't
F ABRI
CAGESC
JlElIJIA.Bereiding van Drinkwater.
R.E.Raats
K
oornrnarkt
71
DELFT"
,"
-1-OPDRACHT.
Het ontwerpen van een installatie voor de zuivering van rivierwater tot drinkwater.
INLEIDING.
Aan goed drinkwater worden de vol gende eisen gesteld (litt.l,2,3): 1. Het water moet vrij zijn van ziektekiemen en mag niet
meer dan 10 bacteriën per 10 cc bevatten. 2. Het mag geen gi f t ige stoffen bevatten. 3. Het moet helder en kleurloos zijn.
4.
Het moet reuk- en smaakloos zijn.5
.
Het mag niet te veel zouten bevatten,daar het water anders laxatieve eigenschappen vertoont.6.
Het moet zoveel mogelijk een temperatuur tussen 7°en 12°C hebben.In onderstaande tabel volgen enige kwantitatieve eisen.
Bestanddelen Gehalte in mg/l goed maximaal Indamprest " 500 1000 KI~O 4 -verbruik
<:
12- -
-Cl .( 30 250
S04-
.( 100 250N
O~
<
30 50 N0 2 0-Saline ]\TH+ 0
-
-
-4
NH+ Albuminoide 0-4 H S 0
-
-
-2 CO 2 niet aggr.- -
-O 2>
5-
-
-Fe .( 0,1-
-
-Mn<
0,05-
-
-As 0 0,05 Pb 0 0,1 F 1,0 1,5 NaCl 0 400 Hardheid 5-15" dE 30 - 500 dH Fenolen6<
0,001- -
-pH ,0 - 7,2 7,5
Toelichting:
Water 'van een rivier kan als ziekteoverdrager fungeren doordat daarin excreta van geïnfecteerde personen gespuid worden. Enige van deze ziekten zijn o.a. typhus,paratyphus,
cholera,dysenterie.Ook de ziekte van Weil wordt door
rivierwater overgebracht met waterratten als infectiebron. Bekende vergiften zijn lood,arsenicum en fluor. Een kleine hoeveelheid fluor is wenselijk om tandcariës tegen te gaan. In grotere hoeveelheden tast dit het tandema!l aan.
Troebeling en kleur worden meestal veroorzaakt door plankton,gesuspendeerde klei,industriële afval,ijzer,
mangaan,huminezuren en andere colloidaal opgeloste stoffen. Onaangename reuk en smaak houden verband met de aanwezigheid van de volgende bestanddelen:
a. rottende organische stof.
b. levende algen en micro-organismen.
c. ijzer,mangaan en andere corrosie producten. d. rioolwater en industriële afval,vooral fenolen.
e. chloor en chloor-substitutieproducten van organische stoffen die ontstaan bij het desinfecteren van het water,vooral chloor-fenolen.
f. een hoog zoutgehalte. g. H
2S
Laxatieve eigenschappen vertoont water met een hoog gehalte aan chloriden,sulfaten,nitraten en een grote hardheid.
Hard water is bovendien moeilijk als waswater met
niet-synthetische zepen en als ketelwater te gebruiken.
l.'Vat de temperatuur betreft heeft te koud water een schadelijke invloed op de gezondheid daar het de ingewanden te veel
afkoelde Lauw water smaakt laf.
-Het KTh~04- verbruik is een maat voor de verontreiniging door organische stof.
N0
2
en NH; zijn in niet te grote hoeveelheden niet schadelijk, maar hun aanwezigheid duidt meestal op directe verontreiniging door faecali~n. Om deze reden wordt de eis gesteld dat deze ionen niet in drinkwater aanwezig zijn.Een zekere hoeveelheid vrij koolzuur moet aanwezig zijn om het kalk-koolzuur evenwicht instand te houden:
Ca(HC0
3) 2 • - CO 2 + H20 + cac03
Is er meer aanwezig dan nodig voor dit evenwicht ,dan noemt men dit aggressief koolzuur en dit werkt corrosief op
de ijzeren en loden waterleiding buizen. De hoeveelheid vrij koolzuur hangt natuurlijk samen met de pH van het water. De pH moet dan ook liefst zo weinig mogelijk van
7
afwijken. Een minimuHl hoeveelheid zuurstof in het water is belangrijk voor de frisse smaak en voor de vormirtg van een beschermende kalk-roestlaag in de buizen:2Fe + 2H 2ü + 02~ 2Fe(OH)2
2Fe(OH)2 +
4
Ca (IICO))2-+- 4cac03 + 2Fe(HCo 3)2 cac03
slaat neer op deinvloed van 02 omgezet srunen met het CaC0
3 de
buiswand en Fe(HC0
3
)2 wordt onderin Fe(OH)7 dat ook neerslaat en :J
beschermende laag vormt.
