Principeschema
Fysisch (vb. UV)
BRON: VITO-SCT, 2009
Chemisch (vb. ozon in batch)
BRON: VITO-SCT, 2009
Principe- en installatiebeschrijving
Desinfectie kan gebeuren door toevoeging van een extern agens om de schadelijke micro-organismen af te doden of door ze te verwijderen d.m.v. membranen. Een goed desinfecterend agens is toxisch voor de micro-organismen en dit bij een beduidend lagere concentratie dan de toxiciteitgrens voor mens of dier. Een snelle werking en voldoende doeltreffendheid om latere bacteriegroei te voorkomen zijn ook vereisten. Bij gebruik van membraanfiltratie zal, afhankelijk van het gekozen membraan en de procescondities, een gedeeltelijke of volledige verwijdering van de micro-organismen bekomen worden.
De technieken die gebruik maken van een extern agens kunnen worden onderverdeeld in directe en permanente desinfectie. Directe werking volstaat als de groei van de overlevende micro-organismen zeer traag is of als er geen herbesmetting kan optreden. UV-bestraling en ozonisatie geven zulk een ontsmetting. Chemische methoden en elektrolyse brengen een blijvende of permanente desinfectie teweeg. Sommige desinfectietechnieken – al dan niet in combinatie – hebben het nadeel dat ze mogelijk toxische bijproducten vormen. Extra inspanningen moeten geleverd worden om de vorming ervan te reduceren of om de producten te elimineren. Nieuwe technieken zijn o.a. ioniserende straling (electronbeam), plasmatechnologie en pulsed electric field.
De keuze van de toegepaste techniek wordt beïnvloed door tal van parameters. Onder deze invloedfactoren o.a.:
- samenstelling van het water (o.a. hardheid, troebelheid, pH, t°, …);
- nood aan blijvende of tijdelijke desinfectie;
- soort micro-organisme;
- veiligheidsaspecten (transport & opslag);
- gezondheidsaspecten (mens & milieu);
- inpasbaarheid (ruimte, integratie in proces, …);
- complexiteit (handelingen e.a.);
- kostprijs;
- eisen die gesteld worden aan het behandelde water.
De effectiviteit van het desinfectans is afhankelijk van het te bestrijden micro-organisme. Zodoende zal dus per specie en afhankelijk van de overige invloedsfactoren een selectie gebeuren naar het meest optimale desinfectans.
Specifieke voor- en nadelen
Toevoeging van een oxiderend product resulteert in chemische oxidatie. De meest gebruikte chloorverbindingen zijn chloorgas (Cl2), natriumhypochloriet (NaOCl), calciumhypochloriet (Ca(OCl)2) en chloordioxide (ClO2). Voordelen van desinfectie obv chloor zijn de eenvoudige installatie, mogelijkheid tot flexibele dosering, depotwerking en relatief goedkoop. De optimale chloordosering is moeilijk te bepalen, omdat deze sterk afhankelijk is van de samenstelling van het water. Temperatuur, zuurtegraad en belasting van het water zijn de belangrijkste beïnvloedende parameters. Er zal zodoende steeds een overdosering moeten gebeuren. Ook kunnen gevaarlijke nevenproducten gevormd worden.
De inzetbaarheid van ozon hangt sterk af van de samenstelling van de vervuiling van het afvalwater. Bovendien verloopt de aanmaak van ozon continu, terwijl de vervuiling van het afvalwater sterk kan variëren. Er zal dus steeds een overdosering gebeuren en restozon (welk toxisch is) moet vermeden worden. Ozon behandeling heeft een gunstig effect op geur, smaak en kleur van het behandelde water. De installatie is complexer dan een unit voor chloordesinfectie, maar is makkelijk te automatiseren. Ozon reageert zeer snel en heeft geen depotwerking. Nadeel is de slechte oplosbaarheid van ozon in water.
Het rendement van UV-behandeling wordt bepaald door de waterkwaliteit (o.a. troebelheid), de intensiteit van de UV-straling, de tijd van bestralen en de reactorconfiguratie. Voor UV-behandeling kunnen twee type lampen gebruikt worden: lage druk lampen en medium druk lampen. De laatste hebben een 15 tot 20 maal hogere intensiteit, ze hebben sneller resultaat en hebben een hogere penetratiecapaciteit. Nadelen zijn de werking bij hogere temperatuur en vereisen een hogere energie-input. Belangrijkste voordelen van UV zijn geen beïnvloeding van de waterkwaliteit naar samenstelling, directe werking, beperkte plaatsbehoefte, veilige en gecontroleerde desinfectie. Het te behandelen water moet wel helder zijn en UV heeft ook geen depotwerking.
