsvoering (welke chemicaliën worden toegepast, spoelregime, procesbesturing, etc.); • kosten effectiviteit.

2.3 ONDERZOEKSvRAGEN EN FASERING Het project is ingedeeld in drie fasen: • fase 1: de technische en hydraulische eigenschappen (o.a. de werking van het filtermedium, looptijd en filtratiesnelheden) van het 1-STEP® filter zijn in deze fase onderzocht; • fase 2: onderzoek naar de procesoptimalisatie en benodigde maatregelen voor het behalen van de streefwaarde voor stikstof en fosfaat. Er is onderzocht wat de optimale doseringen zijn en wat de verwijderingsrendementen van de verschillende onderdelen van het systeem zijn; • fase 3: duurtest met het 1-STEP® filter met fluctuerende hydraulische belasting. Het onderzoek is gericht op het beantwoorden van vijf onderzoeksvragen. De volgende hoofdonderzoeksvragen zijn gedefinieerd: 1. welke factoren bepalen de optimale samenstelling van het filterbed? 2. wat is de mogelijke nitraat- en fosfaatbelasting van het filterbed? 3. wat zijn de haalbare verwijderingsrendementen voor de relevante KRW-stoffen? 4. wat is de standtijd van de actief kool? 5. speelt P-limitatie een rol en zo ja vanaf welke concentratie fosfaat? De onderzoeksvragen worden in hoofdstuk 6 beantwoord.

5


3 tHeorie 3 THEORIE 3 . 1 HET 1-STEP ® FILTER; EEN ééN-FILTER CONCEPT De vraag naar optimalisatie mogelijkheden van bestaande RWZI’s is toegenomen. Binnen dit 3.1

Onder het éénfilter concept wordt de H E T 1 - Skader T E P ® is F I Lhet T E Ridee ; E Evan N É het É N - Féénfilterconcept I L T E R C O N C E Pontstaan. T verwijdering van N, P en microverontreinigingen in één filter HetBinnen éénfilter De vraag naar optimalisatie mogelijkheden van bestaande RWZI’s is verstaan. toegenomen. dit concept kader is het idee van het ® filter, een discontinu granulair heeft geleidt tot de ontwikkeling van het 1-STEP éénfilterconcept ontstaan. Onder het éénfilter concept wordt de verwijdering van filter, N, P enmet microverontreinigingen in één filter verstaan. Het éénfilter concept heeft geleidt tot de ontwikkeling van het 1-STEP® filter, een discontinu filter, met actief kool als filterbedmateriaal. granulair actief kool als filterbedmateriaal.

Meteen een ‘proof of principle’ het éénfilter concept is geconcludeerd [4]gecombineerde dat een gecombiMet ‘proof of principle’ van van het éénfilter concept is geconcludeerd [4] dat een verwijdering van N, P neerde en microverontreinigingen in één stap mogelijk is. verwijdering van N, P enfilter microverontreinigingen in één filter stap mogelijk is.

In afbeelding 2 zijn alle deelprocessen van het 1-STEP®® filter weergegeven. In de volgende paragrafen wordt de filter weergegeven. In de volgende paraIn afbeelding 2 zijn alle van het 1-STEP theoretische achtergrond vandeelprocessen de afzonderlijke processen besproken. grafen wordt de theoretische achtergrond van de afzonderlijke processen besproken. AFBEELDING 2 DEELPROCESSEN IN HET 1-STEP® FILTER AFbEELDING 2

DEELPROCESSEN IN HET 1-STEP® FILTER

6 Met de deelprocessen uit afbeelding 2 worden de volgende verwijderingsprocessen gerealiseerd: • P-verwijdering via chemische fosfaatverwijdering (combinatie van coagulatie, flocculatie en filtratie); • N-verwijdering via denitrificatie; • Verwijdering troebelheid (zwevende stof) via filtratie;


Met de deelprocessen uit afbeelding 2 worden de volgende verwijderingsprocessen gerealiseerd: • P-verwijdering via chemische fosfaatverwijdering (combinatie van coagulatie, flocculatie en filtratie); • N-verwijdering via denitrificatie; • Verwijdering troebelheid (zwevende stof) via filtratie; • Verwijdering microverontreinigingen via adsorptie aan actief kool. Het verwijderingsresultaat van de stoffen wordt bepaald door de verschillende verwijderingsprocessen en de interactie tussen deze processen. • Verwijdering microverontreinigingen via adsorptie aan actief kool. In de hierop volgende paragrafen wordt hierop nader ingegaan. Het verwijderingsresultaat van de stoffen wordt bepaald door de verschillende verwijderingsprocessen en de interactie tussen deze processen. FILTERnader ingegaan. 3.2 vERWIjDERINGSPROCESSEN HET 1-STEP In de hierop volgende IN paragrafen wordt® hierop

3.2

3.2.1 P-vERWIjDERING vIA CHEmISCHE FOSFAATvERWIjDERING VERWIJDERINGSPROCESSEN IN HET 1-STEP® FILTER mETAALZOUTDOSERING [32] Bij de chemische fosfaatverwijdering wordenFOSFAATVERWIJDERING twee processen onderscheiden: vlokvorming 3.2.1 P-VERWIJDERING VIA CHEMISCHE en precipitatie. Bij precipitatie wordt een opgeloste stof door toevoeging van chemicaliën METAALZOUTDOSERING [32] neergeslagen als onoplosbaar kristal of als vlok. Bij vlokvorming wordt het samenklonteren Bij de chemische fosfaatverwijdering worden twee processen onderscheiden: vlokvorming en precipitatie. Bij van gedispergeerde deeltjes bevorderd door het toevoegen van zouten aan een oplossing. Het precipitatie wordt een opgeloste stof door toevoeging van chemicaliën neergeslagen als onoplosbaar kristal of als vlok. vlokvormingsproces globaal in tweevan fasen worden verdeeld. de eerste fase de van zouten aan Bij vlokvorming wordtkan het samenklonteren gedispergeerde deeltjes In bevorderd door hetwordt toevoegen een Het vlokvormingsproces kandeglobaal in twee fasen worden verdeeld. door In de het eerste van oplossing. nature afstotende krachten tussen gedispergeerde deeltjes opgeheven toe-fase wordt de van nature krachten gedispergeerde deeltjes opgeheven door met het toevoegen van zouten. In de tweede voegenafstotende van zouten. In de tussen tweededefase worden de gedispergeerde deeltje elkaar in contact fase worden de gedispergeerde deeltje met elkaar in contact gebracht door bijvoorbeeld roeren. Hierdoor ontstaan gebracht door bijvoorbeeld roeren. Hierdoor ontstaan vlokken. vlokken.

AFbEELDING 3 SCHEmATISCHE WEERGAvE vAN COAGULATIE (bOvEN) EN FLOCCULATIE (ONDER) AFBEELDING 3 SCHEMATISCHE WEERGAVE VAN COAGULATIE (BOVEN) EN FLOCCULATIE (ONDER)

In het geval van adsorptieve coagulatie hangt de concentratie van het vlokmiddel af van de hoeveelheid colloïdale deeltjes, ofwel de troebelheid. Er wordt niet gesproken over een minimale dosering, maar juist over een maximale In het geval van adsorptieve coagulatie hangt de concentratie van het vlokmiddel af van de dosering. Een te hoge dosering leidt namelijk tot restabilisatie. In dit geval adsorberen de colloïde deeltjes te veel hoeveelheid colloïdale deeltjes, ofwel de troebelheid. nietergesproken een minihydrolyseproducten en krijgen deze een positieve lading. Er Paswordt wanneer nog meer over vlokmiddel wordt gedoseerd zal deze opgeheven. Als er een te laag gehalte aan colloïde deeltjes gaat deze theorie niet meer malestabilisatie dosering, weer maarworden juist over een maximale dosering. Een teishoge dosering leidt namelijk op, coagulatie is danadsorberen niet meer mogelijk. Bij veel hogere doseringen treedt een snelleen precipitatie op van tot adsorptieve restabilisatie. In dit geval de colloïde deeltjes te veel hydrolyseproducten ijzer- of aluminiumvlokken en hiermee een afname van colloïdale deeltjes. Het mechanisme dat dan optreedt, is krijgen deze een positieve lading. Pas wanneer er nog meer vlokmiddel gedoseerd precipitatie coagulatie of “sweep” coagulatie. Bij precipitatie coagulatie wordenwordt colloïdale deeltjeszal ingesloten tussen de hydrolyseproducten. Precipitatie coagulatie verloopt vergeleken met adsorbtieve coagulatie betrekkelijk snel. Een nadeel is dat er meer vlokmiddel moet worden gedoseerd. In de praktijk zullen beide mechanismen plaatsvinden. In het 7 geval van lage deeltjes concentraties is precipitatie coagulatie veelal overheersend. Veelal worden ijzer(III)- en aluminiumzouten gebruikt voor de verwijdering van orthofosfaat. Wanneer ijzer(III)- of aluminiumzouten oplossen in water worden niet alleen Fe3+ of Al3+ ionen maar ook hydroxideverbindingen gevormd. De snelheid waarmee deze hydroxiden worden gevormd hangt af van het bufferend vermogen van het water, van de pH en van de concentratie. Bij een hoog HCO3- gehalte vindt de omzetting naar hydroxideverbindingen binnen een minuut


deze stabilisatie weer worden opgeheven. Als er een te laag gehalte is aan colloïde deeltjes gaat deze theorie niet meer op, adsorptieve coagulatie is dan niet meer mogelijk. Bij veel hogere doseringen treedt een snelle precipitatie op van ijzer- of aluminiumvlokken en hiermee een afname van colloïdale deeltjes. Het mechanisme dat dan optreedt, is precipitatie coagulatie of “sweep” coagulatie. Bij precipitatie coagulatie worden colloïdale deeltjes ingesloten tussen de hydrolyseproducten. Precipitatie coagulatie verloopt vergeleken met adsorbtieve coagulatie betrekkelijk snel. Een nadeel is dat er meer vlokmiddel moet worden gedoseerd. In de praktijk zullen beide mechanismen plaatsvinden. In het geval van lage deeltjes concentraties is precipitatie coagulatie veelal overheersend. Veelal worden ijzer(III)- en aluminiumzouten gebruikt voor de verwijdering van orthofosfaat. Wanneer ijzer(III)- of aluminiumzouten oplossen in water worden niet alleen Fe3+ of Al3+ ionen maar ook hydroxideverbindingen gevormd. De snelheid waarmee deze hydroxiden worden gevormd hangt af van het bufferend vermogen van het water, van de pH en van de concentratie. Bij een hoog HCO3- gehalte vindt de omzetting naar hydroxideverbindingen binnen een minuut plaats, meestal zelfs binnen 10 seconden. Wanneer het water een laag bufferend vermogen heeft zal het ontstaan van hydroxideverbindingen meer tijd kosten en zullen deze verbindingen langer bestaan. De hydrolyse vindt plaats in een aantal stappen. Hieronder zijn de verschillende evenwichtsreacties weergegeven voor aluminiumzouten: + H2O

↔

Al(H2O)5OH2+

Al(H2O)5OH

+ H2O

↔

Al(H2O)4(OH)2

+ H3O+

Al(H2O)4(OH)2+

+ H2O

↔

Al(H2O)3(OH)3

+ H3O+

Al(H2O)3(OH)3

+ H2O

↔

Al(H2O)2(OH)4

+ H3O+

Al(H2O)63+ 2+

+ H3O+ +

-

Al(H2O)3(OH)3 is de enige van de bovenstaande stoffen die ongeladen en slecht oplosbaar is. Voor ijzerzouten verlopen de reacties op gelijke wijze. Zoals in de bovenstaande reactievergelijkingen is te zien zal de hydrolysereactie samen gaan met een pH-daling. Het hangt van het bufferend vermogen van het water af in hoeverre de pH zal dalen. De pH is van grote betekenis voor de concentraties van de diverse hydrolyseproducten. Voor ijzer(III)chloride ligt het iso-elektrisch punt bij pH 8. Dit is het meest optimale punt voor flocculatie. Wanneer de pH boven de 8 stijgt, zal de concentratie aan opgeloste geladen deeltjes toenemen, en daarmee ook de oplosbaarheid. Het iso-elektrisch punt voor aluminiumverbindingen ligt bij pH 6,3. Bij deze pH zijn [Al(H2O)5OH]2+ en [Al(H2O)4(OH)2]+ de meest dominante hydrolyseproducten. Een pH die een paar tienden lager ligt dan de optimale pH heeft grote gevolgen op de vlokgroei (Bache, 2007). De vlokgroei gaat dan langzamer waardoor vlokken uiteindelijk kleiner blijven. De gevolgen voor de vlokgroei voor een pH hoger dan de optimale pH zijn nauwelijks waarneembaar. De oorzaak voor dit verschijnsel is nog onbekend. De positief geladen metaalionen en hydrolyseproducten adsorberen aan de negatief geladen colloïdale deeltjes. De ontstane gedispergeerde deeltjes zijn neutraal geladen en kunnen zo vlokken vormen. De adsorptie van het colloïdale deeltje aan het vlokmiddel wordt onder meer tot stand gebracht door vanderwaalskrachten. De belangrijkste reacties die bijdragen aan de coagulatie van fosfaat met behulp van ijzer(III)en aluminium(III)zouten zijn de onderstaande:

8


Al3+ +

HnPO43-n

↔

AlPO4

+

nH+

Fe +

HnPO4

↔

FePO4

+

nH+

3+

3-n

De combinatie van filtratie met precipitatie en coagulatie/flocculatie kan resulteren in een zeer effectieve verwijdering van deeltjes en een verlaging van het fosfaatgehalte tot enkele tienden van mg/l. Type coagulanT Over het algemeen worden coagulanten toegepast op ijzer- of op aluminiumbasis. Enkele voorbeelden zijn ijzer(III)chloride (FeCl3), ijzer(III)chloridesulfaat (FeClSO4), aluminiumchloride (AlCl3), polyaluminiumchloride ((AlCl3)n∙H2O), aluminiumsulfaat (Al(SO4)3) of natriumaluminaat (NaAlO2). De keuze voor een coagulant verschilt per locatie en hangt sterk af van het te behandelen water, daarom is het aan te bevelen om bekerglasproeven of op pilotschaal experimenten uit te voeren om inzicht te krijgen in de werking van de verschillende vlokmiddelen. Een parameter voor de keuze van een coagulant is de pH-waarde van de afloop NBT. Is de pH-waarde tussen de 5,3 en 6,8 dan werkt een aluminiumzout theoretisch beter. Is de pH-waarde tussen de 7,0 en 8,3 dan werkt een ijzerzout theoretisch beter. Deze theoretische pH-gebieden komen niet altijd overeen met de praktijk. Bij het simultaan toepassen van denitrificatie en chemische fosfaatverwijdering in een nageschakelde techniek, zal de de hoofdzuivering vooral nitrificeren waardoor de pH-waarde in de afloop NBT lager is (daling van bijv. pH 7,0 naar pH 6,5). Verdere ontwatering of hergebruik routes kunnen een rol spelen in de keuze van een coagulant. Aluminiumzout geeft over het algemeen een slechter ontwaterbaar slib in vergelijking tot ijzerzouten omdat aluminiumslib meer hydraatwater vast houdt. Daarentegen bieden aluminiumzouten voordeel ten opzichten van ijzerzouten bij de opwerking van fosfaat uit zuiveringsslib in de fosfaatverwerkende industrie [39]. INITIëLE mENGING De initiële menging wordt in de literatuur aangegeven als het meest belangrijke proces voor vergaande chemische fosfaatverwijdering [18]. Voor de initiële menging is de matrix van het voedingswater, de temperatuur, het type coagulant, de coagulantdosering en de intensiteit en tijdsduur van mixen van belang [29]. Over de optimale initiële menging voor fosfaatverwijdering uit effluent worden in de literatuur tegenstrijdige snelheidsgradiënten voor dosering (Ginitieel-waarden) weergegeven, die variëren van 500 tot 2.500 s-1 [37, 18]. Met behulp van bekerglasproeven [42] is aangetoond dat de initiële menging (en zelfs de afwezigheid ervan) geen invloed heeft op de orthofosfaatverwijdering. De optimale Giniteel-waarde en mengtijd kunnen wel afhangen van de troebelheid van het water, namelijk bij een hogere troebelheid is een hogere initiele menging nodig [29]. Zo is voor verschillende typen water een optimale combinatie van Ginitieel-waarde en mengtijd te vinden [29]. De literatuuren praktijkverwijzingen zijn, zoals blijkt, niet con Voor het berekenen van de Ginitieel -waarde in een leiding zijn de volgende formules nodig [18]:

9

troebelheid is een hogere initiele menging nodig [29]. Zo is voor verschillende typen water een optimale combinatie van enalsmengtijd te vinden [29]. De literatuuren praktijkverwijzingen zijn, zoals blijkt, niet consistent. STOWAG 2009-34 1-steP® filter effluentPolisHingstecHniek initieel-waarde troebelheid troebelheid is een is een hogere hogere initiele initiele menging menging nodig nodig [29]. [29]. ZoZo is[29]. voor is voor verschillende typen typen water water eeneen optimale optimale combinatie troebelheid is een hogere initiele menging nodig Zo isverschillende voor verschillende typen water een combinatie optimale combina vanvan Ginitieel Ginitieel -waarde -waarde en-waarde en mengtijd mengtijd temengtijd vinden te vinden [29]. [29]. DeDe literatuurliteratuuren en praktijkverwijzingen praktijkverwijzingen zijn, zijn, zoals zoals blijkt, blijkt, nietniet consistent. consistent. van G en te vinden [29]. De literatuuren praktijkverwijzingen zijn, zoals blijkt, niet consistent. initieel -waarde in een leiding zijn de volgende formules nodig [18]: Voor het berekenen van de G initieel

-waarde in-waarde een in een leiding leiding zijnleiding zijn de de volgende volgende formules nodig nodig [18]: [18]: Voor Voor hethet berekenen berekenen vanvan de de GG in een zijn de formules volgende formules nodig [18]: Voor hetde berekenen van de -waarde Ginitieel initieel ) worden berekend: Allereerst moet drukvalinitieel (h Allereerst moet de drukvalL (hL) worden berekend: ) worden berekend: Allereerst Allereerst moet moet de de drukval drukval ) worden berekend: Allereerst moet de(hdrukval (hLberekend: L(h L) worden 2

v hL = k 2 2 v 2vg v 2 hLh=L = k khL = k g2 g [m] hL = 2 drukval 2g

= drukval [m] hL kk = weerstandsfactor = weerstandsfactor[-][-] drukval =L drukval [m] hL hvL ==gemiddelde =[m] drukval [m] in h snelheid bovenstrooms [m/s] v = gemiddelde snelheid in de de leiding leiding bovenstrooms [m/s] k k = weerstandsfactor = weerstandsfactor [-]2[-]2 k = weerstandsfactor [-] ] gg = valversnelling = valversnelling [m/s [m/s ]in de v v = gemiddelde snelheid snelheid in de leiding leiding bovenstrooms bovenstrooms [m/s] [m/s] [m/s] v= gemiddelde = gemiddelde snelheid in de leiding bovenstrooms 2 2 ] ] [m/s2] g g = valversnelling = valversnelling [m/s [m/s g = valversnelling Voor een bocht van 90° is de k waarde 0,5. Voor een schuifafsluiter kan de k waarde als volgt worden berekend: Voor een bocht van 90° is de k waarde 0,5. Voor een schuifafsluiter kan de k waarde als volgt Voor Voor eeneen bocht bocht vanvan 90°90° is van de is de k90° waarde k waarde 0,5. Voor Voor eeneen schuifafsluiter schuifafsluiter kankan de de k waarde kkan waarde als volgt volgt worden berekend: berekend: Voor een bocht is de 0,5. k waarde 0,5. Voor een schuifafsluiter de als k waarde alsworden volgt worden berekend: worden berekend:

⎛ 1 ⎞ diameter schuifafsluiter k = 2,8 (1 − β 2 ) ⎜ 4 − 1⎟ met daarin β = ⎛ ⎛1β1 ⎛⎞ ⎞⎠1 diameter diameter schuifafsluiter schuifafsluiter bovenstroomse leiding ⎞ daarin diameter diameter schuifafsluiter − 2β)(2⎜1) −⎜⎝ 4β−42 1)−⎜⎟1met k= k= 2,8 2,8 daarin β βdaarin == β = −daarin 1met met (k1(=−1β2,8 ⎟ 4met ⎟ diameter diameter bovenstroomse bovenstroomse leiding leiding diameter bovenstroomse leiding ⎝ β⎝ β ⎝⎠ β⎠ ⎠ -waarde is hieronder weergegeven: De formule voor het bereken van de G initieel

-waarde is-waarde hieronder is hieronder weergegeven: weergegeven: DeDe formule formule voor hethet bereken bereken van de de Ginitieel G Devoor formule voor hetvan bereken van de -waarde G is hieronder weergegeven: initieel -waarde is hieronder weergegeven: De formule voor het bereken van de Ginitieelinitieel ρ ⋅ hL x met daarin t = Ginitieel =

ρ ⋅ρth⋅ μ h ρ ⋅ hL x vx x daarin met met daarin daarin t =tdaarin = t= Ginitieel Ginitieel=G=initieel =L L met met v v -1 v t ⋅ tμ⋅ μ t ⋅ μ

Ginitieel = de mengenergie voor initiële menging [s ] = dewater mengenergie [s-1] ρGinitieel = massa [kg/m3] voor initiële menging -1 -1 -1 =initieel de mengenergie mengenergie voor voor initiële initiële menging menging [s [s ] ] Ginitieel Ginitieel= de = de mengenergie voor initiële menging [s ] G 3 tρ = verblijftijd = massa[s] water 3 3[kg/m ]3 ρ ρ = massa = massa water water [kg/m [kg/m ] ][kg/m ] 2 ρ = massa water µ = dynamische viscositeit [Ns/m ] = verblijftijd t tt = verblijftijd verblijftijd [s][s] [s][s] t= verblijftijd x = lengte=waarop menging plaatsvindt (7,5 maal de diameter van de leiding bovenstrooms) [m] 2 2 ] ][Ns/m µ µµ = dynamische viscositeit viscositeit [Ns/m [Ns/m µ= dynamische = dynamische viscositeit [Ns/m22]] = dynamische viscositeit x xx = lengte menging menging plaatsvindt plaatsvindt (7,5 (7,5 maal maal de de diameter diameter van van de de leiding leiding bovenstrooms) bovenstrooms) [m][m] x= lengte =waarop lengte waarop menging plaatsvindt (7,5 maal dede diameter van van de leiding bovenstrooms) [m] =waarop lengte waarop menging plaatsvindt maal diameter de leiding Essentieel voor een goede fosfaatverwijdering zijn de(7,5 initiele menging en de mengtijd. Deze kritische parameters bepalen het coagulatieproces, de[m] binding van de coagulant met het fosfaat. Daarbij is nog onvoldoende duidelijk hoe bovenstrooms) Essentieel Essentieel voor voor een een goede goede fosfaatverwijdering fosfaatverwijdering zijnzijn de de initiele initiele menging en en de de mengtijd. mengtijd. Deze Deze kritische kritische parameters voor een goededient fosfaatverwijdering zijn demenging initiele menging en de mengtijd. Deze parameters kritische paramete (minimaal) te zijn. hoog deEssentieel Giniteel-waarde bepalen bepalen het het coagulatieproces, coagulatieproces, de de binding binding van de de coagulant coagulant metmet hethet fosfaat. fosfaat. Daarbij is Daarbij nog is nog onvoldoende onvoldoende duidelijk duidelijk hoe hoe bepalen het coagulatieproces, devan binding van de coagulant met hetDaarbij fosfaat. is nog onvoldoende duidelijk ho -waarde -waarde (minimaal) dient dient te zijn. te dient zijn. tezijn hoog hoog de de Ghoog Giniteel -waarde (minimaal) zijn. de Giniteel initeel Essentieel voor een(minimaal) goede de initiele menging en de mengtijd. Deze kritische TEMPERATUURSINVLOED OPfosfaatverwijdering DE FOSFAATBINDING

bepalen het coagulatieproces, de binding coagulant door met het is nog Deparameters vorming van metaalhydroxide neerslag wordt van niet debeïnvloed eenfosfaat. lage Daarbij (1°C) temperatuur [31]. De TEMPERATUURSINVLOED TEMPERATUURSINVLOED OPOP DEDE FOSFAATBINDING FOSFAATBINDING TEMPERATUURSINVLOED OP DEbinnen FOSFAATBINDING neerslagreactie vindt bij water vande 1°C een(minimaal) minuut plaats. -waarde dient te zijn. onvoldoende duidelijk hoe hoog G initeel DeDevorming vorming vanmetaalhydroxide metaalhydroxide neerslag neerslag wordt wordtnietniet beïnvloed beïnvloed door dooreeneen lage lage (1°C) (1°C) temperatuur temperatuur [31]. [31].DeDe De van vorming van metaalhydroxide neerslag wordt niet beïnvloed door een lage (1°C) temperatuur [31]. D neerslagreactie neerslagreactie vindt vindt bijbij water water van van 1°C 1°C binnen binnen eeneen minuut minuut plaats. plaats. plaats. neerslagreactie vindt bij water van 1°C binnen een minuut VLOKVORMING TEmPERATUURSINvLOED OP DE FOSFAATbINDING Na dosering en initiële menging vindt vlokvorming plaats. Tijdens vlokvorming worden vlokken gevormd die in het VLOKVORMING VLOKVORMING VLOKVORMING De vorming vanworden metaalhydroxide wordt nietverwijdering beïnvloed door een lage (1°C)onderscheid tempera- gemaakt tussen filterbed kunnen afgevangen. neerslag Voor de chemische van fosfaat wordt NaNa dosering dosering en initiële initiële menging menging vindt vindt vlokvorming vlokvorming plaats. plaats. Tijdens Tijdens vlokvorming vlokvorming worden worden vlokken vlokken gevormd gevormd die die in in hethet Na en dosering en initiële menging vindt vlokvorming plaats. Tijdens vlokvorming worden vlokken gevormd die in h twee soorten filtratie: vlokkenen vlokkingsfiltratie. Bijbinnen de vlokkenfiltratie worden de fosfaat-coagulant vlokken tuur [31]. De neerslagreactie vindt bij water van 1°C een minuut plaats. filterbed filterbed kunnen kunnen worden worden afgevangen. afgevangen. Voor Voor de de chemische chemische verwijdering verwijdering vanvan fosfaat fosfaat wordt wordt onderscheid onderscheid gemaakt gemaakt tussen tussen tuss filterbed kunnen worden afgevangen. Voor de chemische verwijdering van fosfaat wordt onderscheid gemaakt gevormd boven het filterbed. Bij vlokkingsfiltratie worden de fosfaat-coagulant vlokken gevormd in het filterbed. twee twee soorten soorten filtratie: filtratie: vlokkenvlokkenen en vlokkingsfiltratie. vlokkingsfiltratie. BijBij de de vlokkenfiltratie vlokkenfiltratie worden worden deworden de fosfaat-coagulant fosfaat-coagulant vlokken vlokkenvlokk filtratie: en vlokkingsfiltratie. de vlokkenfiltratie de fosfaat-coagulant Nadere twee uitlegsoorten over vlokkenen vlokkenvlokkingsfiltratie is weergegevenBij in paragraaf 4.3.4. gevormd gevormd boven boven hethet filterbed. filterbed. BijBij vlokkingsfiltratie vlokkingsfiltratie worden worden deworden de fosfaat-coagulant fosfaat-coagulant vlokken vlokken gevormd gevormd in in hethet filterbed. filterbed. gevormd boven het filterbed. Bij vlokkingsfiltratie de fosfaat-coagulant vlokken gevormd in het filterbe vLOKvORmING Nadere Nadere uitleg uitleg over over vlokkenvlokkenen en vlokkingsfiltratie vlokkingsfiltratie is weergegeven is weergegeven in paragraaf in paragraaf 4.3.4. 4.3.4. 4.3.4. Nadere overdoseringen vlokkenen vlokkingsfiltratie is weergegeven ineen paragraaf Vlokken die bijuitleg hebben mogelijk open structuurworden waardoor ze eenvoudig Na dosering enhogere initiële mengingworden vindt gevormd vlokvorming plaats. Tijdens vlokvorming uiteenvallen [45, 21].die Vlokken die uiteen zijn gevallen kunnen slechts gedeeltelijk herstellen enverzullen niet meer de vlokken gevormd in het filterbed kunnen worden afgevangen. Voor de chemische Vlokken Vlokken die die bijbij hogere hogere doseringen worden worden gevormd gevormd hebben hebben mogelijk mogelijk eeneen open open structuur structuur waardoor waardoor ze ze eenvoudig eenvoudig Vlokken die bijdoseringen hogere doseringen worden gevormd hebben open structuur waardoor -waarden ze op eenvoud de oorspronkelijke grootte bereiken [45]. Tijdens filtratie worden in eenmogelijk filterbedeen hoge Gafschuifspanning uiteenvallen uiteenvallen [45, [45, 21]. 21]. Vlokken Vlokken die die uiteen uiteen zijnzijn gevallen gevallen kunnen kunnen slechts slechts gedeeltelijk gedeeltelijk herstellen herstellen en en zullen zullen nietniet meer meer de demeer uiteenvallen [45, 21]. Vlokken die uiteen zijn gevallen kunnen slechts gedeeltelijk herstellen en zullen niet wijdering van fosfaat wordt onderscheid gemaakt tussen twee soorten filtratie: vlokkenen vlokken uitgeoefend (afschuifspanning). Door filtratie neemt de porositeit in het filterbed af en neemt de Gafschuifspanning -waarden -waarden op op de de oorspronkelijke oorspronkelijke grootte grootte bereiken bereiken [45]. [45]. Tijdens Tijdens filtratie filtratie worden worden inworden in eeneen filterbed filterbed hoge hoge Gafschuifspanning Ghoge oorspronkelijke grootte bereiken [45]. Tijdens in een filterbed Gafschuifspanning afschuifspanning vlokkingsfiltratie. de vlokkenfiltratie worden de fosfaat-coagulant vlokken gevormd boven waarde exponentieelBij toe, waardoor grotere vlokken metfiltratie een open structuur kunnen afbreken en als gevolg-waarden daarvan op - vlokken vlokken uitgeoefend uitgeoefend (afschuifspanning). (afschuifspanning). Door Door filtratie filtratie neemt neemt de de porositeit porositeit in in hethet filterbed filterbed af en en neemt neemt G Gafschuifspanning vlokken uitgeoefend (afschuifspanning). Door filtratie neemt de porositeit in hetaffilterbed af de ende neemt de Gafschuifspanni afschuifspanning doorbreken. het filterbed. Bij vlokkingsfiltratie worden de fosfaat-coagulant vlokken gevormd in het filterwaarde exponentieel toe,toe, waardoor grotere vlokken met eeneen open structuur afbreken en alsals gevolg daarvan waarde waarde exponentieel exponentieel waardoor toe, waardoor grotere grotere vlokken vlokken met met open een structuur open kunnen structuur kunnen kunnen afbreken afbreken en gevolg en als gevolg daarvandaarv bed. Nadere uitleg over vlokkenen vlokkingsfiltratie is weergegeven in paragraaf 4.3.4. doorbreken. doorbreken. doorbreken. Vlokken die bij hogere doseringen worden gevormd hebben mogelijk een open structuur waardoor ze eenvoudig uiteenvallen [45, 21]. Vlokken die uiteen zijn gevallen kunnen slechts gedeeltelijk herstellen en zullen niet meer de oorspronkelijke grootte bereiken [45]. Tijdens filtratie worden in een filterbed hoge Gafschuifspanning-waarden op de vlokken uitgeoefend (afschuifspanning). Door filtratie neemt de porositeit in het filterbed af en neemt de Gafschuifspanning-waarde exponentieel toe, waardoor grotere vlokken met een open structuur kunnen afbreken en als gevolg daarvan doorbreken.

28 28 28

10


AFbEELDING 4 vERANDERING vAN DE -WAARDE-WAARDE IN HET FILTERbED [46] AFBEELDING 4 VERANDERING VAN DEGAFSCHUIFSPANNING GAFSCHUIFSPANNING INTIjDENS HET FILTRATIE FILTERBED

TIJDENS FILTRATIE [46].

10000 Afname porositeit door biomassa 9000

Porositeit nieuwe kool

8000 Afname porositeit door filtratie

G-waarde (1/s)

7000 6000 5000 4000 3000 2000 1000 0 0 5 m/h

0,1 10 m/h

15 m/h

0,2 20 m/h

0,3

0,4 Porositeit (-)

TEMPERATUURSINVLOED OP DE VLOKVORMING De invloedTEmPERATUURSINvLOED van de temperatuur op de OP vlokvorming wordt toegeschreven aan een verandering van de viscositeit van het DE vLOKvORmING water en/of de verandering in de hydrolyse snelheid van de coagulant [26, 24, 17]. Over het algemeen is de initiële De invloed van de temperatuur op de vlokvorming wordt toegeschreven aan een verandering menging hoog genoeg om de negatieve effecten van de verandering in viscositeit ongedaan te maken [26]. Daarom is hetvlokvorming water en/of de verandering de hydrolyse snelheid van coade invloedvan van de de viscositeit temperatuurvan op de voornamelijk toe te in schrijven aan de verandering van de chemische eigenschappen van[26, de 24, coagulant [20]. neemt voor ijzerzouten de hydrolysesnelheid toeom bij de eennegatieve toenemende gulant 17]. Over hetZoalgemeen is de initiële menging hoog genoeg temperatuur en pH [26], terwijl voor aluminiumhydroxide de optimale pH verschuift naar een hogere waarde bij een effecten van de verandering in viscositeit ongedaan te maken [26]. Daarom is de invloed van afnemende temperatuur [18]. de temperatuur op de vlokvorming voornamelijk toe te schrijven aan de verandering van

De negatieve effecten voor metaalzouten van als gevolg van een lage zijn [20] dat de vlokken kleiner blijven in chemische eigenschappen de coagulant [20].temperatuur Zo neemt voor ijzerzouten de hydrolysesnelvergelijking met een hoge temperatuur. Andere temperatuursinvloeden zijn: heid toe bij een toenemende temperatuur en pH [26], terwijl voor aluminiumhydroxide de dat bij een toenemende temperatuur de vlokken sneller afbreken; 1. een hogere waarde bij een afnemende temperatuur 2. optimale dat bij pH eenverschuift toenemendenaar temperatuur de vlokherstel en herformatie van vlokken afneemt; [18]. 3. dat kleine vlokken die bij lage temperatuur gevormd zijn minder snel afbreken en beter herstellen. Onderzoek,Dewaarbij de pHeffecten niet constant gehouden, heeftals aangetoond [31] een dat de temperatuur voornamelijk gevolgen negatieve voorismetaalzouten gevolg van lage temperatuur zijn [20] dat heeft voor de vlokgrootte. Vlokken die bij 1 °C zijn gevormd zijn kleiner dan vlokken die bij 20°C zijn gevormd. Bij de vlokken kleiner vergelijking met een hoge temperatuur. Andere temperatuurshogere temperaturen worden dusblijven grotere in vlokken gevormd, maar deze grotere vlokken breken sneller af en herstellen minders goed dan de vlokken invloeden zijn: die bij een lage temperatuur zijn gevormd [20].

1. dat bij een toenemende temperatuur de vlokken sneller afbreken; De oplosbaarheidssnelheid bij 5°C en bij 20°C is vrijwel gelijk wanneer de pOH constant wordt gehouden. Door de 2. dat te bijhouden een toenemende temperatuur de vlokherstel herformatie van vlokken afneemt; pOH constant blijft de verhouding Al/OH gelijk en dus ook en de omstandigheden voor hydroxide vorming. Het verband de pH envlokken de pOH die is hieronder 3. tussen dat kleine bij lageweergegeven: temperatuur gevormd zijn minder snel afbreken en beter herstellen.

pH + pOH = pK w Hierin is de pKw als volgt gedefinieerd: Onderzoek, waarbij de pH niet constant is gehouden, heeft aangetoond [31] dat de tempera-

tuur voornamelijk gevolgen heeft voor de vlokgrootte. Vlokken die bij 1 °C zijn gevormd zijn

4470,99 pK w = −kleiner + vlokken die+ bij ⋅ T gevormd. Bij hogere (T in temperaturen K) 6, 0875 0, 01706 dan 20°C zijn worden dus grotere T

vlokken gevormd, maar deze grotere vlokken breken sneller af en herstellen minders goed

dan bijworden een lage temperatuur gevormd [20]. Met behulp vandedevlokken formulesdie kan geconcludeerd datzijn de pH verlaagd moet worden bij hogere temperaturen. Vlokvormingsexperimenten uitgevoerd met een constante pOH en met een constante pH geven de volgende resultaten [51]. • Aluminiumvlokken zijn onder alle geteste condities minder sterk dan ijzervlokken; • IJzervlokken hebben bij 20ºC en bij 5ºC een gelijke sterkte mits de pOH constant is; • IJzervlokken zijn bij 5ºC minder sterk dan bij 20ºC wanneer de pH constant wordt gehouden;

11 29

vergelijking een hoge temperatuursinvloeden zijn: zijn [20] dat de vlokken kleiner blijven in De negatievemet effecten voortemperatuur. metaalzoutenAndere als gevolg van een lage temperatuur dateen bijhoge een toenemende de vlokken sneller afbreken; 1. vergelijking met temperatuur.temperatuur Andere temperatuursinvloeden zijn: 2. dat en herformatie dat bij bij een een toenemende toenemende temperatuur temperatuur de de vlokherstel vlokken sneller afbreken; van vlokken afneemt; 1. STOWA 2009-34 1-steP® filter als effluentPolisHingstecHniek 3. dat die bij lage temperatuur gevormdenzijn minder snel beter herstellen. 2. dat kleine bij eenvlokken toenemende temperatuur de vlokherstel herformatie vanafbreken vlokken en afneemt; Onderzoek, waarbij de pHvlokken niet constant gehouden, heeftgevormd aangetoond datsnel de temperatuur gevolgen 3. dat kleine die bij is lage temperatuur zijn [31] minder afbreken en voornamelijk beter herstellen. heeft voor dewaarbij vlokgrootte. die bij 1 °C zijn gevormd zijn kleiner die bij 20°C zijn gevormd. Bij Onderzoek, de pH Vlokken niet constant is gehouden, heeft aangetoond [31]dan datvlokken de temperatuur voornamelijk gevolgen hogere temperaturen worden dus grotere gevormd, maar grotere vlokken die breken sneller af gevormd. en herstellen heeft voor de vlokgrootte. Vlokken die bijvlokken 1 °C zijn gevormd zijndeze kleiner dan vlokken bij 20°C zijn Bij minders goed dan de vlokken die een en lage temperatuur zijnmaar gevormd De oplosbaarheidssnelheid bijbij 5°C bij 20°C is vrijwel gelijk wanneer de pOH constant hogere temperaturen worden dus grotere vlokken gevormd, deze [20]. grotere vlokken breken sneller af en herstellen minders goed dan deDoor vlokken die bijconstant een lage temperatuur zijn gevormd [20]. wordt gehouden. de pOH te houden blijft de verhouding Al/OH gelijk en dus De oplosbaarheidssnelheid bij 5°C en bij 20°C is vrijwel gelijk wanneer de pOH constant wordt gehouden. Door de ook de omstandigheden voor hydroxide vorming. Het verband tussen de pH en de pOH is hierpOH constant te houden blijft verhouding Al/OH gelijk en dus wanneer ook de omstandigheden voor hydroxide vorming. De oplosbaarheidssnelheid bijde 5°C en bij 20°C is vrijwel gelijk de pOH constant wordt gehouden. DoorHet de onder weergegeven: verband tussen de pH en de pOH is hieronder weergegeven: pOH constant te houden blijft de verhouding Al/OH gelijk en dus ook de omstandigheden voor hydroxide vorming. Het verband tussen de pH en de pOH is hieronder weergegeven:

pH + pOH = pK w pH +is pOH volgt Hierin de pKw=alspK w gedefinieerd:

Hierin gedefinieerd: w als alsvolgt volgt gedefinieerd: HierinisisdedepK pK w

4470,99 pK w = −6, 0875 + 4470,99 + 0, 01706 ⋅ T T pK w = −6, 0875 + + 0, 01706 ⋅ T T

(T in K) in K)

(T in K)(T

Met behulp van de formules kan worden geconcludeerd dat de pH verlaagd moet worden bij hogere temperaturen. Met behulp van de formules kan worden geconcludeerd dat de verlaagd moet worden bij Vlokvormingsexperimenten metgeconcludeerd een constante pOH metpH een constante pH geven volgende resultaten Met behulp van de formulesuitgevoerd kan worden dat deenpH verlaagd moet worden bijdehogere temperaturen. hogere temperaturen. Vlokvormingsexperimenten uitgevoerd met een constante pOH en met [51]. Vlokvormingsexperimenten uitgevoerd met een constante pOH en met een constante pH geven de volgende resultaten Aluminiumvlokken onder alle geteste condities minder sterk dan ijzervlokken; [51]. een •constante pH geven de zijn volgende resultaten [51]. IJzervlokken hebben bij 20ºCalle en bij 5ºC een gelijke sterkte de pOH constant is; • Aluminiumvlokken onder alle geteste condities minder sterk dan ijzervlokken; • Aluminiumvlokken zijnzijn onder geteste condities mindermits sterk dan ijzervlokken; zijn bij 5ºC minder sterk dan bij 20ºC wanneer de pH constant wordtis; gehouden; • IJzervlokken hebben bij 20ºC en bij 5ºC een gelijke sterkte mits de pOH • IJzervlokken hebben bij 20°C en bij 5°C een gelijke sterkte mits de pOHconstant constant is; • IJzervlokken zijn bij 5ºC minder sterk dan bij 20ºC wanneer de pH constant wordt gehouden; • IJzervlokken zijn bij 5°C minder sterk dan bij 20°C wanneer de pH constant wordt gehouden; • Aluminiumvlokken gevormd bij 5°C en een constante pOH zijn veel sterker dan vlokken gevormd bij 5°C en een constante pH; • Aluminiumvlokken zijn bij 20°C en een constante pOH sterker dan aluminiumvlokken bij 5°C en een constante pOH. De temperatuur heeft invloed op zowel ijzerzouten als op aluminiumzouten [31, 22, 20], maar temperatuurseffecten hebben de grootste gevolgen voor aluminiumzouten. Wanneer gedurende het jaar een stabiele vlokgrootte nodig is, hebben ijzerzouten de voorkeur boven aluminiumzouten [20]. Wanneer polyaluminiumchloride (PACl) wordt vergeleken [20] met ijzersulfaat en aluin voor verschillende temperaturen laten de resultaten zien dat PACl bij alle temperaturen (7°- 27°C) de grootste vlokken geeft. De verminderde invloed van temperatuur op PACl is mogelijk te verklaren doordat het voorgehydrolyseerd is, waardoor de invloed van de temperatuur op de polymerisatie kleiner is [27]. Dit verklaart voor een groot gedeelte waarom PACl in de winter vaak wordt gebruikt [18]. Voor een goede verwijdering van de fosfaat-vlok spelen het type coagulant en de temperatuur een grote rol. Deze kritische parameters zijn bepalend voor grote en de stabiliteit van de vlok en daarmee het verwijderingsproces in het filterbed. 3.2.2 N-vERWIjDERING vIA DENITRIFICATIE Denitrificatie in het filter verschilt in wezen niet van denitrificatie in een actiefslibinstallatie. Voor een goede denitrificatie moet worden voldaan aan 2 belangrijke voorwaarden: • snel afbreekbaar substraat (voeding) in de vorm van een koolstofbron (C-bron); • lage zuurstofconcentratie (anoxisch milieu). Micro-organismen (hetrotrofe) winnen energie uit de overdracht van elektronen van organische verbindingen naar zuurstof. Zuurstof fungeert dan als elektronenacceptor. Is zuurstof niet aanwezig, dan kunnen bepaalde micro-organismen overgaan tot het gebruik van nitraat of nitriet als elektronenacceptor. Deze anoxische respiratie wordt het denitrificatieproces genoemd. De hierbij vrijkomende energie wordt door het micro-organisme gebruikt om te groeien [13]. Naast de hetrotrofe micro-organismen bestaan er ook autotrofe microorganis-

12

29 29


men. Deze micro-organismen zijn niet afhankelijk van organische verbindingen voor de energie-behoefte. Deze groep organismen kan bijvoorbeeld gebruik maken van zonlicht. Organisch materiaal wordt gebruikt voor de levering van energie (elektronenoverdracht) en als koolstofbron voor opbouw van celmateriaal. Het gebruik van zuurstof in plaats van nitraat als elektronenacceptor levert meer energie op. Wanneer beide oxidatoren beschikbaar zijn, zal het proces optreden dat de meeste energie oplevert. Dit betekent dat denitrificatie sterk geremd wordt door de aanwezigheid van zuurstof [13]. Het is bekend dat het denitrificatieproces wordt geremd bij een zuurstof concentratie boven 0,5 mg /l. Het denitrificatieproces verloopt volgens de volgende vergelijking: NO3- → NO2- → NO → N2O → N2 Het omgezette nitraat komt als stikstofgas vrij in de atmosfeer. Bij een onvolledige denitrificatie kunnen verhoogde concentraties van tussenproducten als nitriet waargenomen worden. Door een anoxische situatie te creëren kan nitraat worden verwijderd via het denitrificatieproces in de biologische actief kool installatie. In tabel 1 staat een overzicht van enkele denitrificerende bacteriën. TAbEL 1

DENITRIFICERENDE mICRO-ORGANISmEN [13]

micro-organismen Pseudomonas sp. micrococcus sp. achrobacter sp. Bacillus sp.

In de literatuur wordt vermeld dat optimale denitrificatie plaatsvindt bij een pH bereik van 7,0 – 7,5 [13]. Doorgaans heeft het effluent van de gemiddelde RWZI in Nederland een pH 7,5. In het effluent van de Horstermeer zijn lagere waarden gemeten tot zo’n pH 6,2. Aangezien er in RWZI-effluent geen C-bron aanwezig is voor verdergaande nitraatverwijdering dient een C-bron gedoseerd te worden. p-limiTaTie Tijdens deniTrificaTie Met behulp van denitrificerende zandfilters als nageschakelde techniek kunnen lage concentraties voor stikstof worden gehaald. Wanneer denitrificatie wordt gecombineerd met chemische fosfaatverwijdering kan voor de biomassa een tekort aan orthofosfaat ontstaan. Lage orthofosfaatconcentraties kunnen de denitrificatie omzettingssnelheid negatief beïnvloeden door de snelle groei van hetrotrofe micro-organismen te remmen. Snelle groei van deze organismen is nodig om op grote nitraat fluctuaties te reageren [25] . Theoretisch wordt orthofosfaat een limiterende factor wanneer de concentratie lager is dan 0,04 mg P/mg NOx-N er van uitgaand dat 3 mg methanol per mg NOx-N wordt gebruikt [19, 25] . In de literatuur zijn tegenstrijdige resultaten te vinden met betrekking tot de minimale orthofosfaat/NOx-N verhouding die in praktijk wordt gevonden. Onderzoeken in Verenigde Staten en Zweden [19, H23] hebben aangetoond dat een orthofosfaat/NOx-N verhouding van 0,02 of hoger geen impact heeft op de denitrificatiesnelheid. Daarentegen blijkt uit een ander onderzoek, ook uitgevoerd in de Verenigde Staten [25] , dat bij orthofosfaat/NOx-N verhouding van 0,02 de groei van hetrotrofe mirco-organismen in een discontinu filter wordt geremd. Hierdoor kunnen nitraatpieken in het voedingswater niet volledig worden omgezet en werd een verwijderingsrendement voor NOx-N van gemiddeld 70% gehaald. Door natriumfosfaat te

13


beïnvloeden door de snelle groei van hetrotrofe micro-organismen te remmen. Snelle groei van deze organismen is doseren aan het voedingswater is de orthofosfaat/NOx-N verhouding verhoogd en verbeterde nodig om op grote nitraat fluctuaties te reageren [25] .

het verwijderingsrendement voor NOx-N tot gemiddeld 91%.

Theoretisch wordt orthofosfaat een limiterende factor wanneer de concentratie lager is dan 0,04 mg P/mg NOx-N er van uitgaand dat 3 mg methanol per mg NOx-N wordt gebruikt [19, 25] . In de literatuur zijn tegenstrijdige resultaten te Niet overtot dede minimale -N verhouding bestaan tegenstrijdige resultaten, x verhouding die in praktijk wordt gevonden. Onderzoeken in vinden metalleen betrekking minimaleorthofosfaat/NO orthofosfaat/NOx-N hebben aangetoond dat fosfaat een orthofosfaat/NO van 0,02 of hoger Verenigde Staten Zweden [19, H23]van ook over deenbeschikbaarheid metaalgebonden voor hetrotrofe micro-organismen x-N verhouding geen bestaan impact heeft op de denitrificatiesnelheid. Daarentegen blijkt uit een ander onderzoek, ook uitgevoerd in de tegenstrijdige resultaten. Verenigde Staten [25] , dat bij orthofosfaat/NOx-N verhouding van 0,02 de groei van hetrotrofe mirco-organismen in een discontinu filter wordt geremd. Hierdoor kunnen nitraatpieken in het voedingswater niet volledig worden omgezet gehaald. Door natriumfosfaat te doseren aan het en werdBij eeneen verwijderingsrendement voor NO -N gemiddeld en fosfaat is70% de fosfaatverwijdering mede bepalend voor de gecombineerde verwijdering van NOvan x-N x voedingswater is de orthofosfaat/NOx-N verhouding verhoogd en verbeterde het verwijderingsrendement voor NOx-N NOx-N verwijdering. De kritische parameter is daarbij het beschikbaar orthfosfaat voor de denitrificatie. tot gemiddeld 91%.

Hierbij dient een minimale orthofosfaat/NOx-N verhouding niet onderschreden te worden. De waarde van

bestaan tegenstrijdige resultaten, ook over de Niet alleen over de minimale orthofosfaat/NOmoeten x-N verhouding deze verhouding zal proefondervinderlijk worden vastgesteld. beschikbaarheid van metaalgebonden fosfaat voor hetrotrofe micro-organismen bestaan tegenstrijdige resultaten.

3.2.3 vERWIjDERING mICRO vERONTREINIGINGEN vIA de ADSORPTIE fosfaatverwijdering mede bepalend voor de NOx-N Bij een gecombineerde verwijdering van NOx-N en fosfaat is verwijdering. De kritische parameter is daarbij het beschikbaar orthfosfaat denitrificatie. Hierbij dient een Adsorptie is het belangrijkste verwijderingsmechanisme voorvoor veledemicroverontreinigingen.

minimale orthofosfaat/NO x-N verhouding niet onderschreden te worden. De waarde van deze verhouding zal vindt adsorptie plaats aan actief kool en aan de aanwezige biomassa. In het 1-STEP® filter proefondervinderlijk moeten worden vastgesteld.

