Onderzoeksprogramma Proef Biologische ontijzering ZS Lekkerkerk
Oasen N.V. Nieuwe Gouwe O.Z. 3 Postbus 122 2800 AC Gouda T 0182 59 35 30 www.oasen.nl Pagina 1 van 6
Onderzoeksprogramma Proef Biologische ontijzering zs Lekkerkerk Testen of een stabiele robuuste hoogbelaste droog ontijzering realiseerbaar is op zuiveringsstation Lekkerkerk:
17 november 2010 Status Concept Versie 1.0
Opdrachtgever Arie Haasnoot Stellers W. Burger (Logisticon) B Vonk Redactie Weren de Vet, Koen Huysman (Pidpa) Bijdrage R. van den Berg (logisticon) Basisontwerp Opmaak Druk Verspreiding -
Oasen N.V. Nieuwe Gouwe O.Z. 3 Postbus 122 2800 AC Gouda T 0182 59 35 30 www.oasen.nl
Pagina 3 van 22
Inhoud 1.
Inleiding
5
1.1
Doel van dit document
5
2. 2.1
Plan van aanpak Formulering probleemstelling
7 7
2.2 2.3 2.3.1 2.3.2
Onderzoeksresultaat Aanpak Doelstelling proefonderzoek biologische ontijzering: Eisen aan werking filter
7 7 7 7
2.3.3 2.3.4 2.3.5 2.4
Opzet Pilotinstallatie Rapportages Bediening en alarmering Raakvlakken met anders voorzieningen/ projecten
8 9 9 10
2.5 2.6
Onderzoeksafbakening Randvoorwaarden en hoofduitgangs- en aandachtspunten
10 10
3.
Onderzoeksprogramma
11
3.1. 3.2. 3.2.1. 3.2.2.
Detaillering Fasering onderzoek Opstartfase Onderzoeksfase 1
11 11 11 13
3.2.3. 3.2.4. 3.3.
Onderzoeksfase 2 Bedrijfsvoering huidige voor- en nafilter Monstername en registratie
15 15 16
4.
Samenvatting
19
4.1. 4.2.
Samenvatting Akkoord opdrachtgever
19 19
Bijlage 1: PID
21
1. Inleiding Oasen is voornemens een nieuwe techniek voor ijzerverwijdering uit grondwater te toetsen in een proefonderzoek op ZS Lekkerkerk. De kern van de nieuwe techniek is een sterke verhoging van de filtratiesnelheid van de eerste filterstap. Hierdoor kan meer grondwater behandeld worden in kleinere filters. Voorgaand onderzoek bij Oasen en ervaringen bij het Vlaamse drinkwaterbedrijf Pidpa leveren sterke aanwijzingen, dat de hogere filtratiesnelheid biologische oxidatie van ijzer bevordert t.o.v. chemische oxidatie. Biologische oxidatie heeft als voordeel, dat het ijzer wordt afgefiltreerd als goed verwerkbaar (bezink- en indikbaar) slib. Financiële en milieukundige voordelen De verwachting is, dat de snelle biologische ijzerverwijdering financiële en milieukundige voordelen oplevert, zoals een kleiner bouwvolume, minder spoelwaterverlies en een beter hergebruikbare afvalstof. Daarnaast zal nageschakelde filtratie en specifiek de ammoniumverwijdering geoptimaliseerd kunnen worden, doordat de storende invloed van de ijzerverwijdering naar een aparte filterstap wordt verplaatst. Alternatief voor ondergrondse beluchting Als de techniek werkt, krijgt Oasen een alternatieve bovengrondse techniek ter beschikking voor een robuuste nitrificatie zonder ondergronds beluchten. Optioneel is na het ontijzeringsfilter nog een geringe fosfaatdosering nodig. De noodzaak hiertoe zal uit het onderzoek blijken. Onderzoeksdoelen Doel van het proefonderzoek is het testen van de robuustheid van dit zuiveringsconcept en het vaststellen van ontwerpparameters. Het snelle ontijzeringsfilter zal net als de meeste andere eerste filtratiestappen bij Oasen als droogfilter worden uitgevoerd, waarbij het in het grondwater aanwezige methaan wordt gestript. Aangezien het filtraat uit de proefinstallatie verder behandeld zal worden tot drinkwater leidt het proefonderzoek niet tot extra uitstoot van het broeikasgas methaan. 17 november 2010
1.1
Doel van dit document
Goedkeuring van het beoogde projectresultaat, plan van aanpak, onderzoeksprogramma en beheersaspecten, om voor dit project met het daadwerkelijke proefonderzoek te starten.
Onderzoeksprogramma
Pagina 5 van 22
2. Plan van aanpak 2.1
Formulering probleemstelling
De huidige voorzuivering van locatie ZS Lekkerkerk bestaat uit een droog voor- en nafilter. Uit het promotieonderzoek van Weren de Vet blijkt, dat de biologische nitrificatie in deze filters na verloop van tijd verslechtert, door competitie met ijzeroxiderende bacteriën, die geleidelijk aan in de voorfilters groeien en het schaarse maar essentiële fosfaat opnemen ten koste van de nitrificerende bacteriën. De onderhoudsinterval van de voorfilters is zo kort, omdat de ijzeroxiderende bacteriën om de paar jaar extern uit het filterzand gewassen moeten worden. Om een stabielere ijzerverwijdering en een betere ammoniumverwijdering te bewerkstelligen, zouden de ontijzering en nitrificatie in aparte filters moeten plaatsvinden, waarbij zo nodig extra fosfaat aan het nitrificatiefilter kan worden toegevoegd.
2.2
Onderzoeksresultaat
Antwoord op de vraag of een hoogbelaste droge ontijzeringsfiltratie, eventueel uitgebreid met een fosfaatdosering, een goed en efficiënt alternatief is ter vervanging van de huidige laagbelaste droge voorfiltratie inclusief ondergrondse beluchting.
