Hoewel een groot deel van het aardoppervlak bedekt is met water, is slechts een zeer klein deel van het beschikbare water geschikt voor de drinkwatervoorziening. Slechts 3% is zoet water en het grootste deel is afkomstig van het nauwelijks bruikbare ijs van de poolkappen en gletsjers. Verreweg het grootste deel van het bruikbare zoete water bestaat als grondwater in porie-, spleet- en karst-aquifers. Dienovereenkomstig is 75% van de drinkwaterproductie in Duitsland (en de EU) afkomstig van ondergronds water.[1]
Grondwater is echter niet overal in onbeperkte hoeveelheden en van goede kwaliteit beschikbaar, maar moet beheerd worden afhankelijk van de natuurlijke hulpbronnen.
Wateraandelen in de drinkwatervoorziening in Duitsland [2]
[1] Höll, Karel: Water. Berlijn [onder andere]: 8e, volledig herschreven. Uitgave de Gruyter, 2002.
[2] Merkl, Gerhard: Watervoorzieningstechnologie. München: Oldenbourg Industrieverlag, 2008.
Afhankelijk van de eigenschappen van de watervoerende laag en de tijd dat deze ondergronds blijft, bevat grondwater verschillende hoeveelheden chemische en biologische ingrediënten, evenals de stoffen in het gesteente. Vaak komt gereduceerd grondwater voor waardoor meer ijzer en mangaan oplost en dus niet voldoet aan de eisen van de Drinkwaterverordening.
Kapotte onderwaterpomp
Bovendien veroorzaakt het oppompen van ijzer- of mangaanhoudend grondwater vaak veroudering van putten als gevolg van ijsvorming en afzettingen in pompen en leidingen.
Bij een hoogwaardige en duurzaam veilige watervoorziening uit grondwater hoort daarom meestal ook waterbehandeling tegen ijzer en mangaan. De gebruikte technologie en de efficiëntie ervan bepalen de economie en milieuvriendelijkheid van de gehele watervoorziening en spelen daarom een cruciale rol voor waterleveranciers.
DIN 2000[1] definieert de vereisten voor drinkwater met als uitgangspunt: “Drinkwater moet smakelijk zijn en plezier aanmoedigen. Het moet kleurloos, helder, koel zijn en een perfecte geur en smaak hebben. […] Het moet in ieder geval voldoen aan de wettelijke eisen”.
De wettelijke basis voor het beoordelen van de drinkwaterkwaliteit in Duitsland is de Drinkwaterverordening (TrinkwV 2001[2] als implementatie van Richtlijn 98/83/EG[3]). Het zegt:
“Drinkwater moet zodanig zijn dat de consumptie of het gebruik ervan geen enkel risico met zich meebrengt voor schade aan de menselijke gezondheid, vooral niet door ziekteverwekkers. Het moet puur zijn en geschikt voor consumptie. Aan deze eis wordt geacht te zijn voldaan als bij de waterbehandeling en de waterdistributie tenminste de algemeen erkende technische regels in acht worden genomen en het drinkwater voldoet aan de eisen van §§ 5 tot en met 7.”
Grenswaarden volgens de Drinkwaterverordening
IJzer en mangaan zijn de twee meest voorkomende zware metalen in de aardkorst, komen vaak samen voor in mineralen en zijn vaak beide in verhoogde concentraties aanwezig in het grondwater. De geogeen bepaalde concentraties liggen doorgaans ruim onder het voor de gezondheid relevante bereik voor een volwassene. De Drinkwaterverordening stelt om sensorische en technische redenen aanzienlijk lagere grenswaarden [4].
[1] DIN 2000: Centrale drinkwatervoorziening – principes en eisen voor drinkwater – planning, constructie, exploitatie en onderhoud van de voorzieningssystemen; DVGW technische regel
[2] TrinkwV 2001: Drinkwaterverordening in de versie van 2 augustus 2013 (BGBl. I p. 2977)
[3] Richtlijn 98/83/EG van de Raad: betreffende de kwaliteit van water bestemd voor menselijke consumptie.
[4] Höll, Karel: Water. Berlijn [onder andere]: 8e, volledig herschreven. Uitgave de Gruyter, 2002.
Uittreksel uit de drinkwaterverordening [2]
§ 7 Indicatorparameters en bijlage 3
| Parameter | begrenzing |
|---|---|
| Ammonium: | 0,5 mg/l |
| Ijzer: | 0,2 mg/l |
| Mangaan: | 0,05 mg/l |
Deze lage grenswaarden zijn zinvol omdat bij ijzerconcentraties > 0,5 mg/l direct merkbare veranderingen optreden (bruine verkleuring van het water bij blootstelling aan lucht, verandering in de smaak van het water). Vanaf 0,2 mg/l kunnen er ook verkleuringen en afzettingen optreden op oppervlakken die in contact komen met water, wat zowel de bruikbaarheid (vanuit het perspectief van de klant) als de technische bedrijfsveiligheid (vanuit het perspectief van de leverancier → afzettingen) beperkt.
