LEIDENS ONTZET: resultaten van nageschakelde zuiveringstechnieken in beeld!

Transcriptie

1

2 LEIDENS ONTZET: resultaten van nageschakelde zuiveringstechnieken in beeld! vrijdag 3 oktober Hotel De Gouden Leeuw, Veurseweg 180, 2252 AG Voorschoten met excursie naar de AWZI Leiden Zuid-West Georganiseerd door: NVA-Programmagroep 3 afvalwaterzuivering, STOWA en Hoogheemraadschap van Rijnland. KRW en nageschakelde zuiveringstechnieken zijn regelmatig terugkerende onderwerpen tijdens NVA-symposia. Het naderen van de afronding van tweejarig onderzoek met een breed scala aan nageschakelde technieken op de rwzi Leiden Zuid-West, is de aanleiding geweest om met de diverse partijen dit symposium te organiseren. RESULTATEN van diverse onderzoeken worden dit keer in beeld gebracht door de verschillende sprekers. Uiteraard krijgen de resultaten van de demonstratieinstallatie op Leiden Zuid West volop aandacht. Maar ook resultaten elders in het land worden toegelicht. Ervaringen met continue en discontinue zandfiltratie, atiefkoolfilters, UV-behandeling en H 2 O 2 -dosering staan centraal deze dag. Tevens komt het recent afgeronde onderzoek naar de biologische beschikbaarheid van nutriënten in effluent aan de orde. Niet alleen woorden, maar ook in de praktijk zichtbaar! Tijdens de dag krijgen de deelnemers aan het einde van de dag in groepjes een korte rondleiding in de proefhal waarin diverse pilotinstallaties opgesteld staan. Deze onderzoeksopstellingen hebben het doel om een vergaand gezuiverde effluentkwaliteit te produceren voor nutriënten, zware metalen en organische microverontreinigingen. De dag is bedoeld voor zuiveringsbeheerders, technologen en waterbeheerders (ecologen) die meer willen weten wat de nieuwe technieken presteren en welke voor- en nadelen eraan kleven. Nadere informatie: Cora Uijterlinde, STOWA Tel: Uijterlinde@stowa.nl Wouter Dijksma, Hoogheemraadschap van Rijnland Tel: wouter.dijksma@rijnland.net Kosten NVA- en KVWN-leden 200 Studenten en gepensioneerde leden 25 Niet-leden 400 Locatie: Hotel De Gouden Leeuw, Veurseweg 180, 2252 AG Voorschoten ( Met openbaar vervoer. Van leiden Centraal station kunt u bus 45 nemen en uitstappen voor het hotel. Vanuit Den Haag centraal station neemt u bus nr. 45 richting Leiden. (Reisinformatie ; www9292ov.nl). Tip: check uw reisinformatie in verband met festiviteiten rondom het Leidens onzet

3 PROGRAMMA 9:00 Ontvangst met koffie 9:30 Welkom door de loco-dijkgraaf van Hoogheemraadschap van Rijnland Peter Groen Introductie door de dagvoorzitter Cora Uijterlinde,NVA en STOWA Introductie demonstratie-installatie Leiden Zuid-West Liz van Duin, Hoogheemraadschap van Rijnland Effluent van de toekomst; resultaten vergaande stikstof- en fosfaatverwijdering Leiden Zuid-West Jeffrey den Elzen, Hoogheemraadschap van Rijnland Biologische beschikbaarheid van nutriënten in effluent Richard Jonker, Grontmij Aquasense Koffie en thee Ervaringen nageschakelde technieken proeflocatie rwzi Horstermeer Remmie Neef, Waternet P-limitatie bij nageschakelde denitrificerende zandfilters; verstoring van de biologische nitraatverwijdering door een tekort aan fosfor Anna Malsch, Hoogheemraadschap van Rijnland Lunch Wat kun je doen met fosfaatverdelingen? Resultaten temperatuurseffecten vlokvorming Sigrid Scherrenberg, Technische Universiteit Delft Effect UV/H 2 O 2 op RWZI effluent Léon Janssen, KWR Advanced Oxidation Processes op AWZI Leiden Zuid-West Sytze Terwisscha, Witteveen+Bos Vervoer naar AWZI Leiden Zuid-West Rondleiding demonstratie-installatie AWZI Leiden Zuid-West Borrel met hapjes

4 DEELNEMERSLIJST Sprekers en organisatie 1 Wouter Dijksma Hoogheemraadchap van Rijnland 2 Liz van Duin Hoogheemraadchap van Rijnland 3 Jeffrey den Elzen Hoogheemraadchap van Rijnland 4 Peter Groen Hoogheemraadchap van Rijnland 5 Léon Janssen KWR 6 Richard Jonker Grontmij Aquasense 7 Anna Malsch Hoogheemraadchap van Rijnland 8 Remmie Neef Waternet 9 Arjen van Nieuwenhuijzen Witteveen + Bos 10 Sigrid Scherrenberg Technische Universiteit Delft 11 Sytze Terwisscha Witteveen+Bos 12 Cora Uijterlinde STOWA Deelnemers 13 Klaas Appeldoorn Hoogheemraadschap van Delfland 14 Robert Baard AquaPhyto BV 15 Eric Baars Waternet 16 Harm Baten Hoogheemraadschap van Rijnland 17 Manon Bechger Waternet 18 Floor van den Berg - Saparoea Witteveen + Bos 19 Jos Boere Norit Nederland BV 20 Mike van Boldrik Tauw BV 21 Henny Bron Waterschap Brabantse Delta 22 Jo Caris Hoogheemraadchap van Rijnland 23 Victor Claessen Waterschap De Dommel 24 Erik van Dijk 25 Bert van Duijl 26 Olaf Duin Waterschap Hollandse Delta 27 Aart Ek Akzo Nobel 28 Jan Willem de Graaff Akzo Nobel 29 André Hammenga Waterschap Hunze en Aa's 30 Patric Haverkate Aan de Stegge Bouw & Werktuigbouw 31 Ronald Hopman Veolia Water 32 Guus IJpelaar Royal Haskoning 33 Mark Janssen Waterschap De Dommel 34 Paul Janssen DHV 35 Joost Kappelhof Waternet 36 Peter Karsch Astrale 37 Otto Kluiving Waterschap Hunze en Aa's 38 Jan Wout Koelewijn Waterschap Vallei en Eem 39 Hans Kooyman Akzo Nobel 40 Freek Kramer Witteveen + Bos 41 Martijn van Leusden Royal Haskoning 42 Jip van Limpt GTI 43 Wilbert Menkveld Witteveen+Bos 44 Mirabella Mulder Grontmij 45 Jan Willem Mulder Waterschap Hollandse Delta 46 Michel Noordink Paques BV 47 Mathijs Oosterhuis Waterschap Regge en Dinkel 48 Coert Petri Waterschap Rijn en IJssel 49 Dennis Piron Waterschap Rivierenland 50 Renée Quist Waterschap Zeeuwse Eilanden

5 51 Berend Reitsma Tauw BV 52 Erik Rekswinkel Hoogheemraadchap de Stichtse Rijnlanden 53 Emil Sandstra Paques BV 54 Moma Savic Hoogheemraadchap van Rijnland 55 Antje Schmidt ITT Water&Wastewater 56 Diederik Schuurman SCA Packaging de Hoop 57 Pieter van Staveren Logisticon Water Treatment BV 58 Henk Stel Aqua Industrial Watertreatment B.V. 59 Ger Toonen Bavaria 60 Inge van der Velde Waterschap Reest en Wieden 61 Henry van Veldhuizen Waterschap Vallei & Eem 62 Jaap Verkuijlen Veolia Water 63 Paul Versteeg Hoogheemraadchap van Rijnland 64 Frans Visser Waterschap Veluwe 65 Paul Weij Delfluent Services 66 Jan Weijma Paques BV 67 Hugo Wertheim 68 Jacobus Zeper

