Uitdagingen in de grondwaterzuivering. Inleiding conditionering. Ruud Kolpa Anton de Kom Universiteit Paramaribo Suriname Woensdag 9 februari 2011

Uitdagingen in de grondwaterzuivering

Inleiding conditionering

Ruud Kolpa Anton de Kom Universiteit – Paramaribo Suriname Woensdag 9 februari 2011

Optimale samenstelling van drinkwater Kalkkoolzuurevenwicht Technische mogelijkheden Praktijk marmerfiltratie (Anushka)

Kiwa-mededeling 100 (1988) • • • • •

AC: SI > -0,2 GY/ST: pH >7,5 ; TAC > 0,5; CI <1 Koper: TAC > 2; pH > 0,38 TAC+1,5*SO4 + 5,3 Messing: pH < 8,3; TAC > 4; Cl < 40 Lood: TAC > 2

Samengevat: (1) 7,8 en (0,38*TAC+1,5*[SO42-] + 5,3) < pH < 8,3 (2) TAC > 2 (3) -0,2 < SI < 0,3 (4) ( [Cl-] + 2 [SO42-]) / TAC <1 10-2-2011


3

GWRC (Baltimore 2006)

10-2-2011


4

Relatie Mg/F met cariës (ref. Arvin e.a. Dental Caries affected by water quality and water treatment, IWA-2986.doc

10-2-2011


5

Normen hardheidsparameters in NL -TH: 1 (– 2,5) mmol/l (bij conditionering) -(Mg>4 mg/l) -HCO3 > 60 mg/l -SI > -0,2 -Cu (max) < 2 mg/l Bijkomende parameters: -Na < 150 mg/l -Troebelingsgraad < 1 FTU 10-2-2011


6

Optimale samenstelling van drinkwater Kalkkoolzuurevenwicht Technische mogelijkheden Praktijk Marmerfiltratie (Anushka)

Stukje geschiedenis in NL (ontharding) • • • • • •

Eerste reactoren te Alphen a/d Rijn en Hazerswoude. Eerste reactoren bij PWN Geizerproeven van Kiwa Proefonderzoek op ps St.Jans Klooster Rapport v.d. Gezondheidsraad 1982 …

Lees: Rapport SvZ ontharding in Ned.

10-2-2011


8

Normoverschrijdinge n in 2008 ‘Af pompstation’ Bron: RIVM

Parameter

10-2-2011

Tabel I Escherichia coli Legionella spp. Tabel II Bestrijdingsmiddelen Monuron Nitriet Nitraat Tabel III Aeromonas Bacteriën van de coligroep Geur IJzer Kleurintensiteit Mangaan Saturatie Index Smaak, kwalitatief Sporen van sulfiet-reducerende clostridia Totaal alpha-radio-activiteit Totale hardheid Trichloormethaan Troebelingsgraad Waterstofcarbonaat Zuurgraad Zuurstof Di-ethyleentriamine penta-azijnzuur Niet wettelijke parameter Koperoplossend vermogen


Aantal metingen

Aantal overschrijdingen

%

10198 440

2 1

0,02 0,23

66628 547 3949 1033

1 1 1 1

0 0,18 0,03 0,1

2860 18244 1794 4808 1618 4463 5789 1746 2434 16 5580 1028 12744 5967 11806 10150 37

2 14 4 6 7 22 645 1 22 1 55 4 42 78 6 1 1

0,07 0,08 0,22 0,12 0,43 0,49 11,14 0,06 0,94 6,25 0,99 0,39 0,33 1,31 0,05 0,01 2,7

872

25

2,87

9

Hardheidskaart Nederland

10-2-2011

N.B.: TH=[Ca]+[Mg] – oorspronkelijk zeepverbruik Inleiding conditionering

10

Voordelen ontharding in Nederland - Minder kalkaanslag; - Minder zeepverbruik; - Vermindering koper- en loodoplossend vermogen; - Geen vliesje op de thee; - Geen particuliere waterontharders.

10-2-2011


11

Maatschappelijke kosten-batenanalyse (MKBA) Bron: H2O # 25/26.2005, voorbeeld Brabant Water

10-2-2011


12

10-2-2011


13

Zuur-base reacties in water

(H.3.5 boek)

CO2 + 2 H2O  H3O+ + HCO3HCO3- + H2O  H3O+ + CO32Ca2+ + CO32-  CaCO3

10-2-2011


14

Kalkkoolzuurevenwicht • Ca2+ + CO32-  CaCO3 (oplosbaarheid) • CaCO3+CO2+H20  Ca2++2HCO32• Tillmanns kromme:

Kalkagressief Kalkafzettend

10-2-2011


16

Programma’s - TACC90 (Excelfunctie) - Aquacalc (Kiwa) - Kalkkoo (DHV) - In LIMS-systemen - Eigen spreadsheets

10-2-2011


20

Rekenen aan waterkwaliteit (1) Input: Calcium (Ca) Magnesium (Mg) Zuurgraad (pH) Bicarbonaat (HCO3) Elek. Geleidingsvermogen Temperatuur

10-2-2011


Output: Totale hardheid CO2 en CO3 TAC (Tot.Anorg.Koolstof) Evenwichts pH SI (Saturatieindex) SI90 TACC TACC90 GH en KH p- en m-getal Troebelheid na koken 21

Rekenen aan waterkwaliteit (2) -SI = pH – pHs saturatie-index -TAC = [CO2] + [HCO3] + [CO3] totaal anorganisch koolstof -TACC totaal afzetbaar calciumcarbonaat CaCO3

10-2-2011


22

Hardheid of kalkafzettendheid: de kookproef Ongefiltreerd

Gefiltreerd

Ongekookt

Ca = 37 mg/l

Ca = 37 mg/l

Gekookt

Ca = 21 mg/l

Ca = 29 mg/l

Neerslag met micro’s = 16 mg/l 10-2-2011


Neerslag zonder micro’s = 8 mg/l 23

Onthardingsmethoden - in korrelreactoren - m.b.v. vlokvorming/-verwijdering - m.b.v. ionenwisseling - m.b.v. membraanfiltratie - combinaties

10-2-2011


24

Ontharding met ionenwisseling (zie ook: Kiwa-rapport BTO 2004-019)

• Sterkzuur kationwisselaar: Uitwisseling Ca2+ tegen 2Na+ • Zwakzuur kationwisselaar: Uitwisseling Ca2+ tegen 2H+

10-2-2011


25

Carix-proces Bad-Rappenau: mengbed ionenwisselaar • 170 m3/h • Ca2+  2 H+ en SO42-  2 HCO3-

10-2-2011


26

Ontharding in korrelreactoren Aspecten: - Plaats in zuiveringsproces: - Anaëroob (werkt niet altijd !) - Aëroob

- Aantal en type reactor - Bedrijfsvoeringsaspecten.

10-2-2011


27

Onthardingsreacties • met kalkmelk: Ca(OH)2 + Ca2+ + 2 HCO3- => 2 CaCO3  + 2 H2O 1 mmol/l 1 mmol/l 2 mmol/l 2 mmol/l 74 mg/l 40 mg/l 122 mg/l 200 mg/l • met natronloog: NaOH + Ca2+ + HCO3- => CaCO3  + Na+ + H2O 1 mmol/l 1 mmol/l 1 mmol/l 1 mmol/l 1 mmol/l 40 mg/l 40 mg/l 61 mg/l 100 mg/l 23 mg/l Weinig gebruikt: • Soda: Na2CO3 + Ca2+ => CaCO3  + 2 Na+ • Kaliumloog: KOH + Ca2+ + HCO3- => CaCO3  + K+ + H2O

10-2-2011


28

Kalk of natronloog ? Voordelen kalk: - geen extra natrium - lagere kalkafzettendheid Voordelen natronloog: - hoger bicarbonaatgehalte - eenvoudigere installatie

10-2-2011


29

Kalk, natronloog of soda? Bron TUD - Softening

10-2-2011


30

Voorbeeld zs de Laak

1,0

2,5

0,8

2

0,6

1,5

0,4

1 TACC90 bij NaOH TACC90 bij Ca(OH)2

0,2

0,5

TH

0,0

Totale hardheid [mmol/l] =>

TACC90 [mmol/l] =>

Effecten Ontharding zs de Laak

0 0

0,1

0,2

0,3

0,4

0,5

0,6

0,7

0,8

0,9

1

Dosering [mmol/l] =>

10-2-2011


31

Reactorvormen - Cylindrische reactor - Tangentiële invoer - Flappenbodem - Diffusor

10-2-2011


32

PS Nietap 10-2-2011


33

PS Goor 10-2-2011


34

PS Vorden 10-2-2011


35

PS Nuland 10-2-2011


36

PS Brasschaat 10-2-2011


37

PS Baanhoek 10-2-2011


38

ZS Rodenhuis 10-2-2011


39

Literatuur • Kiwa-mededeling nummer 100-104; • WHO, Caclium and magnesium in drinking-water, Public health significance, 2009; • GWRC, Drinking Water Hardness, Reasons and critaeria for Softening of drinking Water, 2007; • GWRC, Evaluating the Epidemiological Evidence on the Effects of Calcium and Magnesium in Drinking Water on Cardiovascular Disease Rates, 2006; • Gezondheidsraad, Gezondheidsaspecten van centrale ontharding van leidingwater, 1982; • Kiwa, Overzicht van de korrelreactoren in Nederland, KWR 02.087, 2003; • Kiwa, Stand van zaken ontharden in Korrelreactoren in Nederland, SWE 95.001,1995; • Contactgroep Ontharding, Tips voor het ontwerpen en verbeteren van korrelreactoren, KWR 08.017, 2008.

