Deze schadelijke microstoffen of sporenstoffen vormen een aantoonbaar ernstige milieubelasting: zo leiden bepaalde bètablokkers, anti-epileptica en anticonceptiemiddelen die in de waterwegen terechtkomen, bij vissen tot beschadiging van en veranderingen in organen, geslachtskenmerken en gedrag. Hoe schadelijk deze voor het menselijk organisme zijn, proberen wetenschappers momenteel vast te stellen.
Actieve kool als basis
Microplastic van vijf micrometer tot vijf millimeter en sporenstoffen kunnen grotendeels pas in een vierde reinigingsfase worden verwijderd. Daarvoor wordt aan het water in een contactbekken poedervormige actieve kool toegevoegd. De actieve kool met zijn poreuze en breekbare structuur heeft een enorm binnenoppervlak. Natuurkundig gezien is het oppervlak van een theelepel actieve koolpoeder net zo groot als een voetbalveld. Op een dergelijk groot oppervlak kunnen sporenstoffen zich dus overal ophopen. Het met actieve kool aangevulde water blijft 15 tot 20 minuten in het contactbekken. Om de actieve kool na deze reinigingsfase weer uit het water te verwijderen, is in conventionele installaties een tweede bekken, het zogenaamde bezinkbekken, nodig. Daarin zinkt de actieve kool naar de bodem en wordt inclusief de daaraan gehechte sporenstoffen later met het zuiveringsslib afgescheiden en verbrand. Naast het contactbekken voor de behandeling met actieve kool is ook een grotere investering in een groot bezinkbekken noodzakelijk, dat onevenredig veel ruimte in beslag neemt. Uit metingen bleek dat bij deze procedure 80% van de geneesmiddelresten en röntgencontrastmiddelen uit het afvalwater worden verwijderd. Waterzuiveringsinstallaties zonder deze vierde reinigingsfase verwijderen slechts 30% van de opgevangen sporenstoffen.
95% elimineren
De verwijdering van 80% van de schadelijke microstoffen was echter voor de kleine Oost-Westfaalse stad Barntrup nog te weinig, vooral ook omdat het gezuiverde water via een rivierensystemen in een drinkwatergebied terecht kan komen. „Daarom koos Barntrup voor de wereldwijd eerste zuiveringsinstallatie met Fuzzy Filters® van de firma Bosman Watermanagement“, legt Frank Waermer, directeur en adviserend ingenieur van het ingenieursbureau Danjes uit Detmold, uit. „Met de nieuwe filterinstallatie kunnen we zelfs 95% van alle sporenstoffen elimineren en bovendien microplastic en fosfor uit het afvalwater verwijderen.“ Het ingenieursbureau Danjes heeft de hele installatie ontworpen en de uitvoering gecoördineerd.
„De kern van de filerinstallatie zijn de Fuzzy Filter® Balls“, aldus Dr. Kathrin Gantner, bureaumanager van Bosman Watermanagement GmbH in Berlijn. Bosman is de installatiebouwer van de filters en flocculatoren. De Fuzzy Filter® Balls zijn gemaakt van synthetische vezels, die met behulp van een clip tot een bolletje van ongeveer 33 millimeter diameter zijn verwerkt. De hoge porositeit en de lage dichtheid van het materiaal zorgen ervoor dat een Fuzzy-Filter®-installatie de twee- tot drievoudige hoeveelheid uitfiltreerbare vaste stoffen kan opnemen vergeleken met zand- of doekfilters - dus een echte wondervezel tegen schadelijke microstoffen.
Rondom en er dwars doorheen
In tegenstelling tot conventionele filtersystemen stroomt de te filterende vloeistof zowel rondom het filtermateriaal als er dwars doorheen - en niet langs het materiaal zoals dat bij zandfilters het geval is. De te filteren suspensie stroomt in de verdeelkamer onder het filterbed. In de verdeelkamer wordt het instromende water gelijkmatig over het filteroppervlak verdeeld, voordat het door de onderste, vast gemonteerde en geperforeerde plaat in het filterbed stroomt. In het filterbed worden de aan de actieve kool geadsorbeerde schadelijke microstoffen en het afgescheiden fosfor en microplastic opgevangen, waarna het gefilterde water aan de bovenkant weer uit het Fuzzy Filter® stroomt.