6

7 Introductie demonstratie-installatie Leiden Zuid-West Liz van Duin Hoogheemraadschap van Rijnland

8 1 Hoogheemraadschap van Rijnland oktober Leidens Ontzet 2 Hoogheemraadschap van Rijnland Afvalwaterzuiveringsbeheer Strategie hoogheemraadschap van Rijnland 3 Hoogheemraadschap van Rijnland

9 Vervuilen eigen nest 4 Hoogheemraadschap van Rijnland Waar staat Rijnland voor? Circa halve begroting is voor zuiveren In 2008 circa 60 miljoen Zuiveren as usual Nutriënten en zuurstofbindende stoffen Zorgplicht afvalverwerker (KRW-)randvoorwaarden Kosteneffectief, transparant, milieubewust 5 Hoogheemraadschap van Rijnland Waarom een strategie? We doen het geweldig goed! N, P, BZV 6 Hoogheemraadschap van Rijnland

10 En er komt heel wat op ons af! KRW, Keten, energie N, P, BZV 7 Hoogheemraadschap van Rijnland Strategie in 4 sporen 1 Nog beter waar we goed in zijn Basis op orde Hoogheemraadschap van Rijnland Strategie in 4 sporen 1 Beter waar we goed in zijn basis op orde 2 Efficiënter zuiverings- en rioleringsbeheer RIJNLAND 9 Hoogheemraadschap van Rijnland

11 Strategie in 4 sporen 1 Beter waar we goed in zijn doelmatig werken 2 Slim samenwerken met gemeenten controle over aanvoer KRW beslagen ten ijs extra stoffen verwijderen 2015, Hoogheemraadschap van Rijnland Strategie in 4 sporen 1 Beter waar we goed in zijn doelmatig werken Slim samenwerken met gemeenten controle over aanvoer 3 KRW beslagen ten ijs extra stoffen verwijderen , Slim inzamelen bron gerichte aanpak 2027 ev 11 Hoogheemraadschap van Rijnland Effluent van de toekomst Vooruitlopend op KRW-normen oppervlakewater en op basis van het Rijnlandse lozingenbeleid (2003) komen tot doelmatige nazuiveringstechnieken in 2009 N en P doelmatig verwijderen Inzicht in verwijdering prioritaire stoffen 12 Hoogheemraadschap van Rijnland

12 Effluent van de toekomst Vandaag presentatie resultaten 2 jarig onderzoek op AWZI Leiden Zuid West 13 Hoogheemraadschap van Rijnland

13 Effluent van de toekomst; resultaten vergaande stikstof- en fosfaatverwijdering Leiden Zuid-West Jeffrey den Elzen Hoogheemraadschap van Rijnland

14 Effluent van de toekomst Resultaten vergaande stikstof- en fosfaatverwijdering Leiden Zuid-West Jeffrey den Elzen 1 Hoogheemraadschap van Rijnland zomer 1 Fosforconcentratie in de boezem 30-40% inlaat AWZI industrie landbouw mgp/l 0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9 Jeffrey den Elzen 2 Hoogheemraadschap van Rijnland Rijnlandse Aanpak Streven naar vergaande N en P verwijdering awzi effluent Optimaliseren bestaande zuiveringen Grootschalig demonstratieonderzoek zandfiltratie Realisatie zandfiltratie awzi Leiden Noord en awzi Alphen Noord Jeffrey den Elzen 3 Hoogheemraadschap van Rijnland

15 Demonstratieonderzoek Leiden ZW Doelstelling: Streven naar lage N en P concentraties met zandfiltratie -Ntot< 2,2 mg/l - Ptot < 0,15 mg/l Hoofdvraag: N en P verwijderen in twee of in één filtratiestap? Voordelen - Financieel - Eenvoud - Ruimte Onzekerheden - Weinig praktijkervaring - Streefwaarden N en P haalbaar - Hydraulische belasting - P te kort voor N verwijdering Jeffrey den Elzen 4 Hoogheemraadschap van Rijnland Opzet demonstratieonderzoek N en P verwijdering Het twee filterconcept Fe 3+ + PO 4-3 FePO 4(s) Jeffrey den Elzen NO 3 N 2 variëren ingaande N en P verschillende debieten met en zonder aparte vlokvorming 5 Hoogheemraadschap van Rijnland Opzet demonstratieonderzoek N en P verwijdering Het één filterconcept NO 3 N 2 Fe 3+ + PO 4-3 FePO 4(s) variëren ingaande N en P verschillende debieten met en zonder aparte vlokvorming Jeffrey den Elzen 6 Hoogheemraadschap van Rijnland

16 Opzet demonstratieonderzoek Jeffrey den Elzen 7 Hoogheemraadschap van Rijnland AWZI Leiden ZW UlBAS-systeem (0,045 kg BZV/kg d.s./d) Chemische P-verwijdering aeratietanks nabezinktanks Effluentkwaliteit Parameter eenheid Ntot 5,2 3,2 3,6 mg/l Ptot 0,6 0,2 0,7 mg/l Jeffrey den Elzen 8 Hoogheemraadschap van Rijnland Resultaten twee filterconcept (N-verwijdering) Concentratie NOx-N [mg/l] Afloop NBT Filtraat continu zandfiltratie Jeffrey den Elzen Concentratiegebied afloop NBT [mg/] 9 Hoogheemraadschap van Rijnland

17 Resultaten twee filterconcept N-verwijdering Volledige denitrificatie binnen twee weken Hoge hydraulische belasting mogelijk (25 m/h) Ook bij hogere ingaande NO 3 waarden Streefwaarden N tot (<2,2 mg/l) haalbaar, mits: Hoofdzuivering op orde!!! - NKj<2 mg/l - Geen slibuitspoeling Jeffrey den Elzen 10 Hoogheemraadschap van Rijnland Resultaten twee filterconcept (P-verwijdering) Antraciet Zand 1,4-2,3 mm (2,0-4,0 mm) 0,7-1,3 mm (1,4-2,3 mm) 1,50 1,35 Concentratie tot-p [mg/l] 1,20 1,05 0,90 0,75 0,60 0,45 Afloop NBT Filtraat 10 m/uur Filtraat 15 m/uur 0,30 0,15 0,00 0-0,25 0,25-0,50 0,50-0,75 0,75-1,0 1,0-1,25 1,25-1,5 Jeffrey den Elzen Concentratiegebied P-tot afloop NBT [mg/l] 11 Hoogheemraadschap van Rijnland Resultaten twee filterconcept (P-verwijdering) In de winter temp <14 graden Winterperiode (temp oc) 1,8 1,5 Pot [mg/l] 1,3 1,0 0,8 0,5 0,3 0,0 0-0,25 0,25-0,50 0,5-0,75 0, ,25 1,25-1,5 1,5-1,75 P-tot ANBT [mg/l] P-tot ANBT P-tot fil VBF Jeffrey den Elzen 12 Hoogheemraadschap van Rijnland

18 Resultaten twee filterconcept (P-verwijdering) Keuze zandfractie belangrijk Lagere temperatuur vermindert P-verwijdering Aparte vlokvorming geen beter resultaat Hydraulische belasting tot 15 m/h P tot < 0,15 mg/l haalbaar, mits: Hoofdzuivering op orde!!! - P tot < 0,75 mg/l Jeffrey den Elzen 13 Hoogheemraadschap van Rijnland Resulaten vergaande N en P verwijdering Jeffrey den Elzen 14 Hoogheemraadschap van Rijnland Resultaten één filterconcept (P-verwijdering) Temp > 14 graden 1,4 P-tot filtraat CF [mg/l] 1,2 1 0,8 0,6 0,4 0,2 0 <0,25 0,25-0,50 0,50-0,75 0,75-1,0 1,0-1,25 1,25-1,5 P-tot ANBT [mg/l] P-tot ANBT debiet m3/uur debiet m3/uur debiet m3/uur Jeffrey den Elzen 15 Hoogheemraadschap van Rijnland

