Grondwaterzuivering, biologische behandeling, uitvoeringsvormen

Biorotor

Biorotoren zijn reactoren waarbij het dragermateriaal in de grondwaterstroom is geplaatst en langzaam (1 à 3 omwentelingen per minuut) om een horizontale as draait. Ongeveer twee derde van het dragermateriaal steekt boven het water uit. De biomassa wordt zo afwisselend voorzien van verontreinigd grondwater en zuurstof (lucht). De biorotor bestaat in twee uitvoeringen.

Bij de eerste uitvoering (RBD, “Rotating Biological Disc”) bestaat het dragermateriaal uit een reeks kunststof schijven die op de horizontale as gemonteerd zijn, zie onderstaande figuur. Deze uitvoeringsvorm wordt bij grondwaterzuiveringen echter nauwelijks toegepast.

Schematische weergave van een RBD-systeem

Bij de tweede uitvoering, de RBC (“Rotating biological Contactor”) bestaat het ronddraaiend lichaam uit een kooiconstructie waarin het dragermateriaal is opgesloten, zie onderstaande figuren. Door de draaiende beweging van de rotor vindt in de tank een goede zuurstofoverdracht en menging van het grondwater plaats.

Schematische weergave van een RBC-systeem

Rotor van een RBC

Voordelen biorotor:

• eenvoudige constructie en bediening
• geringe restemissies
• laag energieverbruik
• geen verstoppingsgevaar
• relatief veel praktijkervaring

Nadelen biorotor:

• vluchtige verontreinigingen worden voor een klein deel gestript (1 - 10 %)
• relatief laagbelast systeem, dat wil zeggen dat het systeem alleen goed toepasbaar is voor te zuiveren grondwater met een lage verontreinigingsgraad.

Droogfilter

Een droogfilter is een vast bed reactor, waarbij het grondwater gelijkmatig over de bovenzijde van het bed aangevoerd wordt. De lucht wordt in meestroom met het water toegevoerd. De verhouding van het lucht- en waterdebiet bedraagt meestal 1 tot 2. In een droogfilter is lucht de continue fase. Het meestroomprincipe wordt om twee redenen toegepast. De eerste reden is om verdamping van vluchtige stoffen tegen te gaan. De tweede reden is dat de afbraak van de verontreiniging vooral aan de bovenzijde van de reactor plaatsvindt, zie onderstaande figuur. Hier is dan ook de meeste zuurstof nodig. Om voorkeurstromen in het filterbed te voorkomen kan herverdeling van de vloeistof plaatsvinden. Om verstopping van het filter, door slib en ijzerneerslag, te voorkomen is regelmatig terugspoelen van het filter noodzakelijk.

Droogfilter

Voordelen droogfilter:

• groot specifiek oppervlak (1.500-3.000 m2/ m3) dus een hoge biomassaconcentratie
• het systeem kan goed propstromen aan, dat wil zeggen dat hoge concentraties aan het begin van de reactor goed kunnen worden afgebroken
• vervluchtiging treedt nauwelijks op
• geringe restemissies
• hoge eliminatiecapaciteit bij hoge belastingen

Nadelen droogfilter:

• terugspoelen noodzakelijk (om de dag)
• weinig praktijkervaring

Ondergedompeld filter

Het ondergedompelde filter of “Upward Aerated Column” (UAC) is net als een droogfilter een vast bed reactor (zoek ook op Droogfilter). De te reinigen waterstroom en lucht worden in tegenstelling tot het droogfilter van onderaf de reactor ingevoerd. Hierdoor vindt een goede menging van het grondwater plaats. Het grote verschil met het droogfilter is dat water de continue fase is, zie onderstaande figuur.

Ondergedompeld filter

Voordelen UAC:

• groot contactoppervlak
• korte verblijftijd
• geringe weerstand voor water en lucht
• er treedt (tot 25 mg/l influent) nauwelijks vorming van ijzerneerslag op
• geringe restemissies

Nadelen UAC:

• weinig praktijkervaring
• vluchtige verontreinigingen worden deels gestript (tot 10 %)

BIOPUR

Biopur® is een gepakt bed bioreactor die met name in de eerste helft van de jaren negentig regelmatig is toegepast voor grondwaterzuivering. Momenteel wordt de Biopur® niet meer toegepast.

