*Dit is een artikel uit het magazine Vitens Innoveert – Thema Zuiveren
Op productielocatie Hammerflier pompt Vitens methaan- en ijzerhoudend grondwater op. Bij de gangbare verwijdering van het methaan en ijzer ontstaat een spoelverlies van tien procent en ontsnapt het methaan naar de atmosfeer. Door een innovatieve nieuwe technologie toe te passen weet Vitens zowel het spoelverlies als de CO2-footprint van het zuiveringsproces fors te verlagen. Bijkomend voordeel is de efficiencyverbetering, waardoor een kleinere installatie volstaat.
“Voor de productie van schoon en veilig drinkwater halen we met zandfiltratie allerlei stoffen uit het grondwater, zoals ijzer, mangaan en ammonium”, vertelt procestechnoloog Abel Heinsbroek. “Voordat we dat kunnen doen, moeten we het opgeloste methaan verwijderen. Zo verstoort methaan de werking van zandfilters. Zuurstofminnende bacteriën groeien namelijk enorm hard op methaan en verstoppen vervolgens het filter. Verder kan methaan in de rest van de zuivering en het distributienet tot ongewenste bacteriegroei leiden.”
Plaatbeluchters
“De gangbare methode voor methaanverwijdering is beluchting met plaatbeluchters waarbij het methaan als het ware uit het water wordt geblazen. Dit werkt goed en zorgt voor een verwijdering van ongeveer 99%. De methode heeft echter ook diverse nadelen. Zo is per kubieke meter water ongeveer vijftig kubieke meter lucht nodig, wat gepaard gaat met een fors energiegebruik. Bovendien wordt het methaan – dat een zeer sterk broeikasgas is – door deze grote hoeveelheid lucht enorm verdund. Daardoor kunnen we het methaan niet afvangen en gaat het de atmosfeer in met alle schadelijk gevolgen van dien. Ook voor de vervolgstappen van het zuiveringsproces is deze methode van methaanverwijdering nadelig. De intensieve beluchting zorgt voor een overdosis aan zuurstof in het water, waardoor onder andere de plaatbeluchters snel vervuilen met ijzer en bacteriën en we ze regelmatig moeten reinigen. Verder verwijder je met de lucht niet alleen methaan, maar ook een groot deel van de CO2 die in het water is opgelost. Daardoor wordt de pH hoger en verloopt de ontijzering ongunstiger. Door de hoge zuurstofconcentratie en pH reageert het ijzer te snel met de zuurstof en slibben de filters extra snel dicht, zodat we vaker moeten spoelen.”
Ontijzering
“Voor het ontijzeren van water maken we op onze zuiveringen gebruik van twee verschillende mechanismen”, vertelt collega-procestechnoloog Frank Schoonenberg. “Gewoonlijk passen we snelle zandfiltratie toe in combinatie met beluchting. We voegen zuurstof aan het water toe, waardoor het ijzer oxideert en als vlokken neerslaat. Dit noemen we flocculente ontijzering. De ijzervlokken worden afgevangen door het filtermateriaal, waardoor het filter geleidelijk verstopt. Als de doorlatendheid te klein wordt, spoelen we het zandfilter van onderaf door en voeren we het water met het ijzerslib af.”
“Een voordeel van adsorptieve ontijzering is dat we veel minder hoeven te spoelen, waardoor het waterverlies veel kleiner is”
“Adsorptieve biologische ontijzering is het andere mechanisme. Deze techniek maakt eveneens gebruik van snelle zandfiltratie en werkt goed bij grondwater met een pH van 7 of lager. Het geheim van dit mechanisme is het beperken van de beluchting. Hierdoor bindt het ijzer zich aan de korrels van het zandfilter in de vorm van een dun laagje en ontstaat er vrijwel geen ijzerslib. Bij dit ontijzeringsmechanisme spelen ook zogenaamde ijzeroxiderende bacteriën een rol. Een voordeel van deze manier van ontijzering is dat we veel minder hoeven te spoelen, waardoor het waterverlies veel kleiner is. Een ander voordeel is dat het grondwater twee keer zo snel door het zandfilter kan stromen dan bij de gebruikelijke aanpak met een meer intensieve beluchting.”
