ZUIVEREN VAN WATER
TECHNICAL COOPERATION
PDAM PONTIANAK
OASEN GOUDA
Afdeling Productie : Filtratie
Zuiveren van Water INSTRUCTEUR OASEN:
NEDERLAND
Ir. Peter Mense.
OASEN :
Mr.Rob van Klaveren.
Algemeen directeur
: Ir. A.B.I.M. Vos de Wael
Bedrijfsdirecteur
: Ing.H.Ardesch
Projectleider
: Ir.A.Haasnoot
Team deelnemers Oasen Gouda
Gouda 21 mei 2007
INDONESIE
Mr. H.Nuijten.
PDAM PONTIANAK: Algemeen directeur
: Ir. Syahril
Technisch directeur
: Mr.Masriyatno
Team deelnemersTraining Centrum PDAM Pontianak
Zuiveren van water
Beschikbaarheid schoon water Water is in beperkte mate op aarde aanwezig. Het grootste deel er van –ruim 97%- bevindt zich in de oceanen en is vanwege het hoge zout gehalte niet geschikt voor menselijke consumptie. Slechts een klein deel (1%) van het zoet water op aarde is bruikbaar om op eenvoudige wijze drinkwater van te produceren zoals dat bijvoorbeeld gebeurt bij PDAM in Pontianak. De afgelopen jaren is de bevolking op aarde enorm toegenomen. Deze groei is goed te zien op de bijgaande grafiek. Al deze mensen hebben schoon drinkwater nodig om in leven te kunnen blijven. Daarnaast vragen ook andere activiteiten zoals de landbouw en industrie steeds meer water. Hierdoor ontstaat een steeds grotere druk op de bestaande hoeveelheid zoetwater en neemt de vervuiling van het bestaande water steeds verder toe.
Belang van schoon drinkwater Water is voor mensen, planten en dieren van levensbelang. Zonder water, geen leven. Dat water belangrijk is voor mensen kun je begrijpen als je beseft dat een mens voor 60% van zijn lichaamsgewicht uit water bestaat dat regelmatig moet worden aangevuld. Zelfs gezonde botten en tanden bevatten nog een aanzienlijke hoeveelheid water! Een absoluut minimum om in leven te kunnen blijven is 2 tot 3 liter water per dag. Dat minimum geldt dan wel voor gezonde mensen in een relatief koel klimaat zonder dat men zich al te veel gaat inspannen. In warmere streken of bij hoge inspanning is natuurlijk veel meer water nodig. Daarnaast is een hoeveelheid water nodig om zich regelmatig te kunnen wassen zodat infecties en ziekte voorkomen worden. Aan dit water worden minder hoge eisen gesteld dan aan water dat gedronken wordt.
Belang van schoon drinkwater Om in leven te kunnen blijven hebben mensen water nodig. Als het water dat wij drinken echter niet voldoende schoon is, kunnen wij er ernstig ziek van worden met soms de dood tot gevolg. In de manier waarop het water vervuild is onderscheiden wij een aantal typen: Bacteriële vervuiling Water kan vervuild zijn met bepaalde typen bacteriën, virussen, en/of amoeben. Wanneer deze bacteriën via het drinkwater in ons lichaam terecht komen worden mensen ziek. Voorbeelden hiervan zijn Cholera en Giardia. Deze ziekten kunnen zich via water snel verspreiden.
Cholera bacterien
Giardia
Belang van schoon drinkwater Chemische vervuiling Water kan ook vervuild zijn met chemicaliën. Deze kunnen afkomstig zijn van lozing door de industrie, vanuit de landbouw (denk aan pesticiden) of op natuurlijke wijze vanuit de ondergrond. Met name diverse zouten en metalen kunnen via de ondergrond in water oplossen. Fysische vervuiling Dit type vervuiling kan in de meeste gevallen niet zoveel kwaad. Wel kan het onaangenaam zijn om dit water te drinken vanwege de kleur, de geur of de smaak. Voorbeelden van fysische vervuiling is een verhoogde troebelheid door vermenging van water met fijne gronddeeltjes.
