Optimalisatie van een UF - pilootinstallatie en eerste haalbaarheidsonderzoek met betrekking tot hergebruik van spoelwater voor wortelen

Jonas Ghyselinck
Persbericht

Optimalisatie van een UF - pilootinstallatie en eerste haalbaarheidsonderzoek met betrekking tot hergebruik van spoelwater voor wortelen

Membraanfiltratie: de oplossing voor het waterschaarsteprobleem?
 
Water dient naar waarde te worden geschat; wij danken immers ons bestaan aan deze grondstof. Het is dan ook belangrijk de aandacht te vestigen op de heersende problematiek in verband met waterschaarste. Cijfers geven aan dat slechts 0,003% van het water, aanwezig op onze blauwe planeet, geschikt is voor onmiddellijke consumptie. Een van de grote oorzaken is uiteraard de vervuiling, onder andere door de toenemende bevolkingsgroei en industrialisatie. Indien we een techniek zouden kunnen ontwikkelen die ons toelaat sterk vervuild water in een aantal eenvoudige stappen om te zetten in drinkbaar water, dan zou dit een stap in de goede richting zijn…
 
Een dergelijke techniek bestaat reeds, maar is nog volop in ontwikkeling: membraanfiltratie. Het principe is relatief eenvoudig. Het komt erop neer dat vervuild water doorheen een krachtige filter – een membraan – wordt gestuurd waarbij contaminerende deeltjes door het membraan worden tegengehouden, terwijl zuiver water wordt verkregen aan de andere zijde van de filter.
Het principe is gebaseerd op de werking van de membranen aanwezig in onze cellen. Deze regelen het stoffentransport in en uit de cel : ze laten bepaalde deeltjes door terwijl andere worden tegengehouden.
Hetzelfde kan gezegd worden over membranen gebruikt bij membraanfiltratie. Door het membraan zodanig te ontwikkelen dat het een zekere selectiviteit vertoont voor bepaalde componenten, zijn we in zekere zin in staat een keuze te maken in de componenten die we uit het water willen verwijderen. Door, bij wijze van voorbeeld, het membraan te synthetiseren uit een hydrofoob (waterafstotend) materiaal kunnen we ervoor zorgen dat meer hydrofobe deeltjes uit het water verwijderd worden (door hydrofobe interacties tussen deeltje en membraan).
Stellen we ons eens voor welke mogelijkheden dit met zich kan meebrengen, zowel voor de industrie als voor het individu. Het zou de industrie in staat stellen voortdurend hetzelfde water te hergebruiken zodat geen lozingen meer hoeven te gebeuren, wat ook financieel voordelig is. Bovendien zou dit betekenen dat de vervuiling van de natuurlijke waterlopen sterk wordt gereduceerd zodat de natuurlijke habitat van bepaalde diersoorten niet wordt verstoord. Ook zouden we op die manier in staat zijn om, mits een relatief eenvoudige bewerking, voortdurend te voorzien in ons drinkwater. Jammer genoeg is dit droommodel niet zo vanzelfsprekend. Bij de ontwikkeling treden een aantal grote problemen op waardoor de techniek nog steeds niet op punt staat. Op het eerste zicht kunnen we vermoeden dat de synthese van de membranen een probleem vormt. Er moet immers een membraan ontwikkeld worden dat in staat is zowel microscopisch waarneembare deeltjes, zoals bacteriën en virussen, als nog kleinere deeltjes, zoals pesticiden en zware metalen, uit het water te verwijderen. Zelfs deeltjes op ionaire schaal moeten in bepaalde gevallen uit het water kunnen worden verwijderd. Dit vereist een uiterst nauwkeurige en volledig gecontroleerde synthesemethode. Op dit vlak stellen zich weinig problemen, we zijn met andere woorden in staat membranen te synthetiseren die aan deze eisen voldoen. Zo zijn er de ‘Omgekeerde osmose – membranen’ die in staat zijn ionen (dit zijn geladen atomen) uit het water te verwijderen! Het probleem dat zich hier logischerwijze stelt is dat het water niet zomaar doorheen een membraan met een dergelijk dichte structuur zal bewegen, het zal er als het ware moeten doorgeperst worden, wat gepaard gaat met een hoog energieverbruik. Dit hoge energieverbruik is met de huidige energieprijzen financieel nadelig.
