Voorkomen van Biofouling op membraan systemen door nutriënten limitatie

Transcriptie

1 Voorkomen van Biofouling op membraan systemen door nutriënten limitatie AquaNL 215 : Seminar Afvalwater en Milieu Efficiënter watergebruik, energiebesparing en circulaire economie Auteur : Marcel Boorsma, WLN Watertechnologie Datum : 18 Maart 215 1

2 Acknowledgements Deze presentatie is mede mogelijk gemaakt door: 2

3 Take home message Het is mogelijk biofouling op membraansystemen te beheersen door toepassing van nutriënten limitatie. 3

4 Wie is WLN Laboratorium en Watertechnologie Gevestigd te Glimmen (Gr.) Klanten in de sectoren drinkwater, waterschappen, industrie, energie, zorgsector en recreatie Technologisch ontwerp, beheer en procesoptimalisatie van meer dan 3 waterfabrieken (drink-, proces- en afvalwater) Waarvan 15 met membraanfiltratie (UF en/of RO) Samenwerking met diverse kennisinstellingen en adviesbureaus 4

5 Puurwater fabriek Emmen Voeding: Effluent RWZI Emmen Actief slibsysteem, pre-denitrificatie 88% huishoudelijk, 12% industrie 1.5 m 3 /h (DWA) 6. m 3 /h (RWA) Operationeel: sinds Juni 21 Productie: circa 35 m 3 /h (puur water) circa 3.. m 3 /jaar Geen (chemische) fosfaat verwijdering (vlokmiddel) tot 2 ppm (ortho) fosfaat in het voedingswater 5

6 Proefonderzoek Optie 1: ultrafiltratie & Chemicalien PAC UFi-o DBNPA - PolyAluminiumChloride (PAC) - 2,2 dibromo-3-itrilopropionamide (DBNPA) ter voorkoming van biofouling RWZI effluent RO RO EDI UP water UFo-i BAKF BAKF Optie 2: ultrafiltratie & biologische actieve kool filtratie (BAKF) O2 O2 Ter voorkoming van biofouling 6

7 ATP (pg/cm2) Proefonderzoek Biofilmvormingsnelheid UF permeate: 4 pg ATP.cm -2.d BAC Filtrate: 4 pg ATP.cm -2.d days DBNPA:.3 pg ATP.cm -2.d -1 Biofilmvormingsnelheid (BVS) neemt met factor 1 af!! 7

8 dpn (kpa) Proefonderzoek Drukval omgekeerde osmose module Start DBNPA UF permeaat Stop DBNPA 4 3 BAKF filtraat Time (d) 8

9 Puurwater fabriek Emmen Effluent RWZI Ultrafiltratie Biologisch Actief Kool Omgekeerde Osmose (RO1) Ontgassen (CO 2 ) Omgekeerde Osmose (RO2) Electro de-ionisatie (EDI) Puur water 9

10 BAKF 5 straten (+1) Per straat 2 filters (VF + NF) Type kool; Norit 83P Hoeveelheid kool: = 84 m 3 Debiet: ca. 11 m 3 /h Filtratiesnelheid: 1 en 5 m/h Verblijftijd circa minuten looptijd circa 3 6 dagen zuurstofdosering (VF + NF) 1

11 Doel BAKF Substraat adsorptie Actieve Kool Desorptie / omzetten biofilm Effect: substraat limitatie op RO membranen 11

12 Biofilm (pg ATP/cm2) Biofilmvormingsnelheid (BVS) UF permeaat: ± 135 ATP. cm -2.d BACF VF: ± 75 ATP. cm -2.d BACF NF: ± 1 ATP. cm -2.d dagen filtraat UF filtraat VF filtraat NF BVS neemt met factor 1 af!! Drinkwater af pompstation: < 1 pg ATP. cm -2.d -1 12