2.3
Aanpak
2.3.1 Doelstelling proefonderzoek biologische ontijzering: Testen of een stabiele robuuste hoogbelaste droge ontijzeringsfiltratie realiseerbaar is op zuiveringsstation Lekkerkerk. Een dergelijke filtratiestap zou in dat geval voor Oasen de
17 november 2010
vervanging zijn van een separate beluchtingsstap (bijv. plaatbeluchters) in combinatie met een droogfilters (voorfilter). Keuze van droogfiltratie in het eerste filter heeft alleen te maken met het aanwezige methaangehalte in het ruwe water. Verder is het in technische zin reduceren van het bouwvolume een belangrijk (financieel) argument. In procestechnische zin is de verwachting dat de zuivering meer robuust wordt.
2.3.2
Eisen aan werking filter
Een droogfilter wordt geschikt bevonden indien uit het proefonderzoek de volgende eisen/randvoorwaarden worden gerealiseerd: • Effluent kwaliteit: ijzer 0,2 mg/l. Maximale waarde – voorkeur is lager respectievelijk < 0,05 mg/l). Gedurende minimaal 90% van de looptijd kleiner dan of gelijk aan de eis. Een nageschakeld filter kan eventueel restijzer verwijderen; • •
Een filtratiesnelheid van worden bewerkstelligd van tussen de 10 en 30 m/h (uitgangspunt is 20 m/h); Looptijd van het filter dient acceptabel te zijn waarbij een minimum richtlijn geldt van 24 uur;
•
De totale hoeveelheid spoelwater van het snelle ontijzeringsfilter + de nageschakelde filters minder is dan wel in het uiterste geval gelijk is aan die van het totaal van huidige conventionele zuivering; Het filtraat door een navolgend filter eenvoudig gezuiverd kan worden tot
•
drinkwaterkwaliteit (organische micro’s uitgezonderd; ook voldoen aan Hygiënische eisen Oasen); Methaanverwijdering voor minimaal 90% fysisch.
•
Ammonium- en mangaanverwijdering zijn geen eisen m.b.t. geschiktheid van het snelle ontijzeringsfilter. Fysische methaan verwijdering door het stripeffect van het droogfilter strippen wèl. Echter de mate waarin ammonium en mangaan door het filter mogelijk verwijderd gaan worden, dient nader onderzocht te worden.
Onderzoeksprogramma
Pagina 7 van 22
2.3.3
Opzet Pilotinstallatie
De pilot zal bestaan uit 2 droogfilters die elke identiek qua apparatuur en filtermedia worden uitgevoerd. In bijlage 1 is een P&ID opgenomen van de pilot met de volgende kenmerken: -
Filter: o o o o
o
Aantal Diameter Hoogte Instrumentatie
Uitvoering
: 2 stuks : 1.150 mm : ca. 4.250 mm (start filterbedhoogte 1,5 meter) : drukverschil bed (dP), flow voeding (FIT), nivo bed in ketel (LIT), flow lucht (FIS); continumetingen effluent elk filter afzonderlijk: FTE. Effluent filter gecombineerd schakelbaar met hand: pH, RedOx : gesloten
In een korte proef is middels testkolommen vastgesteld welk filtermedium zal worden toegepast. Reden voor de proef was het verkrijgen van de vereiste zekerheid dat de lucht- en watercapaciteit in meestroom goed door het filter kon worden gevoerd. Naar aanleiding hiervan is gekozen voor het toepassen van een zandfractie met een diameter : 1,7 – 2,5 mm hetgeen aanvankelijk was gekozen. De bedhoogte wordt 1,5 meter en kan eventueel gedurende de proef en in onderling overleg worden aangepast. -
-
-
-
-
-
Voeding naar filter: o Centrale voedingsleiding o Regelklep per filter met flowregeling (versproeiing in filter) o Instrumentatie : flow (FIT) Afvoer filtraat per filter: o Filtraatafvoer pomp: max. 30 m3/h bij circa 2 bar (voldoende druk om het over het voorfilter te leiden) o Regeling afvoer op basis van nivo in tussenbodem filterketel o Instrumentatie elk filter afzonderlijk: flow (FIT), troebelheid (QITx), filter gecombineerd met hand schakelbaar: zuurgraad pH (QITx), RedOx (QITx), Filterketel: o Instrumentatie: Drukverschilmeting (dPIT) in lucht over filterbed (gekozen wordt voor 2 aparte drukopnemers en een separatere kenmodule om drukval (drukverschil 0-250 mbar) te berekenen). o Niveaumeting (QITx) t.b.v bedhoogte (ultrasoon) Proceslucht: o Ventilator : max. 150 m3/h (RQ instelbaar van 1 tot 5) o Beluchtingswijze : meestroom met water: blazen o.b.v. overdruk voedingszijde filter (1) o Instrumentatie : flow (FI) De ventilator dient te allen tijde voor ‘overdruk’ boven het filter te zorgen. LWT zal een flowswitch voorzien ter controle werking ventilator (ventilator staat altijd aan). o Bovenin het filter wordt een flens voorzien die gebruikt kan worden wanneer het filter nat wordt bedreven en midden- of hogedrukversproeiing wordt toegepast (toekomstvariant) Spoelwater: o Centrale voedingsleiding spoelwater waarmee 150 m3/h kan worden afgevoerd o Regelklep centraal met flowregeling (1 filter gelijktijdig spoelen) o Instrumentatie : flow (FIT) o Afvoerleiding in het filter (uitgelegd op 150 m3/h) Spoellucht: o Centrale spoelluchtleiding (1 filter gelijktijdig spoelen) o Instrumentatie : flow (FI), druk (PI)
-
Monsterpunten: o Influent: een gezamenlijk punt voor beide filters
-
Monsterpunten per filter: o Effluent o Spoelwater o Luchtmeetpunten om methaanbalans te kunnen maken (methodiek: balansbepaling ontwikkeld door Oasen).
