Laboratoriumonderzoek naar defosfatering inlaatwater Brielse Meer 3DW\ IS. Nota ing. J.M.M. v.d. Meulen I I I I I I I I I I

I I

I

I

'I I I I I I I I I I I I I I I I I I

I Laboratoriumonderzoek naar

d e f o s f a t e r i n g i n l a a t w a t e r B r i e l s e Meer

3 D W \

.. 1

3

.IS

Nota 25-73 i n g . J.M.M. v . d . Meulen

I - 1

I N H O U D :

1. Inleiding.

2. Probleemstelling praktikantenonderzoek.

3.

Praktische uitvoering onderzoek.

4.

Verwerking analyseresultaten.

5.

Conclusiés.

I

I ^6.

Aanbevelingen.

I

I I I I I I I li I I I I I, I I I 1 I

‘I I

I

1

I

Laboratoriumonderzoek naar d e f o s f a t e r i n g i n l a a t water B r i e l s e Meer.

1. Inleiding.

De d o e l s t e l l i n g van de d e f o s f a t e r i n g , vBn h é t i n l a a t w a t e r vlin’.het B r i e l s e Meer, i s de chemische verwijdering van f o s f a t e n u i t

rivier-

p a t e r en de invloed hiervan t e bestuderen op het biologisch leven i n h e t meer.

nomieche overwegingen werd hiervoor ijzer (I1 )-sulfaat genomen.

de hoeveelheid t o e t e voegen geer voor de e e r s t e onderzoekperiode v a s t g e s t e l d op

2

mg ijzer per l i t e r i n l a a t w a t e r en s i n d s

i n

maart 1972 de defosfateringsproeven een aanvang hebben genomen is deze hoeveelheid

ijzer

toegevoegd.

Op grond

van

de verkregen r e e u l t a t e n bij de defosfateringsproe- ven werd e c h t e r a l spoedig de noodzaak duidel*

van

een fundamen- t e e l defoefateringeonderzoek op laboratoriumschaal. Centraal b# d i t onderzoek zou s t a a n , h e t bepalen

van

de optimale ijzertoevoeging voor fosfaatverwijdering, en waarbij onder fosfaatverwijdoring moest worden v e r s t a a n de verwijdering van o r t h o f o s f a a t .

Gekozen werd voor een d e f o s f a t e r i n g met Uzerzouten en u i t eko-

Aan de hand van enkele waarnemingen op laboratoriumschaal werd

In

h e t kader van h e t praktikantenonderzoek bij h e t laboratorium van de Deltadienst, Afdeling Milieu-Onderzoek, werd

aan

dese op- d r a c h t gedurende de periode augustus-november

1972

door de heren Leijh ( s t u d e n t chemie Technische Hogeschool, D e l f t ) en Ten Kate

(student chemische techniek Hogere Technische School, Groningen) gewerkt.

O 2 . ProbleematellinR waktikentenondereoek.

a ) Daar bu de defosfateringspyoeven wordt uitgegaan van een Fe

s04-

2+

- -

oplossing, l e e k het z i n v o l een onderzoek t e doen naar de Fe Fe3+-oxidatie.

Op grond

van

l i t e r a t u u r o n d e r z o e k

E l &

uan ?de p r a k t i k b t e n bleek d a t bij de

i n

h e t i n l a a t w a t e r optredende pH

en

áirbulsntie tijdens h e t i n l a t e n , gesproken kon worden van e e n p r a k t i s c h volledige o x i d a t i e van Fe

.

I n verband met h e t voorgaande w e d hun verder onderzoek voortgezet met een Fe(C1 04)3-~ploeaimg, s p e c i a a l gekozen vanwe- 60 h e t constant ionitich medium van deSe oplossing,

b ) Het bepalen

van

de optimale i j s e r d o s e r h g voor orthofosfaatverwu- dering, conder noemenewaardige t u r b u b n t i e t e k r e Ö r m

2+

I I I I I

I

l i I I I I I I I I I . I 11

I

+h

I

I

-2-

a ) Uitgaande van punt b, h e t b e p a l e n

van

de o p t i m a l e verblijfti$d voor

d )

Het

bepalen van de i n v l o e d van t u r b u l e n t i e bij ijzerdotsering op o- o r t h o f o s f a a t v e r w i j d e r i n g .

fosfaatverwijdering.

