t..I
P-.
M O O R M A N ' V E R I O D I E K E P E R S - D E N HAAG
Technische Hogeschool
(AfdeIing der W e g - en Waterbouwkunde)
Eerste Vacantiecursus
gehouden op 27 en 28 September 1948
te
DELFT
MOORMAN'S PERIODIEKE PERS
-
DEN HAAG
VOORWOORD
Met medewerking van het K.I.W.A. (Keuringsinstituut voor
Waterleidingartikelen, N.V.) werd op 27 en 28 September 1948
in de Afdeling der Weg- en Waterbouwkunde van de Technische Hogeschool te Delft een vacantiecursus in drinkwatervoorziening gehouden.
De ,,eerste3'wordt deze genoemd, want het ligt in de bedoeling, geregeld dergelijke cursussen te organiseren.
Zij hebben ten doel, aan hen die op het gebied der drinkwatervoorziening werkzaam zijn, in het bijzonder aan de
academisch gevormden, gelegenheid te verschaffen om kennis
te nemen van de nieuwste ontwikkeling van wetenschap en
techniek.
De cursussen zijn tevens toegankelijk voor de studenten, de
docenten en de wetenschappelijke staf van de Technische
Hogeschool, waardoor de band tussen hogeschool en maatschappij kan worden versterkt.
Het hierna volgende verslag van de gehouden voordrachten
moge bijdragen tot het bereiken van het gestelde doel.
Gaarne betuigt de ondergetekende zijn dank aan de docenten van de cursus en aan hen, die in een commissie van voorbereiding de organisatie mogelijk hebben gemaakt, t.w. de
heren Ir C. Biemond, voorzitter van de Vakgroep Waterleidingbedrijven, Dr Ir J. E. Carrière, directeur van het K.I.W.A., Ir
J. Leeuwenberg, voorzitter van de Commissie Vakopleiding
van de Vakgroep Waterleidingbedrijven en P.B.C.D. Tol, assistent bij de Afdeling der Weg- en Waterbouwkunde.
W.F. J. M. KRUL.
Delft, voorjaar 1949.
Filtratie als onderdeel der
waterzuivering
d o m Prof. W. F. I. Pl. Krul
1. Bacteriologische zuivering.
Vóórdat de ingenieur der Chelsea Water Works te Londen,
James Simpson, in 1829 een zandfilter voor rivierwater bouwde,
was de enige in het groot toegepaste methode van waterzuivering het rustig laten bezinken van zwevende stoffen in speciaal
daartoe gebouwde of gegraven bekkens.
Dergelijke bezinkingsinrichtingen werden reeds aangebracht in de aanvoerleidingen, die Rome in de eerste eeuw
onzer jaartelling van op grote afstanden gewonnen bronwater
voorzagen.
Het klassieke filter van Simpson heeft tot in onze dagen zijn
plaats in het inmiddels technisch en wetenschappelijk doorvorste zuiveringsproces behouden. In wezen is het niet anders
dan een nabootsing van de werking der natuurlijke aardlagen,
die het ,,levende9'oppervlaktewater van labiele samenstelling
door physische, biologische en chemische processen in meer
of minder stabiel grondwater veranderen.
Het met geringe snelheid (0,lO a 0,12 m/h) werkende biolo- l
gische zandfilter is in het gematigd klimaat van West-Europa l
in staat gebleken, betrekkelijk sterk verontreinigd oppervlaktewater tot een hygiënisch betrouwbaar en technisch en aesthetisch aanvaardbaar product te verwerken. De technische ont- :
wikkeling heeft zich hoofdzakelijk bepaald tot de constructie
der drainering en de regeling van de filtersnelheid, die voor de
betrouwbaarheid van het proces van primaire betekenis is.
De exploitatie vereist grote zorg, vooral de periodieke reiniging, die nagenoeg overal door handenarbeid geschiedt, een
kostbare en uit hygiënisch oogpunt weinig aanlokkelijke
methode. Voor zeer grote installaties (Washington) wordt
reiniging van het filterdek door een over het filterzand rijdende machine toegepast, doch ook hierbij is nog veel handenarbeid nodig.
Ook in de tropen heeft in vele gevallen de biologische zandfiltratie van oppervlaktewater met succes toepassing gevonden.
De hoge en weinig variërende temperatuur bleek daar een
groot voordeel voor het biologische zuiveringsproces te zijn.
I n dit opzicht verkeert de gematigde klimaatzöne in het
nadeel: de vaak sterke wisseling van de temperatuur in de
zomer levert hier bezwaren op, voornamelijk door verandering
in het biologisch evenwicht, waardoor algen tot overmatige
ontwikkeling of tot afsterven geraken en de afbraak der organische stoffen wordt geremd. Nog groter kunnen de bezwaren
worden bij lage wintertemperaturen, waardoor de biologische
werking nagenoeg tot stilstand komt en niet-overdekte filters
grote moeilijkheden door ijsbedekking kunnen opleveren.
I n landen met koude winters, als Oost-Europa, Skandinmië
en Noord-Amerika, is dan ook overdekking van de filters noodzakelijk, een kostbare maatregel die ook zijn biologische consequenties heeft.
*
Naarmate de vervuiling der open wateren toenam, bleek de
eenvoudige biologische zandfiltratie minder tegen haar taak
opgewassen. De hygiënische betrouwbaarheid onder extreme
klimaatsomstandigheden liet te wensen over, de afbraak der
organische stof werd onvollediger, het toenemend gehalte van
het ruwe water aan zwevende stof en micro-plankton leidde tot
verkorting van de filterlooptijd, hetgeen grote bezwaren voor
de exploitatie opleverde.
Hieraan werd tegemoetgekomen door invoering van een
vóórbehandeling en een nabehandeling.
Vóórbehandeling door snelwerkende voorfilters (1 a 5 m/h),
al of niet gecombineerd met verbeterde sedimentatie, waardoor niet alleen de absolute belasting van het nafilter werd
verminderd, maar bovendien en vooral een meer constante
samenstelling van het door de nafilters te verwerken product
werd verkregen.
Nabehandeling door toepassing van een sterilisatiemiddel,
waartoe in sommige gevallen ozon, maar nagmoeg steeds
chloor (oplossing van chloorgas of chloorkalk) werd gebruikt.
Hierdoor werd de betrouwbaarheid van het filterproces vervolmaakt.
De voorfilters - het eerst toegepast te Zurich in 1895 leenden zich veel meer dan de langzame biologische filters
voor technische verbeteringen: deze betreffen vooral de filter-
reiniging die geheel werd gemechaniseerd door terugspoeling
met water of achtereenvolgens met lucht en water.
Hoofdzaak daarbij is een gelijkmatige doorspoeling van het
filtermateriaal, waartoe verdeling van het filteroppervlak in
kleine eenheden, nauwkeurig berekende stelsels van geperforeerde draineerbuizen of drainerende filterbodems, alsmede
speciale inrichtingen voor spoeling van het filteroppervlak
(draaiende geperforeerde buizen, z.g. filterbezems, of spoelleidingen in het bovenste deel der filtermassa) worden toegepast.
De snelfilters worden als regel in overdekte ruimten opgesteld, hetgeen uit hygiënisch oogpunt en voor de exploitatie
grote voordelen oplevert.
Een bijkomstig, maar zeer belangrijk, voordeel van de voorfiltratie bleek te zijn, dat de nafilters met 2 a 3-voudige snelheid (20 a 30 cm/h) konden werken, hetgeen een grote besparing aan filteroppervlak betekende, van groot belang bij het
steeds toenemende hoofdelijk waterverbruik.
De sedimentatie, als onderdeel van de voorbehandeling,
werd verbeterd door vervanging van de intermitterende bezinking door continu doorlopen doorstroombekkens en door toevoeging van uitvlokkingsmiddelen (kalk, aluminiumverbindingen als aluminiumsulfaat, ijzerverbindingen als ferrosulfaat en ferrichloride en siliciumverbindingen) .
Een bijzondere wijze van voorbehandeling voerde Alexander
Houston bij de Metropolitan Water Board te Londen in door de
aanleg van bewaarbekkens (storage reservoirs), waarin het
water 1 à 2 maanden verblijft. Zij hebben zen drievoudige
werking: sedimentatie, egalisatie en de-vitalisatie. Wanneer
deze faze nog dooi voorfiltratie wordt gevolgd, krijgen de nafilters een hygiënisch vrijwel geheel gezuiverd water van nagenoeg constante samenstelling te verwerken, zodat hun functie
zich tot verdere afbraak van de assimileerbare organische stof
en vervolmaking van de betrouwbaarheid uit hygiënisch oogpunt kan beperken.
Hoe aanlokkelijk deze verlangzaming van het zuiveringsproces ook lijkt, toch levert de practijk vaak grote bezwaren op
doordat men de biologische werkingen in de grote bewaarbekkens moeilijk kan beheersen: in het bijzonder kan de algengroei grote moeilijkheden veroorzaken.
Onze landgenoot Dr G . P. H. van Heusden vond in sommige
gevallen hiervoor een elegante oplossing: het wegnemen van
de fosfaten, waardoor aan de algen een levensvoorwaarde
wordt ontnomen.
De sterilisatie als nabehandeling in het proces der langzame
zandfiltratie is in de loop dezer eeuw een algemeen toegepaste
veiligheidsmaatregel geworden, die de niet onder alle omstandigheden betrouwbare werking van het biologisch filter compenseert.
Het snelfilter heeft ook - eventueel gecombineerd met coagulatie - ruime toepassing gevonden voor de zuivering van
zwak verontreinigd water
- uit
- stuwmeren.
- =-T
-
, =1
#
i
.
=
'.4---=
De toenemende vervuiling der open wateren, vooral door
industrieel afvalwater, heeft tot reuk- en smaakbezwaren
aanleiding gegeven, die in het bijzonder door combinatie met
het ter desinfectie toegevoegde chloor worden versterkt.
Het filtratieproces is daartegen niet opgewassen. Toevoeging
van actieve kool, aanvankelijk laagsgewijs in het zandfilter
aangebracht, later in poedervorm toegevoegd, heeft in sommige gevallen tot goede reslutaten geleid.
Nog een andere functie van het zuiveringsproces zij hier
volledigheidshalve vermeld, die wellicht in de toekomst van
grote betekenis zal blijken en waarvoor de filtratie geen oplossing geeft: de verwijdering van virussen, zoals het virus der
poliomyelitis (kinderverlamming). Omtrent de hygiënische
betekenis van het voorkomen der virussen in ons drinkwater
weten wij nog zeer weinig; het electronen-microscoop staat
gereed om ons inzicht in deze materie te verhelderen, dit in
verband met de waarschijnlijkheid, dat de verspreiding van
virusstoffen door leidingwater alleen met biologische methoden kan worden bestudeerd.
In de Verenigde Staten heeft de langzame zandfiltratie nooit
een grote verbreiding verkregen, waarvoor twee hoofdoorzaken
kunnen worden aangegeven.
Het oppervlaktewater wordt daar grotendeels aan meren
(uitgestrekte natuurlijke meren of kunstmatige stuwmeren)
onttrokken, waarbij zuivering aanvankelijk achterwege werd
gelaten en later meestal met chloren werd volstaan. Overigens
wordt rivierwater gebruikt, dat in het algemeen een veel hoger
gehalte aan zwevende - waaronder veel colloïdale - stof
bevat dan elders, tengevolge van de sterke erosie in de uitgestrekte vlakte van Midden-Amerika. Ook n a sedimentatie blijft
het gehalte aan zwevende stof zo hoog, dat langzame zandfilters er snel door verstoppen en bovendien een deel der fijne
colloïdale klei doorlaten, zodat geen helder filtraat wordt verkregen.
Een tweede factor is het zeer hoge hoofdelijk waterverbruik
(4 a 6 maal het Europese), waardoor de aanleg van langzame
filters uiterst kostbaar wordt.
Zowel in de Verenigde Staten als in Canada is dan ook voor
moderne waterleidingen de biologische filtratie geheel verlaten
en wordt uitsluitend snelfiltratie toegepast, voorafgegaan door
bezinking en coagulatie en gevolgd door sterilisatie. De vooren nabehandeling vormen hierbij een onverbrekelijk geheel
met de snelfiltratie, die vrijwel steeds op een snelheid van
5 m/h is ingesteld. Aldus is een typisch industrieel proces
geschapen dat zich leent voor een tot in het uiterste doorgvvoerde mechanisatie.
De sterilisatie, tot dusver nagenoeg uitsluitend door chloren
in tegenstelling met de biologische
verkregen, is hier
methode - een onmisbaar onderdeel van de zuivering, omdat
de snelfilters nimmer een bacteriologisch betrouwbare zuivering kunnen waarborgen. Daarbij komt de onvolledige verwerking der assimileerbare organische stof in het snelfilter, die
zonder sterilisatie tot bacteriewoekering in het leidingnet aanleiding zou geven. Men geeft dan ook in Amerika een zodanige
chloordosis, dat aan de tapkranen in het voorzieningsgebied
nog vrij chloor aantoonbaar is.
De bevolking is in deze richting ,,opgevoed9': men is algemeen overtuigd dat het chloor de bevrijding van epidemieën op
zijn conto heeft en aanvaardt daarvoor de voor een vreemdeling ongenietbare chloorsmaak.
Evenzeer als de nabehandeling is de voorbehandeling bij de
Amerikaanse snelfiltratie van groot belang. De coagulatie
heeft zich dienovereenkomstig tot een gecompliceerde en verfijnde techniek ontwikkeld die aan het waterleidingbedrijf het
karakter van een chemische industrie verleent.
Daarnaast is de technische ontwikkeling van het snelfilter
op een hoog niveau gebracht, zowel wat de keuze van het
filtermateriaal, de drainering, de spoeling, de snelheidsrege-
-
ling en de weerstandsmeting, als wat de aesthetische verzorging aangaat.
Meer en meer wordt de snelfiltratie, behalve in de Verenigde
Staten en Canada, ook in andere landen, in het bijzonder in
Engeland, toegepast.
Onder de in ons land geldende omstandigheden zal in vele
gevallen aan de biologische filtratie met een zwakke chloortoevoeging als veiligheidsmaatregel blijvende voorkeur kunnen
worden gegeven, mits een doelmatige' voorbehandeling overbelasting en sterk wisselende belasting van het langzame
zandfilter kan voorkomen. De aanhangige plannen voor Amsterdam en 's-Gravenhage zijn hierop gebaseerd: de aanw2zigheid der duinen als buffer schept hier de mogelijkheid om het
gebruik van rivierwater in ongunstige perioden te vermijden.
De door coagulatiemiddelen verkregen uitvlokking heeft in
de laatste jaren tot een merkwaardig proces geleid, dat weliswaar als filtratie wordt aangeduid, doch waarbij het zand als
medium is weggevallen. Wanneer n.l. in een opwaarts gerichte
waterstroom vlokken worden gevormd, treedt een evenwicht
op tussen de op de vlokken werkende zwaartekracht en de
opwaartse druk van de waterstroom, zodat een z.g. vlokkendeken ontstaat, een dichte volumineuze massa met een zo
groot inwendig oppervlak dat het opstijgende water erdoor
wordt gezuiverd.
De vlokkendeken oefent aldus een filtrerende werking uit.
Bij de voorbehandeling van oppervlaktewater is in zeer
recente tijd een nieuwe filtratiemethode uitgewerkt, die reeds
uit het stadium der proefneming is getreden: de toepassing
van de micro-zeef. Bij de zuivering van afvalwater werden
reeds lang roterende zeven gebruikt, die ook wel bij het waterleidingbedrijf als vóórzuivering voor de bezinking werden toegepast. Het roestvrij staal bood nu de mogelijkheid om uiterst
fijne zeven (tot 12 000 per cm2; wijdte der mazen tot 0,035
mm) te construeren, die roteren door het te zuiveren water en
continu door een waterstraal worden schoongespoten. Een
dergelijke fijne zeef werkt as een filter en verwijdert met de
fijnste zwevende deeltjes ook bacteriën uit het water.
In Londen wordt een proef met het ,,micro-screen??genomen
ter vervanging van de voorfiltratie, in Bristol overweegt men
de toepassing van deze methode als enige zuivering van het
water uit stuwmeren, ter vervanging van snelfilters dus, waarop dan de gebruikelijke sterilisatie met chloor volgt.
Tenslotte zij nog een moderne filtermethode voor oppervlaktewater vermeld, waarbij op geperforeerde cilind.rrs, omwikkeld met roestvrij stalen draad, een dunne filterlaag van
diatomeënaarde wordt gevormd, door onderdompeling in een
emulsie van kieselguhr.
Een dergelijk filter is op grote schaal toegepast in mobiele
filterinstallaties voor het leger te velde. Oppervlaktewater
wordt alClus, in combinatie met chloren, op zeer bevredigende
wijze gezuiverd. Wanneer de filtercilinders verstopt geraken,
worden ze schoongewassen of -gespoten. Deze apparaten zijn
een verbetering van de vroeger voor kleine installaties toegepaste porceleinen filters, die moeilijk te reinigen zijn en
gemakkelijk scheuren, waardoor de kiemveiwijderende werking schade lijdt.
2. Ontijzering en ontmanganing.
Grondwater werd van de oudste tijden af gewonnen in de
vorm van natuurlijk bronwater, dat geen zuivering behoefde.
De oudste kunstmatige grondwaterwinningen, eerst uitgegraven gesteentegangen of open kanalen, later overdekte
draineerleidingen of geboorde putten, werden meestal in
aardlagen aangelegd, die ijzer- en mangaanvrij water leverden.
Onze oudste duinwaterleidingen wonnen zwak ijzer- en
mangaanhoudend ondiep grondwater dat in open kanalen of
verzamelbekkens in oppervlaktewater overging, waarbij onder
invloed der luchttoetreding een gedeeltelijke ontijzering plaats
vond.
Het water werd daarna in langzame zandfilters bacteriologisch gezuiverd en van ijzer en mangaan bevrijd. Later werden
ter ontlasting van de biologische filters een beluchting en
voorfiltratie met betrekkelijk geringe snelheid (1 m/h) ingeschakeld.
De ,,Amsterdamse sproeier", waarbij twee waterstralen
tegen elkaar spuiten, is over de hele wereld bekend geworden.
I n 1893 paste Piefke in Noord-Duitsland voor het eerst vóór
de filtratie een beluchting door sijpeling over een cokes- of
steenpakking toe, welk voorbeeld terstond in ons land (Breda,
Middelburg) werd gevolgd.
De ontijzeringsfilters waren aanvankelijk niet anders dan
de uit de oppíxvlaktewaterzuivering overgenomen open zandfilters, die door afscheppen van dv bovenlaag en doorharken
van de diepere lagen werden gereinigd.
In de laatste decennia heeft steeds meer het snelfilter ingang. gevonden, opgesteld in overdekte ruimten, mechanisch
met water of met lucht en water gespoeld, waardoor de exploitatie eenvoudiger werd en ook in hygiënisch opzicht een grote
verbetering werd bereikt.
In sommige gevallen, vooral voor kleinere en voor fabrieksinstallaties, bleek het mogelijk, de ontijzering en ontmanganing door filtratie in gesloten ketels onder druk te doen
plaatsvinden, waarbij de beluchting door inpersen van lucht
geschiedt en met éénmaal pompen kan worden volstaan. Vaak
wordt hierbij door een grote dikte van de filtermassa een voldoende contacttijd bij hoge filtersnelheid (10 a 16 m/h) nagestreefd ter besparing op de keteldoorsnede.
Onder invloed der holocen.e, vaak veenhoudende, deklagen
treden in het grondwater in de pleistocene ondergrond van
Nederland hoge ijzer- en mangaangehalten op, vaak gepaard
aan een hoog gehalte aan organische stof.
Op dit gebied heeft de Nederlandse techniek een eigen
karakter verkregen.
3.
Ontzuring.
Ter ontzuring van agressief koolzuur bevattend water wordt
filtratie over koolzuurbindend materiaal toegepast, b.v. marmergruis, schelpen, kalksteen, magno (gebrande dolomiet).
Hierbij wordt het filtermateriaal in de chemische reactie verbruikt; het ,,filtern vervult hierbij dus een geheel andere
functie dan bij de bacteriologische zuivering en de ontijzering
en ontmanganing.
Zowel open filters als gesloten drukfilters worden hierbij
gebezigd. Bij filtratie over marmer e.d. moet ontijzering aan
de ontzuring voorafgaan, omdat ijzerafzettingen het ontzuringsmateriaal onwerkzaam maken. Magno oefent naast de
ontzurende ook een ontijzerende en ontmanganende werking
uit.
4.
Ontharding.
Voorzover ontharding geschiedt door toevoeging van kalk
ter omzetting van de oplosbare bicarbonaten in onoplosbare
carbonaten, moeten deze laatste uit het water worden verwijderd, waartoe normale snelfilters worden toegepast.
Voorts kan in bepaalde gevallen volledige ontharding worden verkregen door filtratie over z.g. uitwisselaars.
Het oudst zijn de natuurlijke zeolieten (speciale groenzanden) en de latere kunstmatige permutieten of kunstharsen.
Daarbij worden de aardalkaliën (calcium en magnesium) uit
het water tegen alkaliën (natrium) uitgewisseld; de aardalkaliën worden aan de uitwisselaar gebonden, het natrium van de
uitwisselaar gaat in het water in oplossing. Het is duidelijk dat
,hierbij zowel de tijdelijke als de blijvende hardheid wordt
weggenomen.
Nog verder gaan de in de laatste tijd tiegepaste kationenen anionenuitwisselaars, die achtereenvolgens alle kationen
door waterstofionen en alle anionen door hydroxylionen vervangen, zodat zuiver H,O overblijft. Dergelijke onthardingsfilters worden meestal als drukfilters uitgevoerd. Evenals bij
de ontzuring wordt bij deze filtratie het filtermateriaal aangetast. Het wordt hierbij echter niet verbruikt, maar het verandert van samenstelling. Op den duur wordt het dus onwerkzaam, waarna regeneratie nodig is.
Het wezen der
filtratie
De waterzuivering zou men een veredelingsbedrijf kunnen
noemen. Zij gaat uit van een natuurlijke grondstof en haar
taak is deze zodanig te zuiveren, dat zij, ontdaan van alle
hinderlijke of gevaarlijke bijmengselen, geschikt is voor het
gebruik.
Zij kan daarbij gebruik maken van de reinigende krachten
van de natuur zelf. DB levende natuur kan zichzelf slechts in
stand houden, indien zij tegenover de koolzuurbindende en
opbouwende functie van de groene cel stelt een omzetting van
die organische stof, die haar taak als drager van het leven
heeft vervuld, tot de uiteindelijke producten koolzuur en water.
Wij zien dat dan ook gebeuren: een vervuild, met afvalstoffen
belast water wordt door de dissimilerende werking der microben gaandeweg schoon. Tezelfdertijd zien wij de pathogene
kiemen, die in wezen aan het water vreemd zijn, afsterven.
De biologische waterzuivering ziet zich dus tot taak gesteld
deze reinigende krachten van de natuur in zo klein mogelijk
bestek te concentreren, zodat een economische werkwijze verkregen wordt. Deze concentratie is verwezenlijkt in het biologische filter, het z.g. langzame zandfilter.
Het inroepen van het leven als reinigend agens heeft evenwel ook zijn schaduwzijde. De mogelijkheid daartoe is te
danken aan het feit, dat het water zulk een bij uitstek geschikt
medium voor het leven vormt( Einddoel van de zuivering in de
natuur is tenslotte de vorming van een schoon water, dat
bevolkt is met een gehele levensgemeenschap, die in evenwicht
verkeert. Daarin zullen chlorophyl-bevattende cellen organische stof opbouwen; andere organismen zullen deze als
voedsel gebruiken; de ademhaling voert een deel der organische stof tot koolzuur terug; alle afval zal tenslotte door
microben worden gemineraliseerd.
De waterzuivering streeft daarentegen naar een schoon
product, dat tevens zo arm mogelijk is aan levehde wezens. Bij
alle biologische zuiveringsprocessen - bij de zelfreiniging in
doorstromingsbassins evenzeer als bij de filtratie - staat men
dus voor de moeilijkheid, dat men slechts die processen wil
bevorderen die daadwerkelijk tot de reiniging bijdragen en een
voortdurende strijd zal moeten voeren tegen alle pogingen van
het leven om daarboven uit te gaan. Wij gebruiken dus een
biologische methode, maar moeten deze gebruiken op electieve
wijze. Bouw en exploitatie van het filter moeten zodanig zijn,
dat de oxydatieve processen worden gestimuleerd, de processen
van opbouw en ongewenste groei daarentegen worden onderdrukt.
Deze doelstelling is zeker niet het uitgangspunt geweest van
de invoering van de biologische filtratie, verwezenlijkt in het
langzame zandfilter. Zij is integendeel het resultaat van meer
dan een eeuw lange ervaring. Wij zijn gewoon de invoering
van het langzame zandfilter te dagtekenen op 1829, het jaar
waarin de ingenieur James Simpson, verbonden aan de Chelsea Waterworks Company, één der maatschappijen die Londen
van water voorzagen, het in zijn bedrijf invoerde. Simpson
deed zulks na een studiereis naar Lancashire en Schotland; er
moeten daar dus langzame zandfilters voordien aanwezig zijn
geweest. Maar hem komt dan toch de eer toe hen voor het eerst
in een groot bedrijf te hebben toegepast.
Simpson was uiteraard volslagen onbekend met de biologische en bacteriologische werking. Voor hem moet het filter
niet meer betekend hebben dan een zeef, geschikt om het ruwe
Theemswater, voordien als zodanig gedistribueerd, in heldere
en smakelijke toestand aan te bieden. Het was er hem om te
doen de aesthetische bezwaren, die in zijn dagen tegen het
gebruik van ruw rivierwater werden aangevoerd, op te heffen.
