project

Voorspellingsmodellen voor de verwijdering van organische microverontreinigingen

Expert(s):
dr.ir. Bas Wols, dr.ir. Roberta Hofman, dr.ir. Emile Cornelissen, dr.ir. Martin Korevaar, Wolter Siegers, ing. Erwin Beerendonk

  • Startdatum
    01 jan 2021
  • Einddatum
    31 dec 2022
  • Opdrachtgever
    Bedrijfstakonderzoek
  • samenwerkingspartner(s)
    Bedrijfstakonderzoek

Organische microverontreinigingen (OMV’s) in bronnen voor drinkwater halen regelmatig het nieuws. De hoeveelheden van OMV’s zijn doorgaans zeer laag en niet schadelijk voor de gezondheid, maar als watersector willen we proactief handelen en veilig en betrouwbaar drinkwater leveren. De centrale vraag in dit project is hoe OMV’s het efficiëntst kunnen worden verwijderd in de waterzuivering, en hoe we dat vooraf kunnen inschatten. Binnen de softwaretool AquaPriori zijn hiervoor modellen ontwikkeld.

Organische microverontreinigingen uit het water halen

Verwijderen van OMV’s uit het water blijft een belangrijk aandachtspunt. Zowel in oppervlaktewater als grondwater komen regelmatig (nieuwe) stoffen voor. Een belangrijke vraag hierbij is of de huidige zuivering deze stoffen kan verwijderen en zo niet, welke zuiveringsstappen nodig zijn om dit voor een specifieke stof te doen. In het huidige project ligt de focus op modellering van de meest gebruikte barrières tegen organische microverontreinigingen, namelijk: actieve koolfiltratie, membraanfiltratie en oxidatie.

In een eerder BTO-project zijn bestaande modellen voor actieve koolfiltratie en membraanfiltratie verder ontwikkeld en is oxidatie (zowel op basis van UV/H2O2 als ozon of ozon/H2O2) toegevoegd. Er is een lijst van stoffen samengesteld, die de range aan eigenschappen van microverontreinigingen in water bestrijkt. Deze zijn getest voor actieve koolfiltratie en een aantal verschillende membranen. Hiermee zijn de modellen gevalideerd. De rol van natuurlijk organisch materiaal (NOM) in zowel adsorptie van OMV’s tijdens actieve kool filtratie (AKF) als afbraak van OMV’s in oxidatieprocessen blijft een belangrijke onderzoeksvraag, net zoals de rol van stoflading in de membraanmodellen. Tevens is validatie van de oxidatiemodellen nodig.

Verbetering modellen voor OMV-verwijdering

In dit project stellen we de volgende onderzoeksvragen:

  1. Bij adsorptie aan actieve kool speelt de aanwezigheid van NOM een belangrijke rol. Het lijkt erop dat verschillende NOM-fracties verschillende invloeden uitoefenen op wanneer een stof doorbreekt. Hiervoor zijn aanvullende experimenten nodig van water met verschillende NOM-fracties. De isothermen van verschillende NOM-fracties (en van mogelijk verschillende watermatrices) kunnen gebruikt worden voor de NOM- en OMV-isothermen in het AKF-model. Door het toevoegen van NOM-fracties zijn de modellen beter toepasbaar voor diverse watermatrices (met elk een eigen NOM-samenstelling).
  2. Voor de oxidatiemodellering zijn validatie-experimenten nodig, in het bijzonder voor ozonprocessen. Naast de omzetting van OMV’s is competitie met NOM (reactie van ozon met NOM en/of NOM-fracties) belangrijk om mee te nemen in de experimenten, zodat het model ook toepasbaar is op andere watermatrices. Daarnaast zijn voor oxidatieprocessen die op UV zijn gebaseerd betere voorspellingen nodig van de fotolyse-constanten voor nieuwe stoffen.
  3. In de membraanmodellen worden verschillen in verwijdering van OMV’s tussen traditionele NF/RO-membranen geschaald aan de hand van zoutretenties. Voor een betere voorspelling van andere membranen wordt dit verder uitgediept door rekening te houden met verschillen in lading (van zowel de OMV’s maar ook bijvoorbeeld tussen NaCl of MgSO4). Zeker voor (capillaire) NF-membranen is deze ladingsinteractie belangrijk voor de scheiding. Om de ladingsinteractie beter in het model mee te kunnen nemen, willen we in het vervolg ook andere typen capNF-membranen doormeten. Tevens werken we aan een vertaling van OMV-retentiegegevens van capNF-membranen op labschaal naar grote schaal- toepassing door gebruik te maken van grotere recoveries (met een feed&bleed systeem). Dit wordt gevalideerd met experimenten.
  4. Voor alle modellen geldt dat een beeld verkregen moet worden van de onzekerheden in de parameters en de voorspellingen.

Inschatting maken van zuiveringseffect

Bij het aantreffen van een nieuwe stof is met de modellen snel in te schatten of deze door de huidige zuivering wordt verwijderd en/of dat noodmaatregelen nodig zijn. Ook kan zo worden voorzien welk type additioneel proces mogelijk het meest effectief is. Voor het ontwerpen van nieuwe zuiveringen of renovaties is het belangrijk te weten welke zuiveringsprocessen en condities het beste zijn voor het verwijderen van een specifieke OMV.