Water is een kostbaar goed. Om onze natuurlijke wateren te beschermen en de drinkwaterproductie mogelijk te maken, wordt al het afvalwater daarom eerst gezuiverd van verontreinigende en schadelijke stoffen voordat het weer in de waterkringloop wordt teruggevoerd. Er worden verschillende processen gebruikt om het water te behandelen en de best mogelijke, natuurlijke waterkwaliteit te bereiken.Afvalwaterbehandeling kan doorgaans worden onderverdeeld in twee basistypen: De afvalwaterbehandeling kan algemeen gezien in twee basistypes worden onderverdeeld. Bij de eerste worden problematische stoffen uit het water verwijderd. Dit gebeurt bijvoorbeeld door reiniging, ontijzering, mangaanverwijdering, sterilisatie, ontzouting of verweking. Bij de tweede worden specifieke stoffen toegevoegd om de kwaliteit te verbeteren en parameters zoals de pH-waarde of het geleidingsvermogen te beïnvloeden.
Voor het uitvoeren van de verschillende voorbereidingsfasen van waterbehandeling kunt u gebruik maken van verschillende processen:
De grootste hoeveelheid te behandelen afvalwater bevindt zich in gemeentelijke afvalwaterbehandelingsinstallaties, waar dus een veelzijdigere combinatie en een effectievere procedure nodig is. De gebruikte procedures zijn afhankelijk van het soort afvalwaterbehandelingsinstallatie.De behandelingsprocessen in afvalwaterbehandelingsinstallaties kunnen in verschillende fasen worden onderverdeeld.
In de eerste fase wordt het nog volledig onbehandelde afvalwater mechanisch behandeld. Hierbij wordt ongeveer 20 - 30% van de aanwezige vaste stoffen verwijderd. Om dit te bereiken wordt het afvalwater in een zeefinstallatie gevoerd, waar een rooster of een zeeftrommel grove verontreinigingen zoals bladeren, papier of textiel eruit filtert. Deze grove materialen worden stap voor stap gefilterd met behulp van verschillende roosters, van grove tot fijne. De grofroosters hebben spleetwijdtes van enkele centimeters, de fijnroosters van enkele millimeters, en het water stroomt er bij verschillende snelheden doorheen. Het mechanisch opgevangen zeefafval wordt ontwaterd en afgevoerd naar een verbrandingsinstallatie.
Het voorgezuiverde water stroomt vervolgens in een zogenaamde zandvanger. In de afvalwaterbehandelingstechnologie wordt een sedimentatietank gebruikt voor het verwijderen van grove deeltjes, zoals stenen, glassplinters of zand, maar ook van grof organisch materiaal dat niet door de zeven is tegengehouden. Dit gebeurt bij een relatief hoge stroomsnelheid van ongeveer 0,3 m/s. Er wordt onderscheid gemaakt tussen niet-beluchte zandvangers die in de lengte zijn opgesteld, beluchte zandvangers die in de lengte zijn opgesteld, ook wel cilindrische zandvangers genoemd, en ronde zandvangers.
De beluchte zandvanger verwijdert ook vetten en oliën uit het afvalwater, waarbij het volgende gebeurt: de ingevoerde proceslucht veroorzaakt een golfbeweging in het water, waardoor lichtere stoffen, zoals oliën en vetten, naar het oppervlak worden gevoerd. Vervolgens kunnen deze gemakkelijk uit het water worden gehaald.A ronde zandvangers verwijdert met centrifugale kracht stoffen uit het afvalwater en zuigt deze weg. Na het reinigen in de zandvanger wordt het zandvangerafval gewassen en gezuiverd van organische stoffen. Hierdoor wordt de ontwatering van het ingezamelde anorganische materiaal verbeterd, waardoor dit bijvoorbeeld hergebruikt kan worden in de wegenbouw. Als er geen verdere recycling mogelijk is, moet het zandvangerafval op de juiste manier worden afgevoerd, namelijk door het te storten of te vernietigen in afvalverbrandingsinstallaties.De volgende fase van de afvalwaterbehandeling is de primaire afvalwaterbehandelingstank. De snelheid van het afvalwater is ongeveer 1,5 cm/s, dus beduidend lager dan in de zandvanger. Een lagere stroomsnelheid kan worden bereikt door het bassin te verbreden Een lage stroomsnelheid is nodig om de fijnere vuildeeltjes, afhankelijk van hun samenstelling, op de bodem of op het wateroppervlak te laten bezinken. Het slib dat door de bezinking (afzetting op de bodem) ontstaat, wordt primair slib genoemd. Doorgaans bestaat dit uit organisch materiaal. Het primaire slib wordt met een schraper vanaf de bodem naar een trechter voor vers slib geschoven. De drijvende stoffen worden afgevoerd naar een kanaal voor drijvend slib. Een pomp transporteert het verse slib naar een zogenaamde vergistingstoren.In de vergistingstorenwordt in vier fasen (hydrolyse, verzuring, acetogene en methanogene fase) methaangas geproduceerd. Dit wordt in een blokverwarmingsinstallatie omgezet in elektriciteit en kan worden gebruikt om de installatie van energie te voorzien. Het vergistingsproces in de vergistingstoren duurt ongeveer vier weken. Er blijft een reukloos slib over, dat na ontwatering door middel van een centrifuge of filter vaak in de landbouw wordt gebruikt.Hier eindigt de mechanische reinigingsfase. In deze fase wordt gemiddeld 30 tot 40% van de onzuiverheden uit het afvalwater verwijderd. Het afvalwater gaat nu via de waterbehandelingsinstallatie naar de volgende fase van de afvalwaterzuivering.