Het is echter zeer merkwaardig, dat een van de belangrijkste
functies van het langzame zandfilter, n.l. de hygiënische werking, al zeer spoedig en lang vóór de grondvesting van de
bacteriologie door Pasteur en Koch, werd vastgesteld (1).
Dit was te danken aan een Londens huisarts, Dr John Snow.
Snow heeft - zijn tijd ver vooruit - begrepen, dat de epidemieën van typhus en cholera, die Londen herhaaldelijk teisterden, samenhingen met de distributie van ruw water uit een
rivier, waarin al het vuil van de stad door goten en riolen werd
gespoeld. Hij grondde deze overtuiging op epidemiologische
studies over de typhus- en cholerafrequentie in verschillende
delen van Londen, ieder verzorgd door een andere waterleidingmaatschappij, wier inlaten naarmate zij lager of hoger op de
Theems gelegen waren in meer of mindere mate aan infectie
waren blootgesteld.
De zegenrijke invloed van de invoering van het langzame
zandfilter te Chelsea op de cholera-frequentie in het district,
dat met het gefiltreerde water werd voorzien, ontging Snow
niet.
I n 1852 werd de Metropolis Water Act van kracht, die op
grond van aesthetische overwegingen de onttrekking van water
uit het onder de invloed van het getij staande deel van de
Theems verbood en verder bepaalde, dat in een omtrek van
5 mijlen uit de kerk van St. Paul alle rivierwater moest worden
gefiltreerd en alle voorraadkelders van een overdekking moesten worden voorzien. De verlegging van de inlaat van d,e Lambeth Company tot boven het hoogste punt, waarop het Londense afvalwater werd geloosd, verschafte Snow in de choleraepidemie van 1853 het overtuigend epidemiologische bewijs
van zijn stelling. Toch zou het nog 25 jaar duren eer de officiële Londense medische autoriteit de betekenis van zijn
werk erkende. Wij mogen aanmmen dat tegen die tijd de
hygiënische betekenis van het langzame zandfilter algemeen
zal zijn aanvaard.
Gestuwd door de neiging der Engelsen in de tweede helft
van de 19e eeuw om kapitaal te beleggen in waterleiding- en
gasbedrijven op het vasteland van Europa, werd het spoedig
algemeen verspreid.
Het filter heeft in de loop der jaren geen principiële wijzigingen ondergaan. De voortgeschreden bouwtechniek verving
het metselwerk door gewapend beton en verbeterde inlaat en
drainage, maar in w.ezen is het filter nog geconstrueerd, zoals
Sinipson het eens bouwde. Het bestaat nog steeds uit een drainerende vloer, waarop een aantal z.g. steunlagen, die naar
boven toe steeds fijner van korrel worden, zijn gestort. De
bovenste, fijnste steunlaag draagt tenslotte het ongeveer 1 m
dikke zandbed, dat het eigenlijke filterlichaam vormt (afb. 1).
De ,,klassiekeF' en nog vaak toegepaste filtratiesnelheid is
gering; zij bedraagt ongeveer 10 cm waterkolom per uur. Hieruit volgt al dadelijk het grootste bezwaar dat de langzame
zandfiltratie aankleeft: de geringe filtratiesnelheid vereist een
zeer groot filtrerend oppervlak.
Welke werking wordt van het langzame zandfilter verwacht?
SCHEMATISCHE VOORSTELLING VAN EEN LANGZAAM ZANDFILTER
WATER
ZAND
GRIND
MATEN IN CM.
Afb. 1
Het vindt zijn toepassing bij de zuivering van oppervlaktewater of van water, dat, hoewel als grondwater gewonnen, toch
enige tijd aan de dag heeft vertoefd vóór het de filters bereikte.
Zulk water bevat in het algemeen veel zwevende stof, hetzij
slib, hetzij plankton; het heeft een hoog gehalte aan organische stof en draagt bacteriologisch het kenmerk van de
faecale besmetting, waaraan het heeft bloot gestaan. In sommige gevallen (duinwater) bevat het ook ijzer en mangaan.
Chronologisch komt als eerste taak van het filter het leveren
van een helder filtraat, ontdaan van alle zwevende bestanddelen. Deze taak, ongetwijfeld de belangrijkste die Simpson bij
de bouw van zijn filters voor ogen stond, is thans naar elders
verplaatst. Het langzame zandfilter is door zijn grote oppervlak een tijdrovend en kostbaar object om schoon te maken.
Hoe meer men bovendien doordrongen raakte van de biologische aard van de filtratie, des te meer zag men in dat deze
zo min mogelijk gestoord moest worden. Vandaar dat men er
thans naar streeft het water met zo weinig mogelijk slib en
plankton op de filters te brengen en een voorreiniging, b.v.
door bezinking en snelfiltratie, waar nodig door ontijzering,
algemeen gebruikelijk is geworden. Van het langzame zandfilter wordt alleen gevraagd de laatste resten zwevende stof te
verwijderen.
De eigenlijke taak van het biologische filter is geworden: 1"
de verbetering van de hygiënische kwaliteit van het water en
2" de verwijdering van hinderlijke opgeloste bestanddelen. De
hygiënische kwaliteit van het water wordt beheerst door de
mate van faecale besmetting, die gemeten wordt door bepaling
van het aantal B.coli - een op zichzelf genomen onschadelijke, algemeen voorkomende darmbacterie .-, die het water
bevat. Het verdwijnen of nagenoeg verdwijnen van deze B.coli
biedt een waarborg voor het vrij zijn van de veel zeldzamere
pathogene darmbacteriën, die met de faecale stoffen in het
water zouden kunnen zijn geraakt. Een goed werkend biologisch filter verlaagt het aantal B.coli. 100 a 200-voudig. Welk
aandeel het filter daarmee in het geheel der hygiënische reiniging inneemt, is een onderwerp dat hier moet blijven rusten;
daarvoor zij verwezen naar de publicatie van Ir Biemond (2).
Hier zij volstaan met op te merken, dat de practijk van vele
decennia heeft bewezen, dat het filtraat der langzame filters,
desnoods door een lichte na-chloring aangevuld, hygiënisch
volkomen betrouwbaar is.
De verwijdering der opgeloste stoffen geschiedt door oxydatie. Het biologische filter moet dus worden gevoed met water,
dat voldoende zuurstof bevat en zo nodig is geaëreerd. IJzer en
mangaan zullen reeds bij de voorreiniging zijn verwijderd, ook
de nitrificatie - de omzetting van ammonium via nitriet in
nitraat - zal daarbij goeddeels haar beslag hebben gekregen.
Wat aan deze processen nog ontbreekt, komt in het langzame
filter gemakkelijk tot stand. Hoofdzaak van de oxydatieve
w-
werking van het filter is de verwijdering van een groot deel der
opgeloste organische stof.
Voor de consument is daarbij het belangrijkste het voor hem
zichtbare deel, d.w.z. de organische stof die het water een kleur
geeft. Het is de verdienste van Heymann geweest, de veel wijder
strekkende betekenis van de organische stof in het licht te
hebben gesteld.
Heymann (3, 4) heeft erop gewezen, dat de organismen die
leven in de donkere ruimten, waarin het reine water wordt
getransporteerd, in kelders en leidingnet dus, in de organische
stof, die het water nog bevat, huil voedselbron vinden. Tot deze
organismen behoort allereerst de bacteriënflora op buis- en
kelderwand, hierop teren allerlei Protozoën, maar ook hogere,
microscopisch zichtbare dieren als plat- en borstelwormen en
Crustaceeën komen voor. Tezamen vormen zij een levensgemeenschap, de z.g. nagroei, die alleen in stand kan blijven door
de toevoer van voedsel, i.c. organische stof, van buiten af. Hun
aanwezigheid heeft geen hygiënische betekenis, maar is uit
aesthetisch oogpunt - voor zover het de hogere dieren betreft
- zeker ongewenst. I n lange leidingen met weinig verbruik
leidt de nagroei tot uitputting van de zuurstof, hetgeen smaakbezwaren tengevolge heeft.
Heymann heeft n u aangetoond, dat niet alle organische stof
in het water tot de instandhouding van dit leven in staat is.
Een groot deel ervan is daarvoor te moeilijk aantastbaar. De
rest - bij verschillende watersoorten uiteenlopend van 30 tot
60
- vormt een geschikt voedsel. Dit deel werd door Heymann - wel bewust van de betrekkelijke onjuistheid van deze
term - de assimileerbare organische stof genoemd. Hij bepaalde dit deel door een watermonster herhaaldelijk te filtreren
door een met rijp zand gevuld filtertje (afb. 2), totdat het
organische-stofgehalte, gemeten door middel van oxydatie
met kaliumpermanganaat, niet verder afnam. Dit assimileerbare deel wordt n u door de biologische filtratie wel niet geheel,
maar toch grotendeels verwijderd. Hieruit volgt een groot voordeel van de biologische methode: zij verwijdert juist die stoffen, die het gemakkelijkst assimileerbaar zijn en is dus een
uitstekend middel om de nagroei binnen de perken te houden.
Op alle andere middelen om het water voedselarm te maken
heeft de biologische methode voor, dat zij juist selectief de
:
Afb. 2 Proeffilter volgens
Heymunn
assimileerbare stoffen aangrijpt. Hierin ligt haar tweede grote betekenis.
Op welke wijze verricht het biologische filter zijn taak?
In alle oudere handboeken en literatuur vindt men gewag gemaakt van de
filterhuid, die zich op het zandbed
vormt als het voornaamste, zo niet het
eigenlijke reinigende agens. Deze filterhuid bestaat uit slib en detritus in
hoeveelheden afhankelijk van de aard
van het ruwe water en de mate van
voorreiniging. In de open aan het daglicht blootgestelde filters komt daarenboven op het filterzand een zeer rijk
leven tot ontwikkeling. Het bestaat uit
menigvuldige soorten groen- en blauwwieren benevens diatomeeën, waaronder zowel de typisch ééncellige als
de draadvorrnige vertegenwoordigd
zijn. Zij strekken tot voedsel aan tal
van heterotrophe organismen als
Protozoën, Rotatoriën, Nematoden,
Cructaceeën e.a. Voorzover deze organismen niet vrij in het boyenwater van
het filter zweven of rondzwemmen,
vormen zij met de aangevoerde dode
stof de filterhuid.
Deze filterhuid beschouwde men in
de eerste plaats als de eigenlijke filtrerende laag, daar de structuur ervan
veel dichter zal zijn dan die van het
zandbed, dat in verhouding tot de
bacteriën, om maar te zwijgen van de
opgeloste stoffen die verwijderd moeten worden, wijde poriën bezit. In
hygiënisch opzicht zou de werking van
de filterhuid m.ede berusten op de
bacteriën-etende Protozoën, die zij
bevat. Deze laatste veronderstelling zal
ongetwijfeld juist zijn, alhoewel over de
kwantitatieve betekenis ervan - die vermoedelijk ook zeer
uiteenlopend zal zijn - weinig bekend is (5, 6, 7). Tenslotte
wees men op de overvloedige zuurstofproductie der wieren bij
hun koolzuurassimilatie, die voor de oxydatieve functies van
het filter van grote waarde werd geacht.
Het is waar, dat de filterhuid ook haar bezwaren had. Zij
moest voorzichtig behandeld worden om beschadiging te voorkomen; immers een scheur in de filterhuid was een bres in de
voornaamste defensie-linie. Ook gaf zij nog al eens aanleiding
tot ontijdige verstopping. En wat te doen, indien bij felle zonbestraling de zuurstofbellen hele stukken filterhuid van het
zandbed losscheurden en overeind deden staan? Merkwaardigerwijze bleek het filter een dergelijke beproeving in de regel
te kunnen doorstaan.
Omstreeks de eeuwwisseling beginnen verschillende onderzoekers zich af te vragen of niet al te veel gewicht aan de
filterhuid wordt toegekend en stellen zij de werking van het
eigenlijke zandbed meer en meer op de voorgrond. In ons land
wordt deze opvatting voor het eerst met grote kracht uitgesproken door Pennink in zijn ,,Discours over het wezen der
zandfiltratie", op 15 Februari 1908 voor het Koninklijk Instituut voor Ingenieurs voorgedragen (8). Hoewel Pennink nog
geneigd is een zekere betekenis aan het wierendek toe te kennen, ziet hij toch in het filterbed het eigenlijke reinigende
agens. Hij wijst op de adhaesieve krachten van het laagje
water, dat de zandkorrels omgeeft en daaraan wordt vastgehouden, waarmee hij verklaart hoe een bacterie niet in staat
is de lange weg door de overigens wijde poriën van het zandbed af te leggen zonder vroeger of later door deze kracht te
worden gevangen.
Hij komt tot deze uitspraak, waarin het gehele programma
van verder onderzoek is gegeven: ,,Alleen nafilters vormen een
in waarheid bacteriologisch apparaat Òf zouden, of zullen dát
moeten worden. Naar mijn gevoelen is dit stellig mogelijk en
practisch uitvoerbaar".
Heymann wijst erop in zijn vroeger aangehaald artikel, dat
deze adhaesieve krachten, door Pennink naar voren gebracht,
de werking van het filter nooit geheel kunnen verklaren.
Immers een pas in het filter gebracht zandbed laat bacteriën
en masse door en vermindert de organische stof niet. Eerst als
het zandbed met bacteriën is bevolkt, z.g. ,,rijpp'is geworden,
verricht het zijn taak naar behoren. De bacteriën in het filter
zijn onmisbaar in het proces; in het voetspoor van zijn voorgangers en tijdgenoten meende Heymann, dat zij de absorberende werking teweeg zouden brengen door het slijmhuidje,
dat zij op de korrel vormen. Hij moet evenwel erkennen, dat hij
er niet in slagen kan dit slijmhuidje onder het microscoop
zichtbaar te maken.
Voortgezet onderzoek (9 t.m. 15) bracht hoe langer hoe
meer de nadelen aan het licht, die aan de groei in het bovenwater van open filters verbonden zijn. Een overzicht daarvan
werd in 1942 gegeven door Kooijmans (12,13,15). Deze bezwaren gelden in de eerste plaats de aanwezigheid der organismen
zelve. Sommige organismen, b.v. diatomeeën, kokerbouwende
muggenlarven, kunnen het filter in korte tijd doen verstoppen,
andere zijn gevoelig voor plotselinge weersveranderingen en
leiden door hun massaal afsterven tot overhaaste schoonmaak.
Sommige groene organismen met eigen beweging kunnen in
groten getale door het filterbed heendringen en het filtraat
groen kleuren. Sommige diatomeeën vormen reservestoffen,
die aan het water een onaangename en zeer moeilijk te verwijderen smaak geven.
In de tweede plaats zijn het de organische stoffen, door de
wieren hetzij tijdens, hetzij na hun l.even afgestaan, die de
taak van het filter verzwaren. De opbouw van deze organische
stoffen geschiedt grotendeels door onttrekking van het voor de
assimilatie benodigde koolzuur aan het bicarbonaat, hetgeen
een praecipitatie van calciumcarbonaat tengevolge heeft, die
eveneens tot verstopping van het filter kan bijdragen.
In het bijzonder doet de groei in het bovenwater schade aan
de zuurstofhuishouding van het filter. Tegenover de zuurstofproductie in het licht staat zuurstofverbruik door de ademhaling, niet alleen van de wieren, maar ook van dierlijke organismen als Crustaceeën, die in massa het bovenwater kunnen
bevolken. Ook de afgescheiden organische stof vereist zuurstof
voor haar oxydatie.
Het gevolg is, dat h.et zuurstofgehalte van het filtraat van
een begroeid filter zeer sterke schommelingen gaat vertonen
en dat het filtraat periodiek zuurstofarm, bij tijden zelfs zuurstofloos wordt. Anaerobie van het filtraat uit zich onmiddellijk
in onfrisse reuk en smaak, tevens ziet men het bacteriënge-
halte van het filtraat toenemen, daar de aerobe bacteriënbevolking van het fiterzand van de korrels gaat loslaten.
Hygiënisch zijn deze verhoogde bacteriënaantallen van weinig belang, maar zij zijn het overtuigende bewijs, dat er iets
aan de filtratie hapert.
Op een rijk begroeid filter is niet alles leven. Plaatselijk ligt
afgestorven wier, dat in rotting overgaat en wederom anaerobie veroorzaakt in het onderliggende gedeelte van het zandbed. De bovenbeschreven gevolgen blijven niet uit, zij het
minder hinderlijk door de vermenging met filtraat uit de
aerobe gedeelten van het filter. Deze menging heeft evenwel
ook onaangename gevolgen. In het anaerobe gebied gaat het
ijzer, dat in het zand rijkelijk aanwezig is, als ferrozout in
oplossing. Bij menging met het van elders komende zuurstofhoudende filtraat ontstaat in de reinwaterruimte van het filter
de mogelijkheid tot groei van ijzerbacteriën, die dan ook herhaaldelijk is geconstateerd. Tenslotte is gebleken, dat de ontledingsproducten van het afgestorven wier een goed medium
vormen voor de groei van colibacteriën. Deze kunnen zich
daardoor dus op het zandbed vermeerderen en wel zodanig,
dat zij ook in het filtraat in aantal toenemen. De op het filter
gegroeide colibacteriën hebben natuurlijk geen hygiënische
betekenis, tenzij deze, dat zij de interpretatie van de uitkomsten van het coli-onderzoek op losse schroeven stellen.
Daartegenover werden de voordelen van de filterhuid scherper omschreven (Folpmers; von Wolzogen Kuhr (11, 14, 15)) .
Daarbij werd gewezen op de in vele gevallen gunstige invloed,
die een goed ontwikkeld wierendek (speciaal van draadwieren)
op de looptijd uitoefent. In een dergelijk wierendek worden
slib en detritus, in andere gevallen ook diatomeeën, die anders
tot snelle verstopping zouden leiden, opgevangen. Behalve op
de reeds genoemde protozoënwerking wees men op de adsorbtie
van organische stoffen door de filterhuid, waarvoor weliswaar
weer ander.e stoffen worden afgegeven, maar deze laatste zijn,
naar de practijk leerde, gemakkelijk assimileerbaar.
In het algemeen kan men de filterhuid zien als een levensgemeenschap, die het water moet passeren, eer het in het filterzand dringt en die onder inwerking van het licht op eigen
wijze tot de reiniging bijdraagt. Bovendien komt aan het licht
nog een rechtstreekse desinfecterende werking toe (zie o.a.
Ruys (16)) , terwijl het tenslotte een stimulerende invloed zou
uitoefenen op het opnemen van bacteriën door protozoën (15).
Waar n u het aangewezen middel ter voorkoming van wierengroei is het uitsluiten van alle licht, moet men daarbij deze
lichtwerking - die overigens tot de daguren is beperkt prijs geven.
Men kan zeggen, dat thans in Nederland twee opvattingen
worden gehuldigd: de ene, die het biologische filter ziet als een
samenvoeging van twee levensgemeenschappen, één in het
bovenwater, één in het zandbed, die ieder hun aandeel in de
reiniging nemen; de andere, die de groei in het bovenwater
meer schadelijk dat nuttig acht, deze wil uitsluiten en de
werking wil beperken tot het zandbed.
De werking van het zandbed bestaat uit een biochemische
oxydatie van de organische stof door over het algemeen strikt
aerobe bacteriën, waaronder de vertegenwoordigers van het
geslacht Pseudomonas wel de overhand hebben. Deze bacteriën bevinden zich op de zandkorrel (of op in het zandbed
gedrongen slib of detritus) en hun aantal wordt bij millioenen
per g droog zand geteld. Ondanks dit geweldige getal vraagt
men zich af hoe het mogelijk is, dat de bacteriën er in slagen
om de organische stoffen van het water, dat in de poriën van
het zandbed toch met relatief grote snelheid aan hen voorbijstroomt, te verwerken.
Schnellen (17) heeft in dit verband de aandacht gevestigd
op het werk van Zo Bel1 en medewerkers, die aantoonden, dat
de snelheid van vermeerdering van bacteriën in water afhankelijk was van de verhouding tussen de hoeveelheid water en
het daarmee in aanraking zijnde vaste oppervlak. Dit verschijnsel berust hierop, dat in een voedselarm milieu de concentratie der voedingsstoffen beneden het minimum ligt,
waarbij celvermeerdering nog mogelijk is, behalve aan een vast
oppervlak (glas, zand), waaraan deze voedingsstoffen door
adsorbtie worden geconcentreerd. Wij moeten ons voorstellen,
dat in het biologische filter zich soortgelijke processen afspelen.
Het zandbed biedt een zeer groot oppervlak aan het water,
waarbij de organische stoffen worden geadsorbeerd. Dit betekent een concentratie van voedingsstoffen op de zandkorrel,
zodat de bacteriën de neiging zullen hebben zich op deze korrel
vast te hechten. Deze bacteriën verwerken de organische stof
grotendeels tot koolzuur en water, waardoor de concentratie
op de zandkorrel afneemt en opnieuw door adsorptie wordt
aangevuld. Er ontstaat dus een evenwicht tussen de hoeveelheid aangevoerde en de hoeveelheid verwerkte organische stof,
dat zich instelt via de adsorberende werking van het zand. Uitvoerig is dit betoogd door von Wolzogen Kuhr (18).
De adsorptie is - in absolute zin - het grootst waar de
concentratie der opgeloste stoffen het grootst is, d.w.z. in de
bovenlaag van het zandbed. Door vele onderzoekers is in overeenstemming hiermede geconstateerd, dat ook de bacteriënaantallen in de bovenlaag van het zandbed het grootst zijn en
dus naar beneden toe steeds afnemen. Voor de verhouding van
het aantal bacteriën in boven- en onderlaag vindt men b.v. de
waarde van 50 : 1opgegeven.
Dit samenspel van adsorptie en biochemische oxydatie
vormt het wezen van de biologische filtratie.
De adsorptie is een physisch proces, dat beheerst wordt in
geringe mate door de temperatuur, maar vooral door de hoeveelheid organische stof, die wordt aangeboden in verhouding
tot het adsorberende oppervlak en in verband hiermede tevens
door de filtratiesnelheid.
De biochemische oxydatie wordt beheerst door de aantallen
bacteriën, geschikt voor de verwerking van de specifieke organische stof die aanwezig is, en als ieder biologisch proces door
de temperatuur.
Het evenwicht stelt zich van nature ten opzichte van een
bepaalde watersoort in. Als biologisch evenwicht bezit het een
zeker aanpassingsvermogen, een zekere soepelheid t.o.v. kleine
veranderingen in de geaardheid van het water. Wil het volledig tot zijn recht komen dan moet aan bepaalde voorwaarden
worden voldaan: in de eerste plaats moet het zandoppervlak
zo groot mogelijk zijn, d.w.z. dat de korrel zo fijn mogelijk
moet worden gekozen. Een fijne korrel, als b.v. van duinzand,
met een effectieve korrelgrootte van
0,3 mm, voorkomt
bovendien het diep indringen van slib en detritus in het zandbed, hetgeen vermeden moet worden, omdat deze in koude
perioden kan worden opgehoopt om vervolgens in de zomer te
worden verwerkt. Het gebruik van een fijne korrel vereist
echter een zeer goede voorreiniging van het water, daar anders
snelle verstoppingen onvermijdelijk zijn. Dit geldt in het
bijzonder, indien de wierengroei boven het filter door het uitsluiten van het licht wordt verhinderd en het zandbed dus
zonder enig beschermend dek aan verstopping wordt blootgesteld.
In de tweede plaats moet de samenstelling van het water zo
gelijkmatig mogelijk zijn. Weliswaar bevat het zandbed veel
bacteriën van het type Pseudomonas fluorescens en zijn
naaste verwanten, die in staat zijn een groot aantal uiteenlopende organische stoffen te oxyderen. Niettemin zal zich
tussen de verschillende soorten bacteriën een evenwicht instellen, dat afhankelijk is van de aard der toegevoerde organische
stoffen. Plotselinge veranderingen in de aard der organische
stof zal verschuivingen tussen de verschillende bacteriën-typen
tengevolge hebben, die enige tijd kosten. Het blijkt dan ook,
dat een filter kleine veranderingen in de aard van de organische stof of wel zeer geleidelijke overgangen van wijder
strekking zeer goed weet op te vangen, maar dat een plotselinge overschakeling naar een andere watersoort het filterproces verstoort. Tenslotte moet de filtratiesnelheid zodanig
zijn, dat het evenwicht tussen adsorbtie en verwerking bewaard kan blijven. Dit betekent, dat er een maximum-snelheid
moet zijn, waarbij de hoeveelheid aangeboden organische stcf
te groot wordt en deze maximum-snelheid zal des te eerder
worden bereikt naarmate de temperatuur van het water lager
is.
De hygiënische werking van het filter wordt door het bovenstaande nog niet verklaard. Het zal evenwel duid.elijk zijn, dat
een in wezen aan het water vreemde bacterie, die in het zandbed doordringt, zich verplaatst ziet in een milieu, waarin zeer
grote aantallen daaraan aangepaste bacteriën leven. Hoe meer
de niet in het water thuis horende bacteriën zijn aangepast
aan het leven onder zeer speciale omstandigheden, des te
moeilijker zal het deze vallen de strijd om het bestaan vol te
houden en des te eerder zullen zij moeten afsterven. I n dit
verband zij gewezen op het bekende feit, dat typhusbacteriën
in schoon water veel langer in leven blijven dan in vuil water,
dat vele concurrerende bacteriën herbergt. Het is mogelijk, dat
hierbij ook antagonistische werking tussen de bacteriën-soorten in het spel is. Met zekerheid is hierover niets bekend. In
het algemeen zal een filter vreemde, eventueel pathogene
bacteriën des te beter tegenhouden, naarmate de zandkorrel
fijner is en de snelheid geringer. Grove en snelwerkende filters
vereisen in de practijk veelal een na-chloring.
