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

Maat: px

Weergave met pagina beginnen:

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

Leo de Lange
8 jaren geleden
Aantal bezoeken:

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

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

3 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*[SO 4 2- ] + 5,3) < ph < 8,3 (2) TAC > 2 (3) -0,2 < SI < 0,3 (4) ( [Cl - ] + 2 [SO 4 2- ]) / TAC < Inleiding conditionering 3

Samengevat: (1) 7,8 en (0,38*TAC+1,5*[SO 4 2- ] + 5,3) < ph < 8,3 (2) TAC > 2 (3)

4 GWRC (Baltimore 2006) Inleiding conditionering 4

5 Relatie Mg/F met cariës (ref. Arvin e.a. Dental Caries affected by water quality and water treatment, IWA-2986.doc Inleiding conditionering 5

6 Normen hardheidsparameters in NL -TH: 1 ( 2,5) mmol/l (bij conditionering) -(Mg>4 mg/l) -HCO 3 > 60 mg/l -SI > -0,2 -Cu (max) < 2 mg/l Bijkomende parameters: -Na < 150 mg/l -Troebelingsgraad < 1 FTU Inleiding conditionering 6

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

8 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 Inleiding conditionering 8

Eerste reactoren bij PWN Geizerproeven van Kiwa Proefonderzoek op ps

9 Normoverschrijdinge n in 2008 Af pompstation Bron: RIVM Parameter Aantal metingen Aantal overschrijdingen % Tabel I Escherichia coli ,02 Legionella spp ,23 Tabel II Bestrijdingsmiddelen Monuron ,18 Nitriet ,03 Nitraat ,1 Tabel III Aeromonas ,07 Bacteriën van de coligroep ,08 Geur ,22 IJzer ,12 Kleurintensiteit ,43 Mangaan ,49 Saturatie Index ,14 Smaak, kwalitatief ,06 Sporen van sulfiet-reducerende clostridia ,94 Totaal alpha-radio-activiteit ,25 Totale hardheid ,99 Trichloormethaan ,39 Troebelingsgraad ,33 Waterstofcarbonaat ,31 Zuurgraad ,05 Zuurstof ,01 Di-ethyleentriamine penta-azijnzuur ,7 Niet wettelijke parameter Koperoplossend vermogen ,87 Inleiding conditionering 9

IJzer 4808 6 0,12 Kleurintensiteit 1618 7 0,43 Mangaan 4463 22 0,49 Saturatie Index 5789 645 11,14 Smaak, kwalitatief 1746 1 0,06 Sporen van sulfiet-reducerende clostridia 2434 22 0,94 Totaal

10 Hardheidskaart Nederland Inleiding N.B.: TH=[Ca]+[Mg] conditionering oorspronkelijk zeepverbruik 10

11 Voordelen ontharding in Nederland - Minder kalkaanslag; - Minder zeepverbruik; - Vermindering koper- en loodoplossend vermogen; -Geen vliesje op de thee; -Geen particuliere waterontharders Inleiding conditionering 11

loodoplossend vermogen; -Geen vliesje op de thee; -Geen

12 Maatschappelijke kosten-batenanalyse (MKBA) Bron: H2O # 25/ , voorbeeld Brabant Water Inleiding conditionering 12

13 Inleiding conditionering 13

14 Zuur-base reacties in water (H.3.5 boek) CO H 2 O H 3 O+ + HCO 3 - HCO 3- + H 2 O H 3 O+ + CO 3 2- Ca 2+ + CO 3 2- CaCO Inleiding conditionering 14

16 Kalkkoolzuurevenwicht Ca 2+ + CO 2-3 CaCO 3 (oplosbaarheid) CaCO 3 +CO 2 +H 2 0 Ca 2+ +2HCO 2-3 Tillmanns kromme: Kalkagressief Kalkafzettend Inleiding conditionering 16

20 Programma s - TACC90 (Excelfunctie) - Aquacalc (Kiwa) - Kalkkoo (DHV) - In LIMS-systemen - Eigen spreadsheets Inleiding conditionering 20

21 Rekenen aan waterkwaliteit (1) Input: Calcium (Ca) Magnesium (Mg) Zuurgraad (ph) Bicarbonaat (HCO 3 ) Elek. Geleidingsvermogen Temperatuur Output: Totale hardheid CO 2 en CO 3 TAC (Tot.Anorg.Koolstof) Evenwichts ph SI (Saturatieindex) SI 90 TACC TACC 90 GH en KH p- en m-getal Troebelheid na koken Inleiding conditionering 21

22 Rekenen aan waterkwaliteit (2) -SI = ph ph s saturatie-index -TAC = [CO 2 ] + [HCO 3 ] + [CO 3 ] totaal anorganisch koolstof -TACC totaal afzetbaar calciumcarbonaat CaCO Inleiding conditionering 22

23 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 Neerslag zonder micro s = 8 mg/l Inleiding conditionering 23

24 Onthardingsmethoden - in korrelreactoren - m.b.v. vlokvorming/-verwijdering - m.b.v. ionenwisseling - m.b.v. membraanfiltratie - combinaties Inleiding conditionering 24

25 Ontharding met ionenwisseling (zie ook: Kiwa-rapport BTO ) Sterkzuur kationwisselaar: Uitwisseling Ca 2+ tegen 2Na + Zwakzuur kationwisselaar: Uitwisseling Ca 2+ tegen 2H Inleiding conditionering 25

26 Carix-proces Bad-Rappenau: mengbed ionenwisselaar 170 m 3 /h Ca 2+ 2 H + en SO HCO Inleiding conditionering 26

27 Ontharding in korrelreactoren Aspecten: - Plaats in zuiveringsproces: - Anaëroob (werkt niet altijd!) - Aëroob -Aantal en type reactor - Bedrijfsvoeringsaspecten Inleiding conditionering 27