In de meeste afvalwaterbehandelingsinstallaties bereikt het water dat in de mechanische behandelingsfase is voorgezuiverd nu de zogenaamde beluchtingstanks, die vaak zijn ontworpen als circulatietanks. Hier wordt de biologische reiniging uitgevoerd.
Het water wordt met behulp van propellers en de toevoer van zuurstof in circulatie gebracht. Er worden min of meer geventileerde ruimtes gecreëerd waarin verschillende omgevingscondities voor bacteriën en micro-organismen ontstaan. Deze micro-organismen voeden zich met de organische onzuiverheden die nog in het water aanwezig zijn en zetten deze om in anorganische stoffen. De bacteriën vormen actiefslibvlokken die vrij in het water drijven. De toevoer van zuurstof stimuleert de vermenigvuldiging van bacteriën en bevordert zo de vorming van actiefslib. Dit proces van biologische afvalwaterbehandeling noemt men daarom ook wel het actiefslibproces.Het afvalwater wordt met het actiefslib afgevoerd naar de secundaire afvalwaterbehandelingstank. Hier wordt de stroomsnelheid van de afvalwaterstroom wordt weer verlaagd. Er vindt bezinking plaats: Het actiefslib zet zich af op de bodem van het gezuiverde water, waar het met mechanische reinigingsapparatuur op de bodem kan worden gescheiden van het heldere water. Een deel daarvan wordt als extra biomassa naar de vergistingstoren gevoerd. De rest van het slib, ook wel "retourslib" genoemd, wordt teruggevoerd naar de beluchtingstank om ervoor te zorgen dat er daar voldoende micro-organismen aanwezig zijn om het vuil af te breken. Na de biologische zuivering wordt ongeveer 90% van de biologisch afbreekbare stoffen uit het afvalwater verwijderd. De biologische reinigingsfase is de meest energierijke fase in het hele reinigingsproces, omdat de zuurstof door compressoren wordt toegevoerd. Zodra het water de wettelijk voorgeschreven kwaliteit heeft bereikt, kan het weer in de waterkringloop, bijvoorbeeld in een rivier, worden teruggevoerd.In veel andere gevallen is biologische reiniging alleen niet genoeg. Dan zijn er meer afvalwaterbehandelingsprocessen nodig, bijvoorbeeld voorbereiding in de vorm van een chemische behandeling. Hier worden ook chemische additieven gebruikt.
In deze fase van de afvalwaterbehandeling worden voor het behandelen van afvalwater chemische processen gebruikt. Voor dit doel worden chemische verbindingen gebruikt, zodat de wettelijk voorgeschreven standaardwaarden voor water worden bereikt. Tot de chemische behandeling in afvalwaterbehandelingsinstallaties behoren neutralisatie, desinfectie, fosfaatneerslag, stikstofverwijdering, ontdooien en verwijderen van mangaan.