Bij de eerder genoemde bezwaren tegen een te hoog ijzer en mangaan gehalte komt ook nog het feit dat deze stoffen gele vlekken in het wasgoed kunnen veroorzaken.
Rivierwater zal over het algemeen slechts aan enkele van bovengenoemde eisen voldoen en moet dus aan een of meerdere zuiveringsprocessen onderworpen worden.
De Nieuwe r!Iaas, die voor dit schema als waterbron gekozen werd,voldoet van de op bl.l genoemde eisen aan 2 en
5 (
A ).Punt
6
is afhankelijk van het jaargetijde.In onderstaand tabelletje volgt het gemiddelde gehalte aan enige stoffen die niet aan het,in tabel 1 gestelde,
voldoen,en dus voor verwijdering in aanmerking komen. Bestanddelen Gehalte in mg/l - - -- - -- - ---t---NO 2 Saline NH+
4
Jübuminoïde Fe Mn fenolen ZUIVERINGSMETHODEl\f. 0,1 0,50,4
0
,6
0,1 0,005 aggressief ,~ ftJ6
,
5
' v '<:rDe waterzuivering kan biochemisch dan wel chemisch geschieden ( lit.lj2;3;A ).
1.Biochemische zuivering.
Hier is de belangrijkste behandeling de filtratie over
langzame filters. Het filtermedium bestaat uit een zandlaag van ~ 1,5 meter,van boven naar beneden toenemend in
korrelgrootte.De filtratiesnelheid bedr8agt over het algemeen 15 cm/ho Het filtratieproces begint doordat het filter de gesuspendeerde stoffen vasthoudt.
Langzamerhand vormt zich op het filter een residulaag
die voor een belangrijk deel uit organisch materiaal bestaat.
Hierin ontwikkelen zich micro-organismen,vnl. saprophytische bacteriën,die deze organische stoffen conswneren. Doordat
de organismen zich vermenigvuldigen bedekken ze het helé
oppervlak in de vorm van een kleverig laagje en wordt de filtratie steeds effectiever. Bovendien worden de korrels
in de bovenste zandlaag ook met een kleverig huidje bedekt.
Hieraan worden ook allerlei colloïdale stoffen geadsorbeerd
terwijl de bacteriën ook opgelaste stoffen consumeren. Dit proces noemt men "rijping".rrijdens het rijpen is
de zuivering nog onvoldoende en men laat daarom het eerste filtraat weglopen. H,oewel met de tij d de kleverige slijmlaag steeds dikker wordt kan toch niet al het residu geconsumeerd
worden,waardoor de filterweerstand groter wordt,
Na verloop van tijd moet dan de slijmlaag en de bovenste zandlaag (~ 1 cm) afgestoten worden,waarna het filter weer opnieuw moet rijpen.I'athogene organismen en ziekte kiemen worden over het algemeen geheel verwijderd,evenals ijzer
en mangaan in hoeveelheden zoals deze in het Maaswater
voorkomen.Het water,op deze wijze gezuiverd,is over het
algemeen direct voor consumptie geschikt. Wel wordt meestal nog iets 01
2 toegevoegd om van een volledige desinfectie verzekerd te zijn. De zuiverende werking van de filters vindt vrijwel geheel in de slijmlaag plaats.
Aan de langzame filtratie gaan nog vooraf:
een ontzuring om aggressief 002 te verwijderen, een
bezinking om de zwaardere gesuspendeerde delen te verwijderen ( de filters worden dan minder belast ) en een behandeling met norit,dat diverse reuk en smaakbederven stoffen,zoals fenolen,absorbeert.Tijdens de filtratie worden deze stoffen
nl. in onvoldoende mate verwijderd. Ook geeft de noritbehandeling kleurverbetering.
2.Chemische zuivering.