-
Aftap zand t.b.v bedaangroei: o In verband met bedaangroei worden op twee hoogten een DN50 kogelkraan op het filter aangebracht om overtollig zand af te voeren. Een kogelkraan op nivo 1,55, 5 cm boven een filterbed van 1,50 meter en nivo 2,05 meter , 5 cm boven een filterbed van 2.0 meter.
-
Aftap zand t.b.v leegmaken filter o Ten behoeve van het leegmaken van het filter wordt een DN50 kogelkraan aangebracht vlak boven de bodemplaat
-
Doorlaat t.b.v nemen monsters filterzand/antraciet : o Ten behoeve van het nemen monster van filterzand/antraciet worden op 3 hoogten een DN 50 kogelkraan geplaatst. Door middel van een steeklans of grondboor kunnen zandmonsters worden genomen. De hoogten vanaf de bodemplaat zijn 25 cm, 75cm en 125cm. Wanneer de bedhoogte gewijzigd wordt naar 2 meter kan de kogelkraan die geplaatst is op 1,55 meter (t.b.v. aftappen overtollig zand) worden gebruikt als 4e monsterpunt.
-
Type sproeier: o De sproeiers die worden toegepast is het type Gouda. In het filter zal een verdeelnet worden gemaakt die gedeeltelijk afgesloten kan worden. Type filterdop: o Het type filterdop dat gebruikt zal worden is van KSH, type KSP 36x1.
-
Opmerking: In het P&ID zijn nog enkele zaken ‘rood’ weergegeven die aangevuld zijn t.o.v. de vorige besproken versie.
2.3.4
Rapportages
Op basis van frequentie monsternames en het vrijkomen van de analyseresultaten wordt conform wens klant voorgesteld om 2-wekelijkse rapportages te vervaardigen. Deze bestaan uit: • Overzicht logboek (wat heeft zich de afgelopen 2 weken voorgedaan) – Status
17 november 2010
• • •
instellingen filter Schematisch overzicht (spreadsheet) en grafisch verloop analyseresultaten laboratorium Grafisch verloop analoge metingen Specifieke processen beschreven dan wel qua resultaten gevisualiseerd in grafieken
•
(spoeling, balans, carrouselmeting, qPCR etc.) Voorstellen ter verbetering respectievelijk aanpassingen t.b.v. volgende test fase.
De rapporten worden digitaal verzonden waarbij vervolgens voorgesteld wordt om 1 x per 4 weken een overleg LWT/Oasen/Pidpa te hebben omtrent voortgang onderzoek en bespreking resultaten/rapportages. Verslaglegging zal uitgevoerd worden door LWT. Opmerking: Pidpa zal commentaar aanleveren via mail en tenminste aanwezig zijn bij de overleg van de tussen- en eindrapportage. Het proefonderzoek is opgedeeld in een 2 tal onderzoeksfasen. Voorgesteld wordt om elke onderzoeksfase af te sluiten met een rapport waarin de deelrapportages zijn ondergebracht met aanvullingen omtrent de conclusies die getrokken zijn over de werking van het filter en de keuzes die gemaakt zijn aangaande de bedrijfsvoering voor de volgende test fase. Er worden in totaal twee rapportages opgesteld, een na onderzoeksfase 1 (tussenrapportage) en een na onderzoeksfase 2 (eindrapportage) waarin de haalbaarheid voor het gebruik van een dergelijk filterconcept vastgesteld moet zijn.
2.3.5
Bediening en alarmering
De pilotinstallatie zal meedraaien in het drinkwaterbereidingsproces en dient als zodanig de vereiste waterkwaliteit te leveren. Naast deze waterkwaliteit dient de installatie eveneens bewaakt te worden qua werking en waar mogelijk eenvoudig bedienbaar door de operators van Oasen. In onderstaande tabel zijn de koppelingen weergegeven van de besturing van de pilot installatie met de centrale besturing van Oasen op productielocatie Lekkerkerk. De koppelingen zijn op basis potentiaalvrije contacten (stuurstroom 24 VDC). Oasen zal zelf in hun Scada een overzichtplaatje van de zandfilters doorvoeren.
Onderzoeksprogramma
Pagina 9 van 22
Overzicht koppelingen pilot en bestaand systeem Oasen Bediening Voorwaarde/melding Start/stop button Handmatig en op basis van de volgende vergrendelingen: - Geen storing VF - Geen urgente storing proefinst. - Wel vrijgave proefinst. - Niet spoelen VF - Niet uit bedrijf VF Accept button
-
Urgent alarm (=doormelding) Accept stopt doormelding, alarmregel vervalt na verhelpen van de storing in de proefinst. Niet urgent alarm (alleen een alarmregel) alarmregel vervalt na verhelpen van de storing in de proefinst.
I/O
Logisticon I/O
DO
DI
DI
DO
DI
DO
Status
Vrijgave proefinstallatie
DI
DO
Status
In bedrijf proefinstallatie
DI
DO
Belangrijk aandachtspunt is storingsafhandeling. De proeffilters maken onderdeel uit van de drinkwaterzuivering van zs Lekkerkerk. Wanneer de proefinstallatie niet meer kan produceren wegens een storing of bacteriologische besmetting kan overwogen worden om de proeffilters te bypassen en het voedingswater te leiden naar het achterliggend filter. Het bypassen dient in goed overleg te gebeuren met de technoloog van Oasen. In dergelijke situatie kan namelijk de waterkwaliteit niet meer worden gegarandeerd. Wanneer de storing is opgelost, kan de proefinstallatie wederom in bedrijf gesteld worden waarbij het filtraat continu wordt geloosd op de sloot (terwijl het bypass-bedrijf nog steeds van kracht is).
