Grondwaterzuivering, chemische oxidatie, principe van de techniek

Principe van de techniek

Bij chemische oxidatie worden opgeloste en/of colloïdale verontreinigingen in te behandelen water afgebroken door toevoeging van een oxidatiemiddel. In de praktijk worden diverse oxidatiemiddelen gebruikt, zoals chloor, chloordioxide, hypochloorzuur, waterstofperoxide of ozon. Het streven is volledige afbraak tot CO2 en water. Afhankelijk van het type verontreiniging kan echter nog een aantal andere afbraakprodukten ontstaan: bij oxidatie van gechloreerde koolwaterstoffen komen zoutzuur of zouten vrij, bij de oxidatie van cyanide NH4+ of stikstof.

Het voordeel van ozon en waterstofperoxide ten opzichte van de andere oxidatiemiddelen is dat ze geen extra zoutlast veroorzaken en dat geen gechloreerde organische stoffen kunnen ontstaan, zoals bij chloorhoudende oxidatoren. Bovendien vormt in overmaat toegevoegde ozon en waterstofperoxide geen bezwaar omdat deze stoffen snel worden afgebroken.
Een nadeel van chemische oxidatie is het weinig selectieve van de methode en de gevoeligheid voor neerslagen en verstoppingen.

Bij verontreinigingen die moeilijk zijn te oxideren, kan gebruik worden gemaakt van “geavanceerde” oxidatie. Bij deze technieken worden ozon en/of waterstofperoxide onder invloed van UV-licht of een katalysator omgezet in zeer reactieve hydroxyl- of zuurstofradicalen die beter in staat zijn deze moeilijk te oxideren verontreinigingen af te breken.

Behandeling

Voor meer informatie over de werkig van verschillende processen zie uitvoeringsvormen.

Nabehandeling

In het algemeen is nahandeling van het grondwater na chemische oxidatie niet nodig gezien de lage effluentwaarden die met deze techniek haalbaar zijn. Bij gebruik van waterstofperoxide kan de restconcentratie van deze stof nog een tiental grammen per m3 bedragen. Afhankelijk van de lozingseisen zal hiervoor nog een nabehandeling moeten plaatsvinden. Waterstofperoxide is echter eenvoudig en snel afbreekbaar.

Wanneer ozon wordt toegepast dienen restanten ozon uit het afgas verwijderd te worden vanwege de hoge toxiciteit van ozon. In de beschreven processen verloopt dit via een katalysatorbed. Vluchtige verontreinigingen worden deels uit het water gestript. Bij fotochemische oxidatie wordt dit ondervangen door het recirculeren van de gasstroom. Bij katalytische oxidatie worden de verontreinigingen aan het katalysatorbed geadsorbeerd waardoor deze stoffen minder snel worden gestript.

Kritische punten

Kritische punten bij toepassing van waterzuivering middels chemische oxidatie zijn:

• Plotselinge veranderingen van de concentraties in het influent hebben een negatieve uitwerking op het rendement van de techniek. Het proces is namelijk geoptimaliseerd voor een maximale influentconcentratie. Daling van deze concentratie resulteert in een overmaat aan oxidatiemiddel, wat kostenverhoging veroorzaakt. Bij een plotselinge verhoging van de concentratie ontstaat er een tekort aan oxidatiemiddel waardoor de effluentwaarden te hoog worden. Bij katalytische oxidatie met ozon speelt dit probleem een minder grote rol door de adsorberende werking van het katalysatormateriaal. Hierdoor wordt bij terugkeer naar de oorspronkelijke situatie de geadsorbeerde verontreiniging alsnog afgebroken.
• Organisch materiaal in het grondwater (CZV) wordt vaak met voorkeur afgebroken. Wanneer zich fluctuaties van het organische stofgehalte in het grondwater voordoen en de concentratie oxidant hierdoor te laag wordt, kan een onvolledige afbraak van verontreinigingen plaatsvinden.
• Bij een te korte verblijftijd kunnen (toxische) tussenprodukten worden gevormd, vorming van organische zuren is hierbij het meest waarschijnlijk.
• De oplosbaarheid van ozon in water is vrij gering. Daarom moet gezorgd worden voor een zo groot mogelijk contactoppervlak tussen de gas- en waterfase.
• Bij gebruik van UV-licht vormt de vervuiling van de gebruikte lampen door onder andere ijzer-, kalk- en mangaanneerslag een belangrijk punt van aandacht. Een teruggang in de lichtopbrengst veroorzaakt een afname van de afbraak van de verontreinigingen. De UV- lampen worden daarom regelmatig gereinigd. De frequentie is afhankelijk van concentraties aan ijzer, mangaan, humuszuren en het kalk/ koolzuurevenwicht.
• Bepaalde (an)organische stoffen, zoals (bi)carbonaat en sulfiden kunnen de hydroxylradicalen, die door belichten met UV ontstaan, afvangen (radicaalscavengers). De afbraakreactie via de radicalen wordt hierdoor gestopt, waardoor het rendement van het proces sterk terugloopt. Het teruglopen van het rendement van de zuivering begint merkbaar te worden vanaf bicarbonaatconcentraties van 400 mg/l. Bij katalytische oxidatie is de hoeveelheid carbonaat tot 5.000 mg/l echter nauwelijks van invloed op het ozonverbruik, omdat de carbonaten aan het katalysatoroppervlak hechten en hierdoor niet meer storend kunnen werken.
• Alifatische chloorverbindingen zijn moeilijker te ontleden in vergelijking met chloorkoolwaterstoffen met een dubbele binding. Voor volledige omzetting van alifatische chloorverbindingen is daarom een langere verblijftijd nodig.

In het algemeen geldt dat de omstandigheden zich moeilijk laten voorspellen en dat daarom wordt aanbevolen een pilot te doen om de zuivering met chemische oxidatie op kleine schaal te testen.