10-2-2011


40

Lees ook:

10-2-2011


41

Indeling conditionering - pH-correctie: - pH-verhoging (=ontzuring) (p.301) - pH-verlaging

- Veranderen calciumconcentratie: - Ontharden - Opharden

10-2-2011


42

pH-correctie • Ontzuren: • Ontgassen, boek p.301 • Filtratie over kalksteen, boek p.302 • Filtratie over dolomitische materialen • Toevoegen van een sterke base • Doseren van calciet • pH-verlaging: • Dosering van CO2 • Dosering van een sterk zuur

10-2-2011


43

CO2-dosering ps Spannenburg Bron: H2O #24.2004

10-2-2011


44

Zuurdosering Mogelijkheden: -Zoutzuur (HCl) -Zwavelzuur (H2SO4) -(Fosforzuur) -Kooldioxide (CO2) Let op: -Figuur 7.1 (Kalkkoolzuurevenwicht) -Regeling van CO2 rustiger 10-2-2011


45

pH-verhoging “19% van de grondwaterpompstations in NL heeft een te lage SI” Middelen: -

10-2-2011

Kalksteen CaCO3 Dolomitische materialen CaCO3.MgO Dosering van NaOH Dosering van Ca(OH)2


46

De verschillen … (bron: Kiwa-med 101) HCO3-

TAC

(mmol/l)

(mmol/l)

(mmol/l)

(mmol/l)

samenstelling voor ontzuren

x

a

-

-

-

ontgassen CO 

0

a

-x

0

7,8-8,13

filtratie over kalksteen CO 2 + H2O +

0

a + 2x

+x

+x

7,5-8,04

0

4 a+3x

1 +3x

2 +3x

10,0-11,05

0

a+x

0

½x

126

0

a+x

0

0

147

Ontzuring

CO2

2

1

2

TH

Haalbare pH

CaCO3 > Ca2+ + 2HCO3filtratie over dolomitisch mat. CaCO3MgO + 3CO 2 + 2H2O > Ca2+Mg+ + 4HCO3doseren calciumhydroxide 2CO 2 + Ca(OH)2 > Ca

2+

+

2HCO3-

doseren natrium hydroxide CO 2 + NaOH > Na + + HCO3-

1

2 3 4 5 6 7

Na ontzuren gerekend met 0 mmol/l. De CO 2-afname is dus x mmol/l. Bij een pH rond de 8 is [CO 2] zeer laag. 22TAC is gelijk aan [CO 2]+[HCO3]+[CO3]. Beneden pH  8,3 is [CO3] te verwaarlozen. Afhankelijk van de watersamenstelling en het gekozen systeem. Afhankelijk van de watersamenstelling. Elke gewenste pH tot 10 is haalbaar. Hogere pH dan evenwichts -pH niet gewenst. Verzadigde kalkoplossing. 50% oplossing natronloog bevat 19 mmol/l.

10-2-2011


47

Marmerfiltratie

(zie ook Kiwa-mededeling 101 en boek pag. 300)

CaCO3 + CO2 + H2O => Ca2+ + 2HCO3Evenwicht: K = [Ca2+].[HCO3-]2 / [CO2] = 10-4,33

Procesomstandigheden: - toepassing bij laag HCO3-gehalte (<100 mg/l) - combinatie met ontijzering en ontmanganing - filtermateriaal: 1,2-1,8 mm en 1,8-2,5 mm - fijner materiaal spoelt uit (=> rendementsverlies) - een robuust systeem Alternatief: Gebruik van dolomitische materialen: MgO.CaCO3:

- CaCO3 + CO2 + H2O => Ca2+ + 2HCO3- MgO + 2CO2 + H2O => Mg2+ + 2HCO310-2-2011


48

Met dolomitische materiaal • CaCO3+CO2+H2O=>Ca2++2HCO3• MgO + H2O => Mg2+ + 2OH• Effect aanvullen:

10-2-2011


49

Doseren van calciet (bron: Jink Gude)

10-2-2011


50

Voorbeeld: Opharden ontzilt zeewater

10-2-2011


51

Tijd voor oefeningen

10-2-2011


52

Uitdagingen in de grondwaterzuivering. Inleiding conditionering. Ruud Kolpa Anton de Kom Universiteit Paramaribo Suriname Woensdag 9 februari 2011

Recommend Documents