Hier vinden drie belangrijke behandelingen plaats.
a. Coagulatie.
b. Filtratie over snelfilters. c. Desinfectie.
ad a~. Coagulatie is het toevoegen en werkzaam maken
van chemicaliën om fijne gesuspendeerde stoffen en collö!den uit het water te verwijderen. Veel gebruikte
chemicaliën zijn: AI2(S04)3.18 aq.; Fes0
4•
7
aq.; Fe2(S04)3;FeCI
3; gechloreerd FeSo4•
7
aq. Bij de juiste pH toegevoegd geven deze zouten een metaalhydroxide neerslag, de "vlok"genoemd. De voornaamste processen die bij de coagulatie
een rol spelen zijn:
l.de fijngesuspendeerde stoffen en colloiden zijn vnl. klei,humuszuren,hoogmoleculaire organische stoffen en
proteïnen. Deze colloüen zijn meestal negatief geladen en
worden door de Fe+++- en Al+++-ionen uitgevlokt. Deze ionen hebben volgens de regel van Schulze en llardy een sterk
vlokkende werking. Dit wordt als het belangrijkste coagulatie-verschij nsel beschouwd.
2,Fe( OH)3- en Al(OH)3-solen zijn positief geladen en
boven-genoemde colloïden negatief:er kan dus wederzijdse uitvlokking optreden.
3.grotere gesuspendeerde delen worden mechanisch omhuld.
Deze worden dan tezamen met de vlok verwijderd. Ook
olie-druppelt jes ,die vaak een onaangename smaak veroorzaken, verdwijnen op deze manier.
4.de vlok absorbeert verscheidene opgeloste stoffen.
5.het coagulans reageert ook nog met de alkaliteit en
alkaliniteit:
FeC1
3 + 3NaOH ~Fe(Oli)3 + 3NaCl
en 2FeC1
- - -
-Dit
zij
n
slechts
enkele
aspecten
v
a
n
de
coagulatie.
Van
het
juiste
mechanisme
is
me
n nog
niet
op de
h
oo
gte
.
De
coagulatie
moet zodanig
uitgevoerd
w
or
d
en dat
er
slec
h
ts een
minimale
hoeve
e
lheid co
ag
ul
ans
overblijft.
.. ; / . ' l ;. ~,v
elk coa
g
ulans in a
a
nmerkin
g
komt
ha
n
g
t
af
van de
p
rij s
(
.... ,
l},. ,\\< ,~. -'<"en v
on
de
p
JI
van
het
te
zuiveren
'.
'l
ater.
i
\luminium
is
l ...slec
h
ts te
g
ebruiken in
een
ge
bied tussen
pH=4 en p5=6
.
Gechloreerd FeS04
.7a
q
.
da
a
rent
eg
en
i
n een
gebied
tu
ssen
pH
=4
en
pH
=ll.
Belangrijk
voor e
e
n
g
oede vlokvormin
g
is
oc~
d
e
aanwezigheid
van vaste
kernen
,
w
a
a
romheen de vlo
k z
ich
ka
n
a
fzetten.
H
et coa
gu
lans
moet snel en
volle
d
i
g me
t
het
w
ater
geme
n
gd w
orden opdat zoveel
m
o
ge
lijk alle
vloei-stofdelen met de
F
e+++- of Ai+++-ionen in
kontakt
komen
voordat de vlokvor
m
in
g
be
g
int.
E
r moet dan
m
et e
e
n zodani
ge
snelheid
g
eroerd
w
orden dat
snelle
meng~ng p~aatsvindt
en dat de
g
evormde vlok niet uitelkaar
g
esl
age
n
w
ordt.
D
e
hoeveelheid
toe te voe
ge
n co
ag
ul
a
ns,d
e
roersnel
h
eid
en de o
p
timale uitvlo
kk
in
g
stijd
m
oeten van
g
eval tot
geval
experimente
e
l be
paa
ld
w
orden.
De eenmaal
g
evormde vlok kan verwijderd worden door
bezinking en/ of fil trat ie of door de z. g. "Vlokkendeken-fil trat ie'.'
ad b). Snelfiltratie
geschiedt
om de vlokresten die nog
aanwezig zijn te venvijderen en om de stoffen
die
met
de coagulatie niet verdwenen zijn kwijt te raken. O.a. raakt
men hier
de kleine hoeveelheden mangaan,die in het
M
aaswater
voorkomen,als
IVI
n0
2
in
het
filterbed
kwijt
.