Water: het perfecte oplosmiddel Water is een perfect oplosmiddel en kan op zijn weg over en door de ondergrond vele stoffen “opnemen” en met zich mee voeren. Als gevolg van deze eigenschap kan water gemakkelijk “vervuilen” met als gevolg dat het daarna niet meer bruikbaar is om door mensen te worden gebruikt als drinkwater. Het water moet daarvoor opnieuw worden gezuiverd. Het is van belang om een wat meer algemeen begrip te hebben over de wijze waarop verschillende stoffen zich met elkaar kunnen mengen. Die kennis is nodig om te begrijpen op welke manier wij stoffen weer kunnen verwijderen zoals dat gebeurt bij het zuiveren van drinkwater
Homogene materialen Bij een homogeen materiaal zijn de eigenschappen van elk deel van dat materiaal –hoe klein je het ook neemtprecies hetzelfde. Elk deel heeft dus precies dezelfde samenstelling. Voorbeelden hiervan zijn sommige legeringen van metalen (maar lang niet alle!) Een specifiek type homogeen materiaal is een “oplossing”. Een oplossing bestaat uit twee materialen waarbij het ene materiaal volledig wordt opgenomen door het andere materiaal (het oplosmiddel). Een eenvoudig voorbeeld hiervan is een oplossing van een kleine hoeveelheid zout of suiker in water. Andere voorbeelden zijn het oplossen van goud in kwik, water in lucht of CO2 in Coca Cola
Homogene materialen De oplosbaarheid van een materiaal is de eigenschap om met andere materialen een oplossing te vormen. Vaak zijn er grensen aan de oplosbaarheid en is deze ook van andere factoren afhankelijk. Zo kan in warm water veel meer suiker of zout worden opgelost dan in koud water. Koelt men warm water waarin zout is opgelost af naar een lagere temperatuur, dan is het mogelijk dat het zout uit de oplossing neerslaat. Bij het vormen van een oplossing blijven de eigenschappen van beide stoffen niet hetzelfde. Zo veranderen bijvoorbeeld het smeltpunt en het kookpunt van water wanneer daar zout aan wordt toegevoegd.
Solution
Tempera ture
water
100°C
water + 5g salt
100°C
water + 10g salt
102 °C
water + 15g salt
104°C
water + 20g salt
104°C
water + 25g salt
106°C
water + 30g salt
107°C
water + 35g salt
109°C
Homogene stoffen: type oplossingen Examples of solutions
Gas
Liquid
Solid
Oxygen and other gases in nitrogen (air)
Water vapor in air (humidity)
Iodine sublimates into air
Liquid
Carbon dioxide in water (carbonated water)
Ethanol (common alcohol) in water; various hydrocarbons in each other (petroleum)
Sucrose (table sugar) in water; sodium chloride (table salt) in water; gold in mercury, forming an amalgam
Solid
Hydrogen dissolves rather well in metals; platinum has been studied as a storage medium. This effect was used in the cold fusion experiments.
Hexane in paraffin wax, mercury in gold.
Steel, duralumin, other metal alloys
Gas
S o l v e n t
Solute
Heterogene materialen Bij heterogene materialen zijn de oorspronkelijke stoffen waaruit het materiaal is opgebouwd vaak nog duidelijk te herkennen. Zo bestaat een salade bijvoorbeeld uit stukjes komkommer, tomaat, ham etc. Ook bij bijvoorbeeld graniet zijn de verschillende materialen waaruit graniet is opgebouwd nog duidelijk te herkennen. Soms lijkt een materiaal met het blote oog homogeen en heeft men een microscoop nodig op vast te stellen dat sprake is van een heterogeen materiaal. Omdat de eigenschappen van de afzonderlijke componenten bij heterogene materialen behouden blijft zijn ze ook weer goed van elkaar te scheiden in de verschillende componenten waaruit ze zijn opgebouwd.