Afb. 3
Een filter, dat aan bovenstaande voorwaarden voldoet, zal
zijn taak kunnen verrichten zonder de omzettingen in het
bovenwater, m.a.w. bij uitsluiting van alle licht. Op een dergelijk filter wordt dus afstand gedaan van alle voordelen, die een
wierengroei in het bovenwater geven kan, maar daarentegen
wordt geen hinder ondervonden van de menigvuldige storingen, die deze groei met zich brengt. Een filterhuid van slib of
detritus is op zulke filters ongewenst. Wel zullen er zich op
.
REDUCTIE VAN HET PERMANGANAATVERBRUIK
' I N O/b VAN HET OORSPRONKELIJKE
---m--
NAFILTRAAT LEIDUIN
PROEFNAFILTER 100 mm OVERDEKT
PROEFNAFILTER 100 mm NET OVERDEKT
Afb. 4
het zandbed organismen, die in het donker kunnen leven, dus
Protozoën, Nematoden, e.d. ontwikkelen, zij het ook door de
beperkte voedseltoevoer in veel geringere mate. De bacteriën
etende Protozoën blijven hun hygiënische betekenis houden.
Dergelijke donkere filters zijn niets nieuws. Zij worden reeds
in tal van bedrijven toegepast; de grote langzame zandfilterinstallaties in de Verenigde Staten (Washington, Indianapolis)
zijn als overdekte filters gebouwd (het is waar dat zij door de
sterke chloring thans niet meer als biologische filters werken).
De N.V. Leidse Duinwater Maatschappij is er toe overgegaan
haar filters te overdekken met zeer gunstig resultaat wat
VERLOOP VAN HET ZUURSTOFGEHALTE IN BOVEN
EN ONDERWATER GEDURENDE HET ETMAAL
-
UREN VAN HET ETMAAL
Afb. 5
betreft de looptijden (19). Ook in de tropen worden overdekte
filters toegepast. Een juiste beoordeling van het overdekte
donkere tegenover het open filter is echter alleen te geven op
grond van vergelijkende proeven onder overigens zoveel mogelijk gelijke omstandigheden met hetzelfde water uitgevoerd.
Deze zijn op het pompstation Leiduin van de Gemeentewaterleidingen van Amsterdam met duinwater verricht.
De afb. 3 en 4 geven de vermindering in kleur en organische
stofgehalte (het laatste gemeten aan het KM~O~-verbruik)
weer aan de hand van kwartaalsgemiddelden. Tevens is op
deze figuren afgebeeld het resultaat van het normale filterbedrijf op genoemd pompstation. Bij een filtratiesnelheid van
_ongeveer 100 mm/uur blijkt ten opzichte van de organische
REDUCTIE VAN DE KLEUR IN
% VAN DE OORSPRONKELIJKE
Afb. 6
stof geen verschil tussen het overdekte en het onoverdekte
proeffilter, terwijl beide filters zich zeer goed aansluiten aan
de normale bedrijfsresultaten. Door het filtraat van een overdekt filter nog tweemaal langzaam te filtreren werd bewezen,
dat .ook de verwijdering der assimileerbare organische stof voldoende was. Wat de kleur betreft staan de proeffilters, vooral
in de aanvang, bij het normale bedrijf ten achter, maar na
verloop van enige maanden worden ook hier de verschillen
onbetekenend. De hygiënische werking der filters was uitstekend, het aantal B.coli in het filtraat was steeds minder dan
,
REDUCTIE VAN HET PERMANGANAATVERBRUIK IN
44 VAN HET OORSPRONKELIJKE
%
60
---------...-. .-..
PROEFNAFILTER
PROEFNAFILTER
100 m m OVERDEKT
100 m m NIET OVERDEKT
50
40
30
20
10
,
1
0
loc
./300dC
'
02
/
100
/$00---
100,/500 mm/h
0JULIAUG
SEPT.- NOV.OCT. DEC.
1945
JAN.MAART
JULI OCT
1946
NOV.- FEBR
I
MAART- MEI
APRIL
I
- AUG.
l947
Afb. 7
0,0005 per cm" vaak waren zij in het geheel niet aan te tonen.
Ook de telling van het aantal bacteriën op gelatine leverde
voor beide filtertypen dezelfde resultaten op. Bij deze proeffilters bleek ten duidelijkste de veel constanter samenstelling
van het filtraat van het donkere filter, in het bijzonder wat het
zuurstofgehalte betreft. I n afb. 5 is het verloop van het zuurstofgehalte afgebeeld zowel in het boven- als in het onderwater op een dag van grote lichtintensiteit. Terwijl het open
filter zeer grote schommelingen laat zien, waarbij anaerobie
alleen voorkomen wordt door het hoge zuurstofgehalte in het
bovenwater, vertoont het overdekte filter een practisch constant zuurstofverbruik en een practisch constant zuurstofgehalte van het filtraat. De looptijden van het overdekte filter
waren zeer lang.
Deze proeffilters gaven gelegenheid om de werking van het
filter op verschillende hoogten van het zandbed na te gaan.
Hierbij is zeer duidelijk gebleken, dat in de bovenste 20 cm van
het zandbed het grootste deel van de organische stof wordt
afgebroken en daaraan gepaard ook het grootste deel van het
zuurstofverbruik plaats vindt. Ten aanzien van de hygiënische
zuivering geldt hetzelfde.
Op grond van deze proeven is geconcludeerd, dat het donkere filter, dat zich dus zuiver beperkt tot het bacteriologische
apparaat van het rijpe zandbed, wegens zijn veel constanter
en betrouwbaarder werking boven het open filter de voorkeur
verdient.
Met deze proefinstallatie is tevens een uitvoerig onderzoek
ingesteld naar de toelaatbare filtratiesnelheid. De geringe
snelheid van ongeveer 100 mm/uur brengt, zoals hierboven
reeds is opgemerkt, het bezwaar mede dat zeer grote filteroppervlakken worden vereist. Verhoging van deze sn.elheid
houdt dus een aanzienlijke besparing van aanlegkosten in. De
uitkomsten van de verrichte proefnemingen zijn in afb. 6 en 7
samengevat. Hieruit bijkt, dat het overdekte en het onoverdekte filter, waarvan telkens één stel met een snelheid van
100 mm/uur werd geëxploiteerd, terwijl een ander stel met een
steeds v.erder opgevoerde snelheid in bedrijf werd gehouden,
resultaten bleven geven, die met die van het normale filterbedrijf op dezelfde hoogte bleven liggen. Op één uitzondering
moet de aandacht worden gevestigd. I n de winter van 1946-'47
is er, wat de verwerking van de organische stof betreft, een
duidelijk verschil tussen de proeffilters en de normale bedrijfsfilters. Dit moet worden toegeschreven aan de grotere rijpheid
van laatstgenoemde, die zich bij de lagere temperaturen
demonstreert. Het niet overdekte proeffilter, dat met 500
mm/uur in bedrijf werd gehouden, gaf resultaten, die niet
afwijken van de met normale snelheid behaalde, maar het wel
overdekte, versnelde proeffilter blijft bij de lagere temperatuur duidelijk ten achter. Al is het niet gezegd, dat dit resultaat regel moet zijn, het geeft een aanwijzing dat onder deze
omstandigheden van hoge snelheid en niet-geremde bacteriënwerking het niet-overdekte filter in het voordeel kan zijn.
Intussen is de snelheid van 500 mm/uur bij een duinzandfilter
tengevolge van de grote inwendige weerstand van het zandbed
wel ongeveer de grens, die technisch nog mogelijk is, zodat de
gevolgtrekking uit deze proeven moet luiden, dat duinwater
met donkere biologische filters kan worden gefiltreerd bij een
normale snelheid van 300 mm/uur, die ten tijde van maximale
levering, d.w.z. in de zomer, zonder bezwaar tot 500 mm/uur
kan worden opgevoerd.
Deze snelheidsverhoging is mogelijk gebleken bij zandbedden uit fijnkorrelig duinzand opgebouwd. Gedurende enige
maanden zijn eveneens proeven genomen met een ov.erdekt,
versneld rivierzandfilter. De verschijnselen, die daarbij zijn
waargenomen, stemmen volledig overeen met hetgeen men op
grond van het hierboven ontwikkelde evenwicht tussen adsorbtie en bacteriële afbraak zou mogen verwachten. De reductie
van kleur en KMnOa-v.erbruik in dit filter waren ook bij snelheden van 300 mm/uur zeer bevredigend; maar vooral t.a.v.
de organische stof is het opvallend, dat deze voor een veel
kleiner deel in de bovenste 20 cm van het filter geschiedt, doch
dat zij voor ongeveer de helft in de diepere lagen plaats vindt.
Het kleinere korrel-oppervlak wordt hier gecompenseerd door
een grotere, werkzame laagdikte. Voorts bleek in tegenstelling
met de versnelde duinzandfilters, die een practisch colivrij
filtraat afleveren, het rivierzandfilter een filtraat te geven, dat
gemiddeld nog 0,005 B.coli per cm3 bevat, dus nog het tienvoudige van de scherpst gestelde eis.
Het geheel dezer proeven overziende, blijken de uitkomsten
in volkomen overeenstemming te zijn met de opvattingen die
in het bovenstaande betoog werden ontwikkeld.
LITERATUUR
1. Mackenzie, E. F. W.
London's Watersupply - Safeguarding its
Purity in Peace and War.
Metropolitan Water Board, London, 1945.
2. Biemond, C.
De reiniging van oppervlaktewater tot
drinkwater.
Water 28 (1944) p 55.
3. Heymann, J. A.
De biologische zandfiltratie.
Water 8 (1924) p 53.
4. Heymann, J. A.
De organische stof in het Waterleiding.
bedrijf.
Water 12 (1928) p 61.
5. Kisskalt, K.
Zur Theorie der langsamen Sandfiltration.
Z. f. Hyg. u. Inf. Kr. 80 (1915) p 57.
6. Kisskalt, K.
Störungen bei der Sandfiltration und ihre
Erklarung durch die biologische Theorie.
Z. f. Hyg. u. Inf. Kr. 83 (1917) p 508.
7. Stundl, K.
Untersuchungen uber Keimverminderung
und chemische Umsetzungen in den Sandfiltern von Wassergewinnungsanlagen.
Z. f. Hyg. u. Inf. Kr. 112 (1939) p 1.
8. Pennink, J. M. K.
Discours over het wezen der zandfiltratie.
De Ingenieur 23 (1908) p 265.
9. Louwe Kooijmans,
L. H.
De beteekenis van het biologisch onderzoek voor het waterleidingbedrijf.
Water 25 (1941) p 137.
10. van der Werff, A.
Over de verschillende organismen, welke
voor het waterleidingbedrijf van beteekenis zijn.
Water 25 (1941) p 153.
Discussie over 9 en 10.
Water 25 (1941) p 163.
12. Kooijmans, J.
'
*i
Open of overdekte langzame zandfilters.
Water 26 (1942) p 1.
13. Kooijmans, J.
Het overdekken van langzame zandfilters.
Water 27 (1943) p 59.
14. Folpmers, T.
Overdekte of open nafilters in het waterleidingbedrijf.
Water 27 (1943) p 69.
Discussie over 13 en 14.
Water 27 (1943) p 189.
16. Ruys, A. Ch.
On the behaviour of E.typhi in surface
water.
Anth. v. Leeuwenhoek 7 (1940/'41) p 93.
17. Schnellen, C. G. T. P. Eenige beschouwingen over de zandfiltratie. Water 31 (1947) p 30.
(zie ook de daar aangehaalde literatuur)
18. von Wolzogen Kuhr,
C. A. H.
Het adsorptieproces op het gebied der
watervoorziening.
Water 30 (1946) p 114. .
19. Lindenbergh, P. C.
Ervaringen met overdekte langzame zandfilters van de zuiveringsinstallatie der
N.V.Leidsche Duinwater Maatschappij.
Water 26 (1942) p 42.
Het wezen der coagulatie
dom
Dr G .
P.' H .
van Heusden
Inleiding.
Uit de oudere methoden van waterreiniging, namelijk de
bezinking en de langzame zandfiltratie, heeft de coagulatie
zich ontwikkeld. Fijne, colloïdale klei, welke in veel rivieren en
meren voorkomt, bezinkt uiterst langzaam en verstopt de
langzame zandfilters snel en diep. Onder zulke omstandigheden heeft men in het begin van deze eeuw getracht door het
toevoegen van vlokvormende chemicaliën de bezinking en de
filtratie te verbeteren. Dit heeft goed voldaan en men hceft
er tenslotte mede bereikt, dat met veel kortere bezinktijden
kon worden volstaan en dat met snelfilters in plaats van met
langzame zandfilters kon worden gewerkt. Ook voor de verwijdering van de bruine kleur uit veenwateren is de coagulatie
effectief gebleken.
Coagulatie is echter een hulpmiddel van de bezinking en de
filtratie gebleven. Het proces kan dan ook moeilijk onafhankelijk daarvan worden besproken. Toch zal ik U hierover niets
vertellen, want ik moet mij in de te behandelen stof sterk
beperken. Ook van de eigenlijke coagulatie zal ik slechts enkele
markante facetten in dit uurtje de revue laten passeren. Ik
hoop er in geslaagd te zijn mijn keuze zo te doen, dat U een
goed inzicht krijgt in het wezen der cÓagulatie.
Klei en humus.
Colloïdale klei bestaat uit uiterst kleine kristalletjes aluminium-silicaat. Er zijn verschillende soorten klei, één ervan
heeft tot formule A1,O32Si0,.2H,O. Ze komen zwevend in het
water voor en bezinken-uiterst moeilijk. In een electrisch veld
kan men zien dat ze negatief geladen zijn, want ze bewegen
zich naar de positieve electrode.
Humuszuren, die aan het water de bekende bruine of gele
veenkleur verlenen, komen eveneens in verschillende soorten
voor. Ze zijn ontstaan uit plantaardig materiaal en wel door
gedeeltelijke oxydatie van de polysacchariden (zoals cellulose
en lignine). Er wordt de formule C60H52024
(COOH), voor gegeven, waarin o.a. een furaanring
C-C
Het zijn negatief geladen grote moleculen, die colloïd-chemische eigenschappen vertonen.
Welke chemicaliën worden toegevoegd?
Als vlokvormende chemicaliën komen de zouten van verschillende metalen in aanmerking, zoals die van ijzer, aluminium, koper, zink, tin, chroom, titaan, etc. en bij hogere pH
ook de zouten van aardalkaliën, zoals calcium en magnesium.
De prijs heeft de ijzer- en aluminiumzouten eruit geselecteerd.
Calciumzouten worden eveneens veel gebruikt en wel in het
onthardingsproces, dat wel enige overeenkomst met de coagulatie vertoont, maar hier buiten bespreking moet blijven.
Het meest gebruikte zout is aluminiumsulfaat: Al, (SO,) ,.
1 8 ~ ~ 0Technisch
.
aluminiumsulfaat (Amerikaans: alum)
bevat meestal iets meer SO, en minder H,O en daarnaast verontreinigingen. Het is een witte kristallijnen stof, in de U.S.A.
wordt het ook als sterke oplossing geleverd.
Een enkele maal wordt gebruikt aluin: K,SO,.Al, (SO,) ,.
24H,O, en verder Natrium-aluminaat: Na,O.A1,0, (bevat
meestal teveel Na,O, waardoor het alcalisch is). Ook wordt
aluminium electrolytisch opgelost door platen aluminium op
korte onderlinge afstand in het water te hangen en dan onder
electrische spanning te zetten.
H.et meest gebruikte ijzerzout staat bekend onder de naam
,,chlorinated copperas". Het is ferrosulfaat: FeSO4.7H,O, dat
wordt opgelost en daarna geoxydeerd door chloorgas, volgens
de formule: GFeSO, +3Cl, + 2FeC1, 2Fe,(S04),. Er is ongeveer l gewichtsdeel chloor nodig op 8 delen ferrosulfaat. Ferrosulfaat met kalk wordt gebruikt bij coagulatie bij hoge pH.
Verder vindt toepassing ijzerchloride: FeCl,.GH,O (wordt
ook zonder kristalwater geleverd). Het nadeel ervan is, dat het
zeer agressief en hygroscopisch is en daardoor niet met een
,,dryfeedern gedoseerd kan worden. Tenslotte wordt ook ijzer
+
,
Afb. l Schematische voorstelling van d e opbouw van
een colloïdaal deeltje F e ( O H ) 3
electrolytisch opgelost. Deze zouten komen onder verschillende namen in de handel voor, soms gemengd met ander.:
stoffen. ,,Black alum" is bv. een mengsel van aluminiumsulfaat en actieve kool. Ferrisul en Ferri-Floc bevatten 60 O/o
Fe, (SC),) 3.
Stabiel colloïd.
Voegt men b.v FeCl, aan gedestilleerd water toe en verwijdert men het grootste deel van de ontstane HC1 door verwarmen, dan slaat geen vlok van Fe(OH), n.eer. Men kan de
oplossing lange tijd bewaren. FeCl, + 3H,O + Fe(OH),
3HC1. Het verlopen van deze reactie kan men zien doordat de
gele oplossing bruin wordt en een duidelijke lichtstrooiing
(z.g. Tyndall-effect) gaat vertonen.
De Fe (OH), deeltjes blijven dus zeer klein. In een electrisch
veld tonen ze hun positieve electrische lading. Röntgen-onderzoek leerde dat het kleine kristalschijfjes zijn. De chemische
samenstelling is xFe,O,.yFeCl,.zH,O. Men denkt ze opgebouwd
als in afb. 1 is weergegeven.
Op deze deeltjes onderling werken twee krachten:
1. een aantrekkende kracht, welke een moleculaire aantrekking is (v.d. Waalse kracht) en er naar streeft de deeltjes tot
+
&
DEELTJE
k
AFSTOTENDE K R A C H T
:
Afb. 2 Schematische afbeelding van het verloop
der krachten, welke op een colloidaal deeltje werken
grotere te doen aaneengroeien. Deze kracht neemt af met de
6e macht van de afstand vanaf het deeltje.
2. een afstotende kracht, welke het gevolg is van de gelijknamige electrische lading. Deze kracht neemt af met de 2e
macht van de afstand (wet van Coulomb).
Schematisch geeft afb. 2 het verloop van deze krachten
weer.
Pas als zoveel afstotende kracht is overwonnen, dat de deeltjes elkaar tot op de afstand A zijn genaderd, trekken ze elkaar
aan en groeien aaneen. Deze kleine deeltjes zijn in voortdurende beweging tengevolge van de botsingen met de omliggende moleculen (Brownse beweging). Hierdoor hebben ze een
zekere kinetische energie, die hun onderlinge nadering tot op
de afstand A mogelijk maakt. Hoe groter de deeltjes worden,
des te kleiner wordt hun Brownse beweging en hierdoor is een
grens aan verdere samengroeiing gesteld.
Uitvlokken.
Deze kleine deeltjes bezinken niet en zijn niet af te filtreren.
Noodzakelijk is, dat zij groter worden. Dit groter maken,
waardoor zij bezinken, heet in de colloïdchemie: uitvlokken.
Het kan o.a. geschieden door:
1. de kinetische energie van de deeltjes op te voeren, wat
bereikt wordt door in het water te roeren.
de verkleining van de electrische lading. Dit kan geschieden door het toevoegen van zouten aan het water.
Verschillende zouten worden aan de oppervlakte van het
deeltje geadsorbeerd en werken daarbij ontladend op het
deeltje. Het sterkst werken de %waardige ionen, daarna de 2waardige en ten slotte de l-waardige ionen met tegengestelde
lading, ongeveer in de verhouding 900 : 30 : 1. Voor de negatief geladen klei en humus werken dus het sterkst het driewaardige Fe + + + en Al + + +, voor de positief geladen ijzerhydroxide- en aluminiumhydroxidedeeltjes werken de PO,- - ionen het sterkst. Verder heeft in beide gevallen de concentratie van de H+ en OH- ionen, dus de pH, grote invloed.
De uitvlokkende werking door zouten kennen we b.v. van
het kleihoudende rivierwater, dat de zee bereikt. In het zeewater vlokt de colloïdale klei uit en doet onze havens dichtslibben (IJmuiden).
In natuurlijke wateren zijn meestal wel voldoende negatieve
ionen aanwezig om direct n a toevoeging van het coagulans
ook uitvlokking daarvan te bewerkstelligen. Tevens is er
meestal voldoende buffer aanwezig (HCO,) om een geschikte
pH te handhaven.
2.
Coagulatie in natuurlijk water.
Wat gebeurt er als we een aluminiumsulfaat-oplossing toevoegen aan een natuurlijk water, dat cblloïdale klei bevat?
Het ontstane CO, maakt het water iets meer aggressief. Het
Al (OH), vormt een witte vlok omdat de oorspronkelijk kleine
deeltjes ontladen zijn doordat ze de aanwezige PO4--- en
S 0 4--ionen geadsorbeerd hebben. In evenwicht met deze vlok
blijven enige Al + + + -ionen in oplossing, welke door de kleideeltjes worden geadsorbeerd en deze ontladen, ze doen aaneengroeien en bezinken. Verder trekken de oorspronkelijk
tegengesteld geladen A1(OH), en klei-deeltjes elkaar aan en
ontladen elkaar, waardoor een gemengde vlok van klei en
Al(OH), ontstaat. Welk van- de uitvlokkende reacties het
m
A f b . 3 Vermindering van het fosfaat door adsorbtie bii toevoeging van
een oplopende hoevedheid iizerzout en affiltreren van d e ontstane vlok
meest op de voorgrond staat hangt van verschillende factoren
af, zoals pH, concentratie van PO4- -- en SO, - - -ionen etc.
Door de adsorbtie van fosfaat kan dit proces gebruikt worden voor defosfatering van het water (ter voorkoming van
planktongroei) (afb. 3). Verder worden verschillende organische stoffen geadsorbeerd. De veelal negatief geladen bacteriën worden eveneens door de vlok omsloten. Door het uitvlokken der colloïdale humus wordt de kleur van het water
verbeterd.
Invloed van de pH.
De vlok van A1(OH), kan niet bij alle pH's ontstaan. In zuur
milieu is het oplosbaar Aluminiumsulfaat en in basisch milieu
Natriumaluminaat aanwezig. Bij lage pH ontstaat evenmin
een vlok van Fe(OH),, omdat dan het oplosbare FeCl, aanwezig is. De hoeveelheid van de oplosbare stoffen wordt
bepaald door de ionenevenwichten:
(OH)
Al+ +
A1 (OH)
f
+
30H-,Alo3--3H+
OH- +Al (OH) ,O+ H +
Bij hoge H+-ionen concentratie verschuiven deze evenwichten. Uiteraard hebben ook andere ionen, die dit evenwicht
beïnvloeden, een belangrijke betekenis, evenals dat het geval
is met de temperatuur. Voor aluminium is gebleken, dat de
snelste vlokvorming optreedt bij pH 5,5 als alleen S 0 4--ionen
en bij pH 8,O als alleen Cl--ionen aanwezig zijn. Meestal
blijft in de omgeving van pH 5,5 het minste Al in oplossing. De
breedte van deze omgsving hangt sterk van de toegevoegde
hoeveelheid Al, (80,), af. Hoe meer wordt toegevoegd, hoe
breder de z6ne. Ook hier hebben de andere ionen weer een
belangrijke invloed. Opgelost aluminium passeert de snelfilters
en geeft allerlei moeilijkheden in het leidingnet en bij v.erbruikers. Daarom moet in vele gevallen een pH correctie worden
toegepast door het toevoegen van zwavelzuur of kalk. Natriumaluminaat is van nature al alcalisch, aluminiumsulfaat zuur.
Verder is gebleken, dat colloïdale klei het best te verwijderen is bij pH ongeveer 7,5; humus is het best verwijderbaar bij
pH ongeveer 4,O.
In elk geval dient men dus uit te maken, welke de gunstigste
pH is om bij te werken. Gebruikt kunnen worden:
Aluminiumsulfaat meestal bij pH 5,5 tot 8,O
Ferrosulf aat
8,5 tot 11,O
,,chlorinated copperas"
4,O tot 11,O
Geactiveerd kiezelzuur.
Om een goede, snelle uitvlokking te verkrijgen, die niet aan
te nauwe pH grenzen gebonden is en waarbij niet te veel aluminium in oplossing blijft, moet meer Al, (S04), worden toegevoegd dan strikt noodzakelijk zou zijn voor de ontlading van
de negatieve lading van de colloïdale klei of humus. Deze overmaat blijft dan positief geladen en vlokt niet uit, tenzij men
weer speciale aandacht daaraan schenkt. Een goed middel
daartoe is ,,geactiveerd
kiezelzuur"
gebleken
(Baylis). Dit is het negatief geladen colloïdale
kiezelzuur, dat dan weer
ontladend op de overmaat
werkt.
Het wordt bereid. uit
waterglas
Na,O. SiO,. H,O
8,s 28,7 62,4 %
Dit is een stroperige alkalische vloeistof (door
de overmaat Na,O). Verdunt en neutraliseert
men deze, dan ontstaat
een gel, dus een stijve,
gelatine-achtige massa.
SAW SIZE MM DIA,
A f b . 4 Bevordering van d e uitvlokking door
geactiveerd kiezelzuur. U i t deze grafiek blijkt,
dot bij alle korrelsrootten van het zand in d e
snelfilters meer aluminium-vlokken worden
tegengehouden
xSiO,. y&O, een colloïd,
dat zeer sterk
dend is, zo sterk, dat alle
water wordt vastgehouden. In die toestand is
het voor ons onbruikbaar, het moet vloeibaar worden toegepast. Neutraliseert men voor slechts 85 %, dan verloopt de
waterbinding zeer langzaam. Na twee uur is dan al wel negatief geladen colloïd aanwezig, maar het geheel nog vloeibaar.