De filtreersnelheid is
meestal
5
mjh en de afmetingen zijn
dus aanzienlijk kleiner dan die van een langzaam filter
met dezelfde capaciteit.
H
et filterbed bestaat uit rivierzand.
Door de
gr
ote
filtreersnelheid is van e
e
n biolo
g
ische werking
vrijwel
geen
sprake
•
ad c). Voorgaande behandelingen
hebben weinig
invloed
op infectieuze en
pathogene
or
gan
ismen, da
a
rom is e
e
n
desinfectie noodzakelijk.Bekende
werbvijzen
zijn:
l.verhitting tot het
kookpunt
.
2
.bestraling met
ultra-violet
licht
.
3
·
toevoegin
g
van oxiderende chemicali§n:
halo genen
j
K]
:
l
n0
4
;
Ö.3.
4
.toevoeging
van
metaalionen,vooral
Ag+
.
5
.toevoeging
van
alkali
of zuur:pat
h
o
g
ene organismen
sterven
bij
een pH
lager dan
.3
of
hoger
dan12.
M
et
h
oden
1,2,4
en
5
zijn te
duur
voor normale
drinkwaterleiding
bedrijven.
~atde
oxidantia betreft
zijn
ozon,~1n04en ook
CI0
2
te
duur
.
ln aanmerking komen
C1
2
en
hypochlorieten.
H
iervan is
C1
2
het
g
oedkoopste
en eenvoudigste te
han
teren:
dit
w
ordt
dan
ook algeme
e
n
g
ebruikt.
E
r
wordt zoveel
C1
2
toegevoegd
dat
er
e8n
zekere
h
oeve
e
lheid
"vrij" chloor overblijft (C1
2
,
110C
l of
OCl-)
,hetgeen
steeds
experimenteel
ge
controle
e
rd
moet
w
orden.
Deze
h
oeveelheid
vrij chloor
ligt
meestal
in tussen
0
,2
en
0,5 mg C1
2
/1
.
H
et
wa
ter blijft o
p
deze manier tot aan de
verbruiker
een
desinfecterend
ver
m
o
gen h
ouden.
H
inderlijke smaakbezwaren
levert
het
in deze
hoeveelhéid
niet
op.De
hoeveelheid
chloor door
het water
opgenomen
hang
t
grotendeels
af
van de concentratie aan chloor verbruikende organische
en
anorganische
(1I'e
+
+
,
M
n++
,
NO
;,
I'ffi
+
,
H
2
S) stoffen
..
VOOy ~c~'"",-{ec.h-("~'w'\.R. ~ \c.c."'-~
",,4.''-
''.,
""'
.él~~.4
E
et
~plossenvan C1
2
in
wa
ter
gaa
t
met
de vol
ge
nde
reacties
gepaard:
1.
Hy
drolyse: C1
2
+
H
2
0
;;p!':
HO
Cl
+ H++
Cl-2.Ionisatie:
1I
0Cl.;;pi!::.H+ +
OCI-Bij een
pHgroter
dan
.3
loopt
het hydrolyse
-
evenwicht
naar
rechts
af
.
B
ij
pH=7
is vnl.
HOC
l
aanwezig en bij
pH=8vnl.OCl-.
Juist
HOC
I en
OCI
oefenen de
bacterie
-dodende
werking
uit.
Volledige desinfectie
wordt
a
a
ngenomen
wa
hne
e
r na 15
min
.
Een verbruik van 10 mg C1
2/1 door rivierwater is normaal.
Voor sterk verontreinigd water kan tot 25 mg/l nodig zijn.
De chlore~ing heeft nu meestal v66r de coagulatie plaats.
Door de oxidatieve werking van het chloor worden diverse
reuk en smaak verwekkende stoffen afgebroken en deze
producten worden door coagulatie en filtratie beter verwijderd
dan de oorspronkelijke stoffen. Alleen de chloorfenolen
laten zich moeilijk verwijderen.
Daar tijdens het coagulatie en filterproces het vrije C1 2
vrijwel geheel verdwijnt moet dit hierna weer op peil
worden gebracht door een kleine hoeveelheid C1
2 toe te voegen.
Aan deze behandelingen gaat nog vooraf ontzuring,norittoevoeging
en bezinking.
Ontzuring kan geschieden door: 1.beluchting.Men raakt zo CO
2 kwijt,bovendien wordt het
water zuurstof rijker.