Peroxide op zich heeft slechts een weinig desinfecterende werking. Om deze reden wordt het steeds in combinatie gebruikt met andere technieken (bv. ozon). Peroxide laat geen restproducten achter en dosering kan afhankelijk van de vraag worden aangepast.
Desinfectie door membranen gebeurt meestal door UF-membranen. Belangrijk voordeel van deze techniek is dat er geen chemicaliën gebruikt worden. De schadelijke organismen worden verwijderd uit de waterstroom in tegenstelling tot andere technieken waarbij ze enkel gedood worden.
Toepassing
Toepassingen van desinfectie zijn terug te vinden in tal van industriële sectoren. Enkele voorbeelden zijn drinkwaterbehandeling, behandeling van (gezuiverd) water bij waterhergebruik, ontsmetting van zwembaden, behandeling van water in koeltorens en scrubbers, desinfectie van water in car- en truckwashes, toepassing in de cosmetica sector, ziekenhuizen, farmaceutische industrie, …
Randvoorwaarden
Elke techniek heeft eigen eisen voor het te behandelen water. Ook de te verwijderen specie bepaalt mede welke techniek in aanmerking komt. Niet elke techniek is immers effectief tegen eender welk organisme. Sommige desinfectants wijzigen de samenstelling van het water, welk niet altijd gewenst is.
Behandeling met UV vereist een maximale UV transmissie van het water. Scaling en fouling op de UV-lamp moet de nodige aandacht krijgen. UV is een techniek waarbij samenstelling van het water niet beïnvloed wordt.
Voor een aantal niet selectieve technieken (bv. ozon en chloreren) bepaalt het initieel gehalte oxideerbare verbindingen de effectiviteit van desinfectie. Een hoog gehalte oxideerbare verbindingen maakt dat de vereiste dosering desinfectant om effectief te zijn, ook hoog moet zijn. Ook de pH van het water is mede bepalend opdat een specifiek oxidant kan ingezet worden. Andere aanwezige stoffen (bv. ammonium) kunnen de werking van het desinfectant sterk beïnvloeden.
Werkingsgraad
Bij een goede selectie van de desinfectietechniek is het rendement hoog.
Hulpstoffen
Afhankelijk van de techniek: chloorgas, natrium- en calciumhypochloriet, chloordioxide, chlooramines, ozon, perazijnzuur, peroxide, metalen, …
Milieu-aspecten
Bij sommige desinfectants ontstaan nevenproducten (bv. bromaat bij ozon). Door hoge doseringen kunnen reststoffen aanwezig blijven in het water. Deze moeten vermeden worden.
Kosten
De investeringskost is afhankelijk van o.a. de toepassing, de waterkwaliteit, het systeem en de vereiste capaciteit. Een installatie voor 46 g/u ClO2 kost ca.10 000 € (productie + in-line meting). Het energieverbruik, chemicaliën en personeel bepalen in grote mate de werkingskost.
Ozon dient ter plaatse te worden aangemaakt en het elektriciteitsverbruik is daarbij vrij hoog (150 g O3/kWh). Vertrekkende van zuivere zuurstof bedraagt de kost 6 à 15 kWh/kg O3, uit lucht bedraagt dit 17 à 30 kWh/kg O3. Investeringskost voor een installatie met een capaciteit van 5 m³/u heeft de ozongenerator een geïnstalleerd elektrisch vermogen van 2 à 10 kW. De investeringskostprijs voor deze installatie bedraagt ca. 30 000 €.
Investeringskosten voor een UV-installatie voor 10 m³/u bedragen ca. 6 200 €. Grootste werkingskosten zijn te wijten aan vervanging van de lampen, energie, chemicaliën voor het reinigen en personeel. Afhankelijk van het type lampen moeten deze vervangen worden na 5000 à 100000 werkuren. MP-lampen kosten 4 à 5 maal meer dan LP-lampen.
Opmerkingen
Bij gebruik van chloor en ozon kunnen giftige gassen vrijkomen.
Complexiteit
UV en het doseren van chemicaliën vergt eenvoudige installaties. Door de beperkte oplosbaarheid van ozon in water, moet hier de nodige aandacht aan geschonken worden. Dit maakt deze units complexer.
Automatiseringsgraad
De installaties zijn zeer goed automatiseerbaar, met voldoende mogelijkheden voor opvolging.
Referenties
- VITO-SCT, herwerking technische fiches WASS, 2009
Versie : februari 2010