Colloidale oplossing Naast homogene- en heterogene materialen komt er ook nog een tussenvorm voor. Dit is de colloidale oplossing. Bij deze vorm worden stoffen zeer fijn gemaakt en vervolgens met elkaar vermengd. Een belangrijke eigenschap van een colloidale oplossing is dat ook na een lange tijd de verdeling aanwezig blijft en de fijne deeltjes niet “uitzakken” In het dagelijks leven wordt veel gebruik gemaakt van colloidale oplossingen. Voorbeelden hiervan zijn melk, slagroom, tandpasta, maar ook ons bloed is in feite een colloidale oplossing.
Classification of colloids Dispersed Medium
Gas
Continuous Medium
Liquid
Solid
Gas
Liquid
Solid
NONE (All gases are soluble)
Liquid Aerosol Examples: Fog, mist
Solid Aerosol Examples: Smoke, dust
Foam Examples: Whipped cream
Emulsion Examples: Milk, mayonnaise, hand cream
Sol Examples: Paint, pigmented ink, blood
Solid Foam Examples: Aerogel, styrofoam, pumice
Gel Examples: Gelatin, jelly, cheese, opal
Solid Sol Examples: Cranberry glass, ruby glass
Examples of colloids
Zuiveren van water Water kan zich dus op verschillende manieren met andere stoffen mengen. In het geval dat er een homogene oplossing is ontstaan is het niet meer eenvoudig om het water te zuiveren. In dat geval kan alleen nog zuivering plaats vinden door destillatie of membraanfiltratie. Dergelijke zuivering methoden vragen veel energie. Alleen in het geval van een heterogene oplossing of colloïdale oplossing zijn de verschillende stoffen redelijk eenvoudig van elkaar te scheiden. Over het algemeen wordt hier de methode van filtratie toegepast. Bij colloïdale oplossingen wordende deeltjes eerst met hulp van een vlokmiddel groter gemaakt zodat ze beter uit het water gefilterd kunnen worden
Zuiveren van water In figuur hiernaast is de meest toegepaste zuiveringsmethode voor oppervlakte water weergegeven. Deze methode wordt ook bij de PDAM in Pontianak toegepast. Met hulp van een vlokmiddel worden fijnere deeltjes die in het water zweven aan elkaar gebonden. De grotere deeltjes die bij de coagulatie zo ontstaan zakken door de zwaarte kracht naar beneden. Deze zwaardere deeltjes worden in de sedimentatie afgevangen. Fijnere deeltjes worden met behulp van het zand filter verwijderd. Het gezuiverde water wordt daarna gedesinfecteerd met behulp van een chloordosering. .
Zuiveren van water : filtratie Filtratie is een van de meest belangrijke stappen in het zuiveringsproces van drinkwater. Om die reden staan wij in deze training wat uitgebreider stil bij de onderliggende principes. Het meest aansprekende voorbeeld van filtratie is het filteren van een vloeistof over een filterpapiertje zoals hiernaast is weergegeven. Je kunt daarbij zelf het verschil waarnemen tussen de filtratie van een homogeneen een heterogene of colloïdale vloeistof. Als de vloeistof dun genoeg is, passeert deze de poriën in het papieren filter terwijl de fijnere deeltjes die in het water zweven op het filter achterblijven.
Zuiveren van water : filtratie Het effect van deze “zuiveringsstap” kunnen wij bepalen met behulp van een troebelheidsmeting. Deze meting is immers gebaseerd op het aantal deeltjes in de vloeistof dat wordt bepaald door de reflectie van licht op die deeltjes. Het uiteindelijk resultaat van deze zuivering wordt mede bepaald door de grootte van de poriën in het filterpapier. De grovere deeltjes in het water zullen op het filterpapier achterblijven, maar mogelijk dat fijnere deeltjes de poriën kunnen passeren. De troebelheid zal dus nooit helemaal “nul” worden omdat er altijd wel fijnere deeltjes met de waterstroom het filterpapier zullen passeren.