2.4
Raakvlakken met anders voorzieningen/ projecten
Het filterzand in voorfilter 5 zal op ZS Lekkerkerk in de week 11 -15 oktober worden vervangen door dubbellaags (boven 1 meter antraciet 1,4-2,5 mm, onder 1 meter zand 0,8-1,25 mm). De geplande opstartdatum voor inwerken van dit filter is 19 oktober. Wanneer de proefinstallatie in bedrijf wordt gesteld zal het voorfilters gedeeltelijk of zelfs geheel zijn ingewerkt.
2.5
Onderzoeksafbakening
Het onderzoek beperkt zich tot het aantonen van de bruikbaarheid van deze zuiveringstechniek als eerste procestap i.c.m. met een nageschakeld droogfilter ter vervanging van de huidige voorfiltratie. Het dient niet om de exacte werking van deze techniek geheel te onderzoeken.
2.6
Randvoorwaarden en hoofduitgangs- en aandachtspunten •
Voldoen aan vergunningvoorwaarde (bouw en milieuvergunning t.a.v. proefinstallatie
• • •
en lozingseisen conform geldende WVO voorschriften) Hygiënecode productie; Beveiligingseisen; Monsterpunt codering.
•
Beschikbaarheid methoden voor methaanbalans (Vitens lab) en qPCR op methaanoxiderende bacteriën (Bioclear/KWR)
3. Onderzoeksprogramma 3.1.
Detaillering
In hoofdstuk 3 wordt een gedetailleerde beschrijving gedaan van het uit te voeren proefonderzoek. Hierbij worden verschillende fasen onderscheiden waarbij bij elke fase een (voorlopig) vastgestelde periode en meet- en analyse programma wordt gedefinieerd.
3.2.
Fasering onderzoek
Het onderzoek wordt opgedeeld in 3 fasen, te weten: 1. Opstartfase 2. Onderzoeksfase 1 3.
3.2.1.
Onderzoeksfase 2
Opstartfase
Fase 1: Opstarten filters De start van het proefonderzoek bestaat uit het bacteriologisch betrouwbaar krijgen van de filters en het verkrijgen van de gewenste mate van ontijzering. Voor de opstart van de filters wordt 2 weken uitgetrokken. Enten Beide filters wordt voorzien van nieuw zand (actie Oasen) en geënt met spoelwater afkomstig van het bestaand voorfilter PLTFF06. Verwachting is dat met enten de biologische activiteit sneller zal ontstaan.
17 november 2010
De Pidpa ent doorgaans de filters met ingedikt spoelwater, echter zij doen ook proeven met niet ingedikt spoelwater. Voor het enten van het proeffilter op zs Lekkerkerk wordt 150 liter niet ingedikt spoelwater op het proeffilter gebracht. Dit spoelwater is afkomstig van voorfilter PLTFF06 (Tiendweg) van zs lekkerkerk. Het spoelwater van het bestaande voorfilter dient het “eerste” spoelwater te zijn (ergo: spoelwater direct na aanvang spoeling). Praktisch gezien zal het spoelwater met een pompfase vanuit het bestaande filter direct naar het proeffilter worden gepompt (b.v. met behulp van de spoelwaterkoffer). Na het opbrengen van het spoelwater wordt het proeffilter één uur met rust gelaten. Ondanks maatregelen die getroffen zullen worden om besmetting te voorkomen dient er toch rekening mee gehouden te worden. Gedurende de opstartfase wordt het filtraat naast chemische parameters ook bemonsterd op bacteriologie (zie monstername schema in bijlage 2). Filtratiesnelheid Beide filters worden beide gestart met een snelheid van 5 m/h. Het doel van deze relatief lage snelheid is tweeledig, ten eerste bevordering inwerken van het filter en ten tweede wordt op deze manier niet onnodig veel water geloosd. Hierbij moet worden opgemerkt dat het filtraat van beide proeffilters direct over het bestaande voor- en nafilter wordt geleid en de “set” als geheel zal worden ingewerkt. Het voorfilter is ook voorzien van nieuw zand en antraciet en is dan al bacteriologisch en waarschijnlijk deels chemisch ingewerkt. Wanneer het inwerken van de proeffilters bacteriologisch en chemisch snel en goed verloopt, kan in overleg worden besloten om de filtratiesnelheid te verhogen. Chemisch goed wordt gedefinieerd als concentratie ijzer totaal in filtraat van een proeffilter kleiner dan of gelijk aan 0,2 mg/l gedurende 90% van de looptijd. Om dit vast te stellen kan met een spectrofotometer enkele monsters worden geanalyseerd gedurende de looptijd om daarmee een curve vast te stellen. De looptijd is niet vast en wordt aanvankelijk bepaald door drukverschil over het bed en de waterkwaliteit. De filters worden zolang bedreven totdat het drukverschil te hoog wordt of de waterkwaliteit verslechterd. Verwachting is dat een tot twee keer per week gespoeld worden (72 tot 96 uur). Een spectrofotometer (Hach Lange) wordt ter beschikking gesteld door LWT, monstername en analyse door Oasen. In de opstartperiode wordt eenmalig een carrouselbemonstering gedaan. Op basis hiervan moet een ijklijn gemaakt worden tussen Fe-
Onderzoeksprogramma
Pagina 11 van 22
totaal en troebelheid (continumeting). Deze ijkrelatie dient enkele malen in de hele proefperiode herhaald te worden. Opmerking: de spectrofotometer van LWT kan Fe2+ + Fe3+ (ijzer totaal) meten in een bereik van 0,2 tot 6 mg/l.