Een tweede probleem ligt bij de hoge kostprijs van de membranen die, zoals hoger vermeld, aan een aantal vereisten moeten voldoen om te kunnen worden gebruikt in een membraanfiltratie toestel.
Een laatste, en wellicht ook grootste probleem dat zich stelt is de vervuiling van de membranen. De contaminerende deeltjes die in het afvalwater aanwezig zijn worden immers tegengehouden door het membraan en kunnen op die manier tot verstoppingen leiden. Gepaard gaande met de hoge druk die vereist is om het water doorheen het membraan te sturen, kan dit tot desastreuze gevolgen leiden voor de membranen. Immers, door de deeltjes die worden tegengehouden door het membraan, wordt een bijkomende weerstand geboden aan het water om doorheen het membraan te bewegen. Dit resulteert op zijn beurt in een drukstijging zodat, indien dit probleem niet wordt verholpen, het membraan irreversibel kan worden beschadigd met nadelige gevolgen: kosten van nieuwe membranen, beschadiging van de installatie, wegspringende onderdelen, etc.
Deze vervuiling van de membranen is de voornaamste belemmering in de overstap naar deze zuiveringstechniek. Het spreekt voor zich dat membranen op geregelde tijdstippen moeten worden gereinigd om een goede werking te garanderen. Het is deze reiniging die een uitgebreid onderzoek vereist. Vragen zoals ‘Welke reiniging is tegelijkertijd efficiënt en economisch gunstig?’, ‘Welke dosis mag gebruikt worden opdat het membraan niet wordt beschadigd?’ en ‘Zal het gebruik van reinigingsmiddel x geen residu’s achterlaten in het filtraat die schadelijk zijn voor de gezondheid of die schade kunnen berokkenen aan installatieonderdelen?’ komen naar boven en zijn niet onbelangrijk! Het grote probleem schuilt hierin dat niet elke industriële activiteit afvalwater produceert met eenzelfde samenstelling. Afhankelijk van de samenstelling zal het ene reinigingsmiddel een betere werking hebben dan het ander. Het is de zoektocht naar dit middel en de zoektocht naar een optimale tijd tussen twee reinigingen in, die een uitgebreid vooronderzoek vraagt. Dit vooronderzoek is arbeidsintensief, vereist deskundigheid, en draagt daardoor een niet te verwaarlozen prijskaartje.
Voor huishoudelijk afvalwater doet het laatst gestelde probleem zich minder voor. Dit afvalwater heeft immers een relatief constante samenstelling, zodat een ‘copy paste’ techniek mogelijk is. Eens een installatie werd geoptimaliseerd voor één situatie, kunnen de instellingen gekopieerd worden naar een andere installatie. In dit geval is membraanfiltratie dus meer gegeerd.
 
We kunnen besluiten dat het droombeeld dat we hebben omtrent een onuitputtelijke watervoorraad, waarbij we op elk moment kunnen voorzien in onze waterbehoeften nog niet zo dichtbij is als we zouden willen. Niettemin is de techniek veelbelovend en biedt hij tal van voordelen ten opzichte van andere technieken. Helaas draagt de hoge kostprijs bij tot een grotere drempel in de overstap naar membraanfiltratie. Toch zijn de laatste jaren enorme vooruitgangen geboekt. De gedachte dat membraanfiltratie kan gebruikt worden voor onze doelstellingen is bijgevolg zeker geen illusie. We kunnen dus eindigen met een citaat van Stefan Brijs; ‘Soms is wat onmogelijk lijkt, alleen maar moeilijk’.

Bibliografie

Bacchin P., Aimar P. & Field R.W. Critical and sustainable fluxes: theory, experiments and applications.