Daarnaast kunnen afzettingen van ijzeroxidehydraten in leidingen de basis vormen voor ongewenste micro-organismen [4]. Om dit te voorkomen mag het door de waterleidingbedrijven geleverde drinkwater niet meer dan 0,05 mg/l ijzer bevatten [5]. De DVGW adviseert zelfs ijzerconcentraties ≤ 0,02 mg/l en mangaanconcentraties ≤ 0,01 mg/l. [6]
In gereduceerd grondwater komt naast ijzer en mangaan ook ammonium vaak in verhoogde concentraties voor. Om algemene hygiënische redenen wordt hiervoor in de Drinkwaterverordening ook een grenswaarde gesteld. Over het algemeen is het naleven van deze grenswaarden verplicht voor de drinkwatervoorziening, maar de meeste waterleveranciers stellen aanzienlijk hogere eisen aan hun eigen drinkwater. Dit komt ook overeen met de minimalisatie-eis van de Drinkwaterverordening en DIN 2000:
“Concentraties van chemische stoffen die drinkwater kunnen vervuilen of een schadelijk effect kunnen hebben op de eigenschappen ervan moeten zo laag mogelijk worden gehouden met redelijke inspanningen […] volgens de algemeen erkende regels van de technologie.”
Voor waterleveranciers betekent dit kiezen voor de meest efficiënte en tegelijkertijd economische zuiveringstechnologie. Bij verhoogde concentraties ijzer, mangaan of ammonium wordt ondergrondse ijzerverwijdering en mangaanverwijdering (UEE) aanbevolen conform DVGW-werkblad W 223 [6].
[1] DIN 2000: Centrale drinkwatervoorziening – principes en eisen voor drinkwater – planning, constructie, exploitatie en onderhoud van de voorzieningssystemen; DVGW technische regel
[2]TrinkwV 2001: Drinkwaterverordening in de versie van 2 augustus 2013 (BGBl. I p. 2977)
[3] Richtlijn 98/83/EG van de Raad: betreffende de kwaliteit van water bestemd voor menselijke consumptie.
[4] Höll, Karel: Water. Berlijn [onder andere]: 8e, volledig herschreven. Uitgave de Gruyter, 2002.
[5] Grohmann, Andreas; Hässelbarth, U.; Schwerdtfeger, W.: De drinkwaterverordening. Berlijn: 4e, nieuwe bewerking. Uitgave E.Schmidt, 2003.
[6] DVGW: Werkblad W 223-1. 2005.
Verschillende processen tussen de chemische en biologische componenten van het grondwater en het materiaalgehalte van de bodem leiden tijdens de exploitatie tot veroudering of verstopping van putten. Dit verwijst naar de vermindering van de putprestaties, voornamelijk als gevolg van de afzetting van reactieproducten in de putstructuur of in het aangrenzende gesteente en de resulterende vermindering van het holtevolume. [1]
Gedeeltelijk verrot gewikkeld draadfilter
Zodra de waterinlaatgebieden in de putconstructie worden verkleind, neemt de leveringssnelheid af of neemt de verlaging van het bedrijfswaterniveau toe, terwijl de onttrekkingshoeveelheid gelijk blijft.
De belangrijkste oorzaken zijn:
- chemische en biologische uitharding
- sinteren
- Slijm
- dichtslibben
Terwijl verzanding het gevolg kan zijn van fouten in de putconstructie, hangen de andere oorzaken vooral af van de kwaliteit van het ruwe water en de werking van de put. [2]
Icking is de meest voorkomende vorm van veroudering
„De oxidatie van opgelost, tweewaardig ijzer en mangaan en de resulterende precipitatie van onoplosbare ijzer (III) of mangaan (IV) verbindingen is de meest voorkomende oorzaak van putveroudering.“ [3]
Verouderingsprocessen van putten in Duitsland volgens een DVGW-onderzoek [5]
Uit een DVGW-onderzoek uit 2009 bleek dat tweederde van alle waterleidingbedrijven last heeft van veroudering, wat meestal wordt bepaald door opbrengstverlies of rechtstreeks door camera-inspectie. Deze veroudering dwingt tot regeneratie en rehabilitatie van putten, wat door de meeste exploitanten van waterleidingbedrijven wordt uitgevoerd met tussenpozen van 1 tot 5 jaar. [4]
Uit eerder onderzoek van de DVGW blijkt dat de oorzaak vrijwel altijd verzanding is. Hiervan bestaat ruim 80% uit ijzeroxiden, de rest uit mangaanoxiden. [1]
Chemische en biologische uitharding
Chemische uitharding vindt plaats door de oxidatie van de tweewaardige soorten wanneer opgelost ijzer (Fe2+) of mangaanionen (Mn2+) in contact komen met opgeloste zuurstof. De reactiesnelheid is sterk afhankelijk van de pH-waarde, maar neemt sterk toe door de autokatalytische werking van reeds gevormde oxiden. Omdat de oxidatie van ijzer en mangaan verschillende redoxpotentialen vereist, komen er roestbruine ijzerafzettingen of zwarte mangaanafzettingen voor, maar slechts zelden beide. Wanneer beide soorten in het grondwater aanwezig zijn, wordt in eerste instantie alleen het ijzer geoxideerd.