Zodra een vooraf ingestelde troebelheidswaarde of een vooraf ingestelde maximumdruk in het filterbed is bereikt, wordt de terugspoelcyclus gestart. Bij de terugspoeling stroomt het onbehandelde water in het filter, terwijl een externe ventilator spoellucht erin blaast om het filtermateriaal in beweging te zetten. De luchtstroom zorgt ervoor dat de filterbolletjes, die zich vrij tussen de geperforeerde platen bewegen, zich als bij een dans wervelend voortbewegen, zodat de stofdeeltjes in en op de bolletjes losraken en uit het filter worden gespoeld.
De actieve kool stroomt samen met het spoelwater terug naar het actief-slibbekken, waar de volgende reinigingscyclus wordt gestart, omdat de actieve kool na de eerste spoelcyclus nog opvangcapaciteiten voor schadelijke microstoffen heeft. De actieve kool bevat na een reinigingscyclus in eerste instantie nog fractie sporenstoffen. „Deze procedure kan meerdere keren worden herhaald zodat met de Fuzzy Filter®-methode van Bosman veel meer schadelijke microstoffen onschadelijk kunnen worden gemaakt dan bij eenmalige actieve-koolmethoden. Bij deze methode wordt de actieve kool na één reinigingscyclus in het bezinkbekken met het zuiveringsslib gecombineerd en verwijderd“, legt Gantner uit.
Automatisering gemakkelijk gemaakt
Voor het geautomatiseerd openen en sluiten van alle ventielen en schuiven voor de instroming van het afvalwater met schadelijke microstoffen en voor de uitstroming van het gezuiverde water worden zwenkaandrijvingen van het type Typ DAPS en de lineaire aandrijvingen DLP - allemaal pneumatisch - gebruikt. Andere ventielen en schuiven met de genoemde pneumatische aandrijvingen voeren spoellucht aan en openen en sluiten de slibafvoer. De kleine pompinstallatie, die water van de biologische zuiveringsfase naar de vierde reinigingsfase pompt, is ook voorzien van geautomatiseerde schuiven.
Bij de zwenkaandrijving DAPS wordt het draaimoment met een hefboom-draaimechanisme gegenereerd, om de hoge losbreekmomenten van de armatuur te overwinnen. De robuustheid en verschillende draaimomenten zorgen voor veilige armaturen met tot 90° beperkte draaihoek zoals kogelkranen en vlinderkleppen. De pneumatische lineaire aandrijvingen DLP werken direct op de schuifplaat en zorgen ervoor dat mesafsluiters en regelschuiven betrouwbaar worden geopend/gesloten of precies naar diverse posities worden verplaatst.
Pneumatiek in de afvalwatertechniek
De modulaire MPA-ventieleilanden met multipool sturen de aandrijvingen aan. Deze ventieleilanden en verzorgingseenheden uit de MS6-serie zijn op een veilige plaats in schakelkasten gemonteerd, die Festo inbouwklaar heeft geleverd. „Zoals we al in vele van onze projecten hebben ervaren, worden de pneumatische componenten van Festo gekenmerkt door een hoge robuustheid en betrouwbaarheid“, aldus Waermer. „Bij onze water- en afvalwaterprojecten geven wij de voorkeur aan pneumatische boven elektrische oplossingen, omdat pneumatische componenten duidelijk voordeliger en veel compacter zijn dan elektrische. Bovendien zijn ze explosieveilig en kunnen dankzij hun persluchtreservoir zelfs bij stroomuitval nog gedurende een bepaalde tijd worden bediend.“
„Bij het ontwerp en de uitvoering van het project heeft Festo-expert Winfried Plaßmann ons altijd deskundig advies gegeven en met veel passie geholpen“, vult Hermann Klippenstein, afvalwaterexpert van Barntrup, aan. „Voor ons waren niet alleen de betrouwbaarheid en doorgankelijkheid van de pneumatische systemen, inclusief aansluiting op het procesbesturingssysteem, doorslaggevend, maar ook het betrouwbare advies“, zegt Ingenieur Waermer.