Actief kool als adsorptiemedium wordt op grote schaal toegepast bij de drinkwaterbereiding

en voor industriële toepassingen. Biologisch actief kool filtratie (BAKF) is voor de bereiding een beproefde techniek. HierbijVIA worden adsorptie en biologische processen 3.2.3 van drinkwater VERWIJDERING MICRO VERONTREINIGINGEN ADSORPTIE Adsorptie is het belangrijkste verwijderingsmechanisme voor vele microverontreinigingen. In het 1-STEP® filter vindt gecombineerd. adsorptie plaats aan actief kool en aan de aanwezige biomassa. Actief kool als adsorptiemedium wordt op grote schaal Naast bereiding van drinkwater bestaat er een gevarieerd toepassingsgebied waarin actief toegepast bij de drinkwaterbereiding en voor industriële toepassingen. Biologisch actief kool filtratie (BAKF) is voor kool wordt ingezet, zoals lucht-, techniek. gas-, industriele water-adsorptie of processtromen behandeling. de bereiding van drinkwater een beproefde Hierbij worden en biologische processen gecombineerd. NaastBij bereiding van migreren drinkwater stoffen bestaat er actief kool van wordt ingezet, adsorptie uiteen degevarieerd waterfasetoepassingsgebied en hechten aanwaarin het oppervlak een vaste zoals lucht-, gas-, industriele water- of processtromen behandeling. stof. Actief kool is bij uitstek geschikt als adsorptiemiddel. Actief kool kan een breed scala aan Bij adsorptie migreren stoffen uit de waterfase en hechten aan het oppervlak van een vaste stof. Actief kool is bij apolaire polaire moleculaire stoffen uit water verwijderden uitstek geschikten alsmatig adsorptiemiddel. Actief kool kan een breed scala aan apolaire en matig polaire moleculaire stoffen uit water verwijderden5 en afbeelding 6 staan respectievelijk het adsorptieproces, en een doorslagIn afbeelding In afbeelding 5 en afbeelding 6 staan respectievelijk het adsorptieproces, en een doorslagcurve (verzadiging van het curve (verzadiging van het koolbed) weergegeven. koolbed) weergegeven. AFbEELDING5 5SCHEMATISCHE SCHEmATISCHE WEERGAvEN vAN HETHET ADSORPTIEPROCES AFBEELDING WEERGAVEN VAN ADSORPTIEPROCES

actief kool macroporien overgangsporien microporien

31

14


6 DOORSLAGCURvE AFBEELDING 6AFbEELDING DOORSLAGCURVE

De mate waarin stoffen verwijderd kunnen worden zal worden afhangenzalvan een groot stofeigenschappen De mate waarin stoffen verwijderd kunnen afhangen van aantal een groot aantal stofei- en procesomstandigheden. Voor de stofeigenschappen kan gedacht worden aan: genschappen en procesomstandigheden. Voor de stofeigenschappen kan gedacht worden LogP of Kow is een maat voor de polariteit van een stof. De Kow is de verdelingscoëfficiënt van logP of Kow aan een verbinding tussen octanol en water. Stoffen met een Kow-waarde van 4 - 6 adsorberen over tussen enis1 de adsorberen algemeen actief kool. Stoffen met een Kvan LogP ofgoed Kow aan is een maat voor de polariteit een stof. De 0Kow verde- in logP of Khet ow-waarde ow mindere mate aan actief kool. Hoe hoger de K -waarde, hoe beter de adsorptie ow lingscoëfficiënt van een verbinding tussen octanol en water. Stoffen met over een het algemeen verloopt. van 4 - 6 adsorberen over hetis algemeen goed actief kool. Stoffen Kow-waarde Water oplosbaarheid Hoe beter een stof oplosbaar is, des te moeilijker het om deze stof aan via adsorptie te verwijderen. -waarde tussen 0 en 1 adsorberen in mindere mate aanOp actief met een Kheeft Molgewicht Het molgewicht invloed op de adsorptie eigenschappen van een stof. basiskool. van het ow molgewicht kan echter uitspraak overover de adsorptie eigenschappen -waarde, hoe worden beter degedaan adsorptie het algemeen verloopt.van een Hoe hoger de Kowgeen stof. Binnen een ‘stofgroep’ geldt globaal dat de absorbeerbaarheid toeneemt bij een toename van Water oplosbaarheid het molgewicht. Hoe beter eenheeft stof oplosbaar te moeilijker is het om deze adsorptie Molecuulgrootte De molecuulgrootte invloed opis, dedes adsorptie eigenschappen van eenstof stof.viaOp basis van de te verwijderen. molecuulgrootte kan echter geen uitspraak worden gedaan over de adsorptie eigenschappen van een stof. Molgewicht Het molgewicht heeft invloed op de adsorptie eigenschappen van een stof. Op basis van het molgewicht kan echter geen uitspraak worden gedaan over de De stofeigenschappen van een aantal willekeurige microverontreinigingen met uiteenlopende Kow’s zijn weergegeven adsorptie eigenschappen van een stof. Binnen een ‘stofgroep’ geldt globaal dat in tabel 2. de absorbeerbaarheid toeneemt bij een toename van het molgewicht. TABEL 2

KOW, MOLMASSA EN OPLOSBAARHEID VAN ENKELE GENEES- EN BESTRIJDINGSMIDDELEN Molecuulgrootte

Groep

Naam Stofgroep Molmassa ow De molecuulgrootte heeft invloed op de K adsorptie eigenschappenOplosbaarheid van een stof. (g/mol)

(mg/l)

Op basis van de molecuulgrootte kan echter geen uitspraak worden gedaan Diclofenac Ontstekingsremmende 4,5 296,1 4,5 over de adsorptie eigenschappen van een stof. pijnstiller Naproxen Ontstekingsremmende 3,3 230,3 16 pijnstiller De stofeigenschappen van een aantal willekeurige microverontreinigingen met uiteenloMetroprolol Bètablokker 2,4 267,4 0,17 pende Kow’s zijn weergegeven in tabel 2. Sulfamethoxazol Antibiotica 0,7 253,3 0,00046 Bestrijdingsmiddelen Diethyltoluamide Insecticide 2,0 191,3 1000

Geneesmiddelen

Voor procesomstandigheden kan gedacht worden aan: Contacttijd Contacttijden (empty bed contact time) die in de drinkwaterbereiding gebruikt worden liggen tussen de 10 en 20 minuten. De contacttijd die in dit onderzoek is gebruikt ligt tussen de 6 en 12 minuten. pH Afhankelijk van het type stof zal de pH een grote / kleine invloed hebben op de adsorptie eigenschappen. Voor afvalwater is de pH echter een gegeven, en zal als zodanig geen stuur parameter zijn. Temperatuur De temperatuur heeft invloed op een groot aantal aspecten, zoals de viscositeit van het water, diffusiesnelheden enz.. Ondanks de invloed van de temperatuur op deze processen blijkt het netto resultaat van de temperatuur op het adsorptie verwijderingsrendement gering te zijn.

15 32


TAbEL 2

KOW, mOLmASSA EN OPLOSbAARHEID vAN ENKELE GENEES- EN bESTRIjDINGSmIDDELE

Groep

Naam

Stofgroep

Kow

molmassa (g/mol)

Oplosbaarheid (mg/l)

geneesmiddelen

diclofenac

ontstekingsremmende pijnstiller

4,5

296,1

4,5

naproxen

ontstekingsremmende pijnstiller

3,3

230,3

16

metroprolol

Bètablokker

2,4

267,4

0,17

sulfamethoxazol

antibiotica

0,7

253,3

0,00046

diethyltoluamide

insecticide

2,0

191,3

1000

Bestrijdingsmiddelen

Voor procesomstandigheden kan gedacht worden aan: Contacttijd

Contacttijden (empty bed contact time) die in de drinkwaterbereiding gebruikt worden liggen tussen de 10 en 20 minuten. De contacttijd die in dit onderzoek is gebruikt ligt tussen de 6 en 12 minuten.

pH

Afhankelijk van het type stof zal de pH een grote / kleine invloed hebben op de adsorptie eigenschappen. Voor afvalwater is de pH echter een gegeven, en zal als zodanig geen stuur parameter zijn.

Temperatuur De temperatuur heeft invloed op een groot aantal aspecten, zoals de viscositeit van het water, diffusiesnelheden enz.. Ondanks de invloed van de temperatuur op deze processen blijkt het netto resultaat van de temperatuur op het adsorptie verwijderingsrendement gering te zijn. Voor het water dat binnen dit onderzoek wordt behandeld worden de volgende groepen stoffen (deels) door adsorptie verwijderd: • geneesmiddelen; • bestrijdingsmiddelen; • hormonen; • zware metalen (organisch gebonden); • organische microverontreinigingen (oa. organische chloor verbindingen, ftalaten, fenolen, brandvertragers en hormoonverstorende stoffen). De stofeigenschappen binnen een groep kunnen zeer uiteen lopen en daarmee ook de verwijderingsrendementen. De kleur van het te behandelen water wordt veroorzaakt door de aanwezigheid van opgeloste stoffen. De intensiteit van deze kleur is uit te drukken in kleureenheden en kan worden bepaald met een Platina-Cobalt-meting. Een andere methode voor het bepalen van de mate van de totale verontreiniging is de extinctiebepaling. Prioritaire stoffen en organische zuren zijn in staat licht van een golflengte van 254 nm te absorberen. Bij een toename van de vervuiling zal de lichtdoorlaatbaarheid (transmissie) verlagen en de extinctie verhogen. Met de bepaling van kleur en extinctie kan een indicatie worden verkregen over de absorptiecapaciteit van het actief kool. De stofeigenschappen van de micoverontreinigingen en de contacttijd bepalen de adsorptie aan het actief kool. Dit zijn de kritische parameters voor een goede verwijdering van deze stoffen in het algemeen en KRW relevante stoffen in het bijzonder. Waarbij alleen de contactttijd beïnvloedbaar is door middel van de filtratiesnelheid. 3.2.4 TOTAAL EFFLUENT bEOORDELING (TEb) In de onderzoeksperiode zijn op regelmatige basis bepalingen van Totaal Effluent Beoordeling (TEB) uitgevoerd. TEB is een effectgerichte methode om de milieubezwaarlijkheid van effluenten te bepalen. De reden voor de ontwikkeling van TEB is dat de beoordeling op basis van

16

extinctie kan een indicatie worden verkregen over de absorptiecapaciteit van het actief kool. De stofeigenschappen van de micoverontreinigingen en de contacttijd bepalen de adsorptie aan het actief kool. Dit zijn 2009-34 1-steP® filter als effluentPolisHingstecHniek deSTOWA kritische parameters voor een goede verwijdering van deze stoffen in het algemeen en KRW relevante stoffen in het bijzonder. Waarbij alleen de contactttijd beïnvloedbaar is door middel van de filtratiesnelheid.

stoffen een aantal beperkingen kent. Er kunnen namelijk zeer veel stoffen in het oppervlak3.2.4 TOTAAL EFFLUENT BEOORDELING (TEB) tewater worden gebracht, terwijl slechts een deel geanalyseerd wordt. Bovendien zijn de In de onderzoeksperiode zijn op regelmatige basis bepalingen van Totaal Effluent Beoordeling (TEB) uitgevoerd. TEB van veel stoffen niet bekend, en van worden de effecten die door combinaismilieueigenschappen een effectgerichte methode om de milieubezwaarlijkheid effluenten te bepalen. De reden voor de ontwikkeling tiesTEB van is stoffen worden gebracht, niet meegenomen. Met eenkent. TEB Er wordt metnamelijk behulp zeer veel stoffen van dat de teweeg beoordeling op basis van stoffen een aantal beperkingen kunnen invanheteenoppervlaktewater wordenparameters gebracht, terwijl slechts een deel geanalyseerd wordt. Bovendien zijn de aantal effectgerichte een totaalbeeld verkregen van de totale milieumilieueigenschappen van veel stoffen niet bekend, en worden de effecten die door combinaties van stoffen teweeg bezwaarlijkheid van alle in het effluent aanwezige stoffen, in termen van Persistentie (P), worden gebracht, niet meegenomen. Met een TEB wordt met behulp van een aantal effectgerichte parameters een Bioaccumulatie (B) en In afbeelding 7 is van de relatie de stofgerichte en de in termen van totaalbeeld verkregen vanToxiciteit de totale (T). milieubezwaarlijkheid alle in tussen het effluent aanwezige stoffen, Persistentie (P), aanpak Bioaccumulatie (B) en De Toxiciteit (T). In afbeelding 7 is de relatie tussen de stofgerichte en de effectgerichte gevisualiseerd. TEB-methodiek is in meerdere praktijkonderzoeken effectgerichte aanpak gevisualiseerd. getest en geoptimaliseerd [48, 49].De TEB-methodiek is in meerdere praktijkonderzoeken getest en geoptimaliseerd [48, 49]. AFbEELDING 7

RELATIE TUSSEN STOFGERICHTE EN EFFECTGERICHTE AANPAK

AFBEELDING 7 RELATIE TUSSEN STOFGERICHTE EN EFFECTGERICHTE AANPAK

Alle stoffen identificeren

Effecten meten per stof

Normen en maatregelen

PBT waarden

Onbekende stoffen

Bekende stoffen

Stofgericht

Gericht speuren naar oorzaken

Effluent

mg/ l voor elke stof

Alle effecten meten (PBT-waarden)

Effectgericht Totaal Effluentbeoordeling In Bijlage I is de TEB-methode beschreven. In Bijlage I is de TEB-methode beschreven. Door zowel voor als na het 1-STEP® filter TEB-analyses uit te voeren wordt een indruk verkregen van het effect van de ® nabehandeling met het filter ®opfilter de milieubezwaarlijkheid van het wordt behandelde water. verkreDoor zowel voor als 1-STEP na het 1-STEP TEB-analyses uit te voeren een indruk gen van het effect van de nabehandeling met het 1-STEP® filter op de milieubezwaarlijkheid van het behandelde water.

33

3.2.5 INTERACTIE TUSSEN vERWIjDERINGSPROCESSEN De processen waarmee stoffen in het 1-STEP® filter worden verwijderd zijn in te delen in fysische, chemische en biologische processen. Deze verwijderingsprocessen kunnen allemaal invloed op elkaar uitoefenen. Deze invloeden kunnen zowel positief als negatief zijn. Zo zal de aanwezigheid van biomassa de filtratie ten goede komen. Een negatief effect van de gelijktijdige processen is het ontstaan van een P-tekort voor de biomassa. Het totale effect van de afzonderlijke verwijderingen en de interactie tussen de verwijderingsprocessen zal het resultaat van het 1-STEP® filter bepalen. Binnen dit STOWA-onderzoek zijn de verwijdering van de volgende stoffen gevolgd: • stikstof; • fosfor; • troebelheid (zwevende stof); • microverontreinigingen (deels prioritaire stoffen); • geneesmiddelen; • bestrijdingsmiddelen;

17

Het totale effect van de afzonderlijke verwijderingen en de interactie tussen de verwijderingsprocessen zal het resultaat van het 1-STEP® filter bepalen. Binnen dit STOWA-onderzoek zijn de verwijdering van de volgende stoffen gevolgd: • stikstof; STOWA 2009-34 1-steP® filter als effluentPolisHingstecHniek • fosfor; • troebelheid (zwevende stof); • microverontreinigingen (deels prioritaire stoffen); • geneesmiddelen; hormonen; • • bestrijdingsmiddelen; • • hormonen; zware metalen (opgelost / totaal) • zware metalen (opgelost / totaal) • organische microverontreinigingen; • organische microverontreinigingen; bacteriën en virussen; • • bacteriën en virussen; • kleur als PtCo en UV • kleur als PtCo en UV 254.254. 3.2.6 3.2.6TERmINOLOGIE TERMINOLOGIE ® ® filter installatie gegeven met daarIn afbeelding 8 staat overzichtstekening van1-STEP de 1-STEP In afbeelding 8 staat eeneen overzichtstekening van de filter installatie gegeven met daarbij de aangegeven terminologie die in dit rapport wordt gebruikt. bij de aangegeven terminologie die in dit rapport wordt gebruikt. ® AFBEELDING 8 OVERZICHTSTEKENING 1-STEP FILTER INSTALLATIE ®

AFbEELDING 8

OvERZICHTSTEKENING 1-STEP FILTER INSTALLATIE

In afbeelding 8 is te zien dat vanuit de afloop van de nabezinktank (ANBT) water naar het 1-STEP® filter gaat. Het ® het de filtraat, wordt afgevoerd(ANBT) naar hetwater effluentgemaal behandelde water uit hette1-STEP In afbeelding 8 is zien datfilter, vanuit afloop vanvervolgens de nabezinktank naar het van de RWZI Horstermeer. 1-STEP® filter gaat. Het behandelde water uit het 1-STEP® filter, het filtraat, wordt vervolgens Een deel van het filtraat wordt gebruikt als spoelwater. Als dit water het 1-STEP® filter verlaat, wordt het waswater afgevoerd naar het effluentgemaal van de RWZI Horstermeer. genoemd. Een deel van het filtraat wordt gebruikt als spoelwater. Als dit water het 1-STEP® filter verlaat, genoemd. (BWS) 3.2.7wordt het waswater BOVENWATERSTAND

De hoogte van het water boven het filterbed wordt de bovenwaterstand (BWS) genoemd. 3.2.7 De bOvENWATERSTAND bovenwaterstand wordt(bWS) geregeld door middel van een regelbare klep in de filtraatleiding. Bij een afname van de doorlaatbaarheid van hetwater filter boven (toename de bedweerstand) zal de bovenwaterstand De doorlaatbaarheid van De hoogte van het hetvan filterbed wordt de bovenwaterstand (BWS)stijgen. genoemd. het filter wordt beïnvloed door de weerstand van het filterbed (bedweerstand) en de weerstand van de regelklep die in De bovenwaterstand wordt geregeld door middel van een regelbare klep in de filtraatleide filtraatafvoer zit. De bedweerstand wordt bepaald door vele factoren, waar onder de hoeveelheid biomassa in het Bij een afname van de doorlaatbaarheid van het filter bedweerstand) bed,ding. de hoeveelheid afgevangen vlokken en de temperatuur. Door de (toename regelklep invan de de filtraatafvoer verder te openen of te sluiten de bovenwaterstand (en daarmee de filtratiedruk)van constant worden gehouden. zal dekan bovenwaterstand stijgen. De doorlaatbaarheid het filter wordt beïnvloed door de weerstand van het filterbed (bedweerstand) en de weerstand van de regelklep die in de filtraatIndien de bedweerstand te groot is zal de bovenwaterstand stijgen tot het niveau waarop een grote spoeling wordt afvoer zit. bedweerstand wordt 13). bepaald door vele factoren, waar onder de hoeveelheid geïnitieerd (zie De onderdeel 6 uit afbeelding biomassa in het bed, de hoeveelheid afgevangen vlokken en de temperatuur. Door de regelklep in de filtraatafvoer verder te openen of te sluiten kan de bovenwaterstand (en daarmee 3.2.8 BEDWEERSTAND de filtratiedruk) constant worden gehouden. Tijdens de filtratie zal de bedweerstand toenemen. Een aantal factoren dat de bedweerstand beïnvloedt, zijn: Indien de bedweerstand te groot is zal de bovenwaterstand stijgen tot het niveau waarop een grote spoeling wordt geïnitieerd (zie onderdeel 6 uit afbeelding 13).

34 3.2.8 bEDWEERSTAND Tijdens de filtratie zal de bedweerstand toenemen. Een aantal factoren dat de bedweerstand beïnvloedt, zijn: • filtermedium; • schoonbedweerstand (afhankelijk van initiële porositeit, de korrelgrootte, de filtratiesnelheid en de temperatuur); • uniformiteitscoefficient; • gesuspendeerde stoffen en gevormde fosfaat-vlokken worden afgevangen in de poriën van het filterbed;

18


filtermedium; schoonbedweerstand (afhankelijk van initiële porositeit, de korrelgrootte, de filtratiesnelheid en de temperatuur); filtermedium; -uniformiteitscoefficient; wordt gevormd tijdens schoonbedweerstand (afhankelijk vandenitrificatie; initiële porositeit, de korrelgrootte, filtratiesnelheid de temperatuur); --• stikstofgas gesuspendeerde stoffen en gevormde fosfaat-vlokken worden afgevangen de in de poriën van hetenfilterbed; --• groei uniformiteitscoefficient; van de denitrificerende biomassa; stikstofgas wordt gevormd tijdens denitrificatie; gesuspendeerde en gevormde fosfaat-vlokken worden afgevangen in de poriën van het filterbed; --• verandering vanstoffen de ruimtelijke structuur van de biomassa. groei van de denitrificerende biomassa; stikstofgas wordt gevormd tijdens denitrificatie; -verandering van de ruimtelijke structuur van de biomassa. groei van de denitrificerende biomassa; De bedweerstand kan als volgt bepaald worden: verandering van structuur van de biomassa. -De bedweerstand kan de alsruimtelijke volgt bepaald worden: De bedweerstand kan als volgt bepaald worden:

P2 = P1 + Phydrostatisch − ΔPbed

(1)

P2 = P1 + Phydrostatisch − ΔPbed

(1) (1)

waarin: waar

® P1 druk boven drukhet boven het filterbed (zie schematisch overzicht 1-STEP in afbeelding ® filterbed (zie schematisch overzicht 1-STEP in afbeelding 13) 13) ® P2 druk onder het filterbed (zie schematisch overzicht 1-STEP in afbeelding 13) ® ® filterbed (zie schematisch overzicht 1-STEP 13) 13) P1 druk onder drukhet boven het filterbed (zie schematisch overzicht 1-STEP Drukverschil veroorzaakt door de waterkolom tussen P1 in enafbeelding P in afbeelding P hydrostatisch ®2 P druk onder het filterbed (zie schematisch overzicht 1-STEP in afbeelding 13) 2 Phydrostatisch Drukverschil veroorzaakt door de waterkolom tussen P1 en P2 Drukverschil veroorzaakt door de waterkolom tussen P en P P hydrostatisch 1 2 Indien de druk in cm waterkolom (mbar) wordt uitgedrukt ontstaat de volgende vergelijking

P1 waarin: P2

Indiendededruk druk waterkolom (mbar) uitgedrukt de volgende vergelijking Indien in in cmcm waterkolom (mbar) wordtwordt uitgedrukt ontstaatontstaat de volgende vergelijking

ΔPbed (mbar ) = P1 (mbar ) + Phydrostatisch (cm ) − P2 (mbar ) ΔPbed (mbar ) = P1 (mbar ) + Phydrostatisch (cm ) − P2 (mbar )

3.2.9

(2)

(2) (2)

LINDQUIST DIAGRAM

Accumulatie van gesuspendeerde en colloïde stoffen en biologische groei in het filter leiden uiteindelijk tot verstopping 3.2.9 LINDQUIST DIAGRAM doorslag van deeltjes/stoffen. Afhankelijk van de waterkwaliteit, de grootte van het filtermateriaal, de 3.2.9 en/of LINDqUIST DIAGRAm Accumulatie van gesuspendeerde en de colloïde stoffenbovenin en biologische groeiover in het leidenplaatsvinden uiteindelijk [3]. tot verstopping watertemperatuur en de snelheid zal verstopping of verspreid hetfilter filterbed Accumulatie colloïde stoffen en waterkwaliteit, biologische groei het filter en/of doorslagvan vangesuspendeerde deeltjes/stoffen.enAfhankelijk van de de in grootte van leiden het filtermateriaal, de watertemperatuur deover snelheid zal de doorslag verstopping bovenin of genoemd. verspreid Afhankelijk over het filterbed [3]. filterbed uiteindelijkverspreid tot en verstopping en/of van deeltjes/stoffen. van plaatsvinden de waterVerstopping het filterbed wordt diepbedfiltratie Bij diepbedfiltratie wordt het gehele kwaliteit, dehet grootte het filtermateriaal, watertemperatuur en relatief de snelheid zal wordt de opgebouwd. gebruikt voor bergendvan vermogen van af te vangendedeeltjes, waardoor de druk langzaam Verstopping verspreid het filterbed diepbedfiltratie genoemd. Bij diepbedfiltratie Omdat ook het ondersteover deel van het over bedwordt wordt gebruikt,plaatsvinden kan sneller doorslag plaatsvinden. wordt het gehele filterbed verstopping bovenin of verspreid het filterbed [3]. gebruikt voor het bergend vermogen van af te vangen deeltjes, waardoor de druk relatief langzaam wordt opgebouwd. Omdat ook het onderste deelalle vanvervuiling het bed wordt gebruikt,inkan doorslag plaatsvinden. Bij koekfiltratie wordt bijna afgevangen het sneller bovenste deel van het filter. Dit komt vaak voor bij fijn Verstopping verspreid over het filterbed wordt diepbedfiltratie genoemd. Bij diepbedfiltrafiltermateriaal in de bovenlaag. De bedweerstand van filters met koekfiltratie zal sneller toenemen dan bij filters met Bij koekfiltratie waardoor wordt bijna alle vervuiling afgevangen in het bovenste deeldevan het filter. Ditdaar komt vaak voor bij fijn diepbedfiltratie, filters teruggespoeld moeten worden zonder dat waterkwaliteit aanleiding tie wordt het gehele filterbed gebruikt voor het bergend vermogen van af te vangen deeltjes, filtermateriaal in de bovenlaag. De bedweerstand van filters met koekfiltratie zal sneller toenemen dan bij filters met toe geeft. Zeer kleinerelatief deeltjeslangzaam worden metwordt koekfiltratie zeer goed afgevangen. waardoor de druk opgebouwd. onderste deeldaar vanaanleiding het diepbedfiltratie, waardoor filters teruggespoeld moeten wordenOmdat zonderook dat het de waterkwaliteit bedgeeft. wordt gebruikt, kanverstopping sneller doorslag plaatsvinden. toe Zeer kleine worden met koekfiltratie goed kan afgevangen. Om te bepalen waar deeltjes de in het filterbed zeer optreedt, een Lindquist diagram (afbeelding 9) opgesteld

worden. Een Lindquist diagram geeft de drukopbouw over de hoogte van het filterbed weer. Dit wordt gemeten met Om te van bepalen waar deverdeeld verstopping in hoogte het filterbed een Lindquist diagram (afbeelding 9) opgesteld behulp manometers oververvuiling de van hetoptreedt, bed. inkan Bij koekfiltratie wordt bijna alle afgevangen het bovenste deel van het filter. worden. Een Lindquist diagram geeft de drukopbouw over de hoogte van het filterbed weer. Dit wordt gemeten met Dit komt voor bijverdeeld fijn filtermateriaal de het bovenlaag. De bedweerstand van filters met behulp van vaak manometers over de hoogteinvan bed. koekfiltratie zal sneller toenemen dan bij filters met diepbedfiltratie, waardoor filters teruggespoeld moeten worden zonder dat de waterkwaliteit daar aanleiding toe geeft. Zeer kleine deeltjes worden met koekfiltratie zeer goed afgevangen. Om te bepalen waar de verstopping in het filterbed optreedt, kan een Lindquist diagram (afbeelding 9) opgesteld worden. Een Lindquist diagram geeft de drukopbouw over de hoogte van het filterbed weer. Dit wordt gemeten met behulp van manometers verdeeld over de hoogte van het bed.

19

35 35


AFBEELDING 9 AFbEELDING 9

OPBOUW AANGEGEVEN IN LINDQUIST DIAGRAM OPbOUWVERSCHILDRUK vERSCHILDRUK AANGEGEvEN IN LINDqUIST DIAGRAm

Bovenwaterstand [cm]

200 180 160 140 120

Bedhoogte [cm]

100 Koekfiltratie

80

Hydrostatische druk

60

Diepbedfiltratie

40 20

Schoonbedfiltratie

0 0

20

40

60

80

100

120

140

160

180

200

Waterkolom [cm]

In afbeelding 9 is de hoogte van het filterbed en de hoogte van de bovenwaterstand weergegeven op de y-as. De x-as geeft de afgelezen drukken 9over hethoogte gehele filter weer.filterbed De blauwe overeen met de bovenkant van In afbeelding is de van het enhorizontale de hoogtelijn vankomt de bovenwaterstand weergehet filterbed. De schoonbedweerstand is de weerstand gemeten bij opstart van het filter met een ongebruikt, schoon geven op de y-as. De x-as geeft de afgelezen drukken over het gehele filter weer. De blauwe bed. Deze wrijvingsverliezen ontstaan wanneer water door de poriën stroomt. Vervuiling van het bed zorgt voor extra horizontale overeen de bovenkant vanlijn, hetkoekfiltratie, filterbed. De weerstand en resulteert inlijn een komt lagere druk ondermet de vervuiling. De rode laatschoonbedweerstand een plotselinge verlaging van de drukiszien in het bovenste deel van het bed. Deze drukverlaging of weerstandsverhoging, geeftbed. de koeklaag in het de weerstand gemeten bij opstart van het filter met een ongebruikt, schoon Deze wrijbed aan. De groene lijn, diepbedfiltratie, laat een geleidelijke drukafname, of weerstandstoename, zien. De knik in de vingsverliezen ontstaan wanneer water door de poriën stroomt. Vervuiling van het bed zorgt curve geeft dus een indicatie van een verstopping. voor extra weerstand en resulteert in een lagere druk onder de vervuiling. De rode lijn, koek-

filtratie, laat een plotselinge verlaging van de druk zien in het bovenste deel van het bed. FOSFAATVERDELING Deze drukverlaging of weerstandsverhoging, geeft de koeklaag in het bed aan. De groene lijn, In oppervlaktewater en ook in afvalwater is fosfaat in verschillende vormen aanwezig. Er kan onderscheid worden diepbedfiltratie, laat eenfosfaat. geleidelijke drukafname, of weerstandstoename, De knik de gemaakt tussen opgelost en gebonden De verdeling tussen opgelost en gebonden wordtzien. gemaakt door in filtratie over 0,45 µm. Opgelost fosfaat kan orthofosfaat, polyfosfaat, pyrofosfaat, metafosfaat en opgelost organisch fosfaat curve geeft dus een indicatie van een verstopping. zijn [36, 18]. Polyfosfaat en opgelost organisch fosfaat kunnen net als orthofosfaat deelnemen aan een neerslagreactie met metaalzouten of kunnen absorberen aan deeltjes of aan dragermateriaal. Opgelost organisch fosfaat kan gebonden FOSFAATvERDELING zijn3.2.10 aan humusen fulvinezuren. In oppervlaktewater en ook in afvalwater is fosfaat in verschillende vormen aanwezig. Er Totaal-fosfaat kan worden onderverdeeld in vier meetbare fracties, dit zijn orthofosfaat, metaalgebonden fosfaat, kan onderscheid worden gemaakt tussen opgelost en gebonden fosfaat. De verdeling tusopgelost “organisch” fosfaat en gebonden “organisch” fosfaat [33]. Organisch wordt tussen aanhalingstekens opgelost en gebonden wordt gemaaktzuur door filtratie overfosfaat 0,45 µm. Opgelostenfosfaat kan geschreven sen omdat dit eigenlijk de som is van anorganisch hydrolyseerbaar (polyfosfaten pyrofosfaten) en organischorthofosfaat, fosfaat. Deze polyfosfaat, verdeling naarpyrofosfaat, fosfaattype wordt aangeduid als fosfaatverdeling. metafosfaat en opgelost organisch fosfaat zijn [36, 18]. 3.2.10

Polyfosfaat en opgelost organisch fosfaat kunnen net als orthofosfaat deelnemen aan een Voor het bepalen van de fosfaatverdeling zijn vier metingen nodig. Deze metingen zijn orthofosfaat in een ongefiltreerd neerslagreactie metaalzouten of kunnen absorberen aanindeeltjes of aan dragermateriaal. monster, orthofosfaat in een met monster gefiltreerd over 0,45 µm, totaal-fosfaat een ongefiltreerd monster en totaalfosfaat in een monster gefiltreerd over 0,45 µm. Voor zijn de filtratie over 0,45 µm worden cellulose–acetaat-filters Opgelost organisch fosfaat kan gebonden aan humusen fulvinezuren. gebruikt. Er wordt 10 ml gefiltreerd met een onderdruk van 50 mbar. Bij een groter volume of hoger vacuüm kunnen afwijkingen in de meting ontstaan, als gevolg van koekfiltratie of doordat deeltjes afbreken en door het filter heen Totaal-fosfaat kan worden onderverdeeld in vier meetbare fracties, dit worden getrokken. De fosfaatconcentraties worden gemeten met Hach-Lange cuvettentesten LCKzijn 349.orthofosfaat, metaalgebonden fosfaat, opgelost “organisch” fosfaat en gebonden “organisch” fosfaat [33]. In afbeelding 10 is de verdeling van fosfaat in de verschillende fracties weergeven. fosfaat Organisch wordt tussen aanhalingstekens geschreven omdat ditTotaal eigenlijk de kan somworden is van verdeeld anorin totaal opgelost fosfaat (P-totaal < 0,45µm) en totaal gebonden fosfaat (P-totaal ongefiltreerd – P-totaal < 0,45 µm). ganisch zuur hydrolyseerbaar (polyfosfaten en pyrofosfaten) enopgelost organisch fosfaat. Deze Totaal opgelost fosfaat kan worden verdeeldfosfaat in orthofosfaat (P-ortho < 0,45 µm) en “organisch” fosfaat (P-totaal <0,45 µm – naar P-ortho <0,45 µm). Totaal gebonden als fosfaat kan worden verdeeld in gebonden “organisch” verdeling fosfaattype wordt aangeduid fosfaatverdeling. fosfaat (Totaal gebonden fosfaat – Metaalgebonden fosfaat) en Metaalgebonden fosfaat (P-ortho ongefiltreerd – P-ortho <0,45 µm). Voor het bepalen van de fosfaatverdeling zijn vier metingen nodig. Deze metingen zijn orthofosfaat in een ongefiltreerd monster, orthofosfaat in een monster gefiltreerd over 0,45 µm, totaal-fosfaat in een ongefiltreerd monster en totaal-fosfaat in een monster gefiltreerd over

20

36


0,45 µm. Voor de filtratie over 0,45 µm worden cellulose–acetaat-filters gebruikt. Er wordt 10 ml gefiltreerd met een onderdruk van 50 mbar. Bij een groter volume of hoger vacuüm kunnen afwijkingen in de meting ontstaan, als gevolg van koekfiltratie of doordat deeltjes afbreken en door het filter heen worden getrokken. De fosfaatconcentraties worden gemeten met Hach-Lange cuvettentesten LCK 349. In afbeelding 10 is de verdeling van fosfaat in de verschillende fracties weergeven. Totaal fosfaat kan worden verdeeld in totaal opgelost fosfaat (P-totaal < 0,45µm) en totaal gebonden fosfaat (P-totaal ongefiltreerd – P-totaal < 0,45 µm). Totaal opgelost fosfaat kan worden verdeeld in orthofosfaat (P-ortho < 0,45 µm) en opgelost “organisch” fosfaat (P-totaal <0,45 µm – P-ortho <0,45 µm). Totaal gebonden fosfaat kan worden verdeeld in gebonden “organisch” fosfaat (Totaal gebonden fosfaat – Metaalgebonden fosfaat) en Metaalgebonden fosfaat (P-ortho ongefiltreerd – P-ortho <0,45 µm). AFbEELDING 10

vERDELING vAN FOSFAAT

AFBEELDING 10 VERDELING VAN FOSFAAT

De fosfaatverdeling en -fractionering kan nauwkeurige informatie geven over de coagulatie en vlokvorming, maar ook over vlokverwijderingstechnieken zoals filtratie en bezinking. De resultaten van de fosfaatverdeling maken het mogelijk om procesinstellingen zoals initiële menging, verblijftijden in vlokvormingsruimten en over filterprocessen met De fosfaatverdeling en -fractionering kan nauwkeurige informatie geven de coagulatie elkaar te vergelijken.

en vlokvorming, maar ook over vlokverwijderingstechnieken zoals filtratie en bezinking. De

resultaten van de fosfaatverdeling maken het mogelijk om procesinstellingen zoals initiële 3.2.11 FOSFAATFRACTIONERING menging, verblijftijdenfosfaat in vlokvormingsruimten filterprocessen met elkaar te vergelijken. De fracties metaalgebonden kunnen worden gescheidenendoor filtratie. De afmeting en de sterkte van de

metaalgebonden vlokken en deeltjes is hierbij van belang. De verdeling van de deeltjesgrootte van metaalgebonden fosfaat kan worden bepaald door het monster te filtreren over filters met een poriegrootte van 0,45 μm, 2 µm, 5 µm en μm. Dit resulteert in concentratiegebieden behorend bij metaalgebonden fosfaatdeeltjes van 0,45 - 2 μm, 2 - 5 μm, 3.2.11 10 FOSFAATFRACTIONERING 5 - 10 µm en > 10 μm. Voor ieder concentratiegebied wordt de fosfaatconcentratie bepaald zonder hydrolyse stap. De fracties kunnen worden gescheiden door filtratie.bekend. De afmeting Wanneer ook metaalgebonden de fosfaatconcentratie fosfaat < 0,45 μm wordt bepaald is ook de orthofosfaatconcentratie Deze verdeling wordt van aangeduid als fractionering. In principeen kan elke willekeurige in de en de sterkte de metaalgebonden vlokken deeltjes is hierbij afscheidingsdiameter van belang. De verdeling fosfaatfractionering worden toegepast om specifieke deeltjesgroottefractioneringen te bepalen.

van de deeltjesgrootte van metaalgebonden fosfaat kan worden bepaald door het monster te

Voor de filtratie 0,45met µm worden cellulose–acetaat-filters gebruikt, filtratie µm,µm. 5 µm en resulteert 10 µm filtreren over over filters een poriegrootte van 0,45 µm, 2voor µm, 5 µmover en210 Dit worden polycarbonaat filters gebruikt. Het gebruik van verschillende filtermaterialen is onvermijdbaar doordat

in concentratiegebieden behorend fosfaatdeeltjes van 0,45 -slechts 2 µm,tot2 - 5 polycabonaat filters niet met poriegrootte vanbij 0,45metaalgebonden µm worden geproduceerd en cellulose-acetaat-filters poriegrootten van 0,8 µm. Er wordt 10 ml gefiltreerd met een onderdruk van 50 mbar. Bij een groter volume of hoger

µm, 5 - 10 µm en > 10 µm. Voor ieder concentratiegebied wordt de fosfaatconcentratie bepaald vacuüm kunnen afwijkingen in de meting ontstaan, als gevolg van koekfiltratie of doordat deeltjes afbreken en door het

filter heenhydrolyse worden getrokken. De fosfaatconcentraties worden gemeten met Hach-Lange cuvettentesten LCK 349.is ook de zonder stap. Wanneer ook de fosfaatconcentratie < 0,45 µm wordt bepaald

orthofosfaatconcentratie bekend. Deze verdeling wordt aangeduid als fractionering. In prin3.2.12

PROFIELMETINGEN

cipe kan elke willekeurige afscheidingsdiameter in de fosfaatfractionering worden toegepast Voor het verkrijgen van informatie over de verwijdering van NOx-N en PO4-P door het filterbed zijn regelmatig om specifiekeuitgevoerd. deeltjesgroottefractioneringen bepalen. profielmetingen Voor een profielmeting worden te monster genomen in de afloop NBT, de bovenwaterstand van het filter, iedere 20 cm in het filterbed (door kraantjes bevestigt aan het filter, zie afbeelding 13) en in het filtraat. Orthofosfaat (<0,45 µm), nitraat, nitriet en CZV worden gemeten in de monsters met behulp van Hach-Lange kuvetten tests. Daarnaast wordt het zuurstofgehalte gemeten. Voor ieder monsterpunt wordt de orthofosfaat/NOx-N verhouding bepaald.

21


Voor de filtratie over 0,45 µm worden cellulose–acetaat-filters gebruikt, voor filtratie over 2 µm, 5 µm en 10 µm worden polycarbonaat filters gebruikt. Het gebruik van verschillende filtermaterialen is onvermijdbaar doordat polycabonaat filters niet met poriegrootte van 0,45 µm worden geproduceerd en cellulose-acetaat-filters slechts tot poriegrootten van 0,8 µm. Er wordt 10 ml gefiltreerd met een onderdruk van 50 mbar. Bij een groter volume of hoger vacuüm kunnen afwijkingen in de meting ontstaan, als gevolg van koekfiltratie of doordat deeltjes afbreken en door het filter heen worden getrokken. De fosfaatconcentraties worden gemeten met Hach-Lange cuvettentesten LCK 349. 3.2.12 PROFIELmETINGEN Voor het verkrijgen van informatie over de verwijdering van NOx-N en PO4-P door het filterbed zijn regelmatig profielmetingen uitgevoerd. Voor een profielmeting worden monster genomen in de afloop NBT, de bovenwaterstand van het filter, iedere 20 cm in het filterbed (door kraantjes bevestigt aan het filter, zie afbeelding 13) en in het filtraat. Orthofosfaat (<0,45 µm), nitraat, nitriet en CZV worden gemeten in de monsters met behulp van Hach-Lange kuvetten tests. Daarnaast wordt het zuurstofgehalte gemeten. Voor ieder monsterpunt wordt de orthofosfaat/NOx-N verhouding bepaald.

22


4 materialen en metHoden 4.1 INLEIDING Op RWZI Horstermeer is in 2005 gestart met onderzoek naar nabehandeling. In 2007 is het onderzoek naar het 1-STEP® filter gestart. De onderzoeksperiode waarop dit rapport is gebaseerd, heeft plaatsgevonden loopt van augustus 2007 tot mei 2009. De installatie op de proeflocatie bij de RWZI Horstermeer is direct aangesloten op de afloop van één van de nabezinktanks van de zuivering. Hierdoor is het mogelijk onderzoek uit te voeren onder praktijkomstandigheden, voor een optimale vertaling en opschaling naar de praktijk. Weersinvloeden als temperatuur en neerslag en variaties in aangevoerde waterkwaliteit hebben direct invloed op de prestaties van de proefinstallatie. Gevolgen van deze praktijkomstandigheden worden op deze manier meegenomen in de analyse. Hiermee worden de grenzen van de proefinstallatie onderzocht, die van belang zijn voor het ontwerp van een full-scale installatie. Op basis van deze resultaten kan inzicht worden verkregen in de aanpassingen die nodig zijn om de RWZI Horstermeer aan te passen zodat wordt voldaan aan de KRW-richtlijnen. Deze aanpassing zal bestaan uit het mogelijk aanpassen van de bestaande hoofdzuivering en het plaatsen van een nageschakelde techniek. De hoofdzuivering, de proeflocatie en de 1-STEP® installatie worden hieronder beschreven. 4.1.1 RWZI HORSTERmEER De RWZI Horstermeer is een zuiveringsinstallatie die in 1985 is gebouwd. De zuivering is destijds alleen ontworpen voor de verwijdering van CZV in combinatie met nitrificatie. Begin jaren negentig is denitrificatie geïntroduceerd. Door een aangepaste beluchting en procesbesturing toe te passen is een grote verbetering in de stikstofverwijdering op de RWZI Horstermeer gerealiseerd. De RWZI loost op de rivier de Vecht en krijgt de komende jaren met scherpere lozingseisen te maken. Dit vindt zijn oorsprong in het Restauratieplan Vecht dat nu onder de vlag van de Kaderrichtlijn Water is gebracht. Doelstelling is de rivier in zijn oude luister te herstellen en de ecologie te verbeteren [6]. Dat betekent ook dat RWZI’s die lozen op deze rivier gerenoveerd dienen te worden. Het gaat dan om de RWZI’s Utrecht, Maarssen en Horstermeer. In afbeelding 11 staat de RWZI Horstermeer weergegeven. De RWZI Horstermeer behandelt het afvalwater van Naarden-Bussum, Hilversum West en Nederhorst den Berg. Het afvalwater stroomt via de persleidingen het ontvangstwerk in vanwaar het naar de roostergoedverwijdering gaat. Het water stroomt vervolgens via het verdeelwerk naar de voorbezinktanks waarin de vaste bestanddelen door middel van zwaartekracht bezinken. Aan het water in de voorbezinktanks kan een ijzerzout worden toegevoegd om fosfaat te verwijderen. Het effluent van de voorbezinktanks gaat naar de actiefslibtank.

23

Door een aangepaste beluchting en procesbesturing toe te passen is een grote verbetering in de stikstofverwijdering op de RWZI Horstermeer gerealiseerd. De RWZI loost op de rivier de Vecht en krijgt de komende jaren met scherpere lozingseisen te maken. Dit vindt zijn oorsprong in het Restauratieplan Vecht dat nu onder de vlag van de Kaderrichtlijn Water is gebracht. Doelstelling is de STOWA 2009-34 filter als rivier in zijn 1-steP® oude luister teeffluentPolisHingstecHniek herstellen en de ecologie te verbeteren [6]. Dat betekent ook dat RWZI’s die lozen op deze rivier gerenoveerd dienen te worden. Het gaat dan om de RWZI’s Utrecht, Maarssen en Horstermeer. In afbeelding 11 staat de RWZI Horstermeer weergegeven. AFbEELDING 11 RWZI HORSTERmEER AFBEELDING 11 RWZI HORSTERMEER

In de actiefslibtank wordt slibvan (bacteriën) aan hetHilversum afvalwater toegevoegd en belucht door De RWZI Horstermeer behandelt het afvalwater Naarden-Bussum, West en Nederhorst den Berg. Het afvalwater stroomt via de persleidingen het ontvangstwerk in vanwaar het naar de roostergoedverwijdering Het middel van bellenbeluchting. Door toevoeging van zuurstof vindt nitrificatie plaats engaat. wordt water stroomt vervolgens het verdeelwerk naar de waarin de vaste bestanddelen middel van organischvia materiaal afgebroken. In voorbezinktanks de afloop van de actiefslibtank word naast door ijzerzout ook zwaartekracht bezinken. Aan het water in de voorbezinktanks kan een ijzerzout worden toegevoegd om fosfaat38te aluminiumzout gedoseerdgaat omnaar de bezinksnelheid actiefslib te bevorderen. De verwijderen. Heteen effluent van de voorbezinktanks de actiefslibtank. van In dehet actiefslibtank wordt slib (bacteriën) scheiding tussen actiefslib en water vindt plaats in de nabezinktanks. Het slib wordt via een aan het afvalwater toegevoegd en belucht door middel van bellenbeluchting. Door toevoeging van zuurstof vindt nitrificatie plaatsretourslibgemaal en wordt organisch materiaal afgebroken. In de afloop van Het de actiefslibtank word naast ijzerzout ook teruggevoerd naar de actiefslibtanks. overschot (surplusslib) gaat naar een aluminiumzout gedoseerd om de bezinksnelheid van het actiefslib te bevorderen. De scheiding tussen actiefslib en de slibverwerking. Het effluent van de nabezinktanks stroomt via een overstortrand naar het water vindt plaats in de nabezinktanks. Het slib wordt via een retourslibgemaal teruggevoerd naar de actiefslibtanks. wordt via het van de Horstermeerpolder Het overschot effluentgemaal (surplusslib) gaatennaar deuiteindelijk slibverwerking. Hetuitwateringskanaal effluent van de nabezinktanks stroomt via een op het de Vecht geloosd. en In wordt afbeelding 12 is de van de zuivering weergegeven. overstortrand naar effluentgemaal uiteindelijk viawaterlijn het uitwateringskanaal van de Horstermeerpolder op de Vecht geloosd. In afbeelding 12 is de waterlijn van de zuivering weergegeven. AFbEELDING 12

WATERLIjN RWZI HORSTERmEER

AFBEELDING 12 WATERLIJN RWZI HORSTERMEER

Voorbezinktank

Naarden-Bussum

Grof vuil

Hilversum-West

verwijdering

Nederhorst den Berg

Slib Aluminium/IJzer Denitrificatie

Nitrificatie &

Nitrificatie

NO3 > Stikstofgas

Denitrificatie

Org. N > NO3

BZV, geen zuurstof

Weinig zuurstof

Zuurstof

Nabezinktank

Slib De gemiddelde dagaanvoer en de belangrijkste influent- en effluentkwaliteitsparameters voor 2007 en 2008 zijn weergegeven in tabel 3. TABEL 3

PARAMETERS RWZI HORSTERMEER IN 2008

parameter

eenheid

influent

effluent effluent gemiddelde minimum 25.606

effluent maximum

huidige eisen eisen per 1-1-2012

gemiddelde dagaanvoer RWA

24 m3/d

25.606

m3/u

5.000

CZV

mg/l

576

BZV

33

18

52

125

125

mg/l

233

4,2

1

8

20

Ntotaal

20

mg/l

56

13,7

5,2

34

15 1)

5 1)


De gemiddelde dagaanvoer en de belangrijkste influent- en effluentkwaliteitsparameters voor 2007 en 2008 zijn weergegeven in tabel 3. TAbEL 3

PARAmETERS RWZI HORSTERmEER

parameter

eenheid

influent

effluent gemiddelde

gemiddelde

m3/d

25.606

rWa

3

m /u

5.000

czV

mg/l

576

effluent minimum

maximum

effluent

18

52

huidige eisen

eisen per 1-1-2012

25.606

33

125

125

BzV

mg/l

233

4,2

1

8

20

20

ntotaal

mg/l

56

13,7

5,2

34

15 1)

5 1)

nH4

mg/l

-

1,0

0,1

6,8

-

no3

mg/l

-

10,5

4,2

28

-

nkjeldahl

mg/l

56

3,0

1,1

8,9

Ptotaal

mg/l

9

0,9

0,3

2,7

Portho

mg/l

-

0,4

0,1

2,0

zwevende-stof

mg/l

265

11,3

3

38

1 2)

0,5 2)

30

30

1)

Jaargemiddelde

2)

Voortschrijdend gemiddelde over 10 waarnemingen.

3)

Influent waarden zijn gewogen gemiddelden en effluent, gehaltes ongewogen gemiddelden.

De hoofdzuivering RWZI Horstermeer is niet representatief voor de waterkwaliteit van een gemiddelde RWZI in Nederland. Vooral de hoogte en spreiding in nitraat (5-34 mg/l NO3-N) en fosfaatconcentraties (0,3-2,7 mg/l Ptotaal) maakt de situatie bijzonder. Voor vertaling naar een nageschakeld 1-STEP® filter bij een gemiddelde RWZI in Nederland zal deze situatie in ogenschouw genomen moeten worden.

4.2 1-STEP ® FILTER 4.2.1 PROCESSCHEmA In afbeelding 13 staat een schematisch overzicht van de 1-STEP® installatie. De belangrijkste procesonderdelen zijn hierbij genummerd. In paragraaf 4.2.2 worden deze procesonderdelen behandeld. Het water van de afloop nabezinktank wordt over een zeefbocht (maaswijdte 630 mm) gepompt voor het in een buffervat wordt verzameld. In deze buffer worden online de NOx-N en PO4-P concentraties gemeten. Vanuit de buffer wordt de filterinstallatie gevoed. In de voedingsleiding van het filter wordt de troebelheid gemeten van het ingaande water. Daarnaast worden coagulant en C-bron in de leiding gedoseerd. Dosering van beide vindt plaats net voor een schuifafsluiter. Deze schuifafsluiter zorgt voor de initiële menging van coagulant (en C-bron) en is in te stellen op verschillende mengenergieën. De hoeveelheid te doseren C-bron wordt bepaald op basis van de online meting van NOx-N en het voedingsdebiet. De hoeveelheid te doseren coagulant wordt bepaald op basis van de online meting PO4-P en het voedingsdebiet. Het filter heeft een filteroppervlak van 1,0 m2 en is gevuld met actief kool. De bedhoogte is gedurende het onderzoek (december 2008) verlaagd van 1,95 naar 1,5 m (zie voor toelichting paragraaf 5.3.3).

25

4.2

1-STEP FILTER 4.2.1STOWA 2009-34 PROCESSCHEMA 1-steP® filter als effluentPolisHingstecHniek

In afbeelding 13 staat een schematisch overzicht van de 1-STEP® installatie. De belangrijkste procesonderdelen zijn hierbij genummerd. In paragraaf 4.2.2 worden deze procesonderdelen behandeld.

® ® AFBEELDING 1-STEP METANALySERS ON-LINE(vOOR ANALYSERS (VOOR BESCHRIJVING VAN AFbEELDING13 13SCHEMATISCH SCHEmATISCH OVERZICHT OvERZICHT 1-STEP mET ON-LINE bESCHRIjvING vAN DE NUmmERS ZIE TAbEL 5) DE NUMMERS ZIE TABEL 5)

Het water van de afloop nabezinktank wordt over een zeefbocht (maaswijdte 630 μm) gepompt voor het in een buffervat wordt verzameld. In deze buffer worden online de NOx-N en PO4-P concentraties gemeten. Vanuit de buffer wordtHet de filtraat filterinstallatie In de via voedingsleiding van het wordt de troebelheid gemeten van het ingaande van hetgevoed. filter komt de filtraatleiding infilter de filtraatbuffer. In de filtraatleiding water. Daarnaast worden coagulant en C-bron in de leiding gedoseerd. Dosering van beide vindt plaats net voor een wordt online de troebelheid gemeten. In een kleine buffertank in de filtraatleiding wordt schuifafsluiter. Deze schuifafsluiter zorgt voor de initiële menging van coagulant (en C-bron) en is in te stellen op -N, PO4-P en PDe gemeten. Via een overloop wordt overtollig filtraat vanuit de filonline NO verschillende mengenergieën. x totaalhoeveelheid te doseren C-bron wordt bepaald op basis van de online meting van NOx-N en het voedingsdebiet. hoeveelheid te doseren coagulant wordtvoor bepaald op basis van devan online traatbuffer op het rioolDe geloosd. Het filtraatwater dient ook de terugspoeling hetmeting PO4-P en hetfilter. voedingsdebiet. Het filter heeft een filteroppervlak van 1,0 m2 en is gevuld met actief kool. De bedhoogte is gedurende het onderzoek Terugspoeling van het vindt1,5 plaats basis van de volgende (december 2008) verlaagd vanfilter 1,95 naar m (zieopvoor toelichting paragraafcriteria: 5.3.3). 1. bovenwaterstand; Het van het filterfiltratie-uren komt via de filtraatleiding 2. filtraat verstreken aantal (looptijd); in de filtraatbuffer. In de filtraatleiding wordt online de troebelheid gemeten. In een kleine buffertank in de filtraatleiding wordt online NOx-N, PO4-P en Ptotaal gemeten. Via een overloop -P in het filtraat (doorslag). 3. hoge troebelheid 4 wordt overtollig filtraat (NTU) vanuit of dePO filtraatbuffer op het riool geloosd. Het filtraatwater dient ook voor de terugspoeling van het filter. De bovenwaterstand wordt geregeld door een regelklep in de filtraatleiding. Terugspoeling van het filter vindt plaats op basis van de volgende criteria: 1. bovenwaterstand; het aantal terugspoelen zijn(looptijd); twee verschillende spoelprogramma’s beschikbaar. Bij beide verstreken filtratie-uren 2. Voor hoge troebelheid (NTU) of PO4-P het filtraat (doorslag). 3. spoelprogramma´s kunnen vijfinverschillende fasen worden gedefinieerd waarbij water en luchtspoeling elkaar kunnen afwisselen. Met de grote spoeling wordt de opgehoopte vervuiDe bovenwaterstand wordt geregeld door een regelklep in de filtraatleiding. ling uit het bed gespoeld (1 keer per 12 uur). Bij de bumping cleaning wordt het stikstofgas dat bij de denitrificatie uit het filterbed verdreven (1 keer per 3Bij uur). Voorontstaat het terugspoelen zijn twee verschillende spoelprogramma’s beschikbaar. beide spoelprogramma´s kunnen vijf verschillende fasen worden gedefinieerd waarbij water en luchtspoeling elkaar kunnen afwisselen. Met de grote

40

26


spoeling wordt de opgehoopte vervuiling uit het bed gespoeld (1 keer per 12 uur). Bij de bumping cleaning wordt het stikstofgas dat ontstaat bij de denitrificatie uit het filterbed verdreven (1 keer per 3 uur). AFbEELDING 14 14 1-STEP 1-STEP®®FILTER AFBEELDING FILTER

De dimensioneringsgrondslagen zijn opgenomen in tabel 4. De dimensioneringsgrondslagen zijn opgenomen in tabel 4. TAbEL 44 TABEL

DImENSIONERINGSGRONDSLAGEN 1-STEP® FIL 1-STEP® FILTER DIMENSIONERINGSGRONDSLAGEN

onderdeel

eenheid

onderdeel

Filter

Filter

eenheid

nominaal

filtratieprincipe

open gravitatiefilter

filtermedium

Granulair actief kool

filtermedium korrelgrootte

mm

granulair actief kool

korrelgrootte bedhoogte

m

mm

1,50

filteroppervlak bedhoogte

m2

m

1

volume filterbed filteroppervlak

m3

m

1,50

filtratieprincipe

minimaal

nominaal

minimaal

maximaal

maximaal

open gravitatiefilter

capaciteit

m3/h

filtratiesnelheid

m/h

volume bovenwaterkolom

m3

volume filterbed

capaciteit

filtratiesnelheid

bovenwaterstand

m

volume bovenwaterkolom

doseerverhouding meoH

2

m3 m /h 3

m/h

10 10 1,20 1,20

m3

Koolstofbrondosering bovenwaterstand doseerverhouding Koolstofbrondosering MeOH/NOx-N doseerverhouding meoH/no doseerverhouding MeOH x-n

1,70 - 3,35

m

g/g g/g

4,5 g/g

0

g/g

1,70 -1,50 3,35 1,50

1,95 1,50

11,50

10

1,50

10

1,50

10

10

10

10

1,20

0,30

1,20

0,30

0,30 0,30

1,95

1,95

4

15

1,95

15

15

1,65 15 1,65 1,65 1,65

5

4,5 0

4

0

0

42

2

0,85 0,8

Coagulantdosering Coagulantdosering doseerverhouding Me/PO doseerverhouding me/Po -P 4-P mol / molmol / mol4 4

6 6

g-waarde initiele menging

1/s

400

300

500

verblijftijd flocculatiezone

sec

432

72

594

27

41


4.2.2 PROCESbESTURING EN DATA LOGGING In afbeelding 13 staat een schematisch overzicht van de 1-STEP® installatie waarbij de belangrijke items voor de procesbesturing en datalogging zijn genummerd. In tabel 5 staan de genummerde onderdelen verder beschreven. TAbEL 5

bESCHRIjvING ONDERDELEN 1-STEP® FILTER (AFbEELDING

Onderdeel

beschrijving

1

troebelheidsmeting (afloop nBt)

meting van de troebelheid van de afloop nBt.