Door

de s l e c h t n . g e r i n g e b e s c h i k b a r e tijd, werd

t o t

op heden al-

.. ^.

l e e n aan de punten b en c aandacht b e s t e e d .

3.

P r a k t i s c h e u i t v o e r i n g onderzoek:

Am monsters i n l a a t w a t e r , waarvan h e t o r t h o f o s f a a t g e h a l t e be- p a a l d was ( b l a n c o ’ s ) , werd z o v e e l

Fe3+

a18 Fe ( C 1

O4I3

toegevoegd, overeenkomende met:

0,3 - ^{0,6 -}

^{0 , g}

-

^1,2

-

^1,s

-

^1,8

-

^{2 , l}

^{- 2,4} -

^2,7

-

^3.0

- ^{3 , 3} -

3,6 - ^{4,5 - 5,4}

mg ~ e 3 / l i t e r .

D i r e k t

na

t o e v o e g i n g van d e Fe3*-oplosaing werden de f l e s j e s

c i r c a

1

minuut

manueel geschud, waarna ze werden weggezet e n

na

r e a - p e o t i e v e l g k 1, 2,

3, 4

en 7 dagen g e a n a l y e e e r d op h e t orthofooefaat- g e h a l t e.

Aan

d e hand van de v e r k r e g e n analysegegevens werd d e WthQfOs-

f a a t e l i m i n a t i e

berekend u i t de volgende

formule%

E S . P-PDq3-blan.o -

P-P043’residueel P-P043-blanco ⁶

waarini

p-PO:’blanoo

=

o r t h o f o s f a a t c o n c e n t r a t i e ( i n mg P / l i t e r ) van monster P-PO?-residueel = o r t h o f o s f a a t c o n c e n t r a t i e ( i n mg P / l i t e r ) bij be-

zonder ijzertoevoeging.

p a a l d e hoeveelheid ijzertoevoeging na r e s p e c t i e v e - lijk _1, 2,

3, 4

o f 7 dagen.

De gevonden a n a l y s e r e s u l t a t e n zijn weergegeven i n bijlage 1 t o t

Alle o - f o s f a a t a n a l y s e s zijn v e r r i c h t met behulp

van

een

auto-

Aanvankelijk t r a d bij de a n a l y s e een F e - s t o r i n g op. Dese s t o r i n g

kon

e c h t e r ondervangen worden door a l s maskeringamiddel voor Fe ge-

b r u i k t e maken van E D T h. Bi.jzonderheden o v e r deze a n a l y s e t e c h n i e k

5ijn

t e vinden

i n

d e s t a g e - v e r s l a g e n van V.Leijh

( 3 )

en

J. t e n

Kate

en

met 5.

a n a l y z e r , v o l g e n s daarvoor bij de D e l t a d i e n s t geläende v o o r a c h r i f t e n .

(4).

I. _-3-

^{' , 5. ,}

4. Verwerking

a n a l y s e r e s u l t a t e n .

Door

Päpel

(5,3) is

vaar de vorming van

een

gemengd precipi-

taat

Fen(OH)3m(W4)n-m

een

wiskundig verband

opgeeteld tussen

rela- t i e v e f o s f o r e l i m i n a t i e en de r e l a t i e v e f l o c c u l a t i e d o s i s .

I 1

1 I

I 1

I I I

Deze formule l u i d t :

E =

kl

+

k s l o g ~

+

^{kjlOg Pi}

-

^{kq pH.}

o

waarin:

k l , k2, k

E = r e l a t i e v e fosfaatverwijdering =

en

k4 = constante.

P-P043-blanco

-

P-PO:-residueel

3

I ^,

P-P043-blanc o

Fe3+ ( i n mg/l) P-PO:- ( i n m g / i

I

B =

r e l a t i e v e f l o a c u l a t i e d o s i s =

a

initië1.e

f o s f a a t a o n c e n t r a t i e (P-PO?- i n mg/liter).

pi

Daar bij h e t onderzoek uitgegaan werd van een p r a k t i s c h

kon-

I *

s t a n t e pH

(7,4 - ^7,8)

en een konstant i n i t i ë l e f o s f a a t k o n c e n t r a t i e , kon formule

@

^herleiid worden t o t :

E

i:kl

+

k2 l o g

waarin:

kl

=

nieuwe constante.