28 Onthardingsreacties met kalkmelk: Ca(OH) 2 + Ca HCO 3- => 2 CaCO H 2 O 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 + Ca 2+ + HCO 3 - => CaCO 3 + Na + + H 2 O 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: Na 2 CO 3 + Ca 2+ => CaCO Na + Kaliumloog: KOH + Ca 2+ + HCO 3- => CaCO 3 + K + + H 2 O Inleiding conditionering 28

29 Kalk of natronloog? Voordelen kalk: - geen extra natrium - lagere kalkafzettendheid Voordelen natronloog: - hoger bicarbonaatgehalte - eenvoudigere installatie Inleiding conditionering 29

30 Kalk, natronloog of soda? Bron TUD - Softening Inleiding conditionering 30

31 TACC90 [mmol/l] => Totale hardheid [mmol/l] => Voorbeeld zs de Laak Effecten Ontharding zs de Laak 1,0 2,5 0,8 2 0,6 1,5 0,4 0,2 0,0 TACC90 bij NaOH TACC90 bij Ca(OH)2 TH 0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9 1 Dosering [mmol/l] => 1 0, Inleiding conditionering 31

32 Reactorvormen - Cylindrische reactor - Tangentiële invoer - Flappenbodem -Diffusor Inleiding conditionering 32

33 PS Nietap Inleiding conditionering 33

34 PS Goor Inleiding conditionering 34

35 PS Vorden Inleiding conditionering 35

36 PS Nuland Inleiding conditionering 36

37 PS Brasschaat Inleiding conditionering 37

38 PS Baanhoek Inleiding conditionering 38

39 ZS Rodenhuis Inleiding conditionering 39

40 Literatuur Kiwa-mededeling nummer ; 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 , 2003; Kiwa, Stand van zaken ontharden in Korrelreactoren in Nederland, SWE ,1995; Contactgroep Ontharding, Tips voor het ontwerpen en verbeteren van korrelreactoren, KWR , Inleiding conditionering 40

41 Lees ook: Inleiding conditionering 41

42 Indeling conditionering - ph-correctie: - ph-verhoging (=ontzuring) (p.301) - ph-verlaging - Veranderen calciumconcentratie: - Ontharden - Opharden Inleiding conditionering 42

43 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 CO 2 Dosering van een sterk zuur Inleiding conditionering 43

44 CO 2 -dosering ps Spannenburg Bron: H2O # Inleiding conditionering 44

45 Zuurdosering Mogelijkheden: -Zoutzuur (HCl) -Zwavelzuur (H 2 SO 4 ) -(Fosforzuur) -Kooldioxide (CO 2 ) Let op: -Figuur 7.1 (Kalkkoolzuurevenwicht) -Regeling van CO 2 rustiger Inleiding conditionering 45

46 ph-verhoging 19% van de grondwaterpompstations in NL heeft een te lage SI Middelen: - Kalksteen CaCO 3 - Dolomitische materialen CaCO 3.MgO - Dosering van NaOH - Dosering van Ca(OH) Inleiding conditionering 46

47 De verschillen (bron: Kiwa-med 101) Ontzuring CO 1 2 HCO3 - TAC 2 TH Haalbare ph (mmol/l) (mmol/l) (mmol/l) (mmol/l) samenstelling voor ontzuren x a ontgassen CO 2 0 a -x 0 7,8-8,1 3 filtratie over kalksteen CO 2 + H 2 O + 0 a + 2x +x +x 7,5-8,0 4 CaCO 3 > Ca HCO3 - filtratie over dolomitisch mat. CaCO 3 MgO + 3CO 2 + 2H 2 O > Ca 2+ Mg + + 4HCO3 - doseren calciumhydroxide 2CO 2 + Ca(OH) 2 > Ca HCO3 - doseren natrium hydroxide CO a x x x 10,0-11,05 0 a + x 0 ½x a + x NaOH > Na + + HCO 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. TAC is gelijk aan [CO 2 ]+[HCO3]+[CO - 3]. 2- Beneden ph 8,3 is [CO3] 2- 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 Inleiding conditionering 47

48 Marmerfiltratie (zie ook Kiwa-mededeling 101 en boek pag. 300) CaCO 3 + CO 2 + H 2 O => Ca HCO 3 - Evenwicht: K = [Ca 2+ ].[HCO 3- ] 2 / [CO 2 ] = 10-4,33 Procesomstandigheden: - toepassing bij laag HCO 3 -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.CaCO 3 : - CaCO 3 + CO 2 + H 2 O => Ca HCO MgO + 2CO 2 + H 2 O => Mg HCO Inleiding conditionering 48

49 Met dolomitische materiaal CaCO 3 +CO 2 +H 2 O=>Ca 2+ +2HCO 3 - MgO + H 2 O => Mg OH - Effect aanvullen: Inleiding conditionering 49

50 Doseren van calciet (bron: Jink Gude) Inleiding conditionering 50

51 Voorbeeld: Opharden ontzilt zeewater Inleiding conditionering 51

52 Tijd voor oefeningen Inleiding conditionering 52

Vergelijkbare documenten

Ponsterpunt: PS Onnen; rein 700 mm Periode: Datum:

Ponsterpunt: PS Onnen; rein 700 mm Periode: 1-7-2013 30-6-2014 Datum: 21-07-2014 Parameter Eenheid Aantal Gemiddeld Minimum Maximum 90% Percentiel Temperatuur graden C 23 10,8 10 11 11 Zuurstof mg/l 23