Spoelprogramma Beide filters worden bedreven met een identiek spoelprogramma. Om het filter sneller in te werken dient niet direct het gebruikelijke spoelprogramma gehanteerd te worden. De kans bestaat dat teveel biologisch materiaal wordt uitgespoeld waardoor het inwerken langer kan duren. Gedurende de inwerkperiode worden de eerste twee spoelingen uitgevoerd met kortere tijden. In onderstaande tabel zijn beide programma’s weergeven. Tabel 1: spoelprogramma ontijzeringfilters
fase 1 fase 2 fase 3
spoelprogramma normaal water/lucht snelheid [m/h] tijd [s] water 20 380 lucht 60 120 water 40 500
spoelprogramma inwerken water/lucht snelheid [m/h] tijd [s] water 20 380 lucht 60 30 water 40 200
Toelichting op het programma: 1.
spoelen met alleen water met 20 m/h gedurende 380 seconden. Het filter is droogfilter en dient eerst te worden opgevuld (110 sec). Vervolgens wordt het filter opgevuld tot aan de overstort (270 sec). Het filtermateriaal wordt dan ruim 2 maal ververst. Opmerking: het filter wordt één keer ververst i.t.t. de filters van Pidpa. Daar bedraagt
de verversing circa 0,5 en heeft als doel het “breken” van het bed. 2. spoelen met alleen lucht met 60 m/h gedurende 120 seconden. 3. spoelen met alleen water met 40 m/h gedurende 500 seconden. Opmerking: uitgaande van 20 m/h (= 20 m3/h), een looptijd van 24 uur én in tabel 1 genoemd spoelprogramma normaal bedraagt het spoelverlies 1,17%. De spoeling tijdens inwerken wordt “verkort” uitgevoerd om inwerken te bevorderen. Met genoemde watersnelheden wordt geen expansie bereikt. Door de luchtfase kort of zelfs geheel niet uit te voeren kan de drukopbouw in korte tijd snel oplopen en kan de looptijd erg kort worden, hetgeen niet wenselijk is. Wanneer blijkt dat de drukopbouw van het filter dermate oploopt dat de looptijden niet langer zijn dan 48 uur kunnen zijn, wordt de luchtspoeling geïntensiveerd (aanvankelijk tijd verlengen) Zeer regelmatig, maar vooral in het begin dient het spoelwater visueel beoordeeld te worden. Bij de eerste twee spoelingen (t.b.v. inwerken) zal het spoelwater nog bruin (moeten) zijn wanneer de spoeling gereed is. Er dient dan ook rekening gehouden te worden met een extra hoge piek aan ijzer in het filtraat in de eerste uren na de spoeling. Deze wordt gemonitoord met de continue troebelheidsmeting, (met calibratie op Fe-totaalanalyses). Opmerking: Om het zand (fractie 1,7 – 2,5 mm) met 20% expansie te spoelen is een snelheid van 150 m/h ofwel 150 m3/h vereist. Ondanks het spoelen met expansie nog niet is voorzien, echter toch niet helemaal wordt uitgesloten als onderzoekspunt zal de aanvoerleiding en afvoer in het filter worden aangepast voor dit debiet. Daarnaast is ook de aanvoer vanuit het zuiveringsstation van dergelijke capaciteit een aandachtpunt. Looptijd De looptijden van beide filters zijn hetzelfde en zullen aanvankelijk 72 to 96 uren bedragen (op basis van drukval en waterkwaliteit). De looptijd en eventueel de luchtspoeling kan naar gelang procesgegevens zoals drukopbouw en analyseresultaten gedurende de opstartperiode aangepast worden.
Overige procesinstellingen Beide filters worden bedreven met een vaste RQ van 1. Verwachting is dat met dergelijk RQ methaan wordt verwijderd tot genoemde eis in par. 2.3.2. Met een RQ van 1 wordt tevens voldoende zuurstof ingebracht. In de opstartperiode wordt tevens een methaanbalans opgesteld: Deze opstartperiode moet inzicht geven: • in snelheid van inwerken voor verwijdering van ijzer; • •
effect van enten: o qPCR op Gallionella in entspoelwater in duplo eind van de opstartperiode: o qPCR op methaanoxideerders (pMMO) (uitgangsituatie) en Gallionella op o
• • •
steekmonster op drie diepten (0-50 cm; 50-100 cm; 100-150 cm); Microbiologiebalansen met qPCR op methaanoxideerders (pMMO) en qPCR op Gallionella; (qPCR op 5 watermonsters: influent, effluent einde en begin looptijd, spoelwater in duplo)
Indicatie van de looptijd; of snelle voorfilters en huidig voorfilter aan de hygiënische eisen van Oasen voldoen; in hoeverre de huidige voorfilter is ingewerkt voor nitrificatie en ontmanganing (de huidige voor- en nafilter zijn al enige tijd in bedrijf en zullen al deels chemische ingewerkt zijn).
3.2.2.
Onderzoeksfase 1
Filters bedrijven op basis van verschillende instellingen De filters zullen gedurende een periode van 11 weken bedreven worden op verschillende filtratiesnelheden. Keuze is in eerste instantie gevallen op de volgende snelheden: • 10 m/h filtratiesnelheid • 30 m/h filtratiesnelheid
17 november 2010
Met deze 2 ‘uitersten’ kan een goed beeld verkregen worden van opbouw drukval over filterbed, looptijd, effect filterspoeling, etc. In deze periode kan ook gecontroleerd worden in welke mate ammonium- en mangaanverwijdering in het eerste filter gerealiseerd zal gaan worden (controle). Gedurende deze periode zijn de volgende onderzoekspunten benoemd: • Mate van ontijzering in relatie tot looptijd (op basis van FTE/caroussel); • Kwantificeren mate van biologische ontijzering en methaanoxidatie (tweemaal per fase), methoden: o o
•
•
• • • •
qPCR op methaanoxideerders (pMMO) en Gallionella op steekmonster op drie diepten (0-50cm; 50-100 cm; 100-150 cm) microbiologiebalansen met qPCR op methaanoxideerders (pMMO) en Gallionella; (qPCR op 5 watermonsters: influent, effluent einde en begin
looptijd, spoelwater in duplo) Kwantificeren mate adsorptieve ontijzering (tweemaal per fase), methoden: o bepaling aangroei: massa en samenstelling aangroei (Fe ,Mn, VSS=droogrestasrest) van steekmonsters op drie diepten in duplo (0-50cm; 50-100 cm; 100150 cm); o spoelwaterbemonstering: zwevende stof, ATP, Fe, Mn. Mate van slibophoping (tweemaal per fase): o methode: slibgehalte van steekmonsters op drie diepten in duplo (0-50cm; 50-100 cm; 100-150 cm); Effect droogfiltratie op methaanverwijdering (Methaanbalans, methode Oasen), koolzuurverwijdering en zuurstofinbreng; Keuze filtermateriaal toepasbaar voor droogfiltratie (i.v.m. opbouw vervuiling in bed); Indien het problemen geeft zou overgegaan kunnen worden naar Biolite korrels; Keuze spoelprogramma i.r.t. looptijd (reëel of niet); Vaststellen of er een procesparameter te definiëren is waarmee de optimale looptijd kan worden vastgesteld;
Onderzoeksprogramma
Pagina 13 van 22
•
Mate van bedaangroei in relatie tot filtratiesnelheid/belasting. De aangroei filterzand/antraciet dient acceptabel te zijn (i.r.t. bedrijfsvoering, kosten) Mate van spoelwaterverlies;
• •
Controle spoelproces en kwaliteitsverloop 1ste filtraat; Mate van verstopping van filterdoppen.
