PROOF-OF-PRINCIPLE
VERKLARING VAN AFWIJKENDE RESULTATEN
7.6 IMPLICATIES VOOR UITGANGSPUNTEN
Deze paragraaf beschouwt de effecten van het proofofprinciple onderzoek op de belang rijkste uitgangspunten uit hoofdstuk 35 en de tussenconclusies zoals beschreven in hoofd stuk 6. Hieronder wordt de gehanteerde ozondosering, contacttijd, actiefkool bedhoogte en standtijd behandeld. Op hoofdlijnen bevestigen de resultaten uit het proofofprinciple onder zoek de in de hoofdstuk 35 gehanteerde uitgangspunten en ontwerpspecificaties die in de conceptontwikkeling zijn gebruikt, maar er is wel ruimte voor optimalisatie.
7.6.1 OZONDOSERING
De laboratoriumresultaten onderbouwen de gebruikte ozondosering uit hoofdstuk 3.1.5. Hier is een ozondosering van 0,7 g O3/g DOC aangenomen, in het laboratoriumonderzoek worden goede resultaten behaald met 0,8 g O3/ g DOC. Deze waarden komen overeen met veelge bruikte ozondoseringen in recente onderzoeken in Duitsland en Zwitserland [1, 13, 22, 41, 69]. De ozondoseringsrange van 0,8 g O3/g DOC uit de conceptontwikkeling is een legitieme ontwerpkeuze die ook in het vervolgtraject kan worden gehanteerd. Het verdient echter de aandacht om ook de range tussen 0,4 en 0,8 g O3/g DOC nader te onderzoeken. Met 0,4 g O3/g DOC is >80% verwijdering over de gehele cocktail haalbaar, vergelijkbaar met 0,8 g O3/g DOC. Op basis van de modellering resulteert deze dosering in een kortere standtijd, maar de onder bouwing hiervoor laat te wensen over. Dit dient dus getest te worden in praktijkonderzoek.
7.6.2 VERBLIJFTIJD OZONREACTOR
De verblijftijd in de ozonreactor bepaalt het volume van de ozoncontactor en daarmee de investeringskosten hiervoor. In hoofdstuk 35 is uitgegaan van een nominale contacttijd van 25 minuten. Gedurende dit proofofprinciple is niet expliciet gekeken naar de contacttijd in de ozonreactor.
Tijdens pilottesten met ozonoxidatie op zowel de awzi Leiden ZuidWest als op de rwzi Aachen Soers bleek dat de invloed van de contacttijd op de ozonoxidatie gering. De invloed van de contacttijd op de eliminatie van microverontreinigingen lijkt op basis van deze onderzoeken verwaarloosbaar [42, 49]. Op basis hiervan wordt aangeraden voor de zekerheid de nominale ontwerp contacttijd van 25 minuten aan te houden, maar om gedurende vervolgonderzoek nadrukkelijk te kijken naar mogelijke verkorting hiervan.
7.6.3 BEDHOOGTE ACTIEFKOOLFILTER
In hoofdstuk 35 is uitgegaan van een bedhoogte van 2,5 meter (zie tabel 3.3) om bij een opper vlaktebelasting van 10 m3/m2/h een EBCT van 15 minuten te realiseren. Uitgangspunt is dat deze EBCT minimaal nodig is voor vergaande verwijdering van microverontreinigingen. De minimale vereiste EBCT met het koolbed in combinatie met ozonoxidatie is gedurende het proofofprinciple niet expliciet getest.
Gedurende de proofofprinciple is aangetoond dat bij ozondoseringen hoger dan 0,4 g O3/g DOC al ~80% verwijdering te realiseren is op de cocktail van doelstoffen. Het actiefkool filter dient op deze manier als robuuste barrière voor metabolieten en moeilijk te oxideren microverontreinigingen. Omdat de ozonoxidatie al een (groot) deel van de doelstoffen afvangt is de verwachting dat een minder lange EBCT nodig is. Bij alleen actiefkool filtratie zou een lange EBCT gebruikt worden om voldoende adsorptietijd en daarmee verwijdering te creëren. Aangezien actiefkool een grote factor is in zowel kosten als duurzaamheid zou een minder hoog koolbed wenselijk zijn. In het 1STEP® filter op rwzi Horstermeer is een bedhoogte van circa 1,5 m gebruikt. Dit levert voldoende EBCT op voor nutriëntenverwijdering. Op basis van de verwijderingsprestaties van ozon zou het mogelijk kunnen zijn om met een kortere EBCT acceptabele verwijdering over het gehele systeem te behalen. Voor vervolgonderzoek wordt aangeraden om in het ontwerp de mogelijkheid in te bouwen om met een bedhoogte van 2,5 m te werken, maar om ook zeker met een kortere EBCT te testen.
7.6.4 STANDTIJD ACTIEFKOOLFILTER
In paragraaf 3.1.8 is ervan uitgegaan dat een standtijd van 35.000 bedvolumes haalbaar is als ozonbehandeling wordt voorgeschakeld voor het 1STEP® filter. Zonder ozondosering is een standtijd van 15.00020.000 bedvolumes haalbaar waarbij nog aantoonbaar verwijde ring van microverontreinigingen optreedt [6]. Op basis van de proofofprincipletesten is het aannemelijk dat door voorbehandeling met voldoende ozon de standtijd te verlengen is met zeker een factor 2 (100% verbetering) [25]. Daardoor komt de standtijd van een actiefkoolbed met een filterbeddiepte van 1,5 m op 30.00040.000 bedvolumes. Hierbij is nog geen rekening gehouden met een verwachte verdere standtijdverlenging door de biologie.