I

I I

.I

I I

Uitgaande van formule

@

werden d e gevonden fosfaatelimlna- ^c

t i e s

u i t g e z e t tegen d e r e l a t i e v e f l o c c u l a t i e d o s i s op enkel l o g a r l t h -

misoh p a p i e r ( z i e bvlage 6 t o t e n met 10).

Daar h e t i n de meeste gevallen een puntwolkverdeling b e t r o f , werden d e r e g r e s a i e l u n e n en de k o r r e l a t i e - e f f i c i ë n t e n berekend en g r a f i s c h weergegeven. Een berekeningsvooibeeld van een r e g r e s s i e l i j n en k o r r e l a t i e - e f f i c i ë n t wordt gegeven i n bijlage 11, voor de f o s f a a t - rerwudering na 1 dag. U i t de k o r r e l a t i e - c o ë f f i c i ë n t e n , d i e blj de g r a f i e k e n vermeld s t a a n , b l i j k t d a t de berekende verbanden voor E en l o g

P

e t a t i s t i s c h verantwoord zijn, zij h e t

i n

i e t s

mindere mata

voor de fosfaatverrijdering na

7

dagen met

een

k o r r e l a t i e c o Ö f f i c i ë n t

r

^e:

I n

bvlage 12

zun

de lijnen voor fosfaatverwijdering

na

1, 2,

3,

Uitgaande van bijlage 12 i a i n bijlage 13 het verband tussen O$?.

4 en 7

dagen i n een g r a f i e k samengebracht.

fosfaatverwijdering en verblijftijd weergegeven voor r e l a t i e v e floccu- l a t i e d o s i s :

B

= 10, 15. 20 en

30. -

I

I

I '

E

^t gewenste f o s f a a t e l i m i n a t i e Fe-dosering Fe-dosering

100%

6

mg Fe3+/l

9

mg F ~ ~ + / I

90-95% 4

mg

~ ~ 3 + / 1

6 mg Fe3+/l

8O-85% 3

mg

~ ~ 3 ~ 1 1 4,5

mg ~ ~ 3 + / 1

70% 2 mg ~ e f + / ï

3

^{mg d + / l}

's zomers

's

w i n t e r s

*

-4-

I 5.

II I

I I(

^a

, I

1 I I I

i '

I

I

I

' I

^{, '}

I.

Conclusies:

U i t h e t gevonden verband tussen o-fosfaatverwqdering en

ver-

b l q f t q d bij een constante f l o c c u l a t i e d o s i e

kunnen een aantal

belang- rijke conclusie6 gotrokken worden, t e weten:

a ) Gerekend met een verblijftijd van

4

à

5

dagen van het i n l a a t w a t e r

i n

h e t voedingskanaal van het B r i e l s e Meer zou men voor 1 O M or- thofoafaatverwijdering een r e l a t i e v e f l o c c u l a t i e d o s i s van

B

^{D 30}

moeten toeaassen, voor 90 B

95%

verwijdering B ^a 20, voor

80

à

85%

verwijdering ö, =

15

en voor 70% verwijdering

S t e l t met het o r t h o f o s f a a t g e h a l t e van h e t i n l a a t w a t e r (s eomera c i r c a 0.20 mg P-POq3"/liter en ( s w i n t e r s c i r c a 0,gO mg

P-P043'/

l i t e r , dan komt men volgens onderstaande t a b e l bij bepaalde fos-

faatverwijderingen t o t de volgonde t e doseren qzerhoeveelheden.

9 10.

I I 1

U i t deze t a b e l b l i j k t d a t een dosering van

6

mg Fe5+/liter bij een maximaal optredend o r t h o f o s f a a t g e h a l t e van 0.30 rng P-PO?-/liter een orthofosfaatverwijdering van c i r c a

90

à 100% g e e f t , afhanke-

lijk van

h e t seizoen.

Voor

de toekomstige doserinb van uzer (11x1

'aan

h e t i n l a a t w a t e r betekent d i t d a t de h u i d i g gedoseerde hoeveelheid van c i r c a 2 mg Fe3*/liter verdrievoudigd z a l moeten worden.

b ) De inhoud van h e t voedingskanaal van h e t B r i e l a e Meer bedraagt 1.800.000

m3.