Bij lagere redoxpotentialen komen meestal biologische afzettingen voor. De oxidatie wordt gekatalyseerd door sessiele bacteriën (bijvoorbeeld door “ijzerbacteriën”: Gallionella ferruginea, Leptothrix ochracea en discophorus). Deze bacteriën hebben een regelmatige aanvoer van voedingsstoffen uit stromend water nodig. Ze zijn onschadelijk voor de drinkwaterhygiëne, maar vormen naast de biomassa grote hoeveelheden oxiden (evenals hydroxiden en oxidehydraten).
De afzettingen zijn doorgaans onderhevig aan een verouderingsproces waarbij aanvankelijk amorfe oxiden die veel water bevatten, veranderen in dichtere kristallijne vormen, die vervolgens stabieler en moeilijker oplosbaar zijn. IJzergerelateerde korstvormingen komen meestal voor in de vorm van ferrihydriet (Fe5HO8 x 4 H2O) en goethiet (FeOOH). [1]
Conclusie:
Samenvattend is de verstopping van putten gebaseerd op de volgende factoren:
- Opgeloste ijzer- of mangaanionen (volgens vakliteratuur bij ijzerconcentraties > 0,2 mg/l[8])
- Een positief redoxpotentiaal / opgeloste zuurstof
- Een pH-waarde > 5
- Een verhoogde stroomsnelheid
- IJzer- en mangaanopslagbacteriën4
Verrotte waaier van een onderwaterpomp
Deze factoren zijn vaak aanwezig in putconstructies. Als er sprake is van een prestatiedaling van 10% tot 20% als gevolg van uitharding, is er al een vergevorderd stadium van veroudering bereikt en “vereist regeneratie een hoge mate van technische inspanning en dus hoge kosten.” [9] Als preventief of herstelmiddel Vaak wordt geprobeerd het zuurstofniveau te verlagen door middel van structurele maatregelen om de instroomsnelheid in het filtergebied positief te beïnvloeden.
Maar de meest efficiënte methode om dichtslibbing te voorkomen is het gebruik van ondergrondse ijzerverwijdering en mangaanverwijdering. Dit betekent dat ijzer en mangaan efficiënt uit het water worden verwijderd voordat ze in de putconstructie terechtkomen.
[1] Houben, George; Treskatis, Christoph: Regeneratie en renovatie van putten.München: Oldenbourg Industrieverl, 2003.
[2] Tholen, Michael: Werkhulpmiddelen voor de puttenbouwer.2e editie 2012.
[3] Wiacek, Hella: Bronmonitoring voor optimaal putgebruik en onderhoud.Johannes Gutenberg Universiteit Johannes Gutenberg Universiteit in Mainz, Afdeling Scheikunde, Farmacie en Geowetenschappen, 2005
[4] Orlikowski, D ; Dauchy, L; Schwarzmüller, H: Resultaten van het landelijke DVGW-onderzoek naar het onderhoud van putten.2009.
[5] Houben, Georg ; Treskatis, Christoph: Regeneratie en renovatie van putten.München: Oldenbourg Industrieverl, 2003.
[6] Niehues, B.: DVGW onderzoek “Botregeneratie”.1999.
[7] Houben, Georg ; Treskatis, Christoph: Regeneratie en renovatie van putten.München: Oldenbourg Industrieverl, 2003.
[8] Mutschmann, Johann ; Stimmelmayr, Fritz: Paperback over watervoorziening.Wiesbaden: 14e editie Friedr. Vieweg & Sohn Verlag, 2007.
[9] DVGW: Werkblad W 130, 2007.
De oplossing: ondergrondse ijzerverwijdering en mangaanverwijdering (UEE) met FERMANOX® waterbehandelingssystemen
De ondergrondse ijzerverwijdering en mangaanverwijdering van grondwater (UEE) met FERMANOX® activeert een natuurlijk behandelingsproces in de watervoerende laag, zelfs vóór de winning. Met weinig moeite kunnen ijzer- en mangaanconcentraties op drinkwaterniveau worden gegenereerd. Dit voorkomt effectief alle verstoppingen in putten, pompen en leidingen. Tegelijkertijd is het proces bijzonder duurzaam,
- omdat er geen filtermateriaal nodig is,
- er wordt geen afvalwater of afval gegenereerd,
- de energiebehoefte is bijzonder laag en
- de levensduur van de geboorde putten wordt verlengd.