Membraanontgassing
Abel vult aan: “Het grondwater dat we bij Hammerflier oppompen is wat betreft pH geschikt voor adsorptieve ontijzering. Door de methaanverwijdering met de plaatbeluchters, blazen we echter ook een deel van het opgeloste CO2 uit het water. Daardoor verandert de pH zodanig dat beide ontijzeringsmechanismen tegelijkertijd plaatsvinden en ze alle twee niet optimaal en efficiënt werken. Het gevolg is dat we veel spoelverlies hebben en we het filtermateriaal jaarlijks moeten vervangen.”
“Vanwege al deze bezwaren zijn we gaan onderzoeken of we het methaan op een andere manier kunnen verwijderen. Na het nodige denkwerk zijn we uitgekomen op vacuümontgassing met hollevezelmembranen, waarbij we een kleine hoeveelheid stikstof gebruiken als ‘stripgas’. Daarnaast doseren we een minieme hoeveelheid CO2 om te zorgen dat de zuurgraad stabiel blijft. Op deze manier kunnen we ook 99% van het methaan verwijderen, terwijl we ongeveer tweeduizend keer minder gas nodig hebben dan bij plaatbeluchting.”
“Deze alternatieve vorm van methaanverwijdering zorgt ervoor dat we het methaan goed kunnen afvangen en hergebruiken”
“Deze alternatieve vorm van methaanverwijdering heeft allerlei voordelen. Zo kunnen we het methaan nu goed afvangen en hergebruiken, omdat het nauwelijks verdund is. Daardoor daalt de CO2-footprint van het zuiveringsproces fors. Verder kunnen we het ijzer nu met het adsorptieve biologische mechanisme verwijderen, waardoor we het zandfilter nauwelijks hoeven te spoelen. En doordat adsorptieve biologische ontijzering veel efficiënter is dan flocculente ontijzering met plaatbeluchting, kunnen we dezelfde hoeveelheid water op een twee keer zo klein oppervlakte zuiveren.”
“Het spoelverlies is verminderd van circa 10% tot ongeveer 2,5%”
Heel stabiel
“Om deze alternatieve methode te testen hebben we op Hammerflier een demonstratie-installatie gebouwd, waarmee we inmiddels ruim 400 duizend kubieke meter water hebben gezuiverd. Het proces verloopt nog steeds heel stabiel en het spoelverlies is verminderd van circa 10% tot ongeveer 2,5%. Het enige dat we zien is dat de membranen langzaam vervuilen. Daarom gaan we ervan uit dat we die elk half jaar chemisch zullen moeten reinigen. De komende tijd blijven we de installatie gebruiken om te zien hoe hij zich op de langere termijn gedraagt. Gezien de goede resultaten bouwen we ondertussen al een eerste praktijkinstallatie op Terschelling.”
Zuurgraad van water
De pH geeft aan hoe zuur het water is. Als het water een pH heeft van precies 7 wordt het neutraal genoemd. Water met een lage pH (lager dan 7) is zuur en water met een hoge pH (hoger dan 7) is basisch.
Wereldprimeur
Het verwijderen van methaan uit grondwater met membraanontgassing, zoals Vitens op productielocatie Hammerflier doet, is uniek in de wereld. De membranen die Vitens hiervoor gebruikt worden al wel in andere bedrijfstakken toegepast. Zo gebruikt de voedingsmiddelenindustrie membraanontgassing voor bijvoorbeeld het verwijderen van zuurstof uit frisdranken en wijn en past de printerindustrie deze methode toe voor het produceren van inkt zonder gasbelletjes.
Geïnspireerd?
Voor meer informatie of een samenwerking kunt u contact opnemen via abel.heinsbroek@vitens.nl of frank.schoonenberg@vitens.nl