Verdunt men dan sterk, dan blijft het zo. Op deze wijze bereid
kiezelzuur wordt ,,geactiveerd kiezelzuur" of ,,activated silica"
genoemd. Andere bereidingswijzen zijn aangegeven in het
staatje bovenaan blz. 43.
Voordelen van geactiveerd kiezelzuur treden vooral naar
voren bij lage temperaturen, waarbij de vlokvorming van
Al(OH), slecht verloopt (afb. 4). Op ijzerhydroxyde heeft het
geen invloed, wel op de vlokvorming bij ontharding.
Synerese-theorie van Hay.
I n het voorgaande hebben we vermeld dat Fe(OH), en
A1 (OH), zowel in stabiele als in uitgevlokte toestand verschil-
Baylis
N-sol-A (Hay)
N-sol-B
N-sol-C
H2SO4
ammoniumsulfaat
aluminiumsul£aat
Cl,-gas
Na-bisulfaat
Na-bicarbonaat
CO,-gas
SOrgas
Graf-Schworm aluminiumsulfaat
85 % neutralisatie
100 % neutralisatie
65 O/o neutralisatie
85 O/o en 100 %
1 op 4 (geen ,,agingn)
Afb. 5 Beschutfende werking van gelatine op colloïdaal ijzerhydroxide. Bij
aanwezigheid
van meer dan 40 mg11 gelatine blijkt een deel van het
foegevoegde ijzer niet meer uit t e vlokken
43
Afb. 6 Veel gebruikt apparaat bii het onderzoek naar d e meest wenselijke
dosering en de beste vlokvorming
lende stoffen aan hun oppervlakte adsorberen, die dan met de
vlok uit het water verwijderd worden. Hay geeft een andere
voorstelling van zaken en veronderstelt, dat direct na de
menging, evenals bij het silicaatgel, alle water en de zich erin
bevindende stoffen gebonden worden. Dit protogel zou door
het roeren breken en dan zou samentrekking van het gehele
systeem (synerese) plaats vinden door uitpersen van water.
Dit is dan ook zeer zuiver. Hij verklaart ermede, dat een goede
menging van water en chemicaliën noodzakelijk zijn evenals
een langzame roering voor het breken van het protogel.
Schutcolïoïd.
I n het voorgaande is vrijwel steeds over colloïdale klei sprake
geweest. Humus heeft echter belangrijk afwijkende eigenschappen, die niet onvermeld mogen blijven. Het is een hydrophiel colloïd, (in tegenstelling tot de andere hydrophobe colloïden) waardoor zouten er een veel mindere invloed op heb-.
ben. Men veronderstelt dat het stabiel blijft, niet alleen door
zijn eluctrische lading, maar bovendien door een mantel van
water, die om de deeltjes wordt gevormd. Een ander voorbeeld
van zo'n hydrophiel colloïd is gelatine. Ze hebben bovendien
de voor ons onaangename eigenschap ook het tegengesteld
geladen colloïd tegen uitvlokking te beschutten (schutcolloïd) .
Voegt men aan natuurlijk water een weinig gelatine toe, dan
vlokt Fe(OH), niet meer uit en blijft het in colloïdale, bruin
gekleurde oplossing (afb. 5). Is zulk schutcolloïd aanwezig,
dan zijn zeer grote hoeveelheden coagulans nodig (afb. 13).
Andere mogelijkheden om de uitvlokking te verbeteren zijn
toevoegen van fosfaat (afb. 14) of van te voren sterk chloren (prechlorination) , waardoor het schutcolloïd wordt afgebroken. In vele wateren komt schutcolloïd in meer of mindere
mate voor. Moeilijke ontijzering van grondwater is veelal aan
dit schutcolloïd te wijten.
Vooronderzoek noodzakelijk.
Coagulatie hangt dus van zeer veel factoren af. Voorspellen
of berekenen van het effect is onmogelijk. Onderzoek moet
leren op welke wijze het beste resultaat kan worden bereikt.
Men onderzoekt dit gewoonlijk met een laboratorium-apparaat, waarbij het te behandelen water met het coagulans enige
tijd worden geroerd (afb. 6). De hiermede bereikte resultaten
zijn niet altijd vergelijkbaar met die welke later in het grote
bedrijf worden verkregen. Proefinstallaties op semi-technische
schaal zijn meestal onvermijdelijk.
Vlokvorming.
Vroeger geschiedde de coagulatie steeds in een eenvoudig
bezinkbassin. Sinds men de betekenis van roeren voor een
goede vlokvorming heeft ingezien, wordt in minstens drie
phasen gewerkt:
1. dosering, snelle menging (flash mixing) enkele minuten.
Gebruikelijke procédé's zijn: snel roeren, watersprong (afb. 7),
tangentiële instroming, doorblazen gecomprimeerde lucht;
2. langzame roering (conditioning) een half uur. (Langelier
1921) Paddles 1-3 omw/min. (Smith 1932) (afb. 8), dwarsschotten;
3. bezinking (sedimentation) één tot vier uur. Watersnelheid
in horizontale richting 2-12 mm/sec. Verzamelen van de vlolr
op de bodem liefst continu (afb. 9 en 10). Dorr clarifier; Link
Belt clarifier (moeilijkheden bij ijs).
Van grote invloed op het snelle en goede vormen der vlok
is de aanwezigheid van kernen, waaromheen de vlok zich
kan vormen. Terugvoeren van de bezonken vlok naar de tweede
phase geeft voordelen. De bezinking wordt versneld als de vlok
zwaar is door adsorbtie of bijmenging van zwaar materiaal.
Verzwaring wordt verkregen door het toevoegen van extra slib,
gemalen steen etc.
Goede vlokvorming is nodig om met kleine bezinkbassins te
A f b . 7 Watersprong voor d e snelle menging van d e chemicaliën met hef water
A f b . 8 Paddles voor d e langzame roering van het water om een grote vlok t e vormen
Afb. 9 9
Bezinkbassins met continue slibverwiidering
Afb. 9b
Afb. 100
G r o t e coagulatie-inrichtingen in de U.S.A.
Afb. 10b
kunnen werken en om de kwaliteit te verbeteren van het water,
dat naar de filters wordt gevoerd. Dit resulteert in weinig, snellopende filters. In de meeste bedrijven is de vlokvorming h .e t
probleem.
CHEMICAL RAW WATER
Y
141
u1
SCCONDARV MIXING4 REACTION ZONE
I
CLEAR WATER ESCAPE
Afb. 11a
Twee van de vele types upward flow coagulatie- en bezinkinsfalkties
Afb. I l b '
Upward flow.
Bezinking in een vertikale waterstroom. Meestal ontstaat
een ,,vlokkendekenfl,d.i. een massa uitgevlokt materiaal, waardoorheen het water moet opstijgen. De vlokkendeken is totaal
Afb. 12 Vergeliiking van water uit het Merwedekanaal, d e Bethunepolder en d e Loosdrechtse Plassen
bij toevoeging van een ijzerzout
A f b . 13 Door d e aanwezigheid van een schutcolloid in hef plassenwater, d a t
in staat is bijna 2 mg11 ijzer voor uitvlokking t e behoeden en waardoor veel
ijzerzout moet worden toegevoegd, is het coaguktieproces weinig geëigend
voor d i t water
ontladen en streeft naar. samentrekking. De bovenkant is
scherp begrensd. Moet losmgehouden worden door vertikale
waterstroom, die zeer goed verdeeld moet zijn, en door een zeer
langzame roering. Phase 1en 2 dienen aan de bezinking vooraf
te gaan. Meestal automatisch terugvoeren van de vlok en
automatisch afstappen van de overmaat vlok. Bij een goede
apparatauur en een goed ontladen vlokkendeken kunnen zeer
grote vertikale watersnelheden bereikt worden (ongeveer
5 m/h) en wordt de sedimentatie-tijd zeer kort. M.i. de methode van de toekomst. Van goede vlokvorming weten wij echter
KLEUR H C / L Pk
A f b . 14 H e t toevoegen van fosfaat aan het electrolyf-arme plassenwafer blijkt
d e nadelige werking van het schutcolloid grotendeels t e kunnen opheffen
nog te weinig. Apparatuur is nog in volle ontwikkeling, steeds
verschijnen nieuwe op de markt (afb. 11).
Voorbeeld moeilijk te coaguleren water.
In sommige gevallen wordt coagulatie, althans voor onze
begrippen, te duur. Voorbeeld water uit de Loosdrechtse plassen (afb. 12).
De pH is 7,5 tot 8,5 dus pH-correctie bij gebruik van alluminiumsulfaat tot ongeveer 5,5. Het HC0,-gehalte is echter vrij
hoog (ongeveer 100 mg/l) waardoor veel zuur nodig is. Schutcolloïd is rijkelijk aanwezig, daarom moet zeer veel coagulans
worden toegevoegd (afb. 13). Fosfaat is afwezig en sulfaatgehalte is gering (ongeveer 20 mg/l). Dus weinig negatieve
zouten, die de overmaat coagulans zouden kunnen uitvlokken.
Bij stil weer en ijsbedekking is het water oververzadigd aan
zuurstof (en waarschijnlijk stikstof). De vlok gaat dan drijven
op de gasbellen, die er zich aan ontwikkelen. Het slibgehalte is
vrij gering (2 tot 5, maximaal ongeveer 10 mg/l). Noodzakelijk
zijn bij het gebruik van aluminiumzouten: zwavelzuur voor pH
correctie, geactiveerd kiezelzuur voor ontlading der vlok en
toeslag voor verzwaring der vlok. Bij gebruik van ijzerzouten
zijn toeslag voor verzwaring nodig en fosfaat-toevoeging voor
ontlading (afb. 14). Dit alles wordt te duur. In ons land is de
prijs der chemicaliën relatief hoger dan in de U.S.A. Daardoor
is toepassing der coagulatie veel beperkter. Alleen toe te passen, wanneer bij geringe toevoeging van chemicaliën een goede
vlok kan worden verkregen. Electrolytische dosering verlaagt
de prijs der chemicaliën misschien. Voor ons land lijkt mij de
prijs der chemicaliën het belangrijkste vraagstuk.
De afbeeldingen 6, 8, 9 en l l a zijn ontleend aan Ch. P. Hoover,
Water Supply & Treatment, Washington 1943; De afbeeldingen 7 en
10 aan ,,Water9' van 10 Juni 1947 en de afbeeldingen 4 en l l b aan
,,Water & Sewage Works van Dec. 1946.
Recente proefnemingen inzake de
zuivering van oppervlaktewater
door Dr T. Folprners
Bij de zuivering van oppervlaktewater wordt veelal gebruik
gemaakt van het principe overchloren. De betekenis van dit
procédé en de gevolgen ervan mogen dus eerst in het kort vermeld worden:
Wanneer men aan oppervlaktewater, b.v. rivierwater, dat
behalve organische stoffen - o.a. huminezuren - ook nog
ammoniak (saline) en albuminoid-ammoniak-verbindingen
bevat, 0,5-1 mg vrij chloor per liter toevoegt en door roeren
voor een intense menging zorg draagt, dan kan men n a een
bepaalde inwerkingstijd, welke afhankelijk van de verontreinigingsgraad en temperatuur van het water 10-15-30 minuten
bedraagt, dikwijls met de gevoeligste reactie (O-tolibine) geen
chloor meer aantonen. Zelfs gewoon gedestilleerd water vertoont nog een zeer gering ,,chloorbindingsvermogen". Aan het
begrip ,,chloorverbindingsvermogen" ontbreekt echter exactheid en men moet dus, evenals voor de bepaling van het KMnO,
getal van een watersoort, een bepaalde afspraak maken ter
omlijning van dit begrip. Lost men chloorgas in gedestilleerd
water op, dan heeft een omkeerbare reactie plaats, volgens:
HG1 HC10,
Cl, H,O
waarvan in een bruine fles het evenwicht ver naar links is
verschoven, terwijl dit onderchlorig zuur ontleed kan worden,
volgens :
2 HC10 = 2 HC1 0,
+
z
+
+
Deze reactie wordt sterk bevorderd door licht, terwijl de
bovenste reactie versneld wordt door contact met bruinsteen,
ijzerzouten (ferro) , krijt enz. Chloren van ruw oppervlaktewater kan dus per slot van rekening neerkomen op een oxyda- .
tieproces, waarbij naast oxydatie van nitrieten en organische
verbindingen ook intermediair chloorsubstitutieproducten o.a.
van ammoniak en albuminoid-ammoniak gevormd kunnen
worden.
In de literatuur treft men naast het begrip chloorbindings-
Afb. 1
100
S
Z 80
s
3
P:
g
60
g
E
g 40
A
I
U
20
.
.
2
4
6
8
10
12
14
CHLOORTOEVOEGING IN mg11
16
'
l8
20
Afb. 2
vermogen (Chlorbedarf) 5) dat van het chloorverbruik (Chlorzehrung) en van het chloorgetal (Chlorzahl)van diverse watersoorten aan, welke begrippen dan om met het chloorbindingsvermogen van gefiltreerd water van langzame zandfilters (leidingwater) als zuiver water vrij van NH,, nitrieten, ijzer- en
mangaanverbindingen te beginnen, achtereenvolgens passen
voor watersoorten, die in toenemende mate verontreinigd zijn.
Afb. 3
*
CHLOORTOEVOEGING IN mg/^
Afb. 4
Ter bepaling nu van het chloorbindingsvermogen van leidingwater raadt Holwerda 1) aan om bij constante temperatuur toenemende hoeveelheden chloor, b.v. 0,3; 0,4; 0,5 en 0,6
mg Cl, per 1 toe te voegen in het donker, flink om te schudden
en n a een bepaalde inwerkingstijd (10, 15 min) het restchloor
met O-tolidine colorimetrisch te bepalen. Vergeleken wordt
hierbij met standaardoplossingen, bereid uit gedestilleerd
100
S
Y
80
=
I
OC
," 6 0
W
w
E
g 40
-I
I
U
20
2
4
6
8
10
12
14
CHLOORTOEVOEGING I N mg/[
Afb. 5
16
18
70
Afb. 6
water met chloorbindingsvermogen nul en chloor. Dit is in
Europa de meest gebruikelijke methode.
W. Horrocks 2) 3) voegt opklimmende hoeveelheden hypochloriet aan een bepaalde hoeveelheid helder water toe en gaat
na een inwerkingstijd van 30 min. na, met welke hoeveelheid
hypochloriet er nog juist blauwkleuring intreedt na toevoeging
van ZnJ, en stijfsel zonder aan te zuren. Niet aanzuren is
juister, omdat men dan geen organisch gebonden chloor aantoont.
Bevat leidingwater echter NH,-ionen, dan kunnen zich bij de
bepaling van het chloorbindingsvermogen veel moeilijkheden
voordoen, veroorzaakt door inwerking van het chloor op het
NH,, waardoor NH,C14), NHCI,, NCI, gevormd kunnen worden
en zelfs kan de oxydatie doorgaan tot N, 6).
Voor oppervlaktewater (rivierwater) kan men dus beter
spreken van een zeker chloorverbruik (Chlorzehrung) en voor
nog sterker verontreinigd water, b.v. gereinigd afvalwater is
een methode van bepaling van chloorconsumptie gebruikelijk,
waarbij men een bepaalde hoev.eelheid water met een bepaalde
overmaat chloorbleekloog een bepaalde tijd kookt en op voorgeschreven wijze het restchloor bepaalt. Het op deze wijze
gebonden chloor zou men dan het chloorgetal (Chlorzahl) van
het water kunnen noemen.
Om nu het chloorverbruik van ruw rivierwater te leren kennen, kan men volgens Adler het zogenaamde ,,chloordiagram"
8) bepalen. Dit wordt bij een bepaalde temperatuur verkregen
(5" C, 15" C, 25" C) door op de abscis van een coördinatensysteem de toenemende hoeveelheden van de chloortoevoeging in
mgr/l uit te zetten en op de ordinaat het chloorverbruik in
procenten van de toegevoegde hoeveelheid. Het chloorverbruik
bepaalt men n a 15 of 30 of 60 minuten inwerkingstijd door
titrimetische chloorbepaling met KJ en stijfsel als indicator
zonder zuurtoevoeging. Heeft men n u weinig verontreinigd
water, dan krijgt men een chloordiagram dat nadert tot dat
van gedestilleerd water. Zwak verontreinigd water geeft een
chloordiagram, waarvan de curve enkele flauwe bochten vertoont. Sterker verontreinigd water eindelijk vertoont een duidelijk omkeerpunt in de curve. Bij toeneming der chloortoevoeging volgt op een afnemend een toenemend chloorverbruik,
n a een omkeerpunt opnieuw gevolgd door een afneming in het
chloorverbruik. Een zeer duidelijke knik in de chloorverbruikskromme is hiervan het gevolg. Bij nog sterker verontreinigd
water wordt deze knik wat meer afgevlakt en uitgerekt in de
richting van een groter chloorverbruik. I n de bepaling van het
chloordiagram van een watersoort heeft men dus een middel
in de hand ter beoordeling van de graad van de verontreiniging. Ter illustratie mogen enige theoretische chloordiagrammen bij een bepaalde temperatuur volgen van watersoorten
met een toenemende graad van verontreiniging in afb. 1, 2, 3
en 4. Afb. 1 is van gedestilleerd water, afb. 2 van zeer zwak
verontreinigd water en de afb. 3 en 4 van steeds sterker verontreinigd water.
Van ruw rivierwater uit de rivier de Nieuwe Maas, genomen
ter hoogte van het inneemkanaal der Drinkwaterleiding te
Rotterdam, werd nu, ook het chloordiagram bepaald bij verschillende temperaturen, nl. 5" C, 15" C en 25" C bij hoog en bij
laag water. I n beide gevallen werd met de toevoeging van 0,5
mg C12/1begonnen en na 1 uur contacttijd h,& restchloor titrimetrisch vastgesteld. Bij 25" C is deze hoeveelheid chloor, zowel
bij hoog als bij laag water na 1uur geheel verdwenen. Bij 15" C
en 5" C is bij het hoogwatermonster resp. k 80 % en 60 % verdwenen, bij het laagwatermonster & 60 % en 50 %. Bij de
hoogwaterchloordiagrammen is tot 4 mg C1,/1 chloortoevoeging telkens met 0,5 mg verhoogd, bij de laagwaterchloordiagrammen is hiermee tot 4 mg C12/1 doorgegaan, waarna bij
beide het chloor telkens met 1mg C1,/1 is verhoogd.
De gereproduceerde chloordiagrammen werden aldus verkregen, waarbij afb.5 voor hoog- en afb. 6 voor laagwater geldt.
Adler trekt nu uit de chloordiagrammen de conclusie, dat,
wil men de organische stoffen etc. zover mogelijk oxyderen,
men dus minstens zoveel chloor moet toevoegen als door het
hoogste punt der kromme wordt aangegeven en hij raadt aan
daaraan nog 1 mg C12/1 extra toe te voegen; het reinigingseffect zou dan volgens hem maximaal zijn. Hiermee wordt ook
een grondprincipe van het procédé, door hem Hochchlorung
(breakpointchlorination) genaamd, aangeraakt nl. dat de
oxydatieve afbraak van de in het ruwe water voorkomende
stoffen, waaronder behalve de reeds eerder genoemde nog
reuk- en smaakstoffen .en industriële verontreinigingen, o.a.
phenolachtige verbindingen voorkomen, zover mogelijk door
het toegevoegde chloor geschiedt en de actieve kool niet nodeloos wordt bélast met het adsorberen van onvoldoend afgebroken stoffen 12). De geringe hoeveelheid restchloor die men
overhoudt, stelde Adler zich n.l. voor te verwijderen door filtratie over actieve kool. Hierbij wordt dit restchloor omgezet in
chloor-ionen volgens de vergelijking:
C + 2C1,
+ 2 H,O = 4 HC1 + CO,
Adler, ontdekker van dit procédé, noemde dit ,,Mutonie-
rung", zodat het gehele procédé bekendheid verwierf onder de
naam ,,A.D.M. Verfahren" (Adler-Diachlor-Mutonierung).
Krob en Gruschka 11) pasten het toe in Aussig op rivierwater, waaraan eerst was toegevoegd aluin of ijzersulfaat. Na
bezinken werd gefiltreerd door snel- en langzame zandfilters,
opnieuw gechloreerd en gedechloreerd over actieve kool. De
actieve kool wordt geregenereerd soms door stomen of door
terugspoelen met soda-oplossing. E. Link g), directeur van de
waterleiding te Stuttgart, was ook een sterk voorstander van
het procédémenbeschrijft zijn ervaringen ermee in het jaar
1931. Bij het A.D.M.-procédé worden echter stoffen gevormd,
die de werking van de actieve kool ongunstig kunnen beïnvloeden, o.a. nog niet volledig door het chloor afgebroken organische verbindingen, humuszuren, etc. alsook oxydatieproducten van de actieve kool van een veel lagere oxydatietrap dan
het CO,, door Adler ,,mellogenenV genaamd, die door een
alkalibehandeling van de kool met donkerbruine kleur oplossen. Nu zijn OH-ionen zeer moeilijk uit actieve kool te verwijderen, waarom hij na een bpaalde bedrijfstijd terugspoelt met
sodaoplossing, gevolgd door spoelen met een chloorcalciumoplossing. Op de kool ontstaat dan een weinig CaCO,, dat
nuttig werkt door het wegnemen van het bij reactie gevormde
zoutzuur. Naspoelen met reinwater maakt dan het koolfilter
weer gereed voor een nieuwe dienstperiode. Phenolachtige
Verbindingen worden met deze werkwijze goed door de kool
geadsorbeerd. Moeilijk te. ontijzeren of te ontmanganen watersoorten (door schutcolloïden, huminezur.en of ammoniumzouten) zouden zich volgens hem na superchlorination, gevolgd door ontmanganen over een pyrolusietfilter, gemakkelijk
laten behandelen. Zoals bekend is, adsorbeert MnO, (pyrolusiet) Mn-ionen.
Het A.D.M. procédé schijnt later in Duitsland weer verlaten
te zijn, hetgeen vermoedelijk moet worden toegeschreven aan
het feit, dat overchloreren (breakpointchlorination) alleen
toch nog niet voldoende de organische verontreinigingen
afbreekt, ook al combineert men het met zandfiltratie, zoals
Link en anderen deden. De actieve korrelkool wordt dan teveel
belast en de regeneratie dezer kool schijnt ook na veelvuldig
gebruik met moeilijkheden gepaard te gaan, zodat nieuwe
korrelkool noodzakelijk wordt waardoor het procédé, wegens
duurte dezer kool, ongeschikt wordt voor waterleidingdoelein-
den. Al zeer spoedig daarna kwam echter een hoog actieve
poederkool op de markt, die thans nagenoeg in alle landen voor
waterleidingdoeleinden zeer veel gebruikt wordt, gemakkelijk
droog gedoseerd kan worden en voortreffelijk aan zijn doel
beantwoordt.
Het overchloreringsproces, gevolgd door dechloreren om
reuk en smaak te verwijderen, wordt door John R. Baylis uitvoerig beschreven in zijn boek ,,Elimination of taste and odor
in water". Gedechloreerd kan worden met thiosulfaat, sulfieten
bisulfieten, gasvormig SÖ, enz. en ook actieve kool, zoals boven
beschreven. Gasvormig SO, kan evenals gasvormig Cl, gemakkelijk door op dezelfde wijze ingerichte doseringsapparaturen
gedoseerd worden. In Amerika geschiedt dit dan ook op reusachtige schaal. Daar wordt voor waterreiniging algemeen toegepast, n a chloreren, het coaguleren van het ruwe watsr met
aluminium- of ijzerzouten (chloriden, sulfaten), waarbij de
hydrolytische splitsing ten einde gevoerd wordt door het wegnemen van de ontstane H-ionen door het steeds aanwezige
HCO,'ion, waardoor koolzuur en water ontstaat.
Fe Cl,
+ 3 HOH t3 HC1 + Fe (OH), aq
HCO', + H'
H20 + CO,
=
Het te behandelen water moet derhalve, wat men noemt,
sterk gebufferd zijn, dus veel HC03' ionen bevatten, daar
anders de H-ionenconcentratie te hoog en het water te agressief zou worden. Om dit te voorkomen voegt men dan in de
praktijk OH-ionen toe toe in de vorm van kalkmelk. Het Fe
(OH), aq gaat hierbij zeer langzaam van de sol- in de geltoestand over, welke overgang bevorderd kan worden door ruwe
oppervlakken, andere geladen deeltjes in het water, hoge pH,
roeren, etc. etc. De vlokken moeten geleidelijk aangroeien,
worden zichtbaar en ballen door de opgewekte stroming samen,
sluiten allerlei stoffen in en adsorberen op hun oppervlak veel
organische stoffen en zelfs metaalionen (Cu, Mn, enz.).
I n het tijdschrift ,,Waterv beschreef ik onder de titel ,,Proefnemingen op het gebied der waterzuivering voor drinkwaterdoeleinden met behulp van adsorptiemiddelen en kunstharsen
(I) en (11)" onderzoekingen, waarbij van bovenvermeld coagulans (adsorptiemiddel) Fe C1,aq gebruik gemaakt werd en van
het zeer grote reinigingseffect van filtratie door een dikke laag
van reeds uitgevlokt materiaal (ijzerhydroxydevlokken), of
Afb. 7
filtratie door een zogenaamde ,,vlokkendeken". Hoe deze tot
stand komt, volgt uit de beschrijving van de daarbij gebruikte
apparatuur op semi-technische schaal. Later bleek mij uit
publicaties van Spaulding en van Lammers 13) 14) (literatuur, die eerst na de oorlog in 1946 te mijner beschikking
kwam), dat reeds in Amerika in de praktijk van de waterreiniging grote installaties bestaan (eenheden van + 28.000 m3 per
Afb. 8
dag) waarbij van bovenstaand principe, nl. verticale filtratie
door een vlokkendeken, gebruik wordt gemaakt.