Zuiveren van water Bij de zuivering van oppervlaktewater zoals hier wordt besproken zien wij dat deeltjes die in het water zweven (colloïdaal in oplossing) met behulp van een vlokmiddel aan elkaar worden gebonden. Onder de invloed van de zwaartekracht zakken de grotere vlokken uit en bezinken in de lamellenseparator. De fijnere deeltjes worden in het zandfilter afgevangen. De zuivering beperkt zich tot stoffen die heterogeen in het water aanwezig zijn. Opgeloste stoffen, zoals chemicaliën worden met deze zuivering niet verwijderd. De zandfiltratie is bij deze zuivering een heel belangrijke stap. Hier worden de kleinste deeltjes uit het water gehaald.
Zuiveren van water De zuivering heeft dus maar een beperkte werking! Lang niet alle stoffen kunnen op deze manier uit het water worden verwijderd. Schematisch is dit in de onderstaande figuur nog eens weergegeven.
geur
Grof
Olie
Vet
Fijn verdeeld materiaal Opgelost organisch materiaal
Fijn
Oxidatie Fysisch/chemisch Filtratie Biologische oxidatie Chemische oxidatie
Zout
Ontzouting
Micro organismen
Desinfectie
Slib
Floculatie/Indikken
Water is een gift van moeder natuur. De totale hoeveelheid water op aarde is beperkt. Door toename van de wereldbevolking en de behoefte aan industriële activiteit en landbouwgronden neemt de vervuiling van het water snel toe. Minder schoon zoet water Meer moeite om het water te zuiveren Iedereen heeft water nodig om in leven te blijven
Hoeveel water heb je nodig ? Mensen sterven al na drie dagen zonder water. Hoeveel heeft een mens nodig? Probeer, wanneer water schaars is, in ieder geval 15 tot 20 liter per persoon per dag te leveren. Het “absolute overlevingsminimum” is volgens de Verenigde Naties 7 liter per persoon per dag om te wassen en te drinken. Zieke mensen hebben soms meer nodig. Sommige deskundigen stellen dat 2 tot 3 liter per dag voldoende is voor een gezond mens in een koele omgeving en zonder zware inspanning. Toch kunnen er wanneer er maar zo weinig water beschikbaar is gezondheidsproblemen optreden. Waswater is nodig om gezondheidsproblemen door infectieziekten te voorkomen . Als er onvoldoende drinkwater beschikbaar is, kan voor persoonlijke hygiëne gebruik gemaakt worden van niet-drinkwater zoals brak of zout water. Voor het wassen van de handen en het gezicht en voor het tandenpoetsen is echter gezuiverd, bacteriologisch betrouwbaar water nodig.
Verontreiniging Het maakt niet uit hoeveel water beschikbaar is als het te verontreinigd is om te drinken. Verontreiniging kan een pathogeen, chemisch of fysisch karakter hebben. Pathogene organismen zijn “ziekteverwekkers”, dus pathogene verontreiniging treedt op als bepaalde typen bacteriën, amoeben, wormen of virussen, zoals Giardia en cholera, in het water aanwezig zijn. Chemicsche verontreiniging wordt veroorzaakt door pesticiden en industriële chemicaliën, or door uitspoeling van natuurlijke stoffen. DDT is een voorbeeld van een pesticide, zouten en ijzer zijn voorbeelden van natuurlijke verontreiniging. (Behalve uiteraard als je een vis in de oceaan zou zijn, dan zou je zout niet als een verontreiniging beschouwen. Het is dus relatief) Fysische verontreiniging is meestal onschadelijk, maar maakt het water onaantrekkelijk om te drinken vanwege de smaak, kleur of geur. Een voorbeeld is de troebelheid van water.