FERMANOX®-Installatie voor ondergrondse ijzerverwijdering en mangaanverwijdering
Het proces: ondergrondse ijzerverwijdering en mangaverwijdering met FERMANOX
Oxidatiezones in de aquifer bij gebruik van een UEE
Het basisidee achter ondergrondse ijzerverwijdering en mangaanverwijdering is de introductie van water verrijkt met zuurstof uit de lucht in de watervoerende laag. Zelfs kleine hoeveelheden zuurstof activeren een effectief waterbehandelingsproces, omdat er rond de put een reactieruimte met een verhoogd redoxpotentieel ontstaat.
De stoffen die door verminderde omstandigheden in de watervoerende laag zijn opgelost, worden door oxidatie teruggebracht naar de vaste toestand en worden eenvoudigweg permanent elders in dezelfde watervoerende laag gefixeerd. Hierdoor wordt een efficiënte ijzer- en mangaanverwijdering uit het grondwater bereikt, evenals nitrificatie van ammonium, een vermindering van gemakkelijk geoxideerde organische stoffen en een vermindering van arseen.
Continue ondergrondse waterbehandeling is afhankelijk van de werking van ten minste twee putten, die afwisselend als productie- of infiltratieputten werken. De grootte van de reactieruimte rond elk putje wordt bepaald door de hoeveelheid infiltratie en het aandeel actief poriënvolume in de watervoerende laag. Het vereist een individueel ontwerp voor elke put, dat vooral gebaseerd is op de kwaliteit van het ruwwater en de vereiste zuiveringsprestaties
Geschiedenis
Ondergrondse deïronisatie en mangaanverwijdering van grondwater wordt sinds de jaren zeventig op industriële schaal en sinds de jaren tachtig in verschillende concepten toegepast in een groot aantal kleine en middelgrote systemen voor drink- en proceswaterbehandeling, vooral in Duitsland, Nederland en Scandinavië. Die Winkelnkemper GmbH produceert sinds 1984 FERMANOX® waterbehandelingssystemen en is nu marktleider op het gebied van ondergrondse ijzerverwijdering en mangaanverwijdering, met meer dan 10.000 geïnstalleerde compacte systemen.
In tegenstelling tot bovengrondse filtersystemen gebruikt ondergrondse ijzerverwijdering en mangaanverwijdering (UEE) de aquifer zelf in het gebied nabij de put als reactieruimte en waar de reactieproducten achterblijven. Binnen de reactieruimte activeert de geïntroduceerde zuurstof de complexe verwerkingsmechanismen. De chemisch-fysische processen worden ondersteund door een autokatalytisch effect van de reeds bestaande oxiden. Ook microbiologische processen spelen een belangrijke rol.
De oxidatie van het opgeloste ijzer kan bijvoorbeeld worden gespecificeerd met de volgende molecuulformule:
2 Fe2+ + ½ O2 + (x + 2) H2O → (Fe2O3 * x H2O) + 4 H+[1]
Conventionele bovengrondse filters produceren na beluchting vooral amorf, waterrijk ijzer(III)hydroxide (Fe(OH)3) en mangaanoxidehydraat (MnOOH) en daarmee grote hoeveelheden slib dat moet worden teruggespoeld en afgevoerd.
Ondergronds wordt het primaire reactieproduct ijzer(III)hydroxide omgezet in kristallijn ijzer(III)oxidehydraat en mangaan(III)oxidehydraat in mangaandioxide (MnO2, “bruinsteen”). De producten vormen fijne coatings op het bodemkorreloppervlak met een hoge dichtheid en een overeenkomstig laag volume.[1]
Op de bodemkorrels afgezette ijzer- en mangaanoxidehydraten zorgen in de productiefase voor een hoog adsorptievermogen aan ijzer- en mangaanionen. De zuurstof die tijdens de infiltratiefase wordt geïntroduceerd, bereikt ijzer- en mangaanionen die op het korreloppervlak zijn geadsorbeerd terwijl het door de watervoerende laag stroomt en oxideert deze om slecht oplosbare verbindingen te vormen. Een deel van de zuurstof wordt geadsorbeerd en is bij aanvang van de productie nog beschikbaar voor oxidatie.
Adsorptie-oxidatiemodel – chemisch-fysische processen in de reactieruimte van de UEE (met vriendelijke toestemming van Prof. Dr.-Ing. U. Rott).
