De rol van actieve kool bij het verminderen van desinfectiebijproducten in drinkwater

Desinfectiebijproducten en natuurlijk organisch materiaal

Natuurlijk organisch materiaal is aanwezig in alle bronnen van zoet water en is afkomstig van de afbraak van organisch materiaal, zoals algen en vegetatie. Tijdens de desinfectiestap in de drinkwaterzuivering kan dit organische materiaal reageren met chloor, ozon, chloordioxide of andere desinfectiemiddelen, waarbij ongewenste toxische desinfectiebijproducten (DBP’s) worden gevormd. Dit kunnen zowel organische verbindingen zijn, zoals trihalomethanen (THM’s), als anorganische verbindingen, zoals het bromaat-ion.

Trihalomethanen zijn in feite een bijproduct van het waterzuiveringsproces, maar vormen potentiële gezondheidsrisico’s en zijn daarom opgenomen in de regelgeving voor watercontrole.

De bijgewerkte Drinkwaterrichtlijn (EU) 2020 (2020/2184) beschermt de kwaliteit van drinkwater en maakt deel uit van de regelgeving voor watervoorziening en sanering in de Europese Unie.

Het verlagen van het gehalte aan natuurlijk organisch materiaal, of zogenaamde precursoren zoals humuszuren, is een effectieve manier om de vorming van trihalomethanen in het uiteindelijke water te verminderen. Minder totale organische koolstof in het water vóór de laatste chloreringsstap betekent dat er minder organisch materiaal is om met het chloor te reageren en dus een lagere vorming van THM’s.

Normaal gesproken wordt het meeste natuurlijke organische materiaal verwijderd in de stadia voorafgaand aan de chlorering, maar dit is niet altijd het geval. Daarom kan een mediafilter zoals korrelvormige actieve kool worden gebruikt om het organische materiaal verder te verminderen.

Grondwatertoepassingen bevatten doorgaans minder totale organische koolstof dan oppervlaktewater en zullen daarom over het algemeen lagere DBP-concentraties hebben.

Verwijdering van trihalomethaan (THM’s)

Trihalomethanen worden gevormd wanneer natuurlijk organisch materiaal, zoals humuszuren – precursoren genoemd – reageert met chloor dat wordt gebruikt om het water te behandelen. De broomverbindingen worden gevormd uit bromide dat van nature in het water aanwezig is en reageert met het chloor. Deze worden beschouwd als milieuverontreinigende stoffen en daarom worden de THM-niveaus in de openbare watervoorziening streng gecontroleerd.

THM’s zijn organische chemicaliën waarin drie van de vier waterstofatomen van methaan (CH₄) zijn vervangen door halogeenatomen. Trihalomethanen met allemaal dezelfde halogeenatomen worden haloformen genoemd.

THM’s en halogeenkoolwaterstoffen variëren van zwak tot sterk adsorberend op actieve kool. Hoe hoger de chloorsubstitutie in een molecuul, hoe sterker het wordt geadsorbeerd op koolstof, aangezien koolstof-chloor- of koolstof-broomverbindingen beter worden geadsorbeerd dan koolstof-waterstofverbindingen.

Verwijdering van chloramine

De chlorering van drinkwater kan ook leiden tot de vorming van chloramine-bijproducten in het water. Deze verbindingen komen in water voor in drie vormen: monochlooramine (NH₂Cl, bij pH >> 7), dichlooramine (NHCl₂, bij pH 4,4-7) of trichlooramine (NCl₃, bij pH < <4,4).

Vanwege het pH-bereik komt monochlooramine het meest voor. Chloramines, vooral trichlooramine, zijn hoofdzakelijk verantwoordelijk voor de meeste “chloorlucht” van zwembaden en werken irriterend.

In het verleden was deze verbinding vrij moeilijk te verwijderen met actieve kool. De CENTAUR®-kool van Chemviron heeft echter zowel katalytische als adsorptie-eigenschappen, waardoor CENTAUR® bijzonder effectief is voor de verwijdering van monochlooramine. Bijgevolg is de verwijdering van alle soorten chloramine haalbaar en kosteneffectief.

Wanneer het waterzuiveringsproces moeite heeft met DBP-niveaus, kan chloramine worden gebruikt in plaats van chloor in de desinfectiestap. Hoewel chloramine de vorming van THM’s en HAA’s vermindert, zal het echter andere DBP’s vormen, zoals halonitrilen en halonitromethanen.

Haloazijnzuren (HAA’s)

Dit zijn de op één na meest voorkomende gehalogeneerde verbindingen en men denkt dat ze giftiger zijn dan THM’s, maar ze komen gewoonlijk in lagere concentraties voor. Ze hebben echter een hoge oplosbaarheid, waardoor ze minder gemakkelijk op actieve kool worden geadsorbeerd.

Welke desinfectiebijproducten kunnen worden verwijderd met actieve kool?

Actieve kool, in korrel- of poedervorm, is een van de best beschikbare technologieën voor de verwijdering van een breed scala aan organische verontreinigingen uit drinkwater.

Granulaire actieve kool wordt ook veel gebruikt als extra middel om opgelost organisch materiaal op te vangen dat tijdens de coagulatiefase aan de verwerking kan ontsnappen. Deze bevinden zich meestal in een primair filter of voorfilter met grove types actieve kool om drukopbouw te voorkomen. Voor dergelijke installaties kunnen bestaande snelle zandfilters worden aangepast om actieve kool te bevatten. Hoewel deze korte contacttijden in het lege bed kunnen hebben, kunnen ze toch voldoende capaciteit hebben om de organische belasting te verminderen.

