AFWEZIGHEID VAN BIOMASSA

Tenslotte zijn de effecten van ozon op de verwijderingsprestaties van het O3­STEP® filterniet mét biomassa getest in het proof­of­principle onderzoek. Er is gedurende deze fase alleen zonder biomassa getest. Literatuur schrijft echter een verlengde standtijd deels toe aan de biomassa [10, 20, 40]. De biomassa zou enerzijds beter ontwikkelen doordat ozoneren leidt tot beter biologisch afbreekbaar materiaal. Hierdoor kan meer biomassa in het filter groeien dat vervolgens weer meer organisch materiaal kan afbreken, waardoor er meer adsorptieplaatsen beschikbaar blijven voor microverontreinigingen.

Anderzijds kan de biomassa microverontreinigingen opnemen en afbreken. De biomassa kan ook geabsorbeerde microverontreinigingen van het kool “grazen” en daarmee het kool deels regenereren. Daarmee wordt de adsorptiecapaciteit nog langer in stand gehouden.

Een van de belangrijke vragen blijft hoe de denitrificatie reageert op de ozondosering: een restproduct van ozon is zuurstof en een verhoogde concentratie opgelost zuurstof in het water kan negatieve effecten hebben op de biologische stikstofverwijdering.

7.4 RESULTATEN LABORATORIUMONDERZOEK

In deze paragraaf is in alle grafieken de grens van 80% verwijderingsprestatie weergegeven. Het verwijderingsrendement in dit rapport is gebaseerd op de reductie ten opzichte van het

onbehandelde rwzi effluent. 80% verwijdering (vergeleken met het influent concentratie) is een waarde die in Duitsland en Zwitserland gehanteerd wordt als goede verwijdering, daarom wordt het hier als referentie aangehouden [29]. De verschillende (actiefkool)doseringen zijn gebruikt om adsorptie­isothermen te bepalen die de basis vormen voor de standtijdmodel­ leringen (paragraaf 7.5). Adsorptie­isothermen zijn grafieken die de mate van adsorptie aan het actiefkool aangeven. Ze geven de hoeveelheid van de doelstof aan die aan het actiefkool geadsorbeerd is als functie van de concentratie van de doelstof bij constante temperatuur, voor meer detail zie referentie [25], hoofdstuk 3.6.2 en 4.7.

In de praktijk zeggen de verschillende actiefkooldoseringen weinig tot niets over de verwij­ deringsrendementen in het full­scale filter. De in deze paragraaf weergegeven verwijderings­ prestaties geven daarom slechts een indicatie van mogelijke verwijderingsprestaties en geven vooral de verschillen aan tussen losstaande ozon­ en actiefkoolbehandeling en de effecten van combinatie van technieken. De echte verwijderingsprestaties in het actiefkoolbed dienen in het vervolgtraject gedurende een langere periode bekeken te worden.

7.4.1 OZON

Ozon breekt via twee routes stoffen af, zoals in bijlage I is uitgelegd: directe reactie van ozon­ moleculen met organisch materiaal en indirecte reactie, waarbij de reactie via radicalen loopt. Via de directe route worden met name stoffen met dubbele bindingen, stoffen met aminegroepen, benzeenringen met daaraan amine­ of hydroxylgroepen of benzeenringen met etherverbindingen eraan afgebroken [23, 63]. De indirecte route is een meer aspecifieke route, waar meer verschillende stofgroepen worden afgebroken. Beide type reacties kunnen voorkomen in de watermatrix. Tabel 7.4 presenteert de molecuulstructuur van de verschil­ lende doelstoffen met de daaruit volgende relevante eigenschappen voor de directe route van ozonoxidatie. De directe route is weergegeven omdat hier stof specifieke eigenschappen van belang zijn, terwijl die bij de indirecte route minder dominant zijn. In deze tabel zijn de verwijderingsprestaties weergegeven bij 0,8 g O₃/g DOC. Deze dosering is, op basis van hoofd­ stukken 3­5 een realistische optie om in een full­scale opstelling te gebruiken.

TABEL 7.4 MOLECUULSTRUCTUUR EN TYPE OZON-RELEVANTE EIGENSCHAPPEN VAN DE DOELSTOFFEN [21, 23, 63], EN DE VERWIJDERINGSPRESTATIES IN DE SCHUDPROEVEN BIJ 0,8 G O₃/G DOC;

Doelstof Molecuulstructuur Ozon-relevante eigenschappen % verwijderd bij 0,8 g O₃/g DOC

Benzotriazol geen geactiveerde benzeenring, wel op

aminegroepen lijkende verbindingen.