Naast de ontijzering en mangaanverwijdering veroorzaakt de geïntroduceerde zuurstof nog andere positieve reacties in de watervoerende laag:
- Nitrificatie van ammonium en nitriet [2]: Ammonium en/of nitriet in het grondwater worden genitrificeerd en daardoor aanzienlijk gereduceerd. De omzetting vindt altijd bacteriologisch plaats en bij ammonium altijd in twee fasen. 2 NH4+ + 3 O2→ 2 NO2– + 2 H2O + 4 H+ (+ Energie) door Nitrosomonas en Nitrosocystis 2 NO2– + O2→ 2 NO3– (+ Energie) door Nitrobacter en Nitrosocystis. De biomassa die ontstaat is klein en meestal niet van belang.
- Waterstofsulfide en de daarmee gepaard gaande onaangename geur worden door oxidatie geëlimineerd.
- Zware metalen zoals arseen, nikkel etc. kunnen worden verminderd. Omdat deze stoffen in de ijzeroxidatieproducten worden verwerkt, is het noodzakelijk dat het grondwater een minimaal ijzergehalte heeft.[3]
- Methaan in het grondwater oxideert in de watervoerende laag wanneer zuurstof vóór ijzer wordt geïntroduceerd, wat betekent dat er relatief veel biomassa wordt gevormd wanneer de zuurstofbehoefte hoog is; Voor methaanhoudend grondwater is daarom een bijzondere werkwijze vereist.
Door de ondergrondse waterbehandeling op de juiste manier te ontwerpen, vinden alle bovengenoemde reacties plaats in de watervoerende laag buiten de putstructuur, waar alleen zuiver water doorheen stroomt.
[1] Rott, Ulrich: Deskundig advies over de effectiviteit van de ”FERMANOX-waterbehandeling” met speciale aandacht voor milieurelevante effecten.Universiteit van Stuttgart, Instituut voor Sanitaire Techniek, Waterkwaliteit en Afvalbeheer, 1994
[2] Rott, Ulrich: Deskundig advies over de behandelingsprestaties van de ”FERMANOX-waterbehandeling”.Universiteit van Stuttgart, Instituut voor Sanitaire Techniek, Waterkwaliteit en Afvalbeheer, 1995
[3] Rott, Ulrich; Meyerhoff, Ralf; Bauer, Tarja: In situ behandeling van grondwater met verhoogd ijzer-, mangaan- en arseengehalte.In: gwf – Water/Afvalwater 137 (1996) nr. 7, blz. 358-363
De basisvereiste voor het gebruik van FERMANOX®-systemen voor ondergrondse ijzerverwijdering en mangaanverwijdering zijn verticale of horizontale filterputten in los gesteente (zand of grind), omdat de daadwerkelijke behandeling vooral het grote oppervlak van een poreuze ondergrond vereist. watervoerende laag. Voor putuitbreiding gelden de gebruikelijke technische regels (vooral DVGW W 113, W 123 en DIN 4924). Bovendien moet er vooral voor worden gezorgd dat er geen verticale stromingen in de putconstructie optreden.
Er zijn toepassingslimieten met betrekking tot de kwaliteit van het ruwwater. Met name voor de mangaanverwijdering is een minimale pH-waarde nodig, die vanwege het hoge rendement van het proces lager is dan bij bovengrondse processen. Bovendien neemt de zuiveringsinspanning sterk toe bij hogere ammonium- of methaanconcentraties in het grondwater (in tegenstelling tot diverse publicaties, zie ook[1]). Met FERMANOX® kan zelfs extreem grondwater worden gezuiverd tot drinkwaterniveau.
Om de toepasbaarheid van het proces te beoordelen, een geschikt waterbehandelingssysteem aan te bieden en de gebruikelijke FERMANOX®-garantie te garanderen (waarbij de grenswaarden van de Drinkwaterverordening voor ijzer, mangaan en ammonium niet worden overschreden), hebben wij daarom de volgende documenten nodig:
- Ruwwateranalyses van alle putten
- Laag- en uitbreidingslijsten van alle putten (→ DIN 4023 en 4943)
- Locatieplan
- Informatie over financieringsprestaties en -concept
- Registratie van putontwikkeling (indien beschikbaar, bijvoorbeeld protocollen voor ontzandings- en krachtpomptests)
- Mogelijk hydrogeologische rapporten
Vooronderzoeken kunnen nuttig zijn, waarvoor wij testfaciliteiten kunnen aanbieden.