19 Resultaten één filterconcept (P-verwijdering) 1,8 In de winter temp <14 graden Winterperiode (temp oc) 1,5 P-tot fil CFA [mg/l] 1,3 1,0 0,8 0,5 0,3 0,0 0-0,25 0,25-0,50 0,5-0,75 0, ,25 1,25-1,5 1,5-1,75 P-tot ANBT [mg/l] P-tot ANBT P-tot fil CFA Jeffrey den Elzen 16 Hoogheemraadschap van Rijnland Resultaten één filterconcept (P-verwijdering) Resulaten vergelijkbaar met twee filterconcept Hogere hydraulische belasting (20-25m/h) P tot < 0,15 mg/l haalbaar, mits: Hoofdzuivering op orde!!! - P tot < 0,75 mg/l Jeffrey den Elzen 17 Hoogheemraadschap van Rijnland Resultaten één filterconcept (N-verwijdering) NO3-N filtraat CF [mg/l] Geen p-limitatie!! 1 0?? NO3-N ANBT [mg/l] ANBT m3/uur debiet m3/uur m3/uur NO3-N debiet debiet Jeffrey den Elzen 18 Hoogheemraadschap van Rijnland

20 Resultaten één filterconcept (N-verwijdering) Geen remming N-verwijdering door P te kort Hoge hydraulische belasting mogelijk (20-25 m/h) Streefwaarden N tot (<2,2 mg/l) haalbaar, mits: Hoofdzuivering op orde!!! - NKj<2 mg/l - Geen slibuitspoeling Jeffrey den Elzen 19 Hoogheemraadschap van Rijnland Conclusies Hoofdzuivering bepaalt functioneren nabehandeling Streefwaarden N en P haalbaar Aparte vlokvorming geen toegevoegde waarde Twee filter concept onvoldoende meerwaarde Eén filterconcept duidelijk in beeld! Vergelijkbare verwijdering N en P Hogehydraulischebelastingmogelijk Groot financieel voordeel Jeffrey den Elzen 20 Hoogheemraadschap van Rijnland Jeffrey den Elzen 21 Hoogheemraadschap van Rijnland

21 Met dank aan: Jeffrey den Elzen 22 Hoogheemraadschap van Rijnland

22

23 Biologische beschikbaarheid van nutriënten in effluent Richard Jonker Grontmij Aquasense

24 1 Biologische beschikbaarheid van stikstof en fosfaat in effluent: Kunnen algen nog wel groeien op nagezuiverd effluent van rwzi Leiden Zuid-West? Kees Bruning, Jaap Postma en Richard Jonker Biologische beschikbaarheid alg licht Anorganisch N, P Organisch N, P 2 Metingen aan stikstof en fosfaat fosfaat stikstof opgelost Filter niet-opgelost opgelost Filter niet opgelost Om- organisch anorganisch ortho-fosfaat Om- organisch zetting naar anorganisch zetting naar anorganisch anorganisch nitriet, nitraat, ammonium 3

25 Invloed van biologische beschikbaarheid Bacteriën en algen nemen stikstof en fosfaat op uit oppervlaktewater Stikstof en fosfaat zijn vaak de limiterende factoren voor algengroei Normen voor N- en P zijn veelal voor totale hoeveelheid N- en P ontwikkeld Afwenteling van N- en P zijn gebaseerd op vrachten totaal-n en totaal-p Nemen algen alle N- en P op? Wat betekent dit voor normstelling? 4 Hoge investeringen in waterzuivering van stikstof en fosfaat Welk effect hebben investeringen op waterkwaliteit? Welk effect hebben nieuwe zuiveringstechnieken op kwaliteit van stikstof en fosfaat in effluent? Welke bijdrage heeft effluent nog aan eutrofiering? Rwzi verwijdert verschillende vormen van stikstof en fosfaat met verschillende efficiënties. 5 Assay voor biologische beschikbaarheid Algen groeien in medium zonder P- en N Toevoegen van effluent Meten van algengroei Met effluent effluent 1/3 blanco P Referentie 30 µgp/l blanco P chlorofyl-fluorescentie chlorofyl-fluorescentie Percentage Biologisch beschikbaar P dagen dagen 6

26 STOWA-project: methode om biologische beschikbaarheid van stikstof en fosfaat te kwantificeren Methode: in hoeverre zijn algen in staat te groeien op stikstof en fosfaat in effluent? Vergelijken met referentie stikstof en fosfaat Welke fractie is bruikbaar/ opneembaar? Welke fractie is biologisch niet beschikbaar? dagen: lange tijd voor beschikbaar maken van N- en P Invriezen en ontdooien, verhitten tot 120 o C als extra methode om N- en P beschikbaar te maken 7 Oedenrode Dinther Leiden 0.75 afl nbt Tilburg Biest-Houtakker Leiden 0.43 afl nbt Leiden 0.27 afl nbt Land van Cuijk Totaal opgelost P Biobeschikbaar P totaal opgelost P (TDP) biobeschikbaar P 92% 77% 63% 86% 33% 93% 41% 47% Biobeschikbaar P als percentage van totaal P biobeschikbaar P als % van TDP Leiden 0.16 afl nbt Leiden 0.07 na vbf mgp/l 77% 3% 0% 100% 8 Oedenrode Tilburg Land van Cuijk Biest-Houtakker Dinther Leiden 4.6 afl nbt Leiden 3.4 afl nbt Leiden afl nbt Leiden 2.8 afl nbt Totaal opgelost N Biobeschikbaar N totaal opgelost N (TDN) biobeschikbaar N biobeschikbaar Biobeschikbaar N als % N als van TDN percentage van totaal N 76% 83% 69% 87% 50% 78% 53% 72% 102% 1.3 Leiden na vbf mgn/l 33% 0% 100% 9

27 Lineaire relatie tussen organisch N- en P en biobeschikbaarheid 100% 100% % niet-biobeschikbaar % N N 75% 50% 25% % P % niet-biobeschikbaar P 75% 50% 25% 0% 0% 0% 25% 50% 75% 100% 0% 25% 50% 75% 100% N (DON) % organisch N % P (DOP) % organisch P 10 Relatie totaal N- P en biologische beschikbaarheid 100% 100% DON als % van TDN % organisch N 75% 50% 25% DOP als % van TDP % organisch P 75% 50% 25% 0% TDN (mgn/l) Totaal stikstof (mg/l) Weinig N en P in effluent, dan hoog aandeel organische fractie 0% TDP (mgp/l) Totaal fosfaat (mg/l) 11 Dataset 22 rwzi s bevestigt dit beeld Organisch fosfaat: 4-63%, gemiddeld 24% Organisch stikstof: 15-90%, gemiddeld 30% Lage concentratie N, P: hoog percentage organisch N, P Begeleidingscommissie STOWA-project: ing. R. van Dalen (Waterschap Veluwe) ir. C.A. Uijterlinde (STOWA) A.H.J. de Jonge (Waterschap De Dommel) M. Ouboter (Waternet) G. Eugelink (Waterschap Regge en Dinkel) 12

28 Welke fractie wordt gezuiverd? totaal-n of -P anorganisch N of P 'organisch' N of P conventionele technieken nageschakelde technieken 13 Persistente stoffen EDTA Vlamvertragers benzothiazole en N-bevattende pharmaceutica fosfororganische herbiciden insecticiden en fungiciden, brandbeveiligingsmiddelen weekmakers en bestanddelen van lakken en lijm 14 Biologische beschikbaarheid (2) alg licht Anorganisch N, P bacterie Organisch N, P 15

29 Conclusies Biologische beschikbaarheid van N- en P in effluent kan gemeten worden Biologisch niet-beschikbaar N- en P is gecorreleerd met organisch N- en P Bij vergaande zuivering: Lage concentraties totaal N- P Hoge bijdrage organisch N- P in restant Lage bioschikbaarheid N- en P Lage directe ecologische activiteit Win- win situatie 16 Wat betekent dit? Garantie tot de hoek? Wat is het lot van de biologisch niet-beschikbare fractie? Mogelijk verdere afbraak bij lange verblijftijden Onderzoek in oppervlaktewater Brongericht beleid op persistente stoffen Ook in marien onderzoek, Atlantische Oceaan, 7-55% van P niet biologisch beschikbaar Als niet-biologisch beschikbare fractie laag is, heeft verdere zuivering weinig toegevoegde waarde Invloed op normstelling? Verder onderzoek? 17

30

31 Ervaringen nageschakelde technieken proeflocatie rwzi Horstermeer Remmie Neef Waternet

32 Ervaring nageschakelde technieken proeflocatie rwzi Horstermeer R. Neef Wouter Zijlstra Wilbert Menkveld 1 Zou je het aandurven een discontinu filter neer te zetten? Ja, voor stikstofverwijdering. Ja, voor fosforverwijdering. Ja, voor verwijdering van microverontreinigingen 2 Multi Media Filtratie Tekst 3 1

33 1-STEP Tekst 4 5 Proceskenmerken MMF 1-STEP Filtratiesnelheid m/h C-bron 4/5 4/5 gczv/gno3-n MeP(ortho) 4/-/2,5 6/5 PO 4 -P < 0,15 5/4 PO4-P < 0,3 4 PO4-P > 0,3 Looptijd uur 6 2

34 Kwaliteit afloop nabezinktanks (mg/l) gem. min max BZV CZV KjN 3,6 0,9 12 NH 4 1,7 0,1 10 NO ,5 N-tot P-tot 0,9 0,3 2,7 P-ortho 0,5 0,1 2 Chemische P-verwijdering: MeP(tot) 1 7 Stikstofverwijdering STEP CONCENTRATIE (mg NO3-N) DATUM NO3 online (ANBT) NO3 online (FI) Ntot hand (FI) Streefwaarde N-tot (zomer) MMF CONCENTRATIE (mg NO3-N) DATUM NO3 online (ANBT) NO3 online (FI) Ntot hand (FI) Streefwaarde N-tot (zomer) 8 N-VRACHT / OMZETTING (kg N / m3.dag) 3 2,5 2 1,5 1 0,5 1-STEP (bedhoogte 1,95 m) DATUM N-vracht kg N / m3.d N-omzetting kg N / m3.d N-VRACHT / OMZETTING (kg N / m3.dag) 3 2,5 2 1,5 1 0,5 MMF (bedhoogte 1,5 m) DATUM N-vracht kg N / m3.d N-omzetting kg N / m3.d 9 3

35 NO 3 -verwijdering in filterbed NO3 mg/l ANBTBWS Filtr NO3 1-STEP NO3 MMF NO2 MMF 4 3,5 1-STEP (bedhoogte 1 m) N-VRACHT / OMZETTING (kg N / m3.dag) 3 2,5 2 1,5 1 0, DATUM N-vracht kg N / m3.d N-omzetting kg N / m3.d 10 Fosforverwijdering 1 0,9 1-STEP CONCENTRATIE (mg P/l) 0,8 0,7 0,6 0,5 0,4 0,3 0,2 0, DATUM PO4-P online (ANBT) PO4-P online (FI) P-totaal online (Fi) Streefwaarde P-tot 1 0,9 MMF CONCENTRATIE (mg P/l) 0,8 0,7 0,6 0,5 0,4 0,3 0,2 0, DATUM PO4-P online (ANBT) PO4-P online (FI) P-totaal online (Fi) Streefwaarde P-tot 11 P-verwijdering in filterbed 0,30 0,25 0,20 0,15 0,10 0,05 0,00 ANBTBWS Filtr PO4-P 1-STEP PO4-P MMF 12 4

36 0,30 1-STEP (bedhoogte 1 m) P-VRACHT / VERWIJDERING (kg P / m3.dag) 0,25 0,20 0,15 0,10 0,05 0, DATUM P-vracht kg P / m3.d P-verwijdering kg P / m3.d 0,30 MMF (bedhoogte 1 m) P-VRACHT / VERWIJDERING (kg P / m3.dag) 0,25 0,20 0,15 0,10 0,05 0, DATUM P-vracht kg P / m3.d P-verwijdering kg P / m3.d 13 Microverontreinigingen gemiddelde verwijdering (%) 90% 80% 70% 60% 50% 40% 30% 20% 10% 0% azitromycine carbamazepine clarithromycine diclofenac erythromycine gemfibrozil ketoprofen lidocaine metoprolol naproxen sotalol sulfamethoxazol trimethoprim MMF (3 metingen) 1-STEP (3 metingen) UF (2 metingen) 14 Microbiologie Microbiologisch onderzoek n = 1 n = 1 n = 2 n = Aantal kve Faecale streptococcen F-specifieke RNA- Thermotolerante Intestinale (kve/100ml) bacteriofagen bacteriën van de Enterococcen (pve/l) Coligroep (kve/100ml) Indicatie voor entero- (kve/ml) ~ faecale strepto- virussen coccen ANBT FI MMF FI 1-STEP Zwemwater richtlijn kve = kolonie vormende eenheden pve = plaque vormende eenheden 15 5

37 Conclusie Omzetting van nitraat per m 3 bedvolume in 1- STEP hoger i.v.m. MMF. Minder bedvolume nodig. Nitraat concentratie lager en stabieler na 1-STEP. Fosfor concentratie lager en stabieler na 1-STEP. Kooldeeltjes 1-STEP niet aan slijtage onderhevig. Bed bovenin meer beladen dan onderin. Na standtijd van 8 maanden nog voldoende adsorptie capaciteit beschikbaar >> 1 jaar. 16 Doel van het onderzoek voor Waternet Is nageschakelde filtratie alleen voldoende om scherpere eisen te halen? Zo nee, wat moeten dan de eisen zijn van het nabezonken water van de rwzi Horstermeer. 17 KRW eisen (Restauratieplan Vecht) N-totaal < 5 mg/l (jaargemiddelde) N-totaal < 3,8 mg/l (zomergemiddelde) P-totaal < 0,5 mg/l (n=10) Ambitie P-totaal < 0,25 mg/l 18 6

38 Alleen filtratie plaatsen voldoende? Gemiddelde Zomergemiddelde Huidig Na optimalisatie Huidig Na optimalisatie ANBT Eff NBT Eff Eis ANBT Eff NBT Eff Eis KjN 3,7 3,7 2,0 2,0 3,3 3,3 2,0 2,0 NO3 10,9 3,8 7,6 2,4 9,8 2,8 6,2 1,7 Ntot 15,0 7,4 9,6 4,4 < 5,0 13,6 6,1 8,2 3,7 < 3,8 ortho- 0,5 0,3 0,5 0,3 Ptot 0,9 0,4 0,7 0,2 < 0,5 0,9 0,3 0,7 0,2 Ptot max n= 0,7 0,5 Q door filters Wat hebben we tot nu toe geleerd Analyzers hebben tot nu toe veel aandacht en onderhoud nodig! Voor goede N-verwijdering C-bron dosering sturen op on-line NO 3. C-bron gekoppeld aan NO 3 -N tot 15 mg/l en dan constant houden om biomassa groei te beperken (kortere looptijden). Coagulant dosering sturen op on-line P-ortho en gestaffeld. 20 Wat hebben we er van geleerd Bumping (kortstondig terugspoelen) is nodig om lange looptijden te halen. Troebelheidmeting in-line lastig is (vervuiling) maar uit handmetingen blijkt dat NTU < 1 haalbaar is bij ingaand

39 Mijn advies: Alleen N & P verwijdering kan met beide systemen. Goede procesvoering voor N, geeft ook goed resultaat voor P. Ook micro s verwijderen dan 1-STEP. Pathogenen Zware metalen 20-50% Bestrijdingsmiddelen en medicijnen 40-80% Eerst vullen met antraciet/zand en later overstappen naar actief kool. Ambitie voor Horstermeer 1-STEP met ½ bedhoogte. Systeemkeuze. 22 Mijn advies: 1-STEP operationeel stabieler dan MMF. Wees voorzichtig met overschakelen op andere C-bron. 1-STEP operationeel stabieler dan MMF. 23 Verder onderzoek 1-STEP Lagere temperaturen (winterperiode). Terugspoelen optimaliseren, verminderen spoelwaterverlies. DWA/RWA Standtijd actief kool 24 8

40 Vragen? 25 9

41 P-limitatie bij nageschakelde denitrificerende zandfilters Verstoring van de biologische nitraatverwijdering door een tekort aan fosfor Anna Malsch Hoogheemraadschap van Rijnland

42 Anna Malsch Hoogheemraadschap van Rijnland P-limitatie bij nageschakelde denitrificerende zandfilters Verstoring van de biologische nitraatverwijdering door een tekort aan fosfor Anna Malsch Hoogheemraadschap van Rijnland achtergronden P-limitatietest conclusies/discussie - aanbevelingen Waarom onderzoek naar P-limitatie? Essential features for stable post denitrification were [ ] and avoiding phosphorus limitation. Hanner et al., 2003 Upstream phosphorus removal can result in inadequate soluble phosphorus concentrations [ ] This deficiency may lead to poor nitrogen removal performance Bailey et al., 1998 The study has qualitatively shown that low phosphate concentrations has an effect on the rate an that this has to be acknowledged when discussing an overall process scheme Aspegren et al., 1998 the threshold for P-limitation on denitrification occurs at a filter influent OP/NO x -N ratio of approx. 0,01. debarbadillo et al., 2006 Anna Malsch Hoogheemraadschap van Rijnland 1

43 achtergronden P-limitatietest conclusies/discussie - aanbevelingen Beginperiode demonstratieonderzoek Geen P-limitatie Rendement nitraatverwijdering ca % Met en zonder dosering van een coagulant Periode maart 2007: dosering van natriumnitraat Ingaande concentraties Nitraat: gemiddeld ca. 8mg/l Orthofosfaat: gemiddeld ca. 0,25mg/l Anna Malsch Hoogheemraadschap van Rijnland achtergronden P-limitatietest conclusies/discussie - aanbevelingen Periode maart 2007: dosering van natriumnitraat 100 Rendement en PO4-P/NOx-N-verhouding Rendement [%] : : : : : :00 Datum Rendement NOx-N-verwijdering Anna Malsch Hoogheemraadschap van Rijnland achtergronden P-limitatietest conclusies/discussie - aanbevelingen Periode maart 2007: dosering van natriumnitraat Rendement [%] Rendement en PO4-P/NOx-N-verhouding 0,1 0,09 0,08 0,07 0,06 0,05 0,04 0,03 0,02 0,01 PO4-P/NOx-N [g/g] : : : : : :00 Datum Rendement NOx-N-verwijdering PO4-P/NOx-N-verhouding Anna Malsch Hoogheemraadschap van Rijnland 2

44 achtergronden P-limitatietest conclusies/discussie - aanbevelingen Biologische beschikbaarheid van fosfaat Totaal fosfaat opgelost fosfaat gebonden fosfaat Opgelost organisch fosfaat Gebonden organisch fosfaat Orthofosfaat Metaalgebonden fosfaat Coagulatie/ flocculatie Anna Malsch Hoogheemraadschap van Rijnland achtergronden P-limitatietest conclusies/discussie - aanbevelingen Doelstelling De onderbouwing van de keuze voor een één- of twee-filterconcept door de grens te onderzoeken, waarbij P-limitatie optreedt. Op basis van deze grenswaarde kan vervolgens met de effluentgegevens van een RWZI worden bepaald of één filter toereikend is of dat het scheiden van de stappen N-verwijdering en P-verwijdering noodzakelijk is. Anna Malsch Hoogheemraadschap van Rijnland achtergronden P-limitatietest conclusies/discussie - aanbevelingen Anna Malsch Hoogheemraadschap van Rijnland 3

45 achtergronden P-limitatietest conclusies/discussie - aanbevelingen Continu zandfilter straat A Anna Malsch Hoogheemraadschap van Rijnland achtergronden P-limitatietest conclusies/discussie - aanbevelingen Opzet P-limitatietest Test in straat A (gelijktijdige verwijdering N en P) Hoge nitraatconcentratie Lage fosfaatconcentratie lage orthofosfaat/nitraat-verhouding (<0,01g PO 4 -P/g NO x -N) Onlinemetingen Ontwikkelingen rendement nitraatverwijdering Anna Malsch Hoogheemraadschap van Rijnland achtergronden P-limitatietest conclusies/discussie - aanbevelingen Onderzoeksperiode: februari/maart 2008 Ingaande waardes: Nitraat: gemiddeld ca. 8mg/l Orthofosfaat: gemiddeld ca. 0,45mg/l Dosering coagulant Anna Malsch Hoogheemraadschap van Rijnland 4

46 achtergronden P-limitatietest conclusies/discussie - aanbevelingen 100 Rendement en over periode gemiddelde PO4-P/NOx-N-verhouding voor coagulatie Rendement [%] : : : : :00 Datum Rendement NOx-N-verwijdering Anna Malsch Hoogheemraadschap van Rijnland achtergronden P-limitatietest conclusies/discussie - aanbevelingen Rendement [%] Rendement en over periode gemiddelde PO4-P/NOx-N-verhouding voor coagulatie 0,10 0,09 0,08 0,07 0,06 0,05 0,04 0,03 0,02 0,01 PO4-P/NOx-N [g/g] 0 0, : : : : :00 Datum Rendement NOx-N-verwijdering Gemiddelde PO4-P/NOx-N-verhouding Anna Malsch Hoogheemraadschap van Rijnland achtergronden P-limitatietest conclusies/discussie - aanbevelingen Rendement [%] Rendement en PO4-P/NOx-N-verhouding 0,1 0,09 0,08 0,07 0,06 0,05 0,04 0,03 0,02 0,01 PO4-P/NOx-N [g/g] : : : : Rendement 19: en over 19:00 periode gemiddelde PO4-P/NOx-N-verhouding Datum Rendement NOx-N-verwijdering voor coagulatie 100 PO4-P/NOx-N-verhouding 0,10 Metaalgebonden fosfaat is niet in gelijke mate beschikbaar als orthofosfaat. Rendement [%] ,09 0,08 0,07 0,06 0,05 0,04 0,03 0,02 0,01 PO4-P/NOx-N [g/g] Anna Malsch 0 0, : : : : :00 Datum Rendement NOx-N-verwijdering Gemiddelde PO4-P/NOx-N-verhouding Hoogheemraadschap van Rijnland 5

