Onderzoek naar het potentieel van biochar als adsorbens voor de verwijdering van organische polluenten bij end-of-pipe waterzuivering

Transcriptie

1 Onderzoek naar het potentieel van biochar als adsorbens voor de verwijdering van organische polluenten bij end-of-pipe waterzuivering LAB 4 U (Bio)chemical process technology Ing. Rick Segers Promotor : Dr. ir. Kristel Sniegowski Begeleider : Ing. Jeroen Spapen

2 Introductie Situering Doelstelling Biochar Materiaal & methode Onderzoeksopzet Proefopstelling Resultaten & discussie Screening van de biochars Bepalen van de efficiëntie Kolomproeven Conclusie Algemene conclusie 2

3 Situering Gevaar van pop s in het water Schadelijke gevolgen voor het ecosysteem Gezondheidsrisico via drinkwater en voeding Verwijderen van deze stoffen uit het water is kostelijk 3

4 Soorten organische polluenten Humane geneesmiddelen Huishoudens Ziekenhuizen Producenten Oxytetracycline Biociden Landbouw Ziekenhuizen Huishoudens Glyfosaat Industriële chemicaliën Afvalstromen van bedrijven Huishoudens Polychloorbifenylen 4

5 Zuiveringstechnieken Oxidatieve technieken Adsorptietechnieken Waterstofperoxide Actieve kool Ozon Biochar 5

6 Doelstelling Water met organische polluenten Gezuiverd water Biochar 6

7 Doelstelling Biochar Commerciële actieve kool Verwijderingsefficiëntie Adsorptiecapaciteit 7

8 Biochar Wat is biochar? Bioslib B Bioslib A Organosorb 10- CO Zwart koolachtig product Poreuze grafiet structuur Houtmix B Leghennenmest Actieve beuk Geproduceerd uit organische afvalstromen door pyrolyse Mogelijkheid tot activatie Houtmix A Varkensmest Beuk Toepassing als bodemverbeteraar en adsorbens 8

9 Introductie Situering Doelstelling Biochar Materiaal & methode Onderzoeksopzet Proefopstelling Resultaten & discussie Screening van de biochars Bepalen van de efficiëntie Kolomproeven Conclusie Algemene conclusie 9

10 Onderzoeksopzet Bepalen van de efficiëntie en de adsorptiecapaciteit van biochar Screenen biochars Bepalen efficiëntie in reële omstandigheden Kolomproeven met fenol Selectie biochars Bepalen adsorptiecapaciteit Efficiëntie bij Continue werking 10

11 Screenen biochars Gebruikte modelcomponenten Gescreende parameter Invloed functionele groep Fenol Hoeveelheid biochar Adsorptiecapaciteit 4-nitrofenol ph Contacttijd 4-chlorofenol Contacttijd 11

12 Bepalen efficiëntie in reële omstandigheden Gebruikte probleemcomponenten Invloed van meerdere componenten Bepaalde Karakteristieken Paracetamol Invloed van mixen Adsorptiecapaciteit Oxytetracycline Invloed van een reële matrix Totale adsorptiecapaciteit Acetylsalicylzuur Invloed van mixen en reële matrix Verwijderings efficiëntie 12

13 Proefopstelling Verwerking biochar Mixer Triltoestel 0,063 2 mm korrelgrootterange Batchtesten Schudbank 15 mg/l aan componenten 50 ml volume 16 uur schudtijd Kolomproeven Pomp Autosampler Kolommen 15 mg/l fenol 0,012 l/uur debiet Gedurende 96 uur 13

14 Introductie Situering Doelstelling Biochar Materiaal & methode Onderzoeksopzet Proefopstelling Resultaten & discussie Screening van de biochars Bepalen van de efficiëntie Kolomproeven Conclusie Algemene conclusie 14

15 Screening van de biochars 100% 90% Polluenten verwijderd (%) 80% 70% 60% 50% 40% 30% 20% 10% 0% Commerciële actieve kool Beuk Leghennenmest Varkensmest Geactiveerde beuk Bioslib A Houtmix A Houtmix B Bioslib B Concentratie biochar (g/l) 15