•
Filtratiesnelheid In deze onderzoeksfase wordt de filtratiesnelheid van beide filters verhoogd. Een filter krijgt een snelheid van 10 m/h en een filter krijgt een snelheid van 30 m/h. Het verhogen van de snelheid zal stapsgewijs gebeuren zodat het filter zich aan kan aanpassen. De verhoging zal in stappen van 5 m/h plaatsvinden. Dit houdt in dat tot 30 m/h vijf stappen nodig zijn. Om zo min mogelijk tijd te verliezen wordt elke looptijd een stap gedaan. Voor de borging van de kwaliteit wordt met een spectrofotometer enkele uren na de verhoging en kort voor de volgende stap een monster van het filtraat van de proefkolom geanalyseerd op Fe2+ + Fe3+ (ijzer totaal). Wanneer de meetwaarde van voor de volgende stap kleiner of gelijk is aan 0,2 mg/l kan de volgende stap worden gemaakt. In deze periode zullen extra monsters worden genomen door het lab ter bepaling van ijzer van het filtraat van de proeffilters. Opmerking: de spectrofotometer van LWT kan Fe2+ + Fe3+ (ijzer totaal) meten in een bereik van 0,2 tot 6 mg/l. Opmerking Een filter zal worden bedreven met een snelheid van 30 m/h. Uit proefnemingen bij LWT blijkt dat 30 m/h geen hydraulische problemen oplevert, echter de proeven zijn gedaan met schoon filterzand. In de praktijk zou kunnen blijken dat een dergelijke snelheid niet haalbaar is wanneer het filter belast wordt met ijzer. In dergelijke situatie zal de snelheid worden verlaagd al dan niet in combinatie met het optimaliseren van het spoelprogramma. De minimale vereiste snelheid is 20 m/h en de minimale looptijd is 24 uur. Wanneer onder deze condities nog steeds (hydraulische) problemen optreden, zal in gezamenlijk overleg bepaald worden om de zandfractie te wijzigen. Kwantificeren mate van Biologische ontijzering Het verschil tussen biologische ontijzering en adsorptieve ontijzering zal zichtbaar worden gemaakt door de balans te bepalen tussen biologisch en chemische ontijzering. Dit zal onder andere blijken uit de resultaten van de qPCR monsternames, biologische monstername, aangroeibed etc. Looptijd Vanuit de opstartfase kan op basis van verkregen analyseresultaten en uit procesgegevens (drukopbouw filterbed) worden vastgesteld of een looptijd van 24 uren een juiste instelling is en of er procesvariabelen zijn waarmee een juiste looptijd vastgesteld kan worden. Bij aanvang van de onderzoeksfase 1 wordt vooralsnog de looptijd van beide filters identiek gehouden. Periodiek wordt een carrouselbemonstering en een spoelwaterbemonstering uitgevoerd. Daarnaast wordt een bemonstering gedaan op de ijzerbacteriën om de verhouding in biologische en chemische ijzerverwijdering vast te stellen. Naar gelang de analyseresultaten (carrouselmeting) én de procesgegevens zoals drukopbouw en filterbed groei kan, indien er voldoende aanleiding voor is, de looptijd eenmalig bij aanvang (de eerste twee weken) van de onderzoeksfase worden aangepast. Looptijd is kwaliteit gerelateerd en dient bij de gekozen filtratiesnelheid bepaald te worden. Het is dan ook van belang dat een ijklijn gemaakt wordt van ijzer totaal en FTE. Beluchting/ontgassing In het grondwater bevindt zich methaan die grote invloed kan uitoefenen of de effectiviteit van het filtratieproces – vooral indien de methaanverwijdering biologisch is a.g.v. filterverstopping en competitie om schaarse nutriënten. Het droogfilter dient in staat te zijn het methaan in grote mate fysisch uit de waterfase te verwijderen tijdens versproeïng en de filterbedpassage, zie eis par. 2.3.2. Oasen heeft een methodiek ontwikkeld om deze methaanbalans m.b.t. meetapparatuur en laboratoriuminzet te bepalen. Deze moet nog wel weer operationeel
gemaakt worden. Voorts kwantificatie van methaanoxiderende bacteriën met qPCR (zie analyses genoemd bij onderzoekspunten).
Spoelwater Bij biologische ontijzering wordt verwacht dat het spoelwaterverbruik lager zal uitvallen dan bij een conventionele ontijzering. In welke mate dat van toepassing zal zijn hangt af van het te kiezen spoelprogramma, de filtratiesnelheid en de looptijd van het filter die gerealiseerd kunnen worden. De hoeveelheid spoelwater dient minder te zijn dan wel in het uiterste geval gelijk te zijn aan dat van het totaal van de conventionele zuivering (zie par. 2.3.2.). Zie voorts de analyses die genoemd worden bij onderzoekspunten. Bedaangroei Biologisch ontijzering kan leiden tot een grote mate van bed aangroei. Uit ervaringen van Pidpa blijkt dat de aangroei meer dan evenredig stijgt met de filtratiesnelheid. Op een productielocatie van Pidpa is een aangroei waargenomen van 1,3 cm per dag hetgeen zeer fors is. Op basis van de gegevens van zs Lekkerkerk wordt verwacht dat de aangroei circa 2 tot >5 mm per dag bedraagt.
Pidpa, WPC Balen Oasen 30 m/h Oasen 10 m/h
Ruwwater m/h mg/L Fe 18 26 30 5.5 10 5.5
Aangroei mm/d 13 5 2
De bedhoogte zal worden gemeten met een niveaumeting in het filter (utrasoon) en worden gelogd op een datalogger. De aangroei van het filterzand/antraciet dient acceptabel te zijn (i.r.t. bedrijfsvoering, kosten).
17 november 2010
3.2.3.
Onderzoeksfase 2
Onderzoekfase 2: Nieuwe instellingen : Periode 3 maanden Onderzoekfase 1 kan worden afgesloten worden met conclusies omtrent de te verwachten filtratiesnelheid die haalbaar is. Voorgesteld wordt om deze filtratiesnelheid in de volgende fase bij beide filters te implementeren (dus gelijke capaciteit) en een nieuwe variabele te kiezen: o RQ verhouding o Spoelprogramma o Looptijd
De keuze van de variabele zal grotendeels bepaald worden vanuit de eisen die gesteld zijn in par. 2.3.2. Onder andere de hoeveelheid spoelwater en minimale looptijd zijn eisen ten aanzien van de filters. De te onderzoeken parameter wordt vastgesteld in de tussenrapportage. In dit document worden de onderzoeksvragen, instellingen en metingen voor de tweede onderzoeksfase uitgewerkt en vastgesteld.
3.2.4.
Bedrijfsvoering huidige voor- en nafilter
Naast het bacteriologisch inwerken van de bestaande voor- en nafilter dienen deze filters in het onderzoek te worden meegenomen als aandachtspunt. A.g.v. ontijzering (zowel chemische precipitatie, en versterkt door biologische ijzeroxidatie) kan orthofosfaat vrijwel geheel verwijderd worden in het snelle ontijzeringsfilter. Daardoor kan onvoldoende fosfaat overblijven voor de biologische processen (nitrificatie en biologische mangaanoxidatie) in het nageschakelde filter. Meting van orthofosfaat na het snelle ontijzeringsfilter wordt in het onderzoek opgenomen. Het filtraat van de 2 testfilters wordt immers teruggevoerd naar het huidige voorfilter. Eventuele dosering van biologisch beschikbaar orthofosfaat kan nodig zijn, echter dit is niet nog niet opgenomen in het onderzoek. Installatietechnisch wordt er wel rekening gehouden dat een dosering op een eenvoudig manier kan worden voorzien. Onderzoeksprogramma
Pagina 15 van 22
In het huidige voorfilter vindt normaliter de beluchting, fysische methaanverwijdering en ontijzering nagenoeg volledig plaats. Na een inwerkperiode worden ook mangaan (grotendeels) en ammonium (gedeeltelijk) in het huidige voorfilter verwijderd. De rest van deze stoffen wordt verwijderd in het huidige nafilter. In de proef met de snelle ontijzeringsfilters wordt het filtraat naar het huidige voorfilter teruggevoerd (grotendeels of volledig ontijzerd) en zal de werking van dit filter qua verwijdering gaan veranderen. De ontmanganing en nitrificatie dienen in het voorfilter volledig te zijn. Het huidige nafilter zal in productie blijven (doorstroomd worden) en bemonsterd worden door Oasen, maar wordt niet verder bekeken in dit onderzoek. Het spoelwaterverlies van dit filter valt buiten de vergelijking, tenzij dit nafilter noodzakelijks is voor voldoende drinkwaterkwaliteit. Er moet in acht worden genomen dat het huidige voorfilter is ingericht als dubbellaagsfilter voorzien van nieuw antraciet en zand. Wanneer de proeffilters worden opgestart zal het voorfilter deels chemisch ingewerkt zijn. Zowel het voorfilter als het nafilter zullen periodiek bemonsterd moeten worden op onder andere ammonium, mangaan en ijzer (in inwerkperiode zal ijzer niet volledig worden verwijderd in de proeffilters. Wanneer dergelijke bemonstering thans niet wordt gedaan dient dit te worden in gang gezet. Optimalisatie van het voor en nafilter valt buiten de scope van dit onderzoek met uitzondering van aanpassing looptijd van alleen het voorfilter. Eventuele fosfaatdosering kan worden gedaan wanneer dit gewenst dan wel vereist is. Wanneer blijkt dat op basis van resultaten wijzigingen van procesinstellingen nodig zijn, wordt dit in gezamenlijk overleg bepaald. Een analyseprogramma is weergegeven in bijlage 3. Wellicht ten overvloede wordt vermeld dat te allen tijde de eerste lijnscontrole van de waterkwaliteit de verantwoordelijk is van Oasen (i.s.m. Vitens lab). Na afronding van de proef zal de werking van het voor- en nafilter naar verwachting gaan verschuiven (ontijzering in voorfilter en nieuw op te starten ammonium- en mangaanverwijdering in nafilter). Het overschakelen na afronding proef zal geleidelijk moeten plaatsvinden waarbij de effluentkwaliteit van het nafilter nauwlettend moet worden gevolgd.
3.3.
Monstername en registratie
In bijlage 2 is een overzicht opgenomen met daarin een voorstelde frequentie van: 1.