>70

Carbamazepine Aminegroep tussen twee benzeenringen >95

Clarithromycine Verschillende hydroxyl- en aminegroepen als ook

etherverbindingen

Doelstof Molecuulstructuur Ozon-relevante eigenschappen % verwijderd bij 0,8 g O₃/g DOC

Diclofenac Aminegroep tussen twee benzeenringen

De chlorideverbindingen kunnen de ozonoxidatie (licht) hinderen.

>951

Ibuprofen niet geactiveerde benzeenring; >70

Metformine geen geactiveerde benzeenringen, wel dubbele

N-bindingen en aminegroepen

~20

Metoprolol benzeenring met een etherverbinding, hydroxyl- en

aminegroep.

>80

Sotalol benzeenring met zowel hydroxyde- als

aminegroepen;

>95

Sulfamethoxazole benzeenring met aminegroepen; >951

Trimethoprim Benzeenring met meerdere ethergroepen, tevens

zijn meerdere aminegroepen aanwezig

>95

1) De data uit de meting van 0,8 g O3/g DOC is verworpen in de datavalidatie. Bij 0,4 g O3/g DOC wordt al >95% verwijdering waargenomen, dus het is aannemelijk dat dit ook bij 0,8 g O3/g DOC het geval is.

De grafiek in Afbeelding 7.6 laat de verwijderingsprestaties van de doelstoffen zien bij de verschillende ozondoseringen. Sommige stoffen zoals carbamazepine, claritomycine, diclo­ fenac, sotalol, sulfamethoxazol en trimethoprim worden relatief goed verwijderd: bij lage doseringen worden deze stoffen al grotendeels verwijderd (0,4 g O₃/g DOC verwijdert >95% van deze stoffen).

Benzotriazol, ibuprofen en metoprolol worden minder goed verwijderd. Voor deze stoffen is een minimale ozondosering van 0,8 g O₃/g DOC nodig om tot circa 80% verwijdering te komen. Metformine is moeilijk te verwijderen. Bij een ozondosering van 0,8 g O₃/g DOC wordt circa 20% verwijdering gerealiseerd.

AFBEELDING 7.6 VERWIJDERINGSPRESTATIES BIJ VERSCHILLENDE OZONDOSERINGEN. WAAR “0” STAAT AANGEGEVEN IS DAADWERKELIJK 0 GEMETEN. WAAR GEEN DATA STAAT WEERGEGEVEN EN DUS DE STAVEN GEHEEL ONTBREKEN, IS DE DATA GEDURENDE DE DATAVALIDATIE VERWORPEN. DE HORIZONTALE BLAUWE LIJN GEEFT 80% VERWIJDERINGSPRESTATIE AAN. DE FOUTBALKEN GEVEN, WAAR BESCHIKBAAR, DE FOUTMARGE AAN TUSSEN DE VERSCHILLENDE ANALYSERESULTATEN

Deze observaties komen grotendeels overeen met de verwachtingen op basis van literatuur [12] en moleculaire structuur. Carbamazepine, claritomycine, diclofenac, sotalol, sulfame­ thoxazol en trimethoprim bevatten allen meerdere met ozon reagerende groepen. Dit is terug te zien in de vergaande oxidatie. Metoprolol bevat ook enkele van deze groepen, maar wordt iets minder goed verwijderd. Benzotriazol en ibuprofen hebben geen geactiveerde benzeen­ ring of dubbele binding en zijn daardoor lastiger om te zetten. Metformine heeft weliswaar een aantal amine­achtige verbindingen maar blijkt in praktijk zeer lastig om te zetten.

Als wordt gekeken naar de gemiddelde verwijdering van de cocktail van de doelstoffen, is te zien dat bij toenemende ozondoseringen de verwijderingsprestatie toeneemt. De grafiek in Afbeelding 7.7 geeft de gemiddelde verwijderingsprestaties over de gehele cocktail. Metformine wordt, zoals eerder besproken, slecht verwijderd over de gehele doseerrange en heeft daarbij een groot effect op de gemiddelde waarden.

62

AFBEELDING 7.7 GEMIDDELDE VERWIJDERINGSPRESTATIES VAN DE GEHELE COCKTAIL VAN DOELSTOFFEN10. DE HORIZONTALE BLAUWE LIJN GEEFT 80% VERWIJDERINGSPRESTATIE AAN

Bij een ozondosering van 0,4 g O₃/g DOC kan al circa 80% van de gehele cocktail verwijderd worden. Als metformine buiten beschouwing gelaten wordt komt dit op 90%. Verhogen van de dosering naar 0,8 g O₃/g DOC verhoogt de verwijderingsprestaties nog iets verder (tot circa 85% op de gehele cocktail). Bij 1,4 g O₃/g DOC wordt circa 90% van de gehele cocktail verwijderd.