Wat nog niet is meegenomen in deze redeneerlijn is het in parallel schakelen van meerdere filters: De verschillende filters zijn parallel geschakeld maar worden wel sequentieel in de tijd gebruikt (de ene filter na de andere). De standtijdverlenging is het gevolg van het vertraagd bereiken van bepaalde beladingen en kwaliteiten van het filterbed [11]. Hierdoor kan het ene
STOWA 2018-67 PROOF OF CONCEPT EN LABORATORIUMONDERZOEK VERWIJDERING MICROVERONTREINIGINGEN UIT RWZI-EFFLUENT MET HET O3-STEP® FILTER
tijd al een slechtere filtraatkwaliteit produceert compenseren. Dit is grafisch weergegeven in Afbeelding 7.17, hieronder met 2 filterbakken. Beide voorbeelden geven twee filterbakken weer die per tijdseenheid (1 tot en met 10) 5% van hun verwijderingsprestaties verliezen. Als de gemiddelde verwijdering lager wordt dan 80% wordt het kool vervangen. Bij gelijktijdig starten moet het kool van beide filters na 5 tijdseenheden standtijd gewisseld worden, een vers filter heeft in deze configuratie een standtijd van 5 tijdseenheden.
Bij het sequentieel bedreven filter wordt de verse filterbak pas na 8 tijdseenheden vervangen, terwijl de gecombineerde effluentkwaliteit altijd boven de 80% blijft. Het 1STEP® filter Horstermeer is op deze manier opgebouwd: de 5 filterbakken samen leveren een (uiteinde lijke) filtraatkwaliteit, terwijl individuele filters op een verschillende fase van hun standtijd zitten. Voor vervolgonderzoek dient deze overweging meegenomen te worden.
AFBEELDING 7.17 GRAFISCHE ILLUSTRATIE VAN HET EFFECT VAN GELIJKTIJDIG (LINKS) IN GEBRUIK NEMEN VAN ACTIEFKOOLBEDDEN EN PARALLEL SCHAKELEN, SEQUENTIEEL IN DE TIJD (RECHTS). HET VOORBEELD GAAT UIT VAN 2 FILTERBEDDEN (STAAFDIAGRAMMEN) DIE SAMEN EEN GEMIDDELDE EFFLUENTKWALITEIT PRODUCEREN (GROENE LIJN)
81 | 90 Witteveen+Bos | 20-STO196 | Definitief I
een kortere EBCT acceptabele verwijdering over het gehele systeem te behalen. Voor vervolgonderzoek wordt aangeraden om in het ontwerp de mogelijkheid in te bouwen om met een bedhoogte van 2,5 m te werken, maar om ook zeker met een kortere EBCT te testen.
7.6.4 Standtijd actiefkoolfilter
In paragraaf 3.1.8 is ervan uitgegaan dat een standtijd van 35.000 bedvolumes haalbaar is als ozonbehandeling
wordt voorgeschakeld voor het 1-STEP® filter. Zonder ozondosering is een standtijd van 15.000-20.000
bedvolumes haalbaar waarbij nog aantoonbaar verwijdering van microverontreinigingen optreedt [6]. Op basis van de proof-of-principletesten is het aannemelijk dat door voorbehandeling met voldoende ozon de standtijd te verlengen is met zeker een factor 2 (100% verbetering) [25]. Daardoor komt de standtijd van een actiefkoolbed met een filterbeddiepte van 1,5 m op 30.000-40.000 bedvolumes. Hierbij is nog geen rekening gehouden met een verwachte verdere standtijdverlenging door de biologie.
Wat nog niet is meegenomen in deze redeneerlijn is het in parallel schakelen van meerdere filters: De
verschillende filters zijn parallel geschakeld maar worden wel sequentieel in de tijd gebruikt (de ene filter na de andere). De standtijdverlenging is het gevolg van het vertraagd bereiken van bepaalde beladingen en kwaliteiten van het filterbed [11]. Hierdoor kan het ene “verse” filter dat een betere filtraatkwaliteit produceert een filter dat door een langere standtijd al een slechtere filtraatkwaliteit produceert compenseren. Dit is grafisch weergegeven in Afbeelding 7.17, hieronder met 2 filterbakken. Beide voorbeelden geven twee filterbakken weer die per tijdseenheid (1 tot en met 10) 5% van hun verwijderingsprestaties verliezen. Als de gemiddelde verwijdering lager wordt dan 80% wordt het kool vervangen. Bij gelijktijdig starten moet het kool van beide filters na 5
tijdseenheden standtijd gewisseld worden, een vers filter heeft in deze configuratie een standtijd van 5 tijdseenheden.
Bij het sequentieel bedreven filter wordt de verse filterbak pas na 8 tijdseenheden vervangen, terwijl de
gecombineerde effluentkwaliteit altijd boven de 80% blijft. Het 1-STEP® filter Horstermeer is op deze manier
opgebouwd: de 5 filterbakken samen leveren een (uiteindelijke) filtraatkwaliteit, terwijl individuele filters op een verschillende fase van hun standtijd zitten. Voor vervolgonderzoek dient deze overweging meegenomen te worden.
Afbeelding 7.17 Grafische illustratie van het effect van gelijktijdig (links) in gebruik nemen van actiefkoolbedden en parallel schakelen, sequentieel in de tijd (rechts). Het voorbeeld gaat uit van 2 filterbedden (staafdiagrammen) die samen een gemiddelde effluentkwaliteit produceren (groene lijn);
0 20 40 60 80 100 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10