Actiefkoolfiltratie op ruw grondwater; een robuuste barrière tegen organische microverontreinigingen?

Op productielocatie Noordbargeres is door WMD en WLN onderzocht of actiefkoolfiltratie op ruw water kan worden toegepast als robuuste barrière tegen organische microverontreinigingen (OMV). Sinds 2018 wordt deze techniek met succes toegepast bij een anaerobe grondwaterbron. Bij toepassing op een anoxische (nitraathoudende) grondwaterbron traden er echter problemen op door afzetting van ijzer(hydr)oxide; mogelijk veroorzaakt door het gecombineerde proces van nitraatreductie en Fe2+-oxidatie (bekend als het NRFO-proces).

Robuuste barrière tegen OMV
In het ruwe grondwater van productielocatie Noordbargeres van drinkwaterbedrijf WMD worden diverse organische microverontreinigingen (OMV) aangetroffen. Deze verontreinigingen zijn afkomstig uit agrarisch landgebruik, stedelijk gebied en industrie. Drinkwaterbedrijf WMD heeft de wens om een robuuste barrière tegen de aanwezige en mogelijk toekomstige OMV te implementeren.

Ten behoeve van de keuze van het type barrière hebben WMD en WLN eerst onderzocht welke stoffen (zouden kunnen) voorkomen in het wingebied en welke techniek in theorie de hoogste verwijderingsrendementen bereikt voor deze stoffen. Uit deze analyse is gebleken dat actiefkoolfiltratie naar verwachting voor de meeste van deze stoffen beter werkt dan omgekeerde osmose-membraanfiltratie (RO). Op basis van laboratoriumexperimenten, ‘expert judgement’ en praktijkervaringen in Vlaanderen is een voorkeur uitgesproken voor (volstroom) actiefkoolfiltratie op het ruwe water.

Voordelen actiefkoolfiltratie op ruw grondwater
Actiefkoolfiltratie op ruw grondwater kan een aantal voordelen hebben:
– door eventuele toepassing direct op de bron kunnen hoge concentraties organische microverontreinigingen selectief worden verwijderd;
– in geval van strikte anaerobie zal het water geen of weinig deeltjes bevatten en hoeft het filter dus niet of nauwelijks te worden gespoeld;
– onder anaerobe omstandigheden zou ‘biologie’ niet of nauwelijks een rol spelen in het koolfilter, waardoor zich ook geen (of minder snel) ongewenste biomassa afzet op de kool;
– bij volstroom actiefkoolfiltratie wordt de bedrijfsvoering van de bronnen eenvoudiger, omdat er meer random geschakeld kan worden;
– (langdurige) stilstand van een anaeroob koolfilter is geen probleem. Dit in tegenstelling tot een aeroob koolfilter (optreden ongewenste anaerobie, met mogelijke desorptie van organische microverontreinigingen en ongewenste microbiologie als gevolg);
– actiefkoolfiltratie op ruw water is niet eindstandig en het nadeel van uitspoeling van biomassa is bij deze configuratie dan dus ook niet van toepassing.
 
Proef anaerobe grondwaterbron
Sinds oktober 2018 wordt op een anaerobe grondwaterbron met succes actiefkoolfiltratie toegepast. Hierbij verliep de adsorptie van de gemeten organische microverontreinigingen goed en geheel volgens verwachting. Hoewel gedurende de gehele onderzoeksperiode geen drukvaltoename (indicatief voor filterverstopping) werd geconstateerd, werd het koolfilter wel eenmalig gespoeld om ervaring op te doen met spoelen onder zuurstofloze condities. Gebleken is dat een dergelijke spoeling zonder problemen kon worden uitgevoerd.

Proef anoxische grondwaterbron
Begin 2020 heeft het onderzoek op de anaerobe bron een vervolg gekregen op een nabijgelegen grondwaterbron. De ervaringen met het actiefkoolfiltratieproces op deze bron staan in schril contrast met die op de eerdere bron. Enige weken na de opstart nam de drukval over het filter fors toe. Uit een inspectie van het koolfilter werd duidelijk dat de weerstand over het filter werd veroorzaakt door afzetting van ijzer(hydr)oxide op de kool. Ondanks dat het koolfilter regelmatig gespoeld werd verslechterden de adsorptieprestaties dramatisch. Door de hoge spoelfrequentie en de verslechterde adsorptieprestaties is actiefkoolfiltratie op het ruwe water van de tweede bron duidelijk een stuk minder aantrekkelijk.

NRFO-proces
Nadat was uitgesloten dat zuurstof van buiten de filtratieketel kon binnentreden en/of zuurstof werd aangevoerd met het ruwe water, is gezocht naar verschillen tussen het ruwe water van de beide bronnen die het ontijzeringsfenomeen konden verklaren. In het ruwe water van de tweede bron bleek een (zeer) geringe hoeveelheid nitraat (0,3 – 0,8 mg/l NO3-) aanwezig, terwijl dit bij de eerste bron niet werd aangetroffen. Door de aanwezigheid van nitraat is het ruwe water van de tweede bron anoxisch, terwijl het ruwe water van de eerste bron anaeroob is. De hypothese is dat door reductie van nitraat het vrijkomende ‘zuurstof’ beschikbaar komt voor oxidatie van Fe2+ uit grondwater. Het gecombineerde proces van nitraatreductie en Fe2+-oxidatie (bekend als het NRFO-proces) kan op biologische en/of chemische wijze plaatsvinden.

Aanvullend onderzoek met TU Delft
Om het verloop van dit NRFO-proces nader te kunnen bestuderen is vervolgonderzoek uitgevoerd waaruit aanwijzingen naar voren zijn gekomen dat het NRFO-proces inderdaad kan plaatsvinden. WMD en WLN zullen samen met de TU Delft aanvullend onderzoek uitvoeren om deze hypothese verder te toetsen. Vanwege de problemen die optreden bij anoxische (nitraathoudende) actiefkoolfiltratie, heeft WMD besloten om een eindstandige volstroom-actiefkoolinstallatie op rein water te realiseren (operationeel zomer 2022).

Meer over de resultaten van dit onderzoek kunt u lezen in het H2O vakartikel.