Waterzuiveringstappen

Welke specifieke waterzuiveringsmethoden zijn er?

Water dat wordt verdeeld over steden en gemeenschappen wordt intensief behandeld. Er worden een aantal specifieke zuiveringsstappen genomen om er voor te zorgen dat het water voldoet aan de geldende waternormen. 
Zuiveringsstappen kunnen opgedeeld worden in het bezinken van gesuspendeerde materie, fysische / chemische behandeling en biologische behandeling van gesuspendeerde materie. Al deze methoden hebben verschillende toepassingen. 

Hoe werken de specifieke zuiveringsmethoden? 

1 Fysische waterzuivering

Fysische waterzuivering heeft voornamelijk te maken met filtratietechnieken. Filtratie is een zuiveringsinstrument dat ingezet wordt om vaste delen te scheiden van vloeistoffen. Er bestaan een aantal filtratietechnieken. Een filter bestaat uit een tank, het filtermedium en een controlemechanisme om de terugstroom mogelijk te maken. 

Doek

Filtratie door doek wordt meestal toegepast aan het begin van het waterzuiveringsproces. De vorm van het doek is afhankelijk van het soort deeltjes dat verwijderd moet worden. 

Zandfiltratie

Zandfiltratie is een vaak gebruikte, zeer robuuste methode om gesuspendeerde vaste stoffen uit het water te verwijderen. Het filtermedium bestaat uit een veelvoudige laag zand, die varieert in korrelgrootte en specifiek gewicht. Wanneer water door dit filter stroomt, slaan de gesuspendeerde vaste delen als residu neer op het zand, terwijl het water, dat nu nog slechts een klein deel gesuspendeerde vaste deeltjes bevat, door het filter wegstroomt. Wanneer deze filters beladen zijn met deeltjes, wordt de stroomrichting omgedraaid, zodat de filters opnieuw gebruikt kunnen worden. Kleinere gesuspendeerde deeltjes hebben de mogelijkheid om door het zandfilter te glippen, daarom is vaak een tweede filtratie nodig om ook deze deeltjes te verwijderen.

Kruisstroom filtratie

Kruisstroom membraanfiltratie verwijdert zowel zouten als opgeloste organische materie. Hierbij wordt gebruik gemaakt van een doorlatend membraan dat alleen de verontreinigingen doorlaat. Het concentraat dat overblijft, stroomt verder langs het membraan het systeem uit, terwijl de deeltjes die door het membraan zijn gegaan, worden verwijderd als het concentraat langs de andere kant van het membraan stroomt. 
Er zijn een aantal membraantechnieken, deze zijn: microfiltratie, ultrafiltratie, nanofiltratie en Omgekeerde Osmose. Welke van deze technieken toegepast wordt, hangt af van het soort stoffen dat verwijdert moet worden en hun deeltjesgrootte. Hieronder worden deze membraantechnieken uitgelegd. 

1) Microfiltratie
Microfiltratie is een membraanscheidingstechniek waarbij fijne deeltjes of andere gesuspendeerde materie, met een deeltjesgrootte van 0,1 tot 1,5 micron, gescheiden  worden van een vloeistof. Deze methode stelt u in staat om gesuspendeerde vaste deeltjes, bacteriën en andere onzuiverheden te verwijderen. Microfiltratiemembranen hebben een poriegrootte van 0,2 micron.

2) Ultrafiltratie
Ultrafiltratie is een membraanscheidingstechniek waarbij hele fijne deeltjes of gesuspendeerde materie, met een deeltjesgrootte van 0,005 tot 0,1 micron, gescheiden worden van een vloeistof. Deze techniek kan gebruikt worden om zouten, eiwitten en andere onzuiverheden te verwijderen. Ultrafiltratie membranen hebben een poriegrootte van 0,0025 tot 0,1 micron.

3) Nanofiltratie
Nanofiltratie is een membraan scheidingstechniek waarbij zeer fijne deeltjes of andere gesuspendeerde materie, met een deeltjesgrootte van ongeveer 0,0001 tot 0,005 micron, gescheiden worden van een vloeistof. Deze methode kan gebruikt worden om virussen, pesticiden en herbiciden te verwijderen.

4) Omgekeerde Osmose
Omgekeerde Osmose, (OO), is de meest verfijnde membraanscheidingstechniek die er op dit moment bestaat. OO scheidt zeer fijne deeltjes of andere gesuspendeerde materie met een deeltjesgrootte tot 0,001 micron, van een vloeistof. Het kan ingezet worden om metaalionen en waterzouten geheel te verwijderen. 

Meer over OO

Cartridge filtratie

Cartridge filtratie apparaten bevatten vezels. Ze kunnen het meest effectief en economisch het beste ingezet worden bij verontreinigingsniveaus onder 100 ppm. Voor zwaardere verontreinigingen worden cartridges als laatste verfijningsfilters gebruikt. 

2 Chemische waterzuivering

Chemische waterzuivering kent een hoop toepassingen. Welke methode gebruikt wordt, hangt af van de  soort verontreiniging in het (afval)water. Hieronder worden een aantal van deze methoden genoemd. 

Toevoeging van chemicaliën

Er zijn een aantal situaties waarbij chemicaliën worden toegevoegd, bijvoorbeeld om te voorkomen dat er bepaalde reactieproducten worden gevormd. Hieronder worden een aantal van deze toevoegingen genoemd:
- Wasverzachters worden vaak aan het water toegevoegd om de negatieve effecten van hardheid van het water, veroorzaakt door de afzetting van calcium en magnesium, te voorkomen. 
- Oxiderende stoffen worden toegevoegd als biocide, of om reducerende stoffen te neutraliseren.
- Reducerende stoffen worden toegevoegd om oxiderende stoffen, zoals ozon en chloor, te neutraliseren. Ze helpen ook de degradatie van zuiveringsmembranen tegen te gaan.  

Helder maken

Helder maken is een proces dat uit meerdere stappen bestaat en gebruikt wordt om gesuspendeerde vaste delen te verwijderen. Als eerste worden coagulants (stremsel) toegevoegd. Zij reduceren de lading van ionen, zodat deze zich opeenstapelen tot grotere deeltjes, die vlokken worden genoemd. Deze vlokken bezinken onder invloed van de zwaartekracht in bezinkingstanks, of worden verwijderd wanneer het water door een speciaal zwaartekrachtfilter stroomt. Deeltjes groter dan 25 micron worden op deze manier effectief verwijderd. Water dat op deze manier behandeld wordt, kan nog wel een sommige gesuspendeerde vaste deeltjes bevatten en zal daarom verder behandeld moeten worden. 

De-ionisatie en verzachten

De-ionisatie is een algemeen proces dat gebaseerd is op de uitwisseling van ionen. Ionenuitwisselingssystemen bestaan uit een tank met kleine laagjes kunsthars, die zo behandeld zijn dat ze bepaalde kationen of anionen opnemen en deze vervangen door tegengestelde ionen. Dit ionenuitwisselingsproces gaat door totdat alle beschikbare plaatsen gevuld zijn met ionen. Het ionenuitwisselingsapparaat moet dan geregenereerd worden met de juiste chemicaliën. 
Een van de meest gebruikte ionenwisselaars is waterverzachter. Hiermee worden calcium- en magnesiumionen uit hard water verwijdert, deze worden hierbij vervangen door positief geladen ionen, zoals natrium. 

Desinfectie

Desinfectie is een van de belangrijkste stappen bij het zuiveren van water dat bestemd is voor steden. Het wordt ingezet met het doel om ongewenste micro-organismen in het water te doden, daarom worden deze desinfectiemiddelen aangeduid als biociden. Er zijn verschillende technieken voor handen om vloeistoffen en oppervlakten te desinfecteren, zoals: ozondesinfectie, chloordesinfectie en UVdesinfectie.

Chloor heeft een nadeel: het kan reageren tot chlooramines en gechloreerde koolwaterstoffen (CFK's), welke gevaarlijke carcinogenen (kankerverwekkende stoffen) zijn. Om dit te voorkomen kan men chloordioxide toepassen. Chloordioxide is een effectief biocide bij concentraties van 0,1 ppm en bij een grote pH reikwijdte. ClO₂ dringt de bacterie celwand binnen en reageert daar dan met essentiële aminozuren in het cytoplasma van de cel, waardoor het organisme gedood wordt.  Het bijproduct van deze reactie is chloriet. Toxicologische studies hebben aangetoond dat het chloordioxide desinfectie bijproduct, chloriet, geen aantoonbaar risico vormt voor de menselijke gezondheid. 

Ozon wordt al meer dan 100 jaar door de gemeentelijke waterindustrie in Europa gebruikt om drinkwater te desinfecteren. Het wordt door een groot aantal waterbedrijven gebruikt, die ozongeneratoren hebben met een capaciteit van honderd kilogram per uur. Wanneer ozon in contact gebracht wordt met geuren, bacteriën of virussen, vernietigt het extra zuurstofatoom deze volledig via oxidatie. Bij dit proces wordt het extra zuurstofatoom vernietigt en blijven er geen geur, bacteriën of andere atomen over. Ozon is niet alleen een effectieve desinfecteerder, het is ook zeer veilig in het gebruik. 

UV-radiatie wordt ook vandaag de dag nog gebruikt voor desinfectie. Wanneer ze aan zonlicht blootgesteld worden, worden ziekteverwekkers gedood en kunnen schimmels en bacteriën zich niet meer verspreiden. Dit natuurlijke desinfectieproces kan heel effectief benut worden door UVstraling gecontroleerd toe te passen. 

Destillatie

Destillatie is wat er aan waterdamp overblijft, wanneer afvalwater gekookt wordt. Met een goed ontworpen systeem kunnen organische en anorganische verontreinigingen en biologische onzuiverheden opgevangen worden, omdat de meeste van deze verontreinigingen niet mee verdampen. Het water wordt dan naar het condensaat vervoert, terwijl alle verontreinigingen in het verdampingsapparaat achter blijven. 

Electrodialyse

Electrodialyse is een techniek die gebruik maakt van elektrische stroom en speciale membranen, welke semi-permeabel (doorlatend) zijn voor ionen, afhankelijk van hun lading. Membranen die kationen doorlaten en membranen die anionen doorlaten worden om en om geplaatst, met daartussen kanaaltjes. Tevens worden er aan elke kant van het membraan elektroden geplaatst. De elektroden trekken de aan hun qua lading tegengestelde ionen door de membranen aan, zodat deze uit het water verwijderd worden.

pH-aanpassing

Gemeentelijk water is vaak pH-aangepast, om te voorkomen dat leidingen corroderen en om te voorkomen dat lood oplost in de watervoorraad. De pH wordt verhoogd of verlaagd door de toevoeging van waterstofchloride, in het geval van een basische vloeistof, of natriumhydroxide, in het geval van een zure vloeistof. De pH wordt, na toevoeging van bepaalde concentraties van bovengenoemde stoffen, omgezet tot ongeveer 7 tot 7,5.

Aaseten

De meeste van nature voorkomende organische stoffen hebben een licht negatieve lading. Organisch aaseten wordt gedaan door een sterk basisch anionisch hars toe te voegen. De organische stoffen vullen het hars op, wanneer het volgeladen zit wordt het geregenereerd met hoge concentraties natriumchloride. 

3 Biologische waterzuivering

Biologische waterzuivering wordt uitgevoerd om de organische massa van opgeloste organische stoffen te verkleinen. Micro-organismen, vooral bacteriën, verteren deze stoffen. Er zijn twee hoofdcategorieën van biologische behandeling: aërobe en anaërobe behandeling. 
De Biologische Zuurstof Vraag beschrijft de organische massa. In aërobe systemen wordt het water door middel van samengeperste lucht (in sommige gevallen bestaat deze bijna helemaal uit zuurstof) van zuurstof voorzien, terwijl anaërobe systemen juist zuurstofvrij moeten zijn. 

Zie ook onze uitgebreide Waterbegrippenlijst

Als u nog meer vragen heeft, kunt u altijd met ons contact opnemen