Het doseren van FeCl, of copperas (gechloreerd ijzersulfaat),
in Am3rika wel gebruikelijk, heeft zijn bezwaren wegens de
sterk agressieve eigenschappen voor doseringsapparatuur en
buisleidingen. Wegens veranderlijke samenstelling van het
rivierwater (aanvoer van veel colloïdale klei door het buiten de
oever treden van zijrivieren door smelten van sneeuw of
anderszins) in voor- en najaar, moet de dosis soms onverwacht sterk verhoogd worden, waardoor de kans op agressief
gereinigd water ontstaat. Om al deze bezwaren te voorkomen
werd getracht het benodigde ijzer electrisch door gelijkstroom
tussen geïsoleerd opgehangen dikke gietijzeren platen in oplossing te brengen. De gedachtengang was dan, dat de ijzerionen
in ferrohydroxyde zouden overgaan, dat door de zuurstof in
het water tot ferrihydroxyde zou worden geoxydeerd, waarvan
de vlokken met de waterstroom naar een coagulatieruimte
vervoerd zouden worden, vervolgens naar een wigvormige
ruimte, waarin door vertraging van de waterstroom de vlokkendeken tot stand komt. Afb. 7 geeft een denkbeeld van de
inrichting der proef op semi-technische schaal.
Het apparaat, geheel vervaardigd van 2 mm dik gegalvani-
seerd plaatijzer, verstevigd op de nodige plaatsen met 3/8
duims koperen trekstangen, bestaat uit een coagulatieafdeling
met 31 platen, welke afwisselend in de ene zijkant of de andere
in rubber zijn bevestigd, waardoor de waterstroom met vlokken telkens gedwongen wordt van richting te veranderen en
aldus een intense menging verkregen wordt. Na een verblijf
van
15 min. in de coagulatieruimte stort het gecoaguleerde
water over de laatste plaat in een spleet, naar onderen verwijd,
waarin een op doorsnee kegelvormig lichaam is geplaatst. Aan
de basis van de kegel ligt een afvoerbuis met gaatjes, die naar
een Sihi-pomp leidt, zodat men een gedeelte der vlokken en
bezinksel op de platen kan rondpompen. Dit bleek éénmaal per
dag, in de morgen, het beste te kunnen gebeuren. Het gecoaguleerde water met vlokken wordt, na de kegel aan de andere
zijde gepasseerd te zijn, gedwongen achtereenvolgens door
twee spleten van 5 en 4 cm wijdte te stromen en komt na die
sterke stroomversnelling in een grote wigvormige ruimte,
waarin een dermate grote stroomvertraging optreedt, dat een
vlokkendeken gevormd wordt, die door de snelheid van de
stroom in stand gehouden wordt. De rustige stand aan de
oppervlakte van de vlokkendeken kan men waarnemen door
een rechthoekig venster in de voorwand. Het overstortende
water uit de vlokkendeken voert slechts een geringe hoeveelheid meegesleurde ijzerhydroxydevlokken mee, die afgefiltreerd worden op het zand van een klein snelfiltertje, van
beton geconstrueerd. Bij verstopping kan het teruggespoeld
worden met water onder druk van de waterleiding door een
buizensysteem, liggend in de steunlaag van grind. Dit terugspoelen behoeft, bij goede werking, slechts 1 x per 24 uur
te geschieden bij een filtratiesnelheid van 5 m per uur. Aan de
zijwand van de wigvormige ruimte is een zogenaamde slibverdichter aangebracht, die, op gelijke hoogte van de vlokkendeken, het teveel aan slib continu in geconcentreerde toestand
afvoert.
Het electrisch in oplossing brengen van het ijzer heeft twee
belangrijke voordelen boven het toevoegen van ijzerzouten:
10. de gemakkelijke dosering; meer of minder stroom geeft
meer of minder ijzer;
20. er worden alleen ijzerionen in oplossing gebracht en geen
an-ionen, zodat de pH van het gecoaguleerde water bij
sterke dosering niet verandert.
_+
Wanneer men, zoals boven beschreven, de oxydatie van her;
gevormde ferrohydroxyde alleen door de in het water opgeloste zuurstof laat geschieden, doen er zich bij het coagulatieproces moeilijkheden voor. Deze bestaan in het niet op dezelfde
wijze uitvlokken van het ferrihydroxyde als bij toevoeging van
FeC1, het geval is. Er worden nl. naast grote vlokken vele
kleine, minder volumineuze, gevormd van een andere structuur, die de vlokkendeken passeren en snelle verstopping van
het nageschakeld snelfilter veroorzaken. Dit bleek opgeheven
te kunnen worden door in het houten electrolysebakje, waar al
het te coaguleren water tussen drie op 1,5 cm van elkaar verwijderde dikke gietijzeren platen, die onder spanning van een
accubatterij staan, doorstroomt direct na deze passage geringe
hoeveelheden KMnO, oplossing te doseren in een hoeveelheid
1,5-3,5 mg/l.
Zoals bekend, toonden Mom en Van den Hout aan, dat de
gunstige werking van het permanganaat berust op de snelle
oxydatie van ferro tot ferri en dat het een stimulerende werking heeft op de uitvlokking van het ferrihydroxyde. Inderdaad werd na deze geringe toevoeging een prachtige vlokkendeken gevormd; het boven de ,,deken9'staande water is practisch geheel helder, terwijl het geen mangaan bevat. Deze
noodzakelijke toevoeging van het KMnO, is echter een ,,drawback" van deze methode. Met KMnO, dosering heeft de ,,vlokkendeken-apparatuur" constant dag en nacht gewerkt van
10 Februari-l0 Juli 1947; ze vereiste practisch weinig toezicht. De opwaartse filtratiesnelheid bedroeg 2 3 - 4 m door
de ,,dekenu, bij een capaciteit van 1,5 m3 per uur. In deze
periode kwarn.een ,,dikwater" periode voor, die van a 10 Maart
duurde tot 2 April, vóórdat de hoeveelheid zwevende stoffen
in het Maaswater weer tot de normale hoeveelheid van +- 20
mg/l was afgenomen. Grote hoeveelheden colloïdale en zwevende kleideeltjes op 14 Maart, aan droog gewicht ruim 100
mg per liter bedragend, de volgende 2 dagen oplopend tot 147
en 155 mg per liter en daarna geleidelijk afnemend tot 135,
113, 82, 67, 34 en 43 mg per liter, werden vlot gecoaguleerd en
opgevangen in de vlokkendeken en gespuid door de ,,concentrator". De chemische resultaten van deze waterzuiveringsmethode kwamen vrijwel overeen met die, bereikt door het
bedrijf, waarbij van bezinking gedurende 10-12 uren, snelfiltratie en langzame zandfiltratie gebruik wordt gemaakt,
terwijl in de ,,dikwaterperiodev kleur en permanganaatgetal
van het gecoaguleerde water zelfs belangrijk beter waren.
Men kan uit de overchloreringskromme van een watersoort
ook een conclusie trekken, hoe ver de reiniging ervan is voortgeschreden. Voorbeelden hiervan zijn de afb. 9 en 10, waarbij
achtereenvolgens in afb. 10 langzaam-zandfiltraat (kanaal)
U het met FeC1, gecoaguleerde ruwe water dat daarna het
kleine snelfilter is gepasseerd, leidingwater en no. 2 n a chlosering, nog eens overgechloreerd werden. In afb. 9 is het ruwe
Maaswater met no. 2 van de vorige reeks vergeleken.
Men mag, m.i., hieruit de conclusie trekken, dat men met
geëigende apparatuur volgens deze werkwijze, uit ruw rivierwater in de korte tijd van 2-2,5 uren consumptiewater kan
bereiden, dat aan alle eisen voldoet en derhalve de langzame
zandfiltratie geheel kan vermijden.
Het bezwaar der permanganaattoevoeging kan echter geheel
opgeheven worden door het ruwe water te overchloreren, diis
,,breakpointchlorination"toe te passen en te dechloreren na
een bepaalde contacttijd door electrisch in oplossing gebracht
2
4
6
C H L O O R T O E V O E G I N G IN mg11
Afb. 9
8
10
1
2
3
4
CHLOORTOEVOEGING IN mg11
Afb. 10
ijzer, zoals boven omschreven. Op deze wijze worden prachtige
grote vlokken gevormd op dezelfde wijze alsof men het water
met FeC1, had uitgevlokt. Een geschikte apparatuur voor laboratoriumproefnemingen op dit gebied is in afb. 8 afgebeeld.
Ze bestaat uit een accu met gevoelige ampère-meter, een kleine
laboratoriummotor met roerder en een weerstandsbankje, terwijl over de rand van het dikwandige bekerglas twee 1 mm
dikke ijzeren plaatjes 6 x 12 cm zijn opgehangen, op afstand
van % cm van elkaar gehouden door schijfjes van een rubberkurk, door rubberbandjes tot een, over de rand van het bekerglas, ophangbaar geheel gemaakt, welke twee ijzeren plaatjes
met de + en de - pool van de accu verbonden worden. Men
regelt de stroomsterkte en rekent het aantal seconden uit om
b.v. 5 mg Fe electrisch. in oplossing te brengen, welke men
met een stopwatch controleert. Op 14 Juli 1947 werd een monster ruw Maaswater genomen op het pompstation bij het
inneemkanaal der waterleiding en hoeveelheden van 2 1
met 7,8, 9 en 10 mg C1,/1 over gechloreerd. Na 1uur contacttijd werden onder -roeren telkens 5 mg ijzer/l aan de 4 overgechloreerde watermonsters electrisch toegevoegd en het coa-
Proefneming
l-'
O
l-'
cn
cn
w
l-'
rn
03
4
I
'3
1
l-'
'3
cn
zeer goed voor
alle monsters
e0
S
w
g
l-'
O
E
vlokvorming
o
F
direct helder
l-'
2
l-'
P
N
l-'
l-'
l-'
sec. nodig VOO
Fe-dosering
l-'
z
1
totale roertijd in min.
I
Filtraat
l-'
wW
KMnO,
Kleur
C-'
8
P
P
Cn
8
0
W
W
N
03
P
l-'
cn
P
P
l-'
N
RN
O
l-'
N
l-'
l-'
l-'
P
z
CD
;al. NH,
%lb.NH,
y
gulans uitgeroerd. Daarna werd over een vouwfilter het neerslag afgefiltreerd en werden vervolgens de watermonsters onmiddelijk geanalyseerd. De 0-9 blz. 67 afgedrukte tabel geeft
de resultaten weer.
Direct n a het uitschakelen van de electrische stroom (230 m
amp) was reeds duidelijke vlokvorming waar te nemen. Uit
deze proefneming met 7, 8, 9 en 10 mg C1,/1 overchlorering na
een contacttijd van 1 uur en na electrische dosering van 5 mg
Fe/l blijkt, dat na 10% (9%) minuut roeren een prachtige
vlok gevormd wordt en dat met 8 mg C1,/1 in dit geval de beste
resultaten bereikt worden. Hiermee daalt het KMnO, getal van
18,3 tot 11,1, de kleur van 24.0 tot 4.5, ijzer is tot op sporen
verwijderd en het restchloor bedraagt slechts 0.06 mg/l. De
saline NH, is tot op 0.09 gedaald, de albuminoid NH, van 0.40
tot 0.12 mgr/l, terwijl de pH slechts van 8.20 tot 7.80 daalt. Bij
een dergelijke proefneming op 29 April 1947 werden de beste
resultaten met 9 mg C1,/1 behaald. Bij navolgende filtratie
door een vlokkendeken van ferri-hydroxydevlokken wordt het
reinigingseffect nog zeer veel beter. Dit blijkt uit proefnemingen met dezelfde apparatuur op semi-technische schaal, als
boven beschreven, doch waarbij nu het overgechloreerde ruwe
Maaswater door het houten electrolysebakje tussen de geïsoleerd opgehangen ijzeren platen doorstroomde, die onder
gelijkstroom stonden. Gedurende enige maanden kon de saline
NH,, die maximaal in het ruwe water & 1,5 mg/l bedroeg,
worden weggeoxydeerd tot 0.1 mgr/l, terwijl de albuminoidNH, afnam van 0,6'mg/l in het ruwe water tot t 0,15 mg/l
in het gereinigde water. Kleur en permanganaatgetal hiervan
waren geringer dan van het langzaam zandfiltraat. Het electrisch toegevoegde ijzer werd tot op sporen na gecoaguleerd.
Het vrije chloor (restchloor) varieerde in het snelfiltraat na
de coagulatie van 0,l-0,2 mg/l. De pH-daling door het overchloreren bedroeg van een begin-pH van het Maaswater van
7.8-7.9 gemiddeld 0.4-0.5.
Literatuur
1) K. Holwerda, diss. Delft 1929, 165; J. D. Ruys, Drinkwaterzuivering met hypochlorieten, diss. Delft 1914.
W. Horrocks, J. of the Royal, Arm. Med. Corps 45, 179 (1925).
2)
3)
J. Race, Chlorination of water.
F. Raschig, Chem. Zeitg. 31, 1926 (1907).
4)
5)
Olszewski, Unters. und Beurteil. des Wassers und Abwassers
(Berlin, J. Springer, 1931, 103).
Dowell and Bray (J. of the Am. Chem. Soc. 39, 898).
Chlorzahl nach Elmanowitsch und Zaleski (Z. Hyg. 78, 461 Froboese, Arb. Reichsgesundh. Amt. 52, 211, 1920).
R. Adler; Gas und Wasser Fach 72, 675 (1929).
E. Linlr, G.W.F. 74, 877 (1931); Z.d.V.d.1. 75, 170 (1931).
Bohart and Adams, J. Am. Chem. Soc. 42, 528 (1920); Gibbs J.
Ind. and. Eng. Cllem. 3, 470 (1920).
Krob und Gruschka, G.W.F. 73, 1057, 1930.
Baylis (Journal of the A.W.W.A. 1930).
Spaulding (Journal of the A.W.W.A. 27, 127, 1935; 29, 697, (1937).
Lammers (Water Works and Sewerage 1941, pg).
AANHANGSEL.
Een korte schetsmatige beschrijving van de in Amerika
gebruikelijke apparaturen voor opwaartse filtratie door een
vlokkendeken (upward flow filtration) die we aldaar in bedrijf
hebben gezien, moge nog volgen. Voor een beter begrip van de
voordelen van de ,,upward flow filtration" boven de thans nog
in Amerika bij grote waterleidingen gebruikelijke ,,horizontale
bezinking van het coagulans van het uitgevlokte ruwe water",
moge een zeer korte beschrijving van de laatste volgen. Reeds
werd zeer in het kort het principe der coagulatie met ijzerzouten vermeld, dat ook geldt voor aluminiumzouten, het
meest in Amerika toegepast. Daar hvt de bedoeling is bij de
coagulatie colloïdale en andere verontreinigingen aan de ontstane vlok te adhaereren en in te sluiten, begrijpt men dat
allereerst een innige menging van het coagulans met het ruwe,
te coaguleren water nodig is, hetgeen b.v. in de mixing basins
(mengbassins) geschiedt, daarna moet de vlok, die in den
beginne zeer klein is, langzaam aangroeien, wat in de ,,flocculating basins" plaats heeft, waarna het uitgevlokte water
gelegenheid moet krijgen om zijn zwaargeword~en vlokken
(door de verontreinigingen in het water) te kunnen laten
bezinken in de bezinkbekkens. De verblijftijd in de meng- en
,,flocculating" bassins is gewoonlijk 72-1 uur, in de bezinkbekkens 4-6 uren, soms 24 uren (St. Louis).
De meng-, flocculatie- en bezinkbassins worden horizontaal
doorstroomd en de vrij lange verblijftijd bij deze horizontale
doorstroming leidt tot grote reactieruimten vóórdat het gereinigde water op de snelfilters van de rest der meegesleepte
vlokjes wordt ontdaan.
De bezinkbassins moeten natuurlijk van tijd tot tijd gereinigd worden, waarvoor allerlei hulpmiddelen worden toegepast. Toch moet nog vaak actieve kool toegevoegd worden, om
smaakverslechting van het gereinigde water - stromend
over oude bezonken vlok - tegen te gaan. Ook dit is een
,,drawbackn van de horizontale bezinkingsmethode.
In de laatste 10 jaren heeft zich dan ook in Amerika een
andere methode van waterreiniging ontwikkeld, waarbij de
zogenaamde ,,versnelde uitvlokking" wordt toegepast. Deze
onderscheidt zich van de klassieke methode door de volgende
hoofdkenmerken.
le. kenmerk. De menging van het ruwe water met het coagulans geschiedt in aanwezigheid van reeds gevormde vlok,
waardoor sneller een grote vlok ontstaat dan zonder aanwezigheid van oude vlok. De nieuwgevormde vlok schijnt meer
geneigdheid te bezitten op een bestaande vlok te groeien, dan
zelfstandig te ontstaan.
Ze kenmerk. De vlokkendeken. Wanneer men met vlokken
gemengd water in opwaartse richting doet stromen door daarvoor geëigende inrichtingen - de hieronder in het kort te
beschrijven Precipitator, Accelator, Hydrotreator enz. - en
daarbij langzaam de snelheid vertraagt, dan ontstaat op een
bepaalde hoogte op een gegeven ogenblik, wanneer de opwaartse snelheid van het water beneden de bezinksnelheid van
de middelmatige vlok komt te liggen, een vlokkendeken, die
als een filter voor de kleinere vlokken functionneert.
3e kenmerk. De eenvoudige en continue afvoer van het teveel
aan vlok, door middel van een slibverdichter (concentrator),
die buiten het eigenlijke circulatiesysteem ligt.
Het resultaat is een 3 tot 4 maal kortere reactietijd en derhalve een 3 tot 4 maal geringere reactieruimte in vergelijking
met de klassieke of horizontale bezinkingsmethode. Berustend
op deze 3 hoofdkenmerken zijn in Amerika tal van apparaten
geconstrueerd, die onder verschillende namen, zoals precipitator, accelator, hydrotreator, enz. door verschillende maatschappijen in de handel worden gebracht.
De Precipitator. (Permutit Cy) (Afb. 11).
De precipitators kunnen zowel rond als rechthoekig worden
uitgevoerd. Bij deze apparaten komt het beginsel der versnelde uitvlokkingsmethode (de 3 hoofdkenmerken) het duidelijkst naar voren. Volstaan wordt met een korte beschrijving
van het rechthoekige type.
Afb. 11
b e rechthoekige precipitator bestaat uit een rechthoekige
betonnen bak, waarvan de afmetingen afhankelijk zijn van de
capaciteit der inrichting. Voor een apparaat van ca. 200 m3/h
bedraagt de hoogte ongeveer 4 m, de breedte ca 6 m en de
lengte ca 12 m. .De aanvoer van het ruwe water vindt plaats
door een betonnen goot a, die in de lengterichting in het midden over de gehele betonnen bak ligt en die van onderen voorzien is van openingen om de 10 tot 20 cm, teneinde een regelmatige verdeling van de aanvoer over de gehele lengte van de
precipitator te krijgen. Onder deze goot zijn bevestigd 2 ijzeren of betonnen platen onder 'een hellingshoek van ca 60°, die
tot dicht onder aan de bodem doorlopen tot op korte afstand
van pyramidevormige opzetstukken van ijzeren of betonnen
platen op de bodem. Er wordt aldus een mengruimte A gevormd, waarin door een roerwerk met een as loodrecht op het
vlak van tekening, het ruwe water met het coagulans, dat
,door een buisleiding in deze mengruimte wbrdt gebracht, innig
gemengd wordt met reeds bestaande vlok. Onder de platen
stroomt het water met vlok naar de trechtervormige bezinkruimte B, gevormd door de platen en de wand. Hierin ontstaat
een vlokkendeken, die. als filter functionneert en van boven
een scherpe scheiding vormt met het bovenstaande heldere water. Het door de vlokkendeken van vlok bevrijde water komt
AANVOER
RUW WATER
AANVOER
CHEMICALIEN
-
MOTOR MET ROER
EN STUWSCHROEF
VOER,
.
uit in verschillende dwars over de precipitator aangebrachte
overstortgoten. Deze goten monden op hun beurt weer uit b.v.
op 2 verzamelgoten b voor de afvoer van het behandelde water.
De ruimte C is de vlokverdichter (concentrator), een ruimte
buiten de circulatie gelegen, waarin de vlok gelegenheid krijgt
te bezinken en te verdichten. Onderin bevindt zich een afvoerpijp met gaten om de 5, 10 e n 20 cm, waardoor van tijd tot tijd
de .overtollige vlok wordt weggespuid. Door de vlokkendeken
kan gefiltreerd worden met een opwaartse snelheid van 3 m/h.
Bij deze snelheid is de verblijftijd (retention period) van het
water in het apparaat 1-135 uur.
De Accelator. (Infilco Cy) (Afb. 12).
Dit type bestaat 'uit een cylindervormige bak van beton of
ijzer, waarvan de afmetingen afhankelijk zijn van de capaciteit. Voor een apparaat van ca. 200 ma/h bedraagt de hoogte
ongeveer 5 Ìh en de diameter + 10 m. In deze tank bevindt
zich een soort omgekeerde trechter van ijzer. Om de schacht
van de trechter is een mantelbuis (draft) aangebracht. In de
omgekeerde trechter bevindt zich, aan een draaiende as gekop-
een roer- en stuwschroef. I
ter) wordt het ruwe, te behandelen water aangevoerd door een
ringvormige opening en eveneens het coagulans. De onderste
schroef, de mengschroef, roert het ruwe water met het aangevoerde coagulans met reeds eerder gevormde vlok goed door
elkaar. Door de bovenste of trekschroef in de schacht (de steel
van de trechter) wordt dit mengsel rondgepompt door de
schacht tussen de binnen- en buitenbuis door naar de bodem
van de accelator, waar het opnieuw wordt gemengd en opnieuw wordt rondgepompt. De rondgepompte hoeveelheid
water met vlok bedraagt ongeveer 3-5 maal de doorvoer van
het ruwe water. Bij dit rondpompen wordt een gedeelte van
het water (de doorvoer) op zijn weg over de trechter als het
ware uit de vlokkenbrij en vlokkendeken uitgeperst, stijgt
langzaam op en wordt door een ringvormige overstortgoot
afgevoerd naar de snelfilters. De overtollige vlok wordt afgevoerd door een slibverdichter (a), een trechtervormige bak
tegen de wand, welke langzaam volslibt en waaruit het slib, na
geconcentreerd te zijn, periodiek wordt afgevoerd. Ook bij de
accelator kan door de vlokkendeken gefiltreerd worden met
een snelheid van + 3 m/h, zodat ook hier de theoretische verblijftijd (retention period) ca. 1-1% uur bedraagt.
'
i
ijzeren of betonnen tank. De afmetingen, welke afhankel
zijn van de capaciteit, bedragen bij een inrichting van ca.
200 m3/h ongeveer dezelfde als van de accelator. Het ruwe
water wordt onder of boven door een holle as naar een draaiende verdeelpijp (a) gebracht en gelijkmatig verdeeld. Aan de
verdeelpijp zijn verticale roerbladen bevestigd, die de reeds
gevormde vlok met het ruwe water en het aangevoerde coagulans door elkaar roeren. Teneinde het meedraaien van het
werk nog verticale stilstaande bladen bevestigd. Tussen
dit zou dus de mengruimte A kunnen worden genoemd. Bo
I
water plaats in de aldaar gevormde vlokkendeken. Het heldere
water stroomt over een ringvormige overstortgoot en wordt
dan verder naar de snelfilters afgevoerd. Onder in de bodem
van de tank bevindt zich nog een trechtervormige verdieping,
waar de vlok buiten de circulatie geraakt en dus gelegenheid
krijgt te bezinken en zich te verdichten (concentrator), om
hieruit periodiek te kunnen worden afgevoerd.
einden van zuivering, die men zich stelt, o.a. ontharding,
klaring alleen door coagulatie etc. en verschillende watersoorten voordelen boven elkaar, waaruit men n a proefn
een keuze kan doen.
Gaarne betuigt schrijver zijn hartelijke dank aan de hoofdanalyst T. v. d. Meyden voor zijn krachtdadige hulp en
werking bij bovenstaande proefnemingen.
H e t filtratieproces bij de ontijzering
en ontnianganing van drinkwater
De bedoeling van deze cursus zal moeten zijn in den brede
fundamentele beschouwingen te geven over het filtratieproces
in het waterleidingbedrijf en daarbij de filtratie bij de verschillende processen in de waterzuivering critisch te bezien, zowel
de reeds jarenlang toegepaste methoden, als ook de moderne
werkwijzen. Waar nu in deze voordracht de filtratie bij de ontijzering en ontmanganing aan de orde komt, vrees ik dat ik U
in zeker opzicht zal moeten teleurstellen, daar ondanks de vele
ervaringen op dit gebied bij alle mogelijke bedrijven, nog zeer
weinig fundamenteel onderzoek is verricht. Vrijwel alles, wat
hierover bekend is, berust op praktijkervaringen, er zijn slechts
schuchtere pogingen gedaan om dit vraagstuk van theoretische kant te benaderen en deze theorieën zijn ook op allerlei
punten nog enigermate speculatief en niet gebaseerd op werkelijk in de practijk verkregen uitkomsten.
Ik zal mij dan ook moeten bepalen tot het geven van een
algemeen overzicht der ervaringen, in het bijzonder in Nederland en zal voorts trachten aan te geven in welke richting
naar mijn mening en die van mijn collega's, verenigd in de
door het KIWA in het leven geroepen Raad van Bijstand der
Samenwerkende Waterleidinglaboratoria, het fundamenteel
onderzoek zich zal moeten bewegen.