2.
bemonsteren en analyse van diverse kwaliteitsparameters van de proeffilters: • door het LAB (incl. bijzondere metingen). Laboratoria : Vitens / Bioclear (ev. KWR) • door LWT (handmetingen / eenvoudige labmetingen (Hach Lange spectrofotometer / visueel via kleur) – nagaan wenselijkheid/noodzaak registratie lokale instellingen / handmatige metingen o.a. (zie tabel Ad 2): • flowbuizen (rotameters) controleren • drukverschil (controle)
3. data-acquisitie analoge metingen (lokaal / afstand – nader te bepalen, zie tabel Ad 3). Deze metingen dienen in rapportages te worden verwerkt (spreadsheets). Ad 1) In het overzicht worden naast “standaard” monstername ook bijzondere analyses genoemd. Hieronder wordt verstaan: • qPCR voor bepaling van ijzer- en methaanoxiderende bacteriën. De analyse wordt uitgevoerd door Bioclear (montername door Vitens of LWT. LWT houdt in ieder geval toezicht op correcte uitvoering van monstername) •
• •
methaanbalans voor de bepaling van fysische verwijdering van methaan in het filterbed. Oasen dient de procedures van deze methode na te gaan bij het lab van Vitens. Er wordt uitgegaan dat een medewerker van LWT bij elke methaanbalans aanwezig is; spoelwaterbemonstering: uitvoering door lab. Er wordt uitgegaan dat een medewerker van LWT bij elke spoelwaterbemonstering aanwezig is; carrouselbemonstering. Het laboratorium voert deze bemonstering zelfstandig uit. Deze bemonstering dient exact in één looptijd plaats te vinden. Exacte start en eindtijd wordt in overleg bepaald. Er wordt uitgegaan dat een medewerker van LWT aanwezig is bij de start van elke carrouselbemonstering;
•
Nemen van zandmonsters: uitvoering door lab. Er wordt uitgegaan dat een medewerker van LWT bij elke bemonstering aanwezig is;
LWT heeft de regie en zorgt voor planning, resources en indien nodig ondersteuning (Vitens/Oasen/e.a.). De verwachting is dat meerdere bijzonder monsternames kunnen worden gecombineerd op een dag. In bijlage 3 is een overzicht opgenomen met daarin een voorgestelde frequentie van de bemonsteringen van de huidige filters. Het voorgestelde programma zal vergeleken moeten worden met wat er thans aan bemonsteringen plaatsvindt zodat geen dubbele monsters genomen worden. De monstername zal volledig uitgevoerd worden door het lab. Codering van de monsternamekranen zal door Oasen verzorgd worden (Oasen levert tagnummers aan LWT en LWT zorgt voor de stickers). Ad 2) De algemene dagelijkse controle zal worden uitgevoerd door Oasen. Dit betekent dat een logboek wordt bijgehouden, procesinstellingen worden gecontroleerd en indien nodig worden bijgesteld. In het logboek dienen alle gebeurtenissen respectievelijk wijzigingen instellingen, etc. te worden vastgelegd. Voorkeur is een dergelijk logboek digitaal vast te leggen zodat deze in de centrale overleggen besproken kan worden. LWT maakt een opzet voor een logboek. LWT zal minimaal een keer per week aanwezig zijn om onder ander de pH, redox en troebelheidmeters te ijken/schoonmaken. De algemene controle wordt dan eveneens door LWT gedaan. In onderstaande tabel worden de algemene werkzaamheden en werkverdeling benoemd. Algemene controle proeffilters
17 november 2010
Flow registreren/controleren/bijstellen (FI) - proceslucht -spoellucht -productiedebiet -zuurgraad -redox -etc (logboek) Continumetingen schoonmaken/ijken -pH metingen -Redox metingen -FTE metingen
Oasen LWT
4 x per week 1 x per week
LWT
1 x per week
Wanneer storingen optreden aan de installatie en deze van geringe aard zijn, kunnen deze door Oasen worden afgehandeld. Wanneer zich grotere storingen voordoen, zal LWT ter plaatse komen om de storingen verhelpen. De ernst van storing en dus de keuze om dit al dan niet zelfstandig op te lossen ligt bij Oasen. Ad 3) De installatie wordt uitgevoerd met diverse metingen waaronder kwaliteitsmetingen (zie par. 2.3.3.). Deze signalen worden gelogd m.b.v. een datalogger (of twee gezien het aantal signalen). Overzicht on line metingen online flowmetingen - voeding per filter - filtraat per filter - spoelwater per filter (tijdens spoelen) - bedhoogte per filter Online drukvalmeting filterbed per filter Online drukmeting bovenruimte filter Troebelheidsmeting filtraat pH meting Redox meting Nivometing filter (controle regeling)
Onderzoeksprogramma
1 x 30 sec 1 x 30 sec 1 x 10 sec 1 x 30 sec 1 x 30 sec 1 x 30 sec 1 x 30 sec 1 x 30 sec 1 x 30 sec 1 x 30 sec
(x 2) (x 2) (x 2) (x2) (x 2) (x 2) (x 2) (x 1) (x 1) (x 2)
mag minder frequent indien dit met datalogger kan (twee afzonderlijke drukmetingen)
handmatig schakelbaar op gewenst filter handmatig schakelbaar op gewenst filter
Pagina 17 van 22
4. Samenvatting 4.1.
Samenvatting
Dit onderzoeksprogramma beschrijft de aanpak van het proefonderzoek, het beoogde projectresultaat, de beheersaspecten en de opzet van de proefinstallatie. Na goedkeuring van dit document door de opdrachtgever en ontvangst van alle benodigde vergunningen kan de opdracht verstrekt worden voor het bouwen van de installatie. Na het plaatsen van de installatie op Zs Lekkerkerk kan dan daadwerkelijk gestart worden met het proefonderzoek conform de bijgevoegde planning.
4.2.
Akkoord opdrachtgever
Akkoord opdrachtgever:
Datum :
17 november 2010
Onderzoeksprogramma
Pagina 19 van 22
Bijlage 1: PID
17 november 2010
Onderzoeksprogramma
Pagina 21 van 22