2

nox-n meting (afloop nBt)

meting van het totaal aan no3–n en no2–n (ongefiltreerd) in de afloop nBt.

3

Po4-P meting (afloop nBt)

meting van het Po4-P(gefiltreerd over 0,45 mm) in de afloop nBt.

4

debietmeting (Voeding)

meting van het voedingsdebiet naar het 1-steP® filter. Het voedingsdebiet kan softwarematig worden ingesteld. Hierbij kan gekozen worden voor een constant debiet of een rWa/dWa regiem (verschillende filtratiesnelheden), waarbij de tijdsduur en het debiet tijdens het rWa en dWa regiem ingesteld kan worden. ook de optoer- en aftoertijd kan worden ingesteld.

5

coagulantdosering

op basis van een ingestelde me/Portho verhouding (mol/mol), het fosfaatgehalte (afloop nBt), het voedingsdebiet en de concentratie van de coagulantoplossing wordt het debiet voor de coagulantdosering bepaald. tijdens de spoeling wordt de coagulantdosering gestopt.

6

c-Bron dosering

op basis van een ingestelde meoH verhouding (g/g), het nox-gehalte (afloop nBt), het voedingsdebiet en de concentratie van de c-bron oplossing wordt het debiet voor de c-dosering bepaald. tijdens de spoeling wordt de c-bron dosering gestopt. Bij concentraties van 0 tot 15 mg nox–n/l in de afloop nBt neemt de dosering lineair toe, bij concentraties hoger dan 15 mg/l neemt de dosering niet verder toe in verband met overmatige biomassagroei.

7

niveau trip

Bij een te hoge bovenwaterstand zal een spoeling van het 1-steP® filter worden geïnitieerd.

8

P1-meting

drukmeting vlak boven het filterbed. op basis van de drukmeting P1 en P2 wordt de bedwaterstand

9

manometers

op het 1-steP® filter zijn meerdere manometers gemonteerd. deze manometers bevinden zich op

berekend (zie 3.2.8). monstername kranen. de manometers zijn gebruikt voor lindquistdiagrammen, de monstername kranen voor profielmetingen over het bed. 10

P2-meting

drukmeting vlak boven de bodemplaat in het 1-steP® filter. op basis van de drukmeting P1 en P2

11

troebelheidsmeting by-pass

direct na een grote spoeling wordt het filtraat naar de voeding van de rWzi gestuurd via een

12

troebelheidsmeting (filtraat)

meting van de troebelheid van het filtraat.

13

no3-n meting (filtraat)

meting van het no3-n (ongefiltreerd) in de filtraat.

14

Po4-P/ Ptotaal-meting (filtraat)

meting van het Po4-P en Ptotaal (ongefiltreerd) in de filtraat.

15

spoelwater debiet

meting van het spoelwaterdebiet.

16

filtraat regelklep

regelklep waarmee de bovenwaterstand geregeld wordt.

wordt de bedweerstand berekend (zie 3.2.8). by-pass leiding. in deze by-pass leiding wordt de troebelheid gemeten.

4.2.3 KEUZE ACTIEF KOOL Zowel bij adsorptie als filtratie spelen de eigenschappen van actief kool (of Granulated Activated Carbon, GAC) een grote rol. In het 1-STEP® filter betekent dit een compromis tussen enerzijds een hoge adsorptiekinetiek (relatief kleine koolkorrels met groot specifiek oppervlak) en anderzijds een lage drukval (relatief grote koolkorrels met een kleine korrelgroottedistributie).

28


Voor het maken van de (technologische) keuze voor een type kool gelden de volgende criteria: • korrelgrootte actief kool zo klein mogelijk (hoge kinetiek, lage terugspoelsnelheid) in relatie tot de drukval; • mechanische sterkte; • poriestructuur; • zuiverheid (minder voor afvalwater); • reactiveerbaarheid; • eventuele speciale voorzieningen. Voor het proof-of-principle is gebruik gemaakt van een door Norit geleverde kool. Tijdens de testen met coagulantdosering (chemische P-verwijdering) is gebleken dat de bedweerstand na een looptijd >20 uur meer dan 60 % hoger is dan de bedweerstand zonder coagulantdosering. Doordat de kleinste korrels na terugspoeling in de bovenste laag van het bed komen, geeft dit, bij grote vuilbelasting, aanleiding tot snelle verstopping van de bovenlaag. Dit leidt tot een snelle drukopbouw van het filterbed. Op labschaalniveau is tevens getest wat de invloed van de korrelgrootte en korrelgroottedistributie is op de drukopbouw in het filter. Tijdens deze testen is ook gekeken naar de verwijderingsrendementen van stikstof, fosfaat en troebelheid. Er zijn drie verschillende typen kool getest, geselecteerd door Norit op basis van korrelgrootte en korrelgroottedistributie. • korrelgroote 0,85 – 2,00 mm (redelijk uniforme korrelgrootte, relatief fijne korrel); • korrelgrootte 1,70 – 3,35 mm (redelijk uniforme korrelgrootte, relatief grove korrel); • korrelgrootte 0,60 – 2,36 mm (grote korrelgrootteverdeling). Een smallere verdeling moet ervoor zorgen dat de fijnste korrels, die in de bovenlaag van het bed komen, niet direct het bed verstoppen. In Bijlage V is het protocol voor de keuze van de actief kool aan de hand van deze labschaalproeven opgenomen. Een maat voor de geschiktheid van het type kool is de looptijd die tijdens de testen is gehaald. De looptijd is hierbij de tijd waarin de maximale bovenwaterstand wordt behaald na een grote spoeling. Voor de pilottesten met het 1-STEP® filter is op basis van bovengenoemde testen gekozen voor kool met korrelgrootte 1,70 – 3,35 mm. De keuze is dus gemaakt op basis van de behaalde looptijden en niet op basis van adsorptie-eigenschappen van de kool. De kool waarmee het 1-STEP® filter is gevuld, is een speciaal geprepareerde kool. 4.2.4 KEUZE C-bRON Voor het opstarten van het pilotonderzoek is besloten om methanol te gebruiken als C-bron. Ondanks de goede resultaten die behaalt zijn met methanol is een beschouwing uitgevoerd naar alternatieven [11] voor het gebruik van methanol. Redenen hiervoor zijn onder andere het slechte imago van methanol bij operators, strenge eisen aan randapparatuur en veiligheidsvoorzieningen. 4.2.5 KEUZE COAGULANT Bij aanvang van het pilot onderzoek in maart 2005 is gekeken naar de gemiddelde pH van de afloop NBT. Deze is relatief laag. Om die reden is er gekozen is voor PACl in plaats van ijzer(III) chloride[28], zie paragraaf 3.2.1. Het onderzoek met het 1-STEP® filter is gestart met Aqualenc.

29


In januari 2008 kon dit product niet meer worden geleverd en is er overgestapt naar PAX-11. De coagulant wordt aan het einde van het zuiveringsproces gedoseerd en met het oog op de KRW-doelstelling is de zuiverheid van de coagulant een toenemend aandachtspunt. Het product dat gedoseerd wordt, mag niet verontreinigd zijn met bijvoorbeeld zware metalen of micro-verontreinigingen. Ook de aspecten met betrekking tot verzouting en toxische effecten die het ijzer- of aluminiumion op het aquatische milieu kan hebben moet worden meegenomen in de keuze voor een coagulant. 4.2.6 SPOELPROGRAmmA Gedurende de eerste fase van het onderzoek is een spoelprogramma toegepast, zoals weergegeven in tabel 6. Het spoelpgrogramma is te verdelen in 2 soorten spoelingen: een grote spoeling en een kleine spoeling. De kleine spoeling vindt om de 3 uur plaats. Standaard vindt er één grote spoeling per 12 uur plaats. Een grote spoeling kan ook geïnitieerd worden door: • hoge bovenwaterstand; • verhoogde troebelheid filtraat; • verhoogd fosfaatgehalte in het filtraat. TAbEL 6

INSTELLING vAN KLEINE EN GROTE SPOELIN

grote spoeling fase

korte spoeling tijd

debiet

verbruik

min

m3/h

m3

lucht/ water

1

1

2

6

3

2

40

1,3

water

4

5

60

5,0

water

5

5

40

3,3

water

totaal

19

9,7

water

fase

tijd

debiet

verbruik

min

m3/h

m3

water/ lucht

1

8

15

2

water

totaal

8

2

water

lucht

In de laatste fase van het onderzoek is het spoelprogramma geoptimaliseerd, door aanpassing van spoeltijden en spoelsnelheden.

4.3 OPERATIONELE ASPECTEN vAN HET 1-STEP ® FILTER 4.3.1 FILTRATIESNELHEDEN De hydraulische belasting van het 1-STEP® filter wordt bepaald door het aangevoerde debiet. Fluctuaties tussen droogweeranvoer (DWA) en regenweeraanvoer (RWA) zullen door het filter opgevangen moeten worden. DWA/RWA situaties zijn in het onderzoek gesimuleerd door de filtratiesnelheid te varieren tussen de 10 en 15 m/h. 4.3.2 C-bRON DOSERING Voor de dosering van C-bron wordt gebruik gemaakt van het begrip CZV-N ratio. Deze ratio, ook MeOH verhouding genoemd geeft de gewichtsratio weer tussen de hoeveelheid (mg) gedoseerde CZV en de hoeveelheid (mg) NOx-N. Hierbij staat NOx-N voor het totaal aan NO3-N en NO2-N.

30


4.3.3 COAGULANTDOSERING Na dosering en vlokvorming is het van groot belang dat de gevormde vlokken niet meer uiteen kunnen vallen als gevolg van grote turbulentie, bijvoorbeeld veroorzaakt door een pompfase, een vernauwing, een hoge snelheid in de leiding of door turbulentie bij de invoer van het filter. Bij de inloop van het filter dient dan ook een stroming te worden gecreëerd waarbij vlokken niet afbreken. Voor de dosering op nageschakelde filtratie moet rekening worden gehouden met hogere Me/Portho verhoudingen in vergelijking met het hoofdproces. De Me/Portho verhouding in nageschakelde technieken varieert tussen de 1 en 15 mol/mol [40, 41, 37] afhankelijk van de doelstelling. 4.3.4 bOvENWATERSTAND Voor de chemische verwijdering van fosfaat wordt onderscheid gemaakt tussen twee soorten filtratie: vlokken en vlokkingsfiltratie. Bij de vlokkenfiltratie worden de fosfaat-coagulant vlokken gevormd boven het filterbed. Bij vlokkingsfiltratie worden de fosfaat-coagulant vlokken gevormd in het filterbed. Bij een instabiele of onvolledige vlokvorming heeft vlokkenfiltratie de voorkeur omdat in deze toepassing de ‘optimale’ vlokvorming beter beheersbaar is. Vlokkenfiltratie vindt plaats in een aparte vlokvormingstank of in de bovenwaterstand van een discontinu filter. Een extra vlokvorming voorafgaande aan het filtratieproces neemt extra ruimte in beslag en verhoogt de investeringskosten, maar blijkt in de praktijk geen doelmatig proces te zijn [50]. Extra vlokvorming zorgt wel voor extra vlokgroei in het bovenwater van een discontinu filter, maar heeft geen verbetering van de fosfaatverwijdering tot gevolg. Door de relatieve grote optredende afschuivingskrachten in een (vast)bedfilter blijkt vloksterkte in het filtratieproces van doorslaggevende aard boven vlokgrootte. Dit geldt met name bij afname van de (voedingswater)temperatuur, waardoor de vloksterkte negatief beïnvloed wordt [35]. Wanneer gebruikt wordt gemaakt van een bovenwaterstand voor de vlokvorming vindt een combinatie van vlokkenen vlokkingsfiltratie plaats. Een gedeelte van de gevormde vlokken kan afbreken als gevolg van de geringe turbulentie, deze vlokken zullen in het filterbed doordringen en daar weer aangroeien. Kleinere gevormde vlokken zullen ook in het filterbed doordringen en daar verder groeien tot afzetting op het filtermateriaal plaatsvindt. Door dit mechanisme wordt het filterbed maximaal benut voor de afvanging van de gevormde vlokken. In het onderzoek is geen mogelijkheid tot voorgeschakelde vlokvorming. Om de invloed van vlokkingstijd te onderzoeken zal worden gewerkt bij minimale en maximale bovenwaterstand. 4.3.5 SPOELPROGRAmmA Gedurende de filtratie zal de filtratiecapaciteit van het filter afnemen ten gevolge van de afgevangen zwevende stof, groei van biomassa en het ontstaan van stikstofgas ten gevolge van de denitrificatie. Door het filter regelmatig te spoelen kan de filtratiecapaciteit van het filter weer hersteld worden. Er worden 2 type spoelingen onderscheiden. Voor het verwijderen van de afgevangen zwevende stof en de overtollige biomassa wordt een grote spoeling toegepast. Tussen twee grote spoelingen wordt het filter ook gespoeld met een kleine spoeling, ook wel bumping cleaning genoemd. De bumping cleaning heeft tot doel het ontstane stikstofgas uit het filter te verdrijven [47].

31


Het vuile spoelwater van het 1-STEP® filter wordt geloosd op de terreinriolering van de rwzi Horstermeer en zo teruggevoerd naar het influent. Bij een full-scale installatie is er de keuze het vuile spoelwater terug te voeren naar de toevoer van de nabezinktanks (afloop actief slibtank) of voor de actief slibtank. Daarmee worden de deeltjes in het vuile spoelwater ingevangen in de actief slibvlok.

4.4 ANALySES 4.4.1 ONLINE mETINGEN Een belangrijk deel van de procesdata uit dit onderzoek is afkomstig van online metingen. Voor meer informatie over de procesdata die gemeten wordt, wordt verwezen naar hoofdstuk 4.2.2. 4.4.2 SNELTEST ANALySES Naast online metingen zijn ook handanalyses uitgevoerd. Voor een deel van deze handanlayses is gebruik gemaakt van Hach Lange cuvetten testen. Er is onder andere gebruik gemaakt van de volgende testen. - Al3+

(LCK301

0,02-0,50

mg/l Al)

- CZV

(LCK314

15-150

mg/l O2)

- NO2-N

(LCK341

0,015-0,6

mg/l NO2-N)

- NO3-N

(LCK339

0,23-13,5

mg/l NO3-N)

- NH4-N

(LCK304

0,015-2,0

mg/l NH4-N)

- NTotaal

(LCK138

1,0-16,0

mg/l N)

- PO4-P

(LCK349

0,05-1,50

mg/l PO4-P)

- PTotaal

(LCK349

0,15-4,50

mg/l p)

De volgende metingen zijn frequent met handmeters uitgevoerd: • Troebelheid (NTU) • Zuurstof (mg/l) • pH • Temperatuur 4.4.3 DEELTjESTELLINGEN Deeltjestellingen zijn volgens ISO-13320-1:1999(E) uitgevoerd. De meetmethode is gebaseerd op lichtblokkering door deeltjes wanneer deze worden beschenen met een laser straal. Het monster stroomt door een meetcuvet waarin een laserdoor het monster straalt. Met behulp van een lichtextinctiefotodiodesensor wordt het verlies aan lichtintensiteit, veroorzaakt door deeltjes, omgezet in een elektrische puls. Vanuit de frequentie en de amplitude van de elektrische puls wordt de deeltjesgrootte berekend. Zo worden de aantallen deeltjes van een bepaalde deeltjesdiameter gemeten. De meetmethode gaat ervan uit dat ieder deeltje bolvormig is. De meetmethode maakt geen onderscheid tussen een apart passerend deeltje en een cluster van deeltjes. Onderzoek van [30] wijst uit dat bij monsters met meer dan 10.000 tellingen/ml (limiet van de teller) het verschil in aantal deeltjes tussen het drie maal verdunde en onverdunde monster maximaal 56% is voor deeltjes tussen de 2-10 µm. Een monster dat relatief weinig deeltjes (minder dan 10.000 tellingen/ml) bevat in een drie maal verdund monster tot wel 40% meer

32


deeltjes in de range tussen 2 – 10 µm dan het onverdunde monster. De verschillen in deeltjestellingen worden veroorzaakt doordat de concentratielimiet van de teller wordt bereikt. Deeltjestellingen worden voor ieder monster in duplo uitgevoerd. resultaten bestaan uit deeltjesaantallen per klasse (afmeting). Van deze twee metingen wordt per deeltjesgrootteklasse het gemiddelde aantal deeltjes bepaald. Na een meting van een monster dat drievoudig verdund is met demiwater dienen de deeltjes aanwezig in het demiwater te worden verrekend met het totale aantal deeltjes gemeten per klasse in het monster. Bij een verdunningsfactor van drie is de berekening als volgt: totaal aantal deeltjes= totaal aantal deeltjes per klasse in het monster * 3 – totaal aantal deeltjes per klasse*2 4.4.4 LAbORATORIUm ANALySES Naast de on-line metingen en hand-analyses is een beeld van de waterkwaliteit verkregen met behulp van extra analyses, uitgevoerd door STER-gecertificeerde laboratoria. De analyses omvatten: • microverontreinigingen (deels prioritaire stoffen); • geneesmiddelen; • bestrijdingsmiddelen; • ERCALUX; • zware metalen (opgelost / totaal) • organische microverontreinigingen; • bacteriën en virussen; • kleur als PtCo / UV 254. Naast deze analyses is een Totaal Effluent Beoordeling (TEB) uitgevoerd. Voor een beschrijving van deze beoordeling wordt verwezen naar hoofdstuk 3.2.4 en Bijlage I. Deze analyses zijn uitgevoerd door het instituut Deltares.

33


5 resultaten 5.1 INLEIDING In de volgende paragrafen zijn de verwijderingsrendementen van fostaat, stikstof, troebelheid, microverontreinigingen (waaronder zware metalen en organische microverontreiniging), bacteriën en virussen en kleurverwijdering opgenomen. De laatste paragraaf behandelt de

5 RESULTATEN online als handmatige metingen. Overige analyses zijn uitgevoerd door het laboratorium van

operationele aspecten. De analyseresultaten van fosfaat en nitraat zijn afkomstig van zowel Waterproef en Omegam. Perioden met storingen aan apparatuur en installatie en perioden met onderhoud op de hoofdzuivering zijn achterwege gelaten.

5.1

INLEIDING

In de volgende paragrafen zijn de verwijderingsrendementen van fostaat, stikstof, troebelheid, microverontreinigingen

(waaronder zwareFOSFAAT metalen en organische microverontreiniging), bacteriën en virussen en kleurverwijdering 5.2 vERWIjDERING

opgenomen. De laatste paragraaf behandelt de operationele aspecten. De analyseresultaten van fosfaat en nitraat zijn afkomstig van zowel online als handmatige metingen. Overige analyses zijn uitgevoerd door het laboratorium van Waterproef en Omegam.FOSFAAT Perioden met aan apparatuur en installatie en perioden met onderhoud op de 5.2.1 vERDELING IN storingen DE AFLOOP NbT hoofdzuivering zijn achterwege gelaten.

In de periode van oktober 2007 tot en met november 2008 zijn er in totaal 47 fosfaatverdelin-

5.2

gen gemaakt van de afloop NBT. De gemiddelde resultaten zijn in afbeelding 15 weergegeven.

VERWIJDERING FOSFAAT

De linker grafiek geeft de verdeling in concentraties weer en de rechter grafiek geeft de procentuele verdeling. De groene balk is orthofosfaat, de rode is metaalgebonden fosfaat, de

5.2.1

VERDELING FOSFAAT IN DE AFLOOP NBT lichtblauwe is opgelost “organisch” fosfaat en de donderblauwe balk geeft gebonden “orga-

In de periode van oktober 2007 tot en met november 2008 zijn er in totaal 47 fosfaatverdelingen gemaakt van de afloop fosfaat weer. zijn Uit indeafbeelding afbeelding blijkt dat ongeveer de helft totaal NBT. Denisch” gemiddelde resultaten 15 weergegeven. De linker grafiek geeftvan de het verdeling in fosfaat concentraties weer en de rechter grafiek geeft de procentuele verdeling. De groene balk is orthofosfaat, de rode is ongeorthofosfaat is. Ruim 30% van het totaal fosfaat is metaalgebonden fosfaat en de rest, metaalgebonden fosfaat, de lichtblauwe is opgelost “organisch” fosfaat en de donderblauwe balk geeft gebonden veer 20%weer. is “organisch” fosfaat. “organisch” fosfaat Uit de afbeelding blijkt dat ongeveer de helft van het totaal fosfaat orthofosfaat is. Ruim 30% van het totaal fosfaat is metaalgebonden fosfaat en de rest, ongeveer 20% is “organisch” fosfaat. AFbEELDING 15 FOSFAATvERDELING IN DE AFLOOP NbT IN CONCENTRATIES (LINKS) EN PROCENTUEEL (RECHTS). GEmIDDELDE vERDELING vAN 47 mETINGEN IN AFBEELDING 15 FOSFAATVERDELING IN DE AFLOOP NBT IN CONCENTRATIES (LINKS) EN PROCENTUEEL (RECHTS). GEMIDDELDE VERDELING DE PERIODEINvAN EN mET NOvEmbER VAN 47 METINGEN DE OKTObER PERIODE2007 VANTOT OKTOBER 2007 TOT2008 EN MET NOVEMBER 2008. 0,80

100% 90%

0,70

0,40 0,30 0,25 mg/l 0,20

Percentage fosfaatvorm (%)

Concentratie (mg/l)

0,50

51%

80%

0,40 mg/l

0,60

70% 60% 50% 40% 32%

30% 20%

0,05 mg/l

0,10

6%

10% 0,09 mg/l

11%

0%

0,00

ANBT

ANBT gebonden "organisch" fosfaat

opgelost "organisch" fosfaat

metaalgebonden fosfaat

Orthofosfaat

Voor alle fosfaatverdelingen is de totaal fosfaatconcentratie tegen de orthofosfaatconcentratie uitgezet. Het resultaat hiervan is weergegeven in afbeelding 16. De resultaten geven een duidelijke trend weer, namelijk bij een toenemende totaal fosfaatconcentratie neemt de orthofosfaatconcentratie ook toe. Deze trend is echter vele malen duidelijker wanneer 34 er gebruikt wordt gemaakt van ongefiltreerd orthofosfaat, ofwel de som van orthofosfaat en metaalgebonden fosfaat, in plaats van orthofosfaat (<0,45µm). Dit is weergegeven in afbeelding 17. Het meten van slechts de totaal fosfaatconcentratie in de afloop NBT is voor de RWZI Horstermeer, door het sterke verband tussen de ongefiltreerde orthofsosfaatconcentratie en de totaal fosfaatconcentratie, afdoende.


Voor alle fosfaatverdelingen is de totaal fosfaatconcentratie tegen de orthofosfaatconcentratie uitgezet. Het resultaat hiervan is weergegeven in afbeelding 16. De resultaten geven een duidelijke trend weer, namelijk bij een toenemende totaal fosfaatconcentratie neemt de orthofosfaatconcentratie ook toe. Deze trend is echter vele malen duidelijker wanneer er gebruikt wordt gemaakt van ongefiltreerd orthofosfaat, ofwel de som van orthofosfaat en metaalgebonden fosfaat, in plaats van orthofosfaat (<0,45µm). Dit is weergegeven in afbeelding 17. Het meten van slechts de totaal fosfaatconcentratie in de afloop NBT is voor de RWZI Horstermeer, door het sterke verband tussen de ongefiltreerde orthofsosfaatconcentratie en de totaal fosfaatconcentratie, afdoende. AFBEELDING AFBEELDING 16 16 SPECIEK SPECIEK VERBAND VERBAND VOOR VOOR HORSTERMEER HORSTERMEER TUSSEN TUSSEN TOTAAL TOTAAL FOSFAATCONCENTRATIE FOSFAATCONCENTRATIE EN EN ORTHOFOSFAATCONCENTRATIE ORTHOFOSFAATCONCENTRATIE (<0,45 DE (<0,4516µM) µM) IN INSPECIEK DE AFLOOP AFLOOP NBT AFbEELDING vERbAND NBT vOOR HORSTERmEER TUSSEN TOTAAL FOSFAATCONCENTRATIE EN ORTHOFOSFAATCONCENTRATIE (<0,45 µm) IN DE AFLOOP NbT

3,5 3,5 Ptotaal Ptotaal (mg/l) (mg/l)

3,0 3,0 2,5 2,5 2,0 2,0 1,5 1,5 1,0 1,0 0,5 0,5 0,0 0,0

0,0 0,0

0,2 0,2

0,4 0,4

0,6 0,6 Portho Portho (mg/l) (mg/l) (Gefiltreerd) (Gefiltreerd)

0,8 0,8

1,0 1,0

1,2 1,2

AFBEELDING AFBEELDING 17 17 SPECIFIEK SPECIFIEK VERBAND VERBAND VOOR VOOR HORSTERMEER HORSTERMEER TUSSEN TUSSEN TOTAAL TOTAAL FOSFAATCONCENTRATIE FOSFAATCONCENTRATIE EN EN ONGEFILTREERDE ONGEFILTREERDE ORTHOFOSFAATCONCENTRATIE (SOM ORTHOFOSFAAT EN FOSFAAT) IN NBT AFbEELDING 17 SPECIFIEK vERbAND vOOR HORSTERmEER TOTAAL FOSFAATCONCENTRATIE EN ONGEFILTREERDE ORTHOFOSFAATCONCENTRATIE ORTHOFOSFAATCONCENTRATIE (SOM VAN VANTUSSEN ORTHOFOSFAAT EN METAALGEBONDEN METAALGEBONDEN FOSFAAT) IN DE DE AFLOOP AFLOOP(SOm NBTvAN ORTHOFOSFAAT EN mETAALGEbONDEN FOSFAAT) IN DE AFLOOP NbT

Ptotaal Ptotaal (mg/l) (mg/l)

3,5 3,5 3,0 3,0 2,5 2,5 2,0 2,0 1,5 1,5 1,0 1,0 0,5 0,5 0,0 0,0

0,0 0,0

0,5 1,0 1,5 2,0 2,5 0,5 1,0 1,5 2,0 2,5 fosfaat (mg/l) P-ortho + metaalgebonden phosphorus (mg/l) P-ortho + metaalgebonden phosphorus (mg/l) (Ongefiltreerd) (Ongefiltreerd)

3,0 3,0

5.2.2 COAGULANTDOSERING 5.2.2 COAGULANTDOSERING 5.2.2 COAGULANTDOSERING Om te bepalen of de voldoende de te Om te of de coagulantdosering omfosfaatverwijdering de gewenste fosfaatverwijdering Om te bepalen of bepalen de coagulantdosering coagulantdosering voldoende om omvoldoende de gewenste gewenste fosfaatverwijdering te realiseren, realiseren, kan kan tegebruik gebruik worden gemaakt van fosfaatverdelingen. In afbeelding 18 zijn de gemiddelde concentratieverdeling (boven) en de worden gemaakt van fosfaatverdelingen. In afbeelding de gemiddelde concentratieverdeling realiseren, kan gebruik worden gemaakt 18 vanzijn fosfaatverdelingen. In afbeelding 18 (boven) zijn de en de procentuele procentuele verdeling verdeling (onder) (onder) van van totaal totaal fosfaat fosfaat in in de de afloop afloop NBT NBT en en in in de de bovenwaterstand bovenwaterstand weergegeven. weergegeven. Hiervoor Hiervoor gemiddelde concentratieverdeling (boven) en de procentuele verdeling (onder) van totaal zijn zijn 14 14 fosfaatverdelingen fosfaatverdelingen gebruikt, gebruikt, allen allen met met PAX-11 PAX-11 dosering, dosering, met met een een Me/Portho Me/Portho verhouding verhouding van van 44 mol/mol, mol/mol, fosfaat in de afloop NBT en in de bovenwaterstand weergegeven. Hiervoor zijn 14 fosfaatvergemaakt in de periode maart tot en met december 2008. De groene balk representeert orthofosfaat, de gemaakt in de periode maart tot en met december 2008. De groene balk representeert orthofosfaat, de rode rode balk balk metaalgebonden fosfaat, de opgelost “organisch” en donkerblauwe gebonden metaalgebonden fosfaat, de lichtblauwe lichtblauwe balk opgelost “organisch” fosfaat en de deverhouding donkerblauwe balk gebonden delingen gebruikt, allen metbalk PAX-11 dosering, met eenfosfaat Me/Portho vanbalk 4 mol/ “organisch” fosfaat. “organisch”mol, fosfaat. gemaakt in de periode maart tot en met december 2008. De groene balk representeert orthofosfaat, de rodeduidelijk balk metaalgebonden fosfaat, de lichtblauwe balk opgelost “organisch” De De concentratieverdeling concentratieverdeling geeft geeft duidelijk weer weer dat dat orthofosfaat orthofosfaat wordt wordt gebonden gebonden en en omgezet omgezet naar naar metaalgebonden metaalgebonden fosfaat. Dit is te zien doordat de groene balk kleiner wordt en de rode balk toeneemt. Ongeveer 90% fosfaat en de donkerblauwe balk gebonden “organisch” fosfaat. fosfaat. Dit is te zien doordat de groene balk kleiner wordt en de rode balk toeneemt. Ongeveer 90% van van het het aanwezige aanwezige orthofosfaat orthofosfaat wordt wordt omgezet omgezet naar naar metaalgebonden metaalgebonden fosfaat. fosfaat. Voor Voor opgelost opgelost “organisch” “organisch” fosfaat fosfaat is is een een afname afname te te zien zien in in de de bovenwaterstand bovenwaterstand ten ten opzichte opzichte van van de de afloop afloop NBT NBT en en voor voor gebonden gebonden “organisch” “organisch” fosfaat fosfaat juist juist een een toename. toename. Dit Dit wekt wekt de de indruk 35 indruk dat dat opgelost opgelost “organisch” “organisch” fosfaat fosfaat colloïdaal colloïdaal is is of of gebonden gebonden is is aan aan colloïdaal colloïdaal materiaal materiaal [38] [38] en en dus dus ingevangen ingevangen wordt wordt in in metaal metaal vlokken. vlokken. Voor Voor de de hogere hogere gemiddelde gemiddelde concentratie concentratie totaal totaal fosfaat fosfaat in in de de bovenwaterstand bovenwaterstand is is geen geen duidelijk duidelijk verklaring verklaring gevonden. gevonden. Dit Dit wordt wordt vrijwel vrijwel in in alle alle metingen metingen teruggevonden. teruggevonden.


De concentratieverdeling geeft duidelijk weer dat orthofosfaat wordt gebonden en omgezet naar metaalgebonden fosfaat. Dit is te zien doordat de groene balk kleiner wordt en de rode balk toeneemt. Ongeveer 90% van het aanwezige orthofosfaat wordt omgezet naar metaalgebonden fosfaat. Voor opgelost “organisch” fosfaat is een afname te zien in de bovenwaterstand ten opzichte van de afloop NBT en voor gebonden “organisch” fosfaat juist een toename. Dit wekt de indruk dat opgelost “organisch” fosfaat colloïdaal is of gebonden is aan colloïdaal materiaal [38] en dus ingevangen wordt in metaal vlokken. Voor de hogere gemiddelde concentratie totaal fosfaat in de bovenwaterstand is geen duidelijk verklaring gevonden. Dit wordt vrijwel in alle metingen teruggevonden. AFBEELDING 18 GEMIDDELDE FOSFAATVERDELING (14 METINGEN) VAN DE AFLOOP NBT EN DE BOVENWATERSTAND ME/PORTHO 4. AFbEELDING 18

GEmIDDELDE FOSFAATvERDELING (14 mETINGEN) vAN DE AFLOOP NbT EN DE bOvENWATERSTAND mE/PORTHO 4

Concentratie fosfaat (mg/l)

1,20 0,04 mg/l

1,00 0,80

0,43 mg/l

0,86 mg/l

0,60 0,40

0,36 mg/l

0,20

0,01 mg/l 0,18 mg/l

0,06 mg/l 0,13 mg/l

0,00 Afloop NBT

BWS

Percentage fosfaatvorm (%)

100% 90%

4%

44 %

80% 70% 60%

79 %

50%

37 %

40% 30% 20%

1% 16 %

6%

10%

13 %

0% Gebonden "organisch" fosfaat

Afloop NBT Afloop NBT Opgelost "organisch" fosfaat

Metaal gebonden fosfaat

BWS BWS

Orthofosfaat

De procentuele verdeling van verdeling fosfaat in devan afloop NBTinende deafloop bovenwaterstand geeft weer dat in de bovenwaterstand De procentuele fosfaat NBT en de bovenwaterstand geeft weer dat het totaal fosfaat voor bijna 80% uit metaalgebonden fosfaat bestaat. In de bovenwaterstand is het gebonden de bovenwaterstand het totaalenfosfaat voor “organisch” bijna 80% fosfaat uit metaalgebonden fosfaat bestaat. “organisch”in fosfaat van 13% tot 16% toegenomen het opgelost afgenomen van 6% naar 1%.

In de bovenwaterstand is het gebonden “organisch” fosfaat van 13% tot 16% toegenomen en

Met behulp van fosfaatfractioneringen kan worden beoordeeld hoe groot vlokken worden in de bovenwaterstand en of het opgelost “organisch” fosfaat afgenomen van 6% naar 1%. deze vlokken in het filterbed worden verwijderd. In afbeelding 19 is een fosfaatfractionering weergegeven die gemaakt is op 23 maart 2008. De gebruikte Me/Portho verhouding is 4 mol/mol. Deze resultaten zijn representatief voor de overige fosfaatfractioneringen. donkerblauwe balken geven fosfaatfractionering de afloop NBT, de rode Met behulp van De fosfaatfractioneringen kandeworden beoordeeldweer hoeingroot vlokken worden in de bovenwaterstand en de groene in het filtraat. In de afloop NBT is het fosfaat voornamelijk aanwezig als in de bovenwaterstand en of deze vlokken in het filterbed worden verwijderd. In afbeelding orthofosfaat (donkerblauwe balk <0,45 µm). Een gedeelte van het fosfaat in de afloop NBT is groter dan >10 µm. Dit 19 is een weergegeven die gemaakt is op van 23 het maart 2008. De fosfaat gebruikte wordt veroorzaakt doorfosfaatfractionering uitspoeling uit de nabezinktank. De gemiddelde vlokgrootte metaalgeboden in de afloop NBT is 3,8 µm. De vlokgrootte is berekendDeze met resultaten behulp van fosfaatfractioneringen Me/Portho verhouding is 4 mol/mol. zijn representatief door voorde devlokgroottes overige fosverhoudingsgewijs wat betreft concentratie op te tellen. Na dosering van PAX-11 neemt de concentratie orthofosfaat af Dededonkerblauwe balken geven vlokgrootte de fosfaatfractionering weer defosfaat afloop en vindt eenfaatfractioneringen. verschuiving plaats naar grotere fracties. De gemiddelde is in dit geval 6,6 µm.in Het in de fracties >10de µm, 10 –in5de µmbovenwaterstand en 5 – 2 µm wordten vrijwel volledig in het filterbed. het is filtraat is de NBT, rode de groene inverwijderd het filtraat. In de afloopInNBT het fosfaat gemiddelde vlokgrootte 2,9 µm.

voornamelijk aanwezig als orthofosfaat (donkerblauwe balk <0,45 µm). Een gedeelte van het

fosfaat in deVAN afloop NBT isNBT, groter dan >10 µm. Dit EN wordt veroorzaakt door uitspoeling AFBEELDING 19 FOSFAATFRACTIONERING DE AFLOOP DE BOVENWATERSTAND HET FILTRAAT (ME/PORTHO VERHOUDINGuit VANde 4 MOL/MOL MET PAX-11 DOSERING). 23 MAART 2008 nabezinktank. De gemiddelde vlokgrootte van het metaalgeboden fosfaat in de afloop NBT is 3,8 µm. De vlokgrootte is berekend met behulp van fosfaatfractioneringen door de vlokgroot-

Portho + metaalgebonden fosfaat (mg/l)

0,7

tes verhoudingsgewijs wat betreft concentratie op te tellen. Na dosering van PAX-11 neemt

0,6 de concentratie orthofosfaat af en vindt een verschuiving plaats naar de grotere fracties. De gemiddelde vlokgrootte is in dit geval 6,6 µm. Het fosfaat in de fracties >10 µm, 10 – 5 µm en 0,5 5 – 2 µm wordt vrijwel volledig verwijderd in het filterbed. In het filtraat is de gemiddelde

0,4

vlokgrootte 2,9 µm.

0,3 0,2 36 0,1 0,0

<0,45 ANBT

BWS

0,45 - 2 FI

2-5

5 - 10 >10 Fosfaatfractie (µm)

in de bovenwaterstand en de groene in het filtraat. In de afloop NBT is het fosfaat voornamelijk aanwezig als orthofosfaat (donkerblauwe balk <0,45 µm). Een gedeelte van het fosfaat in de afloop NBT is groter dan >10 µm. Dit wordt veroorzaakt door uitspoeling uit de nabezinktank. De gemiddelde vlokgrootte van het metaalgeboden fosfaat in de afloop NBT is 3,8 µm. De vlokgrootte is berekend met behulp van fosfaatfractioneringen door de vlokgroottes verhoudingsgewijs wat betreft concentratie op te tellen. Na dosering van PAX-11 neemt de concentratie orthofosfaat af STOWA 2009-34 1-steP® filter als effluentPolisHingstecHniek en vindt een verschuiving plaats naar de grotere fracties. De gemiddelde vlokgrootte is in dit geval 6,6 µm. Het fosfaat in de fracties >10 µm, 10 – 5 µm en 5 – 2 µm wordt vrijwel volledig verwijderd in het filterbed. In het filtraat is de gemiddelde vlokgrootte 2,9 µm. AFBEELDING AFbEELDING 19 FOSFAATFRACTIONERING VAN DE AFLOOP NBT, DE BOVENWATERSTAND EN HET (ME/PORTHO VAN4 mOL/mOL mET PAX-11 19 FOSFAATFRACTIONERING vAN DE AFLOOP NbT, DE bOvENWATERSTAND EN FILTRAAT HET FILTRAAT (mE/PORTHOVERHOUDING vERHOUDING vAN 4 MOL/MOL MET PAX-11 DOSERING). 23 MAART 2008 DOSERING). 23 mAART 2008

Portho + metaalgebonden fosfaat (mg/l)

0,7 0,6 0,5 0,4 0,3 0,2 0,1 0,0 <0,45 ANBT

AFbEELDING 20

0,45 - 2

BWS

2-5

5 - 10 >10 Fosfaatfractie (µm)

FI

PROCENTUELE WEERGAvE vAN DE FOSFAATFRACTIONERING vAN DE AFLOOP NbT, DE bOvENWATERSTAND EN HET FILTRAAT. mE/PORTHO

AFBEELDING 20 PROCENTUELE WEERGAVE VAN DE FOSFAATFRACTIONERING VAN DE AFLOOP NBT, DE BOVENWATERSTAND EN HET FILTRAAT. ME/PORTHO VERHOUDING 4 MOL/MOL PAX-11 DOSERING. 23 MAART 2008 vERHOUDING vANVAN 4 mOL/mOL mETMET PAX-11 DOSERING. 23 mAART 2008

49

Verdeling Portho + metaalgebonden fosfaat over de fracties (%)

100% 80% 60% 40% 20% 0% ANBT <0,45

0,45 - 2

2-5

BWS 5 - 10

>10

Filtraat Fosfaatfractie (µm)

In afbeelding 20 zijn de fracties voor dezelfde fractionering van 23 maart 2008 procentueel weergegeven. In de afbeelding is te zien dat in de afloop NBT de fracties groter dan 2 μm (lichtgroene balk, lichtblauwe balk en donkerrode balk) ongeveer 35% vertegenwoordigen. In de bovenwaterstand is dit ongeveer 70%. Er is dus duidelijk een toename 20 zijn decoagulantdosering. fracties voorIn dezelfde fractioneringde van aan grotere deeltjes In waarafbeelding te nemen als gevolg van de het filtraat vertegenwoordigen fracties23 maart 2008 procentugroter dan 2 μm 25%. Dit is veroorzaakt doordat deeltjes groter dan 2 μm voor een groot deel worden afgevangen in het eel weergegeven. In de afbeelding is te zien dat in de afloop NBT de fracties groter dan 2 µm filterbed.

(lichtgroene balk, lichtblauwe balk en donkerrode balk) ongeveer 35% vertegenwoordigen. In 5.2.3

FOSFAATCONCENTRATIES IN AFLOOP NBT EN FILTRAAT de bovenwaterstand is dit ongeveer

70%. Er is dus duidelijk een toename aan grotere deeltjes

De orthofosfaatverwijdering bedroeg gedurende de gehele onderzoeksperiode gemiddeld 82% (maximaal 85%) met een waar te nemenMe/Portho als gevolg van de het filtraat de fraccoagulantdosering met een gemiddelde verhouding vancoagulantdosering. 4. In afbeelding 21 is voor In de maanden juli tot vertegenwoordigen en met oktober de orthofosfaatconcentratie (< 0,45 µm) in de afloop NBT, de orthofosfaat + metaalgebonden fosfaat ties groter dan 2 µm 25%. Dit is veroorzaakt doordat deeltjes groter dan 2 µm voor een groot (Portho meting zonder filtratie over 0,45 µm), de totaal fosfaatconcentratie en de streefwaarde van 0,15 mg Ptotaal/l weergegeven. De afbeelding illustreert duidelijk dat de totaal fosfaatconcentratie in het filtraat op enkele uitschieters na deel worden afgevangen in het filterbed. beneden de streefwaarde ligt. Schommelingen van orthofosfaatconcentraties in de afloop NBT zijn nauwelijks terug te vinden in het filtraat.

5.2.3 FOSFAATCONCENTRATIES IN AFLOOP NbT EN FILTRAAT De orthofosfaatverwijdering bedroeg gedurende de gehele onderzoeksperiode gemiddeld 82% (maximaal 85%) met een coagulantdosering met een gemiddelde Me/Portho verhouding van 4. In afbeelding 21 is voor de maanden juli tot en met oktober de orthofosfaatconcentratie (< 0,45 µm) in de afloop NBT, de orthofosfaat + metaalgebonden fosfaat (Portho meting zonder filtratie over 0,45 µm), de totaal fosfaatconcentratie en de streefwaarde van 0,15 mg Ptotaal/l weergegeven. De afbeelding illustreert duidelijk dat de totaal fosfaatconcentratie in het filtraat op enkele uitschieters na beneden de streefwaarde ligt. Schommelingen van orthofosfaatconcentraties in de afloop NBT zijn nauwelijks terug te vinden in het filtraat.

37

50


AFbEELDING 21 FOSFAATCONCENTRATIESIN INDE DE AFLOOP NbTNBT EN FILTRAAT AFBEELDING 21 FOSFAATCONCENTRATIES AFLOOP EN FILTRAAT 3,0

2,5

Fosfaatconcentratie (mg/l)

2,0

AFBEELDING 21 FOSFAATCONCENTRATIES IN DE AFLOOP NBT EN FILTRAAT 1,5 3,0

1,0 2,5

0,5


2,0

0,0 1,5

1-07-08

21-07-08

10-08-08

Portho ANBT Ptotaal FI

30-08-08

19-09-08

9-10-08

Portho_metaal gebonden fosfaat Streefwaarde voor Ptotaal

29-10-08 Datum (dd-mm-jj)

1,0

5.2.4

MAXIMALE INGAANDE ORTHOFOSFAATCONCENTRATIE EN STREEFWAARDE

Voor0,5het bepalen van de maximale ingaande orthofosfaatconcentratie waarbij de streefwaarde van 0,15 mg/l totaal fosfaat nog wordt gehaald, is gebruikt gemaakt van de resultaten verkregen met PAX-11 en methanoldosering. De 5.2.4 mAXImALE INGAANDE ORTHOFOSFAATCONCENTRATIE EN STREEFWAARDE resultaten zijn in afbeelding 22 weergegeven, hierin geven de blauwe balken de orthofosfaatconcentratie in de afloop Voor het bepalen van de maximale ingaande orthofosfaatconcentratie waarbij de streefNBT0,0weer, de rode balken geven de orthofosfaatconcentratie in het filtraat en de gele balken geven de totaal 1-07-08 10-08-08 30-08-08 19-09-08is met 9-10-08 29-10-08 waarde van 0,15 mg/l aan. totaal nog wordt gehaald, gebruikt gemaakt van de weergegeven. resultaten fosfaatconcentratie in21-07-08 het filtraat Hetfosfaat 95% betrouwbaarheidsinterval behulp van foutenbalken Portho ANBT Portho_metaal gebonden fosfaat Datum (dd-mm-jj) De getallen die zijn weergegeven per orthofosfaatconcentratie geven het aantal metingen aan. Ptotaal FI Streefwaarde voor Ptotaal verkregen met PAX-11 en methanoldosering. De resultaten zijn in afbeelding 22 weergegeven,

hierin geven de blauwe balken de orthofosfaatconcentratie in de afloop NBT weer, de rode

AFBEELDING 22 VERWIJDERING VAN FOSFAAT MET PAX-11 EN METHANOLDOSERING IN 2008

5.2.4

MAXIMALE INGAANDE ORTHOFOSFAATCONCENTRATIE EN STREEFWAARDE

balken geven de orthofosfaatconcentratie in het filtraat en de gele balken geven de totaal

orthofosfaat of totaal fosfaat (mg/l) Concentratie orthofosfaat ofConcentratie totaal fosfaat (mg/l)

n= 5298van 8337 7152 ingaande 2247 749 526 430 329 108de streefwaarde 75 77 van 0,15 89 mg/l 171totaal 185 Voor1,6 het886 bepalen de maximale orthofosfaatconcentratie waarbij fosfaatconcentratie in het filtraat Het 95% betrouwbaarheidsinterval is met behulp van fosfaat nog wordt gehaald, is gebruikt gemaakt vanaan. de resultaten verkregen met PAX-11 en methanoldosering. De resultaten zijn in afbeelding 22 weergegeven, hierin geven de blauwe balken de orthofosfaatconcentratie in de afloop 1,4 foutenbalken weergegeven. De getallen die zijn weergegeven per orthofosfaatconcentratie NBT weer, de rode balken geven de orthofosfaatconcentratie in het filtraat en de gele balken geven de totaal geven hetin aantal metingen aan. fosfaatconcentratie het filtraat aan. Het 95% betrouwbaarheidsinterval is met behulp van foutenbalken weergegeven. De getallen die zijn weergegeven per orthofosfaatconcentratie geven het aantal metingen aan. 1,2

AFbEELDING 22 vERWIjDERING vAN FOSFAAT mET PAX-11 EN mETHANOLDOSERING IN 2008 AFBEELDING 22 VERWIJDERING VAN FOSFAAT MET PAX-11 EN METHANOLDOSERING IN 2008 1,0 1,6 n= 886

5298

8337

7152

2247

749

526

430

329

108

75

77

89

171

185

1,4 0,8

1,2

0,6

1,0

0,4

0,8

0,2 0,6

0,0 0,1

0,4

0,2

0,3

Orthofosfaat afloop NBT

0,4

0,5

0,6

0,7

0,8

Orthofosfaat+ metaal gebondenfosfaat filtraat

0,9

1,0

Totaal fosfaat filtraat

1,1

1,2

1,3

1,4

1,5

Concentratie orthofosfaat afloop NBT (mg/l)

0,2

De totaal fosfaatconcentratie in het filtraat neemt vanaf 1,2 mg/l orthofosfaat in de afloop NBT toe. Tot 1,2 mg/l aan ingaande orthofosfaat is de verwijdering onafhankelijk van de ingaande vracht. Voor orthofosfaatconcentraties in de 0,0

0,1

0,2

Orthofosfaat afloop NBT

0,3

0,4

0,5

0,6

0,7

Orthofosfaat+ metaal gebondenfosfaat filtraat

0,8

0,9

1,0

Totaal fosfaat filtraat

1,1

1,2

1,3

1,4

1,5

Concentratie orthofosfaat afloop NBT (mg/l)

De totaal fosfaatconcentratie in het filtraat neemt vanaf 1,2 mg/l orthofosfaat in de afloop NBT toe. Tot 1,2 mg/l aan ingaande orthofosfaat is de verwijdering onafhankelijk van de ingaande vracht. Voor orthofosfaatconcentraties in de

38 51

51


De totaal fosfaatconcentratie in het filtraat neemt vanaf 1,2 mg/l orthofosfaat in de afloop NBT toe. Tot 1,2 mg/l aan ingaande orthofosfaat is de verwijdering onafhankelijk van de ingaande vracht. Voor orthofosfaatconcentraties in de afloop NBT hoger dan 1,2 mg/l treedt doorslag op. De maximale bedbelasting voor orthofosfaat kan hier van worden afgeleid, deze is 0,14 kg/ m3/dag. Voor orthofosfaatconcentraties in de afloop NBT tot 0,7 mg/l wordt de streefwaarde van 0,15dan mg/l afloop NBT hoger 1,2aan mg/ltotaal treedtfosfaat doorslaggehaald. op. De maximale bedbelasting voor orthofosfaat kan hier van worden afgeleid, deze is 0,14 kg/m3/dag. Voor orthofosfaatconcentraties in de afloop NBT tot 0,7 mg/l wordt de streefwaarde van 0,15 mg/l aan totaal fosfaat gehaald. 5.2.5 FOSFAATvERDELINGEN; vERWIjDERING vAN ORGANISCH FOSFAAT De fosfaatverwijdering door het 1-STEP® filter is met fosfaatverdelingen nauwkeurig te beoorFOSFAATVERDELINGEN; VERWIJDERING VAN ORGANISCH FOSFAAT delen. In afbeelding 23 zijn de gemiddelde concentratieverdeling (boven) en de procentuele De fosfaatverwijdering door het 1-STEP® filter is met fosfaatverdelingen nauwkeurig te beoordelen. In afbeelding 23 verdeling van totaal fosfaat (onder) in de afloop NBT en het filtraat weergegeven. Hiervoor zijn zijn de gemiddelde concentratieverdeling (boven) en de procentuele verdeling van totaal fosfaat (onder) in de afloop 14 filtraat fosfaatverdelingen allen PAX-11 dosering (MeP allen verhouding van 4dosering mol/mol) NBT en het weergegeven. gebruikt Hiervoor zijn 14met fosfaatverdelingen gebruikt met PAX-11 (MeP verhoudinggemaakt van 4 mol/mol) gemaaktmaart in de tot periode maart tot en met december 2008. De laat afbeelding laatalle zien dat alle in de periode en met december 2008. De afbeelding zien dat gemegemeten fosfaatvormen bijna volledig worden verwijderd. Dit geldt ook voor opgelost “organisch” fosfaat en gebonden ten fosfaatvormen bijna volledig worden verwijderd. Dit geldt ook voor opgelost “organisch” “organisch” fosfaat. fosfaat en gebonden “organisch” fosfaat. 5.2.5

AFBEELDING 23 GEMIDDELDE FOSFAATVERDELING IN DE AFLOOP NBT (BOVEN) EN IN HET FILTRAAT (BENEDEN). 14 METINGEN MET PAX-11 DOSERING. AFbEELDING 23 GEmIDDELDE FOSFAATvERDELING IN DE AFLOOP NbT (bOvEN) EN IN HET FILTRAAT (bENEDEN). 14 mETINGEN mET PAX-11 DOSERING

Concentratie fosfaat (mg/l)

1,00 0,80

0,43 mg/l

0,60 0,40

0,36 mg/l

0,20

0,037 mg/l

0,06 mg/l

0,042 mg/l 0,022 mg/l

0,13 mg/l

0,00 Afloop NBT

Filtraat

0,008 mg/l

100% Percentage fosfaatvorm (%)