De ontijzering en - in gelijke adem genoemd - de ontmanganing, is bij onze Nederlandse bedrijven een uitermate belangrijk vraagstuk, daar bij 90 % van het totaal aantal bedrijven,
waar grondwater wordt gewonnen, het water eerst van deze
hinderlijke elementen moet worden bevrijd, althans het
gehalte hieraan worden teruggebracht tot beneden 0.1 mg/l.
De bezwaren van ijzer- en mangaanhoudend water zijn algem.een bekend, o.a. vorming van geelbruine vlekken in wasgoed,
kans op nauitvlokking in het buizennet, waardoor af en toe
,,roestwater" wordt afgetapt, gevaar voor groei van ijzerbacteriën, bezwaren bij gebruik in een groot aantal industrieën
enz.; ik behoef hierop in Uw midden niet nader in te gaan.
I n wezen is het proces van de ontijzering zeer eenvoudig, het
verloopt volgens het reactieschema:
4 Fe(HCO,),
0, 2 H,O = 4 Fe (OH), 8 CO,
dus een beluchting om het in ferro-vorm aanwezige ijzer te
oxyderen en om te zetten in het onoplosbare ferrihydroxyde en
een filtratie om de neergeslagen ijzerverbindingen tegen te
houden. Zo eenvoudig als het proces in principe is voorgesteld,
waarbij het filter dus als een soort van zeef wordt beschouwd,
die het uitgevlokte Fe(OH), mechanisch tegenhoudt, ligt de
zaak evenwel niet. De oorzaak hiervan is, dat deze omzettingen
via de colloïdale faze gaan en daardoor de mogelijkheid
bestaat, dat het wel reeds in de vorm van ferrihydroxyde aanwezige ijzer, op het ogenblik, dat de filtratie begint, geheel of
gedeeltelijk in colloïdale toestand verkeert en daardoor niet
mechanisch in de poriën van het filtermateriaal wordt tegengehouden. Dit laatste werkt in de meeste gevallen zeker niet
alleen als zeef, maar heeft ook een functie bij de verdere uitvlokking van het nog in colloïdale vorm aanwezige ijzer.
De voorbehandeling, de beluchting, heeft een tweeledig doel
in de eerste plaats het inbrengen van zuurstof in het water
dat, wanneer het uit diepere lagen afkomstig is, vrijwel steeds
zuurstofvrij is en voorts bij de open ontijzeringsinstallaties een
verlaging van het koolzuurgehalte. Door deze verlaging, n.l.
als gevolg van de daarmede samengaande verhoging van de
gressiviteit van het water
+ +
+
Bij de gesloten ontijzeringsinstallaties, waar de toevoer van
lucht met behulp van een compressor geschiedt, wordt uit de
aard der zaak het CO,-gehalte niet verlaagd, doch veeleer verhoogd (Zie reactieverg.). In de handel worden ook wel kleine
ontijzeringsinstallaties aangeboden, waarbij de luchttoevoer
alleen plaats vindt door een snuifventiel aan de pomp. Dit is
principieel onjuist en onvoldoende, alleen bij zeer gemakkelijk
ontijzerbaar water kan hiermede in sommige gevallen enig
redelijk resultaat worden bereikt.
Door belucliting met sproeiers kan men een zuurstofgehalte
bereiken van 8-10 mg/l en een vermindering van het CO,gehalte tot 5-8 mg/l, bij beluchting met een goed geconstrueerde cascade is de zuurstofopneming goed, doch wordt minder
koolzuur verwijderd. Vergelijkende onderzoekingen hebben
aangetoond, dat het effect van de verschillende soorten
die door de waterleidingtechniek worden gebruikt,
weinig uiteenloopt. De z.g. Dresdener sproeier, waarbij het
water uit een open pijp op een glazen of metalen plaatje uiteenspat, vindt meer en meer ingang, daar deze sproeier een
behoorlijke capaciteit bezit, weinig weerstand geeft, nhilef;
verstopt en gemakkelijk kan worden schoongemaakt. ,v
_[ De omzetting van het ferro-ijzer tot ferri bij de beluchting
is geen reactie, die momentaan verloopt, de reactiesnelheid is
volgens onderzoekingen van Tillmans evenredig met de concentratie aan ferro-ionen, de zuurstofconcentratie en de pH. Bij
de moderne snelfilterinstallaties zal in de tijd, verlopende tussen de beluchting en het begin van de filtratie deze omzetting
veelal nog niet volledig zijn. Door Kauffmann is kort geleden
gevonden, dat toevoeging van koper in de vorm van kopersulfaat-oplossing in een concentratie van 0.1-1 mg Cu/l deze
oxydatie belangrijk kan versnellen. In hoeverre dit bij alle
watersoorten het geval is, zal nog nader moeten worden onderzocht. Deze toevoeging van kopersulfaat heeft evenwel geen
invloed op de verdere uitvlokking van het in ferrivorm gekomen colloïdale ijzer, dus de overgang van de sol-vorm in de
&wms,
Uit deze beschouwingen volgt reeds hoe belangrijk een juiste
voorbehandeling van het water vóór de filtratie is. Ik zou in
dit verband nog willen wijzen op een minder gelukkige constructie, die men vaak bij de bouw van open filters ziet, n.l. in
de vorm van diepe filterbakken zonder voldoende ventilatie in
de ruimte boven het filterbed en in het filtergebouw. Hierdoor
blijft het zware koolzuurgas boven het filterbed hangen en
4
q n d t geen optimale verhoging van de pH plaats.
i In de loop van de jaren zijn nu een aantal praktijkervaringen verzameld, waardoor het mogelijk is op grond van de - 5
chemische analyse van het water globaal voorspellingen te i
doen omtrent de ontijzerbaarheid.
1. Meestal is hard water veel gemakkelijker te ontijzeren dan i;
zacht water. Dit is ook verklaarbaar; na de beluchting zal bij ..
hard water een hogere pH worden bereikt en bovendien gaat
hogere hardheid meest samen met aanwezigheid van meer AI,
opgeloste zouten, waardoor de uitvlokking van het ijzersol
wordt bevorderd.
2. Voor de ontijzering van zacht en daarbij agressief water
kan in vele gevallen toevoeging van kalk vóór de sproeiing tot
2
m
I
succes leiden, hierdoor wordt n.l. zowel. de hardheid alsook in
belangrijke mate de pH verhoogd. Bevat het water zeer veel
koolzuur, dan kan het bij open installaties voordelen bieden
eerst te sproeien en daarna kalk te doseren, op de kalktoevoeging kan daardoor belangrijk worden bespaard.
3. Water met een hoog ijzergehalte is meest gemakkelijker
ontijzerbaar dan wanneer het ijzergehalte betrekkelijk laag is,
b.v. tussen 0.3 en 0.8 mg/l. Ook hiervoor kan men ten verklaring geven, er kunnen dan gemakkelijker grotere vlokken van
ferrihydroxyde worden gevormd, die reeds in de bovenste lagen
van het filterbed worden tegengehouden en dan een dichte
laag vormen, die in de eerste plaats een goede zeefw.zrking
uitoefent en bovendien wellicht nog adsorptief zal werken. De
verwijd.eringvan geringe hoeveelheden ijzer, b.v. 0.1-0.3 mg/l
biedt in het algemeen weinig moeilijkheden.
4. Bij aanwezigheid van veel organische stoffen levert de
ontijzesing dikwijls grote moeilijkheden op. Vroeger nam men
aan, dat in dergelijk water het ijzer deel uitmaakte van het
molekuul der organische stoffen - omtrent de chemische
samenstelling waarvan overigens nog ongeveer geen gegevens
beschikbaar zijn - en dus niet in ion-vorm aanwezig zou zijn.
T.egenwoordig wordt algemeen de opvatting gehuldigd, dat
deze organische stoffen, die dan een colloïdaal karakter bezitten, als schutcolloïd werken en daardoor de overgang van de
sol-vorm in de gel-vorm bemoeilijken. Men neemt ook dikwijls
waar, dat een gedeelte van het ijzer gemakkelijk uitvlokt, doch
een kleine rest hardnekkig weerstand biedt aan de pogingen
het te verwijderen. In dergelijke gevallen is men op de toevoeging van chemicaliën aangewezen; wat het beste kan worden
toegevoegd is niet te voorspellen, dit dient proefondervindelijk
te worden vastgesteld. Wanneer er verschillende mogelijkheden blijken te zijn zal de keuze moeten worden bepaald door
bijkomende factoren: kostprijs, mate van ongerief enz. Gangbare middelen ter bevordering van de ontijzering in deze omstandigheden zijn de toevoeging van kalk, kaliumpermanganaat, natriumaluminaat, aluminiumsulfaat of chloor.
Ik stel mij voor dat de werking van de kalk hoofdzakelijk
berust op de reactie met de organische stoffen, die de aard
van humuszuren bezitten, waardoor deze zodanig worden
omgezet en van lading veranderd, dat ze niet meer als schutcolloïd werken. De toevoeging van kaliumpermanganaat of
.,
k A
-.
-
--
-
- -- ' chloor geeft een gedeeltelijke oxydatie en omzetting van de
-=
: organische stoffen tot moleculen van eenvoudiger bouw, zon-
-
.
-
,
.
_
der de genoemde hinderlijke eigenschappen. Aluminiumsulfaat
en natriumahminaat tenslotte vlokken door hydrolytische
splitsing uit en de gevormde vlokken hebben een sterk adsorptief vermogen, vermoedelijk zowel op de organische stoffen als
ook op het in ferrivorm gebrachte ijzer. Het bezwaar van de
toevoeging van kalk is het geregeld toezicht, dat bij de doseerinstallatie nodig is en het minder hygiënisch aspect, dat een
pompstation door dergelijke installaties krijgt, een voordeel is
de lage prijs in verhouding tot andere chemicaliën.
5. De praktijk heeft geleerd, dat aanwezigheid van natriumbicarbonaat in het water, hetgeen het geval is wanneer de
berekende bicarbonaathardheid hoger is dan de gevonden
totale hardheid, eveneens als een ongunstige factor bij de
beoordeling van de ontijzerbaarheid moet worden beschouwd.
Een verklaring hiervoor is, voor zover mij bekend, niet gevonden.
6. Een verdere moeilijkheid bij de ontijzering levert de aanwezigheid van een relatief grote hoeveelheid ammoniumzouten in het water. Bij de zuivering wordt deze ammoniak n.l.
hoofdzakelijk als gevolg van de activiteit van micro-organismen, de nitrietbacteriën en de nitraatbacteriën, grotendeels via
nitriet omgezet in nitraat en bij dit proces worden grote hoeveelheden zuurstof gebonden, waardoor deze niet in voldoende
mate ter beschikking komt voor de ontijzering. Het gevolg kan
zijn, dat, ondanks zeer effectievebeluchting, tijdens de zandfiltratie zoveel zuurstof wordt gebonden, dat het filtraat volkomen zuurstofvrij is en zelfs in de onderste lagen van het
filterbed een anaerobe toestand gaat heersen, waarbij eenmaal
uitgevlokt ijzer weer in oplossing kan worden gebracht en dus
de ontijzering in het gedrang komt. Reeds hoeveelheden van
0.5 mg NH4/1 kunnen ernstige moeilijkheden geven. Men kan
ook uitrekenen dat 1 mg NH, ca. 5 mg zuurstof kan binden.
Over de maatregelen, welke men dan kan nemen zal in later
verband nog worden teruggekomen.
,Wanneer wij nu afstappen van de algemene beschouwingen
en de bespreking van de voorbehandeling bij de filtratie, kan
het verhelderend zijn in het kort de ontwikkeling van de bouw
van ontijzeringsinstallaties na te gaan.
Nadat men de bezwaren van ijzerhoudend water was gaan
:-
TT:q
>*
=sL
k-
v
.
I
t
n
inzien, heeft men eerst voor de ontijzering de langzame zandfiltratie, die in Engeland door Simpson was gemaakt voor
de zuivering van oppervlaktewater, getrouwelijk gecopieerd.
Aan beluchting werd weinig aandacht besteed, zodat dikwijls
moeilijkheden werden ondervonden. Nadat het belang van
een goede aeratie was ingezien, herft men vóór deze langzame zandfilters veelal cokesbedden of bedden van baksteen aangebracht, waarover het water sijpelde en telkens
weer uiteenspatte. Dergelijke cokesbedden zijn inderdaad
zeer effectief en worden nog bij een aantal bedrijven ïn
ons land toegepast. De cokes, die alleen als hulpmiddel voor
de beluchting is bedoeld, gaat evenwel ook nog op andere wijze aan het zuiveringsproces deelnemen; deze bijkomende factoren zijn deels gunstig, deels ongunstig. Een
voordeel is de uitstekende opneming van zuurstof en verwijdering van koolzuur, een ander de sterke nitrificatie, die pleegt
op te treden; de ijzerverbindingen en organische stoffen, die
zich op den duur op de cokes afzetten, vormen een uitstekende
ondergrond voor de ontwikkeling van de nitriet- en nitraatbacteriën, zodat de NH, na het passeren van de cokes reeds vrij
volledig is omgezet onder handhaving van een voldoend hoog
zuurstofgehalte; bij de dan volgende filtratie treden dan ook
geen moeilijkheden in. Daartegenover staan ook ernstige
nadelen. Op de cokes wordt ook een gedeelte van het ijzer afgescheiden, deze hoeveelheid cumuleert steeds, het cokesbed gaat
verstoppen en moet periodiek worden leeggehaald en van
nieuwe vulling voorzien. Erger is, dat de zich op de cokes vormende afzettingen een uitstekende voedselbron vormen voor
wormachtige hogere organismen, waarvan b.v. de eieren door
de lucht kunnen worden aangevoerd via de ventilatieopeningen. Deze wormpjes kunnen zich tot geweldige aantallen ontwikkelen, door de achtergeschakelde filters h.eendringen en in
groten getale in het leidingnet geraken. Ik heb hiervan in de
praktijk voorbeelden gezien, die iemand werkelijk zouden doen
huiveren het gedistribueerde leidingwater te drinken. Pogingen tot bestrijding van deze organismen door desinfectie van
de cokes met chloor lopen op mislukkingen uit, het desinfectans dringt niet voldoende in de diepere poriën van het materiaal door.
De achter deze cokes geschakelde niet terugspoelbare langzame zandfilters leverden ten aanzien van de ontijzering en
ontmanganing wel een goed effect, maar behalve daartegen
aan te voeren bezwaren moeten dergelijke filters ook uit algemeen hygiënisch oogpunt geen fraaie oplossing worden geacht, allerlei gedierte kan op de filters komen, daar soms een
niet opgemerkte verdrinkingsdood sterven, bij verstopping
van het filter door het afgezette ijzer moet de bovenlaag door
mensenhand worden verwijderd en weer aangevuld, met kans
op besmetting door de arbeiders; een dergelijke filterreiniging
brengt ook veel ongerief met zich medz.
Een volgende faze was dan de vervanging van de langzame
zandfilters door terugspoelbare open snelfilters, ondergebracht
in een gebouw, waarbij de hygiënische bezwaren voor het
grootste gedeelte zijn ondervangen. De ervaring leerde toen al
spoedig, dat de cokes kon worden gemist en vervangen kon
worden door intensieve besproeiing boven de filters; deze vorm
van ontijzeringsinstallaties is in ons land ook veelvuldig toegepast. Bij hoge ijzergehalten en bij aanwezigheid van veel
mangaan is enkelvoudige filtratie onvoldoende en nafilters,
eveneens in de vorm van snelfilters, zijn dan nodig om de
laatste resten van het ijzer alsmede het mangaan te verwijderen, met een tweede beluchting in de vorm van een cascade of
sproeiers boven het nafilter.
Het mangaan is moeilijker in onoplosbare en affiltreerbare
vorm te brengen dan het ijzer, bij mangaangehalien boven
0.3-0.4 mg/l dient het grootste gedeelte van het ijzer eerst te
zijn verwijderd om volledige ontmanganing te krijgen. Deze
ontmanganende werking van zandfilters is ook een overwegend micro-biologisch proces; de mangaanbacteriën, die in
het filterbed tot ontwikkeling komen en het mangaan uit het
water afscheiden en in hun lichaam ophopen, leiden het in.
Daarnaast werken de aldus vast op de zandkorrels afgescheiden mangaanoxyden katalytisch op de verdere uitvlokking van
het mangaan. Men ziet dan ook steeds bij het gebruik van
nieuw filtermateriaal, dat het filter eerst na enkele maanden
is ,,gerijpt" t.o.v. de ontmanganing.
Aanwezigheid van veel organische stoffen in het water
belemmert ook een vlotte ontmanganing, zodat men dan
gedwongen is om aan het water chemicaliën toe te voegen, bij
voorkeur nadat door de voorfiltratie eerst het grootste gedeelte
van het ijzer is verwijderd. Kalk en kaliumpermangaat zijn de
'
chemicaliën, die voor dit doel het meest doeltreffend zijn
gebleken.
Wat nu het eigenlijke filterproces in dergelijke snelfilters
betreft, werd reeds opgemerkt, dat hierbij niet alleen aan een
zeefwerking moet worden gedacht; het filtermateriaal speelt
ongetwijfeld ook zelf een rol bij de colloïdchemische en elektrokinetische processen, die bij de verwijdering van het ijzer
plaats vinden.
Principiële theoretische beschouwingen zijn hieromtrent o.a.
enkele jaren geleden gegeven door Ruth. Reeds eerder was door
hem de veronderstelling geopperd, dat de weerstand in een filter van electrokinetische oorsprong is. Op het grensvlak vaste
stof-vloeistof vormt zich n.l. een electrische dubbellaag, waardoor ionen - meestal de negatieve - worden vastgehouden op
de vaste stof. De tegengestelde ionen blijven in oplossing en er
wordt een diffuse laag gevormd tot op enige afstand van het
grensvlak. Het potentiaalverschil tussen de lading, die op de
vaste stof is geadsorbeerd en de dubbellaag noemt men de
electrokinetische of 5 -potentiaal. Het is waarschijnlijk, dat
deze 5 -potentiaal, die ook afhankelijk is van de aard van het
filtermateriaal, in sterke mate de filtreerbaarheid van het
colloïd of het eigenlijke neerslag beïnvloedt. Samenhangende
met deze 5 -potentiaal is de stromingspotentiaal, d.i. het verschijnsel dat bij persen van een vloeistof door een capillair aan
weerszijden van deze capillair een potentiaalverschil ontstaat.
Met behulp hiervan kan ook worden verklaard, dat men een
zekere filterweerstand krijgt bij het filtreren van een geheel
heldere vloeistof.
Een diepergaande kennis van al deze electrokinetische verschijnselen zal vermoedelijk ons inzicht in het wezen van de
filtratie in belangrijke mate kunnen verrijken en er toe bijdragen de voorwaarden te vinden, waaronder bij de filtratie als
onderdeel van de ontijzering en ontmanganing nog betere
resultaten kunnen worden bereikt. In het research-programma
van de samenwerkende Waterleidinglaboratoria zijn dan ook
proeven opgenomen met ander filtermateriaal, dus met andere
5 -potentiaal en zal worden getracht te komen tot directe
meting van de stromingspotentiaal, terwijl voorts nog systematische proeven worden geprojecteerd om door toevoeging
van vreemde stoffen en ionen de C -potentiaal van een bepaald
filtermedium te beïnvloeden.
Verdere vragen die rijzen bij het projecteren van ontijzerings en ontmanganingsinstallaties door snelfiltratie zijn de
volgende: welke filtersnelheid moet men aanhouden, welke
korrelgrootte van het filtermateriaal, welke filterbeddikte en
op welke wijze moet worden teruggespoeld. Achter de schrijftafel zijn deze vragen, behoudens in uitzonderingsgevallen,niet
te beantwoorden; alleen experimenten op semi-technische
schaal kunnen hier het antwoord geven. Wel kunnen laboratoriumproeven op betrekkelijk kleine schaal reeds een inzicht
geven in de richting, waarin deze proeven moeten worden
geleid maar om uit een project te halen, wat er uit te halen
valt, is het werken met een proefinstallatie noodzakelij%.
Indien men op dit gebied over de nodige ervaringen met verschillende watertypen beschikt, kunnen de proeven msest ook
vrij snel tot het doel leiden. Vooropgesteld zij hierbij, dat de
omstandigheden, waaronder met proefinstallaties wordt gewerkt, zo nauwkeurig mogelijk moeten aansluiten bij de
bedrijfsomstandigheden, die later zullen heersen, wil men niet,
zoals ik helaas enkele malen heb ervaren, voor desillusies
komen te staan. In het bijzonder geldt dit de samenstelling en
dikte van het filterbed, de beluchtingswijze, de grenzen waartussen het waterniveau boven het filterbed zich beweegt, dus
de reactietijd tussen beluchting en filtratie en het terugspoelsysteem. Bij onderzoekingen naar de maximaal toelaatbare
filtersnelheid moet ook met bijkomende factoren rekening
worden gehouden o.a. de looptijd van de filters, die zo kort kan
blijken te worden, dat terugspoeling dermate frequent moet
geschieden, dat het voor het bedrijf economischer wordt met
geringer snelheid genoegen te nemen.
Omtrent de hydraulica van een zandfilter zijn in de loop der
jaren vele onderzoekingen verricht. Darcy heeft reeds in 1856
de volgende formule opgesteld:
waarin v de filtersnelheid, h de weerstand en 1 de filterbeddikte voorstelt terwijl k als permeabiliteitscoëfficient wordt
aangeduid, die afhankelijk is van de aard van het zand. Men
heeft nu verder getracht nadere gegevens te verkrijgen over
de factoren, die de waarde van deze k beheersen.
Belangrijke onderzoekingen zijn in Amerika op dit gebied
verricht door Hulbert en Feben. Daar het vraagstuk van de
filtratie van met neerslagen verontreinigd water zeer ingewikkeld wordt, hebben zij uitsluitend de stroming van helder
water door zand bestudeerd en zijn tot een zeer ingewikkelde
formule gekomen, die na herleiding ook weer neerkomt op de
wet van Darcy, maar waarin dan de k nader is uitgewerkt.
Deze blijkt dan afhankelijk te zijn van de korrelgrootte van het
filtermateriaal, n.l. evenredig met ongeveer het kwadraat hiervan en voorts afhankelijk te zijn van de temperatuur en de
poroziteit van het filtermateriaal, dus weer samenhangende
met de vorm van de korrel. De invloed van de korrelgrootte op
de weerstand wordt vooral bij fijn filtermateriaal, beneden 1.0
mm, zeer belangrijk.
Filterproeven van Baylis toonden aan, dat de filterlooptijd
ongeveer evenredig was met het kwadraat van de korrelgrootte. H =K.D2.15. De K'ís een constante die afhankelijk is van de
hoedanigheid van het te filtreren water. Op dit punt, de bepaling van de filtreerbaarheid van een bepaald in water gevormd
neerslag pf wel weerstand die dit bij filtratie geeft, zijn verdere
onderzoekingen zeer gewenst.
Baylis heeft ook het normale filterzand vergeleken met
andere materialen, gebroken kwarts, anthraciet, ijzererts e.d.
en daarbij gevonden, dat de poroziteit van duidelijke invloed
is. Bij gebruik van hoekig materiaal blijken langere looptijden
te worden verkregen. Ook practijkervaringen van andere
onderzoekers wijzen in dezelfde richting.
Voor de opbouw van snelfilters voor de ontijzering, zijn er,
mede in verband met de keuze van het spoelsysteem, verschillende mogelijkheden. Bij het systeem, waarbij onder het eigenlijke filterbed een aantal steunlagen, elk van betrekkelijk
geringe dikte, worden aangebracht, waarbij dan de korrelgrootten van de steunlagen elkaar gedeeltelijk overlappen, kan
in de onderste steunlaag een buizensysteem met ingeboorde
openingen worden aangebracht, zowel dienend als drainagekanaal alsook voor de toevoer van het spoelwater en de spoellucht. Een ander systeem is dat, waarbij men in de bodem van
het filterbed, waaronder zich dan 'n reinwaterruimte bevindt,
spoeldoppen inbetonneert, die uitmonden in een pijpje, waarin
een nauwe overlangse spleet is gemaakt. Deze ,,Dusen" dienen
tegelijk voor afvoer van het filtraat. Bij het spoelen voert men
dan het water en de lucht in de ruimte onder het filter, het
spoelwater treedt direct door de spoeldoppen onderin het
filterbed; de lucht vormt eerst een luchtkussen onder het filter
en wordt dan via de spleten aangevoerd. Bij dit systeem zijn
steunlagen overbodig en heeft men op de filterbodem alleen
een bed van één soort filtermateriaal van zo gelijkmatig mogelijke korrelgrootte. Van beide systemen kunnen vóór- en nadelen worden aangevoerd. Het laatstgenoemde heeft m.i. het.
voordeel, dat een zeer homogene spoeling mogelijk is en het
gevaar, dat bij spoeling een vermenging van de steunlagen met
het eigenlijke filtermateriaal plaats vindt, uitgesloten is. Ofschoon ik niet over concrete cijfers hierover beschik, heb ik de
indruk, dat het verbruik van spoelwater en lucht geringer is
dan bij het andere besproken systeem. Daartegenover staan
de hoge kosten van een dergelijke filterbodem met spoeldoppen, die van messing, porselein, glas of eboniet worden vervaardigd en waarvan er per m2 tenminste 80 a 90 nodig zijn.
Een zeer nauwkeurige afstelling van de pijpjes met spleten is
nodig om een regelmatige verdeling van de lucht te verkrijgen. Veel .ervaring is er met dit systeem in ons land nog niet.
De terugspoeling met behulp van een verdeelnet in de
onderste steunlaag heeft, mits de constructie zorgvuldig is
gekozen, goed voldaan. Toch blijkt, dat men op deze wijze,
hetzij door onregelmatige verdeling van water of lucht bij de
spoeling, hetzij door het langzamerhand verstopt geraken van
de openingen, een filter op de duur niet volkomen schoon
houdt, zodat het zand plaatselijk gaat vastkoeken en na een
aantal jaren moet worden vernieuwd. Mij is echter b.v. uit de
praktijk een voorbeeld bekend, waar dit bij een sterke belasting van het filter, n.l. verwijdering van ca. 5 mg Fe/l, pas na
13 jaren bedrijf behoefde te geschieden.