16 Screening van de biochars 100% 90% Geselecteerde biochars Polluenten verwijderd (%) 80% 70% 60% 50% 40% 30% 20% 10% Commerciële actieve kool Beuk Leghennenmest Varkensmest Geactiveerde beuk Bioslib A Houtmix A Houtmix B Bioslib B 0% Concentratie biochar (g/l) 16

17 Polluenten verwijderd Bepalen van de efficiëntie Paracetamol Oxytetracycline Acetylsalicylzuur 100% 100% 100% 90% 90% 90% 80% 80% 80% 70% 70% 70% 60% 60% 60% 50% 50% 50% 40% 40% 40% 30% 30% 30% 20% 20% 20% 10% 10% 10% 0% % % Concentratie biochar (g/l) Commerciële Beuk Actieve beuk 17

18 Bepalen van de efficiëntie Commerciële (mg/g) Gemixte componenten Paracetamol 26,34 Oxytetracycline 4,69 Acetylsalicylzuur 12,62 Totale adsorptiecapaciteit 43,65 Beuk (mg/g) Gemixte componenten Paracetamol 1,91 Oxytetracycline 2,93 Acetylsalicylzuur 4,87 Totale adsorptiecapaciteit 9,71 Actieve Beuk (mg/g) Gemixte componenten Paracetamol 11,36 Oxytetracycline 6,89 Acetylsalicylzuur 7,17 Totale adsorptiecapaciteit 25,42 Paracetamol Oxytetracycline Acetylsalicylzuur 18

19 Bepalen van de efficiëntie Commerciële (mg/g) Gemixte componenten Paracetamol 26,34 Oxytetracycline 4,69 Acetylsalicylzuur 12,62 Totale adsorptiecapaciteit 43,65 Beuk (mg/g) Gemixte componenten Paracetamol 1,91 Oxytetracycline 2,93 Acetylsalicylzuur 4,87 Totale adsorptiecapaciteit 9,71 Actieve Beuk (mg/g) Gemixte componenten Paracetamol 11,36 Oxytetracycline 6,89 Acetylsalicylzuur 7,17 Totale adsorptiecapaciteit 25,42 Paracetamol Oxytetracycline Acetylsalicylzuur 19

20 Bepalen van de efficiëntie Commerciële (mg/g) Gemixte componenten Paracetamol 26,34 Oxytetracycline 4,69 Acetylsalicylzuur 12,62 Totale adsorptiecapaciteit 43,65 Beuk (mg/g) Gemixte componenten Paracetamol 1,91 Oxytetracycline 2,93 Acetylsalicylzuur 4,87 Totale adsorptiecapaciteit 9,71 Actieve Beuk (mg/g) Gemixte componenten Paracetamol 11,36 Oxytetracycline 6,89 Acetylsalicylzuur 7,17 Totale adsorptiecapaciteit 25,42 Paracetamol Oxytetracycline Acetylsalicylzuur 20

21 Kolomopstelling Kolommen Influent Auto sampler Peristaltische pomp Biochars 21

22 Kolomproeven Actieve beuk Commerciële actieve kool 10 cm pakking = 1,52 g Volledige verwijdering Minstens 10,76 mg/g adsorptie Schatting o.b.v. batchresultaten: 42% verzadigd 1,8 L/g biochar 10 cm pakking = 4,63 g Volledige verwijdering Minstens 3,52 mg/g adsorptie Schatting o.b.v. batchresultaten: 8% verzadigd 3,1 L/g biochar 22

23 Introductie Situering Doelstelling Biochar Materiaal & methode Onderzoeksopzet Proefopstelling Resultaten & discussie Screening van de biochars Bepalen van de efficiëntie Kolomproeven Conclusie Algemene conclusie 23

24 Algemene conclusie Conclusie Beuk is de meest efficiënte biochar Activatie verbetert de efficiëntie significant De geactiveerde beuk benadert de efficiëntie van de commerciële actieve kool De geactiveerde beuk is een potentieel alternatief voor commerciële actieve kool 24

25 Algemene conclusie Obstakels Productie van biochar zeer streng gereguleerd in België Verder onderzoek nodig naar werking in de praktijk 25

26 26