Om een verblQftijd van

4-5

dagen t e verkrugen, d i e noodzakeliji is voor een goed o-fosfaatverwijdering, zou men dan continu gemiddeld

4-5 m

/sec moeten inlaten.

Ia

de rerkelQke verbûjuftijd gelginger, daa

z a l

een g e d e e l t e van de orthofosfaatverwijdering i n h e t B r i e l a e Meer e e l f p l a a t s Vin- Ben.

3

c )

Met nadruk moet e r op gewezen worden d a t vorenstaande conolu- a i e a g e l d i g aiin voor een continue doorspoeling van h e t B r i e l s e Meer, zonder rekening t e houden met belastingen van polder- en afvalwater en i n t e r n e f o s f a a t b e l a s t i n g

v a n u t t

h e t bodemslib.

..-...

-5-

I ’ I 1 I I I I;

I l I I I

I

1

I I I I I I

Aanbevelinnen:

1. Op ekonominche gronden zou overwogen moeten worden o v e r t e gaan t o t de aanechaf van een o r t h o f o c f a a t a n a l y e e r voor d e bewaking van de k w a l i t e i t van h e t i n l a a t w a t o r , z o d a t de U z e r ( 1 I I ) d o s e r i n g o p t i m a a l kan p l a a t s v i n d e n , afhankelijk van h e t gemeten O-fOSfAAtgehalte.

d a a r men 5 i c h kan v o o r a t e l l e n d a t bU bepaaldo t u r b u l e n t i e ( s n e l l e a a n g r o e i i n g van de v l o k ) t o c h v o l a t a a n kan worden met e e n lagere (?jzer)dosering d a n u i t d i t r a p p o r t n a a r voren komt. D i t a s p e c t van h e t onderzoek z a l door mejuffrouw I e n s e l i n k ( s t u d e n t e chemische t e c h n i e k aan Hogere Technische S c h o o l t e Den Haag) t a d e n s h a a r sta- g e p e r i o d e van l november 1972

-

^l f e b r u a r i

1973

o n d e r z o c h t worden.

3. Het

is van g r o o t b e l a n g d a t de op l a b o r a t o r i u m s c h a a l gevonden

re-

s u l t a t e n m i d d e l s m e t i n g e n met b e h u l p van een schaalmodel

en

door d e t a i l m e t i n g e n i n h e t B r i e l s e Meer t e b e v e s t i g e n .

2 . Het i s z i n v o l de i n v l o e d van t u r b u l e n t i e o p de f o s f a a t v e r w U d e r i n g ,

I

I I I I I

I r

¹

I I I

I

11

I

I + ^’ I

11

I

I I I I

^Ik

I

I

L i t e r a t u u r :

1. W.Stumm and O.F.Lee.

Oxygenation o f F e r r o u s Tron.

I n d u s t r i a l and g n g i n e e r i n g Cheuiiatry,

53,

2,

143-146 (1962).

2. J.R.ds Dobbelnero.

Veroïag p r a k f i s c h werk v e r r i c h t op de t echno2ogische a f d e l i n g G.E.B., Dordrecht K.I.W.A. (aug. 1968).

3.

V.J.M.Leljh.

Het hoe en waarom van d o f o s f a t e r i n g t O e g Q s p i t 6 t o p de

s i t u a t i e i n

h e t B r i e l s e Meer.

V e r s l a g p r a k t i s c h work VePriCht bij Ri jkswater staat , D e l t a d i e n s t , af- d e l i n g Milieu-Onderzoek ( s e p t . ‘lq72).

4. J.ten

Kate.

Verolag nog n i e t g e p u b l i c e e r d ,

t e r

i n z a g e bg Rgkswator staat,

Delta-

d i e n s t , a f d e l i n g Milieudlndarzoek.

9. ^J.Pöpel.

Phosphorue

Removcil

w i t h f e r f i a

i r o n

and

aluminium.

F o u r t h I n t o r n n t i a n a l Conference on

Water

P o l l u t i o n . Researoh ( P r a a g , s e p t .

1968).

1 I I I

E

I I(

^!

1 1 I

"

I

,

.. . .