Bepaling van de droogrest

Bepaling van totaal kiemgetal

Bourgeous, K.N., Darby, J.L. & Tchobanoglous, G. (2001). Ultrafiltration of wastewater: effects of particles, mode of operation, and backwash effectiveness. Water Research, 35 (1), pp. 77-90.

Carpentier, J. et al. (2004). Jaarboek water 2004. Mechelen: Kluwer.

Dudley L.Y. & Baker J.S. (z.j.). The role of antiscalants and cleaning: chemicals to control membrane fouling. Geraadpleegd op 25 februari 2007 via http://www.derwentwatersystems.co.uk/chemical-treatments/paper-nine.pdf.

General Electric Company (z.j.). Reverse osmosis. Geraadpleegd op 7 april 2007 via http://www.zenon.com/resources/glossary/reverse_osmosis.shtml.

HACH LANGE NV (2006). Productinformatie: laboratorium analyse kuvettentest. Geraadpleegd op 3 maart 2007 via http://www.nl.hach-lange.be/shop/.

Huisman, L. (1996). Rapid filtration. Department of Civil Engineering, TUDelft, Delft, p. 52.

INGE AG (2006). Inge ultrafiltration: technical manual. UF Technical Manual Release 01 (06-09)E.

IRH Environnement & Roubaty, J.L. (2001). Chlore eau de javel. Geraadpleegd op 16 maart 2007 via http://www.legionnellose.com/seminaire/seminaireChlore%20eau%20de%20jav….

103

Kim, J.H. & Kim, C.K. Ultrafiltration membranes prepared from blends of polyethersulfone and poly(1-vinylpyrrolidone-co-styrene) copolymers. Journal of Membrane Science, 262, 1 oktober 2005, pp. 60-68 (cd – rom)

Lenntech Water – en Luchtbehandeling (z.j.).Desinfectiemiddelen: chloor. Geraadpleegd op 16 april 2007 via http://www.lenntech.com/waterdesinfectie/desinfectiemiddelen-chloor.htm.

Koenders, P.M.D. (2001). Directe nanofiltratie op twentekanaalwater: haalbaarheidsonderzoek naar one – step treatment van oppervlaktewater. Afstudeerwerk, Technische Universiteit Delft, Faculteit Civiele Techniek en Geowetenschappen.

Kuzmenko, D. et al. Chemical cleaning of UF membranes fouled by BSA. Desalination, 179, 2004, pp. 323-333. (cd – rom)

Lambert, K. (2004). De membraanbioreactor: eendagsvlieg of trendsetter? Geraadpleegd op 25 februari 2007 via http://www.seewater.org/pdf/Press/Aww_0804.pdf.

Mulder, M. (1996). Basic principles of membrane technology. Dordrecht: Kluwer Academic Publishers.

Qin J., Oo M. H., & Li Y. Development of high flux polyethersulfone hollow fiber ultrafiltration membranes from a low critical solution temperature dope via hypochlorite treatment. Journal of Membrane Science, 247, februari 2005, pp. 137-142 (cd – rom)

Roorda, J.H. (2004). Filtration characteristics in dead-end ultrafiltration of wwtp-effluent. Doctoraat, Technische Universiteit Delft, Faculteit Civiele Techniek en Geowetenschappen.

TREVI N.V. (2006). Proces Visualisatie Diagram: Waterzuiveringsinstallatie Cool – Dendermonde.

(2005). Geraadpleegd op 3 maart 2007 via http://www.vito.be/milieu/pdf/wma/WAC%20V%20A%20001.pdf (2005). Geraadpleegd op 3 maart 2007 via http://www.vito.be/milieu/pdf/wma/WAC%20III%20A%20001.pdf Journal of Membrane Science, 281, 15 september 2006, pp. 42–69 (cd – rom)

Universiteit of Hogeschool
Industrieel Ingenieur Chemie
Publicatiejaar
2007
Share this on: