Duurzaam en efficiënt zuiveringsproces door innovatieve methaanverwijdering en ontijzering

Op productielocatie Hammerflier pompt Vitens methaan- en ijzerhoudend grondwater op. Bij de gangbare verwijdering van het methaan en ijzer ontstaat een spoelverlies van tien procent en ontsnapt het methaan naar de atmosfeer. Door een innovatieve nieuwe technologie toe te passen weet Vitens zowel het spoelverlies als de CO2-footprint van het zuiveringsproces fors te verlagen. Bijkomend voordeel is de efficiencyverbetering, waardoor een kleinere installatie volstaat.

“Voor de productie van schoon en veilig drinkwater halen we met zandfiltratie allerlei stoffen uit het grondwater, zoals ijzer, mangaan en ammonium”, vertelt procestechnoloog Abel Heinsbroek. “Voordat we dat kunnen doen, moeten we het opgeloste methaan verwijderen. Zo verstoort methaan de werking van zandfilters. Zuurstofafhankelijke bacteriën groeien namelijk enorm hard op methaan en verstoppen vervolgens het filter. Verder kan methaan in de rest van de zuivering en het distributienet tot ongewenste bacteriegroei leiden.”

Plaatbeluchters

‘’De gangbare methode voor methaanverwijdering, beluchting met plaatbeluchters, verwijdert ongeveer 99% van het methaan uit het water, maar heeft nadelen zoals het hoge energieverbruik van ongeveer vijftig kubieke meter lucht per kubieke meter water, wat het methaan sterk verdund en de afvang bemoeilijkt, en de negatieve invloed op de vervolgstappen van het zuiveringsproces, waarbij de intensieve beluchting leidt tot snelle vervuiling van plaatbeluchters met ijzer en bacteriën, verhoogde pH, ongunstige ontijzering en frequente spoelingen.’’

Ontijzering

“Voor het ontijzeren van water maken we op onze zuiveringen gebruik van twee verschillende mechanismen”, vertelt collega-procestechnoloog Frank Schoonenberg. “Gewoonlijk passen we snelle zandfiltratie toe in combinatie met beluchting. We voegen zuurstof aan het water toe, waardoor het ijzer oxideert en als vlokken neerslaat. Dit noemen we flocculente ontijzering. De ijzervlokken worden afgevangen door het filtermateriaal, waardoor het filter geleidelijk verstopt. Als de doorlatendheid te klein wordt, spoelen we het zandfilter van onderaf door en voeren we het water met het ijzerslib af.”

“Een voordeel van adsorptieve ontijzering is dat we veel minder hoeven te spoelen, waardoor het waterverlies veel kleiner is”

‘’Adsorptieve biologische ontijzering werkt goed bij grondwater met een pH van 7 of lager, waarbij het ijzer zich aan de korrels van het zandfilter bindt zonder veel ijzerslib te produceren. Door de beperkte beluchting is er minder spoeling nodig, wat resulteert in minder waterverlies en een tweemaal snellere doorstroming door het zandfilter dan bij traditionele methoden.’’

Membraanontgassing

Abel vult aan: “Het grondwater dat we bij Hammerflier oppompen is wat betreft pH geschikt voor adsorptieve ontijzering. Door de methaanverwijdering met de plaatbeluchters, blazen we echter ook een deel van het opgeloste CO2 uit het water. Daardoor verandert de pH zodanig dat beide ontijzeringsmechanismen tegelijkertijd plaatsvinden en ze alle twee niet optimaal en efficiënt werken. Het gevolg is dat we veel spoelverlies hebben en we het filtermateriaal jaarlijks moeten vervangen.”
‘’Na veel overweging hebben we ontdekt dat vacuümontgassing met hollevezelmembranen, in combinatie met stikstof als 'stripgas' en een kleine dosis CO2, een efficiëntere manier is om methaan te verwijderen. Hierbij gebruiken we ongeveer tweeduizend keer minder gas dan bij plaatbeluchting, terwijl toch 99% van het methaan wordt geëlimineerd.’’

“Deze alternatieve vorm van methaanverwijdering zorgt ervoor dat we het methaan goed kunnen afvangen en hergebruiken”

‘’De nieuwe methaanverwijdering heeft veel voordelen. Het methaan kan nu efficiënt worden afgevangen en hergebruikt omdat het niet veel verdund is. Dit vermindert de CO2-uitstoot van het zuiveringsproces aanzienlijk. Ook kan het ijzer nu worden verwijderd met een ander mechanisme, waardoor we het zandfilter nauwelijks hoeven te spoelen. Bovendien is deze nieuwe methode veel efficiënter dan de oude, waardoor we dezelfde hoeveelheid water kunnen zuiveren op een kleiner oppervlak.’’
“Het spoelverlies is verminderd van circa 10% tot ongeveer 2,5%”

Heel stabiel

‘’Op Hammerflier hebben we een demonstratie-installatie gebouwd voor het testen van deze alternatieve methode. Tot nu toe hebben we meer dan 400 duizend kubieke meter water gezuiverd, met een stabiel proces en verminderd spoelverlies van circa 10% tot ongeveer 2,5%. Het enige probleem is dat de membranen langzaam vervuilen, dus we verwachten ze elke zes maanden chemisch te moeten reinigen. We blijven de installatie gebruiken om op langere termijn te monitoren. Vanwege de goede resultaten zijn we al bezig met het bouwen van een eerste praktijkinstallatie op Terschelling.’’

Zuurgraad van water

De pH geeft aan hoe zuur het water is. Als het water een pH heeft van precies 7 wordt het neutraal genoemd. Water met een lage pH (lager dan 7) is zuur en water met een hoge pH (hoger dan 7) is basisch.

Wereldprimeur

Het verwijderen van methaan uit grondwater met membraanontgassing, zoals Vitens op productielocatie Hammerflier doet, is uniek in de wereld. De membranen die Vitens hiervoor gebruikt worden al wel in andere bedrijfstakken toegepast. Zo gebruikt de voedingsmiddelenindustrie membraanontgassing voor bijvoorbeeld het verwijderen van zuurstof uit frisdranken en wijn en past de printerindustrie deze methode toe voor het produceren van inkt zonder gasbelletjes.