13 FTU Troebelheid BAKF filtraat.6.5 Troebelheid BAKF effluent (FTU) mei-1 mei-11 mei-12 mei-13 mei-14 13

14 kpa temp Drukval RO Genormaliseerde drukval 1e trappen RO mei-1 nov-1 jun-11 dec-11 jul-12 jan-13 aug-13 mrt-14 sep-14 apr-15 datum RO1-2 RO1-3 RO1-4 RO1-6 temp 14

15 Conclusies (1) Het is mogelijk biofouling op membraan systemen te beheersen door nutriënten limitatie. BAKF: verwijdering van makkelijk opneembare voedingstoffen. 15

16 Oriënterend onderzoek Voorkomen van biofouling door fosfaat limitatie Wie; BiAqua Wat; beheersen van Biofouling door P-limitatie van het RO voedingswater Hoe; door fosfaat adsorptie van de fosfaatconcentratie in water. (In: 2 ppm P / Uit: < 1 ppb P) 16

17 Oriënterend onderzoek Voorkomen van biofouling door fosfaat limitatie Pilot installatie voor P verwijdering Capaciteit: circa 6 L/h Filtratie snelheid: 2.5 m/h Down flow operatie Fosfaat verwijdering met Biaqua PRT G1 + G2 Twee kolommen; afwisselend in bedrijf 17

18 Oriënterend onderzoek Meten van biofouling (door stijgen delta-p); met Membrane Fouling Simulator (MFS) WWTP effluent UF BACF RO Process Water MFS 1 UF effluent BiAqua PRT MFS 2 BACF effluent MFS 3 BiAqua effluent 18

19 Resultaten Fosfaat concentraties voor en na BiAqua filtratie 6 5 Ortho Phosphate (µgp/l) Effluent BACF Effluent BiAqua Runtime (d) ~ 96% Fosfaatverwijdering (tot ca. 2 ppb P) 19

20 Resultaten Drukval membraan met verschillende MFS 2 Effluent BACF 15 Permeate UF Pressure drop (mbar) 1 5 Effluent BiAqua Runtime (d) Des te lager de stijging drukval = des te minder biofouling 2

21 Resultaten Autopsie MFS Lage ATP op MFS Permeaat UF a.g.v. korte looptijd (~ 1 dgn) ATP (pg/cm 2 ) Bij ATP waarden < 1. pg/cm 2 is de delta-p bij membraan elementen vaak laag (J.S. Vrouwenvelder et al.) TOC (µg/cm 2 ) TOC concentraties: Permeaat UF >> Effl. BACF >> Effl. BiAqua Permeate UF Effluent BACF 17 Effluent BiAqua ATP / TOC BACF effluent: gevolg van groei of uitspoeling?? 21

22 Resultaten Variatie in vervuiling bij effluent BACF in de tijd 2 Effluent BACF Pressure drop (mbar) P- dosering C,N,Pdoseren Runtime (d) Looptijden 2, 4 en > 8 dagen Een gevolg van slechte kwaliteit voedingswater? 22

23 Puurwater fabriek Emmen Sterk variërende RWZI effluent kwaliteit na regenperiodes 23

24 Resultaten Relatie looptijd MFS BACF en kwaliteit RWZI effluent 2 25 Effluent BACF 15 2 Pressure drop (mbar) Ortho Phosphate (µg/l 5 Online ortho-p Runtime (d) 24

25 Resultaten 2 25 Effluent BACF Pressure drop (mbar) Effluent BiAqua C,N,Pdoseren Orth Phosphate (µgp/l) Online orthop Runtime (d) 25

26 Conclusies (2) Het is mogelijk biofouling op membraan systemen te beheersen door nutriënten limitatie. BACF zorgt voor verwijdering van makkelijk opneembare voedingstoffen. BiAqua PRT is in staat tot vergaande fosfaatverwijdering (> 96%) BACF en BiAqua PRT houden biofouling beheersbaar Vervolgonderzoek; BiAqua PRT direct achter UF 26

27 Dank u! Vragen? 27