Principeschema
Principe- en installatiebeschrijving
Ontgiften betekent het verwijderen van schadelijke of ongewenste componenten uit afvalwater. Het houdt voornamelijk het verwijderen in van specifieke anorganische afvalstoffen uit het afvalwater door middel van redoxreacties. Het betreft hier in de praktijk een aantal specifieke gevallen, b.v. chromaatontgifting (Cr2O7-2, CrO4- en CrO3), cyanide ontgifting (CN-), nitrietontgifting (NO2-) en ontgiften van zwavelverbindingen (S-2, S2O3-2 en SO3-2).
Vaak is eerst een reductie van de anorganische component nodig vooraleer de juiste chemicaliën voor waterzuivering kunnen gedoseerd worden. Bijvoorbeeld: voor de behandeling van chroomhoudend afvalwater worden de volgende stappen uitgevoerd: eerst wordt het zeswaardig chroom gereduceerd tot driewaardig chroom. Als reductiemiddelen worden natriumsulfiet (Na2SO3), natriumbisulfiet (NaHSO3) of SO2-gas toegepast. Vervolgens wordt in zwak alkalisch milieu het chroom geprecipiteerd door de vorming van chroomhydroxiden, gevolgd door afscheiding van de gevormde chroomhydroxiden bijvoorbeeld door bezinking in een bezinktank.
Een andere toepassing is de afbraak van cyanide. Cyanide (CN-) aanwezig in afvalwater wordt door krachtige oxidatiemiddelen bij pH 10 omgezet in cyanaat. Als oxidatiemiddelen worden onder andere chloorkalk, natriumhypochloriet (NaOCl) gebruikt. Deze stof wordt vervolgens door precipitatie of filtratie afgescheiden. Analoge reacties als voor cyanide worden gebruikt voor het ontgiften van afvalwater dat nitriet, sulfide of sulfiet bevat.
Ontgiften kan ook gecombineerd worden met neutraliseren en ontwateren van de gevormde neerslag in een ONO-installatie (Ontgiften-Neutraliseren-Ontwateren). Het ontwateren van het hydroxideslib gebeurt in deze installatie vaak met een kamerfilterpers.
Nieuwe technieken voor ontgiften van afvalwaters omvatten
- het gebruik van biologische processen
- geavanceerde oxidatieprocessen zoals Fenton, of UV-licht, of zelfs direct zonlicht gekatalyseerd in combinatie met TiO2.
- Geavanceerde reductieprocessen zoals het gebruik van zerovalent ijzer
Specifieke voor- en nadelen
Ontgiften van het afvalwater maakt soms hergebruik van het afvalwater mogelijk of kan nuttig zijn als voorbehandeling voor een biologische waterzuivering. Een nadeel is dat het rendement van bovenstaande methoden lager dan 100% is. Dit betekent dat er in de praktijk in het effluent nog steeds een bepaalde hoeveelheid schadelijke componenten aanwezig kunnen zijn. Ook kan in sommige gevallen de reactie weer omkeerbaar gemaakt worden, bijvoorbeeld door de aanwezigheid van oxidantia of reductantia.
Toepassing
Ontgiften wordt vaak toegepast bij afvalwater afkomstig uit de galvanische en chemische industrie. Daarnaast worden deze technieken veelvuldig toegepast bij waterzuiveringen die water verwerken afkomstig van bodemsaneringen.
Voorbeelden van ontgiften van anorganische verbindingen kunnen zijn:
- NaOCl-oxidatie voor de ontgiften van cyanide, nitriet, sulfide en sulfiet in afvalwater van de oppervlaktebehandeling.
- Het gebruik van H2O2 (+UV of Fe) voor de afbraak van AOX, nitriet, sulfiet en cyanides.
- O3 (+UV of H2O2) voor de oxidatie van cyanide.