.,

Bijlage :

1

Pi

=

0,18 mg

P-Po

43'/1 Fosfaat metingen na een dag,

I_

p.p.m. P-~043*

I I I I I I I I:

^I

I I I I I I I I I I I I I

Bulage : 2 p i

=

^{0,18 mg/i}

Foafaat metingen na 2 dagen.

p,p.lIJ.P-P043"

0,14 0,18

O, i6

0,lF 0313 O,

14

0,14

o,

12 0913 0,07 0,11 0107 0,09

.

0*09

0,08 0,07

0-08

0,09 0,08

0,04 0,04 0,02 0102 0105 0,02

I

I

I I

I I

I I1 I I I

I 1 1 1 I I

I

1

I '

' I

396

4Y5

Bijlage Z'vorvolg.

-_____

0,03 0903 0 , O l

I

594

0,oo

0,oo 0,oo

I

I

1 I

I

1 1 It

I I

1 I

I I I

1 I

I

I

i

Bijlage

:3

Pi

u 0,18 mg P-Po~~'/I, Fosfaat metingen na drie dagen.

0915 O s 1 5 O, 14 0,13 0,12 0,12 0907 0,lO

Oio7

0,08 0,08

0,06

0,08 0907

0907

0,06 0903 0903 0,02 0,OI 0 , O I 0.03 0,02 0 , O l

o,

^O0

0 , O I

0,oo

0 , O O

I

I

1

I I I

1

I*

I I I

1

I

1

I

1 I

' I

1

I

i

Fosfaat metingen Itna 4 dagen.

0,12 0915 0,12 0.11 0,11 0;ll 0,11 0,08 0,08 0,06 0,06 0,08

o,

⁰⁶

0,06

0.05 0,04 0,Ol

o,

02 0,Ol

o, o1 0,oo

0,Ol 0.00

0,oo

0,oo 0,oo 0.01

0,oo

I ’

I I I I I

I I

1

Bijlage

:5

Pi E O , I 8 mg P-PO43-/1.

Fosfaat metingen na

7

dagen, p. p

.m

^o

P - P o ~ ~ -

o,

12 0,13 0,11 0,lO 0,11 0,11 0,09 0,09 0,06 0907 0,lO 0905 0,07 0905 0,04 0905

o,

o1 0,02

0,oo

0.00 0.00 0.00 0.00

0,oo

0,OO

0,oo

os00

0,oo

E.

c

OrthofoefaatremWering na 3 dag, sonder turbulentie.

Vergeìijking regressie-: Z ⁿ

-0,36 +

0.79 log

B.

Korrelatie-coëfficiënt: r = 0,97

.

r2 =

0.94.

0.4

a3- -

-

a2-

a i - ^-

-

O ^c

.-

_I

_{I i}

Bijlaga: 6

L -

Orthofoafaattbdjderi~ na 2 dagen, zonaer turbulentie.

V e r g t ~ ï m g regeasieì.@k:

E =

-0.16

+

^{0.74 2 log}

^{B .}

KorrelatiecoëSficiëmt:

r = ^0.95

^r

=

0 . 9 .

.

!

-

orthofosfaatve&jderfnB

na 3

dagen, zonder t n r ~ e n t i e . Vergcl@cing regressie-: E = 0.22

+

^{0.86 log}

^B.

Ko~elatiecoefficiëntint: ^1:

=

^{1 r2 -e I .}

1.0-

a9 -

0.8-

a7- - -

-

-

a6- - a5-

04- Q3-

0.2-

0.1

-

O

- - - - -

I

o

I I 1 I I l I I ~ I I

I

2 3 4 5 6 7 8 9 x ) 15 20 30

1

E

l

Bijlaga : 9

Orthofosfaat+errtjdering M 7 dagen eonder turbulentie.

Vergelpking regessielm:

E

KorrelatiecOëfficiënt:

r

= 0.89

0.08

+ ^0,61

^log

^B-

r2 = 0.79

-

.”.

o f

1

I

I 1 I I l l t I I

1

15 20 30

1 2 3 ₄ 5 6 7 8 9 1 0

Bijlage : 10

. .

1

I I

1

I I

1

^i<

I I I

l.

1

I '

1 I I

I

l-

i'

^{, . . . . , i}

Bijlage : 11.

