Grondwaterzuivering, sedimentatie, principe van de techniek

Principe van de techniek

Sedimentatie is een fysisch proces waarbij gesuspendeerde deeltjes, onder invloed van de gravitatiekracht of centrifugale krachten, uit het grondwater verwijderd worden. De scheiding is alleen mogelijk als er een voldoende groot verschil is tussen de soortelijke massa van het grondwater en de dichtheid van de te verwijderen deeltjes. De techniek wordt als voor- of nageschakelde techniek ingezet.

Behandeling

Sedimentatie is een fysisch proces waarbij gesuspendeerde deeltjes, onder invloed van de gravitatiekracht of centrifugale krachten, uit het grondwater verwijderd worden. De scheiding is alleen mogelijk als er een voldoende groot verschil is tussen de soortelijke massa van het grondwater en de dichtheid van de te verwijderen deeltjes. De techniek wordt als voor- of nageschakelde techniek ingezet.

Sedimentatie wordt toegepast als voorbezinking bij grondwaterzuivering, wanneer hoge concentraties ijzer of zwevend stof in het grondwater aanwezig zijn. Voorafgaand aan de bezinking vindt beluchting plaats om het ijzer te oxideren. Daarnaast kan de techniek worden ingezet na coagulatie/flocculatie voor het afvangen van de gevormde vlokken.

De te gebruiken apparatuur is onder te verdelen in bezinkers gebaseerd op gravitatiekrachten en installaties die werken op basis van centrifugale krachten. Deze laatste groep van bezinkers wordt alleen ingezet als nabehandeling bij een techniek waarbij grote hoeveelheden slib vrijkomen (bijv. flocculatie). Ook wanneer kleine deeltjes verwijderd moeten worden, kan de laatstgenoemde techniek toegepast worden. Deze separatie is mogelijk, omdat in centrifuges veel grotere krachten op de deeltjes inwerken.

Bij flocculente bezinking is de deeltjesgrootte een functie van de tijd, wat gevolgen heeft voor de verblijftijd van het grondwater in de bezinker. Door flocculatie ontstaan grotere deeltjes, waardoor de sedimentatie sneller verloopt. Vanwege de complexiteit van de theorie van het bezinkingsproces worden bekerglasproeven uitgevoerd om de optimale procesomstandigheden te bepalen.

Bij sedimentatie wordt gebruik gemaakt van bezinkers gebaseerd op gravitatiekrachten en installaties die werken op basis van centrifugale krachten.

Gravitatieve technieken

De bezinkingssnelheid van de niet opgeloste deeltjes wordt bepaald door:

• Dichtheidsverschil tussen deeltjes en het grondwater. Hoe groter dit verschil, hoe groter de bezinkingssnelheid;
• Deeltjesgrootte (-verdeling). Grotere deeltjes bezinken sneller;
• De stromingen in de bezinker. De stroming wordt grotendeels bepaald door de doorzet van het grondwater en de geometrie van de gebruikte apparatuur.

De gravitatiebezinkers zijn als volgt onder te verdelen:

• Eenvoudige tank of bassin;
• Schotel- of plaatbezinker;
• Buisafscheider;
• Slibdekenbezinker.

De lamellen en schotels die aangebracht kunnen worden, dienen om het oppervlak waarop de sedimentatie kan plaatsvinden te vergroten, zie onderstaande figuur.

De oppervlaktebelasting van een lamellenbezinker kan worden bepaald via:

en wordt weergegeven in m3/m2 • uur ofwel m/uur. Voor de verklaring van W, H en a zie bovenstaande figuur.

Ook bij de buisafscheider wordt van het principe van de vergroting van het beschikbare oppervlak gebruik gemaakt. De keuze voor een van de eerdergenoemde typen bezinkers wordt beïnvloed door de beschikbare ruimte, de eisen die aan het effluent gesteld worden, het debiet en de kostprijs. Deze bezinkers worden in het algemeen gebruikt tot een droge-stofgehalte in het grondwater van vijf gewichtsprocent.

Centrifugale technieken

Bij een hoger gehalte aan niet-opgeloste deeltjes worden meestal centrifuges gebruikt. De voornaamste zijn de decanteercentrifuge en de schotel- of lamellencentrifuge. De laatste draait om een verticale as en voert het slib discontinu af. De decanteercentrifuge draait om een horizontale as en heeft een continue afvoer van het slib.

De decanteercentrifuge bestaat uit een draaiende transportschroef en een roterende mantel, die tot 100 rpm sneller draait. De rotatiesnelheid van de schroef ligt tussen 2.000 tot 6.000 rpm. Het g-getal bedraagt 2.000 à 4.500. Het g-getal is het quotiënt van de centrifugaalkracht en de zwaartekracht. Door de schroef worden de tegen de mantel geslingerde deeltjes via een konisch gedeelte van de mantel verwijderd. Het water verdwijnt via een overloop aan de andere zijde van de mantel.

De schotelcentrifuge bestaat uit een roterende mantel en 50 tot 150 schuin op een as geplaatste roterende schotels of lamellen (g-getal 5.000 à 12.000). De te reinigen stroom wordt aan de bovenzijde het apparaat ingeleid en langs de as naar onderen getransporteerd. Eenmaal daar aangekomen, worden de niet-opgeloste deeltjes tegen de mantel geslingerd. De schotels zorgen voor een korte sedimentatie-afstand en een beter stromingsbeeld. De slibmassa wordt periodiek verwijderd door kleppen in de mantel te openen. Dit apparaat verlangt hierdoor meer arbeidstijd dan de decanteercentrifuge.

Nabehandeling

Sedimentatie wordt als techniek ingezet als nabehandeling bij precipitatie en coagulatie/flocculatie. Nabehandeling na sedimentatie is niet erg waarschijnlijk want dan heeft de techniek niet goed gewerkt en is mogelijk een verkeerde keuze gemaakt.

Als alternatief voor nabehandeling met sedimentatie of voor verdere zuivering kan gedacht worden aan zandfiltratie, membraanfiltratie of adsorptie met actieve kool.

Kritische punten

Bij sedimentatie onder invloed van de zwaartekracht is het van groot belang dat de snelheid van het grondwater niet te hoog is. Door hoge stromingssnelheden worden bezonken deeltjes weer meegesleurd. Bij een te korte verblijftijd of een te hoge snelheid van het water (bij centrifuges: een te lage rotatiesnelheid) vindt een selectieve sedimentatie plaats van de zwaarste deeltjes.