Over de wijze, waarop een filter moet worden teruggespoeld,
zijn de meningen nog verdeeld. Oorspronkelijk werden de snelfilters alleen met water gespoeld, later vond de terugspoeling
met water en lucht meer en meer ingang, hetzij afzonderlijk,
hetzij in combinatie, terwijl het mij toeschijnt dat er tegenwoordig, vooral in Amerika, een zekere tendenz is weer terug
te keren tot de spoeling met enkel water. Volgens de ervaringen, die ik in de loop der jaren in de praktijk heb meegemaakt,
zou ik toch de voorkeur geven aan de combinatie van water en
lucht en wel eerst lucht om de zandkorrels en het tussenliggende vuil los te maken, daarna lucht en water tezamen bij
''
I
1.1
een expansie van het filterbed van ca. 20 O/o en tenslotte een
naspoeling met water. Op deze wijze kan een filterspoeling in
5-10 min. grondig geschieden. De meest gewenste tijdsduur
van de afzonderlijke fazen in deze spoeling kan het best n a
het gereed komen van de instalatie systematisch worden
gezocht, op deze wijze kan men proefondervindelijk tot een
minimaal spoelwaterverbruik komen. Van groot belang is een
flinke snelheid van het water bij het terugspoelen, n.l. 25 a
30 m/h.
In Amerika heeft men bij de snelfiltratie van oppervlaktewater, waar het vraagstuk wel iets anders ligt dan bij de ontijzering en ontmanganing, nog pogingen gedaan het effect van
de spoeling te verbeteren door een afzonderlijke spoeling van
de bovenste lagen van het filterbed (surface wash, filter
sweep, subsurface wash) . Veel ervaringen hierover bezitten wij,
voor zover mij bekend, in ons land nog niet; ik betwijfel echter
of de hiermede samengaande complicaties in het filterbedrijf
zullen opwegen tegen de misschien te bereiken voordelen.
Vervolgens nog enige opmerkingen over de gesloten ontijzeringsinstallaties. Reeds werd opgemm2rkt,dat hiermede in vele
gevallen een minder gunstig effect wordt bereikt dan met open
installaties, daar geen koolzuur wordt verwijderd. Tot voor
kort was het dan ook bij centrale drinkwaterleidingen alleen
verantwoord deze zonder verdere voorbehandeling van het
water toe te passen, wanneer het water geen kalkagressieve
eigenschappen bezat. De toepassing van magno, op bepaalde
temperatuur gebrande dolomiet, heeft echter in de laatste
jaren nieuwe perspectieven geopend, daar dit materiaal, dat in
hoofdzaak bestemd is voor de ontzuring van het water, niet
zoals b.v. marmer, door de aanwezigheid van ijzer in het water
zijn werkzaamheid verliest, maar integendeel ook ijzer en
mangaan uit het water verwijdert zonder dat de ontzurende
werking van het filtermateriaal wordt beïnvloed. Zoals meer
voorkomt zijn de goede eigenschappen van de magno in het
begin geflatteerd voorgesteld; volgens mijn ervaringen, die
zich over enkele tientallen installaties, weliswaar van geringe
capaciteit, uitstrekken, is het nodig het water eerst grotendeels
door zandfiltratie te ontijzeren; bij deze voorbehandeling dient
het ijzergehalte tot ca. 1 mg/l te worden verminderd. Bij Filtratie van water met hoger ijzergehalte over magno vermindert
de ontzurende werking van dit materiaal spoedig. Men kan
deze installaties op verschillende manieren uitvoeren, hetzij in
de vorm van een hoge ketel met twee gescheiden compartimenten onder elkaar, hetzij als afzonderlijk achter elkaar geschakelde eenheden. Vooral voor de voorziening van kleinere complexen zijn deze gesloten ontijzeringsinstallaties m.i. zeer aan
te bevelen, men spaart een pompfaze uit en vooral uit hygiënisch oogpunt zijn ze dan te verkiezen boven open installaties;
verontreiniging van het water door dikwijls niet zeer deskundig personeel is vrijwel uitgesloten en het effect van de zuivering is, natuurlijk rekening houdende met de eigenschappen
van het te behandelen water, gunstig.
Ik kan nog opmerken, dat de storende invloed van de aanwezigheid van veel organische stoffen in het water ook voor de
ontijzering over magno geldt. Wat de ontmanganing betreft
worden ook met magno gunstige resultaten bereikt; in de
meeste gevallen worden hoeveelheden mangaan tot 0.5-0.6
mg/l vlot verwijderd en men merkt daarbij op, dat het rijpen
van het filter zeer kort duurt, meest is na enkele dagen de
evenwichtstoestand al bereikt. Dit zal zijn oorzaak vinden in
de vrij sterk alkalische reactie die het filtraat van een magnofilter in de eerste dagen na zijn in bedrijfstelling bezit. Bij
deze hoge pH vlokt het mangaan gemakkelijk uit en de vast
op de magnokorrels hechtende mangaanoxyden oefenen een
sterke katalytische werking uit op de verder ontmanganing. Ik
zie hier de ontmanganing als een zuiver physisch-chemisch
proces.
In de opbouw van het filterbed en in de wijze van terugspoeling bestaan er geen essentiele verschillen tussen open en
gesloten snelfilters. Bij het werken met magno moet er zorg
voor worden gedragen, dat de filters, ongeacht de bereikte
filterweerstand, tenminste 2 x per0week met lucht en water
worden teruggespoeld, teneinde samvnkoeken van het filtermateriaal te voorkomen.
Uit al deze beschouwingen blijkt wel duidelijk dat, zoals
ook reeds in het begin werd betoogd, onze kennis van het
filtratieproces nog grotendeels beperkt is tot praktijkervaringen. Nog enkele van deze wil ik noemen. Zo moet er b.v. bij
het inrichten van een pompstation met ontijzeringsfilters voor
worden gezorgd, dat de filtersnelheid zo goed mogelijk constant wordt gehouden, plotselinge veranderingen in de filtratiesnelheid blijken funest te zijn. I n het filterbed stelt zich
blijkbaar een colloïdchemisch en wellicht ook een daarmee
samenhangend electrokinetisch evenwicht in, dat zich na verstoring slechts langzaam herstelt. Ik heb dit nog kort geleden
ervaren bij een bedrijf met gesloten filters, waar men door
inschakelen van verschillende pompen de filtratiesnelheid
enige malen per dag van 2 m/h op ca 5 m/h bracht en omgekeerd, met als resultaat een vrijwel constant te hoog ijzergehalte, dat tot beneden 0.1 mg/l daalde, wanneer de filtersnelheid gelijkmatig werd gehouden.
De korrelgrootte van het te kiezen filtermateriaal is. sterk
afhankelijk van de samenstelling van het water, in het bijzonder het totale ijzergehalte. Men kan dit systematisch met een
proefinstallatie nagaan, maar globale aanwijzingen kunnen
zeer zeker worden gegeven. Wil men trachten water met een
niet f e hoog ijzergehalte, beneden ong. 4 mg/l, in één faze te
zuiveren, dan dient een niet te grof filtermateriaal te worden
gekozen, ten hoogste 1-2 mm, goed voldoet vaak een korrelgrootte van 0.8-1.5 mm. Water met een laag ijzergehalte vereist meest een nog fijner filterzand, b.v. 0.5-1 mm.
Indien het ijzergehalte boven 5 à 6 mg/l ligt is het naar mijn
mening steeds gewenst dubbele filtratie toe te passen, teneinde
gedurende de gehele filterperiode een filtraat van goede hoedanigheid te verkrijgen. Wanneer er geen overwegende moeilijkheden te verwachten zijn met een bijkomend hoog mangaangehalte, dan is het in vele gevallen het beste gebleken,
voor de voorfiltervulling vrij grof materiaal te kiezen, b.v. 2-3
mm en het zuiveringsproces zo te leiden, dat het voorfiltraat
nog 1à 5 mg/l Fe bevat. Indien men bij de voorfiltratie op een
gunstiger effect aanstuurt, n.l. een ijzergehalte in de grootte
orde van 0.3-0.8 mg/l, waaromtrent ik reeds mededeelde, dat
een dergelijke hoeveelheid dikwijls lastig te verwijderen is,
leidt de nafiltratie dikwijls niet tot het gewenste doel.
De dikte van het filterbed was in vroeger jaren meest vrij
groot, men werkte met zandlagen van 2-3 m dik. Het is gebleken, dat dit meestal overbodig en zelfs ongewenst is. Filterbeddikten van 75 cm-l m, exclusief de steunlagen, worden thans
als normaal beschouwd. In het bijzonder bij gesloten installaties bij de filtratie van water met een betrekkelijk laag ijzergehalte kan het voorkomen, dat een dikker filterbed nuttig
blijkt te zijn om bij enkelvoudige filtratie volledige ontijzering
te bereiken.
Ontijzering van water met een hoog ammoniakgehalte,
waarvan ik de bezwaren noemde, is nog steeds een van de
lastigste problemen, te meer daar men er naar wil streven de
ammoniak bij de zuivering zo volledig mogelijk te verwijderen.
Naar mijn mening is voor dergelijke watersoorten toch het
voorschakelen van de zoveel gesmade cokesbedden de eenvoudigste en soms enige mogelijke praktische oplossing, ondanks
de bezwaren, die ze ongetwijfeld geven. Vervolmaking van de
technische inrichting van dergelijke cokesbedden, waarbij o.a.
de mogelijkheid moet bestaan deze op effectieve en eenvoudige
wijze terug te spoelen, is nog een opgave voor onze waterleidingingenieurs.
Tenslotte wil ik U nog twee merkwaardige gevallen noemen
uit de praktijk van de ontijzering en de ontmanganing, waarvan ik er een al eerder publiceerde, en waarbij verschijnselen
zijn opgetreden, waarvoor ik nog steeds geen plausibele verklaring heb kunnen vinden.
Het eerste deed zieh voor bij een bedrijf, dat beschikte over
diepe putten, die een vrij hard water leverden en ondiepe putten, waarvan het water uitgesproken zacht was. Onderstaande
tabel geeft enkele cijfers uit de chemische analyse.
ondiepe putten diepe putten
35-50 m
90-100 m
KMnOa-verbruik mg/l
Cl' mg/l
HCO,' mg/l
CO, mg/l
Fe mg/l
Mn mgn
totale hardheid "D
ca.
ca.
ca.
ca.
ca.
ca.
ca.
5
20
30
30
4
0.10
1.5
ca. 10
ca. 15
ca. 250
ca. 15
ca.
6
ca. 0.10
ca. 12
De bedoeling was om dit water in ongeveer gelijke hoeveelheden te mengen en dan na sproeiing door enkelvoudige snelfiltratie te zuiveren. Het merkwaardige was nu, dat dit voor
elk der componenten zeer goed mogelijk bleek te zijn, maar dat
alle mengsels van beide watersoorten, in welke mengverhouding ook, op deze wijze niet in voldoende mate werden ontijzerd, met de ongunstigste uitkomst bij een mengverhouding
1 : 1.
.r
Het tweede geval heeft betrekking op de ontmanganing van
een moeilijk te zuiveren water, waarvan de chzmische samenstelling door de volgende cijfers is gekarakteriseerd:
kleur mg Pt
KMn0,-verbruik mg/l
Cl' mg/l
HCO) mg/l
CO, mg/l
Fe mg/l
M n mg/l
totale hardheid "D
h?
1
Op grond van uitvoerige proeven bleek de beste wijze van
zuiveren te zijn: sproeien, open snelfiltratie -waarbij het ijzer
practisch volledig, doch het mangaan in het geheel niet wordt
verwijderd - toevoegen van ruim 2 mg KMnO,/l, beluchten
over een cascade en na een korte reactietijd open nafiltratie.
Ondanks vele pogingen gelukte het niet, zdfs na enige jaren
,,rijpen" van het filterbed, de dosis permanganaat te verminderen. Toen in de oorlog het kaliumpermanganaat zeer moeilijk te verkrijgen was, werd noodgedwongen op een lagere dosis
overgeschakeld, al steeg het mangaangehalte van het gedistribueerde water dan ook tot boven 0.1 mg/l. Op een gegeven
ogenblik ontdekte de machinist van het pompstation evenwel
toevallig, dat de resultaten veel beter werden, wanneer de
nafilters periodiek geheel werden drooggezet en dan na enkele
uren weer normaal in bedrijf werden gesteld. Op deze wijze
werkende kon de hoeveelheid toe te voegen KMnO, tot '/z: mg/l
worden verminderd. Een sterk tekort aan zuurstof is zeker niet
de oorzaak geweest van de minder gunstige resultaten bij een
normaal filterbedrijf, daar het nafiltraat steeds een zuurstofgehalte van ca. 4 mg/l bezat.
Ervaringen op het
van
constructie en exploitatie v a n filters
door Dr Ir P. C. Lindenbergll
Inleiding.
In dit laatste uur van deze vacantiecursus zal ik met U enige
ervaringen over de constructie en exploitatie van filters bespreken. Uit de aard van de zaak zal ik mij zeer moeten beperken,
omdat de stof te uitgebreid is om zelfs in compacte vorm in
zijn geheel te worden behandeld.
Eisen, die aan een goede filterinstallatie
moeten worden gesteld.
Een goede filterinstallatie dient bij juiste behandeling te
allen tijde voldoende, goed en deugdelijk water te kunnen afleveren.
Onder de ongunstigste omstandigheden moet het steeds
mogelijk zijn de maximum hoeveelheden water, die het voorzieningsgebied nodig kan hebben, te leveren.
Daarbij dient nog rekening te worden gehouden met de toekomst. Vrijwel alle drinkwatervoorzieningen in ons land zien
jaarlijks hun te leveren hoeveelheden toenemen. Dit wordt
veroorzaakt door. de toeneming van de bevolking en door de
toeneming van de ,,waterbeschaving" (verbruik per hoofd per
etmaal) .
Onderhoud filters in bedrijfsvaardige toestand.
Naast de voorwaarden, gesteld aan de kwaliteit en de kwantiteit van het water, is er nog een voorwaarde, waaraan goede
filterinstalla~iesmoeten voldoen en waaraan vroeger bij het
ontwerpen wel eens te weinig aandacht werd geschonken.
De filterinstallaties moeten n.l. steeds in een goede staat
van onderhoud worden gehouden. Vooral het filterbed, dat uit
de aard der zaak door het gebruik telkens vervuilt, moet op
eenvoudige en afdoende wijze kunnen worden schoongemaakt,
zonder dat de gang van het bedrijf daardoor nadelig wordt
beïnvloed.
Filtertechniek nog steeds in hoofdzaak volgens empirische
methode naast hulp van de chemische en bact. wetenschap.
In de waterleiding-techniek heeft men van het begin af
steeds langs de weg van practische ervaring en proefnemingen
naar de oplossing van de zich voordoende problemen gezocht.
Hoewel in de latere jaren de wetenschap -vooral de bacteriologische en de chemische - belangrijke diensten bewees, is
het nog steeds in hoofdzaak de empirische methode, die het
belangrijkste richtsnoer is bij de vooruitgang op waterleidingtechnisch gebied.
Het is zeer moeilijk vooral oin voor constructies en bouw van
filters tot in bijzonderheden algemene richtlijnen te geven,
omdat er een groot verschil is tussen de kwaliteiten van het
ter plaatse voorkomende ruwe water, dat tot grondstof van de
drinkwatervoorziening moet dienen. Zelfs watersoorten van
nagenoeg gelijke chemische samenstelling vertonen soms
grote verschillen in het zuiveringsproces.
Bij verandering of nieuwbouw van filterinstallaties.
Indien er belangrijke plannen bestaan voor verbeteringen of
veranderingen van zuiveringsinstallaties ,voor drinkwater is
het als regel aan te bevelen te voren proefinstallaties op te
stellen en deze vrij langdurig in bedrijf te houden. Voor de
juiste opstelling en constructie van een proefinstallatie is het
nodig het te onderzoeken probleem scherp te stellen.
Het spreekt vanzelf, dat een voortdurende chemische en
bacteriologische contrôle van het door de proefinstallatie
geproduceerde water geboden is om een goed inzicht in de
resultaten te verkrijgen.
Onderzoek naar filtersnelheid en spoelbaarheid
afhankelijk van hoedanigheid van het ruwe water.
Vooral de kwestie van filtersnelheid en het schoonmaken
van het filterbed zijn zeer belangrijke aangelegenheden, die
sterk beïnvloed worden door de kwaliteit van het te filtreren
ruwe water. Onderzoekingen door proeffilterinstallaties vóór
het uitvoeren van een groot project geschieden dan ook als
regel.
Dat deze onderzoekingen ter plaatse en onder zo veel mogelijk gelijke omstandigheden met die van de te projecteren
werken moeten geschieden, spreekt vanzelf.
-
Op deze wijze verkrijgt men grotere zekerheid, dat de grote
kapitalen, die met het maken van filterinstallaties zijn gemoeid, op de meest juiste wijze worden besteed.
Schaal der proefinstallaties.
Een proeffilterinstallatie mag niet op te kleine schaal worden gemaakt. Een verkleinde vertikale schaal zoals wel eens
bij laboratorium-proeven wordt toegepast, is ontoelaatbaar.
Het filterbed dient dezelfde hoogte en samenstelling te hebben
als in werkelijkheid zou worden toegepast.
Randwerking.
Het filter-oppervlak dient niet te klein te worden genomen
(b.v. 4 m2 voor een langzame zandfilter). De randwerking van
het filter moet beperkt worden. Onder ,,randwerking" versta
ik de versnelde stroom ruwwater, die tengevolge van de mindere weerstand vrijw.el ongefilterd langs de eventueel te gladde
binnenwanden van het filter naar beneden stroomt en op die
wijze het filtraat ongunstig beïnvloedt. Bij proeffilters klemt
dit des te meer, omdat de verhouding van het opperviak tot
de omtrek ongunstiger is dan bij de grotere installaiies van
normale filters in de praktijk.
Middelen om randwerking te vooskomen.
Indien ijzeren proeffilters worden toegepast kan de randwerking op eenvoudige wijze worden tegengegaan door de
binnenwand te teren en in de natte teer rijkelijk grof zand te
strooien. Ook bij gepleisterde wanden kan niet alleen bij proefinstallaties, maar ook in de praktijk dit euvel moeilijkheden
veroorzaken, vooral omdat men als regel de neiging heeft om
de binnenwanden van filters zo glad mogelijk af te werken.
Dat is onjuist. Het is mij bekend, dat op sommige plaatsen
daardoor ernstige last van de randwerking werd ondervonden, later werden de glad afgepleisterde filterwanden met
succes over de dikte van het filterbed opnieuw met een dikke
cementlaag afgestreken, waarin dan grof grind werd gedrukt
om op deze wijze een ruwer oppervlak te verkrijgen.
Langzame zandfilters het eerst in waterleidingtechniek toegepast.
De langzame filters werden het eerst met goed gevolg in de
waterleiding-techniek toegepast. Later werden snelfilters gebouwd, dikwijls als voorbehandeling van het ruwe water, voordat dit op de langzame filters kwam, om de langzame filters op
die wijze te ontlasten.
Vandaar de onderscheiding: voor- en nafilters.
Snelfilters.
Onder snelfilters wil ik verstaan: filters, die gereinigd kunnen worden door een van onder ingebrachte water- en/of
luchtstroom. Het is vrij gemakkelijk een snelfilter te construeren, dat aanvankelijk goed werkt en dus in het begin voldoet
aan de eis water van goede kwaliteit te leveren. Het wordt
echter minder eenvoudig, indien men filters wil bouwen, die
te allen tijde hun goede werking behouden. Daarvoor is het
nodig, dat het eigenlijke filterbed op eenvoudige maar afdoende wijze schoongemaakt moet kunnen worden, zonder dat de
gang van het bedrijf daarvan hinder of overlast ondervindt.
Zoals ik reeds opmerkte werd hieraan vroeger wel eens te
weinig aandacht besteed.
Filterspoeling.
Wij komen hier op het kardinale punt: de filterspoeling.
Een goede filterspoeling komt als volgt tot stand.
Gang van zaken bij het spoelen.
Het te spoelen filter wordt buiten bedrijf gesteld. De toevoer
van ruw water wordt afgesloten en de spoelgoten worden door
het openen van een afsluiter met de afvoerbuis van het spoelwater in verbinding gesteld. Onder het filter wordt water en/of
lucht, of beide tegelijk, in het filterbed geperst.
Het filterbed wordt door een sterke water en/of luchtstroom als het ware opgelicht en wel in verhouding tot
de hoeveelheid spoelwater (of lucht), die voor het spoelen per
tijdseenheid wordt gebruikt. Het gehele filterbed wordt
op deze wijze in een toestand van statisch evenwicht
gehouden, terwijl anderzijds de afzonderlijke zandkorrels zich
in het geheel niet in staat van evenwicht bevinden. Ze zijn
integendeel in een toestand van voortdurende beweging. De
zandkorrels worden door de vertikaal omhooggerichte waterstroom naar boven geslingerd. Ze stijgen door de verkregen
snelheid zó hoog, dat ze boven de snelheidsgrens komen waar
ze door hun massa niet meer in evenwicht zijn met de snelheid
van het water (die naar boven toe afneemt).
Daarna vallen ze w.eer naar beneden en worden omgekeerd
weer door de in diepere lagen sterkere waterstroom omhooggeslingerd.
De afzonderlijke zandkorrels bevinden zich dus gedurende
de spoeling voortdurend in een op- en neergaande beweging,
waarbij ze langs elkaar schuren. Op deze wijze wordt het vuil,
dat zich tijdens de voorafgaande filterperiode op en tussen
de zandkorrels heeft vastgezet, losgemaakt en blijft het wegens
het kleinere s.g. in het water boven het filterbed in zwevende
toestand, om ten slotte met het in de afvoergoten afvloeiende
spoelwater uit het filter verwijderd te worden. Op deze manier
kan het filterbed in korte tijd op afdoende wijze schoongemaakt worden.
Door spoeling vorming van lagen van opvolgende
fijnheid van het filtermateriaal naar boven
in het filterbed.
Uit het bovenstaande kan meteen worden afgeleid, dat de
fijnere zandkorrels het hoogst worden meegenomen en ook na
het spoelen een hogere plaats in het filterbed zullen gevonden
hebben dan de grovere korrels. Van deze eigenschap kan
gebruik gemaakt worden, indien nieuw of aanvullend filtermateriaal moet worden aangeschaft. Filterzand van een
bepaalde korrelgrootte is duur. Men koopt nu echter rivierzand, waarvan b.v. ten minste 80 % voldoet aan de eis, die
voor de korrelgrootte in het filterbed noodzakelijk wordt
geacht. De overige 20 % liefst in hoofdzaak fijner dan de
gewenste korrelgrootte.
Door gebruikmaking van bovengenoemde eigenschappen
belangrijke besparing op filtermateriaal mogelijk.
Dit zand wordt in de filters gebracht en flink op bovenomschreven wijze gespoeld. Het wordt dan goed schoon en na
het spoelen blijkt, dat het grove gedeelte der korrels naar
onderen is verplaatst en het te fijne boven is komen te liggen.
Dit kan dan gemakkelijk verwijderd worden. Dit geeft zeer
belangrijke besparingen op de uitgaven voor filtermateriaal.
Bepaling van toelaatbare filtersnelheid door
middel van proefinstallaties.
Het is van groot belang bij het ontwerpen van voorfilters de
maximale toelaatbare filtersnelheid te bepalen. Hoe kleiner de
filteroppervlakte behoeft te zijn des te economischer is de aanleg. De filtersnelheid wordt dan echter groter. Het, opvoeren
van de filtersnelheid is aan grenzen gebonden door de
oplopende weerstand en de kwaliteit van het ruwe water. In
het algemeen kan gezegd worden, dat hoge filtersnelheden
meer moeilijkheden in het bedrijf geven en het filtraat ongunstig beïnvloeden.
Toch zijn er gevallen, waarbij opvoering der filtersnelheid
tot een beter filtraat heeft geleid. Dit is in sommige gevallen
van moeilijke ontmanganing en ontijzering. Dit alles dient in
proefinstallaties met het ruwe water ter plaatse te worden
onderzocht.
Om U een indruk te geven van wat met een proeffilterinstallatie onderzocht kan worden en welke resultaten daarmee voor
de praktijk kunnen worden bereikt, zal ik U een beschrijving
geven van een proeffilterinstallatie, die door de ,,L.D.M."
(Leidse Duinwater Maatschappij) voor verbetering en vergroting van de capaciteit van haar nafilters is toegepast. Tevens kan ik U dan gegevens verschaffen van de naar aanleiding daarvan in de praktijk toegepaste constructies en de
bedrijfsresultaten. Om U een inzicht te geven van de beweegredenen, waarom het gestelde probleem onderzocht werd,
diene het volgende.
Bezwaren van open langzame zandfilters.
Langzame zandfilters zijn, zoals ik reeds eerder zei, reeds
lange tijd bij de waterzuivering in het algemeen in gebruik en
met succes. Toch hadden deze open zandfilters nadelen.
Het zou mij te ver voeren met U de voor- en nadelen van de
open langzame zandfilters uitvoerig te behandelen.
Ik zal volstaan met de nadelen er van puntsgewijze op te
noemen, ongeveer zoals Ir J. Kooymans deze in ,,Watern van
9 Januari 1942 heeft vermeld:
1. Vorming van organisch materiaal, dat door flappen of
door filterschoonmaak moet worden verwijderd.