[1] Groth, Peter ; Czekalla, Christen; Dannöhl, Rainer; Kölle, Walter; Ließfeld, Rainer; Meyerhoff, Ralf; Olthoff, Reinhold; Rott, Ulrich; Wiegleb, Klaus: Ondergrondse ijzerverwijdering en mangaanverwijdering – bijgewerkt statusrapport. In: gwf – Water/Afvalwater (speciale druk) 138 (1997) nr. 4, pp. 182-187
Levensduur van geboorde putten
Een eerste beschouwing van het proces leidt tot de veronderstelling dat de resterende reactieproducten in de aquifer tot verstoppingen in het putgebied kunnen leiden. Het tegendeel is het geval: bij in-situ behandeling wordt de levensduur van de putten aanzienlijk verlengd, omdat er geen natuurlijke verstoppingen meer kunnen optreden. Een vermindering van de hydraulische permeabiliteit in de oxidatiezone wordt in de praktijk niet waargenomen.[1]
Het werkelijke volume geproduceerde oxidatieproducten wordt gewoonlijk aanzienlijk overschat, terwijl de grootte van de reactieruimte in de watervoerende laag wordt onderschat:
Een casestudy
| Aannames: | |
|---|---|
| Wateronttrekking in 30 jaar: | 10.950.000 m³ |
| Wateronttrekking: | 1.000 m³/dag |
| Ijzergehalte: | 5 mg/l |
| Bedrijfstijd: | 30 Jaren |
De in het voorbeeld aangenomen hoeveelheid water bevat 54,75 ton ijzer, dat – aangenomen als ijzerblok – een volume inneemt van 6,97 m³. Deze hoeveelheid ijzer resulteert door ondergrondse waterzuivering in 87,6 ton kristallijn ijzeroxidehydraat met een volume van slechts 21,4 m³.
Het werkelijke poriënvolume van een natuurlijk gegroeide watervoerende laag (fijn zand tot grof grind) bedraagt 36% tot 42%. Uitgaande van slechts 36% zou het volledige ijzeroxidehydraat uit de waterwinning over een periode van 30 jaar kunnen worden ondergebracht in iets minder dan 60 m³ zand. Bij een gemiddelde conditioneerbaarheid met een vloeifactor van KE = 5 wordt echter met bovenstaande berekening circa 850 m³ bodemvolume bereikt door de zuurstoftoevoer. Dit betekent dat aanzienlijk meer dan 90% van het poriënvolume in de aquifer na de eerste 30 bedrijfsjaren nog steeds beschikbaar is.
Bovendien vindt de afzetting van oxiden voornamelijk plaats in de hydraulisch irrelevante doodlopende poriën. En ten slotte neemt de reactieruimte toe in die mate dat het actieve poriënvolume door afzetting wordt gesloten, omdat de hoeveelheid retour van met zuurstof verrijkt water hetzelfde blijft.
Detail van een poriënaquifer [4]
Deze resultaten worden bevestigd door talrijke publicaties in de vakliteratuur (bijvoorbeeld [2]) en door onze eigen ervaringen. In het waterleidingbedrijf Rheindahlen van NiederrheinWasser GmbH wordt al meer dan 30 jaar ondergrondse ijzerverwijdering uitgevoerd zonder dat er negatieve hydraulische effecten waarneembaar zijn [3]. Het eerste FERMANOX®-systeem werd in 1983 in gebruik genomen met een ijzerconcentratie van 6,7 mg/l. Het systeem functioneert tot op de dag van vandaag nog steeds probleemloos, hoewel de geboorde put inmiddels zo’n 60 jaar oud is en nooit is geregenereerd.
[1] Groth, Petrus; Czekalla, Christen; Dannöhl, Rainer; Kölle, Walter; Ließfeld, Rainer; Meyerhoff, Ralf; Olthoff, Reinhold; Rott, Ulrich; Wiegleb, Klaus: Ondergrondse ijzerverwijdering en mangaanverwijdering – bijgewerkt statusrapport.In: gwf – Water/Afvalwater (speciale druk) 138 (1997) nr. 4, pp. 182-187
[2] Friedle, Matthias; Rott, Ulrich: Basisprincipes en toepassingen van processen voor ondergrondse behandeling van grondwater.Handboek voor watervoorziening en afvalwatertechnologie.Vulkan-Verlag, 1998, blz. 79-107
[3] Ewert, Thomas; Wisotzky, Frank; Schindler, Roland; Schumacher, Detlef; Rott, Ulrich: Ervaringen met ondergrondse ijzerverwijdering bij de waterleidingbedrijven van NiederrheinWasser GmbH. In: gwf – Water/Afvalwater 152 (2011) nr. 2, blz. 170-175
[4] Schulte-Ebbert et al.: Gedrag van anorganische sporenstoffen onder veranderende redoxomstandigheden in grondwater. Gepubliceerd Het Instituut voor Wateronderzoek GmbH Dortmund en Dortmunder Stadtwerke AG, nr. 32; 1991
FERMANOX WV & WV Professional voor waterwerken
Waterbehandelingssysteem voor ondergrondse ijzerverwijdering en manga-verwijdering met FERMANOX
Toepassingsgebied
De FERMANOX® roestvrijstalen systemen van het type WV & WV professional zijn ontworpen voor industriële prestaties. Ze worden afwisselend met twee of meer boorputten gebruikt en worden afhankelijk van de betreffende eisen in verschillende prestatieklassen en uitvoeringen gebruikt.