Homogene mengsels Homeogene mengsels zijn mengsels die een constante, vaste samenstelling en eigenschappen hebben. Ieder gedeelte van het mengsel heeft dezelfde samenstelling en eigenschappen. Voorbeelden zijn oplossingen en sommige legeringen van metalen (maar lang niet alle). Homogene mengsels worden ook wel onzuivere stoffen genoemd. Een homogeen mengsel is een uniform mengsel dat uit slechts een fase bestaat. Een voorbeeld van een homogeen mengsel is een oplossing. Een oplossing is een mengsel van een of meer stoffen (de opgeloste stoffen) opgelost in een andere stof (het oplosmiddel). Een voorbeeld is een vaste stof opgelost in een vloeistof (zout of suiker opgelost in water, of goud opgelost in kwik). Vloeistoffen lossen in elkaar op, en soms lossen vloeistoffen op in een gas, bijvoorbeeld waterdamp in de atmosfeer. Een ander voorbeeld zijn frisdranken (zoals Coca-Cola en Sprite), waar kooldioxide is opgelost in de vloeistof.
Homogene mengsels Het vermogen van een stof om op te lossen in een andere wordt de oplosbaarheid genoemd. De fysische eigenschappen van stoffen, zoals het smeltpunt en het kookpunt, veranderen wanneer er andere stoffen in worden opgelost. Together they are called colligative properties. Er zijn verschillende manieren om de hoeveelheid van een stof die is opgelost in een andere stof te kwantificeren. We noemen dat de concentratie. Voorbeelden zijn de molaliteit en parts per million (ppm).
Solution
Tempera ture
water
100°C
water + 5g salt
100°C
water + 10g salt
102 °C
water + 15g salt
104°C
water + 20g salt
104°C
water + 25g salt
106°C
water + 30g salt
107°C
water + 35g salt
109°C
Heterogene mengsels Heterogene mengsels zijn mengsels zonder vaste samenstelling, bijvoorbeeld graniet. Salade is een typisch voorbeeld van zo’n mengsel. Heterogene mengsels hebben verschillende fasen (niet te verwarren met de fasen van een stof). Een voorbeeld zijn de delen van een heterogeen mengsel, die mechanisch kunnen worden gescheiden van de rest. Voorbeelden zijn: salade, studentenhaver en melk (voor homogenisatie).
Colloidale oplossingen Een colloidaal oplossing is een substantie van stoffen in een of twee fasen, een tussenvorm tussen homogene en heterogene mengsels, met eigenschappen van zowel homogene als heterogene mengsels. Een colloide zal niet “uitzakken” wanneer deze tot rust komt. Voorbeelden zijn gelatine, lijm en sperma. Een suspensie is een soort colloidaal mengsel. Suspensies Een suspensie is een colloidaal mengsel van een een fijn verdeelde stof gecombineerd met een andere stof, waarbij de eerste zo fijn verdeeld en gemengd is dat het niet snel bezinkt. In het dagelijks leven bestaande de meeste suspensies uit vaste stof opgelost in water. Een suspensie van vloeistofdruppels of kleine vaste deeltjes in een gas wordt een aerosol genoemd. Voorbeelden die in de atmosfeer voorkomen zijn fijn stof en roetdeeltjes.
Zuiveren van water: het zandfilter Een zandfilter in de waterzuivering is opgebouwd uit allemaal kleine korreltjes grind. Precies zoals de grond onder ons, maar dan met geselecteerde korrels en ontdaan van vuil. De filtratie van water in het filter verloopt dan ook op dezelfde wijze als in de grond onder ons. Het water zakt onder invloed van de zwaartekracht door het filter en zoekt zich daarbij een weg door de openingen die tussen de zandkorreltjes aanwezig zijn. Vuil dat in het water zweeft, blijft wanneer het groot genoeg is, in deze openingen achter. De openingen tussen de zandkorrels werken dus op dezelfde manier als de poriën in het filterpapier. Wanneer wij grotere zandkorrels gebruiken, worden de poriën groter en zal het water er gemakkelijker doorheen kunnen stromen. Bij gebruik van kleinere korrels worden de openingen ook kleiner en zal het water meer moeite hebben om het filter te kunnen passeren
Zuiveren van water: het zandfilter De grootte van de zandkorrels kunnen wij beïnvloeden door de zandkorrels te zeven en zo te sorteren op grootte. Wanneer men zandkorrels van een bepaalde grootte wil gebruiken dan moeten zowel de kleinere als de grotere zandkorrels worden verwijderd. Wanneer wij bijvoorbeeld in het filter gebruik willen maken van zandkorrels met een grootte tussen 1,5 tot 1,6 mm. Dan moeten de korrels die groter zijn dan 1,6 mm worden verwijderd en de korrels die kleiner zijn dan 1,5 mm. Dat houdt dus in dat wij het zand twee maal moeten zeven. Bij het zeven is het van belang dat wij het “product” , de zandkorrels met de juiste diameter zorgvuldig gescheiden houden van het overige materiaal Door dit proces blijft uiteindelijk uniform filtermateriaal met een specifieke korrelgrootte over.