90% 80%

44 %

34 %

37 %

39 %

6%

20 %

70% 60% 50% 40% 30% 20% 10%

13 %

0%

7%

Afloop NBT Gebonden "organisch" fosfaat

Opgelost "organisch" fosfaat

Filtraat Metaal gebonden fosfaat

Orthofosfaat

De procentuele verdeling van totaal fosfaat in het filtraat verschilt van de verdeling in de afloop NBT. Orthofosfaat neemt af, metaalgebonden fosfaat neemt toe, dit is het gevolg van coagulatie en flocculatie. Opgelost “organisch” De procentuele verdeling van totaal fosfaat in het filtraat verschilt van de verdeling in de fosfaat neemt toe en gebonden “organisch” fosfaat neemt af. Door een profielmeting uit te voeren in combinatie met afloop NBT. fosfaatinneemt toe, ditInisafbeelding het gevolg24van fosfaatverdelingen wordtOrthofosfaat zichtbaar watneemt er metaf,demetaalgebonden fosfaatvormen gebeurd het filterbed. is de profielmeting van 19 november 2008 weergegeven. Deze meting is representatief voor de overige metingen. De coagulatie en flocculatie. Opgelost “organisch” fosfaat neemt toe en gebonden “organisch” horizontalefosfaat stippellijnen geven de grenzen van het filterbed aan. neemt af. Door een profielmeting uit te voeren in combinatie met fosfaatverdelingen

wordt zichtbaarneemt wat er de fosfaatvormen gebeurd filterbed. In afbeelding is de De orthofosfaatconcentratie in met de bovenwaterstand duidelijk af enin hethet metaalgebonden fosfaat neemt24toe. Dit is het gevolgprofielmeting van coagulantdosering die het orthofosfaat bindt en Deze metaalgebonden fosfaat vormt. voor Voordeopgelost van 19 november 2008 weergegeven. meting is representatief ove“organisch”rige fosfaat is een kleine afname te stippellijnen zien in de bovenwaterstand ten opzichte de afloop metingen. De horizontale geven de grenzen van hetvan filterbed aan.NBT en voor gebonden “organisch” fosfaat juist een kleine toename. Dit wekt de indruk dat opgelost “organisch” fosfaat colloïdaal is of gebonden aan colloïdaal materiaal [38]. In het filterbed neemt het metaalgebonden fosfaat af. De verwijdering De orthofosfaatconcentratie de bovenwaterstand duidelijk vindt voornamelijk plaats in de bovenste neemt 100 cminvan het filterbed. Orthofosfaat is af na en 40 het cm metaalgebonfilterbed volledig verwijderd.den Gebonden “organisch” fosfaat neemt geleidelijk af tot in dit geval een verwijdering van bijna fosfaat neemt toe. Dit is het gevolg van coagulantdosering die het orthofosfaat 75% bindtbehaald en is. Het “organisch” fosfaat (opgelost en gebonden) wordt voor circa 90% verwijderd. metaalgebonden fosfaat vormt. Voor opgelost “organisch” fosfaat is een kleine afname te zien in de bovenwaterstand ten opzichte van de afloop NBT en voor gebonden “organisch” fosfaat juist een kleine toename. Dit wekt de indruk dat opgelost “organisch” fosfaat colloïdaal is

39


of gebonden aan colloïdaal materiaal [38]. In het filterbed neemt het metaalgebonden fosfaat af. De verwijdering vindt voornamelijk plaats in de bovenste 100 cm van het filterbed. Orthofosfaat is na 40 cm filterbed volledig verwijderd. Gebonden “organisch” fosfaat neemt geleidelijk af tot in dit geval een verwijdering van bijna 75% behaald is. Het “organisch” fosfaat (opgelost en gebonden) wordt voor circa 90 verwijderd. AFbEELDING 24 PROFIELmETING IN COmbINATIE FOSFAATvERDELINGEN. 19 NOvEmbER 2009 AFBEELDING 24 PROFIELMETING IN COMBINATIE METmET FOSFAATVERDELINGEN. 19 NOVEMBER 2009. 0,40 Beddiepte (cm) 0,35


0,30

0,25

0,20

0,15

0,10

0,05

0,00 ANBT

BWS

Gebonden "organisch" fosfaat

25

65

105

Opgelost "organisch" fosfaat

145 Metaal gebonden fosfaat

185

Filtraat Orthofosfaat

5.2.6 FOSFAATBEPALING ACTIEF KOOL 5.2.6 FOSFAATbEPALING ACTIEF KOOL Van drie, op verschillende bedhoogtes genomen, koolmonsters zijn de fosfaatconcentraties bepaald. Het doel van deze Vanom drie, op verschillende bedhoogtes genomen, zijnmonsterpunten de fosfaatconcentraties metingen was te bepalen of er organisch fosfaat gebonden is aankoolmonsters het actief kool. De zijn: • verse kool; bepaald. Het doel van deze metingen was om te bepalen of er organisch fosfaat gebonden is • boven in filterbed (0-40 cm diep); aan het actief kool. De monsterpunten zijn: • midden in filterbed (80-120 cm diep); • verse kool; (147-187 cm diep). • onder in filterbed • boven in filterbed (0-40 cm diep); TABEL 7 RESULTATEN FOSFAATBEPALING • midden in

filterbed (80-120 cm diep);

• onder in filterbed (147-187 cm diep). Monster Totaal P Extraheerbaar PO4-P Gewichts percentage Gewichts percentage TAbEL 7 Verse kool RESULTATEN FOSFAATbEPALING 1,21 4,70 Boven in filterbed 1,09 Totaal P 3,40 monster Extraheerbaar PO4-P Midden in filterbed 1,06 3,60 Gewichts Gewichts percentage Onder in filterbed 1,01 percentage 3,45 Verse kool

1,21

4,70

Theoretisch PO4-P Gewichts percentage 3,71 3,34 Theoretisch PO4-P 3,25 Gewichts percentage 3,10 3,71

Verschil PO4-P Gewichts percentage 1,03 0,06verschil PO -P 4 0,35 Gewichts percentage 0,35 1,03

het bepalen van de fosfaatconcentraties in de actief kool is in de verschillende monsters allereerst de totaal Boven Voor in filterbed 1,09 3,40 3,34 0,06 fosfaatconcentratie (Totaal P) in massagewicht bepaald. Dit is omgerekend naar een maximale theoretische midden in filterbed 1,06 3,60 3,25 0,35 orthofosfaatconcentratie (Theoretisch PO4-P) door het massapercentage te vermenigvuldigen met het molgewicht van onder orthofosfaat/ in filterbed 1,01 P, ofwel 95/31). 3,45 3,10 met een zuur is de 0,35concentratie molgewicht element Door middel van extractie orthofosfaat gemeten (Extraheerbaar PO4-P). Hierbij moet rekening worden gehouden met het feit dat metaalgebonden fosfaat als gevolg van het zure milieu oplost en hierdoor wordt mee gemeten als orthofosfaat. Voor het bepalen van de fosfaatconcentraties in de actief kool is in de verschillende monsters Door de massapercentages van hetfosfaatconcentratie maximale theoretische(Totaal orthofosfaat vergelijken metbepaald. de gemeten blijkt dat allereerst de totaal P) intemassagewicht Ditwaarden is omgerede gemeten waarden voor orthofosfaat altijd hoger zijn dan de theoretische waarde. Op basis van bovenstaande -P) door hetmoet kend een de maximale orthofosfaatconcentratie (Theoretisch PO4orthofosfaat gegevens lijkt het,naar ondanks mate van theoretische onnauwkeurigheid van de meting, dat alle aanwezige fosfaat, massapercentage te fosfaat vermenigvuldigen met het geadsorbeerd molgewicht aan vanactief orthofosfaat/ molgewicht van zijn. Waarschijnlijk is organisch dus niet of nauwelijks kool. De verwijdering organisch fosfaat die waarneembaar is, wordt veroorzaakt door filtratie. Deze conclusie is specifiek voor het onderzoek op rwzi Horstermeer. 5.2.7

40

DEELTJESVERWIJDERING

In afbeelding 25 is de deeltjesgrootteverdeling voor de afloop NBT en filtraat weergegeven. De donderblauwe lijn geeft de deeltjesverdeling voor de afloop NBT en de groene lijn geeft de verdeling voor het filtraat. Ongeveer 95% van de (grote en kleine) deeltjes in de afloop NBT worden in het filterbed verwijderd.


element P, ofwel 95/31). Door middel van extractie met een zuur is de concentratie orthofosfaat gemeten (Extraheerbaar PO4-P). Hierbij moet rekening worden gehouden met het feit dat metaalgebonden fosfaat als gevolg van het zure milieu oplost en hierdoor wordt mee gemeten als orthofosfaat. Door de massapercentages van het maximale theoretische orthofosfaat te vergelijken met de gemeten waarden blijkt dat de gemeten waarden voor orthofosfaat altijd hoger zijn dan de theoretische waarde. Op basis van bovenstaande gegevens lijkt het, ondanks de mate van onnauwkeurigheid van de meting, dat alle aanwezige fosfaat, orthofosfaat moet zijn. Waarschijnlijk is organisch fosfaat dus niet of nauwelijks geadsorbeerd aan actief kool. De verwijdering van organisch fosfaat die waarneembaar is, wordt veroorzaakt door filtratie. Deze conclusie is specifiek voor het onderzoek op rwzi Horstermeer. 5.2.7 DEELTjESvERWIjDERING In afbeelding 25 is de deeltjesgrootteverdeling voor de afloop NBT en filtraat weergegeven. De donderblauwe lijn geeft de deeltjesverdeling voor de afloop NBT en de groene lijn geeft de verdeling voor het filtraat. Ongeveer 95% van de (grote en kleine) deeltjes in de afloop NBT worden in het filterbed verwijderd. AFbEELDING 25 GEmIDDELDE DEELTjESvERWIjDERINGVAN vAN 55 mETINGEN UITGEvOERD IN AUGUSTUS EN SEPTEmbER 2007 AFBEELDING 25 GEMIDDELDE DEELTJESVERWIJDERING METINGEN UITGEVOERD IN AUGUSTUS EN SEPTEMBER 2007

1200

1000

Aantal deeltjes (-)

800

600

400

200

0 0

5

ANBT

5.2.8

10

15

20

25

30

Deeltjesgrootte (µm)

FI

TEMPERATUURSINVLOED OP PAX-11 (BEKERGLASPROEF)

5.2.8 TEmPERATUURSINvLOED OP PAX-11op(bEKERGLASPROEF) Voor het bepalen van de invloed van de temperatuur de coagulatie en flocculatie zijn bekerglasproeven uitgevoerd. Alle monsters (afloop NBT) diede zijntemperatuur vergeleken zijn genomen eventueel in de Voorvoor hetbekerglasproeven bepalen van de invloed van opgelijktijdig de coagulatie en en flocculatie zijn koelkast afgekoeld tot 10°C of op een kookplaatje verwarmd tot 15°C of 20°C. Na afloop van een bekerglasproef is uitgevoerd. Alledit monsters bekerglasproeven (afloop die zijn vergemeten ofbekerglasproeven de temperatuur veranderd was, maar is niet hetvoor geval. PAX-11 is voorafgaand aanNBT) het experiment 50 3+ /l, dit gedaan maal verdund met gedemineraliseerd Er is gebruik gemaakt van eenkoelkast vaste dosering van 7 mg geleken zijn gelijktijdigwater. genomen en eventueel in de afgekoeld totAl10°C ofisop een om de resultaten te kunnen vergelijken eerder uitgevoerde bekerglasproeven. De Me/Portho verhouding in de dit kookplaatje verwarmd totmet 15°C of 20°C. Na afloop van een bekerglasproef is gemetenisof geval 8 mol/mol. Na de dosering is 10 seconden met 300 rpm (G-waarde 350 s-1) geroerd, en daarna gedurende 10 temperatuur veranderd dit tijdens is niet de hetinitiële geval.menging PAX-11 isis laag, voorafgaand aan expeDe maar G-waarde maar dit is hethet maximaal minuten met 20 rpm (G-waarde 6 s-1).was, haalbare toerental bekerglasapparaat. Na afloop van de vloktijd is een fractionering uitgevoerdvan over 0,45 µm, rimentmet 50 het maal verdund met gedemineraliseerd water. Er is gebruik gemaakt een vaste 2 µm, 5 µm en 10 µm filters. Voor3+orthofosfaat bepalingen gefiltreerd over filters met een poriegrootte groter dan dosering van 7 mg Al /l, dit is gedaan om de resultaten te kunnen vergelijken met eerder 0,45 µm wordt metaalgebonden fosfaat met kuvettentesten gemeten als orthofosfaat. De resultaten van deze uitgevoerde bekerglasproeven. De Me/Portho verhouding is in 26. dit geval 8 mol/mol. Na de dosebekerglasproeven (in duplo uitgevoerd), zijn weergegeven in tabel 8 en afbeelding TABEL 8

DE INVLOED VAN TEMPERATUUR OP DE VLOKVORMING BIJ AL3+ DOSERING (PAX-11) (BETROUWBAARHEIDSINTERVAL ± 0,006 MG/L)

Dosering (mg/l)

Temperatuur (°C)

7

41

Concentratie orthofosfaat (mg/l) ongefiltreerd

< 10 µm

< 5 µm

< 2 µm

< 0,45 µm

10

0,626

0,468

0,162

0,02

0,005

7

15

0,622

0,400

0,111

0,040

0,005

7

20

0,635

0,445

0,053

0,011

0,005


ring is 10 seconden met 300 rpm (G-waarde 350 s-1) geroerd, en daarna gedurende 10 minuten met 20 rpm (G-waarde 6 s-1). De G-waarde tijdens de initiële menging is laag, maar dit is het maximaal haalbare toerental met het bekerglasapparaat. Na afloop van de vloktijd is een fractionering uitgevoerd over 0,45 µm, 2 µm, 5 µm en 10 µm filters. Voor orthofosfaat bepalingen gefiltreerd over filters met een poriegrootte groter dan 0,45 µm wordt metaalgebonden fosfaat met kuvettentesten gemeten als orthofosfaat. De resultaten van deze bekerglasproeven (in duplo uitgevoerd), zijn weergegeven in tabel 8 en afbeelding 26. TAbEL 8

DE INvLOED vAN TEmPERATUUR OP DE vLOKvORmING bIj AL3+ DOSERING (PAX-11) (bETROUWbAARHEIDSINTERvAL ± 0,006 mG/L

Dosering

Temperatuur

Concentratie orthofosfaat (mg/l)

(mg/l)

(°C)

ongefiltreerd

< 10 µm

< 5 µm

< 2 µm

< 0,45 µm

7

10

0,626

0,468

0,162

0,02

0,005

7

15

0,622

0,400

0,111

0,040

0,005

7

20

0,635

0,445

0,053

0,011

0,005

0

12

0,586

0,524

0,529

0,512

0,498

AFBEELDING 26 DE INVLOED VAN TEMPERATUUR OP DE VLOKVORMING BIJ AL3+ DOSERING (PAX-11) (BETROUWBAARHEIDSINTERVAL AFbEELDING 26MG/L)DE INvLOED vAN TEmPERATUUR OP DE vLOKvORmING bIj AL3+ DOSERING (PAX-11) (bETROUWbAARHEIDSINTERvAL ± 0,006 mG/L) ± 0,006


0,6 0,5 0,4 0,3 0,2 0,1 0 <0,45 ANBT

0,45 - 2

2-5 5 - 10 Fosfaatfractie (µm) T= 10 C T= 15 C

>10 T= 20 C

De blauwe balken in afbeelding 26 geven de fosfaatconcentratie in de afloop NBT. Er is duidelijk zichtbaar dat de blauwe balken in afbeelding 26 bevat. gevenDe de rode fosfaatconcentratie in de afloop duideafloop NBTDe voornamelijk orthofosfaat (<0,45 µm) balken geven de resultaten voorNBT. 10°C,Erdeis groene datbalken de afloop NBT voornamelijk orthofosfaat De rode balken balken voor lijk 15°Czichtbaar en de paarse voor 20°C. Er is duidelijk zichtbaar dat de (<0,45 bindingµm) van bevat. orthofosfaat (<0,45 µm) niet wordt beïnvloed de temperatuur doordat alle temperaturen orthofosfaatconcentratie 0,005 mg/l is. Dit geven dedoor resultaten voor 10°C, devoor groene balken voorde 15°C en de paarse balken voor 20°C. Er komt overeen met de literatuur beschreven in paragraaf 3.2.1. Het gevormde metaalgebonden fosfaat is voor het duidelijk datdede5-2 binding vandeorthofosfaat µm) nietfosfaat wordtafbeïnvloed door grootste deelis groter dan 2zichtbaar µm. Tussen µm neemt concentratie (<0,45 metaalgebonden bij een hogere temperatuur.de Dittemperatuur betekent dat vlokken tot een diameter groter 5 µm. Voor alle temperaturen te zien doordatgroeien voor alle temperaturen de dan orthofosfaatconcentratie 0,005ismg/l is. dat Dit de grootste fractie tussen de 10 – 5 µm is. De fractie >10 µm is bij 15°C groter dan bij 10°C, maar voor 20°C is een komt overeen met de literatuur beschreven in paragraaf 3.2.1. Het gevormde metaalgebongeringe afname te zien. Deze afname kan duiden op het afbrokkelen van vlokken. Zoals in de literatuur beschreven in denzijn fosfaat is voor deel groterworden dan 2 µm. Tussen de 5-2 neemt deopen concentratie paragraaf 3.2.1 vlokken die het bij grootste hogere temperaturen gevormd groter maarµm hebben een structuur waardoor demetaalgebonden vlokken makkelijkerfosfaat afbrokkelen. af bij een hogere temperatuur. Dit betekent dat vlokken groeien tot

een diameter groter dan 5 µm. Voor alle temperaturen is te zien dat de grootste fractie tussen 5.3

V E R W I J D E R I N G Sde T I10 K S–T5O µm F is. De fractie >10 µm is bij 15°C groter dan bij 10°C, maar voor 20°C is een geringe

afname te zien. Deze afname kan duiden op het afbrokkelen van vlokken. Zoals in de litera-

5.3.1

tuur beschreven in paragraaf 3.2.1 zijn vlokken die bij hogere temperaturen worden gevormd NITRAATCONCENTRATIES IN AFLOOP NBT EN FILTRAAT

groter maar hebben een open structuur waardoor de vlokken makkelijker afbrokkelen.

De stikstofverwijdering bedroeg gedurende de gehele onderzoeksperiode gemiddeld 78% met een methanoldosering van gemiddeld 4,6 kg CZV/kg NOx-N. Hierbij dient wel in ogenschouw te worden genomen dat de concentraties aan NOx-N in de afloop van de NBT grote variaties kennen, van minder dan 5 mg NOx-N/l tot concentraties van meer dan 30 mg NOx-N/l (zie tabel 3 in hoofdstuk 4.1.1). Het filter behaalt een verwijderingrendement van 89% bij ingaande concentraties kleiner dan 10 mg NOx-N/l. ® In afbeelding 4227 is de NOx-N concentratie van de afloop NBT en het 1-STEP filtraat weergegeven (uurgemiddelden) gedurende een periode met ingaande nitraatconcentraties variërend van 3 tot 20 mg NOx-N/l. Tot concentraties van 10 mg NOx-N /l in de afloop van de NBT is het filter in staat goede verwijderingsrendementen te behalen. Zelfs boven de 15 mg NOx-N/l worden concentraties in het filtraat gemeten van kleiner dan 1 mg NOx-N/l. In het concentratiegebied boven de 15 mg/l wordt de spreiding in het resultaat van het filtraat wel groter. Zoals in tabel 5 is aangegeven is bij ingaande nitraatconcentraties hoger dan 15 mg/l ingesteld dat de dosering niet verder toeneemt in verband met overmatige biomassagroei. Dit heeft tot gevolg dat bij concentraties boven 15 mg/l altijd een c-brontekort optreedt. Het proces wordt instabieler en reageert directer op de concentraties van het voedingswater. In afbeelding 27


5.3 vERWIjDERING STIKSTOF 5.3.1 NITRAATCONCENTRATIES IN AFLOOP NbT EN FILTRAAT De stikstofverwijdering bedroeg gedurende de gehele onderzoeksperiode gemiddeld 78% met een methanoldosering van gemiddeld 4,6 kg CZV/kg NOx-N. Hierbij dient wel in ogenschouw te worden genomen dat de concentraties aan NOx-N in de afloop van de NBT grote variaties kennen, van minder dan 5 mg NOx-N/l tot concentraties van meer dan 30 mg NOx-N/l (zie tabel 3 in hoofdstuk 4.1.1). Het filter behaalt een verwijderingrendement van 89% bij ingaande concentraties kleiner dan 10 mg NOx-N/l. In afbeelding 27 is de NOx-N concentratie van de afloop NBT en het 1-STEP® filtraat weergegeven (uurgemiddelden) gedurende een periode met ingaande nitraatconcentraties variërend van 3 tot 20 mg NOx-N/l. Tot concentraties van 10 mg NOx-N /l in de afloop van de NBT is het filter in staat goede verwijderingsrendementen te behalen. Zelfs boven de 15 mg NOx-N/l worden concentraties in het filtraat gemeten van kleiner dan 1 mg NOx-N/l. In het concentratiegebied boven de 15 mg/l wordt de spreiding in het resultaat van het filtraat wel groter. Zoals in tabel 5 is aangegeven is bij ingaande nitraatconcentraties hoger dan 15 mg/l ingesteld dat de dosering niet verder toeneemt in verband met overmatige biomassagroei. Dit heeft tot gevolg dat bij concentraties boven 15 mg/l altijd een c-brontekort optreedt. Het proces wordt instabieler en reageert directer op de concentraties van het voedingswater. In afbeelding 27 is dit te zien; in medio juni en eind juli waar respectievelijk de concentraties sterk dalen en stijgen. Dit heeft tot gevolg dat de concentraties in het filtraat ook meer gaan variëren. Bij oplopen van de concentratie nitraat in de toevoer wordt ook de methanoldosering verhoogd (tot een nitraatconcetratie van 15 mg/l). Hierdoor ontstaat ook meer biomassa en zal de weerstand over het bed sneller toenemen met kortere looptijden tot gevolg. Door de kortere looptijden en het vaker terugspoelen zal de omzetting van NOx-N afnemen. De wisselingen van de ingaande nitraatconcetraties hebben met name een sterk effect als de NOx-N concentratie boven de 10 mg/l uitkomt. Daaronder is de omzetting stabiel en kan het filter de variatie goed opvangen en alle NOx-N verwijderen als deze bijvoorbeeld stijgt van 5 naar 10 mg/l. AFbEELDING 27 NITRAATCONCENTRATIES IN AFLOOP NbT EN FILTRAAT (OP bASIS vAN UURGEmIDDELDEN), bIj EEN bEDHOOGTE vAN 1,95 m EN EEN AFBEELDING 27 NITRAATCONCENTRATIES IN AFLOOP NBT EN FILTRAAT (OP BASIS VAN UURGEMIDDELDEN), BIJ EEN BEDHOOGTE VAN 1,95 M EN EEN FILTRATIESNELHEID FILTRATIESNELHEID 10 m/H10 M/H 20 18

Concentratie NOx (mg/l)

16 14 12 10 8 6 4 2 0

11-06-2008

16-06-2008

21-06-2008

26-06-2008

01-07-2008

06-07-2008

11-07-2008

16-07-2008

21-07-2008

26-07-2008

31-07-2008

05-08-2008

Datum (dd-mm-jjjj)

NOx-N ANBT

5.3.2

NOx-N FI

0,5 mg NOx-N/l

NITRAATBELASTING VERSUS NITRAATOMZETTING

De gemiddelde nitraatbelasting bedroeg gedurende de onderzoeksperiode gemiddeld 1,5 kg N/m3 filterbed/dag. Het maximum aan NOx-N belasting bedroeg tijdens de onderzoeksperiode 5,9 kg N/m3 filterbed/dag en de omzetting 4,1 kg N/m3 filterbed/dag. In afbeelding 28 is de periode weergegeven waar de grootste omzetting is gemeten. Tevens is te zien dat het filter de variaties in vracht goed kan volgen en de omzetting volledig blijft, zelfs bij sterke stijgingen in een korte periode. In paragraaf 5.3.4 wordt dieper ingegaan op het temperatuurseffect op de denitrificatie. AFBEELDING 28 MAXIMALE STIKSTOF OMZETTING (OP BASIS VAN UURGEMIDDELDEN, BEDHOOGTE VAN 1,95 M EN EEN FILTRATIESNELHEID

43

6 4 2


0

11-06-2008

16-06-2008

21-06-2008

26-06-2008

01-07-2008

06-07-2008

11-07-2008

16-07-2008

21-07-2008

26-07-2008

31-07-2008

05-08-2008

Datum (dd-mm-jjjj)

5.3.2 NITRAATbELASTING vERSUS NITRAATOmZETTING NOx-N ANBT NOx-N FI 0,5 mg NOx-N/l De gemiddelde nitraatbelasting bedroeg gedurende de onderzoeksperiode gemiddeld 1,5 kg

N/m3 filterbed/dag. Het maximum aan NOx-N belasting bedroeg tijdens de onderzoeksperiode 5.3.2

NITRAATBELASTING VERSUS enNITRAATOMZETTING de omzetting 4,1 kg N/m3 filterbed/dag. In afbeelding 28 is de 5,9 kg N/m3 filterbed/dag

3 De gemiddelde nitraatbelasting bedroeg de omzetting onderzoeksperiode gemiddeld 1,5 kg filterbed/dag. Het de periode weergegeven waar gedurende de grootste is gemeten. Tevens is N/m te zien dat het filter maximum aan NOx-N belasting bedroeg tijdens de onderzoeksperiode 5,9 kg N/m3 filterbed/dag en de omzetting 3 variaties in vracht goed kan volgen en de omzetting volledig blijft, zelfs bij sterke stijgingen 4,1 kg N/m filterbed/dag. In afbeelding 28 is de periode weergegeven waar de grootste omzetting is gemeten. Tevens is te zien in dateen het filter variaties in goed kan volgen en de omzetting volledigop blijft, bij sterke stijgingen op kortedeperiode. Invracht paragraaf 5.3.4 wordt dieper ingegaan hetzelfs temperatuurseffect in een korte periode. In paragraaf 5.3.4 wordt dieper ingegaan op het temperatuurseffect op de denitrificatie.

de denitrificatie.

AFBEELDING 28 MAXIMALE STIKSTOF OMZETTING (OP BASIS VAN UURGEMIDDELDEN, BEDHOOGTE VAN 1,95 M EN EEN FILTRATIESNELHEID 1028 M/H) mAXImALE STIKSTOF OmZETTING (OP bASIS vAN UURGEmIDDELDEN, bEDHOOGTE vAN 1,95 m EN EEN FILTRATIESNELHEID 10 m/H) AFbEELDING 4,5

Vracht / Omzetting N ( kg / m3 / dag )

4 3,5 3 2,5 2 1,5 1 0,5 0 11-01-2008

12-01-2008

13-01-2008

14-01-2008

15-01-2008

16-01-2008

Datum (dd-mm-jjjj) N-vracht

N-omzetting

AFBEELDING 29 STIKSTOF VRACHT EN OMZETTING (OP BASIS VAN UURGEMIDDELDEN) BIJ EEN BEDHOOGTE VAN 1,95 M EN EEN FILTRATIESNELHEID 10 M/H AFbEELDING 29 STIKSTOF vRACHT EN OmZETTING (OP bASIS vAN UURGEmIDDELDEN) bIj EEN bEDHOOGTE vAN 1,95 m EN EEN FILTRATIESNELHEID 10 m/H 2,5

3

Vracht / Omzetting N ( kg/m filterbed / dag)

56 2

1,5

1

0,5

0

11-06-2008 16-06-2008 21-06-2008 26-06-2008 01-07-2008 06-07-2008 11-07-2008 16-07-2008 21-07-2008 26-07-2008 31-07-2008 05-08-2008

Datum (dd-mm-jjjj) N omzetting

N vracht

In afbeelding 29 zijn de stikstofvracht en -omzetting in het 1-STEP® filter voor dezelfde periode als in afbeelding 27 weergegeven. In deze grafiek is ook te zien dat de omzettings-curve nagenoeg gelijk is met de vracht-curve. Omzettingssnelheden tot 2,3 kg N/m3 filterbed/dag zijn in deze periode gehaald, bij een filterbedhoogte van 1,95 m. De vraag 44 die bij de belasting van het filter gesteld kan worden is in hoeverre de omzetting deze kan volgen. Kan het filter pieken in de aanvoer verwerken? Tijdens het onderzoek is gebleken dat de omzetting de belasting in grote mate kan volgen. Daarmee is vastgesteld dat pieken kunnen worden opgevangen, maar is ook duidelijk dat een langere periode van hoge nitraatconcentratie – die ook nog eens samengaan met grote variaties – niet door het filter verwerkt kunnen worden. 5.3.3

BENODIGDE BEDHOOGTE VOOR DENITRIFICATIE


In afbeelding 29 zijn de stikstofvracht en -omzetting in het 1-STEP® filter voor dezelfde periode als in afbeelding 27 weergegeven. In deze grafiek is ook te zien dat de omzettings-curve nagenoeg gelijk is met de vracht-curve. Omzettingssnelheden tot 2,3 kg N/m3 filterbed/dag zijn in deze periode gehaald, bij een filterbedhoogte van 1,95 m. De vraag die bij de belasting van het filter gesteld kan worden is in hoeverre de omzetting deze kan volgen. Kan het filter pieken in de aanvoer verwerken? Tijdens het onderzoek is gebleken dat de omzetting de belasting in grote mate kan volgen. Daarmee is vastgesteld dat pieken kunnen worden opgevangen, maar is ook duidelijk dat een langere periode van hoge nitraatconcentratie – die ook nog eens samengaan met grote variaties – niet door het filter verwerkt kunnen worden. 5.3.3 bENODIGDE bEDHOOGTE vOOR DENITRIFICATIE In afbeelding 30 is een profielmeting over het filterbed weergegeven, met de zwarte horizontale lijnen zijn de grenzen van het bed aangegeven. Deze meting heeft plaatsgevonden bij een bedhoogte van 1,95 m en laat goed zien dat het nitraat na 1,50 m rond de streefwaarde van 0,5 mg/l ligt. Uit deze profielmeting blijkt dat een filterbed van 1,50 m voldoende is voor een goede nitraatverwijdering. 30 PROFIELmETING FILTERbED AFBEELDINGAFbEELDING 30 PROFIELMETING FILTERBED.

8,0

0,50

0,40 Concentratie PO4-P (mg/l)

Concentratie NOx-N (mg/l)

6,0

0,30 4,0

0,20

2,0 0,10

0,0

0,00 ANBT

NO3-N

BWS NO2-N

25 PO4-P

65

105

145

185

Filtrate

Bed diepte (cm)

De bedhoogte is van invloed op de hoogte van vracht en omzetting, omdat deze zijn uitgedrukt per m3 filterbed. Op 9 De bedhoogte is van invloed op de hoogte van vracht en omzetting, omdat deze zijn uitgedecember 2008 is het filterbed verlaagd naar 1,50 m (was 1,95 m). drukt per m3 filterbed. Op 9 december 2008 is het filterbed verlaagd naar 1,50 m (was 1,95 m). De vracht en omzetting kan voor de perioden weergegeven in afbeelding 28 en afbeelding 29, worden omgerekend naar een lager bed 1,95 1,50 m). Gedurende de periodeweergegeven met een bedhoogte van 1,95 de gemiddelde De (van vracht ennaar omzetting kan voor de perioden in afbeelding 28m enkomen afbeelding 29, belasting en omzetting uit op respectievelijk 1,27 en 0,89 kg N/m3 filterbed/dag. Voor de periode met een bedhoogte worden omgerekend naar een lager bed (van 1,95 naar 31,50 m). Gedurende de periode met van 1,50 m zijn deze waarden respectievelijk 3,42 en 2,32 kg N/m filterbed/dag. De maximale omzetting uit een bedhoogte vandoor 1,95toepassing m komenvan de een gemiddelde belasting enhoger omzetting afbeelding 28 zou bij correctie lagere bedhoogte nog zijn. uit op respectievelijk 1,27 en 0,89 kg N/m3 filterbed/dag. Voor de periode met een bedhoogte van 1,50 m zijn deze waarden respectievelijk 3,42 2,32 kg N/m3 filterbed/dag. De maximale omzetting uit afbeelTEMPERATUURSINVLOED OPenNITRAATOMZETTING ding 28 zou bij correctie door toepassing een lagere nog hoger Het denitrificatierendement is inzichtelijk gemaakt in van afbeelding 31. bedhoogte In de grafiek is het zijn. omzettingsrendement weergegeven op de linker y-as en de temperatuur op de rechter y-as, welke een waarde heeft van rond de 20 oC. De aangevoerde nitraat wordt nagenoeg zo goed als volledig omgezet. De filtratiesnelheid bedroeg in deze periode 10 m/h. 5.3.4

45


5.3.4 TEmPERATUURSINvLOED OP NITRAATOmZETTING Het denitrificatierendement is inzichtelijk gemaakt in afbeelding 31. In de grafiek is het omzettingsrendement weergegeven op de linker y-as en de temperatuur op de rechter y-as, welke een waarde heeft van rond de 20 oC. De aangevoerde nitraat wordt nagenoeg zo goed als volledig omgezet. De filtratiesnelheid bedroeg in deze periode 10 m/h. AFBEELDING 31 NITRAATOMZETTINGSRENDEMENT IN DE ZOMERPERIODE (METHANOLDOSERING VAN KG/KG, BEDHOOGTE AFbEELDING 31 NITRAATOmZETTINGSRENDEmENT IN DE ZOmERPERIODE (mETHANOLDOSERING vAN 4-54-5 KG/KG, bEDHOOGTE 1,95 m)1,95 M).

25

100% 90% 100%

25

80% 90%

20

70% 80%

20

60% 70%

15

50% 60%

15

40% 50%

10

1

30% 40%

10

1

20% 30%

Temperatuur (°C) Temperatuur (°C)

N-omzettings rendement (%) N-omzettings rendement (%)

AFBEELDING 31 NITRAATOMZETTINGSRENDEMENT IN DE ZOMERPERIODE (METHANOLDOSERING VAN 4-5 KG/KG, BEDHOOGTE 1,95 M).

5

1) Nitrietvorming tgv hoge nitraatconcentraties

10% 20%

5

0% 10% 21-06-2008

1) Nitrietvorming tgv hoge nitraatconcentraties 11-07-2008

31-07-2008

20-08-2008

09-09-2008

0 29-09-2008

20-08-2008

09-09-2008

0 29-09-2008

Datum

0%

N-omzettings rendement (%) 21-06-2008 11-07-2008

Temperatuur 31-07-2008 Datum

Bij dezerendement isTemperatuur het filterdenitrificatie in staat en totbereikt vergaande denitrificatie en bereikt Bij dezeN-omzettings temperaturen istemperaturen het filter(%) in staat tot vergaande dit vrijwel direct op het moment dat de dit vrijconcentratie vanvracht 28-08-2008 tot 30-08-2008 boven de 15 geweest, met vracht toeneemt. ingaande NOx-N -N concentratie is van wel De direct op het moment datisde toeneemt. De ingaande NOmg/l x een maximum van 18.3 mg/l. Bij concentraties boven de 15 mg/l is de C-bron dosering begrensd met als gevolg een Bij deze temperaturen is het filter in staat tot vergaande denitrificatie en bereikt dit vrijwel direct op het moment dat de 30-08-2008Inboven de 31 15ismg/l geweest, met een onvolledige 28-08-2008 denitrificatie entot nitrietvorming. afbeelding deze periode aangeduid met maximum 1, de omzettingvan daalt18,3 dan mg/l. Bij vracht toeneemt. De ingaande NOx-N concentratie is van 28-08-2008 tot 30-08-2008 boven de 15 mg/l geweest, met naar bijna 10%. In de periode na 30-08-2008 vindt nog aanC-bron na-ijling dosering van de onvolledige denitificatie plaats. concentraties boven de 15 mg/l is de begrensd met als gevolg een onvolledige een maximum van 18.3 mg/l. Bij concentraties boven de 15 mg/l is de C-bron dosering begrensd met als gevolg een onvolledige denitrificatie denitrificatie en nitrietvorming. In afbeelding 31 is deze periode aangeduid met 1, de omzetting daalt dan en nitrietvorming. In afbeelding is deze periode aangeduid met 1,isde omzetIn afbeelding 32 is de denitrificatiecapaciteit geïllustreerd bij lagere 31 temperaturen. De opbouw van de grafiek naar bijna 10%. In de periode na 30-08-2008 vindt nog aan na-ijling van de onvolledige denitificatie plaats. hetzelfde alsting afbeelding In deze grafiek is de periode temperatuur isvindt gedaaldnog tot onder 10 oC. van de daalt31.dan naar bijna 10%. In weergegeven de periodedatnade30-08-2008 aan de na-ijling In afbeelding 32 is de denitrificatiecapaciteit geïllustreerd bij lagere temperaturen. De opbouw van de grafiek is

onvolledige denitificatie plaats. AFBEELDING 32 NITRAATOMZETTINGSRENDEMENT IN grafiek DE WINTERPERIODE VAN 4-5 KG/KG, BEDHOOGTE 1,5 M). hetzelfde als afbeelding 31. In deze is de periode(METHANOLDOSERING weergegeven dat de temperatuur is gedaald tot onder de 10 oC. 100%

AFbEELDING 32 NITRAATOmZETTINGSRENDEmENT DE WINTERPERIODE (mETHANOLDOSERING vAN 4-54-5 KG/KG, bEDHOOGTE 1,5 m) 1,5 M). AFBEELDING 32 NITRAATOMZETTINGSRENDEMENT IN DE IN WINTERPERIODE (METHANOLDOSERING VAN KG/KG, BEDHOOGTE

90% 100%

25,0

1

20,0 2

1

70% 80%

2

60% 70%

1

20,0

15,0 1

50% 60%

15,0

40% 50%

10,0

30% 40%

10,0

20% 30%

5,0

10% 20% 0% 10% 27-01-2009 0% 27-01-2009

1) Nitrietvorming tgv hoge nitraatconcentraties 2) Operationele storing 06-02-2009

16-02-2009

06-02-2009 16-02-2009 N-omzettings rendement (%) N-omzettings rendement (%)

46

1) Nitrietvorming08-03-2009 tgv hoge nitraatconcentraties 26-02-2009 18-03-2009 2) Operationele storing Datum 26-02-2009 08-03-2009 Temperatuur Datum

18-03-2009

5,0

0,0 28-03-2009 0,0 28-03-2009

Temperatuur

59 59

Temperatuur (°C) Temperatuur (°C)

80% 90% N-omzettings rendement (%) N-omzettings rendement (%)

25,0


In afbeelding 32 is de denitrificatiecapaciteit geïllustreerd bij lagere temperaturen. De opbouw van de grafiek is hetzelfde als afbeelding 31. In deze grafiek is de periode weergegeven dat de temperatuur is gedaald tot onder de 10 oC. In de weergegeven periode in afbeelding 32 zijn twee perioden geweest waarbij de ingaande NOx-N concentraties boven de 15 mg/l waren (voor 21-02-2009 en 14-3-2009 tot 16-3-2009). Het omzettingsrendement daalde op deze momenten tot bijna 0%. In deze perioden zijn hoge nitriet concentraties geconstateerd. Van 9-3 tot 11-3 heeft een storing plaatsgevonden, waardoor de installatie niet operationeel was. De verwachting was dat er een duidelijk verschil in verwijdering te zien zou zijn tussen zomer en winter, met name dat in de winter het filter meer moeite zou hebben het nitraat vergaand te verwijderen en het rendement op een lager niveau zou uitkomen. In januari 2009 daalt en komt degeweest omzetting boven de kg/m /d (periode niet de temperatuur onder de3210zijnCtwee In de weergegeven periode in afbeelding perioden waarbijniet de ingaande NOx2,5 -N concentraties boven de 15 mg/l waren (voor 21-02-2009 en32), 14-3-2009 Hettoeneemt. omzettingsrendement daalde op dezeboven de 10 weergegeven in afbeelding waar tot de16-3-2009). vracht wel Bij temperaturen momenten otot bijna 0%. In deze perioden zijn hoge nitriet concentraties geconstateerd. Van 9-3 tot 11-3 heeft een C is de omzetting aan deoperationeel vracht, bij storing plaatsgevonden, waardoor degelijk installatie niet was.lagere temperaturen is de omzetting lager dan de o

3

vracht. In deze periode is ook nitriet geconstateerd en dat betekent dat de nitraatverwijdering

De verwachting was dat er een duidelijk verschil in verwijdering te zien zou zijn tussen zomer en winter, met name dat compleet is. Het gevolghetvan de vergaand nitrietvorming is dat daarmee van de temperain de winterniet het filter meer moeite zou hebben nitraat te verwijderen en het rendementde op invloed een lager niveau 3 en komt de omzetting boven de 2,5 kg/m /d zou uitkomen. In niet januarigoed 2009 vast daalt is de te temperatuur 10 oCdat tuur stellen. onder Wel de blijkt in februari de niet nitrietvorming is gestopt en de (periode niet weergegeven in afbeelding 32), waar de vracht wel toeneemt. Bij temperaturen boven de 10 oC is de 3 (bij dan 1,5 de m vracht. bedhoogte). Deze resultaten tonen de belasting tot zelfs kg/m /dlager omzetting omzetting gelijk aan de vracht, bij lagerevolgt temperaturen is de3 omzetting In deze periode is ook nitriet geconstateerd en dat betekent dat de nitraatverwijdering niet compleet is. Het gevolg van de nitrietvorming is dat aan dat in de winter ook goede omzettingscapaciteiten haalbaar zijn. daarmee de invloed van de temperatuur niet goed vast is te stellen. Wel blijkt dat in februari de nitrietvorming is gestopt en de omzetting de belasting volgt tot zelfs 3 kg/m3/d (bij 1,5 m bedhoogte). Deze resultaten tonen aan dat in de winter ook goede omzettingscapaciteiten haalbaar zijn.

5.4 vERWIjDERING TROEbELHEID 5.4

De gemiddelde troebelheid in de aanvoer naar de filters bedroeg gemiddeld over de gehele

VERWIJDERING TROEBELHEID

onderzoeksperiode 3,6 NTU. Het gehalte aan onopgeloste bestanddelen in de afloop NBT

De gemiddelde troebelheid in de aanvoer naar de filters bedroeg gemiddeld over de gehele onderzoeksperiode bedroeg gemiddeld 11 mg/l, met een maximum van 38 mg/l. Aan troebelheid is een maxi3,6 NTU. Het gehalte aan onopgeloste bestanddelen in de afloop NBT bedroeg gemiddeld 11 mg/l, met een maximum van 38 mg/l. Aan troebelheid een maximum van 17 NTU in De de afloop NBT. De gemiddelde verwijdering mum gemetenisvan 17 NTU gemeten in de afloop NBT. gemiddelde verwijdering van troebelheid van troebelheid komt op 73% met een waarde kleiner dan 1 NTU in het filtraat. Dit verwijderingsrendement ligt hoger komt op 73% met een waarde kleiner dan 1 NTU in het filtraat. DitLeiden verwijderingsrendement dan gemeten is tijdens het demonstratieonderzoek aanvullende zuiveringstechnieken op de RWZI Zuid-West [50]. De combinatie van de juiste korrelgrootte van het dragermateriaal en de aanwezigheid van aanvullende biomassa maakt dat er ligt hoger dan gemeten is tijdens het demonstratieonderzoek zuiveringstecheen compact bed ontstaat waarbij een goede verwijdering van troebelheid mogelijk is.

nieken op de RWZI Leiden Zuid-West [50]. De combinatie van de juiste korrelgrootte van het

Bij het demonstratieonderzoek RWZI Zuid-West isvan voor biomassa continu filtratie bepaalddat dat in filtraat elke NTU dragermateriaalopen de Leiden aanwezigheid maakt erhet een compact bed toename gepaard gaat met een toename van 0,10 – 0,15 mg Ptotaal/l [50] Voor het 1-STEP® filter is een soortgelijk waarbijzoals eenweergegeven goede verwijdering troebelheid mogelijk is. om voor elke toename aan verband gevonden, in afbeelding van 33. De beschikbare data is te gering NTU een specifieke waarde in de toename aan mg Ptotaal/l of mg Portho/l vast te stellen.

ontstaat

P-totaal (ANBT) (mg/l)

AFbEELDING 33 PTOTAAL IN ANbT (bOvEN) EN FILTRAAT (ONDER) vERSUS DE TROEbELHEID vAN HET FILTRAAT (HANDmETINGEN) AFBEELDING 33 PTOTAAL IN ANBT (BOVEN) EN FILTRAAT (ONDER) VERSUS DE TROEBELHEID VAN HET FILTRAAT (HANDMETINGEN)

1,8 1,6 1,4 1,2 1 0,8 0,6 0,4 0,2 0 0

2

4

6

8

10

12

14

5

6

7

Troebelheid (ANBT) (NTU)

P-totaal (FI) (mg/l)

0,8 0,7 0,6 0,5 0,4 0,3 0,2 0,1 0 0

1

2

3

4

Troebelheid (FI) (NTU)

5.5

VERWIJDERING MICROVERONTREINIGINGEN

Gedurende de onderzoeksperioden zijn 15 maal analyses uitgevoerd naar microverontreiniging, voor een groot deel bestaande uit genees- en bestrijdingsmiddelen.

47


Bij het demonstratieonderzoek op RWZI Leiden Zuid-West is voor continu filtratie bepaald dat in het filtraat elke NTU toename gepaard gaat met een toename van 0,10 – 0,15 mg Ptotaal/l [50] Voor het 1-STEP® filter is een soortgelijk verband gevonden, zoals weergegeven in afbeelding 33. De beschikbare data is te gering om voor elke toename aan NTU een specifieke waarde in de toename aan mg Ptotaal/l of mg Portho/l vast te stellen.

5.5 vERWIjDERING mICROvERONTREINIGINGEN Gedurende de onderzoeksperioden zijn 15 maal analyses uitgevoerd naar microverontreiniging, voor een groot deel bestaande uit genees- en bestrijdingsmiddelen. Een aantal groepen van stoffen (waaronder geneesmiddelen, bestrijdingsmiddelen, zware metalen, bacteriën en virussen en kleur) is nader onderzocht en hun verwijdering door het 1-STEP® filter is gemeten. Dat betekent dat niet alle prioritaire stoffen zijn gemeten. Deze keuze heeft te maken met het feit dat prioritaire stoffen voor de meeste RWZI’s in Nederland op de korte termijn geen problemen opleveren. In die zin wordt meer regelgeving verwacht Een aantal groepen van stoffentot (waaronder geneesmiddelen, bestrijdingsmiddelen, zware metalen, bacteriën endeze virussen met betrekking medicijnresten en hormoonverstorende stoffen. Met de keuze van ® en kleur) isstoffen nader onderzocht en hun verwijdering door het 1-STEP filter is gemeten. Dat betekent dat niet kan een indicatie worden verkregen over de verwijdering van wat mogelijk in de toe- alle prioritaire stoffen zijn gemeten. Deze keuze heeft te maken met het feit dat prioritaire stoffen voor de meeste RWZI’s komst probleemstoffen worden. in Nederland op de korte termijn geen problemen opleveren. In die zin wordt meer regelgeving verwacht met betrekking tot medicijnresten en hormoonverstorende stoffen. Met de keuze van deze stoffen kan een indicatie worden verkregen de verwijdering van wat mogelijk in de toekomst probleemstoffen worden. 5.5.1 over GENEESmIDDELEN Stoffen met een hoge logKOW-waarde worden doorgaans goed geadsorbeerd en daardoor ook GENEESMIDDELEN goed verwijderd door actief kool. De hoge logKOW-waarde geeft aan dat de stofeigenschappen Stoffen metzodanig een hogezijn logK worden met doorgaans daardoor ook goed verwijderd OW-waarde dat een adsorptie actief goed kool geadsorbeerd mogelijk is. en Een hoge waarde duidt op eendoor actief kool. De hoge logKOW-waarde geeft aan dat de stofeigenschappen zodanig zijn dat een adsorptie met actief kool stofwaarde die gemakkelijk adsorbeert. In afbeelding 34 zijnadsorbeert. de concentraties in de 34 afloop mogelijk is.a-polaire Een hoge duidt op een a-polaire stof die gemakkelijk In afbeelding zijn de NBT enafloop verwijdering van de gemeten weergegeven. concentraties in de NBT en verwijdering van degeneesmiddelen gemeten geneesmiddelen weergegeven. 5.5.1

CONCENTRATIE (ANBT) ( μg/l )

AFBEELDING 34 CONCENTRATIES EN VERWIJDERING VAN (VOOR MEER AFbEELDING 34 CONCENTRATIES EN vERWIjDERING vAN GENEESMIDDELEN GENEESmIDDELEN (vOOR mEER DETAILS, ZIEDETAILS, bIjLAGE II)ZIE BIJLAGE II) 2,5 2 1,5 1 0,5 0 0

5000

10000

15000 20000 bedvolumes gefiltreerd

25000

30000

35000

0

5000

10000

15000

25000

30000

35000

100%

Verwijdering (%)

80% 60% 40% 20% 0% -20%

20000

-40% -60% bedvolumes gefiltreerd azitromycine diclofenac (Log Kow: 0,5) metoprolol (Log Kow: 2,4)

carbamazepine (Log Kow: 2,54) erythromycine naproxen (Log Kow: 3,31)

clarithromycine lidocaine sulfamethoxazol (Log Kow: 0,89)

De grafiek laat zien dat er een groot verschil aan verwijdering per stof is en dat deze ligt tussen de 31 en 82% bij een gefiltreerd bedvolume van 4.600 (4 maanden) en tussen de 0 en 21% bij een gefiltreerd bedvolume van 32.000 (standtijd van 11 maanden), afhankelijk van de stofeigenschappen (o.a. logKOW-waarde). De resultaten laten een duidelijk effect zien van de standtijd op het verwijderingsrendement van een geneesmiddel. Er kan dan ook niet gesproken worden van een gemiddeld verwijderingsrendement per geneesmiddel. Er zijn duidelijke verschillen te zien 48 tussen de verwijderingsrendementen van de verschillende geneesmiddelen, met name naproxen en metoprolol. Naproxen wordt bij de tweede meting nog voor 67% verwijderd, maar in de vierde meting wordt geen verwijdering gemeten. De volgende meting laat dan wel weer een verwijdering zien en vervolgens een negatieve waarde. Deze verschillen kunnen te maken hebben met de zeer lage concentraties die gemeten worden en meestal dicht op of onder de detectiegrens liggen. Metoprolol laat een geleidelijke afname in de tijd zien. In de eerste maanden is de verwijdering bijna constant. Op grond van de hoge logKOW-waarde wordt overigens voor naproxen een betere verwijdering verwacht


De grafiek laat zien dat er een groot verschil aan verwijdering per stof is en dat deze ligt tussen de 31 en 82% bij een gefiltreerd bedvolume van 4.600 (4 maanden) en tussen de 0 en 21% bij een gefiltreerd bedvolume van 32.000 (standtijd van 11 maanden), afhankelijk van de stofeigenschappen (o.a. logKOW-waarde). De resultaten laten een duidelijk effect zien van de standtijd op het verwijderingsrendement van een geneesmiddel. Er kan dan ook niet gesproken worden van een gemiddeld verwijderingsrendement per geneesmiddel. Er zijn duidelijke verschillen te zien tussen de verwijderingsrendementen van de verschillende geneesmiddelen, met name naproxen en metoprolol. Naproxen wordt bij de tweede meting nog voor 67% verwijderd, maar in de vierde meting wordt geen verwijdering gemeten. De volgende meting laat dan wel weer een verwijdering zien en vervolgens een negatieve waarde. Deze verschillen kunnen te maken hebben met de zeer lage concentraties die gemeten worden en meestal dicht op of onder de detectiegrens liggen. Metoprolol laat een geleidelijke afname in de tijd zien. In de eerste maanden is de verwijdering bijna constant. Op grond van de hoge logKOWwaarde wordt overigens voor naproxen een betere verwijdering verwacht (vergelijkbaar met die voor metropolol), maar dit treedt niet op. Voor het grillig verloop en de negatieve verwijdering bij de laatste meting is geen verklaring gevonden. Dit kan, zoals eerder opgemerkt, te maken hebben met de lage concentraties waarin gemeten wordt. De metingen laten overigens wel duidelijk zien dat er verwijdering van geneesmiddelen plaats vindt en dus een reductie van de lozing optreedt. De concentraties aan geneesmiddelen in het filtraat volgen het patroon van die in de afloop van de nabezinktanks (zie ook bijlage II). Afhankelijk van de stofeigenschappen zal er een bepaald percentage verwijderd worden. 5.5.2 bESTRIjDINGSmIDDELEN De bestrijdingsmiddelen zijn meermalen bemonsterd en geanalyseerd. De resultaten bleken voor een groot deel niet goed bruikbaar. Dat heeft te maken met het feit dat de bestrijdingsmiddelen in zeer lage concentraties worden gemeten en de gevonden concentraties vaak onder of maar net boven de detectiegrens liggen. De verwijderingsrendementen van een en de gevonden concentraties vaak onder ofwelke maar net boven detectiegrensliggen liggen.zijn De verwijderingsrendementen aantal bestrijdingsmiddelen boven de de detectiegrens in afbeelding 35 weer- van een aantal bestrijdingsmiddelen welke boven de detectiegrens liggen zijn in afbeelding 35 weergegeven voor de afloop voor de overige afloop NBT en het filtraat NBT en hetgegeven filtraat (zie voor meetwaarden bijlage (zie II). voor overige meetwaarden bijlage II).