Prestaties van waterbehandeling
Afhankelijk van de ruwwaterkwaliteit hebben WV professionele systemen een zuiveringscapaciteit van 100 tot maximaal 8.000 m³/dag per systeem. Om de prestaties te verbeteren, kunnen meerdere systemen parallel worden aangesloten.
FERMANOX®-WV professioneel type systeem
Stroomdiagram voor een watervoorziening met een FERMANOX®-systeem van het type WV Professional
Functionaliteit
De FERMANOX® roestvrijstalen systemen van het professionele type WV werken met minimaal twee boorputten, die afwisselend als infiltratieputten en productieputten worden gebruikt.
Een klein deel van het water uit de putten in productiebedrijf wordt na verrijking met zuurstof uit de lucht door een ontgassingstank geleid en vervolgens via de infiltratieput opnieuw in de watervoerende laag gefiltreerd.
Na de doorvoer van bepaalde leverings- en infiltratiehoeveelheden worden de putfuncties omgeschakeld. Vervolgens wordt behandeld water uit de vorige infiltratieput gepompt, terwijl zuurstofrijk water via een andere put wordt geïnfiltreerd.
Verbruiksafhankelijke regulering
Bij FERMANOX®-systemen van het professionele type WV worden de hoeveelheid verbruikt water en de hoeveelheid die voor behandeling wordt teruggestuurd, continu bewaakt. De verbruiksafhankelijke regeling zorgt ervoor dat per put altijd de juiste verhouding productie en zuurstofverrijking behouden blijft. Tegelijkertijd vindt de volgende verrijking altijd pas plaats nadat een overeenkomstige hoeveelheid water is verbruikt.
Als er een afwijking is van de doelgegevens, wordt er automatisch een alarm geactiveerd en wordt de oorzaak van de fout weergegeven.
Speciale injector van het FERMANOX® systeem, type WV professional
Toepassingsgevallen met extreem fluctuerend waterverbruik
Zelfs voor speciale toepassingen met soms extreem laag waterverbruik over een langere periode kan Winkelnkemper GmbH de permanente functionaliteit van het systeem garanderen door het systeem dienovereenkomstig te programmeren. Tegelijkertijd realiseert deze regeling optimale omstandigheden met het laagste energieverbruik.
Bewaking en onderhoud op afstand
Het systeem, dat wordt aangestuurd op basis van verbruik, houdt ook zichzelf in de gaten en geeft een alarm als er afwijkingen zijn van de normale werking.
Het loggen en uitlezen van de bedrijfsgegevens is mogelijk. Op de besturingsinterface kan ook een pc worden aangesloten. Als alternatief zijn uitlezing en parametrering op afstand of aansluiting op een controlecentrum mogelijk.
Verbruiksafhankelijke regeling met uitleessoftware
FERMANOX®-Interpretatie
De juiste verhouding tussen promotie en verrijking is cruciaal voor het succes van het proces. Concreet moet per put het retourvolume worden aangepast aan de dagelijkse waterbehoefte en de ruwwaterkwaliteit van het grondwater. Onder de typeaanduiding WV bieden wij daarom 3 verschillende standaardmaten met verschillende eigenschappen aan. De selectie van het geschikte systeem kan altijd alleen worden gemaakt na een individueel ontwerp door ons.
Als deze parameters in de toekomst aanzienlijk afwijken van de oorspronkelijke initiële gegevens (bijvoorbeeld als gevolg van een toename van de waterbehoefte), moet een bestaand systeem beslist opnieuw worden ontworpen door de fabrikant om verstopping van de putten te voorkomen.
FERMANOX®-Testfaciliteiten
Toepassingsgebied
Voor grote projecten en in gevallen waarin we de functionaliteit van het proces niet vanaf het begin kunnen garanderen vanwege een ongunstige ruwwaterkwaliteit of bodemgesteldheid, wordt een proefbedrijf aanbevolen. Voor dit doel bieden wij FERMANOX®-testsystemen van het professionele type WV en accessoires te huur aan, evenals diensten met betrekking tot testondersteuning.
FERMANOX®-Testfaciliteit in een container
Bij de keuze voor een proces tussen bovengrondse en ondergrondse ijzerverwijdering en mangaanverwijdering is het de moeite waard om beide alternatieven te vergelijken op basis van efficiëntie en kosteneffectiviteit.
Als je ondergrondse ijzerverwijdering en mangaanverwijdering vergelijkt met een open grindfilter zonder toevoegingen (dus zonder verharding of toevoeging van hulpstoffen etc.) ontstaat het volgende kwalitatieve beeld:
Conceptvergelijking FERMANOX in vergelijking met het grindfilterproces
Ondergrondse ijzer- en mangaanverwijdering is met het FERMANOX-waterbehandelingsproces efficiënter.