De adsorptie van verontreinigingen op de koolstof wordt primair bepaald door diffusiekinetiek. Het is geen onmiddellijk proces en vereist daarom voldoende contacttijd en de juiste actieve kool om de gewenste behandelingsdoelstelling te bereiken.

Enkele van die stoffen, waaronder desinfectiebijproducten die effectief kunnen worden verwijderd met actieve kooltechnologie, staan vermeld in de onderstaande tabel:

Voor informatie over de verwijdering van pesticiden, POP’s en gechloreerde organische stoffen, verwijzen wij u naar ons artikel.

Voor informatie over de verwijdering van smaak en geur, verwijzen wij u naar ons artikel.

Voor informatie over de verwijdering van PFAS en pesticiden, verwijzen wij u naar ons artikel.

Hoe kan Chemviron helpen?

De meest effectieve koolstof die kan worden gebruikt, kan afhangen van de aard van de organische verontreiniging, het niveau van hun concentraties en de totale betrokken behandelingsstappen.

Aangezien elke waterbron anders is, is het soms aangewezen om een laboratoriumtest uit te voeren op een representatief watermonster om de effectiviteit van het gebruik van actieve kool te beoordelen.

Prestatie-evaluatie om ervoor te zorgen dat de meest effectieve oplossing wordt geselecteerd

Isothermtesten om de verwijdering van organische stoffen met actieve kool te evalueren, kunnen worden gebruikt om de waarschijnlijke TOC-effluent en daarmee de waarschijnlijke effectiviteit van GAC te bepalen. Bench-scale of pilot-testen op locatie worden altijd als veel effectiever beschouwd om het waarschijnlijke koolstofverbruik aan te geven. Chemviron kan ondersteuning en advies bieden met onze pilot-units, waaronder ons assortiment kleinere mobiele koolstoffilters.

Als alternatief is de Accelerated Column Test (ACT), ontwikkeld door ons bedrijf, een verbeterde techniek die de snelheid van een isothermtest combineert met de nauwkeurigheid van een pilotkolom. De ACT is een bench-scale procedure die een full-scale systeem simuleert om doorbraaktestgegevens te verstrekken voor de verwijdering van organische onzuiverheden in water, maar in een veel kortere tijd.

Daarnaast beschikt Chemviron over een uitgebreide referentiebibliotheek met prestatiegegevens om te helpen bij het bieden van een passende technische oplossing.

Actieve kool voor hoge prestaties

Chemviron biedt een breed scala aan poedervormige en granulaire actieve kool voor deze toepassingen. De FILTRASORB® granulaire actieve koolsoorten worden wereldwijd al vele jaren op grote schaal gebruikt voor het verwijderen van desinfectiebijproducten en trihalomethaanverbindingen.

FILTRASORB® koolstoffen zijn de meest gebruikte granulaire actieve koolsoorten voor drinkwaterbehandeling. Dit is voornamelijk te danken aan hun uitstekende adsorptiecapaciteit, bewezen levensduur en hoge duurzaamheid voor meerdere reactiveringscycli. FILTRASORB® actieve kool wordt geproduceerd uit geselecteerde kwaliteiten bitumineuze steenkool, via een tweestapsproces dat het product opnieuw agglomereert vóór stoomactivering.

Met onze diepgaande ervaring op dit gebied kan Chemviron met u samenwerken om te adviseren over de juiste koolstoffen voor uw specifieke toepassing en hoe u een effectief gebruik ervan kunt garanderen. Dit omvat praktische ondersteuning op locatie, zoals voor terugspoelen, wat nodig is om een gelijkmatige doorstroming door het bed te garanderen.

Recycling van verzadigde koolstof en mobiele koolstoffilters voor duurzaamheid en kostenbesparing

Granulaire actieve kool die in waterzuiveringsinstallaties is geïnstalleerd, kan worden gerecycled door thermische reactivering. De gereactiveerde koolstof kan vervolgens worden teruggestuurd naar de waterzuiveringsinstallatie waar deze is opgehaald en gedurende meerdere jaren opnieuw in gebruik worden genomen. Thermische reactivering houdt in dat de verzadigde koolstof wordt behandeld in een oven op hoge temperatuur, waar de ongewenste organische stoffen op de koolstof thermisch worden vernietigd. Het recyclen van actieve kool door thermische reactivering is een duurzame en milieuvriendelijke technologie die voldoet aan al onze doelstellingen om afval te minimaliseren en CO₂-emissies te verminderen.

Als de toepassing vereist is voor grondwater, tijdelijke of piekbehandeling, overweeg dan het gebruik van mobiele koolstoffilters die te huur zijn. Dit zijn actieve koolfilters die op locatie kunnen worden gebruikt als zowel een waterzuiveringsvat en vervolgens van en naar de locatie kunnen worden getransporteerd zonder dat er ter plaatse koolstofwissel nodig is.

Chemviron heeft een reeks units van verschillende afmetingen en capaciteiten, waaronder kleinere mobiele koolstoffilters die als pilot-units kunnen worden gebruikt. Als er een mobiel koolstoffilter wordt gebruikt, kan de verzadigde koolstof eenvoudig in het mobiele koolstoffilter worden teruggestuurd naar ons reactiveringscentrum voor verwerking.

Als u technische ondersteuning nodig heeft om de voorgestelde behandeling te evalueren, hulp nodig heeft bij de keuze van actieve kool, onze reactiveringsservice, het gebruik van onze mobiele koolstoffilterservice of gewoon wat verder advies, neem dan contact met ons op – neem contact op met ons technische team.