De pakking van de Biopur® bestaat uit een open, sponsachtig materiaal met een groot specifiek oppervlak. Dit materiaal, dat bestaat uit polyurethaanschuim met een oppervlakte/volume-verhouding van 500 m2/m3, heeft goede hechtingseigenschappen voor micro-organismen. De reactor kan zowel als enkeltraps als meertraps reactor worden toegepast. In tegenstelling tot het droogfilter heeft het Biopur-filter een hoge verhouding tussen lucht- en waterdebiet (4:1 tot 100:1) zonder dat dit tot een verhoogde concentratie van vluchtige verontreinigingen in het afgas leidt. Met dit systeem is zowel verontreinigde grondwater als bodemlucht te behandelen. Wanneer alleen lucht wordt behandeld, wordt een grotere verhouding tussen het luchtdebiet en het waterdebiet gekozen. Doordat meerdere compartimenten achter elkaar geplaatst worden, wordt een propstroom-karakter verkregen waardoor lage effluentconcentraties haalbaar zijn, zie onderstaande figuur.

Schematische weergave van een vijfvaks BIOPUR-reactor [bron: Tauw Milieu b.v.]

Voordelen BIOPUR®:

• weinig ruimtebeslag
• lange levensduur pakking
• goeie hechting van micro-organismen aan het dragermateriaal
• bruikbaar voor lucht en/of waterzuivering
• lage drukval over het filter
• hoog verwijderingsrendement
• weinig onderhoud
• geen ontijzering tot 25 mg/l

Nadelen BIOPUR®:

• relatief groot energieverbruik bij hoog luchtdebiet

Membraanbioreactor

De membraanbioreactor (MBR) wordt toegepast voor de zuivering van industrieel en tevens communaal afvalwater. Voor grondwaterzuivering is de MBR slechts zeer incidenteel toegepast. De biomassa wordt in dit geval niet op dragermateriaal vastgelegd, maar teruggehouden door een membraan, zie onderstaande figuur. Door de te reinigen grondwater/slib-suspensie in dwarsstroom met hoge snelheid over het membraan te leiden, wordt voorkomen dat het systeem snel dichtslibt.

Voordelen MBR:

• hydraulische verblijftijd is laag (15 minuten)
• hoog verwijderingsrendement
• kleine installatie

Nadelen MBR:

• de doorzet van de installatie neemt af door verstopping van het membraan door afzetting van ijzer en bioslib op de vezels van het membraan. Hierdoor is frequent terugspoelen noodzakelijk (twee maal per uur)
• hoge kosten door de prijs van de membranen
• hoge energiekosten (pompen)
• geen praktijkervaring

Schematische voorstelling van een membraanbioreactor

Metaalprecipitatie

Voor zuivering van met metalen en sulfaat verontreinigde grondwater dat vrijkomt bij het geohydrologische beheerssysteem bij een omvangrijk verontreinigingsgeval in Brabant wordt gebruik gemaakt van een combinatie van biologische en fysische zuiveringstechnieken. Het inkomende grondwater wordt geneutraliseerd en voorzien van voedingsstoffen voor de micro-organismen. Vervolgens wordt een vlokmiddel toegevoegd dat de te vormen vaste stof beter doet neerslaan. In een Upflow Anaerobic Sludge Blanket (UASB) reactor wordt vervolgens het sulfaat omgezet in sulfide waarbij de metalen in vorm van metaalsulfiden neerslaan. In een tweede (gepakt bed) reactor worden de sulfides omgezet in zwavel en biomassa dat zich afzet op het gepakte bed. Door turbulentie in de reactor laat gevormde zwavel en biomassa los en wordt afgevangen in nageschakelde platenscheiders en een zandfilter.

Het mooie van dit systeem is dat met één mechanisme gecombineerd twee verontreinigingen worden gezuiverd. Mede omdat het (deels) een biologische methode is de milieubelasting beperkt. Hiernaast is het systeem bedrijfszeker voor een langere periode.