2. Vorming, zowel door de levende als door de afgestorven
wierenvegetatie, van organische stoffen, die aan het te
filtreren water worden afgegeven, zodat de taak der filters
wordt verzwaard. Dit dient zó te worden opgevat, dat na
enige tijd een dergelijke filteroppervlak slechts gedeeltelijk volledig werkt. Plaatselijk treedt dus oncontroleerbare verhoogde snelheid op.
3. Verhoging van het bacteriëngehalte van het te filtreren
water, bij tijden ook van het gefiltreerde water.
4. Een zeer wisselend zuurstofgehalte door productie op de
daguren en verbruik gedurende de nachturen, waardoor
tijdelijk anaerobe toestanden in het filter kunnen ontstaan met alle gevolgen daarvan voor het filtraat.
5. Ophoping van afgestorven plantenmateriaal, waardoor
plaatselijk constant anaerobe werking in het filter kan
voorkomen.
6. Snelle, soms zeer plotselinge verstopping der filters door
diatomeeën, groenwieren, kokertjes van muggenlarven en
kalkafzetting.
7. Het passeren der filters door eencellige wieren, waardoor
het filtraat kan worden gekleurd. Dit kwam vroeger bij de
L.D.M. inderdaad voor.
8. De mogelijkheid tot massale groei van muggenlarven en
het voorkomen van grote wolken muggen in de nabijheid
der filters.
9. De mogelijkheid tot besmetting van het bovenwater door
excrementen van vogels of door inwaaiend vuil.
10. Massale groei van watervlooien of andere dieren, die het
zuurstofgehalte van het bovenwater kunnen beïnvloeden
en er althans een onaesthetisch uiterlijk aan kunnen verlenen.
11. Het beïnvloeden van de temperatuur van het water, waarvan zowel des zomers als des winters last ondervonden kan
worden.
Enige dezer punten betekenen een grote hoeveelheid arbeid
in de vorm van dagelijkse verzorging en pzriodieke schoonmaak der filters.
Verwachtingen van overdekte laiigzame zandfilters.
Verwacht werd, dat overdekte filters deze naclelen niet
zouden hebben. De bouw van overdekte filters is wel duurder
dan die van open filters, maar daar tegenover staat, dat de
- - -
capaciteit van ovërdezte .langzame zandfilters belangrijk
groter is dan die van open filters. Daardoor worden de bouwvoor overdekte langzame
kosten per gefiltreerde m-ater
nafilters toch belangrijk lager. Daarnaast is een belangrijke
besparing op de exploitatie van de overdekte filters te verwachten (er behoeft geen flap gevist en de filters moeten minder worden schoongemaakt).
Men is bij het filterproces niet meer afhankelijk van het
weer, zodat men het filterbedrijf meer in de hand heeft. Herhaalde malen moest ik constateren, dat het voorfiltraat bij de
L.D.M. beter was dan het nafiltraat, vooral als er veel z.g.
,,groen9)op de nafilters ontstond.
Het gestelde probleem.
Het gestelde probleem, door een proefinstallatie te. onderzoeken, was nu:
1. Wat is de invloed van het overdekken van langzame zandfilters op de biologische reiniging in het filterbed en wat is
daarvan de invloed op de kwaliteit van het afgeleverde
water? Blijft er eventueel assimileerbare organische stof in
het water?
2. Welke filtersnelheid kan zonder bezwaar worden toegepast?
Beschrijving proefinstallatie.
Om dit probleem op te lossen is eensoverdekt proeffilter
opgesteld met een filteroppervlak van 4 m2 en gedurende ruim
één jaar in bedrijf gehouden. Het filterbed was een nauwkeurige nabootsing van dat der bestaande open nafilters. Het te
filtreren water werd van de bestaande voorfilters betrokken,
waarin het ruwe duinwater wordt voorgereinigd, alvorens het
naar de nafilters wordt gevoerd; dat was dus hetzelfde voorfiltraat als dat wat naar de open nafilters werd gevoerd. De
overdekking bestond uit een houten gebouwtje met goede
ventilatie, doch zonder lichtopeningen. Het nafiltraat van
bedoeld filter werd enige malen per week bacteriologisch en
chemisch onderzocht.
Resultaten van verschillende filtersnelheden. .
De eerste 240 dagen is gefiltreerd met een snelheid vin rond
1 m per uur. Zelfs gedurende deze zware belasting bleef het
nafiltraat van goede bacteriologische en chemische kwaliteit
en was de looptijd van het proeffilter langer dan die van de
open nafilters, welke een belangrijk lagere filtersnelheid hebben (10 tot 15 cm per uur). Daarna is de filtersnelheid teruggebracht tot 50 cm per uur. De looptijden van het proeffilter
waren belangrijk langer dan die van de open nafilters, welke
terzelfder tijd in dienst waren (met een snelheid van 10 tot 15
cm per uur). Het nafiltraat van net proeffilter was steeds van
goede kwaliteit, terwijl in dezelfde periode in het filtraat van
sommige open nafilters enkele malen een hoog kiemgetal voorkwam, in verband waarmede die filters schoongemaakt moesten worden.
De filterresultaten, met het proeffilter bereikt, toonden aan,
dat de filtersnelheid van overdekte nafilters belangrijk hoger
kan worden gesteld dan die van open nafilters, terwijl de
kwaliteit van het nafiltraat bovendien regelmatiger wordt wat
samenstelling en temperatuur betreft. De bacteriën worden
door overdekte langzame nafilters tegengehouden, ook in die
gevallen dat open nafilters dit in onvoldoende mate deden.
Resultaat van chemisch en bacteriologisch onderzoek.
Nauwkeurige onderzoekingen hebben aangetoond, dat de
biologische werlung van overdekte langzame filters blijft
bestaan, doordat de niet gekleurde protozoën de taak van het
opruimen van bacteriën geheel op zich nemen. De mechanische
filterwerking blijft tevens een belangrijke factor. Voor een en
ander verwijs ik naar de verhandelingen van de hand van Dr
L. H. Louwe Kooyrnans in ,,Water2'van 22 Augustus 1941 en
van A. van der Werff in ,,Water" van 19 September 1941. De
ervaring met het overdekte proeffilter was dus in alle opzichten gunstig. Het bleek, dat de nadelen van de open filters,
zoals die reeds werden opgesomd, door overdekking van de
nafilters practisch geheel kunnen worden ondervangen. Daarom werd besloten één der nafilters van de L.D.M. te overdekken en wel door middel van een betonconstructie, om op die
wijze de capaciteit van de nafilterinstallatie te vergroten, hetgeen dringend noodzakelijk was. (Afb. 1).
Toepassing in de praktijk.
Beschrijving van de constructie van de overdekking
van filter IV.
Dit filter I V heeft een filteroppervlak van 2000 m2 en een
DOORSN€D€M OVER NhrILTER
m.
GEGOLF DE ETCRNITPL*
Afb. 1
bodem van gewapend-beton, die sterk genoeg was om de plaatselijke belasting te kunnen dragen van de kolommen, welke de
dakconstructie moesten ondersteunen. Het dak wordt gevormd
door een plaat van gewapend-beton, afgedekt met een laag
sintelbeton voor isolatie. In het midden is een ventilatiekap
aangebracht met ventilatie-openingen, die geen licht doorlaten. D.eze ventilatiekap doet tevens dienst als expansievoeg.
Andere expansievoegen zijn loodrecht daarop aangebracht. De
kolommen van trilbeton waren tevoren op de fabriek klaargemaakt en werden op kolomvoeten op de muurtjes van de
afvoerkanalen, die zich op de filterbodem bevinden, geplaatst,
waardoor het nafiltraat onder de kolomvoeten kan doorstromen. De kolommen gaan dus door het filterbed heen, wat
geen bezwaren heeft opgeleverd. Het dak heeft een flauwe
helling en steekt 60 cm over. Het bevindt zich I+ 1,80 m boven
het filterbed. De zijwanden worden gevormd door gemetselde
spouwmuren, waarin een groot aantal rechthoekige openingen
zijn gespaard, welke normaal met houten luiken zijn afgesloten. Deze luiken kunnen naar boven opendraaien en aan het
overstek van het dak worden opgehangen. Op deze wijze kan
gedurende het schoonmaken van het filteroppervlak voldoende
lucht en licht de overdekking binnentreden. Door een tussenmuur is het filter in twee delen gesplitst, die elk een afzonderlijke aan- en afvoer hebben.
Extra zware belasting van filter IV gedurende een half jaar.
Om na te gaan, welke filtersnelheden met een dergelijke
overdekte nafilter bereikt konden worden, zonder dat de
kwaliteit van het nafiltraat daardoor werd verminderd, is
filter IV, nadat de overdekking geheel gereed was en het filterbed weer voldoende was ingewerkt, gedurende een winter-halfjaar als enig nafilter in bedrijf geweest. De filter-snelheden
waren dan ook vrij groot, enkele malen zelfs tot 50 cm per uur
toe (bij schoonmaken van een helft). Gemiddeld lag de snelheid tussen de 30 en 40 cm per uur. De kwaliteit van het
afgeleverd nafiltraat werd natuurlijk zeer scherp nagegaan.
Gedurende die tijd is steeds water van goede kwaliteit afgeleverd, zelfs was het gehalte aan organische stof geringer dan
bij open filters normaal was. Dit is waarschijnlijk toe te
schrijven aan het feit, dat het ruwe water toen bijzonder goed
was.
Bedrijfsresultaten.
Daarna is als maximale filtersnelheid 40 cm per uur toegelaten. Dit blijft echter uitzondering. In de regel beweegt de
filtersnelheid zich tussen 25 en 30 cm per uur, dus het dubbele van die, welke bij de open nafilters wordt toegepast.
Op deze wijze zijn nu 2 nafilters verkregen, die elk een capaciteit hebben van het vroegere open nafilter IV. Het overdekken van filter I V bleek al spoedig een succes. De bedrijfszekerheid en de kwaliteit van het afgeleverde water werden gunstig
DOORSNEDE OVER WAND NAt=ILTlCR
m.
Afb. 2
beïnvloed. Gedurende de strenge winter 1938-'39 bleek, dat
filter I V in het geheel geen hinder van de vorst ondervond en
dat zonodig schoonmaken van telkens één filterhelft gedurende strenge vorst mogelijk zou zijn geweest.
Daarom werd in het begin van 1939 besloten ook filter I11
te overdekken (afb. 2). Een technische moeilijkheid daarbij
was, dat de constructie van dit en de overige nafilters der
L.D.M.nog van het vroeger gebruikelijke type is; zij hebben
n.l. een dunne bodem van metselwerk, waarop kolommen met
enige belasting niet zonder kans op scheuren zijn aan te
brengen.
Provisorische overdekking van filter 111.
Bij wijze aan proef is filter I11 toen afgedekt door golfplaten
van asbestcement. De ondersteuning hiervan werd gevormd
door een constructie van balken en rondhouten stempels;
deze laatste staan op planken, die op het filterbed liggen. Bij
slagen van de proef zouden de stempels en planken worden
vervangen door een lichte constructie van schokbeton. Opgemerkt dient te worden, dat, in afwijking met de constructie
toegepast bij filter IV, hier het regenwater tussen de overlappingen der eternit-golfplaten op het filter komt, wat in de
praktijk geen enkel bezwaar heeft gegeven.
Bedrijfsresultaten van de overdekking van filter 111.
Ook deze overdekking heeft in de praktijk goed voldaan, al
is zij niet zo solide en isolerend als de overdekking van filter
IV. Het is bv. voorgekomen, dat enige asbestcementplaten zijn
bezweken onder een overmatige, zware, sneeuwbelasting. De
gebroken platen konden echter vrijwel direct door andere
worden vervangen, waardoor bevriezen van het bovenwater
en bedrijfsstagnatie werden voorkomen.
Ook zou het schoonmaken van het filteroppervlak van filter
I11 tijdens strenge vorst met meer moeilijkheden gepaard
gaan, dan bij filter IV onder dezelfde omstandigheden. Het is
echter gebleken, dat filter I11 bij strenge vorst normaal in
bedrijf kon blijven, zonder dat bijzondere maatregelen nodig
waren; bevriezen van het bovenwater kwam niet voor.
In de praktijk heeft de overdekking van beide nafilters zeer
goed voldaan.
Houten ondersteuningen vervangen door
trilbetonconstructie.
De houten ondersteuning van d2 afdekking met golfplaten
van filter I11 was tijdens de oorlog geheel verteerd en is daarom n a de oorlog zo spoedig mogelijk vervangen door een eenvoudige constructie, samengesteld uit van te voren gereedgemaakte delen van schok- of trilbeton, welke constructie rust
in een bovenlaag van het filterbed. Het spreekt vanzelf, dat
hiervoor geen zware en stijve constructie mag worden toegepast. De afdekking is daarom van asbestcement golfplaten
gebleven. Deze wijze van afdekking is goedkoop en is in de
praktijk geheel voldoende gebleken, zelfs is op filter I11 gedu-
rende de strenge winters van '40, '41 en '42 geen hinder ondervonden van bevriezen van het bovenwater. De schuine wanden van de open nafilters zijn in deze strenge winters ernstig
stuk gevroren, terwijl aan het overdekte nafilter niet de minste
schade werd toegebracht.
Praktijkvergelijking van open en overdekte nafilters.
Gedurende de jaren 1938-1947 waren in het filterbedrijf
van de L.D.M. dus 2 overdekte en 2 open nafilters naast elkaar
in bedrijf. Deze filters kregen natuurlijk hetzelfde voorfiltraat.
In die periode was:
de gemiddelde looptijd van de open filters 27.4 dg. of 66 m?
p/m2;
de gemiddelde looptijd van de overdekte filters 50.3 dg. of
266 m3 p/m2,
omdat de open filters werkten met een gemiddelde snelheid
van 10 cm/uur en de overdekte filters met een gemiddelde
snelheid van 22 cm/uur ('s nachts minder snelheid). Ook het
onderhoud der overdekte filters was, doordat er niet geflapt
werd, belangrijk minder.
,.
Ook overige nafilters der LDM overdekt als filter 111.
Kostenvergelijking van uitbreiding der nafilters
en overdekking.
Voordelige exploitatie.
De gunstige resultaten van deze proefneming hadden tot
gevolg, dat besloten werd ook de 2 laatste open filters van de
installatie der L.D.M. op dezelfde wijze als filter 111, dus door
middel van golfplaten, te overdekken. Dit werk kwam eind '47
klaar. Het zuiveringsbedrijf is daardoor belangrijk in capaciteit toegenomen. Een uitbreiding der nafilterinstallatie zou
met het oog op het tegenwoordige, zeer verhoogde, te leveren
kwantum water, zonder deze afdekking nu zeer urgent zijn en
de kosten daarvan zouden in de millioenen lopen, terwijl er
thans nog een ruime nafiltercapaciteit over is. De kosten van
alle filterafdekking tezamen hebben f 80.000 bedragen. Daarnaast staat nog de belangrijk voordeliger exploitatie (75 %
voordeliger).
Samenvatting van de bedrijfsresultaten.
De resultaten van de proefinstallatie en de ervaringen, die,
getoetst aan de praktijk, met overdekte nafilters voor duin-
water zijn opgedaan, geven aanleiding de volgende conclusies
te trekken:
1. dat het overdekken van langzame nafilters op eenvoudige
en weinig kostbare wijze kan geschieden;
2. dat daardoor bereikt wordt, dat de toelaatbare filtersnelheid zonder bezwaar verdubbeld kan worden (dit is een
zeer groot finantiëel belang) ;
3. dat het nafiltraat gelijkmatiger en beter wordt, wat betreft
temperatuur, minder organische stof, gelijkmatiger zuurstofgehalte;
4. dat de exploitatie van overdekte nafilters belangrijk economischer en ook hygiënischer is dan van niet overdekte
nafilters (niet flappen, minder schoonmaken, geen vuil
van buitenaf in het bovenwater en daarin dus ook geen
groei en vorming van organische stof, welke het nafiltraat
ongunstig kan beïnvloeden).
Ook het niet bevriezen van het bovenwater der overdekte
nafilters is een zeer belangrijk voordeel, zowel uit een oogpunt van bedrijfszekerheid als van arbeidsbesparing;
5. van een toeneming van assimileerbare organische stof is
niets gebleken (afb. 3). Het zuurstofgehalte neemt in het
buizennet praktisch niet af en het verzadigingspercentage
is op het eind van het buizennet nooit minder danruim 60;
m
6 voor de bedrijfszekerheid is het van belang, dat het toenemen van de weerstand bij overdekte nafilters steeds
langzaam geschiedt, in tegenstelling tot hetgeen soms bij
open nafilters gebeurt; het tijdstip, waarop een overdekt
nafilter schoongemaakt moet worden, kan steeds lang
genoeg tevoren worden vastgesteld, om daarvoor de nodige
maatregelen te kunnen nemen. Dit laatste is bij open nafilters dikwijls niet het geval.
Ook komt het bij overdekte nafilters niet voor, dat ze buiten bedrijf moeten worden gesteld wegens een te groot
kiemgetal in het nafiltraat. Bij open nafilters komt dit
herhaaldelijk voor.
Generalisering van de getrokken conclusies
is niet toelaatbaar.
Met nadruk wijs ik er op, dat de hier getrokken conclusies
niet zonder meer gegeneraliseerd mogen worden voor andere
l
VERBRUIK K M n 0 4 IN RElM WATER.
AAN HET EINDE VAN HET AUIZEMNET.
IN M&.
watersoorten dan duinwater. Zoals ik reeds eerder betoogde
dient voor elke andere watersoort dit proefondervindelijk te
worden onderzocht.
Onvoldoende werking vaii de voorfilterinstallaties der L.D.M.
Uit de korte gemiddelde looptijd van de nafilters van de
L.D.M. is af te leiden, dat de voorfilterinstallatie het dikwijls
zeer met organische stof vermengde ruwe water, dat aan de
open kanalen wordt onttrokken, niet voldoende vóórzuivert.
De voorfilterinstallatie der L.D.M. bestaat uit 3 snelfilters
van het systeeni ,,Paterson9'en één volgens eigen systeem (afb.
4 t.m. 8).
PLATTEGROND
Afb. 5 a Voorfilter nr 3 in het voorfiltergebouw t e Katwijk a.d. Rijn. gewij;igd volgens
systeem ,,Paterson"
Afb. 6 Schoonmaak voorfiker vóór toepassing systeem ,,PafersonU
Afb. 7 Spoelen volgens systeem .,Paferson"
DOORSflEDE OVER
kANVOCRRU15
€€N G€D€€LT€
RUW -WATER
VAN VOOR~ILTERISAKI.
5PROFlE
I
K
A
l
M A A R ZOO.
?
I
I
Afb. 8 Toepassing eigen sy:teem
Het voorfiltraat bevatte vooral in het voor- en najaar te veel
organische stof en daarnaast door enig humus-zuurgehalte ook
nog enig ijzer. Dit alles werd wel door de nafilters tegengeliouden, maar dat vergde schoonmaakbeurten.
Pogingen ter verbetering.
Teneinde de weg te zoeken om hierin verbetering te brengeil
werd eerst getracht dit te bereiken door de voorfilters langzamer te laten lopen. Dit hielp practisch niet.
2 voorfilters in serie geschakeld.
Door het mindere watergebruik gedurende de oorlog konden
2 voorfilters in serie geschakeld worden. Het op deze wijze
dubbel vóórgefiltreerde water werd op het overdekte nafilter
111gebracht. Deze nafilter kreeg geen ander voorfiltraat toegevoegd. Deze proef heeft gelopen van April 1942-Mei 1943. In
die tijd was het ruwe water zeer slecht. Het resultaat valt
direct op, als we de gemiddelde looptijden van alle nafilters in
deze periode bezien, n.l.:
het open filter
I gem. looptijd 5 dagen
het open filter
I1 gem. looptijd 4,5 dag
het overdekte filter I11 gem. looptijd 40 dagen
het overdekte filter IV gem. looptijd 13 dagen
Hieruit blijkt duidelijk, dat vooral in perioden van z.g. ,,dik'
water dubbel voorfiltreren de looptijd van de nafilters belang
rijk verlengt.
Het kwam ons voor, dat nafilter 111 belangrijk meer water
zou kunnen verwerken dan door de 2 in serie geschakelde voorfilters kan worden geleverd. Daarom is een proeffilterinstallatie opgesteld om na te gaan, op welke manier de voorfilter.
installatie der L.D.M. verbeterd en vergroot kan worden.
Bijgaande afbeelding geeft de proefinstallatie weer, zoals
die nu nog aanwezig is (afb. 9).
Beschrijving van de proefinstallatie.
Een gedeelte van het normale voorfiltraat wordt door een
proefvoorfilter geleid (afb. 10) en daarna door een proefnafilter (overdekt).
Het eerste (normale) voorfiltraat wordt, voordat het op het
2e (proef) voorfilter komt, door een bezinkbak geleid, om
nawerking van de ontijzering of bezinking te bevorderen, desnoods door bijmenging van chemicaliën. Dit laatste is tot nu
toe niet geschied. De bezinkbak heeft tot dusver geen direct
aanwijsbare voordelen aangetoond.
Het is gebleken, dat het 2 x voorgefiltreerde water in de
meeste gevallen reeds kiemvrij was.
Het nagefiltreerde water is in alle gevallen praktisch kiemvrij. Het proefnafilter loopt met een constante snelheid van
30 cm per uur dag en nacht. Er passeert dus belangrijk meer
water per eenheid van oppervlak dan door een normaal in
bedrijf zijnd nafilter, zonder dat dit bezwaren geeft.
Ook wordt de looptijd van het proefnafilter ongunstig beïn-
SCHEMA
OPSTELLING PROEF-INSTDiLLATlL.
VERTICALE DOORSNIZPt.
-
I s.
.
-
4
Afb. 9
vloed door het stopzetten van de proefinstallatie telkens als
nafilter I11 wordt schoongemaakt, want het water uit de proef. installatie loopt weer op filter 111. Toch waren de looptijden
van het proefnafilter met 2 x voorgefiltreerd water zeer gunstig, n.l. een gemiddelde looptijd van 128 dagen.
Reinwaterproductie per looptijd van de
proefnafilter per m2 is 920 m?.
De totale reinwaterproductie per gemiddelde looptijd per
m2 was dus 920 m3, terwijl het nafiltraat zeker niet minder
goed van kwaliteit was dan van de andere nafilters.
.-
DETAILS
-
PROEF-VOORFl LTER.
T
.-\
OOST.
VERTICALE
RIVIER ZANG!
DOORSNEDE.
Afb. 10
De overdekte filters, die in een zelfde tijd 1 x voorgefiltreerd
water verwerkten, hadden een gemiddelde looptijd van rond
50 dagen en een reinwaterproductie per looptijd per m2 van
266 m3.
Het merkwaardige is, dat 1 x langzaam voorfiltreren, d.w.z.
1 x voorfiltreren in dezelfde tijd als bij de proef voor 2 x voorfiltreren wordt genomen, geen kwaliteitsverbetering van betekenis te zien gaf.
Verwijzing naar coagulatieproef, die nu in bedrijf is.
De zeer gunstige resultaten, die met bovengenoemde proef-
filterinstallatie werden bereikt, gaven aanleiding om plannen
te maken voor het bouwen van een 2e voorfilterinstallatie, die
in serie met de bestaande voorfilters zou kunnen werken. De
oorlog maakte uitvoering van deze plannen onmogelijk. Na de
oorlog hebben deze plannen het bezwaar, dat ze zeer grote
hoeveelheden materiaal vergen, alsmede een grote kapitaalinvestering.
Daarom is thans een proefinstallatie in bedrijf om na te
gaan, of door coagulatie van het ruwe water de bestaande
voorfilterinstallatie niet zodanig ontlast zou kunnen worden,
dat de bouw van een 2e voorfilterinstallatie daardoor nog
lange tijd kan worden uitgesteld.
Het laat zich aanzien, dat zonder toevoeging van ckiemicaliën dit mogelijk zal zijn. Het door de beluchting vrijkomende
ijzer doet dan dienst als vlokvormer.
De beluchting van het ruwe water ten behoeve van de ontijzering, zal dan niet meer boven de voorfilters plaats hebben,
maar boven een betonplaat, waar het water in een goot wordt
opgevangen, waarna het door het coagulatie-systeem wordt
geleid en dan, ontdaan van het,,meeste ijzer en organische
stof, op het voorfilter worden gebracht.
Het is nu nog niet mogelijk daarvan resultaten mede te
delen.
INHOUD
Voorwoord
. . . . . . . . . . . . . . .
blz. 3
Filtratie als onderdeel der waterzuivering door Prof.
W. F. J. M. Krul . . . . . . . . . . . .
,,
Het wezen der biologische filtratie door Ir K. W. H.
Leeflang . . . . . . . . . . . . . . .
,, '14
Het wezen der coagulatie door Dr G. P. H. van
Heusden
. . . . . . . . . . . . . . .
,, 35
Recente proefnemingen inzake de zuivering van oppervlaktewater door Dr T. Folpmers . . . . .
, ,
5
53
Het filtratieproces bij de ontijzering en ontmanganing
van drinkwater door Dr L. H. Louwe Kooymans
,, 75
Ervaringen op het gebied van constructie en exploitatie van filters door Dr Ir P. C. Lindenbergh . .
,, 91

Arbeidshygiëne in de ruimte - Nederlandse Vereniging voor

Koelwater filter AG.010 - 20019

Montage persverbindingen 12 t/m 54 mm

PP REGENWATERFILTER DEVAPLUS XL

Productblad Aeropac

Download de brochure van de Filter Box voor Qeos OS en Qeos XT

HET MAKEN VAN EEN (VIKING)DRINKHOORN

Infiltratiekelder

Decentrale warmte terugwinunit type TX-CFT

APS 0066_medivere-nl_Stuhldiagnostik_Histamin im Stuhl_mit