Zuiveren van water: het zandfilter Geschikt zand voor filtratie vinden wij meestal in de nabijheid van een rivier of als afzetting op plaatsen waar vroeger rivieren zijn geweest. Dit zand is ontstaan door het langs elkaar schuren op de bodem van de rivier. Het bestaat uit allemaal korrels met verschillende diameter. Door de grote variatie in korrel diameter is het bijna niet mogelijk om één specifieke korrel diameter te krijgen. Dat zou namelijk betekenen dat er heel veel zand gezeefd moet worden met een heel kleine opbrengst. Dat kost veel tijd en materiaal en is ook niet nodig. Om die reden wordt gekozen voor een “bandbreedte” van de korrel. Bijvoorbeeld 1,4-1,6 mm. Hoe groter de bandbreedte gekozen wordt hoe groter de opbrengst bij het zeven, maar hoe minder specifiek de korreldiameter.
Zuiveren van water: het zandfilter Zoals we eerder hebben gezien is de grootte van de zandkorrels die wij kiezen van belang voor de snelheid waarmee het water door het filter kan stromen. Bij gebruik van grotere zandkorrels zijn de openingen daartussen groter dan wanneer wij een keuze maken voor kleinere zandkorrels. Bij gebruik van grotere korrels zal vuil dat in het water zweeft ook gemakkelijker het filter kunnen passeren en is het “gezuiverde” water dus ook minder schoon dan wanneer wij kleinere zandkorrels in het filter gebruiken. Bij gebruik van een te kleine korreldiameter bestaat het gevaar dat het vuil dat door het filter uit het water wordt verwijderd, zich aan het oppervlak gaat ophopen en het filter als gevolg daarvan dichtslaat. Dit is te zien in bijgaande figuur. De korreldiameter moet dus zodanig gekozen worden dat het vuil “in” het filter wordt vastgehouden en niet aan de bovenzijde van het filter. De keuze van de juiste korreldiameter hangt dus samen met de deeltjes die nog in het water aanwezig zijn en door het filter moeten worden verwijderd. Hoe schoner het water, hoe kleiner de korreldiameter die wij kunnen gebruiken zonder gevaar dat het filter zal verstoppen.
Zuiveren van water: het zandfilter Naast de keuze van de diameter en de bandbreedte, is het van belang dat het filtergrind niet vervuild raakt met fijner filter materiaal. Wanneer er kleinere filterkorrels in het filtergrind aanwezig zijn, zullen deze uiteindelijk in de openingen tussen de grotere korrels terecht komen. Daarmee worden deze openingen drastisch kleiner en zal de weerstand van het filter sterk toe gaan nemen. In praktijk betekent dit dat het filter na korte looptijd al dicht slaat. Fijner materiaal ontstaat ook tijdens het spoelen. Bij het gebruik van de blower wrijven de korrels langs elkaar en zullen als gevolg daarvan slijten en dus kleiner worden. Om die reden moet het filtergrind na verloop van tijd vervangen worden of opnieuw worden gezeefd.