Concentratie (µg/l)

35 vERWIjDERING vAN bESTRIjDINGSmIDDELEN (vOOR mEER DETAILS, ZIE bIjLAGE II)BIJLAGE II) AFBEELDINGAFbEELDING 35 VERWIJDERING VAN BESTRIJDINGSMIDDELEN (VOOR MEER DETAILS, ZIE

0,35 0,3 0,25 0,2 0,15 0,1 0,05 0 0

5000

10000


25000

30000

35000

Diethyltoluamide ANBT

Imidacloprid ANBT

Propoxur ANBT

Isoproturon ANBT

Diethyltoluamide FI

Imidacloprid FI

Propoxur FI

Isoproturon FI

Verwijdering (%)

100% 80% 60% 40% 20% 0% 0

5000 Diethyltoluamide

10000

15000 20000 bedvolumes gefiltreerd Imidacloprid

25000 Propoxur

30000

35000

Isoproturon

Geen meetdata weergegeven bij afwezigheid meetwaarde of meetwaarde onder de detektiegrens.

49

De grafiek laat zien dat een verwijdering van meer dan 50% mogelijk is voor drie van de getoonde bestrijdingsmiddelen. Het verwijderingsrendement neemt af in de loop van de tijd. Dit zou kunnen duiden op een afname in de adsorptie van het actief kool. De resultaten laten zien dat met actief kool bestrijdingsmiddelen kunnen worden verwijderd. 5.5.3

ZWARE METALEN


De grafiek laat zien dat een verwijdering van meer dan 50% mogelijk is voor drie van de getoonde bestrijdingsmiddelen. Het verwijderingsrendement neemt af in de loop van de tijd. Dit zou kunnen duiden op een afname in de adsorptie van het actief kool. De resultaten laten zien dat met actief kool bestrijdingsmiddelen kunnen worden verwijderd. 5.5.3 ZWARE mETALEN Van zware metalen is bekend dat een aantal ook in een actiefslibsysteem worden verwijderd, bijvoorbeeld koper. Deze metalen zullen ook in een biologisch bedreven filter voor een deel worden verwijderd (filtratie) dan wel opgenomen in de biomassa. Voor actief kool geldt dat opgeloste zware metalen niet worden geadsorbeerd, maar dat dit wel het geval kan zijn voor verbindingen met zware metalen. Er zijn voor koper, nikkel en zink metingen verricht aan de verwijdering van deze metalen. Daarbij is geanalyseerd voor zowel het totaal als het opgeloste deel van het zware metaal. In de volgende afbeeldingen zijn de concentraties aan koper, nikkel en zink in afloop NBT en filtraat weergegeven, alsmede de verwijdering ervan. 36 CONCENTRATIES EN vERWIjDERING vANTOTAAL TOTAAL ENEN OPGELOST KOPER KOPER. AFBEELDINGAFbEELDING 36 CONCENTRATIES EN VERWIJDERING VAN OPGELOST

Concentratie (μg/l)

14 12 10 8 6 4 2 0 0

5000

Verwijdering (%)

Cu (Totaal, ANBT) Cu (Totaal, Filtraat) MTR (Cu) (geen FHI-normering)

100% 80% 60% 40% 20% 0% -20% 0 5000 -40% -60% -80% -100% Cu (Opgelost) Cu (Totaal)

10000

15000

20000

25000

30000

35000

25000

30000

35000

bedvolumes gefiltreerd

10000

15000

20000


In de bovenste grafiek zijn de concentraties weergegeven voor het totaal gehalte aan koper. In de onderste grafiek is de de de bovenste grafiek zijnfractie de concentraties voor het totaal aan verwijderingIn voor opgeloste en totale weergegeven.weergegeven Dat laatste is interessant omdat gehalte normering in koper. kader van de KRW kan gaan gelden voor de opgeloste fractie. De verwijdering varieert van 23 tot 85% voor totaal In de onderste grafiek is de verwijdering voor de opgeloste en totale fractie weergegeven. met Dat een gemiddelde van 53%. Voor de opgeloste fractie is dit respectievelijk 7% tot 70% en 33%, waarbij in ogenschouw moet laatste is interessant omdat normering in kader van de KRW kan gaan gelden voor de opgeworden genomen dat ook negatieve waarden voor verwijdering zijn gevonden. Toch kan worden gesteld dat met actief loste fractie. De verwijdering tot na 85%hetvoor een gemiddelde van kool een aanzienlijke verwijdering van kopervarieert mogelijkvan is 23 en dat filtertotaal wordtmet voldaan aan de MTR-waarde oppervlaktewater (< 3,8 µg/l totaaliskoper [53]). 53%. voor Voorkoper de opgeloste fractie dit respectievelijk 7% tot 70% en 33%, waarbij in ogenschouw

moet worden genomen dat ook negatieve waarden voor verwijdering zijn gevonden. Toch kan

AFBEELDING 37 CONCENTRATIES EN VERWIJDERING VAN TOTAAL EN OPGELOST NIKKEL.

worden gesteld dat met actief kool een aanzienlijke verwijdering van koper mogelijk is en dat


25

na het filter wordt voldaan aan de MTR-waarde oppervlaktewater voor koper (< 3,8 µg/l totaal

20

koper [53]).

15 10 5 0

50 0

5000

ie (μg/l)

Ni (Totaal, ANBT) Ni (Totaal, Filtraat) FHI (Ni)

100% 80% 60% 40% 20%

10000

15000

20000


25000

30000

35000

In de bovenste grafiek zijn de concentraties weergegeven voor het totaal gehalte aan koper. In de onderste grafiek is de verwijdering voor de opgeloste en totale fractie weergegeven. Dat laatste is interessant omdat normering in kader van de KRW kan gaan gelden voor de opgeloste fractie. De verwijdering varieert van 23 tot 85% voor totaal met een gemiddelde van 53%. Voor de opgeloste fractie is dit respectievelijk 7% tot 70% en 33%, waarbij in ogenschouw moet STOWA 2009-34 1-steP® filter alswaarden effluentPolisHingstecHniek worden genomen dat ook negatieve voor verwijdering zijn gevonden. Toch kan worden gesteld dat met actief kool een aanzienlijke verwijdering van koper mogelijk is en dat na het filter wordt voldaan aan de MTR-waarde oppervlaktewater voor koper (< 3,8 µg/l totaal koper [53]). AFBEELDINGAFbEELDING 37 CONCENTRATIES EN VERWIJDERING VANvAN TOTAAL OPGELOST NIKKEL. 37 CONCENTRATIES EN vERWIjDERING TOTAAL EN EN OPGELOST NIKKEL


25 20 15 10 5 0 0

5000


Ni (Totaal, ANBT) Ni (Totaal, Filtraat) FHI (Ni)

100% 80% 60% 40% 20% 0% -20% 0 -40% -60% -80% -100% Ni (Opgelost) Ni (Totaal)

5000

10000

15000

20000

25000

30000

35000

25000

30000

35000


10000

15000

20000


De verwijdering aan nikkel is nihil, volgens de verwachting is. Ook een RWZI wordt nikkel matig De verwijdering aanhetgeen nikkel ook is nihil, hetgeen ook volgens deinverwachting is. Ook inmaar een RWZI verwijderd. Gezien de vele negatieve verwijderingrendementen is het berekenen van een gemiddelde niet mogelijk. Uit

wordt nikkel maar matig verwijderd. Gezien de vele negatieve verwijderingrendementen

is het berekenen van een gemiddelde niet mogelijk. Uit de metingen blijkt ook dat de concentraties voor afloop NBT en filtraat in dezelfde orde van grootte liggen, maar onder de de metingen blijkt ook dat de concentraties voorvoor afloop NBT(<en6,3 filtraat in dezelfde orde vanOok grootte maar63onder MTR-waarde oppervlaktewater nikkel µg/l totaal nikkel [53]). aanliggen, de FHI-norm de MTR-waarde oppervlaktewater voor nikkel (< 6,3 µg/l totaal nikkel [53]). Ook aan de FHI-norm van 20 µg/l [12] van voldaan. 20 µg/l [12] kan ruim worden voldaan. kan ruim worden AFbEELDING 38 CONCENTRATIES EN vERWIjDERING vAN TOTAAL EN OPGELOST ZINK ZINK. AFBEELDING 38 CONCENTRATIES EN VERWIJDERING VAN TOTAAL EN OPGELOST


100 80 60 40 20 0 0

5000


Zn (Totaal, ANBT) Zn (Totaal, Filtraat) MTR (Zn) (geen FHI-normering)

100% 80% 60% 40% 20% 0% -20% 0 -40% -60% -80% -100% Zn (Opgelost) Zn (Totaal)

5000

10000

15000

20000

25000

30000

35000

25000

30000

35000


10000

15000

20000


Voor zink geldt hetzelfde als voor nikkel. De concentraties liggen dicht bij elkaar met een enkel uitschieter. Zonder de negatieve waarden komt de gemiddelde verwijdering voor het totaal uit op zo’n 30%, zodat sprake is van een matige verwijdering aan zink. Op een viertal metingen na (van de 14) kan worden voldaan aan de MTR-waarde oppervlaktewater voor zink (< 40 µg/l totaal zink [53]).

51

5.6

BACTERIËN EN VIRUSSEN

In het kader van de zwemwaterrichtlijn is onderzocht in hoeverre de onderzochte filtratietechniek ook effectief is in de verwijdering van bacteriën. In afbeelding 39 zijn de resultaten van de metingen weergegeven in kolonie vormende eenheden per liter. De grafiek laat duidelijk zien dat er een goede verwijdering van deze bacteriën mogelijk is. De


Voor zink geldt hetzelfde als voor nikkel. De concentraties liggen dicht bij elkaar met een enkel uitschieter. Zonder de negatieve waarden komt de gemiddelde verwijdering voor het totaal uit op zo’n 30%, zodat sprake is van een matige verwijdering aan zink. Op een viertal metingen na (van de 14) kan worden voldaan aan de MTR-waarde oppervlaktewater voor zink (< 40 µg/l totaal zink [53]).

5.6 bACTERIëN EN vIRUSSEN In het kader van de zwemwaterrichtlijn is onderzocht in hoeverre de onderzochte filtratietechniek ook effectief is in de verwijdering van bacteriën. In afbeelding 39 zijn de resultaten van de metingen weergegeven in kolonie vormende eenheden per liter. De grafiek laat duidelijk zien dat er een goede verwijdering van deze bacteriën mogelijk is. De meting van 16 december laat een scherpe daling zien, maar de verwijdering herstelt zich grotendeels. Een oorzaak voor de scherpe daling is niet gevonden. AFBEELDING 39 KOLONIEVORMENDE EENHEDEN EN VERWIJDERING VAN BACTERIËN. AFbEELDING 39

KOLONIEvORmENDE EENHEDEN EN vERWIjDERING vAN bACTERIëN

100000

kve / pvd

10000 1000 100 10 1 0

5000

10000

0

5000

10000


25000

30000

35000

25000

30000

35000

Log verwijdering

3,0 2,5 2,0 1,5 1,0 0,5 0,0 15000

20000

bedvolumes gefiltreerd Intestinale Enterococcen (kve/100ml) Campylobacter spp. (kve/l)

Thermotolerante bacteriën van de Coligroep (kve/ml) F-specifieke RNA-bacteriofagen (pvd/l)

Voor de intestinale enterococcen en thermotolerante bacteriën van de Coligroep zijn normen van kracht. In afbeelding 40 zijn resultaten voor de gemeten bacteriën weergegeven in afloop NBT en FI met de geldende waarden uit de Voor de intestinale enterococcen en thermotolerante normen zwemwaterrichtlijn voor Intestinale enterococcen en thermotolerantebacteriën bacteriën van van de de Coligroep Coli-groep.zijn Tevens is logPverwijdering kiemvormende eenheden aangegeven. vanaan kracht. In afbeelding 40 zijn resultaten voor de gemeten bacteriën weergegeven in afloop

NBT en FI met de geldende waarden uit de zwemwaterrichtlijn voor Intestinale enterococcen

AFBEELDING 40 KVE’S EN NORMEN BACTERIËN. 10000000

en thermotolerante bacteriën van de Coli-groep. Tevens is logP-verwijdering aan kiemvormenAantal metingen: ANBT: 4

de eenheden aangegeven. FI : 5 Logverwijdering

: 0,7-0,8

Aantal metingen: ANBT: 10 FI : 10 Logverwijdering : 0,1-2,3

Aantal metingen: ANBT: 8 FI : 8 Logverwijdering : 0 -2,5

Aantal metingen: ANBT: 9 FI :9 Logverwijdering : 0,1-1,4

1000000

100000

Aantal / l

10000

1000

100

52

10

1 Intestinale Enterococcen (kve/100ml)

Thermotolerante bacteriën van de

Campylobacter spp. (kve/l)

F-specifieke RNA-bacteriofagen


F-specifieke RNA-bacteriofagen (pvd/l)

Voor de intestinale enterococcen en thermotolerante bacteriën van de Coligroep zijn normen van kracht. In afbeelding STOWA 2009-34voor 1-steP® de filter als effluentPolisHingstecHniek 40 zijn resultaten gemeten bacteriën weergegeven in afloop NBT en FI met de geldende waarden uit de zwemwaterrichtlijn voor Intestinale enterococcen en thermotolerante bacteriën van de Coli-groep. Tevens is logPverwijdering aan kiemvormende eenheden aangegeven. AFbEELDING 40 EN KvE’S EN NORmEN bACTERIëN AFBEELDING 40 KVE’S NORMEN BACTERIËN. 10000000



Aantal metingen: ANBT: 8 FI : 8 Logverwijdering : 0 -2,5

Aantal metingen: ANBT: 9 FI :9 Logverwijdering : 0,1-1,4

1000000

100000

Aantal / l

10000

1000

100

10

1 Intestinale Enterococcen (kve/100ml)

ANBT

FI

Thermotolerante bacteriën van de Coligroep (kve/ml)


F-specifieke RNA-bacteriofagen (pvd/l)

Zwemwaterrichtlijn

Zowel voor Intestinale Enterococcen als Thermotolerante bacteriën vindt verwijdering plaats, maar kan niet aan de Zowel voorworden Intestinale Enterococcen als Thermotolerante vindt ® filter geeft nogverwijdering wel een extraplaats, reductie maar zwemwaterrichtlijn voldaan. De nabehandeling met het 1-STEPbacteriën ® maar kan niet aan de zwemwaterrichtlijn worden voldaan. De nabehandeling geen absolute zekerheid met betrekking tot het voldoen aan de richtlijn. Overigens zijn deze met eisenhet niet1-STEP van toepassing op de lozing van de RWZI Horstermeer. filter geeft nog wel een extra reductie maar geen absolute zekerheid met betrekking tot het voldoen aan de richtlijn. Overigens zijn deze eisen niet van toepassing op de lozing van de RWZI Horstermeer.

65 5.7 KLEURvERWIjDERING EN EXTINCTIEbEPALING In afbeelding 41 staan de resultaten weergegeven van de kleur en extinctiebepaling bij 254 nm van de afloop NBT en het filtraat van het 1-STEP® filter. De bepaling van de kleurverwijdering is niet van belang voor het voldoen van het effluent van de RWZI aan de lozingseisen. De analyses zijn uitgevoerd om de mogelijkheden voor hergebruik van het filtraat te onderzoeken.

53

5.7

KLEURVERWIJDERING EN EXTINCTIEBEPALING

In afbeelding 41 staan de resultaten weergegeven van de kleur en extinctiebepaling bij 254 nm van de afloop NBT en ® het filtraat van het 1-STEP filter. bepaling van de kleurverwijdering is niet van belang voor het voldoen van het STOWA 2009-34 1-steP® filter als De effluentPolisHingstecHniek effluent van de RWZI aan de lozingseisen. De analyses zijn uitgevoerd om de mogelijkheden voor hergebruik van het filtraat te onderzoeken. ® AFBEELDING AFbEELDING 41 AFNAME VIA PTCO BEPALING (PROCENTUEEL EN KWANTITATIEF) 41 KLEUREENHEDEN AFNAmE KLEUREENHEDEN vIA PTCO bEPALING (PROCENTUEEL EN KWANTITATIEF) vOOR 1-STEP® VOOR 1-STEP

PtCo getal

45 40 35 30 25 20 15 10 5 0 0

Verwijdering (%)

PtCO getal (ANBT) PtCO getal (Filtraat)

100% 80% 60% 40% 20% 0% -20% 0 -40% -60% -80% -100%

5000

10000

15000

20000

25000

30000

35000

25000

30000

35000


5000

10000

15000

20000


PtCO getal

AFBEELDING 42 AFNAME KLEUREENHEDEN VIA UV (254 NM) BEPALING (PROCENTUEEL EN KWANTITATIEF) VOOR 1-STEP® AFbEELDING 42

AFNAmE KLEUREENHEDEN vIA Uv (254 Nm) bEPALING (PROCENTUEEL EN KWANTITATIEF) vOOR 1-STEP®

0,3

UV getal

0,25 0,2 0,15 0,1 0,05 0 0

5000

Verwijdering (%)

UV bij 254 nm (ANBT) UV bij 254 nm (Filtraat)

100% 80% 60% 40% 20% 0% -20% 0 -40% -60% -80% -100%

5000

UV bij 254 nm

10000

15000

20000

25000

30000

35000

25000

30000

35000


10000

15000

20000


® het 1-STEP® filter tot 55% van het aantal kleureenheden verwijdert. De grafiek laat1-STEP zien dat filter tot 55% van het aantal kleureenheden verwijdert. De kleur van het water De grafiek laatDezien dat het wordt voor eenkleur grootvan deelhet veroorzaakt doorvoor de humuszuren die aanwezig zijn.door Hiervan is bekend dat ze water wordt een groot deel veroorzaakt de humuszuren dieadsorberen aanwezigaan ® filter worden verwijderd. Zowel voor kleur als extinctie is het actief koolzijn. en Hiervan dus in het 1-STEP ® te zien dat de is bekend dat ze adsorberen aan het actief kool en dus in het 1-STEP filter worverwijdering vanaf november afneemt en soms zelf negatief is. De kleurveroorzakende stoffen worden dus niet meer verwijderd. Zowel voor kleur als extinctie te zien dat adsorptiecapaciteit de verwijdering vanaf geadsorbeerd, den waardoor deze meting ook een indicatie wordt is voor de rest (van november het totaal aan afneemt en actief soms kool. zelf negatief De kleurveroorzakende stoffen worden dus niet meer gead-van verontreinigingen) van het Uit deze is. metingen blijkt dus dat kleurverwijdering optreedt tot een standtijd 7 maanden. sorbeerd, waardoor deze meting ook een indicatie wordt voor de rest adsorptiecapaciteit (van 66

Het verwijderen van humuszuren is van belang wanneer het 1-STEP® filter wordt gebruikt als voorbehandeling voor membraanfiltratie. Dit heeft een positieve invloed op de filtreerbaarheid van het filtraat voor opwerking naar hergebruik (zie paragraaf 7.8).

54

5.8

TOTAAL EFFLUENT BEOORDELING

Gedurende een relatief lange periode (juni 2006–november 2008) is meerdere malen een TEB-analyse uitgevoerd op het water van de afloop nabezinktank en het filtraat van het 1-STEP® filter. Op deze wijze is een beeld verkregen van de milieubezwaarlijkheid van beide stromen, en de mate van spreiding in de tijd. De resultaten van zowel de ER-Calux


het totaal aan verontreinigingen) van het actief kool. Uit deze metingen blijkt dus dat kleurverwijdering optreedt tot een standtijd van 7 maanden. Het verwijderen van humuszuren is van belang wanneer het 1-STEP® filter wordt gebruikt als voorbehandeling voor membraanfiltratie. Dit heeft een positieve invloed op de filtreerbaarheid van het filtraat voor opwerking naar hergebruik (zie paragraaf 7.8).

5.8 TOTAAL EFFLUENT bEOORDELING Gedurende een relatief lange periode (juni 2006–november 2008) is meerdere malen een TEBanalyse uitgevoerd op het water van de afloop nabezinktank en het filtraat van het 1-STEP® filter. Op deze wijze is een beeld verkregen van de milieubezwaarlijkheid van beide stromen, en de mate van spreiding in de tijd. De resultaten van zowel de ER-Calux assay als de toxiciteitstesten laten zien dat de milieu-bezwaarlijkheid van de afloop NBT en nageschakelde techniek geen aanleiding geeft voor aanvullend onderzoek. Tevens laten de testen geen consistent beeld zien; soms is de waterkwaliteit van de afloop NBT beter dan het 1-STEP® filtraat, dan weer omgekeerd. De verschillen tussen beide stromen zijn vaak klein en de resultaten van de verschillende organismen zijn niet consistent. Waarschijnlijk wordt dit veroorzaakt door de lage toxiciteit in de afloop van de nabezinktank; er is dan nog weinig te verbeteren aan de waterkwaliteit (milieubezwaarlijkheid). In afbeelding 43 zijn de resultaten van de meting weergegeven. De blanco meting is gebaseerd op bronwater uit een fles. In afbeelding 44 is de verwijdering van oestrogene activiteit weergegeven. De blanco is eenmaal in juni en eenmaal in november gemeten. Het blijkt dat bij hogere waarden een verwijdering optreedt die wel afneemt gedurende de looptijd van het filterbed. De toxiciteitsresultaten vallen in de range van normale effluentwaarden van RWZI’s, die door Deltares / RIZA sinds 2004 op deze manier meet. Een triggerwaarde van 20 keer concentreren wordt aangehouden voor verder onderzoek, dat wil zeggen bij een verdunning van minder dan 20 keer om een toxiciteit te meten, er aanvullend onderzoek nodig is. Waarden in oppervlaktewater liggen in de range van 200 keer concentreren. Onder de parameter EC50 wordt verstaan dat bij 50% van de algen, etc. remming optreedt in relatie tot de mate van concentreren/indampen. De waarde van de ER-calux zijn extreem laag ten opzichte van referentie waarden, behalve in juni 2008. De meetresultaten van juni 2008 komen overeen met normale RWZI-waarden. Deze liggen ronde de 1.000 pg/l. Bij een waarde van 5.000 pg/l oestradiol equivalenten zijn er ernstige effecten waargenomen op vispopulaties in het oppervlaktewater. Wat de reden voor de lage concentraties is, is niet bekend. Waarden in het oppervlaktewater liggen rond de 400 pg/l, met ook wel uitschieters naar 5.000 pg/l bij de lozingspunten van RWZI’s.

55

De waarde van de ER-calux zijn extreem laag ten opzichte van referentie waarden, behalve in juni 2008. De Demeetresultaten waarde van devan ER-calux zijnkomen extreem laag met ten opzichte van referentie waarden, behalve in de juni1.000 2008.pg/l. De Bij een juni 2008 overeen normale RWZI-waarden. Deze liggen ronde meetresultaten van juni 2008 komen overeen met normale RWZI-waarden. Deze liggen ronde de 1.000 pg/l. Bij een waarde van 5.000 pg/l oestradiol equivalenten zijn er ernstige effecten waargenomen op vispopulaties in het waarde vanSTOWA 5.000 pg/l oestradiol equivalenten zijn er ernstige effecten waargenomen op vispopulaties in het 2009-34 1-steP® als effluentPolisHingstecHniek oppervlaktewater. Wat defilter reden voor de lage concentraties is, is niet bekend. Waarden in het oppervlaktewater liggen oppervlaktewater. Wat de reden voor de lage concentraties is, is niet bekend. Waarden in het oppervlaktewater liggen rond de 400 pg/l, met ook wel uitschieters naar 5.000 pg/l bij de lozingspunten van RWZI's. rond de 400 pg/l, met ook wel uitschieters naar 5.000 pg/l bij de lozingspunten van RWZI's.

Daphnia Daphnia

350 350 300 300 250250 200200 150150 100100 50 50 0 0

Blanco Blanco ANBT ANBT Filtraat Filtraat

EC50 (%)

EC50 (%)

AFBEELDING 43 TOTAAL EFFLUENT BEOORDELING VAN DE AFLOOP NBT EN FILTRAAT AFBEELDINGAFbEELDING 43 TOTAAL BEOORDELING VAN DEDEAFLOOP NBT FILTRAAT 43 EFFLUENT TOTAAL EFFLUENT bEOORDELING vAN AFLOOP NbT EN EN FILTRAAT

jun-08 jun-08

jul-08jul-08

aug-08aug-08

nov-08 nov-08

Gemiddeld Gemiddeld

MicrotoxMicrotox

200200

Blanco Blanco ANBT ANBT FI FI

EC50 (%)

EC50 (%)

150150 100100 50 50 0

0

jun-08 jun-08

aug-08aug-08

nov-08 nov-08

Gemiddeld Gemiddeld

Algen

400 400 300 300 200 200 100 100 0 0

Algen

Blanco Blanco ANBT ANBT FI FI

EC50 (%)

EC50 (%)

jul-08jul-08

jun-08 jun-08

jul-08 jul-08

aug-08 aug-08

nov-08

nov-08

Gemiddeld Gemiddeld

AFBEELDING 44 OESTROGENE ACTIVITEIT VAN DE AFLOOP NBT EN FILTRAAT AFbEELDING 44 OESTROGENE ACTIvITEITVAN vAN DE DE AFLOOP NbT EN FILTRAAT AFBEELDING 44 OESTROGENE ACTIVITEIT AFLOOP NBT EN FILTRAAT

1000 1000 900 900

oestrogene activiteit (pg EEQ/l) oestrogene activiteit (pg EEQ/l)

800 800 700 700 600

600

500

500

400

400 300 300 200 200 100 100 0 0

juni-08

juni-08

juli-08

aug-08

ANBT juli-08

Filtraat

ANBT

aug-08

nov-08

nov-08

Filtraat

68

68

56


5.9 OPERATIONELE ASPECTEN 5.9

5.9.1 vERWIjDERING GEDURENDE DE FILTRATIELOOPTIjD OPERATIONELE ASPECTEN FOSFAAT vERWIjDERING 5.9.1

GEDURENDE DEvan FILTRATIELOOPTIJD Voor VERWIJDERING het bepalen van het verloop de fosfaatverwijdering in de looptijd van het filter zijn

meetresultaten van juni tot en met november 2008 gebruikt. Het 1-STEP® filter heeft in de FOSFAATperiode VERWIJDERING van juni tot en met augustus met een vaste filtratiesnelheid van 10 m/h gedraaid. Voor het bepalen van het verloop van de fosfaatverwijdering in de looptijd van het filter zijn meetresultaten van juni tot Vanaf september tot enHet met1-STEP november is het filter bedreven ® en met november 2008 gebruikt. filter heeft in de periode met van variabele juni tot enfiltratiesnelheid. met augustus metDe een vaste maximale is 12 uur,Vanaf na deze looptijdtot vindt spoeling verstopping filtratiesnelheid van looptijd 10 m/h gedraaid. september en een met grote november is hetplaats. filter Bij bedreven met variabele filtratiesnelheid. maximale looptijd is 12 uur, na deze looptijd vindt een3grote spoeling Bijspoeling verstopping van van hetDefilterbed wordt de grote spoeling vervroegd. Iedere uur vindt eenplaats. kleine het filterbed wordt de grote spoeling vervroegd. Iedere 3 uur vindt een kleine spoeling plaats. Coagulant is in deze plaats. Coagulant is in deze periode gedoseerd met een Me/Portho verhouding van 4 of 5. periode gedoseerd met een Me/Portho verhouding van 4 of 5. AFbEELDING 45

vERLOOP vAN DE ORTHOFOSFAAT EN DE TOTAAL FOSFAATCONCENTRATIE IN HET FILTRAAT GEDURENDE EEN LOOPTIjD vAN 12 UUR NA

AFBEELDING 45 VERLOOP VAN DE ORTHOFOSFAAT EN DE TOTAAL FOSFAATCONCENTRATIE IN HET FILTRAAT GEDURENDE EEN LOOPTIJD EENNA GROTE SPOELING (GEmIDDELDE vAN(GEMIDDELDE CIRCA 300 mETINGEN) VAN 12 UUR EEN GROTE SPOELING VAN CIRCA 300 METINGEN) 0,150


0,125

0,100

0,075

0,050

0,025

0,000 0:00

3:00

6:00

9:00

12:00 Looptijd (hh:mm)

P-ortho FI

P-totaal FI

In afbeelding 45 zijn de gemiddelde (circa 300 meetpunten) voor orthofosfaat en totaal fosfaat in het filtraat gedurende de looptijd weergegeven. gebieden aan binnen welk zijn In afbeelding 45 De zijngearceerde de gemiddelde (circageven 300 meetpunten) voor tijdsinterval orthofosfaatdeenkleine totaal spoelingen fosfaat uitgevoerd. De gemiddelde totaal fosfaatconcentratie schommelt tussen de 0,075 mg/l en 0,11 mg/l. Dit zijn minimale in het gedurende de looptijd gebieden geven aan binnen verschillen, maarfiltraat er is wel een duidelijk patroonweergegeven. zichtbaar. Na De eengearceerde grote spoeling, aan het begin van de looptijd is welk tijdsinterval de kleine spoelingen zijn uitgevoerd. De gemiddelde totaal fosfaatconcengedurende 50 minuten een verhoogde orthofosfaaten totaal fosfaatconcentratie zichtbaar. Tot de volgende kleine spoeling neemt orthofosfaat en dede totaal fosfaatconcentratie toe,Dit vooral de derde spoeling. Vanaf eener looptijd van tratie de schommelt tussen 0,075 mg/l en 0,11 mg/l. zijnna minimale verschillen, maar is 7 uur nemen de orthofosfaaten totaal fosfaatconcentratie in het filtraat toe. Deze toename herstelt gedeeltelijk na de wel een duidelijk patroon zichtbaar. Na een grote spoeling, aan het begin van de looptijd is kleine spoeling bij een looptijd van 9 uur om vervolgens weer toe te nemen. gedurende 50 minuten een verhoogde orthofosfaaten totaal fosfaatconcentratie zichtbaar. STIKSTOFTot VERWIJDERING de volgende kleine spoeling neemt de orthofosfaat en de totaal fosfaatconcentratie toe, Voor het vooral bepalenna van verloop van deVanaf nitraatverwijdering in de7looptijd van het zijn meetresultaten van juni tot dehet derde spoeling. een looptijd van uur nemen de filter orthofosfaaten totaal fosen met november 2008 gebruikt. Het 1-STEP® filter heeft in de periode van juni tot en met augustus met een vaste faatconcentratie in het filtraat Deze toename herstelt gedeeltelijk na de kleine spoelingbedreven ® filtratiesnelheid van 10 m/h gedraaid. Vanaftoe. september is het 1-STEP filter met variërende filtratiesnelheden bij een 9 uur om weerlooptijd toe te nemen. (10 – 15 m/h). Delooptijd looptijdvan is ingesteld opvervolgens 12 uur, na deze vindt automatisch een grote spoeling plaats, iedere drie uur vindt een kleine spoeling plaats.

In afbeelding 46 is de gemiddelde (circa 300 meetpunten) NOx-N concentratie in het filtraat gedurende de looptijd weergegeven. De gearceerde gebieden geven aan binnen welke tijdsinterval de kleine spoelingen zijn uitgevoerd. De NOx-N concentratie in het filtraat geeft alleen in de eerste 3 uur na een grote spoeling en tegen het einde van de filtratie een oplopende waarde, namelijk tot 1,3 mg/l in vergelijking tot gemiddeld 1,1 mg/l tijdens de resterende looptijd. Na een kleine spoeling is een lichte daling in de NOx-N concentratie in het filtraat waarneembaar. De verschillen 57 zijn

69


sTiksTof verwijdering Voor het bepalen van het verloop van de nitraatverwijdering in de looptijd van het filter zijn meetresultaten van juni tot en met november 2008 gebruikt. Het 1-STEP® filter heeft in de periode van juni tot en met augustus met een vaste filtratiesnelheid van 10 m/h gedraaid. Vanaf september is het 1-STEP® filter met variërende filtratiesnelheden bedreven (10 – 15 m/h). De looptijd is ingesteld op 12 uur, na deze looptijd vindt automatisch een grote spoeling plaats, iedere drie uur vindt een kleine spoeling plaats. In afbeelding 46 is de gemiddelde (circa 300 meetpunten) NOx-N concentratie in het filtraat gedurende de looptijd weergegeven. De gearceerde gebieden geven aan binnen welke tijdsinterval de kleine spoelingen zijn uitgevoerd. De NOx-N concentratie in het filtraat geeft alleen in de eerste 3 uur na een grote spoeling en tegen het einde van de filtratie een oplopende waarde, namelijk tot 1,3 mg/l in vergelijking tot gemiddeld 1,1 mg/l tijdens de resterende looptijd. Na een kleine spoeling is een lichte daling in de NOx-N concentratie in het filtraat waarneembaar. De verschillen echterdeminimaal. De nitraatomzetting blijft gedurende voor de echter minimaal. De nitraatomzetting blijft zijn gedurende looptijd nagenoeg constant. Dit beeld is representatief gehele onderzoeksperiode. de looptijd nagenoeg constant. Dit beeld is representatief voor de gehele onderzoeksperiode. AFBEELDING 46 VERLOOP VAN DE NOX-N CONCENTRATIE IN HET FILTRAAT EN DE N-OMZETTING IN HET FILTERBED GEDURENDE EEN AFbEELDING 46 vERLOOP vAN DE NOX-N CONCENTRATIE IN HET FILTRAAT EN DE N-OmZETTING IN HET FILTERbED GEDURENDE EEN LOOPTIjD vAN 12 UUR NA EEN LOOPTIJD VAN 12 UUR NA EEN GROTE SPOELING (GEMIDDELDE CIRCA 300 METINGEN) GROTE SPOELING (GEmIDDELDE CIRCA 300 mETINGEN)

1,6

1,4

NOx-N concentratie (mg/l)

1,2

1,0

0,8

0,6

0,4

0,2

0,0 0:00

3:00

NOx-N FI

6:00

9:00


TROEBELHEID VERWIJDERING Voor het bepalen van het verloop van de troebelheid in het filtraat gedurende de looptijd van het filter zijn meetresultaten van juni verwijdering tot en met november 2008 gebruikt. Het 1-STEP® filter heeft in de periode van juni tot en met Troebelheid augustus met een vaste filtratiesnelheid van 10 m/h geopereerd. Vanaf september tot en met november is de Voor het bepalen van het verloop van de troebelheid in het filtraat gedurende de looptijd van filtratiesnelheid gevarieerd tussen de 10 en 15 m/h. De looptijd is ingesteld op 12 uur, na deze looptijd vindt een grote filter zijn meetresultaten van juni tot en met november 2008 gebruikt. Het 1-STEP® filter spoelinghet plaats. heeft in de periode van juni tot en met augustus met een vaste filtratiesnelheid van 10 m/h AFBEELDING 47 VERLOOP VAN DE TROEBELHEID IN HET FILTRAAT GEDURENDE LOOPTIJD VAN 12 UUR NA EEN GROTE geopereerd. Vanaf september tot en met novemberEEN is de filtratiesnelheid gevarieerd tussenSPOELING (CIRCA 300 METINGEN) 2,0

de 10 en 15 m/h. De looptijd is ingesteld op 12 uur, na deze looptijd vindt een grote spoeling plaats.

1,8

1,6

1,4

58 NTU

1,2

1,0

0,8

Voor het bepalen van het verloop van de troebelheid in het filtraat gedurende de looptijd van het filter zijn meetresultaten van juni tot en met november 2008 gebruikt. Het 1-STEP® filter heeft in de periode van juni tot en met augustus met een vaste filtratiesnelheid van 10 m/h geopereerd. Vanaf september tot en met november is de STOWA 2009-34 1-steP® filter als effluentPolisHingstecHniek filtratiesnelheid gevarieerd tussen de 10 en 15 m/h. De looptijd is ingesteld op 12 uur, na deze looptijd vindt een grote spoeling plaats. AFBEELDING 47 VERLOOP VAN DE TROEBELHEID IN HET FILTRAAT GEDURENDE EEN LOOPTIJD VAN 12 UUR NA EEN GROTE SPOELING (CIRCA 300 METINGEN) AFbEELDING 47 vERLOOP vAN DE TROEbELHEID IN HET FILTRAAT GEDURENDE EEN LOOPTIjD vAN 12 UUR NA EEN GROTE SPOELING (CIRCA 300 mETINGEN) 2,0

1,8

1,6

1,4

NTU

1,2

1,0

0,8

0,6

0,4

0,2

0,0 0:00

3:00

6:00

9:00


NTU FI

In afbeelding 47 is de gemiddelde troebelheid (circa 300 meetpunten) in het filtraat gedurende de looptijd weergegeven. De gearceerde gebieden geven aan binnen welke tijdsintervallen de kleine spoelingen zijn uitgevoerd. Gedurende de filtratielooptijd neemt de troebelheid niet toe. 5.9.2 UITLOGING vAN DE KOOL Op 29 april 2008 is het filterbed vervangen. Voor het opstarten van de installatie is het filterbed enkele dagen gespoeld om fijne kooldeeltjes en fosfaat dat de kool bevat uit te spoelen. Op 7 mei 2008 is opgestart met een filtratiedebiet van 8,3 m3/h met C-brondosering en PAX11 dosering. Het verloop van de fosfaatconcentraties in het filtraat zijn voor de periode 8 mei tot en met 16 mei 2008 weergegeven in afbeelding 48. De afbeelding laat zien dat de eerste dagen na de opstart een verhoogde concentratie totaal fosfaat en orthofosfaat in het filtraat meetbaar is. Na ongeveer een week is het effect van de uitloging niet meer zichtbaar. Dit is te zien doordat de totaal fosfaatconcentratie en de orthofosfaatconcentratie in het filtraat niet langer dalen.

59

70

Op 29 april 2008 is het filterbed vervangen. Voor het opstarten van de installatie is het filterbed enkele dagen gespoeld om fijne kooldeeltjes en fosfaat dat de kool bevat uit te spoelen. Op 7 mei 2008 is opgestart met een filtratiedebiet van 8,3 m3/h met C-brondosering en PAX-11 dosering. Het verloop van de fosfaatconcentraties in het filtraat zijn voor de periode 8 mei tot en met 16 mei 2008 weergegeven in afbeelding 48. De afbeelding laat zien dat de eerste dagen na de 2009-34 1-steP® filter als effluentPolisHingstecHniek opstart STOWA een verhoogde concentratie totaal fosfaat en orthofosfaat in het filtraat meetbaar is. Na ongeveer een week is het effect van de uitloging niet meer zichtbaar. Dit is te zien doordat de totaal fosfaatconcentratie en de orthofosfaatconcentratie in het filtraat niet langer dalen. AFbEELDING 48 UITLOGING vANKOOL, DE KOOL, START FILTRATIE mETMET NIEUW FILTERbED OP 7 mEI 2008 AFBEELDING 48 UITLOGING VAN DE START FILTRATIE NIEUW FILTERBED OP 7 MEI 2008 1,0

0,9

Concentratie Portho of Ptotaal (mg/l)

0,8

0,7

0,6

0,5

0,4

0,3

0,2

0,1

0,0 8-5-2008

Aantal Bedvolumes

9-5-2008

430

Portho afloop NBT

10-5-2008

530

Portho filtraat

11-5-2008

622

12-5-2008

713

13-5-2008

805

Ptotaal filtraat

14-5-2008

896

15-5-2008

988

16-5-2008

1078

Datum (dd-mm-jjjj)

5.9.3 FILTRATIE FILTRATIE VARIERENDEbOvENWATERSTAND BOVENWATERSTAND 5.9.3 bIj BIJ vARIERENDE

FiltratieFiltratie met een met lage bovenwaterstand is getest van is 3 juni tot van en met 16 juni in deze periode is in methanol een lage bovenwaterstand getest 3 juni tot 2008, en met 16 juni 2008, deze en PAX-11 gedoseerd. De bovenwaterstand is 30 cm en de filtratiesnelheid is 10 m/h. Vanaf 17 juni tot en met 4 augustus is methanol gedoseerd. De bovenwaterstand is 30gehouden. cm en deVanaf filtratiesnel2008 is periode een bovenwaterstand vanen50PAX-11 cm gebruikt, de overige instellingen zijn constant 4 augustus is de bovenwaterstand verder verhoogd naar cm vanaf dit moment uitgegaan dat ervan sprake is van heid is 10 m/h. Vanaf 17 juni tot105 en met 4 augustus 2008wordt is eenervan bovenwaterstand 50 cm vlokkenfiltratie. overige instellingen instellingen zijn zijn constant constant gehouden. resultaten voor isdedegemiddelde totaal gebruikt,Alle de overige gehouden.De Vanaf 4 augustus bovenwaterfosfaatconcentraties in het filtraat afhankelijk van de orthofosfaatconcentraties in de afloop NBT zijn weergegeven in stand verhoogd naar cm vanaf dit moment wordtper ervan uitgegaan dat er sprake afbeelding 49. verder In de afbeelding staan ook105 het aantal meetpunten weergegeven instelling en orthofosfaatconcentratie in de afloop weergegeven. De afbeelding dat de verschillen voor de totaal fosfaatconcentratie tussen is vanNBT vlokkenfiltratie. Alle overige illustreert instellingen zijn constant gehouden. De resultaten voor een hoge bovenwaterstand en lage bovenwaterstand minimaal zijn. De concentratie totaal fosfaat wordt dus niet de gemiddelde totaal fosfaatconcentraties in het filtraat afhankelijk van de orthofosfaatconbeïnvloed door het filtratie principe.

centraties in de afloop NBT zijn weergegeven in afbeelding 49. In de afbeelding staan ook het aantal meetpunten weergegeven per instelling en orthofosfaatconcentratie in de afloop NBT weergegeven. De afbeelding illustreert dat de verschillen voor de totaal fosfaatconcentratie tussen een hoge bovenwaterstand en lage bovenwaterstand minimaal zijn. De concentratie totaal fosfaat wordt dus niet beïnvloed door het filtratie principe. In afbeelding 50 en afbeelding 51 worden de gemiddelde fosfaatverwijdering door het filterbed bij lage BWS (3 metingen) en hoge BWS (4 metingen) weergegeven. In afbeelding 50 wordt de gemiddelde totaal fosfaatconcentratie op verschillende hoogtes in het filterbed getoond. Hierin is te zien dat tijdens lage BWS (rode lijn) het totaal fosfaat voornamelijk in de bovenste

65 cm wordt verwijderd. Vanaf 65 cm neemt de totaal fosfaatconcentraties nauwelijks meer af. 71 Tijdens hoge BWS (blauwe lijn) vindt de verwijdering van totaal fosfaat geleidelijker door het filterbed plaats tot 145 cm. Het verschil tussen lage en hoge BWS is klein. Wanneer de grafiek voor hoge BWS wordt verlaagd (grijze gestippelde lijn) tot dezelfde orthofosfaatconcentratie in de afloop NBT als voor lage BWS is dit verschil zichtbaar. De totaal fosfaatconcentraties in het filtraat verschillen nauwelijks, dit komt overeen met resultaten in afbeelding 49.

60


AFbEELDING 49 vERGELIjKING vAN TOTAAL FOSFAATCONCENTRATIES IN HET FILTRAAT TIjDENS HOGE bWS (LICHTbLAUWE bALKEN) EN LAGE bWS AFBEELDING 49 VERGELIJKING VAN TOTAAL FOSFAATCONCENTRATIES IN HET FILTRAAT TIJDENS HOGE BWS (LICHTBLAUWE BALKEN) EN (LICHTGELE bALKEN) LAGE BWS (LICHTGELE BALKEN) 1,0 0,9 n = 20 80 52

Concentratie Portho of Ptotaal (mg/l)

0,8 n = 69 117 76

0,7 n = 110 118 92

0,6 n= 433 380 306

0,5 n = 1781 351 1616

0,4 n= 2380 294 2842 0,3 0,2 0,1 0,0 0,3

0,4

0,5

0,6

0,7

0,8

Concentratie Portho ANBT (mg/l) Portho ANBT

Ptotaal FI (BWS 30 cm)



In afbeelding 50 en afbeelding 51 worden de gemiddelde fosfaatverwijdering door het filterbed bij lage BWS (3

AFBEELDING 50 GEMIDDELDE FOSFAATVERWIJDERING DOOR HET FILTERBED TIJDENS HOGE BWS (4 METINGEN) EN LAGE BWS (3 metingen) en hoge BWS (4 metingen) weergegeven. In afbeelding 50 wordt de gemiddelde totaal fosfaatconcentratie METINGEN)

op verschillende hoogtes in het filterbed getoond. Hierin is te zien dat tijdens lage BWS (rode lijn) het totaal fosfaat nauwelijks meer 1,2af. Tijdens hoge BWS (blauwe lijn) vindt de verwijdering van totaal fosfaat geleidelijker door het filterbed plaats tot 145 cm. Het verschil tussen lage en hoge BWS is klein. Wanneer de grafiek voor hoge BWS wordt verlaagd (grijze gestippelde lijn) tot dezelfde orthofosfaatconcentratie in de afloop NBT als voor lage BWS is dit verschil zichtbaar. De totaal fosfaatconcentraties in het filtraat verschillen nauwelijks, dit komt overeen met resultaten in afbeelding 49.

AFbEELDING voornamelijk 50 GEmIDDELDE DOOR HET FILTERbED TIjDENS bWSneemt (4 mETINGEN) EN LAGE bWS (3 mETINGEN) in deFOSFAATvERWIjDERING bovenste 65 cm wordt verwijderd. Vanaf HOGE 65 cm de totaal fosfaatconcentraties

1,0

Concentratie Ptotaal (mg/l)

0,8

0,6

0,4

0,2

0,0 Afloop NBT

BWS

25

65

105

145

165

Filtraat

-0,2 Bedhoogte (cm) Hoge BWS

Lage BWS

Hoge BWS verlaagd met 0,165 mg/l

De gemiddelde procentuele verwijdering van totaal fosfaat is weergegeven in afbeelding 51. Deze afbeelding verduidelijkt het beeld dat blijkt uit afbeelding 50. Procentueel wordt er bij lage BWS (rode lijn) meer totaal fosfaat verwijderd in de bovenlaag van het filterbed in vergelijking met een hoge BWS (blauwe lijn). De uiteindelijke procentuele verwijdering van totaal fosfaat is vrijwel gelijk. 72 AFBEELDING 51 GEMIDDELDE PROCENTUELE FOSFAATVERWIJDERING DOOR HET FILTERBED TIJDENS HOGE BWS (4 METINGEN) EN LAGE BWS (3 METINGEN) 140

tverwijdering (%)

120

100

80

61

0,2

0,0


Afloop NBT

BWS

25

65

105

145

165

Filtraat

-0,2 Bedhoogte (cm) Hoge BWS

Lage BWS

Hoge BWS verlaagd met 0,165 mg/l De gemiddelde procentuele verwijdering van totaal fosfaat is weergegeven in afbeelding 51.

Deze afbeelding verduidelijkt het beeld dat blijkt uit afbeelding 50. Procentueel wordt er bij

De gemiddelde procentuele verwijdering van totaal fosfaat is weergegeven in afbeelding 51. Deze afbeelding lagehet BWS (rode totaal fosfaat verwijderd in de bovenlaag hetlijn) filterbed in vergeverduidelijkt beeld dat lijn) blijktmeer uit afbeelding 50. Procentueel wordt er bij lage BWSvan (rode meer totaal fosfaat verwijderd in demet bovenlaag van BWS het filterbed vergelijking met een hoge BWS (blauwe lijn). Devan uiteindelijke lijking een hoge (blauweinlijn). De uiteindelijke procentuele verwijdering totaal procentuele verwijdering vangelijk. totaal fosfaat is vrijwel gelijk. fosfaat is vrijwel AFBEELDING 51 GEMIDDELDE PROCENTUELE FOSFAATVERWIJDERING DOOR HET FILTERBED TIJDENS HOGE BWS (4 METINGEN) EN LAGE AFbEELDING 51 (3 METINGEN) GEmIDDELDE PROCENTUELE FOSFAATvERWIjDERING DOOR HET FILTERbED TIjDENS HOGE bWS (4 mETINGEN) EN LAGE bWS (3 mETINGEN) BWS 140

Procentuele fosfaatverwijdering (%)

120

100

80

60

40

20

0 BWS

25

65

105

145

165

Filtraat

Bedhoogte (cm) Hoge BWS

Lage BWS

5.9.4 vARIATIE IN FILTRATIESNELHEID In afbeelding 52 zijn de orthofosfaatconcentraties in de afloop NBT weergegeven en de bijbehorende gemiddelde orthofosfaatconcentratie en totaal fosfaatconcentratie in het filtraat. De bovenste grafiek in afbeelding 52 geeft de resultaten weer verkregen bij een vaste filtratiesnelheid (10 m/h), de onderste grafiek geeft de resultaten weer bij een variërende filtratiesnelheid (10 en 15 m/h). Bij een variërende filtratiesnelheid wordt een betere fosfaatverwijdering gevon-

73

den voor orthofosfaatconcentraties van > 1,3 mg/l, maar deze uitkomst wordt waarschijnlijk veroorzaakt door het aantal metingen. Tijdens de periode met variërende filtratiesnelheden

zijn namelijk minder metingen uitgevoerd dan bij een vaste filtratiesnelheid. De getallen die weergegeven zijn per orthofosfaatconcentratie in de afloop NBT geven het aantal meetpunten weer. Gedurende het demonstratieonderzoek is gekeken naar het effect van een fluctuerende filtratiesnelheid op de verwijdering van fosfaat en nitraat en is het 1-STEP® filter bedreven met 10 (16 uur) en 15 m/h (6 uur). Voor het op en af toeren is een periode van 1 uur gehanteerd. Tijdens deze onderzoeksperiode is onderzocht in hoeverre de verwijdering van fosfaat en nitraat werd beïnvloed door veranderingen in de filtratiesnelheid en of er verandering is waar te nemen in de looptijd. In de praktijk zal een verandering van filtratiesnelheid (bijvoorbeeld bij RWA/DWA situatie) gepaard gaan met op termijn een verdunning van het water. Dit effect is in deze onderzoeksperiode niet meegenomen en deze resultaten geven daarom een overschatting van de concentraties afloop nabezinktanks (worst case benadering). De invloed van first flush is niet onderzocht. In afbeelding 53 is zowel de omzetting van NOx-N weergegeven als de concentraties in afloop NBT en het filtraat voor een aantal dagen tijdens de testen met varierende filtratiesnelheid.

62

orthofosfaatconcentratie en totaal fosfaatconcentratie in het filtraat. De bovenste grafiek in afbeelding 52 geeft de resultaten weer verkregen bij een vaste filtratiesnelheid (10 m/h), de onderste grafiek geeft de resultaten weer bij een variërende filtratiesnelheid (10 en 15 m/h). Bij een variërende filtratiesnelheid wordt een betere fosfaatverwijdering gevonden voor orthofosfaatconcentraties van > 1,3 mg/l, maar deze uitkomst wordt waarschijnlijk veroorzaakt door het STOWA 2009-34 1-steP® filter als effluentPolisHingstecHniek aantal metingen. Tijdens de periode met variërende filtratiesnelheden zijn namelijk minder metingen uitgevoerd dan bij een vaste filtratiesnelheid. De getallen die weergegeven zijn per orthofosfaatconcentratie in de afloop NBT geven het aantal meetpunten weer. AFbEELDING 52 INvLOED vARIERENDE FILTRATIESNELHEID OPOP DE DE vERWIjDERING vAN P-ORTHO AFBEELDING 52 INVLOED VARIERENDE FILTRATIESNELHEID VERWIJDERING VAN P-ORTHO

Concentratie Portho of P totaal (mg/l)

Vaste filtratiesnelheid n = 418 3092 1,6

4313

3012

1251

471

372

351

294

72

50

50

158

167

1,4 1,2 1,0 0,8 0,6 0,4 0,2 0,0 0,1

0,2

0,3

0,4

0,5

0,6

0,7

0,8

0,9

1,0

1,1

1,2

n = 468

1,6

2206

1,3

1,4

1,5

Concentratie Portho afloop NBT (mg/l)

Varierende filtratiesnelheid

Concentratie Portho of P totaal (mg/l)

55

4024

4140

996

278

154

79

35

36

25

27

34

13

18

1,4 1,2 1,0 0,8 0,6 0,4 0,2 0,0 0,1

Portho ANBT

0,2

0,3

0,4

0,5

Portho_metaal gebonden filtraat

0,6

0,7

0,8

0,9

1,0

1,1

1,2 1,3 1,4 1,5 Concentratie Portho afloop NBT (mg/l)

Ptotaal filtraat

1,5

8 6

1

4

3

2

10

NOx-N omzetting (kg N/m /dag)

fluctuerende filtratiesnelheid op de verwijdering van fosfaat en nitraat en is het 1-STEP® filter bedreven met 10 (16 uur) en 15 m/h (6 uur). Voor het op en af 53toerenNOis een periode van 1 uur Tijdens deze onderzoeksperiode is onderzocht in hoeverre de -N OmZETTING EN CONCENTRATIES bIj gehanteerd. vARIëRENDE FILTRATIESNELHEID (15/10 m/H) AFbEELDING X verwijdering van fosfaat en nitraat werd beïnvloed door veranderingen in de filtratiesnelheid en of er verandering is 3 16 waar te nemen in de looptijd. In de zal een verandering (bijvoorbeeld 15 m/h 15 m/hbij RWA/DWA 15 praktijk m/h 10 m/hvan filtratiesnelheid situatie) gepaard gaan met op termijn een verdunning van het water. Dit effect is10inm/h deze onderzoeksperiode niet 10 m/h 10 m/h 15 m/h meegenomen en deze resultaten geven daarom een overschatting van de concentraties afloop nabezinktanks (worst case 14 benadering). De invloed van first flush is niet onderzocht. In afbeelding 53 is zowel de omzetting van2,5 NOx-N weergegeven als de concentraties in afloop NBT en het filtraat voor een aantal dagen tijdens de testen met varierende filtratiesnelheid. 12 Concentratie (mg/l)

hetENdemonstratieonderzoek is gekeken naar het effect (15/10 van een AFBEELDING 53 NOXGedurende -N OMZETTING CONCENTRATIES BIJ VARIËRENDE FILTRATIESNELHEID M/H)

0,5

2

0 0 08-10-08 09-10-08 09-10-08 10-10-08 10-10-08 11-10-08 11-10-08 12-10-08 12-10-08 13-10-08 13-10-08 NOx-N ANBT (mg N/l)

NOx-N filtraat (mg N/l)

N omzetting (kg N/m3/d)

In de grafiek is goed te zien dat de verhoogde belasting niet leidt tot oplopende concentraties in het filtraat. Het filter is In staat de grafiek is goed te zien datendedeze verhoogde nietbeschikbaar. leidt tot oplopende concentraties nog steeds in vergaand te denitrificeren capaciteitbelasting is ook direct In het filtraat is wel een waar te nemen, maar dit heeft een geringe invloed op de overall verwijdering van het filter. Vooris stijging aan in NOhet x-N filtraat. Het filter is nog steeds in staat vergaand te denitrificeren en deze capaciteit fosfaat is dezelfde afhankelijk bepaald en deze is in afbeelding 54 te zien.

74

ook direct beschikbaar. In het filtraat is wel een stijging aan NOx-N waar te nemen, maar dit

heeft een geringe invloed op de overall verwijdering van het filter. AFBEELDING 54 FOSFAAT VERWIJDERING EN CONCENTRATIE VARIËRENDE FILTRATIESNELHEID (10/15 M/H)

Voor fosfaat is dezelfde

afhankelijk bepaald en deze is in afbeelding 54 te zien.

0,25

(mg/l)

0,2

15 m/h 10 m/h

15 m/h 10 m/h

15 m/h 10 m/h

15 m/h

0,05 0,045

0,035 0,03

0,15

63

0,04

3

10 m/h

g (kg P/m /dag)

0,3

0,025

In de grafiek is goed te zien dat de verhoogde belasting niet leidt tot oplopende concentraties in het filtraat. Het filter is nog steeds in staat vergaand te denitrificeren en deze capaciteit is ook direct beschikbaar. In het filtraat is wel een 1-steP® filter als effluentPolisHingstecHniek -N waar te nemen, maar dit heeft een geringe invloed op de overall verwijdering van het filter. Voor stijging aanSTOWA NOx2009-34 fosfaat is dezelfde afhankelijk bepaald en deze is in afbeelding 54 te zien. AFBEELDING 54 FOSFAAT VERWIJDERING EN CONCENTRATIE VARIËRENDE FILTRATIESNELHEID (10/15 M/H) FOSFAAT vERWIjDERING EN CONCENTRATIE vARIëRENDE FILTRATIESNELHEID (10/15 m/H)

0,3

15 m/h 10 m/h

10 m/h

15 m/h 10 m/h

15 m/h 10 m/h

15 m/h

0,045

0,25

0,04 0,035

3

0,2 Concentratie (mg/l)

0,05

fosfaat verwijdering (kg P/m /dag)

AFbEELDING 54

0,03 0,025

0,15

0,02 0,1

0,015 0,01

0,05

0,005 0 0 08-10-08 09-10-08 09-10-08 10-10-08 10-10-08 11-10-08 11-10-08 12-10-08 12-10-08 13-10-08 13-10-08 Portho ANBT (mg P/l)

Portho filtraat (mg P/l)

Ptotaal filtraat (mg P/l)

P verwijdering (kg P/m3/d)

In de grafiek zijn de concentraties weergeven van P-ortho en P-tot in het filtraat en P-ortho in afloop NBT evenals de fosfaatverwijdering. Hier is hetzelfde patroon te zien als voor NOx-N. De toename in het aangevoerde fosfaat wordt door het filter verwijderd. De concentraties in het 75 filtraat blijven op hetzelfde niveau. Het verhogen van het debiet naar het filter heeft dus geen directe invloed op de verwijdering van fosfaat en nitraat. Des te opmerkelijker omdat deze testen zijn uitgevoerd in oktober en de temperatuur van het afvalwater ronde de 15 oC ligt en dalende is. Tijdens de testen is wel sprake van oplopende bovenwaterstanden wat leidt tot kortere looptijden van zo’n 6 uur. 5.9.5 TERUGSPOELEN Het rendement van een discontinu filter wordt in hoge mate bepaald door de effectiviteit van het terugspoelen. Het terugspoelen van het 1-STEP® filter heeft drie belangrijke functies: het verwijderen van biomassa, verwijderen van zwevende stof en het verdrijven van het opgehoopte stikstofgas dat tijdens de denitrificatie ontstaat. De biomassa groeit in het filter als gevolg van het doseren van een C-bron. Om te voorkomen dat het filter dichtgroeit, dient het filter periodiek teruggespoeld te worden om het surplus aan biomassa af te voeren. Tevens worden in het bed vlokken afgevangen die zijn gevormd als gevolg van de coagulantdosering ten behoeve van de fosforverwijdering. De effectiviteit van het spoelen kan bepaald worden door de drukopbouw in het filter te monitoren en dit wordt weergegeven met een Linquistdiagram. Bij onvoldoende spoeling van het filterbed zal het drukprofiel over het bed niet op de waarde terug komen zoals die geldt voor een schoon bed. Een ‘knik’ in de druklijn van een Lindquistdiagram geeft een blokkade in het filterbed aan. Het Lindquist diagram uit afbeelding 55 geeft de verandering van het drukprofiel gedurende de looptijden bij een filtratiesnelheid van 10 m/h weer.

64

afgevangen die zijn gevormd als gevolg van de coagulantdosering ten behoeve van de fosforverwijdering. De effectiviteit van het spoelen kan bepaald worden door de drukopbouw in het filter te monitoren en dit wordt weergegeven met een Linquistdiagram. Bij onvoldoende spoeling van het filterbed zal het drukprofiel over het bed niet op de waarde terug komen zoals die geldt voor een schoon bed. Een ‘knik’ in de druklijn van een Lindquistdiagram STOWA 2009-34 1-steP® filter als effluentPolisHingstecHniek geeft een blokkade in het filterbed aan. Het Lindquist diagram uit afbeelding 55 geeft de verandering van het drukprofiel gedurende de looptijden bij een filtratiesnelheid van 10 m/h weer. AFBEELDING 55 DRUKMETINGEN UITGEWERKT IN EEN LINDQUIST DIAGRAM.HYDROSTATISCHE DRUK AFbEELDING 55

DRUKmETINGEN UITGEWERKT IN EEN LINDqUIST DIAGRAm.HyDROSTATISCHE DRUK

350

300

250

Hoogte (cm)

200

150

100

50

0 0

50

100

150

200

250

300

-50 Druk (cmWK)

Looptijd: 0h (Schoonbed weerstand) Looptijd: 2h Actief kool

Looptijd: 1h Looptijd: 3h Bodemplaat

In deze is te dat er een drukopbouw gedurende devindt looptijd vindt in het die bed.voor In deze grafiek is grafiek te zien dat erzien een drukopbouw gedurende de looptijd plaats in hetplaats bed. De vervuiling deze drukopbouw zorgt, wordt door deze een grote spoeling verwijderd. Onderin filtereen ontstaat een drukopbouw en dat De vervuiling die voor drukopbouw zorgt, wordt door grotealtijd spoeling verwijderd. heeft te maken met de bodemplaat. Onderin filter ontstaat altijd een drukopbouw en dat heeft te maken met de bodemplaat.

Er zijn metingen verricht om te bepalen in hoeverre de bedbelasting van invloed is op de drukopbouw in het filterbed. weergegeven. In afbeelding 56 en afbeeldingverricht 57 zijn deze voor NOx-N en Er zijn metingen omrespectievelijk te bepalen in hoeverre deP-ortho bedbelasting van invloed is op de

drukopbouw in het filterbed. In afbeelding 56 en afbeelding 57 zijn deze respectievelijk voor NOx-N en P-ortho weergegeven. AFBEELDING 56 LINDQUIST DIAGRAM BIJ VERSCHILLENDE CONCENTRATIES AAN NO3-N (CONSTANTE PO4-P (ANBT) BIJ EEN LOOPTIJD VAN LINDqUIST DIAGRAm bIj vERSCHILLENDE CONCENTRATIES AAN NO3-N (CONSTANTE PO4-P (ANbT) bIj EEN LOOPTIjD vAN 1 ½ UUR) 1 ½ UUR AFbEELDING 56

250

76

200

hoogte (cm)

150

100

50

0 100

150

200

250

300

-50 druk (mbar) Nanbt (mg/l): 9,35 Nanbt (mg/l): 12,22

Nanbt (mg/l): 9,45 actief kool

Nanbt (mg/l): 5,41 Bodemplaat

65 AFBEELDING 57 LINDQUIST DIAGRAM BIJ VERSCHILLENDE CONCENTRATIES AAN ORTHO-P (CONSTANTE NO3-N (ANBT).

250

200


AFBEELDING 56 LINDQUIST DIAGRAM BIJ VERSCHILLENDE CONCENTRATIES AAN NO3-N (CONSTANTE PO4-P (ANBT) BIJ EEN LOOPTIJD VAN LINDqUIST DIAGRAm bIj vERSCHILLENDE CONCENTRATIES AAN ORTHO-P (CONSTANTE NO3-N (ANbT)) 1 ½ UUR AFbEELDING 57

250

200

hoogte (cm)

150

100

50

0 100

150

200

250

300

-50 druk (mbar) Nanbt (mg/l): 9,35 Nanbt (mg/l): 12,22

Nanbt (mg/l): 9,45 actief kool

Nanbt (mg/l): 5,41 Bodemplaat

AFBEELDING 57 LINDQUIST DIAGRAM BIJ VERSCHILLENDE CONCENTRATIES AAN ORTHO-P (CONSTANTE NO3-N (ANBT).

250

De metingen zijn zo uitgevoerd dat er één variabele was. Met andere woorden bij de metingen aan NOx-N was de concentratie aan P-ortho constant en omgekeerd. De grafiek voor NOx-N

200

laat vooral voor de waarde van 12,2 mg/l een afwijkende lijn zien. Te zien is dat vooral boven in het bed een blokkade aanwezig lijkt te zijn, omdat de drukval hier terugloopt, waar deze dieper in het bed voor de andere concentratielijnen te zien is. Vervolgens ligt het drukniveau

150

hoger bij deze concentratielijn. Deze meting geeft in feite weer dat bij een lagere concentratie

hoogte (cm)

aan NOx-N (en dus ook lagere belasting) er meer drukopbouw in het bed plaats vindt dan bij hogere concentraties. Hierbij is ook vastgesteld dat dit voornamelijk optreedt bij de overgang 100

van hoge naar lage concentraties aan NOx-N. Dit zou er mee te maken kunnen hebben dat biomassa ‘los laat’ bij lagere belasting en dit vervolgens tot verstopping leidt (zie ook para`

graaf 6.1.2). Er zal dan vaker gespoeld worden om het surplus aan biomaVoor P-ortho is in de 50

grafiek goed te zien dat hogere concentraties leidt tot meer druk in het bed, wat duidt op verstopping. Dit stemt overeen met de verwachting dat meer P-ortho tot meer vlokvorming leidt en deze vlokken worden afgevangen in het bed.

0 120

140

160

180

200

220

240

Het 1-STEP® filter kent twee type spoelingen:

-50

260

280

300

320

• Grote spoeling waarmee de afgevangen zwevende stof, overtollig biomassa en stikstofgas uit het filter verwijderd worden. Deze spoeling wordt zowel met water als lucht uitgevoerd (geen combinatie)

Panbt (mg/l): 0,22 Panbt (mg/l):spoeling 0,82 • Kleine

met

druk (mbar)

Panbt (mg/l): 0,26 actief kool als doel het stikstofgas

Panbt (mg/l): 0,48

Panbt (mg/l): 0,55

uitBodemplaat het bed te verdrijven dat anders de door-

stroming van het bed beperkt. Deze spoeling wordt ook wel ‘bumping cleaning’ genoemd. De metingen zijn zo uitgevoerd dat er één variabele was. Met andere woorden bij de metingen aan NOx-N was de concentratie aan P-ortho constant en omgekeerd. De grafiek voor NOx-N laat vooral voor de waarde van 12,2 mg/l een voor het onderzoek om blokkade de groteaanwezig spoelinglijkt zo in te richten datdrukval het bed afwijkendeEen lijn van zien.de Tevragen zien is dat vooral boven in het was bed een te zijn, omdat de hier terugloopt,weer waar goed deze schoon dieper ingespoeld het bed voor de en andere concentratielijnen te zien is. Vervolgens ligt het drukniveau wordt daarbij zo min mogelijk spoelwater te gebruiken. Hierbij is gevarieerd voor de spoelduur en de daarbij behorende spoelsnelheden om tot een optimum te komen voor spoelwaterverbruik en downtime van het filter. 77

66

Het 1-STEP filter kent twee type spoelingen: • Grote spoeling waarmee de afgevangen zwevende stof, overtollig biomassa en stikstofgas uit het filter verwijderd worden. Deze spoeling wordt zowel met water als lucht uitgevoerd (geen combinatie) • Kleine spoeling met als doel het stikstofgas uit het bed te verdrijven dat anders de doorstroming van het bed STOWA 2009-34 1-steP® filter als effluentPolisHingstecHniek beperkt. Deze spoeling wordt ook wel ‘bumping cleaning’ genoemd. Een van de vragen voor het onderzoek was om de grote spoeling zo in te richten dat het bed weer goed schoon gespoeld wordt en daarbij zo min mogelijk spoelwater te gebruiken. Hierbij is gevarieerd voor de spoelduur en de daarbij de testen van deeen verschillende instellingen voor het spoelprogramma zijn behorende Bij spoelsnelheden om tot optimum te komen voor spoelwaterverbruik en downtime van hetook filter.troebel-

heidsmetingen aan het waswater uitgevoerd. Deze metingen geven meer inzicht of het bed Bij de testen van de verschillende instellingen voor het spoelprogramma zijn ook troebelheidsmetingen aan het volledig schoongespoeld is na een grote spoeling. In dat geval zal er geen noemenswaardige waswater uitgevoerd. Deze metingen geven meer inzicht of het bed volledig schoongespoeld is na een grote spoeling. te meten zijn, waarden of onder de 1 NTU. 58 isIn het verloop58 In dat gevaltroebelheid zal er geen noemenswaardige troebelheidrond te meten zijn, waarden rondInofafbeelding onder de 1 NTU. afbeelding is het verloop troebelheid te te zien. vanvan dede troebelheid zien. AFBEELDING 58 RESULTATEN TROEBELHEIDSMETING BIJ TERUGSPOELEN (BASIS SPOELPROGRAMMA). AFbEELDING 58

RESULTATEN TROEbELHEIDSmETING bIj TERUGSPOELEN (bASIS SPOELPROGRAmmA)

900 800

Troebelheid Spoelwater (NTU)

700 600 500 400 300 200 100 0 0:00

1:00

2:00

3:00

4:00

5:00

6:00

7:00

8:00

9:00

10:00

11:00

12:00

13:00

14:00

Spoeltijd (minuten, spoelstappen staan aangegeven) 19-09-2008

22-09-2008

23-09-2008

In de grafiek is goed te zien dat na 5 minuten spoelen er geen troebelheid gemeten wordt en de vervuiling uit het bed is In de grafiek is goed te zien dat na 5 minuten spoelen er geen troebelheid gemeten wordt en gespoeld. de vervuiling uit het bed is gespoeld. In tabel 9 is de spoelregeling beschreven die nu als doeltreffend beschouwd wordt voor een goede reiniging van het filterbed. In tabel 9 is de spoelregeling beschreven die nu als doeltreffend beschouwd wordt voor een

goede reiniging van het filterbed. TAbEL 9

INSTELLINGEN SPOELINGEN

Fase

Spoelduur sec.

Spoelsnelheid m/h

Debiet m3/h

Spoelwaterverbruik m3

Grote spoeling met een looptijd van 12 uur 1 rust

360

2 luchtspoeling

60

3 waterspoeling

120

40

40

1,3

4 waterspoeling

300

60

60

5

5 waterspoeling

120

40

40

totaal

960

78

1,3 7,6

Kleine spoeling met een looptijd van 3 uur 1 waterspoeling

360

20

20

2

Dit spoelprogramma geeft een downtime van 4,6% en een spoelverlies van 11,9% bij een looptijd van 12 uur.

67

4 waterspoeling 5 waterspoeling Totaal

300 120 960

60 40

60 40

5 1,3 7,6

20

2


Kleine spoeling met een looptijd van 3 uur 1 waterspoeling 360 20

Dit spoelprogramma geeft59 eenisdowntime van 4,6% en eenweergegeven spoelverlies van bij eenenlooptijd 12 uur. In afbeelding een Lindquistdiagram van11,9% vlak voor direct van na een spoeling. In afbeelding 59 is een Lindquistdiagram weergegeven van vlak voor en direct na een spoeling. AFbEELDING 59 LINDqUIST DIAGRAm SPOELING AFBEELDING 59 LINDQUIST DIAGRAM VOORvOOR EN EN NANA SPOELING. 350

300

250

hoogte (cm)

200

150

100

50

0 0

50

100

150

200

250

300

350

400

-50 druk (mbar) actief kool

voor spoeling

na spoeling

bodemplaat

Om te bepalen watbepalen de schoonbedweerstand is, is de bedweerstand een spoeling bepaald. schoonbedweerstand is Om te wat de schoonbedweerstand is, is denabedweerstand na een De spoeling bepaald. daarbij gedefinieerd als de weerstand na een spoeling van een filterbed met biomassa. In afbeelding 60 is de De schoonbedweerstand is daarbij gedefinieerd als de weerstand na een spoeling van een filbedweerstand 10 minuten na een grote spoeling weergegeven voor een bedhoogte van 1,5 meter, en de bedweerstand terbed met biomassa.van In afbeelding 60 is de bedweerstand 10 minuten na een grote spoeling behorend bij een filtratiesnelheid 15 m/h. weergegeven voor een bedhoogte van 1,5 meter, en de bedweerstand behorend bij een filtratiesnelheid van 15 m/h. AFBEELDING 60 BEDWEERSTAND NA EEN GROTE SPOELING EEN FILTERBED VAN BIJ EENvAN FILTRATIESNELHEID VAN 15 M/H AFbEELDING 60 bEDWEERSTAND NA EEN GROTE SPOELING vOORVOOR EEN FILTERbED vAN 1,5 mETER bIj 1,5 EEN METER FILTRATIESNELHEID 15 m/H

90 80

Bedweerstand (mbar)

70 60 50 40

79

30 20

Bedhoogte: 1,5 meter Tijdstip: 10 min na grote spoeling Filtratiesnelheid 15 m/h

10 0 8-12-08

13-12-08

18-12-08

23-12-08

28-12-08

2-01-09

7-01-09

Datum (dd-mm-jj)

In deze afbeelding is te zien dat de bedweerstand tussen de 70 en 80 mbar schommelt. Een stijging van de 68 na een grote spoeling duidt op een langzame vervuiling van het bed, en daarmee het minder effectief zijn bedweerstand van het spoelprogramma. Voor deze situatie (bedhoogte 1,5 meter, filtratiesnelheid 15 m/h) lijkt de schoonbedweerstand rond de 70 mbar te liggen. 5.9.6

ANALYSE ACTIEF KOOL

Gedurende de onderzoeksperiode is het filterbed een aantal maal gestoken. Het bed is in de boven-, midden-, en


In deze afbeelding is te zien dat de bedweerstand tussen de 70 en 80 mbar schommelt. Een stijging van de bedweerstand na een grote spoeling duidt op een langzame vervuiling van het bed, en daarmee het minder effectief zijn van het spoelprogramma. Voor deze situatie (bedhoogte 1,5 meter, filtratiesnelheid 15 m/h) lijkt de schoonbedweerstand rond de 70 mbar te liggen. 5.9.6 ANALySE ACTIEF KOOL Gedurende de onderzoeksperiode is het filterbed een aantal maal gestoken. Het bed is in de boven-, midden-, en onderlaag bemonsterd en geanalyseerd om te bepalen in welke staat het actief kool zich bevindt. Met als doel of er indicaties zijn voor vergruizing van actief kool als gevolg van het spoelen, de mate van afname van de adsorptie en of er sprake is van toename aan biomassa. Deze laatste is een lastige bepaling en daarvoor is de methodiek ook niet specifiek bedoeld. In tabel 10 zijn de resultaten van de laatste bemonstering weergegeven. De overige metingen zijn opgenomen in de bijlagen. Dit zijn de resultaten van een bed dat was opgestart eind april 2008 (verse kool) en in maart van 2009 bemonsterd. De analyses zijn gebaseerd op de Norit Standard Test Methods en de belangrijkste resultaten om het kool te karakteriseren zijn weergegeven. TAbEL 10

ANALySES ACTIEF KOOL IN FILTERbED NA STANDTIjD vAN 11 mAAND

Analyse

Eenheid

deeltjesgrootte d50

mm

deeltjesgrootte uc deeltjesgrootte < 1,4 mm

massa %

Ball-pan hardness

%

iodine-getal

bovenlaag

middenlaag

Onderlaag

vers kool

2,4

2,6

2,7

2,6

1,3

1,3

1,3

1,2-1,3

0,7

0,1

0,0

0,2

99

99,3

99,7

95,7

700

715

750

1025

tga 100 – 500 oc

massa %

12,1

7,3

5,7

0,5

tga 500 – 900 oc

massa %

2,1

2,3

1,9

1,5

tga 100 – 900 oc

massa %

14,2

9,6

7,6

2,0

De verklaring voor de analyses zijn: • Deeltjesgrootte D50; 50% van de deeltjes hebben een grootte kleiner dan deze waarde. • Deeltjesgrootte UC (Univormiteits Coëfficiënt); Deeltjesgrootte D10/Deeltjesgrootte D60. • Deeltjesgrootte < 1,4 mm; geeft in massaprocenten weer de hoeveelheid aan deeltjes kleiner dan 1,4 mm. Een toename aan deze deeltjes duidt op vergruizing van het actief kool. • Ball-pan hardness; mate van hardheid, hoe hoger het getal hoe harder het materiaal. Test waarbij een kracht op het actief kool wordt los gelaten en deze niet in kleinere delen uiteen mag vallen dan de kleinste maat in de deeltjes grootte distributie: in dit geval 1,7 mm. Het actief kool wordt met stalen ballen in een ‘pan’ geschud voor 30 minuten en vervolgens gezeefd. • Iodine getal; mate van beschikbaarheid voor adsorptie. Iodine staat voor jodium. 500 is een ondergrens voor microverontreinigingen en lager dan 300 betekent het regeneratie van het kool. Samen met TGA bepalend voor de standtijd van het kool. Deze waarde wordt standaard dimensieloos gepresenteerd. • Therma Gravimetrical Analysis (TGA); kool in een verwarmde helium omgeving (oven). Een bepaling om de vervluchtiging van deeltjes anders dan de kool te meten bij verschillende temperatuur trajecten. Dit is een maat voor de hoeveelheid stoffen (biomassa, organische stof en geadsorbeerde stoffen) die op de kool aanwezig is.

69


• InIodine getal; mate voor adsorptie. Iodine voor jodium. 500bed is een algemene zin isvan de beschikbaarheid verwachting dat het toepassen vanstaat actief kool in een datondergrens intensief voor microverontreinigingen en lager dan 300 betekent het regeneratie van het kool. Samen met TGA bepalend wordt teruggespoeld zal vergruizen. Met als gevolg dat de kleinere delen het bed verstoppen voor de standtijd van het kool. Deze waarde wordt standaard dimensieloos gepresenteerd. risico’sGravimetrical ontstaan voor uitspoelen fijn Na een standtijd van 11 maanden blijktom de • ofTherma Analysis (TGA);van kool in materiaal. een verwarmde helium omgeving (oven). Een bepaling dat er geen sprake is van vergruizing. de te bovenlaag het filterbed is wel te zien dat vervluchtiging van deeltjes anders dan deIn kool meten bij van verschillende temperatuur trajecten. Ditdeis een maat voor de hoeveelheid stoffen envan geadsorbeerde diegrootte op de kool deeltjes in enige mate kleiner zijn(biomassa, dan in hetorganische verse koolstof (50% de deeltjes stoffen) heeft een aanwezig is. die kleiner is in vergelijking met verse kool). Hetgeen duidt op klassificatie van het bed. In de

onderlaag komen minder kleiner dan 1,4 kool mm in voor. van wordt kleineteruggespoeld deeltjes is zal In algemene zin is de verwachting datdeeltjes het toepassen van actief eenDe bedtoename dat intensief vergruizen. Met als gevolg dat de kleinere delen het bed verstoppen of risico’s ontstaan voor uitspoelen van fijn gering en geeft aan dat het bestand is tegen de spoelingen van het bed. Dat wordt ook bevesmateriaal. Na een standtijd van 11 maanden blijkt dat er geen sprake is van vergruizing. In de bovenlaag van het door de metingen aan in deenige hardheid de zijn kool.dan Deinwaarde voor ball-pan hardness is bijna filterbedtigd is wel te zien dat de deeltjes mate van kleiner het verse kool (50% van de deeltjes heeft een ongewijzigd het verse afbeelding is het verloop van deeltjes grootte gedugrootte die kleiner is inmet vergelijking metkool. verseInkool). Hetgeen61 duidt op klassificatie vandehet bed. In de onderlaag komen minder deeltjes kleiner dan 1,4weergegeven. mm voor. De toename van kleine deeltjes is gering van en geeft dat hetinbestand is tegen rende de standtijd Hierin is ook de deeltjesgrootte eenaan analyse februari de spoelingen van het bed. Dat wordt ook bevestigd door de metingen aan de hardheid van de kool. De waarde voor 2008 te zien, van het bed dat in april vervangen is. De standtijd van dit bed bedroeg 6 maanball-pan hardness is bijna ongewijzigd met het verse kool. In afbeelding 61 is het verloop van de deeltjes grootte den. De grafiek toont aanHierin dat de deeltjes grootte eerst maar de laatste gedurende de standtijd weergegeven. is ook de deeltjesgrootte vanafneemt, een analyse in februari 2008meting te zien, in van het bed dat in april vervangen is. De standtijd van dit bed bedroeg 6 maanden. De grafiek toont aan dat de grootte maart van 2009 laat zien dat deze weer toeneemt en het gemiddelde van de drie deeltjes lagen zo eerst afneemt, maar de laatste meting in maart van 2009 laat zien dat deze weer toeneemt en het gemiddelde van de drie rond de waarde van het verse kool uitkomt. Zoals al eerder gesteld is er van vergruizing niet lagen zo rond de waarde van het verse kool uitkomt. Zoals al eerder gesteld is er van vergruizing niet of nauwelijks sprake. of nauwelijks sprake. AFBEELDING 61 VERLOOP DEELTJESGROOTTE OVER DE STANDTIJD. AFbEELDING 61 vERLOOP DEELTjESGROOTTE OvER DE STANDTIjD 2,8

2,7

Deeltjesgrootte D50 (mm)

2,6

2,5

2,4

2,3

2,2

2,1

2 feb-08

mrt-08

apr-08

mei-08

jun-08

jul-08

aug-08 Boven

sep-08

Midden

okt-08

nov-08

dec-08

jan-09

feb-09

mrt-09

Onder

De TGA analyses laten zien dat er een overduidelijke toename is aan andere stoffen dan actief kool. De meting in de o C dat kanerdaarbij een indicatievetoename waarde zijn voorandere met name biomassa (actief en temperatuurszone van 100 laten tot 500 De TGA analyses zien een overduidelijke is aan stoffen dan actief een indicatie zijn voor stoffen die inactief) en organische stoffen. De temperatuurszone 500 tot 900 oC zal voornamelijk o C kan daarbij een indicatieve waarde kool.zijn De meting in deDe temperatuurszone van niet 100expliciet tot 500 genomen geadsorbeerd aan de kool. waarden dienen hierbij te worden, maar zijn richtinggevend. o zijn voor met biomassa en inactief) organische De temperatuurszone weergegeven. Daarbij valt op dat deze In afbeelding 62 zijn de name resultaten over de(actief temperatuurzone vanen 100 tot 500 C stoffen. waarde afneemt dieper in het bed wordt gemeten. De en organische stoffen zittenzijn voornamelijk voornamelijk een indicatie zijnbiomassa voor stoffen die geadsorbeerd aan de in 500 tot naarmate 900 oC zal het bovenste deel van het filterbed. Dit is wel in overeenstemming met profielmetingen die over het bed zijn uitgevoerd kool. Dedat waarden dienen explicietboven genomen te worden, maar zijn richtinggevend. voornamelijk en midden in het bed plaatsvindt (zie paragraaf 6.6). en waaruit blijkt de omzetting vanhierbij NOx-Nniet o C weergegeven. In afbeelding 62 zijn dename resultaten temperatuurzone van 100 totte500 De fosfaatverwijdering vindt met boven over in hetdebed plaats. Er is een trend waar nemen dat de hoeveelheid biomassaDaarbij en organische Dit kanafneemt te makennaarmate hebben metdieper het moment van het bed, voor of direct valt opstof dattoeneemt. deze waarde in hetvan bedsteken wordt gemeten. De biona spoeling. De monsters zijn genomen na een spoeling zodat de omstandigheden tijdens monstersname (steken van het massa zitten voornamelijk hetmbovenste filterbed. Dit bed) gelijk zijn.enInorganische december isstoffen de bedhoogte verlaagd van in 1,95 naar 1,5 deel m envan bij het gelijkblijvende NOx-N is wel overeenstemming met profielmetingen dieDat over zijn uitgevoerd waaruit verwijdering zalindat resulteren in een hogere biomassa in het bed. zouhet eenbed verklaring kunnen zijnenvoor de stijging van de TGA in omzetting januari, maarvan de NO meting in maart laat nog weer en eenmidden hogere waarde stijgende trend -N voornamelijk boven in hetzien. bed De plaatsvindt (zie kan blijktmeting dat de x dus duiden op accumulatie van biomassa (actief en inactief) en organische stof in het bed. paragraaf 6.6). De fosfaatverwijdering vindt met name boven in het bed plaats. Er is een trend

waar te nemen dat de hoeveelheid biomassa en organische stof toeneemt. Dit kan te maken

70

81


hebben met het moment van steken van het bed, voor of direct na spoeling. De monsters zijn genomen na een spoeling zodat de omstandigheden tijdens monstersname (steken van het bed) gelijk zijn. In december is de bedhoogte verlaagd van 1,95 m naar 1,5 m en bij gelijkblijvende NOx-N verwijdering zal dat resulteren in een hogere biomassa in het bed. Dat zou een verklaring kunnen zijn voor de stijging van de TGA meting in januari, maar de meting in maart laat nog weer een hogere waarde zien. De stijgende trend kan dus duiden op accumulatie van biomassa (actief en inactief) en organische stof in het bed. AFBEELDING 62 VERLOOP VAN STOFFEN DAN ACTIEF IN HET BED. AFbEELDING 62 vERLOOP vAN STOFFENANDERS ANDERS DAN ACTIEF KOOL KOOL IN HET bED

14

TGA 100 - 500 (graden Celsius)

12

10

8

6

4

2 Nieuw bed 0 feb-08

mrt-08

apr-08

mei-08

jun-08

jul-08

aug-08 Boven

sep-08

Midden

okt-08

nov-08

dec-08

jan-09

feb-09

mrt-09

Onder

In het 1-STEP® filter concept wordt er vanuit gegaan dat de adsorptie van microverontreinigingen ook kan plaatsvinden 1-STEP® filter concept wordt erBij vanuit gegaan van dat drinkwater de adsorptie vanook microverontreiniginondanksIn dehet ontwikkeling en groei van biomassa. de bereiding wordt gesproken over biologisch actief kool, de hoeveelheid biomassa in deze staat en in geen tot de biomassa die ontstaat bij genmaar ook kan plaatsvinden ondanks de toepassing ontwikkeling groeivergelijk van biomassa. Bij de bereiding ® concept is hoelang de adsorptie zou nitraatverwijdering. Een belangrijke vraag bij de ontwikkeling van het 1-STEP van drinkwater wordt ook gesproken over biologisch actief kool, maar de hoeveelheid voortduren. De analyse voor het Iodine-getal in tabel 10 is een indicatie voor de adsorptie capaciteit van het actief kool. biomassa dezewordt toepassing staat(afkomstig in geen vergelijk tot de biomassaisdie ontstaat nitraatEen ondergrens die in daarbij gehanteerd uit de drinkwaterbereiding) 500. Benedenbij deze waarde zal ® concept is van hoelang verwijdering. Een belangrijke vraag bij de ontwikkeling het 1-STEP niet of nauwelijks meer sprake zijn van adsorptie. Na een standtijd van 11van maanden blijkt dat de waarde het Iodinegetal in de de onderlaag ligt op 700, waar die in verse kool 1025 bedraagt. De rest adsorptiecapaciteit bedraagt nog zo’n adsorptie zou voortduren. De analyse voor het Iodine-getal in tabel 10 is een indicatie 40% van de uitgangswaarde. Het actief kool in het bed heeft nog adsorptiecapaciteit, maar in welke mate is op basis voor demoeilijk adsorptie van proces het actief kool. Een ondergrens daarbij wordt duidelijk. gehanteerd van de meting aan capaciteit te geven. Welk van stoftransport plaats vindtdie is nog niet geheel Het lijkt (afkomstig uit de niet drinkwaterbereiding) is 500. deze waardedezal niet of ‘passeren’ nauwelijks dat de biomassa de poriën geheel afsluit en kunnen de Beneden microverontreinigingen biomassa en nog worden geadsorbeerd. meer sprake zijn van adsorptie. Na een standtijd van 11 maanden blijkt dat de waarde van

het Iodine-getal in de onderlaag ligt op 700, waar die in verse kool 1025 bedraagt. De rest adsorptiecapaciteit bedraagt nog zo’n 40% van de uitgangswaarde. Het actief kool in het bed heeft nog adsorptiecapaciteit, maar in welke mate is op basis van de meting moeilijk aan te geven. Welk proces van stoftransport plaats vindt is nog niet geheel duidelijk. Het lijkt dat de biomassa de poriën niet geheel afsluit en kunnen de microverontreinigingen de biomassa ‘passeren’ en nog worden geadsorbeerd.

71


AFBEELDING 63 RESTCAPACITEIT ADSORPTIE AFbEELDING 63 RESTCAPACITEIT ADSORPTIE 100%

90%

restcapaciteit adsorptie (%)

80%

70%

60%

50%

40%

30% feb-08

mrt-08

apr-08

mei-08

jun-08

jul-08

aug-08 Boven

sep-08

Midden

okt-08

nov-08

dec-08

jan-09

feb-09

mrt-09

Onder

In afbeelding 63 is de afname in adsorptiecapaciteit goed te zien. Wat opvalt is dat de restcapaciteit van het in april vervangen In bedafbeelding na 6 maanden 2008) is dan het oude bed (februari 2008). zal niet maken 63 (november is de afname inhoger adsorptiecapaciteit goed te zien. WatDit opvalt is zo datzeer de te resthebben met de belasting van het bed met microverontreinigingen, maar wellicht meer met de biomassa die aanwezig is. capaciteit van het in april vervangen bed na 6 maanden (november 2008) hoger is dan het

beddie(februari zaldeniet zo zeer te maken met de van het bed in Een andereoude meting meer kan2008). zeggenDit over adsorptiecapaciteit is dehebben verwijdering vanbelasting microverontreinigingen, dit geval geneesmiddelen, zie paragraaf 5.1.4. deze grafiek is tedezien dat de die verwijdering met microverontreinigingen, maarIn wellicht meer met biomassa aanwezigvan is. alle gemeten geneesmiddelen afneemt. Een duidelijk indicatie voor de afname van de adsorptiecapaciteit is te zien in deze dalende verwijdering. De afname in de adsorptiecapaciteit komt overeen met de trend die in afbeelding 62 is te zien. Een andere meting die meer kan zeggen over de adsorptiecapaciteit is de verwijdering van microverontreinigingen, in dit geval geneesmiddelen, zie paragraaf 5.1.4. In deze grafiek is te zien dat de verwijdering van alle gemeten geneesmiddelen afneemt. Een duidelijk indicatie voor de afname van de adsorptiecapaciteit is te zien in deze dalende verwijdering. De afname in de adsorptiecapaciteit komt overeen met de trend die in afbeelding 62 is te zien.

72

83


6 eValuatie 6.1 vERWIjDERING FOSFAAT In het onderzoek met het 1-STEP® filter wordt een fosfaatverwijdering van 0,26 kg/m3 filterbed/ dag met een filtratiesnelheid van 10 m/h bereikt. Gemiddeld is de orthofosfaatverwijdering 82%. Voor orthofosfaatconcentraties in de afloop NBT tot 0,7 mg/l is het filter in staat onder de streefwaarde van 0,15 mg Ptotaal/l in het filtraat te blijven. Het filterbed is in staat variërende aanvoerconcentraties op te vangen. Tot orthofosfaatconcentraties in de afloop NBT van 1,2 mg/l zijn de fosfaatconcentraties in het filtraat stabiel onder 0,20 mg P-totaal/l in het filtraat. Bij hogere ingaande orthofosfaatconcentraties nemen de filtraatconcentraties toe met de ingaande concentratie. De verwijdering wordt dan afhankelijk van de ingaande concentratie. Tijdens een looptijd is na een grote spoeling en aan het begin van de looptijd een verhoogde orthofosfaaten totaal fosfaatconcentratie (circa 0,02 mg/l) in het filtraat meetbaar. Vanaf een looptijd van 9 uur neemt de orthofosfaaten totaal fosfaatconcentratie in het filtraat toe. Bij bedrijfsvoering met verschillende filtratiesnelheden blijkt het 1-STEP® stabiel te draaien. Het totaal fosfaat in de afloop NBT bestaat voor RWZI Horstermeer voor ongeveer 50% uit orthofosfaat. Ongeveer 30% van het totaal fosfaat is metaalgebonden fosfaat en de rest, ongeveer 20%, is “organisch” fosfaat. De som van orthofosfaat en metaalgebonden fosfaat (ongefiltreerde orthofosfaat meting) heeft een liniear verband met de totaal fosfaat concentratie in de afloop NBT. De gemiddelde vlokgrootte van het metaalgebonden fosfaat in de afloop NBT is 3,8 µm. Na dosering van PAX-11 neemt de concentratie orthofosfaat af en vindt een verschuiving plaats naar de grotere fracties. De gemiddelde vlokgrootte is in dit geval 6,6 µm. Het fosfaat in de fracties >10 µm, 10 – 5 µm en 5 – 2 µm wordt vrijwel volledig verwijderd in het filterbed. In het filtraat is de gemiddelde vlokgrootte 2,9 µm. Tijdens het onderzoek is met behulp van fosfaatverdelingen en profielmetingen gekeken naar het mechanisme van de fosfaatverwijdering. Uit de resultaten van de fosfaatverdelingen blijkt dat na dosering van coagulant een verschuiving optreedt van orthofosfaat naar metaalgebonden fosfaat, maar ook van opgelost “organisch” fosfaat naar gebonden “organisch” fosfaat. Dit wordt mogelijk veroorzaakt doordat het opgelost “organisch” fosfaat colloïdaal is of gebonden is aan colloidaal materiaal. Met profielmetingen is een duidelijk beeld verkregen van de verwijdering in het filterbed. Hierin is te zien dat metaalgebonden en gebonden “organisch” fosfaat geleidelijk door het filterbed worden afgevangen. De fractie orthofosfaat die in de bovenwaterstand niet is gebonden en het opgeloste “organisch” fosfaat worden niet verwijderd in het filterbed. Uit de uitgevoerde koolanalyse blijkt dat er niet of nauwelijks organisch fosfaat geadsorbeerd aan actief kool wordt gevonden, deze bepaling is echter vrij grof. Het lijkt er op dat alle aanwezige fosfaat, orthofosfaat moet zijn en dat de verwijdering van organisch fosfaat die waarneembaar is, wordt veroorzaakt door filtratie. Deze conclusie is specifiek voor het onderzoek op RWZI Horstermeer.

73


Temperatuur heeft geen invloed op de binding van PACl met orthofosfaat maar juist wel een grote invloed op de vlokvorming. Bij lagere temperaturen (10°C) blijven vlokken kleiner in vergelijking met hogere temperaturen (20°C). Uit de literatuur blijkt dat grote vlokken die bij hoge temperaturen worden gevormd, gemakkelijker kunnen afbreken als gevolg van een meer open structuur. Dit beeld lijkt naar voren te komen wanneer de fosfaatverwijdering van het filterbed voor verschillende temperatuursgebieden wordt beschouwd. De resultaten geven een steeds betere fosfaatverwijdering bij een hogere temperatuur, maar voor orthofosfaatconcentraties in de afloop NBT van 1,1 mg/l en 1,2 mg/l is de totaal fosfaatconcentratie bij ≥ 18°C groter dan bij 13°C ≤ T <18°C. Nader onderzoek is nodig om aan te tonen of dit wordt veroorzaakt door een eventuele open structuur van de vlokken. Met behulp van profielmetingen is geprobeerd om het probleem van fosfaatlimitatie te lokaliseren, te begrijpen en op te lossen. De minimale PO4-P/NOx-N verhouding die op RWZI Horstermeer nodig is om minimaal een nitraatverwijderding van 70 tot 80% te waarborgen is 0,06 mg/mg. Het volgen van deze PO4-P/NOx-N verhouding in de afloop NBT kan ertoe bijdragen dat omstandigheden, waarbij fosfaatlimitatie kan ontstaan, tijdig worden ontdekt. De coagulantdosering kan dan worden aangepast, zodat de PO4-P/NOx-N verhouding in de bovenwaterstand wordt verhoogd. Bij een toenemende nitraatomzetting neemt de fosfaatverwijdering in het filterbed ook toe. Dit wordt voornamelijk veroorzaakt door de extra opname van orthofosfaat door de biomassa. 6.2 vERWIjDERING STIKSTOF In het onderzoek met het 1-STEP® filter worden omzettingen tot ruim 4 kg NOx-N/m3filterbed /dag met een filtratiesnelheid van 10 m/h bereikt. Tot een concentratie van 10 mg NOx-N/l wordt zo’n 90% verwijderd en is het proces stabiel. Het filter is in staat de variaties in dit concentratiegebied voor wat betreft de verwijdering goed op te vangen. Tot temperaturen van 12 oC is directe denitrificatiecapaciteit beschikbaar. In het concentratiegebied van 10 tot 15 mg/l is het filter ook nog in staat tot 90% te verwijderen, maar is het gevoeliger voor (grote) variaties is de toevoer. Algemeen kan worden gesteld dat het filter in deze situaties nog altijd 10 mg NOx-N/l verwijdert. Bij hydraulische belastingen van 15 m/h zijn vergelijkbare resultaten bereikt, maar is er wel sprake van teruglopende looptijden als gevolg van een opsomming van factoren. Er is een duidelijke afhankelijkheid tussen de stikstofverwijdering en de looptijd van het filter. Bij een toevoer met weinig variaties in de concentratie aan nitraat zijn looptijden te bereiken van 12 uur. In die situatie is de spoeling effectief om het bed schoon te spoelen zonder dat wordt ingeleverd op de denitrificatiecapaciteit. Tijdens het onderzoek is vooral vastgesteld dat de veranderingen in de toevoer de grootste invloed hebben op de prestatie van het filter. Het gaat dan met name om een (sterke) stijging en (sterke) daling van de concentratie aan NOx-N. Gedurende een periode met variatie in filtratiesnelheid is deze relatie vastgesteld zoals uit afbeelding 64 blijkt.

74

stikstofverwijdering en de looptijd van het filter. Bij een toevoer met weinig variaties in de concentratie aan nitraat zijn looptijden te bereiken van 12 uur. In die situatie is de spoeling effectief om het bed schoon te spoelen zonder dat wordt ingeleverd op de denitrificatiecapaciteit. Tijdens het onderzoek is vooral vastgesteld dat de veranderingen in de toevoer STOWA 2009-34 hebben 1-steP® filter de grootste invloed opalsdeeffluentPolisHingstecHniek prestatie van het filter. Het gaat dan met name om een (sterke) stijging en (sterke) daling van de concentratie aan NOx-N. Gedurende een periode met variatie in filtratiesnelheid is deze relatie vastgesteld zoals uit afbeelding 64 blijkt. AFbEELDING 64 bEDWEERSTAND ALS FUNCTIEVAN vAN DE NOX-N NOX-N. AFBEELDING 64 BEDWEERSTAND ALS FUNCTIE DECONCENTRATIE CONCENTRATIE

160 140

Bedweerstand (mbar)

120

3)

100 80

2) 60

1) 40 20 0 0:00

2:24

4:48

7:12

9:36

12:00

14:24

looptijd (uur:minuten)

1) KLEINE SPOELING 2) EFFECT 15m/h -> 10 m/h 3) HOGE / LAGE NOX-N

Bedweerstand bij concentratie NOx-N laag

gem P = 0,33 mg/l gem N = 5,7 mg/l

Bedweerstand bij concentratie NOx-N hoog gem P = 0,33 mg/l

gem N = 10,2 mg/l

De grafiek laat voor een looptijd van 12 uur de opbouw van de bedweerstand zien tussen de kleine spoelingen (bumping cleaning). Deze grafiek laat duidelijk het effect zien op de bedweerstand bij hoge en lage concentraties aan De grafiek voor een looptijd opbouw de bedweerstand zien relatie laat is bepaald in de periodevan dat 12 ookuur de de invloed van van hogere filtratiesnelheden op tussen het filter zijn NOx-N. Deze onderzocht. Ook deze is in de grafiek te zien. Het effect van terugtoeren van 15 naar 10 m/h is te zien de kleine spoelingen (bumping cleaning). Deze grafiek laat duidelijk het effect zien aan op een de daling van de rode lijn na de eerste bumping cleaning. De bedweerstand loopt op, maar op het moment dat de filtratiesnelheid bedweerstand bij hoge en lage concentraties aan NOx-N. Deze relatie is bepaald in de periode wordt afgetoerd, neemt de de bedweerstand onmiddellijk af om vervolgens na bereiken van een filtratiesnelheid van datop ook invloed hogere filtratiesnelheden op het filter zijn onderzocht. in de dat bij 10 m/h weer te de lopen totdatvan de bumping cleaning weer plaatsvindt. Uit de rode lijn valt dusOok ookdeze op teismaken grafiek te van zien.15Het van terugtoeren m/h is te zien een daling van de een filtratiesnelheid m/heffect de bedweerstand hogervan ligt 15 (bijnaar een 10 hoge belasting metaan nitraat), met een verschil van zo’n 20 totrode 30 mbar (20 cm bovenwaterstand). De blauwe lijnen geven de bedweerstand bij lage concentratie aan NO xlijn na de eerste bumping cleaning. De bedweerstand loopt op, maar op het moment dat N weer. De bedweerstand neemt duidelijk sneller toe in vergelijking met de bedweerstand bij een hoge concentratie aan de filtratiesnelheid wordt afgetoerd, neemt de de bedweerstand onmiddellijk af om vervolgens NOx-N. Er is ook een ander verschil zichtbaar, namelijk dat de bedweerstand na aftoeren naar 10 m/h zo’n 30 mbar lager ligt. na bereiken van een filtratiesnelheid van 10 m/h weer op te lopen totdat de bumping cleaning weer plaatsvindt. Uit de rode lijn valt dus ook op te maken dat bij een filtratiesnelheid van Er zijn twee te noemen die hoger de effecten op de uit afbeelding 64 verklaren. Bij een toename aan 15 oorzaken m/h de bedweerstand ligt (bij eenbedweerstand hoge belasting met nitraat), met een verschil van NOx-N naar het filter zal ook de biomassa toenemen. Tijdens het onderzoek is vastgesteld dat de concentratie zelfs zo’n 20 tot 30 mbar (20 cm bovenwaterstand). De blauwe lijnen geven de bedweerstand bij lage oploopt tot (ver) boven de 15 mg NOx-N/l, wat voor de RWZI Horstermeer niet ongewoon is. De daaraan gekoppelde -N weer. De bedweerstand neemt duidelijk sneller toe in vergelijking met concentratie aanopNO C-brondosering loopt ook wat x resulteert in een toename van de biomassa met als effect teruglopende looptijden. Tegen deze is uiteindelijk spoelprogramma voor dit probleem is het -N. Er is ook De eenoplossing ander verschil zichtbaar, de situatie bedweerstand bij eengeen hogeenkel concentratie aan NOxopgewassen. begrenzennamelijk van de C-bron dosering. De C-bron dosering volgt de concentratie aan NO -N tot 15 mg/l. Daarboven blijft x dat de bedweerstand na aftoeren naar 10 m/h zo’n 30 mbar lager ligt. de C-bron dosering constant. Onder die condities is de biomassa in de hand te houden en kan het bed voldoende schoon gespoeld worden om 12 uur looptijd te waarborgen. De reden dat bij dergelijke hoge belastingen de bedweerstand lager oorzaken te noemen die de effecten op de bedweerstand uitvastgesteld. afbeeldingWel 64 veris dan bij Er eenzijn lagetwee belasting is vooralsnog onduidelijk. Het mechanisme hierachter is niet is duidelijk dat een daling van concentraties lage concentratie eenook groot heeft.toenemen. Dit treedt Tijdens ook direct naar het filter zal de effect biomassa het op. De klaren. Bijhoge een toename aan naar NO -N x

onderzoek is vastgesteld dat de concentratie zelfs oploopt tot (ver) boven de 15 mg NOx-N/l, wat voor de RWZI Horstermeer niet ongewoon is. De daaraan gekoppelde C-brondosering loopt ook op wat resulteert in een toename van de biomassa met als effect teruglopende looptijden. Tegen deze situatie is uiteindelijk geen enkel spoelprogramma opgewassen. De oplossing voor dit probleem is het begrenzen van de C-bron dosering. De C-bron dosering volgt de concentratie aan NOx-N tot 15 mg/l. Daarboven blijft de C-bron dosering constant. Onder die condities is de biomassa in de hand te houden en kan het bed voldoende schoon gespoeld worden om 12 uur looptijd te waarborgen. De reden dat bij dergelijke hoge belastingen de bedweerstand lager is dan bij een lage belasting is vooralsnog onduidelijk. Het mechanisme hierachter is

75

85


niet vastgesteld. Wel is duidelijk dat een daling van hoge concentraties naar lage concentratie een groot effect heeft. Dit treedt ook direct op. De verklaring hiervoor is dat bij een dalende belasting een deel van de biomassa inactief wordt en dit resulteert waarschijnlijk in een ‘loslaten’ van biomassa. In feite wordt daardoor een het bed met een hogere zwevende stof concentratie belast met verstopping van het bed tot gevolg. De bedweerstand zal dan snel oplopen en de looptijd neemt af omdat meer teruggespoeld dient te worden. Het ‘loslaten’ van biomassa is niet gemeten, dit kan in vervolgonderzoek aan de orde komen. In het demonstratieonderzoek aanvullende zuiveringstechnieken op de RWZI Leiden ZuidWest [34] is aangetoond dat in het temperatuursgebied van 14-18 oC al een terugval in de nitraatomzetting optreedt. Bij nog lagere temperaturen is overduidelijk een verminderde denitrificatie geconstateerd. Bij het 1-STEP® filter treedt het effect minder duidelijk op bij temperaturen boven de 12oC. Bij lagere temperaturen is wel duidelijk een mindere omzetting te zien. De vracht bedroeg in de koude periode (temperaturen beneden de 12 oC) zo’n 3 kg NOx-N/ m3 filterbed/dag (bedhoogte 1,5 m) terwijl de omzetting gemiddeld 2 kg NOx-N/ m3 filterbed/ dag bedroeg. Er wordt dus zo’n 1 kg NOx-N/ m3 filterbed/dag aan denitrificatiecapaciteit ingeleverd. In deze periode trad ook nitrietvorming (metingen tot bijna 5 mg/l zijn waargenomen) op en als gevolg daarvan is de temperatuursinvloed niet eenduidig vast te stellen. Uit profielmetingen blijkt dat na 1,50 m gemeten vanaf de bovenzijde van het bed de NOx-N verwijderd is. In de onderlaag van 35 cm vindt geen verdere verwijdering van NOx-N meer plaats. Dit correspondeert ook met de metingen die aan biomassa en organische stoffen zijn verricht. De biomassa zit voornamelijk bovenin het bed. De resultaten voor nitraatomzetting worden gerelateerd aan de bedinhoud. Om deze reden is in december 2008 is de bedhoogte verlaagd. Na verlaging van de bedhoogte loopt de omzetting in kg N/ m3 filterbed/dag daardoor op. Daarmee is ook verklaart dat de omzetting in de laatste periode (vanaf december) hoger is dan in de periode daarvoor. Op basis van de uitkomsten van het onderzoek kan voor 1-STEP® een minimale omzetting van 2 kg N/m3 filterbed/dag worden gehanteerd (winter) en een maximum van 4 kg N/m3 filterbed/dag.

6.3 vERWIjDERING TROEbELHEID De onlinemeting is gedurende het onderzoek niet altijd betrouwbaar gebleken. De bruikbare data laten wel zien dat na een spoeling geen piek aan troebelheid te zien is. Dit betekent dat het bed goed schoongespoeld wordt. Het effect van de kleine spoeling op de troebelheid is niet zichtbaar in de meetresultaten. Hoewel metingen aan het totaal fosfaatgehalte wel een effect doen vermoeden. Het fosfaatgehalte loopt gedurende de looptijd licht op en daalt vooral na de laatste kleine spoeling. Het totaal fosfaat is gerelateerd aan de zwevende stof en daarmee zou de troebelheid dus gedurende de looptijd ook een lichte toename te zien moeten geven. Dat blijkt niet uit de online data. Dit kan te maken hebben met het niet goed functioneren van de online troebelheidsmeter. Naast de onlinemeting is de troebelheid ook steekproefsgewijs gemeten. Deze metingen laten een goed verwijderingsresultaat zien. Het bed verwijdert de troebelheid tot een niveau onder de 1 NTU onafhankelijk van de ingaande troebelheidsconcentratie die tot 5 NTU kan oplopen.

76


6.4 vERWIjDERING mICROvERONTREINIGINGEN Het meten van microverontreinigingen is lastig gebleken. Voor veel stoffen geldt dat deze net rond of onder de detectiegrens liggen. Voor de stoffen die gemeten zijn, kan algemeen worden gesteld dat verwijdering plaatsvindt. Voor zowel genees- en bestrijdingsmiddelen is een verwijdering van 31 tot 82% haalbaar, afhankelijk van de stofeigenschappen. Voor zware metalen geld dat koper goed verwijderd kan worden, variërend van 23 – 85%. De verwijdering voor nikkel en zink is gering. De mate van verwijdering hangt af van de stofeigenschappen. Een belangrijke parameter is de logKOW-waarde. Is deze waarde hoog dan zal de stof, volgens de theorie, in het algemeen goed adsorberen. Uit de metingen is naar voren gekomen dat een hoge logKOW-waarde niet per definitie staat voor een goede verwijdering. Zo blijkt sulfamethoxazol beter te verwijderen zijn dan naproxen, waarbij de laatste een hoger logKOW-waarde heeft. De lokale situatie, welke stof verwijderd dient te worden op een bepaalde RWZI, zal bepalen of het 1-STEP® filter ingezet kan worden. Een stof met slechte eigenschappen voor adsorptie zal op een andere wijze verwijderd moeten worden. Daarbij kan gedacht worden aan voorbehandeling via geavanceerde oxidatie waarvan de restproducten veelal wel goed te adsorberen zijn [52]. Voor veel probleemstoffen zal overigens het 1-STEP® filter uitkomst kunnen bieden. Daarbij dient wel de standtijd in acht genomen te worden. Wanneer een goede filtratiewerking vereist is, is het 1-STEP® filter tevens zeer ges In het kader van de KRW is de opgeloste fractie aan zware metalen van belang. De normen zullen hierop gebaseerd worden. De meting van het opgeloste deel is uiterst lastig gebleken. Dat blijkt uit de resultaten en het bepalen van de verwijdering voor het totaal en opgelost deel aan zware metalen. Voor een aantal metingen komen de concentratie voor het opgelost deel hoger uit dan het totaal, wat feitelijk niet kan. Daarnaast zijn ook negatieve verwijderingsrendementen gemeten. De conclusie is dat een intensieve meetcampagne nodig is om hier meer duidelijk in te scheppen. Daar komt bij dat zware metalen niet adsorberen aan actief kool en de verwijdering gebaseerd zal zijn op complexe verbindingen. Het mechanisme is in dit onderzoek niet vastgesteld. Naast adsorptieaan kool zal ook sprake zijn van adsorptie aan biomassa zoals dat plaatsvindt in een actiefslib installatie. Een actiefslib installatie verwijdert koper doorgaans goed. De optelsom van verwijdering in de hoofdzuivering en verwijdering in het 1-STEP® zal bepalen of voldaan kan worden aan eisen die mogelijk gesteld worden aan zware metalen.

6.5 bACTERIëN EN vIRUSSEN De metingen laten zien dat er verwijdering plaatsvindt voor bacteriën en virussen. De logverwijdering van intestinale enterococcen is 0,7 tot 0,8 en voor thermotolerante bacteriën 0,1 tot 2,3. De verwijdering van de bacteriën is mogelijk met het 1-STEP® filter, maar aan de zwemwaterrichtlijn wordt niet voldaan. De bacteriën zullen voornamelijk in of aan de vlokken gebonden zijn en daarmee uit water worden verwijderd.

77

biomassa zoals dat plaatsvindt in een actiefslib installatie. Een actiefslib installatie verwijdert koper doorgaans goed. De optelsom van verwijdering in de hoofdzuivering en verwijdering in het 1-STEP® zal bepalen of voldaan kan worden aan eisenSTOWA die 2009-34 mogelijk gesteld aan zware metalen. 1-steP® filter worden als effluentPolisHingstecHniek

6.5

BACTERIËN EN VIRUSSEN

De metingen laten zien dat er verwijdering plaatsvindt voor bacteriën en virussen. De logverwijdering van intestinale 6.6 P-LImITATIE

enterococcen is 0,7 tot 0,8 en voor thermotolerante bacteriën 0,1 tot 2,3. De verwijdering van de bacteriën is mogelijk met het 1-STEP® filter, maar aan de zwemwaterrichtlijn wordt niet voldaan. De bacteriën zullen voornamelijk in of aan mINImALE PO4-P/NOX-N vERHOUDING de vlokken gebondenbENODIGDE zijn en daarmee uit water worden verwijderd.

In paragraaf 3.2.2 staat beschreven dat volgens de gevonden literatuur de minimale PO4-P/ 6.6

P-LIMITATIE

NOx-N verhouding waarbij fosfaatlimitatie optreedt verschilt. Om te bepalen wat de minimale PO4-P/NOx-N verhouding is voor de RWZI Horstermeer zijn de online gegevens gebruikt van

2008 met methanoldosering en met PAX-11 dosering. In afbeelding 65 is het verwijderingsMINIMALE BENODIGDE PO4-P/NOX-N VERHOUDING In paragraaf 3.2.2 staatuitgezet beschreven dat volgens de gevonden literatuur deDe minimale PO4-P/NO waarbij -N verhouding. rode lijnen vanx-N 70 verhouding en 80% geven de rendement tegen de PO4-P/NO x fosfaatlimitatie optreedt verschilt. Om te bepalen wat de minimale PO4-P/NOx-N verhouding is voor de RWZI bandbreedte weer waarin sprake is van P-limitatie en die corresponderen met een kritische Horstermeer zijn de online gegevens gebruikt van 2008 met methanoldosering en met PAX-11 dosering. In afbeelding -P/NOx-N verhouding in detegen range 0,02 tot mg/mgDedie benodigd inende80% afloop NBT. 65 is hetPO verwijderingsrendement uitgezet de van PO4-P/NO verhouding. rode lijnen vanis70 geven de x-N 0,06 4 in bandbreedte weer waarin is van P-limitatie en die corresponderen met een kritische PO4-P/NO x-N verhouding -N verhouGedurende hetsprake verloop van dit onderzoek is bij een kritische (minimale) PO4-P/NO x de range van 0,02 tot 0,06 mg/mg die benodigd is in de afloop NBT. Gedurende het verloop van dit onderzoek is bij ding(minimale) groter ofPO gelijk aan 0,06 mg/mg geen fosfaatlimitatie waargenomen. een kritische 4-P/NOx-N verhouding groter of gelijk aan 0,06 mg/mg geen fosfaatlimitatie waargenomen. AFBEELDING 65 MINIMALE BENODIGDE PO4-P/NO VERHOUDING OM7070 TOT VERWIJDERINGSRENDEMENT TE BEHALEN VOOR NOX-N. X-N -N AFbEELDING 65 mINImALE bENODIGDE PO -P/NO vERHOUDING Om TOT 80%80% vERWIjDERINGSRENDEmENT TE bEHALEN vOOR NO -N 4

X

X

Zoals in paragraaf 5.2 is beschreven, wordt na PAX-11 dosering circa 90% van het aanwezige orthofosfaat in de afloop NBT gebonden en vormt metaalgebonden fosfaat. Onderzoek op Leiden Zuidwest [34] heeft aangetoond dat metaalgebonden niet of 5.2 nauwelijks beschikbaar is voorna hetrotrofe houdt in dat dehet werkelijke PO4Zoals infosfaat paragraaf is beschreven, wordt PAX-11 bacteriën. doseringDit circa 90% van aanwezige P/NOx-N verhouding die het filterbed ingaat na coagulatie en flocculatie groter dan 0,006 mg/mg moet zijn. Deze orthofosfaat in de afloop NBT gebonden en vormt metaalgebonden fosfaat. Onderzoek op waarde is veel lager dan de eerder besproken literatuur waarden. Voor Leiden Zuidwest [34] is aangetoond dat de Zuidwest [34] heeft aangetoond dat metaalgebonden fosfaat niet of nauwelijks beschikminimaleLeiden PO4-P/NO x-N verhouding 0,005 mg/mg na coagulatie en flocculatie moet zijn om een minimaal verwijderingsrendement van 80 % voor NOx-N teDit halen. baar is voor hetrotrofe bacteriën. houdt in dat de werkelijke PO -P/NO -N verhouding die 4

x

het filterbed ingaat na coagulatie en flocculatie groter dan 0,006 mg/mg moet zijn. Deze waarde is veel lager dan de eerder besproken literatuur waarden. Voor Leiden Zuidwest [34] is aangetoond dat de minimale PO4-P/NOx-N verhouding 0,005 mg/mg na coagulatie en flocculatie moet zijn om een minimaal verwijderingsrendement van 80 % voor NOx-N te halen. 87

78


GEEN FOSFAATLImITATIE In de periode van juli 2008 tot en met februari 2009 zijn profielmetingen uitgevoerd om het mechanisme van fosfaatlimitatie beter te begrijpen. In afbeelding 66 is een profielmeting van 25 februari 2009 weergegeven. De CZV concentratie in het filtraat was 24,9 mg/l, er was dus GEEN FOSFAATLIMITATIE In de periode juli van 2008 en met zijn profielmetingen uitgevoerd om -N), het de mechanisme nitriet- van geenvan sprake eentottekort aanfebruari C-bron. 2009 De bovenste grafiek geeft de nitraat- (NO 3 fosfaatlimitatie beter te begrijpen. In afbeelding 66 is een profielmeting van 25 februari 2009 weergegeven. De CZV (NO -N) en de orthofosfaatconcentratie (PO -P) voor de verschillende bedhoogtes weer. In de concentratie in2het filtraat was 24,9 mg/l, er was dus geen4sprake van een tekort aan C-bron. De bovenste grafiek geeft te nitrietzien dat er2-N) geen plaatsvindt. Nitraat en fosfaat worden gelijkma(NO ennitrietvorming de orthofosfaatconcentratie (PO de nitraat- grafiek (NO3-N),isde 4-P) voor de verschillende bedhoogtes weer. In de grafiek te zien er geenverwijderd. nitrietvorming Nitraat geeft en fosfaat worden over het filterbed -P/NOgelijkmatig -N verhouding voor tig isover het dat filterbed De plaatsvindt. onderste grafiek de PO 4 x voormonsterpunt ieder monsterpunt. De waarde PO4-P/NOx-N verwijderd.ieder De monsterpunt. onderste grafiekDegeeft de PO 4-P/NO x-N verhouding -N verhouding is voor ieder boven de PO4-P/NO x verhouding is voor ieder monsterpunt boven de waarde van 0,006 mg/mg. In dit geval kan geconcludeerd worden dat van 0,006 mg/mg. In dit geval kan geconcludeerd worden dat fosfaatlimitatie niet optreedt. fosfaatlimitatie niet optreedt.

0,50


8,0

0,40

6,0

0,30 4,0 2,0

0,10

0,0

0,00 ANBT

PO4-P/NOx-N verhouding (mg/mg)

0,20

NO3-N NO2-N PO4-P

Concentratie PO4-P (mg/l)

AFbEELDING 66 PROFIELmETING ZONDER FOSFAATLImITATIE, 25 25 FEbRUARI 2009 2009 AFBEELDING 66 PROFIELMETING ZONDER FOSFAATLIMITATIE, FEBRUARI

BWS

25

65

105

145

185

FI

25

65

105

145

185

FI

0,8 0,6 0,4 0,2

PO4-P/NOx-N

0,0 ANBT

BWS

Bedhoogte (cm)

FOSFAATLIMITATIE In november 2008 is nitrietvorming in het filterbed geconstateerd. De oorzaak van deze plotselinge nitrietvorming is FOSFAATLImITATIE niet duidelijk. Er zijn profielmetingen uitgevoerd in omhet te filterbed achterhalen waar in het bed werd en om te In november 2008 is nitrietvorming geconstateerd. De nitriet oorzaak vangevormd deze plotbeoordelen of de oorzaak fosfaatlimitatie of een tekort aan methanol was. In afbeelding 67 is een profielmeting van 7 selinge nitrietvorming is niet duidelijk. Er zijn profielmetingen uitgevoerd om te achterhalen november 2008 weergegeven. De CZV concentratie in het filtraat was 26 mg/l, er was dus geen sprake van een tekort in het bed nitriet werd gevormd en om te beoordelen of de oorzaak fosfaatlimitatie of aan C-bron.waar De bovenste grafiek geeft de nitraat(NO 3-N), de nitriet- (NO2-N) en de orthofosfaatconcentratie (PO4-P) voor ieder monsterpunt. voor de verschillende weer. was. De onderste grafiek geeft POprofielmeting een tekortbedhoogtes aan methanol In afbeelding 67 isdeeen van 7 november 2008 4-P/NOx-N verhouding De bovenste grafiek laat zien dat nitraat voornamelijk in de bovenste 65 cm van het filterbed wordt weergegeven. De CZV concentratie in het filtraat was 26 mg/l, er was dus geen sprake vanverwijderd. een Orthofosfaat wordt in de bovenste 25 cm van het filterbed vrijwel volledig verwijderd. De PO4-P/NOx-N verhouding in -N), de nitriet(NO -N) en de orthotekort aan C-bron. De bovenste grafiek geeft de nitraat(NO 3 2 de bovenwaterstand is onder de waarde van 0,006 mg/mg. In de bovenwaterstand is de PO4-P/NO x-N verhouding al -P) voor de verschillende bedhoogtes weer. De onderste grafiek geeft fosfaatconcentratie lager dan 0,006 en in het filterbed(PO neemt de PO -P/NO -N verhouding verder af waardoor fosfaatlimitatie ontstaat. 4 x 4 de PO4-P/NOx-N verhouding voor ieder monsterpunt. De bovenste grafiek laat zien dat nitraat voornamelijk in de bovenste 65 cm van het filterbed wordt verwijderd. Orthofosfaat wordt in de bovenste 25 cm van het filterbed vrijwel volledig verwijderd. De PO4-P/NOx-N verhouding in de bovenwaterstand is onder de waarde van 0,006 mg/mg. In de bovenwaterstand is de PO4-P/ NOx-N verhouding al lager dan 0,006 en in het filterbed neemt de PO4-P/NOx-N verhouding verder af waardoor fosfaatlimitatie ontstaat.

79

88

concentratie in het filtraat was 24,9 mg/l, er was dus geen sprake van een tekort aan C-bron. De bovenste grafiek geeft de nitraat- (NO3-N), de nitriet- (NO2-N) en de orthofosfaatconcentratie (PO4-P) voor de verschillende bedhoogtes weer. In de grafiek is te zien dat er geen nitrietvorming plaatsvindt. Nitraat en fosfaat worden gelijkmatig over het filterbed 1-steP® grafiek filter als effluentPolisHingstecHniek verwijderd.STOWA De2009-34 onderste geeft de PO4-P/NOx-N verhouding voor ieder monsterpunt. De PO4-P/NOx-N verhouding is voor ieder monsterpunt boven de waarde van 0,006 mg/mg. In dit geval kan geconcludeerd worden dat fosfaatlimitatie niet optreedt.

0,50


8,0

0,40

6,0

0,30 4,0

0,10

0,0

0,00 ANBT


0,20

NO3-N NO2-N PO4-P

2,0


AFbEELDING 67 PROFIELmETING mETFOSFAATLIMITATIE, FOSFAATLImITATIE, 7 NOvEmbER 2008 AFBEELDING 66 PROFIELMETING ZONDER 25 FEBRUARI 2009

BWS

25

65

105

145

185

FI

25

65

105

145

185

FI

0,8 0,6 0,4 0,2

PO4-P/NOx-N

0,0 ANBT

BWS

Bedhoogte (cm)

FOSFAATLIMITATIE FOSFAATLImITATIE NIET DIRECT ZICHTbAAR In november 2008 is nitrietvorming in het filterbed geconstateerd. De oorzaak van deze plotselinge nitrietvorming is niet duidelijk. Er zijn profielmetingen uitgevoerd om waar in het bed nitriet werd gevormd en In afbeelding 68 is een profielmeting van te 23achterhalen januari 2008 weergegeven. De CZV concentratie in om te beoordelen of de oorzaak fosfaatlimitatie of een tekort aan methanol was. In afbeelding 67 is een profielmeting van 7 het filtraat was 36,5 mg/l. De bovenste grafiek geeft de nitraat- (NO -N), de nitriet- (NO2-N) en de november 2008 weergegeven. De CZV concentratie in het filtraat was 26 mg/l, er3 was dus geen sprake van een tekort -P) voor de3-N), verschillende bedhoogtes weer. Deze profiel meting de nitriet- (NO aan C-bron.orthofosfaatconcentratie De bovenste grafiek geeft (PO de nitraat(NO 4 2-N) en de orthofosfaatconcentratie (PO4-P) -P/NO verhouding ieder monsterpunt. voor de verschillende bedhoogtes nitrietvorming weer. De onderstezien, grafiek geeft delijkt PO4het laat geen duidelijke hierdoor erop er geen voor fosfaatlimitatie x-Ndat De bovenste grafiek laat zien dat nitraat voornamelijk in de bovenste 65 cm van het filterbed wordt verwijderd. plaatsvindt. De onderste grafiek geeft de PO4-P/NOx-N verhouding voor ieder monsterpunt. Orthofosfaat wordt in de bovenste 25 cm van het filterbed vrijwel volledig verwijderd. De PO4-P/NOx-N verhouding in Uit de onderste grafiek blijkt dat de PO4-P/NOx-N verhouding in het filterbed lager is dan de de bovenwaterstand is onder de waarde van 0,006 mg/mg. In de bovenwaterstand is de PO4-P/NOx-N verhouding al -P/NO -N verhouding onder 0,006 mg/mg kan fosfaatlimiwaarde mg/mg. PO lager dan 0,006 en invan het 0,006 filterbed neemt Een de PO -P/NO -N verhouding verder af waardoor fosfaatlimitatie ontstaat. 4 x 4 x tatie tot gevolg hebben. Dit treedt niet op en kan waarschijnlijk het gevolg zijn van het feit dat micro-organismen een voorraad orthofosfaat ter beschikking hebben om een periode van lage de PO4-P/NOx-N verhouding te overbruggen zonder dat nitriet wordt gevormd. Voor het maken van een schatting van de maximale duur van deze overbruggingsperiode zal verder onderzoek moeten plaatsvinden. OPLOSSEN FOSFAAT LImITATIE IN DE PRAKTIjK In februari 2009 ontstond opnieuw fosfaatlimitatie in het filterbed met nitrietvorming als gevolg. De PO4-P/NOx-N verhouding in de afloop NBT is vanaf begin februari al lager dan de verhouding van 0,06 mg/mg. De Me/Portho verhouding op dit moment was 5 mol/mol. Door de coagulantdosering te verlagen, kan de PO4-P/NOx-N verhouding in de bovenwaterstand worden verhoogd.

88

80

er geen fosfaatlimitatie plaatsvindt. De onderste grafiek geeft de PO4-P/NOx-N verhouding voor ieder monsterpunt. Uit de onderste grafiek blijkt dat de PO4-P/NOx-N verhouding in het filterbed lager is dan de waarde van 0,006 mg/mg. Een PO4-P/NOx-N verhouding onder 0,006 mg/mg kan fosfaatlimitatie tot gevolg hebben. Dit treedt niet op en kan STOWA 2009-34 1-steP® filter als het effluentPolisHingstecHniek waarschijnlijk het gevolg zijn van feit dat micro-organismen een voorraad orthofosfaat ter beschikking hebben om een periode van lage de PO4-P/NOx-N verhouding te overbruggen zonder dat nitriet wordt gevormd. Voor het maken van een schatting van de maximale duur van deze overbruggingsperiode zal verder onderzoek moeten plaatsvinden.

10,0

0,50

8,0

0,40

6,0

0,30

4,0 2,0

0,10

0,0

0,00 ANBT


0,20

NO3-N NO2-N PO4-P



68 PROFIELmETING mET FOSFAATLImITATIE,MAAR mAAR ZONDER NITRIETvORmING, 23 jANUARI23 2009 AFBEELDINGAFbEELDING 68 PROFIELMETING MET FOSFAATLIMITATIE, ZONDER NITRIETVORMING, JANUARI 2009.

BWS

25

65

105

145

185

FI

145

185

FI

0,014 0,012 0,010 0,008 0,006 0,004 0,002

PO4-P/NOx-N

0,000

ANBT

BWS

25

65

105

Bedhoogte (cm)

Op 12 februari is de Me/Portho verhouding verlaagd naar 1 mol/mol. De resultaten van deze verlaging voor de NOx-N verwijdering in het filterbed zijn in afbeelding 69 weergegeven. De afbeelding geeft weer dat de NOx-N verwijdering direct reageert op de verlaging van de Me/Portho verhouding. Dit is te zien doordat de NOx-N concentratie in het filtraat een dalende trend laat zien. Tussen 15 en 17 februari is een tekort aan methanol zichtbaar, maar na aanvulling van de methanolvoorraad neemt de NOx-N concentratie in het filtraat verder af tot ongeveer 1 mg/l en geeft uiteindelijk een stabiel beeld. De handmetingen voor NO2-N laten zien dat de nitrietconcentratie in het filtraat afneemt van 3,74 mg/l op 12 februari tot 0,054 mg/l op 24 februari 2009. In de grafiek is te zien dat de concentratie aan NOx-N begrensd is op 15 mg/l. Deze begrenzing van de analyzer is ingesteld met als doel de C-bron dosering, die aan deze meting is gekoppeld, boven deze waarde niet verder te laten toenemen. Het volgen van de PO4-P/NOx-N verhouding in de afloop NBT draagt ertoe bij dat omstandigheden waarbij fosfaatlimitatie ontstaat tijdig wordt waargenomen en de coagulantdosering wordt aangepast zodat de PO4-P/NOx-N verhouding in de bovenwaterstand wordt verhoogd. 6.7 OvERIGE PARAmETERS De metingen aan de verwijdering van microverontreinigingen en kleur laten hetzelfde beeld zien: zowel voor microverontreinigingen als kleur vindt verwijdering plaats, maar neemt na een standtijd van 6 maanden af. De kleurverwijdering is dan zo goed als nihil waar microverontreinigingen nog wel verwijderd worden, maar in mindere mate dan daarvoor. Beide verwijderingsparameters zijn direct gerelateerd met de adsorptiecapaciteit van het actief kool.

81

89

is op 15 mg/l. Deze begrenzing van de analyzer is ingesteld met als doel de C-bron dosering, die aan deze meting is gekoppeld, boven deze waarde niet verder te laten toenemen. Het volgen van de PO4-P/NO x-N verhouding in de afloop NBT draagt ertoe bij dat omstandigheden waarbij STOWA 2009-34 1-steP® filter als effluentPolisHingstecHniek fosfaatlimitatie ontstaat tijdig wordt waargenomen en de coagulantdosering wordt aangepast zodat de PO4-P/NOx-N verhouding in de bovenwaterstand wordt verhoogd. AFBEELDING 69 NOX-N VERWIJDERING IN FEBRUARI 2009 NA VERLAGING VAN DE ME/PORTHO VERHOUDING VAN 5 MOL/MOL NAAR 1 AFbEELDING 69 NO -N vERWIjDERING IN FEbRUARI 2009 NA vERLAGING vAN DE mE/PORTHO vERHOUDING vAN 5 mOL/mOL NAAR 1 mOL/mOL MOL/MOL X MeP verlaagd van 5 naar 1 mol/mol

MeOH tekort


20

15

10

5

0 10-02-09

12-02-09

14-02-09

16-02-09

18-02-09

20-02-09

22-02-09

24-02-09

26-02-09

Datum (dd-mm-jj) NOx-N afloop NBT NOx-N filtraat

6.7

NO3-N afloop NBT handmetingen NO3-N filtraat handmetingen

NO2-N afloop NBT handmetingen NO2-N filtraat handmetingen

van Totaal Effluent Beoordeling geeft geen eenduidig beeld. De gemeten toxiO V E R I G E P A RDe A Muitkomsten ETERS citeit in de afloop NBT is laag en de verschillen met het filtraat van het 1-STEP® filter klein. De metingen aan de verwijdering van microverontreinigingen en kleur laten hetzelfde beeld zien: zowel voor Het beeld is ookals wisselend. Hetverwijdering komt ook voor dat in de afloop eenstandtijd lagere toxiciteit wordt af. De microverontreinigingen kleur vindt plaats, maar neemt NBT na een van 6 maanden bepaald dan in het filtraat. Op basis de meetresultaten kan geconcludeerd dat de kleurverwijdering is dan zo goed als nihil waarvan microverontreinigingen nog worden wel verwijderd worden, maar in mindere ® mate danwaterkwaliteit daarvoor. Beidevan verwijderingsparameters zijnnauwelijks direct gerelateerd met bevat. de adsorptiecapaciteit het actief kool. de RWZI Horstermeer toxiciteit Er valt met hetvan 1-STEP filter geen extra verbetering te behalen. De uitkomsten van Totaal Effluent Beoordeling geeft geen eenduidig beeld. De gemeten toxiciteit in de afloop NBT is laag en de verschillen met het filtraat van het 1-STEP® filter klein. Het beeld is ook wisselend. Het komt ook voor dat in de afloop NBT een lagere toxiciteit wordt bepaald dan in het filtraat. Op basis van de meetresultaten kan worden geconcludeerd ASPECTEN dat de waterkwaliteit van de RWZI Horstermeer nauwelijks toxiciteit bevat. Er valt met het 1-STEP® 6.8 OPERATIONELE filter geen extra verbetering te behalen. 6.8.1 TERUGSPOELEN Voorwaarde voor een goede procesvoering is de effectiviteit van het spoelen van het filterbed. Gedurende het onderzoek is het meest optimale spoelprogramma bepaald, waarmee het bed voldoende goed gespoeld kan worden om een looptijd van 12 uur te behalen. Het spoelprogramma kan op 2 manieren in werking treden. De spoeling kan geïnitieerd worden op basis van de looptijd of op basis van de bovenwaterstand en dus de bedweerstand van het filter. In eerste instantie zal het spoelen starten na de ingestelde looptijd en in tweede instantie op de bovenwaterstand. Als het filter een aantal malen op bovenwaterstand gaat terugspoelen is dat een indicatie dat het proces verstoord raakt. Dat kan zijn als gevolg van wisseling in de belasting aan nitraat of fosfaat, maar ook door het verhogen van de filtratiesnelheid. Het verhogen van de hydraulische belasting dient zo gelijkmatig mogelijk plaats te vinden. De beste opbouw voor een spoelprogramma is allereerst een fase waarin de bovenwaterstand wordt verlaagd, door het bed te laten leeglopen (draineren). Hiermee wordt uitspoeling van kool voorkomen tijdens de luchtspoeling. Vervolgens een spoeling met lucht om het bed te breken. Daarna 3 fasen met waterspoeling waarbij de 2de fase een hogere snelheid kent tot 60 m/h (voor getest type kool). Het spoelprogramma zal met deze opbouw zo’n 15 tot 16 minuten duren (zie ook tabel 9). Een recept voor een spoelprogramma dat voor elk filter onder alle

82

90


omstandigheden (lees belastingen) goed functioneert, is niet te geven. Zo zal het spoelprogramma voor de proefinstallatie niet bij voorbaat ook effectief zijn voor een full-scale filter dat mogelijk anders geconstrueerd is. De belangrijkste stap in het spoelen is het breken van het bed. De luchtspoeling dient er voor te zorgen dat het bed breekt en niet blijft ‘klonteren’. Als het niet breekt zal het bed liften en niet goed gespoeld worden. Als daarbij de volgende waterspoelingsfasen met een te snel oplopend debiet worden uitgevoerd, kan uitspoeling van het bed optreden. In de praktijk zal het spoelprogramma op basis van drukmetingen en het al dan niet uitspoelen van filtermateriaal bepaald moeten worden. De toe te passen grondregels zijn: • Rustfase van zo’n 6 minuten en daling bovenwaterstand (draineren filterbed) • Luchtspoeling van minimaal 1 minuut. • In stappen toename (spoelsnelheid in m/h) en afname spoelwater debiet, bijvoorbeeld: tot 2 minuten met 40 m/h; tot 5 minuten met 60 m/h; tot 2 minuten met 40 m/h. Het is essentieel dat bumping cleaning wordt toegepast. Deze korte spoeling duurt 5 tot 6 minuten en zal het stikstofgas uit het bed verdrijven. Het niet toepassen van deze korte spoeling zal kortere looptijden tot gevolg hebben en is dus mede bepalend voor een goede procesvoering. Als (minimaal) uitgangspunt geldt één bedvolume verplaatsen voor de duur en spoelwaterverbruik en met een interval van 3 uur. Als spoelsnelheid kan 2 maal de normale filtratiesnelheid worden gehanteerd. Algemeen geldt een spoelwaterverlies van 6% bij een looptijd van 24 uur en 8 tot 12% bij een looptijd van 12 uur. De zaken die de looptijd voornamelijk beïnvloeden zijn de variaties in de belasting van het filter voor stikstof en fosfaat en de filtratiesnelheid die wordt toegepast. Verder dient het spoelwaterprogramma op zijn effectiviteit beoordeeld te worden. Een niet effectieve spoeling zal bijdragen aan het teruglopen van de looptijd. Dat betekent dat de hierboven vermelde grondregels in de praktijk geoptimaliseerd dienen te worden. 6.8.2 STANDTIjD ACTIEF KOOL Naast fosfaat en stikstof worden ook microverontreinigingen verwijderd; het 1-STEP® principe werkt dus. Voor het bepalen van de toepasbaarheid van het 1-STEP® filter voor de verwijdering van microverontreinigingen moet gekeken worden naar de standtijd. Helaas is de standtijd een begrip dat niet eenduidig is. De adsorptie is namelijk stofspecifiek. Op basis van de verwijderingen van geneesmiddelen is een afname in de gemiddelde verwijdering van 56% naar 16% na 11 maanden (32.000 bedvolumes) gevonden (een daling van 72%). Een beter beeld over de adsorptiecapaciteit wordt gegeven door het Iodine-getal, een lumpparameter voor de adsorptie. Deze is in 11 maanden (32.000 bedvolumes) gedaald van 1.025 naar 720. Het Iodinegetal van 500 wordt gezien als een ondergrens voor adsorptie. Op basis van een ondergrens van 500 voor het Iodine-getal is de adsorptiecapaciteit gedaald met 58%. Metingen laten zien dat de biomassa gedurende de standtijd in het bed toeneemt en dit gegeven is, met de belading, mede bepalend voor de uiteindelijke standtijd van het kool. De hoeveelheid aan biomassa is afhankelijk van de belasting van het filterbed van met name NOxN. Deze belasting is regelmatig hoog geweest gedurende de onderzoeksperiode. Dit als gevolg van de zuiveringsprestatie van de RWZI Horstermeer met veelal hogere NOx-N concentraties in vergelijking met de gemiddelde RWZI in Nederland. Dat betekent ook dat de standtijd van het actief kool wordt beïnvloed. Door een lagere bedbelasting toe te passen kan een hogere

83


standtijd van het kool worden bewerkstelligd. Zo kan worden ingespeeld om de lozingeisen voor lokale situaties door het ontwerp er op aan te passen. Standtijden van 6 tot 12 maanden waarbij de bulk van de prioritaire stoffen verwijderd wordt, zijn dan haalbaar. Het meten van de TGA verliezen in het actief kool en de verwijderingsrendementen van microverontreinigingen zijn bruikbare parameters om de standtijd te bepalen. Ze geven ook goed inzicht in de restcapaciteit en daarmee kan bepaald worden wanneer het bed vervangen dient te worden. Dit is van belang als verwijdering van microverontreinigingen een doelstelling is voor het bereiken van KRW kwaliteit van het effluent.

84


7 conclusies 7.1 INLEIDING De onderzoeksperiode van het 1-STEP® filter is begonnen in augustus 2007 en eindigde in mei 2009. De conclusies zijn gericht op deze onderzoeksperiode, waarbij het behandelde water (afloop nabezinktank) van de hoofdzuivering van de RWZI Horstermeer is gebruikt voor de voeding van het 1-STEP® filter. Bij de start van het onderzoek zijn onderzoeksvragen geformuleerd en worden in dit hoofdstuk beantwoord. Daarbij wordt aangemerkt dat de hoofdzuivering RWZI Horstermeer niet representatief is voor de waterkwaliteit van een gemiddelde RWZI in Nederland. Vooral de hoogte en spreiding in nitraat (5-34 mg/l NO3-N) en fosfaatconcentraties (0,3-2,7 mg/l Ptotaal) maakt de situatie bijzonder. Voor vertaling naar een nageschakeld 1-STEP® filter bij een gemiddelde RWZI in Nederland zal deze situatie in ogenschouw genomen moeten worden. De behaalde looptijden in het onderzoek zijn relatief kort. Naar verwachting zal voor een gemiddelde RWZI in Nederland vanwege lagere concentraties nitraat en fosfaat en met minder spreiding in de concentraties, de bedrijfsvoering nog stabieler zijn met langere filterlooptijden. Tijdens het onderzoek met het 1-STEP® filter op de RWZI Horstermeer is aangetoond dat bij een stabiele bedrijfsvoering vergaand stikstof, fosfaat en een deel van de microverontreinigingen in één stap worden verwijderd. Op basis van de onderzoeksvragen uit hoofdstuk 2.3 zijn de conclusies ingedeeld in de volgende onderdelen: 1.

Samenstelling filterbed

2.

Verwijdering stikstof en fosfaat en P-limitatie

3.

Verwijdering KRW-relevante stoffen

4.

Standtijd van de kool

5.

Operationele aspecten Vervolgens worden aanbevelingen gedaan voor vervolgonderzoek en wordt de potentie van het 1-STEP® filter voor andere toepassingen toegelicht.

7.2 SAmENSTELLING FILTERbED Uit labschaal testen blijkt dat van de onderzochte type actief kool, met een korrelgrootte van 1,70 tot 3,35 mm, optimaal is als filtermedium voor het 1-STEP® filter concept. De selectie van de kool is gedaan op basis van bedrijfsvoeringsaspecten zoals looptijd en niet op basis van adsorptie-eigenschappen. Op grond van deze resultaten is het pilotonderzoek dan ook uitgevoerd met actief kool zonder een extra laag zand. Een variant met zand zou alleen in beeld komen als onvoldoende filtratie zou worden bereikt. Dat is niet het geval, de verwijdering van troebelheid en fosfaat is zeer goed.

85


Voor het bepalen van het effect van de aanwezige biomassa op de prestaties qua adsorptie van het 1-STEP® filter zijn geen metingen gedaan. Gedurende de onderzoeksperiode zijn steekmonsters van het actief kool genomen. Van deze steekmonsters zijn onder andere het Iodine-getal (maat voor de adsorptiecapaciteit) en de deeltjesgrootteverdeling bepaald. De resultaten van het Iodine-getal laten zien dat er na een standtijd van 11 maanden de adsorptiecapaciteit nog afneemt. Hieruit valt op te maken dat de biomassa slechts in geringe mate effect heeft op de adsorptiecapaciteit. Aangezien de adsorptie stof-specifiek is, kan de rest adsorptiecapaciteit na 11 maanden niet gekwantificeerd worden. Na een standtijd van het actief koolbed van 11 maanden blijkt dat er geen sprake is van vergruizing. De resultaten laten wel een classificatie zien. Deze classificatie is te zien in het feit dat er in de onderlaag minder deeltjes kleiner dan 1,4 mm zijn dan in de bovenlaag. De toename van kleine deeltjes is gering en geeft aan dat het actief kool bestand is tegen de spoelingen van het bed.

7.3 vERWIjDERING STIKSTOF EN FOSFAAT EN P-LImITATIE Het 1-STEP® filter behaalt een goede N en P-verwijdering in combinatie met een robuust en betrouwbaar resultaat op verwijderingrendementen en hydraulische capaciteit, waarbij rekening is gehouden met de grote variaties in de toevoer. Dit blijkt uit de behaalde verwijderingsrendementen bij filtratiesnelheden variërend van tussen 10 en 15 m/h van maximaal 90% voor nitraat (gemiddeld 78%) en 85% voor ortho fosfaat (gemiddeld 82%). De maximale omzetting bij piekbelasting van nitraat is 4 kg N/m3 filterbed/d (bedhoogte 1,95 m). Voor totaal fosfaat is de maximale verwijdering 0,26 kg P/m3 filterbed/d (bedhoogte 1,5 m). Wisselingen in de aanvoer concentraties zijn mede bepalend voor het verwijderingsrendement. Naast de invloed op het verwijderingsrendement hebben de wisselingen in concentraties ook een negatieve invloed op de bedweerstand. Bij extreme wisselingen, met name bij een afname in de nitraatconcentratie, leidde dit tot verkorte looptijden. Dat pleit er voor om op de RWZI maatregelen te treffen om daarmee zo stabiel mogelijke concentraties uit afloop nabezinktanks te creëren. De aanpassingen, die specifiek zijn voor elke RWZI, zijn in dit rapport niet onderzoAan de streefwaarde van 2,2 mg/l voor N-totaal wordt voldaan bij ingaande nitraatconcentraties (afloop NBT) lager dan 10 mg/l waarbij de totaal stikstofconcentraties niet hoger is dan 11,5 mg/l. Voor orthofosfaat moet deze waarde lager zijn dan 0,7 mg/l (streefwaarde is 0,15 mg/l voor P-totaal) waarbij totaal fosfaat niet hoger is dan 0,8 mg/l. Bij hogere concentraties aan nitraat en fosfaat kan in de winter niet altijd worden voldaan aan de streefwaarde. Bij wisselingen in de filtratiesnelheid tussen 10 en 15 m/h (DWA/RWA simulatie) is het filter in staat nitraat en fosfaat vergaand te verwijderen. Wisselingen in hydraulische belasting hebben nauwelijks effect op de filtraatconcentraties. DWA/RWA simulatie is uitgevoerd met onverdund effluent. Bij RWA is het effluent normaal verdund met regenwater dus zal de stikstof en fosfaat belasting lager zijn. Met een first flush is geen rekening gehouden. De optimale C-bron dosering bedraagt 5 kg CZV/kg NOx-N inclusief de CZV die verbruikt wordt voor zuurstof. Bij concentraties van 0 tot 15 mg NOx–N/l in de afloop NBT neemt de dosering lineair toe, bij concentraties hoger dan 15 mg/l is ingesteld dat de dosering niet verder toeneemt in verband met overmatige biomassagroei.

86


De totaal fosfaatconcentratie in het filtraat geeft geen verschil weer tussen toepassen van vlokvorming in een hoge of lage bovenwaterstand. Dit resultaat komt overeen met de gevonden resultaten tijdens het onderzoek op RWZI Leiden Zuid-West [50]. Tijdens coagulatie en vlokvorming vindt verschuiving plaats van opgelost “organisch” fosfaat naar gebonden “organisch” fosfaat. Dit kan erop wijzen dat het opgeloste “organische” fosfaat colloïdaal is of gebonden is aan colloïdaal materiaal en tijdens vlokvorming wordt ingevangen in de vlokken. Verwijdering van “organisch” fosfaat kan niet worden aangetoond op basis van de uitgevoerde actief kool analyses, echter het is niet uit te sluiten dat er ook “organisch” fosfaat via adsorptie is verwijderd. Profielmetingen laten een verwijdering van gebonden “organisch” fosfaat in het filterbed zien van gemiddeld 75%. Het “organisch” fosfaat (opgelost en gebonden) wordt voor circa 90% verwijderd. Daarnaast wordt orthofosfaat gemiddeld voor 82% verwijderd. De verwijdering van bacteriën en virussen wordt voor een belangrijk deel veroorzaakt door het coagulatieproces en de daarop volgende filtrerende werking van het filter bed. De verwijdering is echter als totaal bepaald en er is niet gemeten aan het invangen van bacteriën en virussen in de vlokken. Een temperatuurseffect op de denitrificatie is tot 12 °C niet waargenomen. Onder de 12 °C neemt de denitrificatiecapaciteit af. Remming van denitrificatie en daarmee de vorming van nitriet kan optreden als de concentraties aan orthofosfaat in de aanvoer te laag is (ratio P-ortho/NOx-N kleiner dan 0,06). Het volgen van de PO4-P/NOx-N verhouding in de afloop NBT draagt ertoe bij dat omstandigheden waarbij fosfaatlimitatie ontstaat tijdig wordt waargenomen en de coagulantdosering wordt aangepast. Naast P-limitatie spelen het zuurstofgehalte en de CZV/N-ratio een rol bij de vorming van nitriet. Een optimale doseerregeling voor coagulant moet rekening houden met: • PO4-P/NOx-N ratio in de afloop NBT • Voor een goed verlopende denitrificatie moet deze ratio in de afloop NBT van RWZI Horstermeer hoger zijn dan 0,06 in verband met P-limitatie. Wanneer de PO4-P/NOx-N ratio lager is dan 0,06 moet de metaal/orthofosfaat molverhouding geleidelijk worden verlaagd. • Fosfaatconcentratie in de afloop NBT en in het filtraat • Bij een metaal/orthofosfaat molverhouding van 4 wordt over het algemeen voldoende fosfaat verwijderd voor het behalen van de streefwaarde.

7.4 vERWIjDERING KRW-RELEvANTE STOFFEN Met adsorptie is een breed spectrum aan organische microverontreingingen te verwijderen. De verwijdering wordt bepaald door de mate waarin deze stoffen worden geadsorbeerd aan actief kool en het aantal bedvolumes dat over het kool is gefiltreerd. Afhankelijk van de stof werden verwijderingsrendementen van 31 tot 82 % behaald bij 2 maanden standtijd/4600 bedvolumes gefiltreerd. In de loop van de standtijd nemen de rendementen af (0 tot 21% verwijdering bij 11 maanden standtijd/32.000 bedvolumes gefiltreerd). Van de gemeten stoffen wordt metoprolol het beste verwijderd. Van het merendeel van de gemeten organische

87


microverontreinigingen was de concentratie lager dan het meetbereik. Van de zware metalen is alleen koper (totaal) te verwijderen. De verwijderingsrendementen voor het totale koper variëren tussen de 23 en 85 %. De koperconcentraties in het filtraat, ongeacht de gemeten ingaande concentraties aan koper, lagen op een meting na onder MTR waarde voor oppervlaktewater. Voor nikkel en zink was het niet mogelijk om verwijderingsrendementen goed vast te stellen omdat de gemeten concentraties in de afloop NBT in de meeste gevallen rond de detectiegrens, en onder de streefwaarden, lagen. De vraag of prioritaire stoffen/organische microverontreingingen in afdoende mate kunnen worden verwijderd, onder alle omstandigheden, kan onvoldoende beantwoord worden, omdat de concentraties van deze stoffen veelal te laag (onder of vlak boven de detectiegrens) waren voor een betrouwbare analyse. Algemeen kan worden gesteld dat een breed spectrum van de aanwezige organische microverontreingingen verwijderd kan worden. De verwijdering is afhankelijk van de adsorptie-eigenschappen van de individuele stoffen. De TEB analyses tonen aan dat het RWZI effluent van Horstermeer geen toxiciteit bevat. Het ligt in de lijn der verwachting dat er normaal gesproken een afname van toxiciteit bereikt wordt, op het RWZI Horsterneer is dit niet aantoonbaar. Wel is na het 1-STEP® filter een geringe afname van oestrogene activiteit gemeten.

7.5 STANDTIjD vAN DE KOOL Naast fosfaat en stikstof word ook een breed spectrum aan organische microverontreingingen verwijderd. Voor het bepalen van de toepasbaarheid van het 1-STEP® filter voor de verwijdering van microverontreinigingen moet gekeken worden naar de standtijd. Helaas is de standtijd een begrip dat niet eenduidig is. De adsorptie is namelijk stofspecifiek. Op basis van de verwijderingen van geneesmiddelen is een afname in de gemiddelde verwijdering van 56% naar 16% na 11 maanden (32.000 bedvolumes) gevonden (een daling van 72%). Een beter beeld over de adsorptiecapaciteit wordt gegeven door het Iodine-getal, een lumpparameter voor de adsorptie. Deze is in 11 maanden (32.000 bedvolumes) gedaald van 1.025 naar 720. Het Iodinegetal van 500 wordt gezien als een ondergrens voor adsorptie. Op basis van een ondergrens van 500 voor het Iodine-getal is de adsorptiecapaciteit gedaald met 58%. De rest adsorptiecapaciteit (op basis van de Iodine bepaling) van het actief kool is dus 42 % na 11 maanden standtijd. Voor een gemiddelde RWZI in Nederland lijken standtijden van 6 tot 12 maanden, met betrekking tot de verwijdering van een breed spectrum van micro verontreinigingen, haalbaar te zijn.

7.6 OPERATIONELE ASPECTEN 7.6.1 vOORbEHANDELING Er moet worden voorkomen dat zwerfvuil, bladeren en draadalgen in nageschakelde filterinstallaties komen. Dit geldt ook voor het 1-STEP® filter en daarom is voorafgaand aan het filter een zeefbocht toegepast. De vorming van draadalgen kan worden voorkomen door de overloopgoot van nabezinktanks af te dekken. Bij een full scale installatie zal een fijnzeef met een poriediameter van 3 mm over het algemeen voldoende zijn als voorbehandeling.

88


7.6.2 DRUKvAL / LOOPTIjD De drukval over het filter wordt door meerdere factoren bepaald, zoals de bodemplaat, het filterbed en de in het filterbed afgevangen zwevende stof en biomassa. Daarnaast wordt de drukval bepaald door de filtratiesnelheid waarmee het filter bedreven wordt. Tijdens het pilotonderzoek is het filter bedreven met bedhoogten tussen 1,50 tot 1,95 meter. Bij verstoppingen kan de bovenwaterstand oplopen tot een hoogte van ongeveer 4 meter boven de bodemplaat (hoogte van het filter). Als aangenomen wordt dat het filter stabiel bedreven wordt met een bovenwaterstand van 0,40 meter boven het bedoppervlak, komt het overeen met een stijging van de bovenwaterstand met 1,60 tot 2,10 meter. Als schoonbedweerstand (bedhoogte 1,50 meter) is 0,40 – 0,50 meter (waterkolom) gemeten. Tijdens ‘normale operatie’ zal de bedweerstand iets stijgen. Bij verstoppingen kan de druk tot 2,0 meter stijgen, waarna een grote spoeling wordt geïnitieerd. De invloed van de verschillende factoren op de bedweerstand is moeilijk te kwantificeren. Met name de wisselende samenstelling van de afloop NBT bleken een grote invloed te hebben. De onderzoeksresultaten geven aan dat bij een stijging van het fosfaat (resulteert in meer te verwijderen deeltjes) een stijging van de bedweerstand tot gevolg heeft. Deze stijging in bedweerstand leidt echter niet direct tot kortere looptijden. De grootste invloed wordt gevonden bij een daling in de nitraatconcentratie. De daling van het nitraatgehalte heeft het loslaten van biomassa in het filter tot gevolg. Deze invloed op de bedweerstand is groter dan de invloed van een stijging in nitraatconcentratie. Looptijden van 12 uur zijn haalbaar bij ingaande nitraatconcentraties kleiner dan 15 mg NOxN/l. Daarbij is het proces stabiel, indien de nitraatconcentratie geen grote spreidingen in een korte tijd laat zien. Bij snelle toename of afname in de concentraties wordt het proces minder stabiel. De stabiliteit kan verhoogd worden door een goede C-bron dosering, monitoring van de druk en een goed spoelprogramma. 7.6.3 SPOELING In de praktijk zal de effectiviteit van het spoelprogramma bepaald worden door drukmetingen, troebelheid in waswater en het al dan niet uitspoelen van filtermateriaal. De volgende grondregels kunnen voor de spoelingen worden gehanteerd: • rustfase voorafgaand aan de spoeling van minimaal 6 minuten waarin de bovenwaterstand wordt verlaagd; • luchtspoeling van minimaal 1 minuut; • geleidelijke toe- en afname van de spoelsnelheid; 2 minuten met 40 m/h, 5 minuten met 60 m/h en 2 minuten met 40 m/h; • korte spoeling (bumping cleaning) voor het verdrijven van het gevormde stikstofgas; minimaal 1 bedvolume met 20 m/h. Geadviseerd wordt om dit iedere 3 uur plaats te laten vinden. Bij de relatief hoge nitraatbelasting op de RWZI Horstermeer wordt een filter looptijd van 12 uur bereikt met een gemiddelde downtime van het 1-STEP® 4,6 % en een spoelverlies van 12%. Op een gemiddelde RWZI Nederland is de nitraatconcentratie lager dan op de RWZI Horstermeer. Bij een concentratie van 5-10 mg/l zal de looptijd substantieel langer zijn dan 12 uur.

89


7.6.4 vARIëRENDE FILTRATIESNELHEDEN Het 1-STEP® filter is stabiel bedreven op de RWZI Horstermeer bij een filtratiesnelheid van 10 m/h waarbij gedurende 6 uur per 24 uur, een hogere filtratiesnelheid van 15 m/h is aangehouden (simulatie DWA/RWA aanvoer). Hogere filtratiesnelheden waren fysiek niet mogelijk vanwege de uitvoering van het filter. Het verhogen van de hydraulische belasting dient geleidelijk te gebeuren om een te snelle toename van de bovenwaterstand en vervroegd terugspoelen te voorkomen. 7.6.5 DOORSLAG Doorslag van totaal fosfaat treedt op wanneer orthofosfaatconcentratie in de afloop NBT hoger is dan 1,2 mg/l. Voor zwevende stof is geen doorslag vastgesteld. De maximale zwevende stof concentratie in de afloop NBT die is gemeten is 38 mg/l. Ondanks dat er geen metingen zijn gedaan van zwevende stof in het filtraat, zijn er geen nadelige effecten waargenomen van hoge zwevende stof concentratie in de afloop NBT. 7.6.6 OvERIGE ASPECTEN Het systeem heeft bewezen robuust te zijn bij calamiteiten. Onder calamiteiten wordt stilstand van het filter door bijvoorbeeld en storing verstaan of het tijdelijk niet doseren van methanol. Na opstart van het filter of weer doseren van methanol is een onmiddelijk (na circa een half uur) herstel van de waterkwaliteit te zien. De empty bed contact tijd (filtratiesnelheid van 10 m/h) bedraagt bij 1,95 meter bedhoogte 12 minuten en bij 1,5 meter bedhoogte 9 minuten. Uit de analyses blijkt dat adsorptie plaatsvindt binnen die contacttijd. Er is niet onderzocht of bij langere contacttijden en hogere bedhoogten meer verwijdering plaatsvindt. Theoretisch zal dit zo zijn omdat bij het verhogen van de bedhoogte de capaciteit voor adsorptie toe neemt. 7.6.7 EXPLOITATIEKOSTEN De berekening van de exploitatiekosten is gebaseerd op een RWZI van 100.000 i.e. In tabel 11 zijn hiervan de relevante kenmerken vermeld waaronder de (gemiddelde) effluentkwaliteit en effluenteisen. Als effluenteis is voor N-totaal < 5 mg/l (jaargemiddelde) en P <0,25 mg/l (voortschrijdend gemiddelde op basis van 10 metingen) gehanteerd. TAbEL 11

UITGANGSPUNTEN RWZI 100.000 I.E. vOOR EXPLOITATIEKOSTEN bEREKENING

Parameter

Eenheid

Gemiddeld afloop nabezinktank

debiet

3

m /d

25.000

debiet (dWa)

m3/d

21.000

debiet (dWa)

3

m /h

875

debiet (rWa)

3

m /h

4.000

onopgeloste bestanddelen

mg/l

10

< 30

czV

mg/l

35

< 125

BzV

mg/l

5

< 20

n-totaal

mg/l

10

<5

n-kjehdahl

mg/l

2

nox-n

mg/l

8

P-totaal

mg/l

0,7

P-ortho

mg/l

0,5

90

Effluent eisen

< 0,25


Voor de omzetting van NOx-N is een waarde van 3,5 kg/m3 filterbed/d gekozen. Het onderzoek heeft aangetoond dat omzettingen van ruim 4 kg/m3 filterbed/d haalbaar zijn. Voor de dimensionering is uitgegaan van een iets lagere omzetting als veiligheidmarge. Voor P-totaal is een bedbelasting van 0,2 kg P-totaal/m3 filterbed/d gehanteerd. De doseringsratio voor de C-bron dosering tijdens de onderzoeksperiode is gemiddeld 4,5 kg CZV/kg NOx-N. Naast de C-bron dosering voor de verwijdering van NOx is er C-bron gedoseerd voor de de verwijdering van zuurstof. De gebruikte ratio bedraagd 0,8 kg CZV/kg O2. De doseringsratio (Me/Portho) voor coagulant is gemiddeld 4. Voor de uitvoering is gekozen voor filterunits met een oppervlakte van 28 m2. Een samenvatting van de operationele uitgangspunten voor het 1-STEP®-filter is weergegeven in tabel 12. TAbEL 12

OPERATIONELE UITGANGSPUNTEN 1-STEP®-FILTER

Parameter filtratiesnelheid (maximaal)

Eenheid

Waarde

m/h

15

Bedhoogte

m

1,5

oppervlakte per filter

m2

28

nox-n omzetting

kg/m3 filterbed/d

3,5

Po4-P verwijdering

kg/m3 filterbed/d

0,2

kg czV/kg no-n

4,5

me/P-ortho

4

c-bron dosering (methanol) coagulant dosering (aluminium)

Op basis van de uitgangspunten van tabel 11 en tabel 12 is de nabehandelingsstap met het 1-STEP®-filter gedimensioneerd als in tabel 13. TAbEL 13

DImENSIONERING 1-STEP® FILTER

Parameter

Eenheid

Waarde

debiet naar filters

m /d

21.000

debiet naar filters

m3/h

875

filter oppervlak filterunits (plus redundantie) c-bron verbruik

3

m

58

aantal filters

3

2

kg czV/d

823

c-bron verbruik (methanol)

l/d

693

coagulant verbruik

l/d

475

spoelwaterverlies spoelwater

%

8

m3/d

1680

Op basis van deze dimensionering komt het benodigde aantal 1-STEP®-filters op twee. Voor de redundantie wordt een extra filterunit geplaatst. In de praktijk zullen twee filters in bedrijf zijn en één filter standby (filter bedreven op minimaal debiet). Op het moment dat een filter wordt teruggespoeld wordt het filter dat in de standby modus staat in bedrijf genomen. Het filter dat gespoeld is, blijft na het spoelen in de standby-modus, totdat een ander filter wordt teruggespoeld. Voor de berekening van de exploitatiekosten zijn de uitgangspunten gehanteerd zoals vermeld in tabel 14.

91


TAbEL 14

UITGANGSPUNTEN EXPLOITATIEKOSTENbEREKENING 1-STEP® FILTER

Omschrijving

Waarde

Eenheid

afschrijvingstermijn bouwkundig

30

jaar

afschrijvingstermijn mechanisch/elektrisch

15

jaar

factor stichtingskosten

1,7

onvolledigheidstoeslag, verzekeringen, heffingen, leges, nutsvoorzieningen, grondonderzoek, inrichtingskosten, kosten voor advies- en toezicht, bouwrente, onvoorzien en BtW

rentepercentage voor kapitaallasten

5

%

annuïteit bouwkundig

0,06

annuïteit mechanisch/elektrisch

0,096

onderhoudskosten civieltechnische werken

0,5

onderhoudskosten mechanisch/elektrisch

3

% van de bouwkosten, excl. BtW

onderhoudskosten onvoorzien

10

% wordt bij onderhoudskosten opgeteld

energiekosten

0,09

euro per kWh, energieprijs 2009, excl. BtW

Personeelskosten

60.000

euro per fte/jaar

alcl3 (Pac: poly-aluminiumchloride)

211*

euro per ton, excl. BtW

methanol

295*

euro per ton, excl. BtW

actief kool

895*

euro per m3, excl. BtW

% van de bouwkosten, excl. BtW

* Prijspeil juli 2009.

De totale bouwkosten voor 3 filters inclusief chemicaliën opslag en dosering zijn begroot op 2 miljoen euro, de stichtingskosten komen op 3,4 miljoen euro. In de raming van de investeringskosten zijn aanpassingen aan de bestaande zuivering buiten beschouwing gelaten, omdat dit zuiveringsspecifiek is. Mogelijke aanpassingen aan de bestaande zuivering zijn bijvoorbeed een aanpassing aan het effluentgemaal en leidingwerk voor terugvoeren van het spoelwater naar de RWZI. Voor de personeelskosten tijdens de exploitatie is uitgegaan van 0,75 fte. De energiekosten kunnen per regio in Nederland verschillen, maar hebben op de totale kosten geen grote impact (5% van de totale exploitatielasten). Na afschrijvingen zijn chemicaliën de grootste kostenpost. Hier valt wellicht nog een voordeel te behalen met een andere goedkopere C-bron in vergelijking tot methanol. TAbEL 15

TOTAALOvERZICHT EXPLOITATIEKOSTEN INCLUSIEF bTW

Parameter

Eenheid

Waarde

% van totaal

afschrijving

eur

265.000

48

Personeel

eur

54.000

10

onderhoud

eur

42.000

8

chemicaliën

eur

132.000

24

elektriciteit

eur

28.000

5

Vervangen en regenereren actief kool bed (1 maal per 4 jaar)

eur

24.000

6

totaal

eur

545.00

100

kosten per m3 behandeld

eur/m3

0,07

kosten per i.e. behandeld

eur/i.e./jaar

5,45

92


De exploitatiekosten zijn Û 0,07/m3 behandeld water of 5,45 EUR/i.e./jaar. Bij deze berekening is er vanuit gegaan dat er geen prioritaire stoffen hoeven te worden verwijderd. Indien dit wel noodzakelijk is dan zal de standtijd van het actieve kool voor bulkverwijdering van organische micro’s op basis van de huidige praktijkervaring 6 tot 12 maanden zijn. De kosten voor actief kool stijgen dan respectievelijk met Û

82.000,- en Û

164.000,-euro per jaar voor regene-

ratie van het actieve kool. De exploitatiekosten worden dan Û

0,08/m3 behandeld water bij

standtijd van 1 jaar en Û 0,09/m3 behandeld water bij een standtijd van 6 maanden. 7.6.8 ENERGIEvERbRUIK 1-STEP ® FILTER Het energieverbruik van het 1-STEP® filter wordt voor een groot deel bepaald door de toevoeren spoelwaterpompen. Ook de regeneratie van het actief kool is van invloed op het totale energieverbruik. Bij de berekeningen tot het bepalen van het energieverbruik voor regeneratie is ook de productie van (vers) actief kool meegenomen. Tevens is er vanuit gegaan dat 10% aan vers kool wordt toegevoegd bij regeneratie. In tabel 16 zijn de resultaten van deze berekening weergegeven alsmede het totaal energieverbruik van het 1-STEP® filter bij een standtijd van het filterbed van 1 en 4 jaar. TAbEL 16

ENERGIEvERbRUIK 1-STEP®-FILTER

Parameter

eenheid

Energieverbruik

1-steP filter

3

kWh/m filtraat

0,06

regeneratie actief kool met standtijd 1 jaar

kWh/m3 filtraat

0,11

regeneratie actief kool met standtijd 4 jaar

3

kWh/m filtraat

0,06

totaal energieverbruik steP® filter met standtijd 1 jaar

kWh/m3 filtraat

0,17

totaal energieverbruik steP® filter met standtijd 4 jaar

kWh/m3 filtraat

0,12

®

Uit de berekening komt naar voren dat het specifieke energieverbruik voor regeneratie bij een standtijd van 1 jaar bepalend is voor het totale energieverbruik en met bijna een factor 2 verhoogd ten opzichte van een standtijd van 4 jaar. Volledigheidshalve wordt opgemerkt dat de energiekosten voor de regeneratie van het actief kool in de exploitatieberekening (zie tabel 15) naar voren komen in de post ‘vervangen en regeneren actief kool’.

7.7 AANbEvELINGEN Het pilotonderzoek heeft de haalbaarheid van het concept aangetoond en veel ontwerpkennis en bedrijfsvoeringsinformatie opgeleverd. Er zijn echter aspecten die nader onderzoek vergen. Nader onderzoek is nodig naar de volgende aspecten: • Uit de resultaten blijkt dat remming van het denitrificatieproces kan optreden bij een PO4-P/NOx-N verhouding in de afloop NBT lager dan 0,06 mg/mg. Dit treedt echter niet altijd op. Nader onderzoek is nodig om de verhouding beter vast te stellen en te bepalen na welke tijdsperiode remming optreedt bij een lage PO4-P/NOx-N verhouding. Is dit direct of pas na enkele dagen/weken? • Onderzoek naar het effect van doseren van alternatieve C-bronnen op de bedrijfsvoering en looptijd van het filterbed. Bij de meeste alternatieve C-bronnen zal meer biomassa worden gevormd. De vraag is of dit de bedrijfsvoering negatief beïnvloed. Alternatieven voor methanol zijn gewenst in verband met de extra veiligheidsmaatregelen die nodig zijn voor methanol, die bij andere C-bronnen (mogelijk) niet nodig zijn.

93


• Nader onderzoek naar verwijderingsrendementen van prioritaire stoffen in relatie tot standtijd actief koolbed. van het 1-STEP® filter en de optimale contacttijd. • De reden dat de invloed van een verhoging van de nitraat belastingen op de bedweerstand kleiner is dan bij een verlaging van de nitraat belasting is vooralsnog onduidelijk. Voor het onderbouwen van het mechanisme hierachter is nader onderzoek nodig. • Optimalisatie fosfaat verwijdering bij lagere temperaturen, indien vergaande fosfaatverwijdering vereist is (in de winterperiode). • In het kader van de KRW is de opgeloste fractie aan zware metalen van belang. De normen zullen hierop gebaseerd worden. De meting van het opgeloste deel is uiterst lastig. In de praktijk blijkt dat de concentratie voor het opgeloste deel vaak hoger is dan voor het totaal. Nader onderzoek is nodig. • Gedurende het onderzoek zijn veel fosfaatverdelingen gemaakt. In vrijwel alle verdelingen wordt een hogere gemiddelde concentratie totaal fosfaat in de bovenwaterstand gevonden dan in de afloop NBT (afbeelding 18). Hiervoor is geen duidelijk verklaring gevonden. • Het effect van biomassa op het adsorptieproces is niet onderzocht, dit is wel van belang voor de adsorptiecapaciteit van het filter. Nader onderzoek is gewenst. • Fosfaatbepalingen in kool hebben geen organisch gebonden fosfaat aangetoond, aangenomen wordt dat de fosfaat in de kool bestaat uit orthofosfaat. Naar de relatie tussen organisch gebonden fosfaat en adsorptie dient nader onderzoek te worden gedaan om het verwijderingsmechanisme voor organisch gebonden fosfaat inzichtelijk te maken. • Op de RWZI Horstermeer worden full scale 1-STEP® filters gebouwd. Aanbevolen wordt het proces in deze full scale instalatie te monitoren en de bedrijfsvoeringservaring eveneens in STOWA verband vast te leggen.

7.8 NAbESCHOUWING Het 1-STEP® onderzoek heeft in licht van Europese Kaderrichtlijn water geleid tot unieke inzichten voor de nabehandeling van RWZI-effluent gericht op de verwijdering van stikstof en fosfaat gecombineerd met prioritaire stoffen. In het 1-STEP® filter worden prioritaire stoffen in meer of mindere mate verwijderd. Voor het pilotonderzoek op de RWZI Horstermeer is vastgesteld dat na 1-STEP® behandeling van het effluent aan de afgeleide normstelling op basis van de KRW waterkwaliteitsdoelstellingen wordt voldaan. Kortom, met de ontwikkeling van 1-STEP® filter is een “technologische stap” gemaakt in kwaliteitsverbetering van RWZIeffluent ten opzichte van de thans beschikbare nabehandelingsmethoden, zoals continue zandfiltratie en vast bed multi-media filtratie. Bij de eerste fase van de implementatie van KRW-beleid ligt in de nabije toekomst de focus op de reductie van de emissie van nutriënten naar het oppervlaktewater. Omdat het RWZIeffluent nog steeds een belangrijke emissiebron vormt, is de verwachting dat bij het ontwerp van de nieuw te realiseren nabehandelingsinstallaties wordt gericht op de verdergaande verwijdering van de nutriënten fosfor en/of stikstof. Door de optimale coagulatie, vlokvoming en filtratie in het actief kool filtermedium wordt in het 1-STEP® filter fosfor vergaand verwijderd. Dit geldt voor de aanwezige fosfor in alle fracties, ook de opgeloste organische P-fractie wordt substantieel verwijderd. Naast fosfor, kan simultaan stikstof worden verwijderd door toepassing van denitrificatie met de bijhorende dosering van een C-bron. Uit het onderzoek blijkt dat de biologische stikstofverwijdering bij een zeer lage eindconcentratie van Ptot in het filtraat wordt bereikt en dat in het vastgestelde werkingsgebied de denitrificatie niet wordt geremd door P-limitatie. De conclusie is dat

94


de 1-STEP® technologie resulteert duidelijke verbetering van de nutriëntenverwijdering ten opzichte de eerder vermelde nabehandelingsystemen, zowel in te bereiken eindconcentraties als in processtabiliteit en robuustheid. Het 1-STEP® filter heeft een hoge toekomstwaarde. Immers, het systeem is in staat om tegen geringe kosten (Û 0,07/m3 behandeld water) naast stikstof en fosfaat een groot scala aan microverontreinigingen te verwijderen uit stedelijk afvalwater. Hiermee is een systeem ontwikkeld waarmee, zonder additionele maatregelen, wordt ingespeeld op mogelijke toekomstige strengere normstelling voor microverontreinigingen zoals prioritaire stoffen, geneesmiddelen en hormoonverstorende stoffen. Het 1-STEP® filteronderzoek richt zich primair op de toepassing bij grootschalige communale afvalwaterbehandeling in Nederland en Europa. Daarnaast biedt het 1-STEP® filter mogelijke toekomstige strengere normstelling voor microverontreinigingen zoals prioritaire stoffen, geneesmiddelen en mogelijkheden om te worden toegepast in de industriële waterbehandeling. Een interessante hormoonverstorende stoffen. toepassingsoptie is nabehandeling van RWZI-effluent met het 1-STEP® filter als voorbehande® filter ling op ultrafiltratie en omgekeerde osmose. de filtraatkwaliteit van communale het 1-STEP®afvalwaterbehandeling Het 1-STEP filteronderzoek richt zich primair op Door de toepassing bij grootschalige ® filter mogelijkheden om te worden toegepast inwordt Nederland en Europa. Daarnaast biedt het 1-STEP een positief effect op filtreerbaarheid en reversibiliteit verwacht door een stabielere enin de industriële waterbehandeling. Een interessante toepassingsoptie is nabehandeling van RWZI-effluent met het 1-STEP® filter als hogere filtreerbaarheid (flux), stabiele procesvoering en lager chemicaliënverbruik. Dit zal leivoorbehandeling op ultrafiltratie en omgekeerde osmose. Door de filtraatkwaliteit van het 1-STEP® filter wordt een den toteffect lagereopjaarlijkse kosten voor bereiding van proceswater. Mogelijke toepassingsvormen positief filtreerbaarheid en reversibiliteit verwacht door een stabielere en hogere filtreerbaarheid (flux), stabiele chemicaliënverbruik. Dit zal leiden tot lagere jaarlijkse kosten voor bereiding van wordenprocesvoering weergegeveneninlager afbeelding 70. proceswater. Mogelijke toepassingsvormen worden weergegeven in afbeelding 70. AFbEELDING 70

ZUIvERINGSvARIANTEN vOOR mOGELIjKE TOEPASSINGEN 1-STEP® FILTER

AFBEELDING 70 ZUIVERINGSVARIANTEN VOOR MOGELIJKE TOEPASSINGEN 1-STEP® FILTER

RWZI 1-STEP RWZI

KRW -water

MBR 1-STEP

infiltratie

RWZI 1-STEP MF/UF NF/RO

demi-water

RWZI 1-STEP MF/UF NF/RO

IE

ketelvoedingswater

MBR: membraan bioreactor; MF: microfiltratie; UF: ultrafiltratie; NF: nanofiltratie; RO: omgekeerde osmose; IE: ionenwisseling

95


8 referenties 1

Verkeer & Waterstaat, Vierde nota Waterhuishouding, regeringsbeslissing. ministerie van Verkeer & Waterstaat, den Haag, (1998).

2 3

stoWa, Verkenningen zuiveringstechnieken en krW, stoWa-rapport 2005-28, utrecht (2005). stoWa, filtratietechnieken rWzi’s – stand van zaken en ervaringen, stoWa-rapport 2006-21, utrecht (2006).

4

Witteveen+Bos, ontwikkeling van het 1-steP® filter – onderzoeksprogramma, rapport asd907-5/ hola/023 (2007).

5

Witteveen+Bos, samenwerkingsovereenkomst project 1-steP® filter, rapport asd907-5-P/ders2/014 (2007).

6

menkveld H.W.H. en r. neef, rWzi Horstermeer is proeftuin voor zuiveringstechnieken, land + Water, september 2005

7

scherrenberg s.m., r. neef, H.W.H. menkveld,J.H.J.m. van der graaf, dual media filtration competitive with continuous sand filtration for phosphorous and nitrogen removal, Published by iWa Publishing, london, uk (2006).

8

Witteveen+Bos, effluent polishing m.b.v. biologische actieve kool filtratie (Bakf), rapport asd907-1/ ders2/017 (2006)

9

Witteveen+Bos, effluent polishing d.m.v. coagulatie en flocculatie op biologische actieve koolfiltratie, rapport asd907-3/kuih2/010 (2007)

10

Witteveen+Bos, Programma van eisen 1-steP® filter, notitie asd907-5/ders2/019 (2007).

11

Witteveen+Bos, Vergelijking verschillende c - bronnen voor denitrificatie, notitie asd907-6/hecj/017 (2008).

12

council of the european union, Brussels, 23 June 2008, 10732/08, codec 776 enV 376, subject: ‘Proposal for a directive of the european Parliament and of the council on environmental quality standards in the field of water policy and amending directives 82/176/eec, 83/513/eec, 84/156/eec, 84/491/eec, 86/280/eec and 2000/60/ec’

13

Witteveen+Bos, Pao cursus “op weg naar nieuw effluent” 19-20 mei 2005 - Biologische actief koolfiltratie, ir. H.W.H. menkveld, 067-rapd-ders2-Pao cursus

14

technische universiteit delft, faculteit der civiele techniek en geowetenschappen, afdeling Watermanagement, sectie gezondheidstechniek, leerstoel drinkwater, Verstopping Biologische actieve koolfilters Weesperkarspel, Petra ross, 1 september 2006

15

staatsblad van het koninkrijk der nederlanden, Jaargang 2000, 508, Beschikking van de minister van Justitie van 27 november 2000, houdende plaatsing in het staatsblad van de tekst van het Besluit hygiëne en veiligheid badinrichtingen en zwemgelegenheden, zoals dit laatstelijk is gewijzigd bij besluit van 1 november 2000, stb. 482

96


16

official Journal of the euro pean union, 4.3.2006, directiVe 2006/7/ec of tHe euroPean Parliament and of tHe council, of 15 february 2006, concerning the management of bathing water quality and repealing directive 76/160/eec

17

Bache, d. H., gregory, r. (2007). flocs in Water treatment. flocs in Water treatment, iWa Publishing: 27 - 51, 166 - 171.

18

Bratby, J. (2006). coagulation and flocculation in water and wastewater treatment. london, iWa publishing.

19

deBarbadillo, c., rectanus, r., canham, r., schauer, P., (2006). tertiary denitrification and very low phosphorus limits: a practical look at phosphorus limitations on denitrification filters, proceedings Weftec.06, pp. 3454 - 3463

20

fitzpatrick, c.s.B., fradin, e., gregory, J., (2004). temperature effects on flocculation, using different coagulants, Water science and technology, Vol. 50, no. 12, pp. 171 – 175

21

gregory, J. (2006). Particles in Water - Properties and Processes. london, iWa Publishing.

22

Haarhoff, J., cleasby, J.l., (1988). comparing aluminium and iron coagulants for in-line filtration of cold water, J. aWWa, april, pp 168 – 175

23

Hanner, n., aspegren, H., nyberg, u., andersson, B., (2003). upgrading the sjölunda WWtP according to a novel process concept, Water science and technology, Vol. 47, no. 12, pp. 1 – 7

24

Hurst, a. m., edwards, m.J., chipps, m., Jefferson, B., Parsons, s.a. (2004). “the impact of rainstorm events on coagulation and clarifier performance in potable water treatment.” science of the total environment 321: 219 - 230.

25

Husband J. and Becker, e., (2007). demonstration testing of denitrification effluent filters to achieve limit of technology for total nitrogen removal and phosphorus, Proceedings nutrient removal, pp. 556 – 568

26

kang, l., cleasby, J. (1995). “temperature effects on flocculation kinetics using fe(iii) coagulant.” Journal of environmental engineering 121(12): 893 - 901.

27

meijers, a. P., de moel, P.J., Van Paassen, J.a.m. (1984). ontwerp standaardbekerglasproefapparaat en vergelijkend onderzoek van vlokmiddelen. mededeling nr. 70 nieuwegein, kiWa.

28

menkveld, H.W.H., miska, V., gorter, k., (2005). op weg naar ekW, praktijkonderzoek naar de aanvullende verwijdering van nutriënten, zware metalen en prioritaire stoffen. Voortgangsrapportage maart tot juli 2005. intern rapport Waternet

29

mhaisalkar, V.a., Paramasivam, r., Bhole, a.g., (1991). optimizing physical parameters of rapid mix design for coagulation-flocculation of turbid waters, Water research, Vol 16, no. 1, pp. 43 – 52

30

miska, V., van der graaf, J.H.J.m., de koning, J. (2006), improvement of monitoring of tertiary filtration with particle counting, Water science and technology: Water supply, Vol 6, no 1, pp 1-9

31

morris, J.k., knocke, W.r., (1984). temperature effects on the use of metal-ion coagulants for water treatment, J. aWWa, march, pp 74 – 79

32

scherrenberg, s.m., (2004). Verwijdering van stikstof en fosfaat uit rWzi-effluent door ultrafiltratie, afstudeerrapport Hoogeschool van utrecht

33

scherrenberg, s.m., Van nieuwenhuijzen, a.f., menkveld, H.W.H., den elzen, J.J.m., Van der graaf, J.H.J.m., (2008). innovative phosphorus distribution method to achieve advanced chemical phosphorus removal, Water science and technology. Vol. 58, no 9, pp 1727 – 1733

97


34

scherrenberg, s.m. a.f. van nieuwenhuijzen, J.J.m. den elzen, f.H. van den Berg van saparoea, a. malsch, J.H.J.m. van der graaf, (2008). aiming at complete nitrogen and phosphorus removal from WWtP effluent – the limits of technology, proceedings chicago, Weftec.08, october 2008

35

scherrenberg, s.m., den elzen, J.J.m., Berg van saparoea, van den, f.H., nieuwenhuijzen, van, a.f., (2008). is hoge initiële menging en extra vlokvormingstijd voor fosfaatverwijdering met vastbedfiltratie geldverspilling?, afvalwaterwetenschap, jaargang 8, nummer 6, pp 48 - 60

36

spivakov, B. y., maryutina, t.a., muntau, H. (1999). “Phosphorus speciation in water and sediments.” Pure applied chemistry 71(11): 2161 - 2176.

37

tchobanoglous, g. (2003) Wastewater engineering: treatment and reuse, metcalf & eddy, inc., 4th edition

38

stevens, r. J., stewart, B.m. (1982). “concentration fractionation and characterisation of soluble organic phosphorus in river water entering lough neagh.” Water research 16: 1507-1519.

39

stoWa, (2007). fosforterugwinning uit ijzerarm slib van rioolwaterzuiverings-inrichtingen, stoWarapport 2007-31, utrecht, (2007).

40

STOWA, (2007). adsorptie van fosfaat als nabehandelingstechniek, haalbaarheidsonderzoek, stoWarapport 2007-26, utrecht

41

stoWa, (1993). Handboek chemische P-verwijdering, stoWa-rapport 1993-06, utrecht

42

thistleton, J., Berry, t.-a., Pearce, P., Parsons, s.a., (2002). mechanisms of chemical phosphorus removal ii iron (iii) salts, trans icheme, Volume 80, Part B, pp 265 – 269

43

george tchobanoglous, franklin l. Burton, H. david stensel, (2003) Wastewater engineering treatment and reuse fourth edition by metcalf & eddy, inc.

44

Van der Woude, J.H.a. and de Bruyn, P.l., (1983). formation of colloidal dispersions from supersaturated iron(iii)nitrate solutions. i. precipitation of amorphous iron hydroxide, colloids and surfaces, no. 8, pp. 55 - 78

45

yukselen, m.a., and gregory, J., (2004). the reversibility of floc breakage, int.J. miner. Process 73: 251-259

46

ching-Jung chuang en kun-yan li (1997). effect of coagulant dosage and grain size on the performance of direct filtration, seperation and purification technology, volume 12, pp. 229-241

47

miska, V. neef, r., graaf, van der, J.H.J.m., menkveld, H.W,H. (2007) rapid media filtration for simultaneous nutrient removal, Proceedings nutrients removal 2007: state of the art

48

roex, e (2003) teB praktijkonderzoek. deel t-1: meten teB-parameters. fWVo nota 03-03.

49

roex, e. (2005) nut en noodzaak van het extraheren van effluenten voor de teB-methodiek. riza rapport 2005.012.

50

stoWa (2009) demonstratieonderzoek aanvullende zuiveringstechnieken op de rWzi leiden zuidWest; Vergaande nutriëntenverwijdering, rapportnr. 2009-32

51

Hanson, a.t. and cleasby, J.l., (1990). the effects of temperature on turbulent flocculation: fluid dynamics and chemistry, Journal aWWa november 1990, pp. 56 – 71

52

stoWa (2009) demonstratieonderzoek aanvullende zuiveringstechnieken op de rWzi leiden zuidWest; onderzoek geavanceerde oxidatietechnieken op effluent, rapportnr 2009-33

53

http://www.rivm.nl/rvs/stoffen/prio/totale_prior_stoffenlijst.jsp

98


bIjLAGE 1

metHode totaal effluent Beoordeling De meerwaarde van TEB-analyses kan blijken uit het feit dat meer inzicht wordt verkregen in de effectiviteit dan op basis van uitgevoerde chemische analyses mogelijk is. Om te bepalen of deze meerwaarde aanwezig is, zijn de TEB-metingen zoveel mogelijk gecombineerd met een uitgebreide chemische en biologische analyses van de monsters. Voor de TEB-analyses zijn 3 verschillende bepalingen uitgevoerd: 1. bepaling van de toxiciteit van het effluent; 2. bepaling van oestrogene activiteit (ER-CALUX); 3. bepaling van het potentieel bioaccumulerend vermogen van het effluent via de SPMEmethode. Ad1. Er zijn 3 verschillende toxiciteitstesten uitgevoerd, namelijk: • de microtox/ bacterietest (uitgevoerd met een zoutwater-bacterie) • de algentest (uitgevoerd met de groenalg Pseudokirchneriella subcapitata) • de watervlooien/ kreeftachtigetest (wordt uitgevoerde met de watervlo Daphnia magna) In deze testen worden de organismen voor een bepaalde periode (afhankelijk van het organisme) blootgesteld aan een concentratiereeks van het effluent. Hiertoe worden de effluenten eerst geëxtraheerd en geconcentreerd met XAD-hars. In deze extractie/concentratiestap wordt 20 liter effluent geconcentreerd to 60 ml concentraat. De belangrijkste voordelen van deze concentratiestap zijn het bijna altijd kunnen rapporteren van een effectniveau, en het elimineren van de storende invloed van overschrijdende randvoorwaarden in de test (pH, ammonium, ionenbalansen) op de TEB-resultaten. Het belangrijkste nadeel van deze methode is dat metalen niet meegenomen worden in de extractiestap, en daarmee ook de mogelijke effecten hiervan op de milieubezwaarlijkheid. Na de blootstellingstijd wordt bepaald bij welke concentratie effluent de helft van de organismen nadelige effecten vertoont. Deze concentratie wordt de EC50 genoemd. De resultaten van de toxiciteitstesten zijn weergegeven in Toxic Units, wat de reciproque is van de concentratiefactor. Een Toxic Unit van 0,02 betekent dat het effluent 1/0.02 =50 keer geconcentreerd moet worden om een EC50 te kunnen verkrijgen. Wanneer een effluent minder dan 20 keer (TU=0.05) geconcentreerd moet worden om een EC50 in een acute test te verkrijgen, dan wordt dit beschouwd als een indicatie voor de eventuele aanwezigheid van chronische toxiciteit in het effluent. Deze factor is opgebouwd uit een factor 10 die staat voor de verhouding tussen acute en chronische toxiciteit (zogenaamde Acuut-Chronische Ratio die ook in EU risicobeoordelingen wordt gebruikt) en een factor 2 die compenseert voor de extractie-efficiëntie van de XAD-methode.

99


Ad 2. Met behulp van de ER-Calux assay wordt de oestrogene activiteit van een effluentmonster bepaald. Deze oestrogene activiteit wordt gerelateerd aan de oestrogene activiteit van 17ß-estradiol. Oestrogenen zijn stoffen die een hormoon ontregelende werking hebben en een nadelige invloed kunnen hebben op het ecosysteem. Ontregeling van de geslachtshormonen kan leiden tot verstoring van ontwikkeling, gedrag en voortplanting. Ad 3. Met behulp van de SPME-methode (Solid Phase Micro Extraction) wordt een beeld verkregen van het potentieel bioaccumuleerbaar vermogen van een effluent. Er wordt gesproken van “potentieel”, omdat de concentratie niet rechtstreeks in een organisme wordt bepaald, maar in een fiber die de fractie lipiden in een organisme nabootst. Hiertoe wordt de fiber in een liter effluent gebracht en wordt het effluent 48 uur geschud. Gedurende deze 48 uur absorberen alle chemische verbindingen met een zekere affiniteit aan de fiber. Deze affiniteit is afhankelijk van de lipofiliteit van de stof. Hierna wordt de fiber geanalyseerd met behulp van GC-ECD (gaschromatografie Electron Capture Detection). Het oppervlakte onder het chromatogram is een maat voor het bioaccumulerend vermogen van het effluent.

100


bIjLAGE II

analyseresultaten geneesmiddelen en BestriJdingsmiddelen Bijlage II

: Analyseresultaten geneesmiddelen en bestrijdingsmiddelen

In deze bijlage staanbijlage de resultaten vanresultaten de geneesmiddelen en bestrijdingsmiddelen analyses die zijn uitgevoerd In deze staan de van de geneesmiddelen en bestrijdingsmiddelen analyses op verschillende tijdstippen in het 1-STEP® demonstratie onderzoek. die zijn uitgevoerd op verschillende tijdstippen in het 1-STEP® demonstratie onderzoek. 1. Bestrijdingsmiddelen: 1. bESTRIjDINGSmIDDELEN:

DIETHYLTOLUAMIDE


0,35 0,3 0,25 0,2 0,15 0,1 0,05 0 ANBT

0

5000

10000

Verwijdering (%)

15000

20000

25000

20000

25000


Filtraat

100% 80% 60% 40% 20% 0% -20% 0 -40% -60% -80% -100%

5000

10000

Negatieve waarden en meetwaarden onder de detectiegrens zijn niet opgenomen in deze grafiek

15000



DICHLOBENIL 0,05 0,045 0,04 0,035 0,03 0,025 0,02 0,015 0,01 0,005 0 ANBT

0

1000

2000

3000

Verwijdering (%)

100% 80% 60% 40% 20% 0% -20% 0 -40% -60% -80% -100%

4000

5000

6000

7000

8000

9000

6000

7000

8000

9000


Filtraat

1000

2000


3000

4000

5000


101


IMIDACLOPRID Concentratie (μg/l)

0,06 0,05 0,04 0,03 0,02 0,01 0 0

ANBT

5000

10000

Verwijdering (%)

15000

20000

25000

30000

35000

25000

30000

35000

25000

30000

35000

25000

30000

35000


Filtraat

100% 80% 60% 40% 20% 0% -20% 0 -40% -60% -80% -100%

5000

10000

15000

20000



PROPOXUR Concentratie (μg/l)

0,035 0,03 0,025 0,02 0,015 0,01 0,005 0 0

ANBT

5000

10000

Verwijdering (%)

15000

20000


Filtraat

100% 80% 60% 40% 20% 0% -20% 0 -40% -60% -80% -100%

5000

10000


15000

20000


102 105


ISOPROTURON Concentratie (μg/l)

0,06 0,05 0,04 0,03 0,02 0,01 0 ANBT

0

5000

10000

Verwijdering (%)

100% 80% 60% 40% 20% 0% -20% 0 -40% -60% -80% -100%

15000

20000

25000

30000

35000

25000

30000

35000


Filtraat

5000

10000


15000

20000


AMINOMETHYLFOSFONZUUR (AMPA) Concentratie (μg/l)

0,6 0,5 0,4 0,3 0,2 0,1 0

ANBT 0

Verwijdering (%)

Filtraat

100% 80% 60% 40% 20% 0% -20% 0 -40% -60% -80% -100%

5000

10000

15000

20000

25000

20000

25000


5000


10000

15000


103 106


1.

Geneesmiddelen

Concentratie(μg/l)

AZITROMYCINE 0,45 0,4 0,35 0,3 0,25 0,2 0,15 0,1 0,05 0 ANBT

0

5000

10000

Verwijdering (%)

15000

20000

25000

30000

35000

25000

30000

35000

25000

30000

35000

25000

30000

35000


Filtraat

100% 80% 60% 40% 20% 0% -20% 0 -40% -60% -80% -100%

5000

10000

15000

20000


CARBAMAZEPINE (Log Kow: 2,54) Concentratie(μg/l)

0,7 0,6 0,5 0,4 0,3 0,2 0,1 0 ANBT 0

5000

10000

Verwijdering (%)

15000

20000


Filtraat

100% 80% 60% 40% 20% 0% -20% 0 -40% -60% -80% -100%

5000

10000

15000

20000


104 107


CLARITHROMYCINE Concentratie(μg/l)

0,3 0,25 0,2 0,15 0,1 0,05 0 ANBT

0

5000

10000

Verwijdering (%)

100% 80% 60% 40% 20% 0% -20% 0 -40% -60% -80% -100%

15000

20000

25000

30000

35000

25000

30000

35000

25000

30000

35000

25000

30000

35000


Filtraat

5000

10000

15000

20000


DICLOFENAC (Log Kow: 0,5) Concentratie(μg/l)

0,7 0,6 0,5 0,4 0,3 0,2 0,1 0 ANBT 0

5000

10000

Verwijdering (%)

100% 80% 60% 40% 20% 0% -20% 0 -40% -60% -80% -100%

15000

20000


Filtraat

5000

10000

15000

20000


105

108


Concentratie(μg/l)

ERYTHROMYCINE 0,2 0,18 0,16 0,14 0,12 0,1 0,08 0,06 0,04 0,02 0 ANBT

0

5000

10000

Verwijdering (%)

15000

20000

25000

30000

35000

25000

30000

35000

25000

30000

35000

25000

30000

35000


Filtraat

100% 80% 60% 40% 20% 0% -20% 0 -40% -60% -80% -100%

5000

10000

15000

20000


Concentratie(μg/l)

LIDOCAINE 0,2 0,18 0,16 0,14 0,12 0,1 0,08 0,06 0,04 0,02 0 ANBT

0

5000

10000

Verwijdering (%)

15000

20000


Filtraat

100% 80% 60% 40% 20% 0% -20% 0 -40% -60% -80% -100%

5000

10000

15000

20000


106

109


METOPROLOL (Log Kow: 2,4) Concentratie(μg/l)

2,5 2 1,5 1 0,5 0 ANBT 0

5000

10000

15000

Verwijdering (%)

20000

25000

30000

35000

25000

30000

35000

25000

30000

35000

25000

30000

35000


Filtraat

100% 80% 60% 40% 20% 0% -20% 0 -40% -60% -80% -100%

5000

10000

15000

20000


NAPROXEN (Log Kow: 3,31) Concentratie(μg/l)

0,25 0,2 0,15 0,1 0,05 0 ANBT

0

5000

10000

Verwijdering (%)

100% 80% 60% 40% 20% 0% -20% 0 -40% -60% -80% -100%

15000

20000


Filtraat

5000

10000

15000

20000


107

110


SULFAMETHOXAZOL (Log Kow: 0,89) Concentratie(μg/l)

0,35 0,3 0,25 0,2 0,15 0,1 0,05 0 ANBT

0

5000

10000

Verwijdering (%)

15000

20000

25000

30000

35000

25000

30000

35000


Filtraat

100% 80% 60% 40% 20% 0% -20% 0 -40% -60% -80% -100%

5000

10000

15000

20000


108

111


bIjLAGE III

Prioritare stoffen Bijlage III

: Prioritare stoffen

Een overzicht van prioritaire stoffen [2] is weergegeven in de onderstaande afbeelding. Een overzicht van prioritaire stoffen [2] is weergegeven in de onderstaande afbeelding.

109


110


bIjLAGE Iv

resultaten analyses kool steekmonsters De resultaten van de analyses door Norit van de kool-steekmonsters staan hieronder weergegeven. De aangegeven datum is de rapportage datum van de onderzoeksresultaten. Datum: 26-02-2008 Monster A bovenlaag Monster B middenlaag Monster C onderlaag Analyses

Units

Gebruikt

Gebruikt

Gebruikt

Norit

1-STEP®-A

1-STEP®-b

1-STEP®-C

GAC 610

080056

080057

080058

vers

mm

2.3

2.4

2.6

2.6

1.3

1.3

1.3

1.2-1.3

Particle size < 2.0 mm

mass-%

17.4

10.3

6.2

3-4


mass-%

0.2

0.4

0.4

circa 0.2

98.8

96.9

97.4

95.7

Particle diameter d50 Particle size uc

Ball-pan hardness iodine no

715

745

720

1025

calcium (acid extr.)

mass-%

0.4

0.3

0.4

0.2

aluminium (acid extr.)

mass-%

0.6

0.6

0.6

0.1

0.3

0.3

0.3

0.4

manganese (acid extr.)

mass-%

0.002

0.002

0.003

0.001

total n

mass-%

1.0

--

--

--

total s

mass-%

0.9

--

--

0.5-0.8

tga 100-500 °c

mass-%

6.7

6.2

5.2

0.5

tga 500-900 °c

mass-%

3.6

2.8

2.6

1.5

tga 100-900 °c

mass-%

10.3

9.0

7.8

2.0

iron (acid extr.)

*) All analyses based on Norit Standard Test Methods (NSTM).

111


Datum: 17-11-2008 Monster A bovenlaag (0-40 cm diep) Monster B middenlaag (80-120 cm diep) Monster C onderlaag (147-187 cm diep) Analyses

Units

Particle diameter d50

mm

Particle size uc Particle size < 2.0 mm

mass-%


mass-%


Gebruikt

Gebruikt

Gebruikt

Norit

1-STEP®-A

1-STEP®-b

1-STEP®-C

GAC 610

080598

080599

080600

vers

2.2

2.4

2.5

2.6

1.2

1.2

1.3

1.2-1.3

29.7

10.5

7.1

3-4

0.3

0.4

0.4

circa 0.2

97.7

99.6

99.8

95.7

815

800

800

1025


mass-%

0.3

0.3

0.3

0.2


mass-%

0.8

0.7

0.7

0.1

0.4

0.4

0.4

0.4

iron (acid extr.) manganese (acid extr.)

mass-%

0.004

0.004

0.004

0.001

tga 100-500 °c

mass-%

8.7

4.2

3.8

0.5

tga 500-900 °c

mass-%

2.3

2.4

2.0

1.5

tga 100-900 °c

mass-%

11.0

6.6

5.8

2.0


monster

Totaal P

Extr. PO4

Theor. PO4

verschil PO4

(mass-%)

(mass-%)

(mass-%)

(mass-%)

080767 (org.)

1.21

4.70

3.71

1.03

080598 (a)

1.09

3.40

3.34

0.06

080599 (B)

1.06

3.60

3.25

0.35

080600 (c)

1.01

3.45

3.10

0.35

112


Datum: 19-01-2009 Monster A bovenlaag Monster B middenlaag Monster C onderlaag Analyses

Units

Particle diameter d50

mm

Particle size uc Particle size < 2.0 mm

mass-%


mass-%


Gebruikt

Gebruikt

Gebruikt

Norit

1-STEP®-A

1-STEP®-b

1-STEP®-C

GAC 610

081002

081003

081004

vers

2.2

2.3

2.5

2.6

1.2

1.3

1.3

1.2-1.3

32.4

14.7

7.9

3-4

0.3

0.2

0.7

circa 0.2

96.3

97.5

98.3

95.7

800

825

795

1025


mass-%

0.3

0.2

0.2

0.2


mass-%

0.7

0.6

0.6

0.1

0.2

0.3

0.3

0.4

iron (acid extr.) manganese (acid extr.)

mass-%

0.002

0.003

0.003

0.001

tga 100-500 °c

mass-%

9.7

6.7

4.9

0.5

tga 500-900 °c

mass-%

2.5

2.0

2.3

1.5

tga 100-900 °c

mass-%

12.2

8.7

7.2

2.0


113


Datum: 12-03-2009 Monster A bovenlaag Monster B middenlaag Monster C onderlaag Analyses

Units

Gebruikt

Gebruikt

Gebruikt

Norit

1-STEP®-A

1-STEP®-b

1-STEP®-C

GAC 610

090103

090104

090105

vers

mm

2.4

2.6

2.7

2.6

1.3

1.3

1.3

1.2-1.3


mass-%

16.6

2.6

1.5

3-4


mass-%

Particle diameter d50 Particle size uc

0.7

0.1

0.0

circa 0.2

Ball-pan hardness

99.0

99.3

99.7

95.7

iodine no

700

715

750

1025


mass-%

0.3

0.2

0.2

0.2


mass-%

0.6

0.5

0.5

0.1

0.3

0.3

0.3

0.4

manganese (acid extr.)

mass-%

0.003

0.003

0.003

0.001

tga 100-500 °c

mass-%

12.1

7.3

5.7

0.5

tga 500-900 °c

mass-%

2.1

2.3

1.9

1.5

tga 100-900 °c

mass-%

14.2

9.6

7.6

2.0

iron (acid extr.)


114


bIjLAGE v

Protocol keuze actief kool LAbSCHAALTESTEN KEUZE ACTIEF KOOL Er is gebruik gemaakt van twee identieke labschaalkolommen. Deze wordt weergegeven in de afbeelding. In de tabel zijn de instellingen te zien van de labschaal kolommen. TAbEL 1

TAbEL INSTELLINGEN LAbSCHAAL KOLOmmEN

Instelling

Eenheid

Waarde

debiet l/h Bijlage V Protocol keuze actief kool bedhoogte cm Labschaaltesten keuze actief kool diameter cm Er is gebruik gemaakt van twee identieke labschaalkolommen. Deze wordt weergegeven in de afbeelding. In de tabel zijn debedoppervlakte instellingen te zien van de labschaal kolommen. cm2 TABEL 1

TABEL bedvolume INSTELLINGEN LABSCHAAL KOLOMMEN

Instelling

l Eenheid

130 85 13 130 10

Waarde

totaal volume labschaal kolom l debiet l/h 130 bedhoogte cm 85 max. terugspoelsnelheid m/h diameter cm 13 hoeveelheid actief kool l 130 bedoppervlakte cm2 bedvolume l 10 coagulantdosering Polyaluminiumchloride (Pacl) me/Portho totaal volume labschaal kolom l 39 max. terugspoelsnelheid m/h 54 koolstofbron methanol 10 % (meoH) no3/czV hoeveelheid actief kool l 10 coagulantdosering Polyaluminiumchloride (PACl) Me/Portho 5* * Handmatig Afhankelijk van fosfaatnitraatgehalte4*van de afloop NBT. koolstofbron Methanolbijstellen. 10 % (MeOH) NOen 3/CZV

39 54 10 5* 4*

* Handmatig bijstellen. Afhankelijk van fosfaat- en nitraatgehalte van de afloop NBT.

AFbEELDING11 AFBEELDING AFbEELDING SCHEmATISCHE TEKENING LAbSCHAAL KOLOm AFBEELDING SCHEMATISCHE TEKENING LABSCHAAL KOLOM

1 2 3 4 5 6

RWZI 7 Terugspoel lucht 13 lucht Kraan Afvoer spoelwater 1 Afloop RWZI Nabezinktank Afloop Nabezinktank 7 Terugspoel 13 Kraan Afvoer spoelwater Doseerpunt Coagulant 8 Terugspoel water 14 Bovenwaterstand 2 Doseerpunt Coagulant 8 Terugspoel water 14 Bovenwaterstand Ingang punten RWZI water 9 Statische menger 15 Filterbed Doseerpunt MeOH Kraan Afvoer spoelwater 16 menger Kraan terugspoelen/filtraat 3 Ingang punten RWZI10 water 9 Statische 15 Filterbed Afvoer spoelwater 17 Monsterpunt 4 Doseerpunt MeOH 11 Overloop bovenwaterstand 10 Kraan Afvoer spoelwaterna Coagulatie/MeOH 16 Kraan dosering terugspoelen/filtraat Afvoer spoelwater 12 Flowmeter Filtraat water 5 Afvoer spoelwater 11 Overloop bovenwaterstand 17 Monsterpunt na Coagulatie/

6

Afvoer spoelwater

12

Flowmeter Filtraat water

MeOH dosering

115 117


WERKWIjZE LAbSCHAAL KOLOmmEN In de afbeelding is de opstelling schematisch weergegeven. De werkwijze van de kolommen is als volgt; 1. Er wordt na de afloop NBT (afloop nabezinktank punt 1) aanvoerpomp PACl (punt 2) gedoseerd aan het water dat door het filterbed (punt 15) gepompt wordt. 2. Het water gaat door een statische menger (punt 9). 3. De afloop NBT wordt boven op het filterbed gepompt (punt 3c) met 130 l/h. 4. De methanol wordt gedoseerd bij punt 4. 5. Het water zakt door het filterbed heen. 6. Na 15 minuten wordt de bovenwaterstand op geschreven en wordt het debiet gecontroleerd. 7. Er worden monsters genomen van het afloop NBT (punt 1), het BWS (bovenwaterstand punt 14) en het filtraat (punt 16). Deze worden allen geanalyseerd op Al, CZV, NO3-N, PO4-P, Ptotaal, NTU, pH en zuurstof. TERUGSPOELPROCEDURE Als er doorbraak plaats vindt van bepaalde componenten of de bovenwaterstand is te hoog dan moet er teruggespoeld worden. Voor het terugspoelen is een vaste procedure. De instellingen hiervoor zijn weergegeven in tabel 2. Het is van belang dat er eerst met lucht teruggespoeld wordt en vervolgens met water. Er moet eerst met lucht teruggespoeld worden om het filterbed te breken. Vervolgens wordt het vuil en de biomassa verwijderd door het spoelen met water. Het terugspoelen dient niet te intensief plaats te vinden om te voorkomen dat te veel biomassa verwijderd wordt of kool uitgespoeld. TAbEL 2

INSTELLINGEN TERUGSPOELPROCEDURE

tijd (min) Lucht

2

Water

8

flow (m/h)

54

Het terugspoelen gebeurt steeds op identieke wijze. Er wordt eerst twee minuten met lucht gespoeld en vervolgens acht minuten met water. De volgorde van het terugspoelen is als volgt; 1. De klep bij punt 10 (afbeelding ) wordt kwartslag gedraaid. 2. De kleppen bij punt 3a, b en c worden dicht gedraaid. 3. De klep bij punt 16 wordt 180 graden gedraaid. 4. De flow (punt 7) van de lucht wordt volledig los gedraaid en na twee minuten weer dicht gedraaid. 5. Vervolgens wordt de flow (punt 8) van het spoelwater volledig los gedraaid en na acht minuten weer dicht gedraaid. 6. Dan wordt de klep bij punt 3c kwartslag gedraaid zodat het spoelwater uit de kolom wegvloeit. 7. Het laatste water vloeit weg door de klep bij punt 13 kwartslag te draaien en als het water uit het filterbed weg is wordt deze klep weer teruggedraaid. Vervolgens wordt de klep bij punt 16 weer 180 graden gedraaid zodat er weer opnieuw begonnen kan worden met filtreren.

116


ANALySE PERIODES Het onderzoek is opgesplitst in vier analyseperiodes. Het betreft in chronologische volgorde, proeven zonder dosering, proeven met coagulantdosering, proeven met methanol dosering en proeven met simultane dosering. KEUZE ACTIEF KOOL Op basis van de verkregen informatie over de te behalen looptijden kan een keuze gemaakt worden welk type kool het meest geschikt is om te worden toegepast.

117


118


bIjLAGE vI

temPeratuursinVloed oP fosfaatVerWiJdering in Het filter De bekerglasproeven geven een duidelijk beeld over de invloed van de temperatuur op de vlokvorming. In afbeelding is de invloed van de temperatuur op de fosfaatverwijdering in het filterbed weergegeven. De blauwe balken geven de orthofosfaatconcentratie in de afloop NBT, de paarse balken geven de totaal fosfaat concentratie bij een temperatuur < 13°C, de lichtgele balken bij een temperatuur 13 °C ≤ T <18 °C en de lichtblauwe balken bij een tempe≥ 18 °C. Voor hetopmaken van afbeelding is gebaseerd op alle data van 2008 waarbij een Bijlageratuur VI Temperatuursinvloed fosfaatverwijdering in het filter Me/Portho verhouding van 3 – 5 werd gehanteerd. Het 95% betrouwbaarheidsinterval voor De bekerglasproeven geven duidelijk beeldmet over de invloed van van de temperatuur op dede vlokvorming. afbeelding de metingen is een weergegeven behulp foutenbalken, cijfers inInde grafiek geven het is de invloed van de temperatuur op de fosfaatverwijdering in het filterbed weergegeven. De blauwe balken geven de minimale eninmaximale aantal meetingen per in de afloop orthofosfaatconcentratie de afloop NBT, de paarse balken geven de orthofosfaatconcentratie totaal fosfaat concentratie bij een temperatuur < NBT weer. 13°C, de lichtgele balken bij een temperatuur 13 °C ≤ T <18 °C en de lichtblauwe balken bij een temperatuur ≥ 18 °C. Voor sommige orthofosfaatconcentraties in de afloop NBT zijn geen totaal fosfaat concentraVoor het maken van afbeelding is gebaseerd op alle data van 2008 waarbij een Me/Portho verhouding van 3 – 5 werd gehanteerd. 95% betrouwbaarheidsinterval is weergegeven met behulp foutenbalken, ties Het beschikbaar, dit houdt in voor dat de demetingen orthofosfaatconcentratie bijvandie bepaaldedetemperatuur cijfers in de grafiek geven het minimale en maximale aantal meetingen per orthofosfaatconcentratie in de afloop NBT niet is voorgekomen. weer. Voor sommige orthofosfaatconcentraties in de afloop NBT zijn geen totaal fosfaat concentraties beschikbaar, dit houdt in dat de orthofosfaatconcentratie bij die bepaalde temperatuur niet is voorgekomen. AFbEELDING 1

TEmPERATUURSINvLOED OP DE vERWIjDERING vAN FOSFAAT IN HET FILTERbED

AFBEELDING 1 TEMPERATUURSINVLOED OP DE VERWIJDERING VAN FOSFAAT IN HET FILTERBED. 1,6231-478 n=

872-3252

992-3062

183-981 101-253

28-155

8-127

6-123

11-35

6-20

7-26

7-29

14-79

1,4

MeP verhouding tussen 3 - 5 mol/mol


1,2

1,0

0,8

0,6

0,4

0,2

0,0 0,2

0,3

0,4

0,5

0,6

0,7

0,8

0,9

1,0

1,1

1,2

1,3

1,4

Portho afloop NBT (mg/l)

afloop NBT

Ptotaal T < 13

Ptotaal 13 ≤ T < 18

Ptotaal T ≥ 18

Temperaturen lager dan 13°C geven altijd een hogere totaal fosfaatconcentratie in het filtraat vergeleken bij temperaturen hoger dan 13°C. Tot en met13°C een orthofosfaatconcentratie van 0,8 mg/l in de fosfaatconcentratie afloop NBT is een afname te Temperaturen lager dan geven altijd een hogere totaal in het filtraat zien van totaal fosfaat bij een hogere temperatuur. Voor 0,9 mg/l en 1,0 mg/l is de totaal fosfaatconcentratie bij 13°C ≤ vergeleken bij gelijk, temperaturen hoger dan 13°C.inTot en met orthofosfaatconcentratie van T <18°C en ≥ 18°C vrijwel maar voor orthofosfaatconcentraties de afloop NBT een van 1,1 mg/l en 1,2 mg/l is de totaal fosfaatconcentratie bij ≥ 18°C groter dan bij 13°C ≤ T <18°C. Dit wordt mogelijk veroorzaakt doordat de 0,8 mg/l in de afloop NBT is een afname te zien van totaal fosfaat bij een hogere temperatuur. vlokken bij hogere temperaturen weliswaar groter worden (zie afbeelding 26), maar een open structuur hebben waardoor de vlokken eenvoudig het afbreken van vlokken Voor 0,9 mg/l en 1,0uiteen mg/lkunnen is de vallen. totaalDoor fosfaatconcentratie bij bestaat 13°C ≤deTmogelijkheid <18°C en dat ≥ 18°C vrijwel vlokken niet worden afgevangen en in het filtraat terecht komen. Nader onderzoek is nodig om dit aan te kunnen tonen.

gelijk, maar voor orthofosfaatconcentraties in de afloop NBT van 1,1 mg/l en 1,2 mg/l is de

totaal fosfaatconcentratie bij ≥ 18°C groter dan bij 13°C ≤ T <18°C. Dit wordt mogelijk veroorzaakt doordat de vlokken bij hogere temperaturen weliswaar groter worden (zie afbeelding 26), maar een open structuur hebben waardoor de vlokken eenvoudig uiteen kunnen vallen. Door het afbreken van vlokken bestaat de mogelijkheid dat vlokken niet worden afgevangen en in het filtraat terecht komen. Nader onderzoek is nodig om dit aan te kunnen tonen.

119

119


120

1-STEP FILTER ALS EFFLUENTPOLISHINGSTECHNIEK

Recommend Documents