Effectieve Industriële Afvalwaterbehandelingsoplossingen

Water wordt in de industrie gebruikt voor procesbehoeftes, koeling, stoomgeneratie, stofonderdrukking en veel andere toepassingen. Industriële afvalwater is het aqueuze afval dat overblijft na het gebruik van water voor deze doeleinden. Het is het resultaat van stoffen (andere dan water) die in water zijn opgelost of gesuspendeerd.

Behandeling van industriële afvalwater omvat de mechanismen en processen om water te behandelen dat op enige manier gecontamineerd is door het bovenstaande gebruik. Het doel is om opgeloste en gesuspendeerde stoffen te verwijderen zodat het behandelde water veilig in het milieu kan worden geloosd, gerecycled in hetzelfde proces, of gebruikt in een ander proces.

Bestanddelen van Afvalwater

Industriële afvalwater bevat de volgende bestanddelen die correcte behandeling vereisen:

• Gesuspendeerde vastestoffen: Zichtbaar met blote oog, filterbaar met gewoon filterpapier. Meestal >1–2 micron. Bij stilstand zakken ze naar de bodem.
• Opgeloste vastestoffen: Niet zichtbaar, niet filterbaar. Meestal <0,45 micron. Ofwel normaal oplosbaar (meer oplosbaar bij hogere temperatuur) ofwel omgekeerd oplosbaar ('hardheid' ionen: calcium, magnesium, strontium, barium zouten). Deze worden minder oplosbaar bij hogere temperatuur → vormschaal op warme oppervlakken van ketels/warmtewisselaars.
• Colloidale vastestoffen: Tussen opgeloste en gesuspendeerde: ~0,45–2,0 micron. Verschijnen als nevel in water; geen distincte deeltjes zichtbaar. Zakken niet uit door ionische lading → stabiele suspensie.
• Kleur: Type colloidale suspensie. Organische macromoleculen in kleinere colloidale grootte. Ionische lading stabiliseert ze → geen uitzakking.
• Biologische zuurstofbehoefte (BZB) en chemische zuurstofbehoefte (CZB): BZB = zuurstofverbruik door bacteriën bij afbraak organische stof. Veilige BZB essentieel voor kwaliteit afvalwater. Hoge BZB = risico op verdere contaminatie, interferentie met behandeling, effect op eindproduct. Factoren: nitraten/fosfaten, watertemperatuur, etc. → effect op plantengroei (algen) → effect op organismen die contaminanten afbreken. Optimale behandeling = omgeving die bacteriën ondersteunt maar gecontroleerde populatie. CZB = zuurstofverbruik bij afbraak organische stof EN oxidatie anorganische stof/chemicaliën. CZB meestal voor industriële afvalwater.

Afvalwaterbehandelingstechnologieën

Technologieën meestal verdeeld in vier categorieën:

1. Chemische technologieën
2. Fysieke technologieën
3. Biologische technologieën
4. Membraantechnologieën

Chemische Technologieën

• Neutralisatie: Aanpassing alkalijnheid/zuurgraad tot neutrale pH 7.
• Neerslagvorming: Chemicaliën toevoegen om chemische samenstelling verontreinigingen te veranderen → nieuw verbindingsstort zich tijdens sedimentatie. Meestal voor zware metalen (als hydroxiden). Vooraf behandeling nodig om stoffen die neerslagvorming interfereren te verwijderen.
• Coagulatie: Chemicaliën om verontreinigingen te agglomereren en te laten zinken tijdens sedimentatie. Voor verheldering van afvalwater met colloidale/gesuspendeerde vastestoffen. Silica of polyelectrolyt versnelt zinking. Emulgerende oliën verhelderbaar via coagulatie. Efficiënt voor kleurreductie, minder effectief voor CZB-reductie.
• Adsorptie: Chemisch middel dat verontreinigingen laat hechten aan oppervlakte voor verwijdering. Geactiveerd koolstof of synthetische actieve oppervlakken.
• Ionuitwisseling: Verwijdering ongewenste anionen/kationen. Kationen → waterstof/natrium; anionen → hydroxyl ionen. Ionuitwisselingsharsen: organisch/anorganisch netwerk met functionele groepen. Meestal synthetische harsen uit polymerisatie organische verbindingen.

Fysieke Technologieën

• Zeven: Grove vastestoffen verwijderen met zeefapparaat.
• Verheldering en sedimentatie: Essentieel in industriële afvalwaterinstallaties. Verhelderingsbakken houden afvalwater vast, laten vastestoffen/zwevende stoffen op de bodem zakken.
• Flotatie: Kleine lucht/gasbellen geïnjecteerd in afvalwater. Bellen laten verontreinigingsdeeltjes naar oppervlak rijzen voor verwijdering. Meestal voor oliescheiding. Vrije olie drijft op, wordt afgeschuimd.
• Luchtstripping: Verwijdering vluchtige/half-vluchtige organische verbindingen door luchtstroom.

Biologische Technologieën

Natuurlijker dan andere methoden. Micro-organismen voeden zich met complexe stoffen in afvalwater en converteren ze tot einfachere stoffen, voorbereidend op verdere behandeling. Hoofddoel: BZB-reductie.

• Actief slib proces (lucht): Aerob. Bacteriën consumeren organische stof, stikstof, zuurstof uit afvalwater en groeien. Bacteriën in aëratiebak in zweving door mengactie van ingeblaazen lucht.
• Hoog-zuiver actief slib proces: Aerob. Vergelijkbaar maar met zuivere zuurstof in plaats van lucht.
• Geaërate vijver/lagoon proces: Aerob. Mechanische aëratoren injecteren lucht of causeren heilige agitatie water/lucht voor zuurstofoverdracht.
• Trekzeef proces (Trickling filter): Vast-film aerob. Tank met media met hoge oppervlakte/volume verhouding. Afvalwater bovenin, percoleert naar beneden. Bacteriën groeien op media, benutten organische stof/stikstof. Typisch trekzeef proces in Figuur 1.
• Rotatie biologisch proces: Vast-film aerob, vergelijkbaar met trekzeef, maar media horizontaal ondersteund over tank. Media roteert continu → afwisselend in afvalwater en lucht.
• Oxidatiegracht proces: Vergelijkbaar actief slib. Fysiek ringvormig met mechanische aëratieapparaten.

Figuur 1: Typisch trekzeef proces

Membraantechnologieën

In industriële afvalwaterbehandeling steeds belangrijker. Verwijderen deeltjes, colloïden, macromoleculen → desinfectie mogelijk. Geclassificeerd naar groottebereik gescheiden soorten.

• Omgekeerde osmose: Scheiding opgeloste zouten en kleine organische stoffen.
• Nanofiltratie: Selectieve demineralisatie water of concentratie organische oplossingen. Scheiding antibiotica.
• Ultrafiltratie: Scheiding emulsies, colloïden, macromoleculen, eiwitten.
• Microfiltratie: Scheiding kleine deeltjes, grote colloïden, microbiële cellen.