47 achtergronden P-limitatietest conclusies/discussie - aanbevelingen 100 Rendement bij 90% PO4-P gecoaguleerd (Me/PO4-P>4); gecorrigeerd 90 Rendement NOx-N verwijdering [%] ,002 0,004 0,006 0,008 0,01 0,012 0,014 0,016 0,018 0,02 Anna Malsch PO4-P/NOx-N-verhouding [g/g] De gevonden grens voor P-limitatie ligt bij ca. 0,005g PO 4 -P/g NO x -N. Hoogheemraadschap van Rijnland achtergronden P-limitatietest conclusies/discussie - aanbevelingen Conclusie P-limitatie kán een remmende werking hebben op het denitrificatieproces bij de gelijktijdige verwijdering van nitraat en fosfaat bij de effluentnabehandeling middels zandfiltratie. De kans hierop is in de praktijk echter klein, omdat de hiervoor nodige hoge nitraatconcentraties en/of lage fosfaatconcentraties normaal niet of nauwelijks voorkomen. Anna Malsch Hoogheemraadschap van Rijnland achtergronden P-limitatietest conclusies/discussie - aanbevelingen Vertaling naar de praktijk 10mg/l NO x -N 0,5mg/l PO 4 -P voor coagulatie 0,05mg/l PO 4 -P na coagulatie 2mg/l NO x -N 0,13mg/l PO 4 -P voor coagulatie 0,013mg/l PO 4 -P na coagulatie Gemiddelde effluentconcentraties Rijnland 2007: NO x -N 3,2mg/l P totaal 0,95mg/l Anna Malsch Hoogheemraadschap van Rijnland 6

48 achtergronden P-limitatietest conclusies/discussie - aanbevelingen Discussie Schattingen orthofosfaatconcentratie na coagulatie Weinig resultaten uit onderzoeksperiode zonder dosering coagulant Aanwezigheid metaalgebonden fosfaat Test alleen bij continu zandfilter Anna Malsch Hoogheemraadschap van Rijnland achtergronden P-limitatietest conclusies/discussie - aanbevelingen Aanbevelingen één-filterconcept is aan te bevelen Er moet per RWZI naar de procesvoering en de prestaties worden gekeken Gebruik van online-meetapparatuur In extreme gevallen geen coagulant doseren Geen coagulant doseren, als biologische verwijdering voldoende Anna Malsch Hoogheemraadschap van Rijnland Vragen? Meer informatie op: anna.malsch@rijnland.net Anna Malsch Hoogheemraadschap van Rijnland 7

49 Wat kun je doen met fosfaatverdelingen? Resultaten temperatuurseffecten vlokvorming Sigrid Scherrenberg Technische Universiteit Delft

50 Wat kun je doen met fosfaatverdelingen? Resultaten temperatuurseffecten vlokvorming Ir. S.M. Scherrenberg TU Delft 3 oktober Vergaande fosfaatverwijdering Beoordelen van de: Coagulantdosering Initiële menging Vlokvormingstijd 3 oktober Fractioneren of verdelen?? Fractioneren = Verdelen = Bepalen van de vlokgrootte filtreren over 10/5/2/0,45 µm orthofosfaat bepalen Bepalen van de fosfaatvormen 3 oktober

51 Doelstelling verdeling fosfaat Geeft inzicht in de verdeling van P (metaal gebonden, opgelost, opgelost organisch en gebonden organisch ) Geeft inzicht in het verloop van het coagulatie en flocculatie en filtratie proces Maakt het beoordelen en vergelijken van instellingen zoals initiële menging eenvoudiger 3 oktober P analyse (Murphy and Riley, 1962) Bepaling van PO 4 -P: Monster filtreren over 0,45 µm Aanzuren Fosformolybdeenblauw vormen Bepaling van P tot : Aanzuren Hydrolyse Fosformolybdeenblauw vormen 3 oktober Metingen Orthofosfaat ongefiltreerd Totaal fosfaat ongefiltreerd Orthofosfaat < 0,45 µm Totaal fosfaat < 0,45 µm 3 oktober

52 Verdeling van fosfaat (P) Ortho-Fosfaat Totaal opgelost Fosfaat P-ortho <0,45 um Totaal Fosfaat P-tot <0,45 um Opgelost organisch Fosfaat P-totaal <0,45 um - P-ortho <0,45 um P-totaal ongefiltreerd Totaal gebonden Fosfaat P-totaal ongefilteerd - P-totaal <0,45 um Gebonden organisch Fosfaat Totaal Gebonden fosfaat - Metaal gebonden Fosfaat Metaal gebonden Fosfaat P-ortho ongefiltreerd- P-ortho <0,45 um 3 oktober Resultaten P verdeling 0,8 Concentratie (mg/l) 0,6 0,4 0,2 0 ANBT Bovenw aterstand Filtraat MMF Geb "org" fosfaat Opg. "org" fosfaat Metaal geb. Fosfaat Orthofosfaat 3 oktober Temperatuursinvloeden Verminderde P verwijdering van december 2007 tot en met februari 2008 Precipitatie orthofosfaat verliep goed 3 oktober

53 Zomerperiode Zomerperiode (temp oc) 1,8 1,5 1,3 P-tot fil CFA [mg/l] 1,0 0,8 0,5 0,3 0,0 0-0,25 0,25-0,50 0,5-0,75 0, ,25 1,25-1,5 1,5-1,75 P-tot ANBT [mg/l] P-tot ANBT P-tot fil CFA P-tot fil VBF 3 oktober Winterperiode Winterperiode (temp oc) 1,8 1,5 1,3 P-tot fil CFA [mg/l] 1,0 0,8 0,5 0,3 0,0 0-0,25 0,25-0,50 0,5-0,75 0, ,25 1,25-1,5 1,5-1,75 P-tot ANBT [mg/l] P-tot ANBT P-tot fil CFA P-tot fil VBF 3 oktober Temperatuursinvloeden 0,8 0,7 Okt 07 Precipitatie orthofosfaat verliep goed Concentratie (mg/l) 0,6 0,5 0,4 0,3 0,2 0,1 0,0 Afloop NBT Na flocculatie P gebonden "org" P metaal gebonden P opgelost "org" Portho Nov 07 - Jan 08 0,8 0,7 Concentratie (mg/l) 0,6 0,5 0,4 0,3 0,2 0,1 0,0 Afloop NBT P gebonden "org" P metaal gebonden Na flocculatie P opgelost "org" Portho 3 oktober

54 Onderzoeksvragen Hoe groot is de temperatuursinvloed werkelijk?? Is het mogelijk om bij lage temperaturen vergelijkbare rendementen te halen als bij hoge temperaturen? 3 oktober De literatuur Geen invloed op de hoeveelheid metaal-hydroxide dat neerslaat (Bratby, 2006) Bij lage temperaturen blijkt dat vlokken kleiner blijven en minder sterk zijn dan bij hoge temperaturen (Bratby, 2006) Oorzaak: een verandering van de viscositeit van het water en/of de verandering in de hydrolyse snelheid van de coagulant (Kang 1995; Hurst 2004; Bache 2007) 3 oktober De literatuur - coagulanten effect zowel voor FeCl 3 als voor AlCl 3, maar effect voor aluminiumchloride is groter (Bratby, 2006) PACl geeft grootste vlokken. Mogelijke verklaring is doordat het voorgehydrolyseerd is, waardoor de invloed van de temperatuur op de polymerisatie kleiner is. (Meijers 1984, Bratby 2006). 3 oktober

55 Bekerglasproeven FeCl 3 Q-pus 10 C 15 C 20 C 10s op 300 rpm (350 s -1 ) 10 min op 20 rpm (6 s -1 ) 3 oktober C 20 C FeCl 3 3 oktober Triplo Bekerglasproef T effect 10, 15, 20 C Dosering (mg/l) Temperatuur ( C) Concentratie ortho-p (mg/l) ongefiltreerd 10 µm 5 µm 2 µm 0,45 µm ,050 1,010 0,904 0,595 0, ,050 0,982 0,774 0,440 0, ,030 0,953 0,694 0,334 0, ,04 1,02 1,02 1,03 1,01 1,2 FeCl3 Concentratie (mg/l) 1,0 0,8 0,6 0,4 0,2 0,0 > ,45 <0,45 Fracties T= 10 C T= C T= 20 C Effluent 15 7 mg Fe 3+ /L MeP 4 3 oktober

56 Triplo Bekerglasproef T effect 10, 15, 20 C Dosering (mg/l) Temperatuur ( C) Concentratie ortho-p (mg/l) ongefiltreerd 10 µm 5 µm 2 µm 0,45 µm ,05 0,98 0,99 0,89 0, ,02 1,01 0,99 0,86 0, ,03 0,99 0,98 0,73 0, ,04 1,02 1,02 1,03 1,01 Concentratie (mg/l) 1,2 1,0 0,8 0,6 0,4 0,2 0,0 Q-pus > ,45 <0,45 Fracties 7 mg Al 3+ /L MeP 4 Effluent T= 10 C T= 15 C T= 20 C 3 oktober Mogelijkheden voor verbeteren van de vlokvorming Coagulantdosering verhogen Vloktijd verlengen Afnemende toerentallen bij een gelijke vlokvormingstijd heft niet het negatieve temperatuurseffect op 3 oktober Hogere dosering bij lage T Concentratie ortho-p Dosering Temperatuur (mg/l) (mg/l) ( C) ongefiltreerd 10 µm 5 µm 2 µm 0,45 µm 14 (MeP 41) 0,277 0,189 0,173 0,099 0, (MeP 20) 20 0,259 0,185 0,146 0,083 0, ,296 0,205 0,200 0,197 0,187 0,20 Concentratie (mg/l) 0,15 0,10 0,05 0,00 > ,45 <0,45 Fracties Eff (T=11 C) 0 mg/l Eff (T=11 C) 14 mg/l Eff (T=20 C) 7 mg/l 3 oktober

57 Afnemende toerentallen FeCl 3 10 sec 300 rpm 20 C 10 min 20 rpm FeCl 3 10 sec op 300 rpm 11 C 3 min op 40 rpm 3 min op 20 rpm 4 min op 10 rpm 3 oktober Resultaten Afnemend toerental Dosering (mg/l) Temperatuur ( C) Concentratie ortho-p (mg/l) ongefiltreerd 10 µm 5 µm 2 µm 0,45 µm ,361 0,353 0,351 0,369 0, ,371 0,334 0,299 0,195 0, ,402 0,315 0,229 0,138 0, ,352 0,327 0,275 0,200 0,029 1 Afnemend toerental, totale vlokvormingstijd 10 min Concentration (mg/l) 0,35 0,30 0,25 0,20 0,15 0,10 0,05 0,00-0,05 > ,45 <0,45 Eff (T=13 C) 0 mg/l Eff (T=13 C) 7 mg/l Eff (T=20 C) 7 mg/l Eff (T=13 C) 7 mg/l Afnemende rmp 10min Fractions 3 oktober Langere vloktijd FeCl 3 10 sec op 300 rpm 11 C 5 min op 40 rpm 5 min op 20 rpm 10 min op 10 rpm 3 oktober

58 Resultaten langere vloktijden Dosering (mg/l) Temperatuur ( C) Concentratie ortho-p (mg/l) ongefiltreerd 10 µm 5 µm 2 µm 0,45 µm ,371 0,334 0,299 0,195 0, ,402 0,315 0,229 0,138 0, ,337 0,300 0,187 0,136 0,010 1 Afnemend toerental, totale vlokvormingstijd 20 min Concentratie (mg/l) 0,20 0,18 0,15 0,13 0,10 0,08 0,05 0,03 0,00 > ,45 <0,45 Fracties Eff (T=20 C) 7 mg/l Eff (T=13 C) 7 mg/l Afnemende rmp 20 min Eff (T=13 C) 7 mg/l 3 oktober Conclusies Effect voor ijzer(iii)chloride en PACl waarneembaar Geen invloed op de initiële binding Negatieve effect wordt gedeeltelijk verholpen door hogere coagulantdosering Langere vloktijd heeft een geringe invloed Afnemende toerentallen bij een gelijke vlokvormingstijd heft niet het negatieve temperatuurseffect op 3 oktober

59 Effect UV/H 2 O 2 op RWZI effluent Léon Janssen KWR

60 Effect UV/H 2 O 2 op RWZI effluent Léon Janssen, Erwin Beerendonk, Danny Harmsen (KWR) Guus IJpelaar (Haskoning), Jarno de Jonge (Waterschap de Dommel) 3 Oktober 2008 Inhoud Introductie aanleiding Waterschap de Dommel Keuze en techniek UV oxidatie Proefinstallatie onderzoek (eind 2007) Omzetting organische microverontreinigingen (geneesmiddelen, hormonen en organo N-verbindingen) TEB ER-Calux Inactivatie E-coli Discussie en toekomstverwachtingen Conclusies en aanbevelingen 2 Aanleiding Waterschap de Dommel Verandering hormoonhuishouding bij vissen in de Dommel (Landelijk Onderzoek oestrogene Stoffen - LOES) Regelgeving KRW aandacht voor hormoonverstorende stoffen Desinfectie van rwzi-effluent i.r.t. zwemwaterkwaliteit Techniek voor omzetting organische microverontreinigingen (prioritaire stoffen) Geneesmiddelen, pesticiden, hormonen, etc. Toename in aantal en concentraties Afvalwaterbedrijven zoeken kosteffectieve processen STOWA rapport Verkenning zuiveringstechnieken en KRW (rapport Witteveen & Bos; KWR) 3 1

61 Techniek keuze Pilot onderzoek bij KWR: -Adsorptie aan actieve kool -O 3 -Geavanceerde oxidatie - O 3 /H 2 O 2 - UV/H 2 O 2 - UV/O 3 Adsorptie is en wordt op meerdere effluenten getest AOP is nieuw in de afvalwatersector 4 UV oxidatie UV/H 2 O 2 oxidatie is een effectieve barrière voor organische microverontreinigingen bij drinkwaterbereiding PWN Andijk sinds 2004 (0,56 kwh/m 3 6 g/m 3 H 2 O 2 ) Is UV/H 2 O 2 proces interessant voor behandeling RWZI effluent? Effecten? Energieverbruik? Bijproductvorming? Kosten? 5 Techniek: lamp spectrum Low pressure lamp 6 Emission (W/m 2 ) Medium pressure lamp Emission (W/m 2 ) Wavelength (nm) 6 2

62 Techniek: absorptie spectrum middendruklamp Atrazine lagedruklamp peroxide Golflengte [nm] 7 Proefinstallatie Doelen: Omzetting microverontreinigingen Invloed op TEB Invloed op ER-Calux Inactivatie E-coli Pilot reactor KWR: Middendruk lampen, 10 g/m 3 H 2 O 2 RWZI effluent Eindhoven en Hapert 8 Oxidatie proces Oxidatie door: - fotochemische reacties - OH radicaal reacties Afhankelijk van: - dosis = f (debiet, transmissie, UV, afstand) [mj/cm 2 ] - concentratie H 2 O 2 1 e orde proces: - log C/C 0 = - constante x UV dosis; constante = f (stof, UV spectrum, peroxide) 9 3

63 Oxidatie proces C 0 C H 2 O 2 10 Oxidatie kinetiek oxidatie pcba - log N/N0 [-] dosis [mj/cm2] UV UV + 5 mg/l H2O2 UV + 10 mg/l H2O2 11 Oxidatie kinetiek rate constant rate constant x 10E4 [cm2/mj] oxidati e 0 fotolyse C H2O2 [mg/l] 12 4

64 Pilot setup H 2 O 2 Drinkwater Sensor Lamp positie Geroerd (spiked) test water F Statische menger UV reactor Recirculate Monster punt influent Afvoer (spiked) test water voor nabehandeling Statische menger Afvoer riool Monster punt effluent 13 Experimenten 12 experimenten, 6 per effluent bron Per waterbron 3 UV-doses: met dosering organische microverontreinigingen geneesmiddelen: sulfamethoxazol, metoprolol, carbamazepine, diclofenac organo-n verbindingen (pesticiden): atrazine en simazine (KRWprioritaire stoffen) hormoon: 17α-ethinylestradiol zonder dosering organische microverontreinigingen Inactivatie E-coli ER-Calux en TEB UV-doses zijn berekend met CFD 14 Absorptie testwater 3,5 3 Eindhoven) Hapert 2,5 absorptie (cm -1 ) 2 1,5 1 0, Golflengte (nm) 15 5

