Verwijdering van organische microverontreiniging bij ontijzering

IJzerhydroxiden in de drinkwaterbereiding

Op verschillende plekken in de drinkwaterproductie worden tijdens de (voor)zuivering van grond- of oppervlaktewater, boven – of ondergronds, ijzerhydroxides geproduceerd. In spaarbekkens gebeurt dit soms door ijzer te doseren en daarmee het oppervlaktewater te defosfateren. Een voorbeeld hiervan is de Afgedamde Maas, waaruit Dunea water inneemt en naar de duinen transporteert. Sinds 1976 past het waterleidingbedrijf hier defosfatering toe door ijzer(II)sulfaat toe te voegen. Een ander voorbeeld is het spaarbekken De Lange Vlieter, waar de Waterleiding Maatschappij Limburg (WML) recent met defosfatering van het oppervlaktewater is gestart door gebruik te maken van ijzer(III)chloride. Bij vrijwel alle grondwaterwinningen vindt ondergrondse of bovengrondse ontijzering plaats. Hierbij oxideert het opgeloste Fe(II) naar Fe(III), dat vervolgens in de vorm van ijzerhydroxides neerslaat. Ook in de (na)zuivering van oeverinfiltratiewinningen en duinwaterwinningen wordt ijzer toegepast.

IJzer is een redoxgevoelig element dat – afhankelijk van de biogeochemische condities – cyclisch kan oxideren van Fe(II) naar Fe(III) en reduceren van Fe(III) naar Fe(II). Bij deze redoxreacties en de hieraan gekoppelde oplos- en neerslagreacties van ijzerhydroxides, worden reactieve zuurstofverbindingen (ROS – reactive oxygen species) gevormd en afgebroken. Het gaat hierbij bijvoorbeeld om het superoxide-anionenradicaal (O2-), waterstofperoxide (H2O2) en het hydroxylradicaal (OH·). Een voorbeeld van een proces waarbij ROS worden geproduceerd en afgebroken is de oxidatie van Fe(II) met zuurstof tot Fe(III). Dit gebeurt ook bij de reductie van Fe(III) met opgelost organisch materiaal (DOM – dissolved organic matter), onder invloed van licht. Reactieve zuurstofverbindingen kunnen organische moleculen zoals DOM oxideren, maar ze kunnen ook organische microverontreinigingen afbreken. Een voorbeeld van een proces waarbij reactieve zuurstofverbindingen bewust voor dit doel worden geproduceerd, is het Fenton-proces dat zijn toepassing heeft in de (afval)waterzuivering. Bij waterzuivering op basis van het Fenton-proces wordt naast ijzer ook waterstofperoxide gedoseerd. De Fenton-reactie (oxidatie van Fe(II) tot Fe(III) met waterstofperoxide waarbij een hydroxylradicaal wordt gevormd) vindt ook plaats zonder toevoeging van waterstofperoxide. Waterstofperoxide wordt namelijk ook gevormd bij de oxidatie van Fe(II) met zuurstof tot Fe(III). Uiteraard zijn de ROS concentraties in dat geval (veel) lager dan bij waterzuivering op basis van het Fenton-proces. Daarnaast is ook uit eerder onderzoek naar ondergronds zuiveren gebleken dat aanrijkingen met ijzerhydroxiden de verwijdering van sommige voor drinkwaterproductie relevante organische microverontreinigingen kunnen bevorderen.

Effecten van ijzerdosering op organische microverontreinigingen

De vorming van ijzerhydroxides in de drinkwaterproductie door toepassing van ijzer(III)chloride of ijzer(II)sulfaat en beluchting van grondwater kan dus (onbedoeld) een gunstig effect hebben op de verwijdering van organische microverontreinigingen. Het cyclisch reduceren van ijzerhydroxides met DOM en het oxideren van Fe(II) onder wisselende redox condities, kunnen dit verder stimuleren. Waarnemingen van organische microverontreinigingen in de Afgedamde Maas laten afbraakprocessen zien, maar het is onduidelijk of deze in verband staan met de ijzer(II)sulfaat dosering.

Fundamentele vragen

Het onderzoek is vrij fundamenteel van aard en heeft tot doel om in kaart te brengen wat de potentiële effecten zijn van oxidatie van ijzer(II) en neerslagen van ijzerhydroxides op het verwijderen van organische microverontreinigingen tijdens de drinkwaterproductie. Met de resultaten kan ijzer gerichter voor dit doel tijdens de voorzuivering worden ingezet of zijn aanpassingen hierin mogelijk. Te denken valt aan verbeteringen in ondergronds zuiveren door toepassing van ontijzeren of aan voorzuivering van oppervlaktewater in spaarbekkens.