Voorbeeld van het bepalen van het verband tussen/! en E ,

na

_{d e} defosfateringsreaotki

Alle

waarnemingen aijn gebruikt,

brhalve het lepunt; d i t l a g buiten h e t t e verwachten verloop.

van

één

dag.

lûR

B

K c

O, 5224 0, 6990 0,6990 0,8241 0,9201 O, 9201 1 1

1,0671

1,1239 1,1239 1,1761

1,1761

1,2219 1,2219 1,2652 1,2632 1,3010 1,3010 1, 3979 1,3979 1,4771

1 4771

3s ₅₇₄

..,. ....,..-

x - x

-

-0 I

5876

-0,411 -0,411 -0,2859 -0,1899 -0,1899 - 0 , l l - 0 , l l -0, 0429 -0,0739

0,0139 0,0661 0,0661 0,1119 0,1119 0,1532 ^' 0,1532 0,191 0 , i g i 0,2879

O, 3671 0,2879

0,3671

( Y-Yb

-0,47 - 0 ~ 3 0

-OT36

-0 9 30 -0,02

+,o8

-0,08 -0,08 -0,oa -0,08 -0.02 -0,02 -0,02 -0,09 -8,20 0,20 0.09 0,2n 0,09 0,zo 0,20 0931 0931

- 2

0,3453

(x-x)

O,

1689

O, 1689

0,0361

O,

0361 0,0121 0,0121

o,

0002

o ,

⁰⁰⁰²

O, 0041b 0,0044 0,0817

0.0018

0,0125 0,0125 0,0235 0,0235 0 I 0365 0,0365 0,0829 0,0829

0,1348 o, 1348

1,4526

I

1. ,~=,,. ".,.

-,.,

.:

^.,,. . . . .... ^lil ... . ._",,. .

- -

^{) 2}

3,2209 3,09 3,1296 3109 3,0004 3,0064 3,0064 3,0064 3.0064 3,0064 3,0004 3,0004 3,0004 0,0081 3,04 3,04

0,04

0.04 O,

04

0,0961 0,0861 3,0081 0,0081

O, 9806

pi?)

(Y+

0,2762 0,1233

o,

⁰⁸⁵⁸

0,0038 0,1480

0,0152 0,0088 0,0088 O, 0034 0,0011

O,

0003 0,0013 1,0012 0,0101 0,0224 0,0306 0,0138 0,0382 0,0172 0 0576 0,0576 0,1138

o,

1138

1,1445

- ^{s x}

^waarin

^n.:

aantal waarnemingen.

D e f i n i t i e 8 : X E -

n

In

d i t geval ;

x

^R

251574

^P 1,11

' I

23

0952 11.94

7 p ²³

A+gemene vergelijking regressielun: ₅

-

_y

_-

_{bx r X}

-

aX

wqarig

a

en bx t e berekenen regressiekoëfficienten

zijn.

X

Berekelring van regressiecoÖffiaient bx

x : Bergkening van r e g r e s s l e c o ë f f i a i e n t a

Vereelgking regressielijn : y ^si

- ^{0,36 +}

^{0179 x}

Door y

^P E

x = ^log P

^{(waarin is} r e l a t i e v e flocloulatiedosis) wordt de regressielijn : E

= -0,36 + 0179

loi

$

Berekening k o r r e l a t i € ~ o ë f f i c i e a t c

( r e l a t i e v e

orthofosfaat\eliminatie) en

=

0,96

1,1445

* =

^I f ( X - 3 ^(y+)

=I8 ,

( x - Z ) 2 ( (y-fl2 J 1,4526~0,9806

c

I

Relatieve orthofosfaatverrilderizlg op verecheidene tijdstippen als functie van log

B.

De

verrijdering

na 7

dagen is ten opdchte v8n d e andere l a e n enigszins meend.

D i t komt waarschijnlijk doordat het etochaatisch verband tussen de gegevens n i e t t e beet is, (Mt b w t u i t de korrelatiecoëfficiënt.

1.0- 0.9-

0.e-

-

-

0.3-

Verbond

tussen relatieve

verwijdering en verblijftijd.

..i

E

.

B -

-

C ’

B =

1.0 ¹

0.8-

B -

O. 6-

0.4-

02-

I 1 I T

o 1 2 3 4

4

6 7

O

30 20 15

10

.

c

tijd in dagen