Zuiveren van water: het zandfilter Bij de keuze van de juiste korrel grootte van het filter materiaal moet dus gekeken worden naar de mate van vervuiling en de deeltjes grootte van het vuil in het water. Vaak zul je proefondervindelijk moeten nagaan welke afmeting het beste presteert. Om te voorkomen dat het filtermateriaal onder de bodem van het filter terecht komt en dus wegspoelt, moet ook een juiste keuze van de filterdop gemaakt worden. Hoe fijner het materiaal dat gekozen wordt, hoe smaller de spleet in de filterdop. De filterdop moet dus in overeenstemming zijn de afmetingen van het filtergrind. Bedenk daarbij dat fijne spleten in de filterdoppen ook een grotere weerstand hebben om het water door te laten en dat gedurende de jaren de spleten langzaam zullen vervuilen door afzettingen en dus nog smaller worden. Hoe dat er uit kan zien laat de bijgaande figuur zien.
Zuiveren van water: het zandfilter In het ideale filter neemt de korreldiameter van het filter naar beneden toe langzaam af. Dat houdt in dat aan de bovenzijde zich heel grof filtermateriaal zou bevinden en beneden in het filter heel fijn materiaal. In deze ideale situatie zou immers het grove vuil aan de bovenzijde van het filter worden afgevangen en het fijnere vuil aan de onderkant van het filter. In praktijk is deze ideale situatie niet te realiseren. Bij het spoelen van een dergelijk filter zal het filtermateriaal namelijk niet op zijn plaats blijven, maar door elkaar worden gemengd. Het gevolg hiervan is de eerder beschreven situatie waarin de fijnere korrels in de openingen tussen de grotere korrels gaan zitten en de weerstand van het filter sterk toe gaat nemen. Een dergelijk filter zal snel dicht slaan en een korte looptijd hebben. Dat was juist wat wij wilden voorkomen door gebruik te maken van gezeefd materiaal.
Zuiveren van water: het zandfilter Het probleem van het mengen van filtermateriaal met verschillende diameter kan worden voorkomen door gebruik te maken van twee soorten filtermateriaal met zeer uiteenlopende dichtheid. In dat geval is sprake van een dubbellaags filter. In praktijk is zo’n filter opgebouwd uit fijner grind met daarboven een laag van grover antraciet. Omdat antraciet een veel lager soortelijk gewicht heeft dan grind blijft het grovere materiaal ook bij het spoelen aan de bovenzijde van het filter. Nadeel van antraciet is dat het bij het spoelen heel gemakkelijk met het spoelwater wegspoelt. Om die reden moet bij het spoelen van een dubbellaagsfilter altijd eerst de waterstand worden verlaagd voordat de blower kan worden gestart. Na de blowerfase kan het filter voorzichtig worden gespoeld met alleen water.
Antraciet
Zuiveren van water: het zandfilter Het voordeel van een dubbellaagsfilter opgebouwd uit filtergrind en antraciet is dat een dergelijk filter minder risico heeft om dicht te slaan. Immers het materiaal aan de bovenzijde bestaat uit grover antraciet. Het meeste vuil dat in het water aanwezig is blijft in deze antraciet laag achter. Wanneer het water in het filter door de laag antraciet is heen gezakt komt het vervolgens bij het fijner filtermateriaal. Daar zijn de openingen tussen de korrels kleiner en wordt het fijnere vuil in het water door het filtermateriaal afgevangen. De juiste verhouding tussen de laagdikte van het antraciet en de laagdikte van het fijnere filtergrind is afhankelijk van de samenstelling van het vuil dat in het water aanwezig is. Wanneer er veel grover zwevend vuil is, kan een dikkere antracietlaag worden gekozen. Normale verhoudingen zijn 50% antraciet en 50% fijn grind.
Zuiveren van water: het zandfilter Bij de opbouw van de filters van PDAM Pontianak zijn in het verleden zogenaamde steunlagen toegepast. Door gebruik van steunlagen werd in het verleden voorkomen dat het fijnere filtermateriaal via de openingen in de bodem van het filter kon wegspoelen. De gaten in de bodem werden gedeeltelijk afgedekt met grover materiaal (soms echt grote keien van een paar centimeter doorsnede). Op deze laag werd wat fijner materiaal aangebracht en daarop tenslotte het filtermateriaal. Omdat het water van PDAM nog relatief veel deeltjes bevat is over het algemeen ook antraciet gebruikt en bestaat het filter uit circa 4 tot 5 lagen. Bij gebruik van filterdoppen is een steunlaag niet noodzakelijk (maar kan ook geen kwaad!). Door de kleine spleet in de filterdop kan het materiaal immers niet weg spoelen.
