Principeschema
Principe- en installatiebeschrijving
Zandfiltratie wordt toegepast voor het verwijderen van zwevend stoffen, alsook drijvende en bezinkbare deeltjes. Het afvalwater stroomt verticaal doorheen een bed van fijn zand en/of grind. Aanwezige deeltjes worden verwijderd door middel van adsorptie of fysische inkapseling. Als de drukval over de filter te groot wordt, moet teruggespoeld worden.
Er kan onderscheid worden gemaakt tussen continue en discontinue filters. Bij continue filters (vaak opwaarts stromende filters) wordt voortdurend het vervuild zand verwijderd, gewassen en hergebruikt zonder onderbreking van het filtratieproces. Discontinue filters (vaak neerwaarts stromende filters) onderbreken hun werking en voeren een tegenstroomspoeling uit. Er worden luchtbellen in het zandbed geblazen zodat dit losgewoeld wordt. Vervolgens stroomt gefilterd water in tegenstroom doorheen het filterbed. De vervuilde materie komen vrij en stroomt- mee met het spoelwater. Het filtratieproces kan hervatten.
Het rendement van een zandfilter wordt bepaald door een tweetal manieren van werken van zandfilters, namelijk oppervlaktefiltratie en dieptefiltratie. Bij oppervlaktefiltratie worden de af te vangen deeltjes reeds boven op het filterbed afgevangen. Deze deeltjes vormen samen een macroporeuze koek die nieuwe deeltjes op een zeer effectieve wijze kunnen afvangen. Bij dieptefiltratie gaat het in het algemeen om kleinere deeltjes die moeilijker af te vangen zijn en die door adsorptie aan de zanddeeltjes hechten. Vuil afkomstig van oppervlaktefiltratie is gemakkelijker te verwijderen tijdens het terugspoelen ten opzichte van vuil afkomstig van dieptefiltratie.
Specifieke voor- en nadelen
Belangrijk voordeel van een zandfilter is de eenvoudige installatie waarmee in vele gevallen een aanzienlijk rendement kan worden verkregen. Een zandfilter kan op vele plaatsen in een waterhuishouding worden toegepast, zowel als voorbehandeling, als sidestreamfiltratie en als polishingfilter. Vaak levert de zandfilter een effluent op dat eventueel weer hergebruikt kan worden.
Soms moeten chemicaliën worden toegevoegd om het rendement van de zandfilter op te drijven. Een nadeel van zandfiltratie is het spoelwater dat ontstaat bij het reinigen van de zandfilter. Dit zwaar vervuild water moet verder behandeld of afgevoerd worden. Om de belasting op de filter te beperken wordt voor zwaar beladen afvalwaters (veel zwevende en bezinkbare stoffen) een voorafgaande bezinkingsstap toegepast. Hierdoor wordt veelvuldig terugspoelen van de zandfilter vermeden.
Discontinue zandfilters worden vaak in parallel geplaatst om een continue procesvoering te kunnen handhaven tijdens het reinigen van één van de filters.
Toepassing
Zandfilters worden gebruikt in diverse sectoren en processen, waar een verregaande verwijdering van zwevende stoffen uit het water of afvalwater gewenst is.
Sectoren waarin zandfiltratie wordt toegepast zijn bijvoorbeeld drinkwater productie, zwembaden, car-wash, grondwaterbehandeling, RWZI, slachthuizen, groenten- en fruitverwerkende industrie, dranken, voedingsindustrie, oppervlaktebehandeling van metalen, …
Aanmaak koelwater; bereiding van drinkwater, voorfiltratie bij actief koolbehandeling en membraansystemen en filtratie zwembadwater zijn enkele processen waarbij zandfilters worden toegepast.
Enkele voorbeelden van toepassing zijn onder meer:
- Ontijzering van grondwater door middel van beluchting en zandfiltratie.
- Eindzuivering van afvalwater, volgend op metaalprecipitatie en bezinking, om resterende sporen van metaalhoudend slib te verwijderen.
- Eindzuivering van afvalwater dat ontstaat bij de productie van ijzer, staal en non-ferro legeringen. De zandfiltratie kan hierbij voorafgegaan worden door processen als precipitatie/bezinking, coagulatie/flocculatie/bezinking, flotatie.
- Zuivering van afvalwater dat belast is met straalgrit en verfdeeltjes, bijvoorbeeld op scheepswerven.
- Toepassing zonder meer als eindzuivering (of voorafgaand aan actieve kool filtratie) om hergebruik toe te laten.
- Toepassing in glastuinbouw als ontsmetting van drainwater (langzame zandfilter)
Randvoorwaarden
De hydraulische snelheid van discontinue zandfilters varieert tussen 3 en 20 m3/m2/uur met een gemiddelde van ongeveer 10 m3/m2/uur. De doorstroomsnelheid wordt o.a. bepaald door het te behalen eindresultaat. Langzame zandfilters hebben een oppervlaktebelasting van 0,1-0,2 m³/m²/uur. Continue zandfilters hebben een hydraulische snelheid van 5-10 m3/m2/uur.
Werkingsgraad
Zandfiltratie wordt in hoofdzaak toegepast voor de verwijdering van zwevende stoffen. De rendementen hiervoor kunnen variëren tussen 50 en 99,99%, afhankelijk van het al dan niet gebruik maken van hulpstoffen.
Naast zwevende materie worden o.a. CZV, BZV, organisch gebonden stikstof en fosfaat, en niet-opgeloste metalen mee verwijderd uit het afvalwater.
Hulpstoffen
Eventueel kan vooraf een coagulant/flocculant worden gedoseerd om het rendement te verhogen.
Milieu-aspecten
Tijdens de terugspoelfase ontstaat er een waterstroom die een grote hoeveelheid afvalstoffen bevat. Deze stroom moet behandeld of afgevoerd worden, wat een extra kost met zich meebrengt. In sommige gevallen kan dit spoelwater nuttig worden ingezet, bv. spoelwater van ontijzering kan gebruikt worden bij chemische defosfatering.
Kosten
Investeringkost voor een polyester zandfilter van 12 m³/u voor een zwembad (48 tot 60 m³) bedraagt 550 - 600 €.
Een industriële, continue zandfilter van 5 m² of ongeveer 50 m³/u kost rond 50 000 €. Wegens zijn eenvoud en beperkt onderhoud is de werkingskost erg laag.
Opmerkingen
Op de korrels van een langzame zandfilter kan biomassa groeien, waardoor in de zandfilter een biologische activiteit kan gebeuren. De langzame zandfilter wordt gebruikt als desinfecterende techniek in glastuinbouw.
Complexiteit
Zandfiltratie is een vrij eenvoudig proces.
Automatiseringsgraad
Het system is eenvoudig te automatiseren. Continue zandfilters hoeven slechts beperkte automatisering (drukval, alarmen). Bij discontinue zandfilters daarentegen dient de spoelcyclus geautomatiseerd te worden en geïnitieerd door een gemeten drukval of op tijdsbasis.
Referenties
- 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)
- VITO-SCT, herwerking technische fiches WASS, 2009
Versie : februari 2010