Gebruikte reductantia zijn onder meer FeSO4, NaHSO3 en NaS2O4. Voor de reductie van nitriet tot stikstofgas kan NH2SO3H toegepast worden.
Randvoorwaarden
De werking van ontgiften is sterk afhankelijk van de specifieke toepassing. Vooral de chemische parameters zijn van essentieel belang om een goede werking te verkrijgen. Het gaat hierbij om de pH, gehalten aan vervuiling in het afvalwater, storende elementen, etc. Bij cyanide- en chroomzuurhoudend water is ontgiften nodig voor het neutraliseren. Alkalisch en zuur spoelwater kan direct geneutraliseerd worden.
Werkingsgraad
Het rendement van een ontgiftingsinstallatie kan tussen de 50 en 99,9% bedragen, afhankelijk van de te verwijderen component. Een combinatie van precipitatie en een goede afscheiding na de ontgifting zal het rendement aanzienlijk verhogen. Dit komt doordat de geprecipiteerde componenten na verwijdering niet meer in oplossing kunnen gaan. Met biologische ontgiftingstechnieken zijn verwijderingsrendementen voor cyanides en metalen haalbaar rond 95 à 98%. De verwijderingsrendementen van de zonlicht techniek bedragen rond 85 % CZV verwijdering bij 12u blootstelling aan zonlicht en TiO2.
Hulpstoffen
De hulpstoffen zijn vaak chemicaliën, gassen (ozon ), UV-licht.
Milieu-aspecten
Giftig slib en/of onschadelijk slib vormen de reststoffen bij ontgiften.
Kosten
De kosten voor ontgiften zijn opgebouwd uit de verschillende hulpstoffen die gebruikt worden bij de techniek en daarnaast de zuiveringsonderdelen die moeten worden toegepast om het resultaat te verkrijgen.
De kostprijzen voor chemicaliën kunnen schommelen tussen 0,2 en > 25 €/kg.
De jaarlijkse kosten voor het ontgiften van 200 l effluent per dag met behulp van direct zonlicht en TiO2 bedragen voor investering 230 € en voor operationele kosten 120 €.
Opmerkingen
De praktijk komt in een behoorlijk aantal gevallen niet overeen met de theorie. Laboratoriumonderzoek en/of pilootonderzoek wordt dan ook altijd aangeraden.
Complexiteit
De complexiteit van deze techniek wordt bepaald door de te verwijderen stoffen. Het proces kan gaan van doseren van een enkele chemische stof tot een volledig geautomatiseerd en geïntegreerd proces met gebruik van ozon, peroxide en een precipitatie installatie.
Automatiseringsgraad
De automatiseringsgraad hangt af van de te verwijderen componenten en hun gehalten aanwezig in het afvalwater. Bij een mogelijke plaatsing van online meting is een verregaande automatisering haalbaar. In andere gevallen zal een intensievere opvolging en bijsturing vereist zijn.
Referenties
- AEA Technology, Manual of Effluent Process Technology, Environmental & Process Engineering Department, Harwell (GB), 1991
- Baeyens J., Hosten L. en Van Vaerenbergh E., Afvalwaterzuivering, Stichting Leefmilieu - Kluwer Editorial, 1995
- EIPPCB, Reference Document on BAT in Common Waste Water and Waste Gas Treatment / Management Systems in the Chemical Sector, draft februari 2009 (herziening in uitvoering)
- Koot A.C.J., Behandeling van afvalwater, 2nd edition, Uitgeverij Waltman, Delft, 1980.
- VOM (Vereniging voor Oppervlaktetechnieken van Materialen), Handboek Afvalwaterbehandeling, afkomstig van oppervlaktebehandelingen van metalen, 1997
- Geomicrobiology Journal, Volume 8, Issue 3 & 4 July 1990 , pages 241 – 249
- International Journal of Natural Sciences and Engineering 1:4 2008
- VITO-SCT, herwerking technische fiches WASS, 2009
Versie : februari 2010