Zuiveren van water: leer experiment In deze presentatie zijn een aantal zaken rond de inrichting van het filter behandeld. Door het uitvoeren van een aantal experimenten kan e.e.a. verder worden verduidelijkt. Die experimenten voeren wij uit met een tweetal kolommen. Dit zijn in eigenlijk kleine filters waarvoor een beperkte hoeveelheid zand nodig is en waarvan het filterzand ook weer snel kan worden gewisseld. Als eerste stap gaan wij kijken naar de benodigde “belasting” van het filter en die zo goed mogelijk aan te laten sluiten bij de praktijk. Om dat te doen bepalen wij eerst het filter oppervlak van IPA IV en IPA II en bepalen ook de hoeveelheid water die over die installaties wordt gefilterd. Dan bepalen wij het oppervalk van de filterkolom (pi D2). Op die manier stellen wij vast hoeveel water straks over de kolom moet worden gevoerd.
Zuiveren van water: leer experiment
Lengte (m)
Breedte (m)
Aantal filters
Totaal oppervlak
Capaciteit (m3/uur)
Capaciteit Per oppervlak
Filter IPA IV Filter IPA II
Filter IPA IV Filter IPA II
Filter IPA IV Filter IPA II
Zuiveren van water: leer experiment Als eerste experiment gaan wij kijken naar de invloed van de laagdikte van het filter en naar de korrelgrootte van het filter materiaal We gaan werken in een tweetal groepen. De eerste groep gaat een fijne zandfractie maken. Zowel het grove als fijne materiaal worden uitgezeefd. Er wordt voldoende materiaal gemaakt om de kolom mee te vullen. Het gezeefde materiaal dient netjes te worden opgeslagen op een schone ondergrond. Wanneer het materiaal gereed is gaan wij de stapsgewijs vullen in laagjes van circa 10 tot 15 cm. De laagdikte van het filter neemt dus langzaam toe. Wij laten steeds ongefilterd water van IPA IV over de kolom lopen met dezelfde bovenwaterstand. Wij kijken daarbij naar de uitgaande troebelheid door deze te meten en naar de bovenwaterstand.
Zuiveren van water: leer experiment
Weerstand (cm)
Troebelheid (ftu)
15 cm 30 cm 45 cm 60 cm 75 cm De weerstand van het filter wordt bepaald door te kijken naar de extra hoogte van de bovenwaterstand (verschil tussen hoogte bij stilstaand filter en lopend filter). De troebelheid van het uitgaande water wordt gemeten met de mobiele troebelheidsmeting. De waarden worden uitgewerkt in een grafiek. Meet ook de troebelheid van het ruwe water. Stel de capaciteit steeds op dezelfde waarde in (m3/uur)
Zuiveren van water: leer experiment Bij het tweede experiment kijken wij naar de kleur van het water. Daarvoor bepalen wij de kleur van het ruwwater (voor filtratie) en de kleur van het gefilterde water (na filtratie) Deze meting voeren wij een aantal maal uit op beide kolommen (fijn materiaal en grof materiaal). Dit doen wij met het doel na te gaan of het filter een invloed heeft op de kleur.
Kleur kolom 1 Kleur kolom 2 Meting 1 Meting 2 Meting 3 Meting 4 Meting ruw
Zuiveren van water: leer experiment Hier volgt een korte samenvatting van de presentatie 1) Belang van schoon water en ontwikkeling 2) Mogelijke bronnen van vervuiling van water 3) Benodigde hoeveelheid water om in leven te blijven 4) Homogene en heterogene oplossingen van water 5) Beperkte werking van een zuivering op water 6) Invloed van de korrelgrootte 7) Koekfiltratie en dichtslaan filter 8) Opbouw van een filter in lagen (dubbellaags en steunlaag) 9) Slijtage van filtermateriaal en onderhoud_