Neutralisatie wordt gebruikt om de voorgeschreven pH-waarde te bereiken, die wordt verkregen door toevoeging van een zuur, bijvoorbeeld HCL, of een basis, bijvoorbeeld kalkmelk.Tijdens de desinfectie worden ziektekiemen gedood door het toevoegen van chloor of chloordioxide. Een goed alternatief voor het toevoegen van chemicaliën is het bestralen van het afvalwater met UV-licht, maar dit wordt minder vaak toegepast. Fosfaatverwijdering: ons afvalwater is vaak vervuild door fosfaten uit detergenten, meststoffen, voedingsadditieven en fecaliën. Als deze achterblijven in het afvalwater, worden de wateren overbemest en verrijkt met voedingsstoffen, wat kan leiden tot nutteloze plantengroei (eutrofiëring) die schadelijk is voor het ecosysteem.
Fosfaten worden verwijderd met behulp van een chemisch neerslag- of vlokvormingsproces. De fosfaatneerslag wordt gedeeltelijk veroorzaakt door het toevoegen van aluminium- of ijzerzouten aan de zandvanger of aan de secundaire afvalwaterbehandelingstank. Vervolgens worden de metaalfosfaatvlokken die ontstaan bij deze secundaire zuivering samen met het actiefslib uit het afvalwater gehaald. Afhankelijk van de werkwijze kan het fosfaat ook met behulp van micro-organismen uit het afvalwater worden "opgevist". In dat geval spreken we van een biologische fosforverwijdering, maar dat wordt nog maar zelden toegepast.
Tot chemische waterzuivering behoort ook stikstofverwijdering: Stikstofverbindingen onttrekken de vitale zuurstof aan het water en als ze in de wateren terechtkomen, kunnen ze zelfs leiden tot vissterfte. Stikstof wordt verwijderd door nitrificatie en denitrificatie: Bij Tijdens de nitrificatie wordt ammonium door het toevoegen van anaërobe bacteriën en zuurstof omgezet in nitriet, en vervolgens in een tweede fase in nitraat. Ook de daaropvolgende denitrificatie wordt in gang gezet door het toevoegen van anaerobe micro-organismen. Deze ontbinden het nitraat door middel van enzymatische activiteiten tot stikstofgas, dat daarna weer in de atmosfeer terechtkomt.Ontijzering: om het ijzergehalte van het afvalwater tot de voorgeschreven waarde te reduceren, worden ijzer(II)kationen geoxideerd door het toevoegen van zuurstof. Om het oxydatieproces op gang te brengen, moet ook caustische soda aan het afvalwater worden toegevoegd.Verwijderen van mangaan: Mangaan is meestal in het afvalwater aanwezig als mangaanwaterstofcarbonaat. Door het toevoegen van zuurstof worden slecht oplosbare mangaan IV-verbindingen gevormd, die gemakkelijk uit het water kunnen worden verwijderd.
In de vierde en laatste reinigingsfase worden membraan- en filterprocessen toegepast. Deze zuiveringsfase wordt gedeeltelijk gecombineerd met de chemische processen van neerslag en vlokvorming. Zo ontstaat bijvoorbeeld de methode van vlokfiltratie. Aan het afvalwater worden neerslag- en vlokmiddelen toegevoegd, waardoor de stoffen die gescheiden worden, vlokken gaan vormen. Het afvalwater met het vlokmateriaal stroomt dan door een doek of zandfilter.
Het sijpelt langzaam door de filterlaag. Zelfs de kleinste biologische vluchtige stoffen worden verwijderd.Nanofiltratie werkt ongeveer hetzelfde. In tegenstelling tot normale filtratie wordt het water onder druk door een membraan geleid dat zelfs de kleinste opgeloste deeltjes, zoals moleculen of zware metaalionen, tegenhoudt. Hetzelfde gebeurt bij omgekeerde osmose, waarbij nog hogere werkdrukken en fijnere membranen worden gebruikt.De vervuilende stoffen die tijdens de filtratie, de nanofiltratie en de omgekeerde osmose worden tegengehouden, worden via de primaire afvalwaterbehandelingstank in de vorm van filterslib in de slibbehandeling gefilterd.Het water bereikt nu de opslagtank voor behandeld water, de laatste zone van de afvalwaterbehandelingsinstallatie. Hier worden opnieuw watermonsters genomen en wordt de waterkwaliteit gecontroleerd. Het gezuiverde water wordt pas weer in de waterkringloop gebracht als aan de wettelijk voorgeschreven parameters is voldaan.
PAGINA’S IN HET THEMA WERELD AFVALWATERBEHANDELING:Water- en afvalwaterbehandeling | Prestaties voor exploitanten van afvalwaterbehandelingsinstallaties | Casestudies | Performance³ | Wastewater treatment guide | Prestatiecalculator