Om de aanzienlijk hogere efficiëntie van ondergrondse ijzer- en mangaanverwijdering in vergelijking met bovengrondse snelfilters te begrijpen, is een vergelijking van de reactieruimten nuttig.
Met ongeveer 25% effectief poriënvolume in een losse gesteente-aquifer creëert infiltratie een reactieruimte die ongeveer 4 keer het volume van het infiltratievolume heeft – vele malen groter dan bij conventionele snelfilters. In deze grote ruimte wordt het water naar de put gepompt. Infiltratie vindt plaats in de tegenovergestelde richting van de put in de watervoerende laag. In tegenstelling tot conventionele filters betekent dit dat de gehele reactieruimte voor de verwerking actief wordt en dat de processen van oxidatie en adsorptie op voordelige wijze grotendeels gescheiden zijn. Omdat de stroomsnelheid altijd groter is dan de infiltratiesnelheid, is er geen verandering in de balans in de watervoerende laag buiten de reactieruimte.
Vergelijking van de reactieruimtegroottes in de watervoerende laag en in het bovengrondse filter [1]
De grote reactieruimte of de enorme oppervlakte-actieve stof voor adsorptie en reactie, een lange reactietijd en het gunstiger tegenstroomprincipe in deze reactieruimte resulteren in een efficiëntie die met bovengrondse processen vrijwel onhaalbaar is. Als gevolg hiervan bereikt de UEE aanzienlijk hogere verwerkingsprestaties met een lagere zuurstofbehoefte (en een lager energieverbruik). Zelfs grondwater met extreem hoge ijzer- en mangaanconcentraties kan met FERMANOX® worden behandeld tot een concentratie ruim onder de grenzen van de Drinkwaterverordening.
[1] Friedle, M; Rott, U: Grondbeginselen en toepassingen van ondergrondse grondwaterbehandelingsprocessen. Handboek voor watervoorziening en afvalwatertechnologie. Vulkan-Verlag, 1998, blz. 79-107
Ondergrondse waterbehandeling biedt een hoge kosteneffectiviteit
„Economische vereisten, in het bijzonder de noodzaak om de beschikbare middelen spaarzaam te gebruiken in termen van ruimtebehoefte, bouw- en exploitatiekosten in waterleidingbedrijven, vereisen voortdurende verbeteringen aan de stand van de techniek.“ [1]
De DVGW bevestigt de lagere investerings- en exploitatiekosten voor ondergrondse ijzerverwijdering en mangaanverwijdering in vergelijking met conventionele filtersystemen en schrijft dit vooral toe aan het feit dat er slechts enkele bovengrondse systeemonderdelen nodig zijn.[2]Een nauwkeurigere kosten-effectiviteitsvergelijking laat, naast de aanzienlijk lagere kosten voor de technische uitrusting, nog meer voordelen van de UEE zien:
- Door het kleine bouwvolume van ondergrondse ontijzering en mangaanafvoer kan de omkasting voor de waterzuivering aanzienlijk kleiner zijn dan bij bovengrondse systemen. Dit bespaart niet alleen investeringskosten, maar ook energiekosten voor het verwarmen en drogen van de operatiekamers.
- Alleen al de hogere energie-efficiëntie zorgt voor een kostenvoordeel voor UEE, dat groter is dan de investeringskosten over de (lange) levensduur van waterwerken.
- Er zijn geen terugspoelingen, geen filterwisselingen, geen afvalwater of afval bij UEE.
- Een volledig geautomatiseerd en onderhoudsvrij systeem zoals de FERMANOX® type WV professional reduceert de bedrijfskosten tot een minimum.
Door de lagere bedrijfskosten in vergelijking met alleen bovengrondse filters loont een modernisering met een FERMANOX®-systeem vrijwel altijd binnen korte tijd. Bij vervanging van oude systemen wordt door tijdelijke inbedrijfstelling van beide systemen een naadloze overgang gerealiseerd zonder onderbreking van de drinkwatervoorziening.
Het FERMANOX®-waterbehandelingsproces garandeert ijzer-, mangaan- en ammoniumvrij water – rechtstreeks uit de bron.
FERMANOX® beschikt als pionier en marktleider in compacte systemen voor ondergrondse waterbehandeling over de knowhow om de hydrogeologische en waterchemische omstandigheden ter plaatse en het daaruit voortvloeiende ontwerp van het FERMANOX® waterbehandelingssysteem te evalueren.
Het eerste FERMANOX®-systeem werd in 1983 in gebruik genomen. Het ijzergehalte van het oorspronkelijke ruwe water bedroeg 6,7 mg/l, wat overeenkomt met 33,5 maal de grenswaarde volgens de Drinkwaterverordening. Het systeem draait nog steeds probleemloos, hoewel de geboorde put inmiddels zo’n 60 jaar oud is.
Inmiddels zijn ruim 10.000 systemen in gebruik genomen.