65 Geneesmiddelen Eindhoven 100% max D150 D255 D375 Dmax 80% Omzetting 60% 40% 20% 0% diclofenac naproxen gemfibrozil carbamazepine atenolol metoprolol sotalol 16 Geneesmiddelen Eindhoven 100% max D150 D255 D375 Dmax 80% Omzetting 60% 40% 20% 0% sulfamethoxazole trimethoprim bisphenol A tert-octylphenol iso-nonylphenol 17 Geneesmiddelen Hapert 100% max D150 D255 D375 Dmax 80% Omzetting 60% 40% 20% 0% diclofenac naproxen gemfibrozil carbamazepine atenolol metoprolol sotalol iohexol iomeprol 18 6

66 Geneesmiddelen Hapert 100% max D150 D255 D375 Dmax 80% Omzetting 60% 40% 20% 0% sulfadiazine sulfadimidine sulfamethoxazole trimethoprim bisphenol A tert-octylphenol iso-nonylphenol 19 Omzetting hormoon 17α-ethinylestradiol 100% Dmax Dmax 80% D255 D375 D275 D405 Omzetting 60% 40% D165 20% 0% Eindhoven Hapert 20 Totaal Effluent Beoordeling (TEB) Eindhoven influent Toxic units EC50 EC20 EC50 EC50 Daphnia Microtox Alg 21 7

67 Totaal Effluent Beoordeling (TEB) Hapert influent Toxic units EC50 EC20 EC50 EC50 Daphnia Microtox Alg 22 ER-Calux 100% % Afname ER-Calux [%] 60% 40% 20% 0% Eindhoven Hapert 23 Inactivatie E-coli UV-dosis [mj/cm 2 ] Eindhoven Log Inactivatie [n/100 ml] [-] 2,6 2,4 2,9 UV-dosis [mj/cm 2 ] Hapert [n/100 ml] Log Inactivatie [-] 2,4 2,9 2,9 24 8

68 Electrical Energy per Order (E EO ) E EO is defined as the electrical energy (kwh) that is needed to degrade a compound for 90% (1 order) in a standard volume (1 m 3 ) E EO = P ci F *lg cf P: electrical power (kw) F: water flow (m 3 /h) Ci: initial concentration C Cf: endconcentration C 25 Electrical Energy per Order (E EO ) DZH Eindhoven Hapert 2.5 E EO (kwh/m 3 ) Diclofenac Sotalol Sulfamethoxazole Carbamazepine Metoprolol 26 Bijstelling kosten (energieprijs en resultaten experimenten) omzetting hormonen (%) 90% 80% 50% MD-UV/H 2 O 2 ( /m 3 ) 0,12 ( /kwh) 0,24 0,17 0,

69 Toekomstverwachtingen Omzetting organische microverontreinigingen mogelijk met UV/H 2 O 2 zonder verslechtering waterkwaliteit (ER-Calux en TEB) Kosten UV/H 2 O 2 0,14-0,24 euro/m 3 en euro/i.e./jaar (rapport Stowa 2005 was 0,18-0,25 euro/m 3 en euro/i.e./jaar) Kosten actieve-koolfiltratie 0,12 Euro/m 3 of 4-8 euro/i.e./jaar Huidig energieverbruik Eindhoven: 0,21 kwh/m 3 Kanttekeningen Actieve-koolfiltratie verwijdert geen polaire verbindingen Onzekerheden over kosten actieve-koolfiltratie (toepassing op RWZI-effluent, regeneratiefrequentie, hoogte (piek)concentraties, invloed H 2 O 2, etc.) onderzoek nodig 28 Toekomstverwachtingen Recente ontwikkelingen geven inzicht in lagere E EO, dus lager energieverbruik en lagere kosten Optimalisatie KWR UV-reactor verbetering stromingsprofiel ca 20% lagere EEO en kosten Betere energie efficiency lampen lagere EEO en kosten Verlaging energiekosten met ca 25% tot 0,11 0,18 euro/m 3 en 8 13 euro/i.e./jaar 29 Conclusies Omzetting hormonen, geneesmiddelen, etc. is mogelijk Toxiciteit (TEB en ER-Calux) RWZI effluent blijft gelijk of neemt af door UV/H 2 O 2 E-Coli inactivatie 2,5 a 3 logeenheden (verwachting praktijk is hoger) Nitrietvorming (onder norm) H 2 O 2 aanwezig in water na UV/H 2 O 2 (actieve kool - H2O-artikel PWN) Let op: slechts enkele metingen en analyses uitgevoerd! 30 10

70 Aanbevelingen Lage UV-transmissie RWZI effluent verbeterde voorbehandeling nodig (en nabehandeling!) grid removal sand removal primary clarification biological treatment secondary clarification eflfluent disposal grid sand primary sludge secondary sludge advanced oxidation sandfiltration advanced oxidation activated carbon eflfluent disposal Onderzoek op grotere schaal, inclusief actieve-koolfiltratie (+eventuele andere alternatieven) rwzi Leiden Zuid-West 31 Geintegreerde watercyclus watersysteem afvalwater drinkwater 32 11

71 Advanced Oxidation Processes op AWZI Leiden Zuid-West Sytze Terwisscha Witteveen+Bos

72 Advanced Oxidation Processes op AWZI Leiden Zuid-West Sytze Terwisscha van Scheltinga Arjen van Nieuwenhuijzen Anna Malsch Sytze Terwisscha van Scheltinga 1 Hoogheemraadschap van Rijnland Inhoud Kader van het onderzoek Onderzoeksvragen Demonstratieonderzoek awzi Leiden Zuidwest Geavanceerde oxidatietechnieken - ozon (O 3 ) - waterstofperoxide (H 2 O 2 /UV) - (actieve koolfiltratie) Resultaten - prioritaire stoffen - micro-organismen Voorlopige conclusies Sytze Terwisscha van Scheltinga 2 Hoogheemraadschap van Rijnland Kader van het onderzoek KRW: Eisen voor prioritaire stoffen in het oppervlaktewater: bestrijdingsmiddelen geneesmiddelen hormoonachtige stoffen Zwemwaterrichtlijn: Eisen voor micro-organismen en virussen in het oppervlaktewater Sytze Terwisscha van Scheltinga 3 Hoogheemraadschap van Rijnland 1

73 Onderzoeksvragen Welke techniek is het meest geschikt voor de verwijdering van prioritaire stoffen en micro-organismen? Welke instellingen van de AOP technieken zijn benodigd? Vindt er bromaatvorming plaats? Worden metalen uit complexen losgemaakt? Sytze Terwisscha van Scheltinga 4 Hoogheemraadschap van Rijnland Sytze Terwisscha van Scheltinga 5 Hoogheemraadschap van Rijnland Theorie Oxidatieprocessen: Oxidatie van chemische verbindingen door radicaalvorming Ozon: Sytze Terwisscha van Scheltinga 6 Hoogheemraadschap van Rijnland 2

74 Theorie Waterstofperoxide/UV: Sytze Terwisscha van Scheltinga 7 Hoogheemraadschap van Rijnland Ozon installatie Sytze Terwisscha van Scheltinga 8 Hoogheemraadschap van Rijnland Sytze Terwisscha van Scheltinga 9 Hoogheemraadschap van Rijnland 3

75 H2O2/UV installatie Sytze Terwisscha van Scheltinga 10 Hoogheemraadschap van Rijnland Sytze Terwisscha van Scheltinga 11 Hoogheemraadschap van Rijnland Actieve kool filtratie Standtijd actieve kool is 6 maanden Sytze Terwisscha van Scheltinga 12 Hoogheemraadschap van Rijnland 4