2,toevoeging van kalk.Reactie: 2C0
2 + Ca(OH)2--Ca(HCOS)2.
Dit moet nauwkeurig gedoseerd worden daar er bij te weinig
kalk aggressief CO
2 overblijft en bij te veel ontstaat er
caco
S dat zich op ongewenste plaatsen als korsten kan
afzetten.
S. filtratie over marmer.~ier stelt het kalk-koolzuur evenwicht
zich automatisch in.TIeactie: CO
2+ H20 + caCOS~Ca(HCOS)2 •
4. filtratie over gebrande dolomiet. Ook hier automatische
evenwichtsinstelling,
Reactie: 3C02+ cacoS.mgO + 2H20~Ca(IICOS)2 + rJIg (HCO S)2·
De absorptie van verschillende organische stoffen aan
norit heeft ook tengevolge dat het chloorverbruik vermindert
wordt. Tevens bevorderen de noritdeeltjes een goede vlokvorming
daar deze als de vaste kernen dienen waaromheen zich de vlok
PROCESKEUZE.
Gekozen is het schema van een installatie die een gebied
met ongeveer 1 millioen inwoners van drinkwater moet
voorzien. Gemiddeld verbruikt dit gebied 180.000 m3 /dag
en op topdagen is het verbruik 260.000 m3 /dag.(A) .
Om aan een onverwacht grote vraag te kunnen vOldoen,moet
het bedrijf een zekere overcapaciteit hebben.
Als capaciteit wordt gekozen 312.000 m
3
/dag,dit is eenovercapaciteit van 20
%
van de topafname. De installatiemoet dus gedimensioneerd worden op een levering van 13.000 m3 / uur.
Van de twee genoemde zuiveringssystemen verdient het
chemische de voorkeur (litt .4:A). ~eliswaar is het verbruik
aan chemicaliän hier veel groter,maar het biochemische
heeft de volgende nadelen:
l.de langzame fil ters nemen een geweldig oppervlak in beslag,
vooral bij een bedrijf van deze capaciteit.TIet chemische
heeft maar een fract ie van deze oppervlakte nodi6.
2. het biochemische systeem is sterk temperatuur afhankelijk:
's winters werkt het minder goed.Bij lage temperatuur ontwikkelen de zuiverende organismen zich n.l. veel minder goed.
3. de langzame filters vragen hoge arbeidskosten (schoonmaken en uitgestrektheid van het terrein).
Het chemische systeem is bovendien flexibeler.Neemt byvoorbeeld
de verontreiniging van het r ivierwater toe dan i s dit
systeem hier sneller aan aan te passen dan het biochemische.
hleer en meer wordt dan ook het biochemische systeem verlaten.
Keuze der onderdelen
Voor een bedrij f van deze omvang komt alleen de ontz~rJng -, met kalk in aanmerking.De andere methoden vergen te hoge
investerings en bedrijfskosten,nog afgezien van andere
Een nadeel is wel dat de kalkdosering nauwkeurig dient te geschieden en steeds aan veranderingen onderhevig is, daar het gehalte aan aggressief CO
2 voortdurend verandert. Verder moeten maatregelen genomen warden om de arbeiders
tegen de rondstuivende kalk te beschermen.
IJzerzouten zijn goedkoper en in een groter pH-gebied te gebruiken dan aluminium.FeC1
3
is moeilijk op te sl aan en te hanteren,daar het zeer corrosi ef is.7e gebruiken een Fes04
• 7
a~. oplossing die in het bedrijf zelf gechloreerdwordt,waarbij de volgemde reactie optreedt:
Opmerl<:ing:
Om chloorfenolen en andere reuk en smaakverwekkende sto~fen die uiteindelijk nog niet verwijderd zijn lüvijt te raken is filtreren over noritfilters voldoende.De investering s-en bedrijfskosts-en zijn echter veel te hoog voor dit bedrijf,
daar enorme installaties nodig zijn. Bovendien absorbeert
het norit ook veel mineralen en zuurstof waardoor het water laf en flauw gaat smaken. Een redelijke oplossing is
waarschijnlijk de volgende:tussen de v66r-c~10rering en
coagulatie wordt nogmaals noritpoeder aan het water toegevoegd,
maar nu in grotere hoeveelheden dan de eerste keer.
Een zeer behoorlijke smaakverbetering is het gevolg (A).
Bij het Rotterdams Drinkwaterleidingbedrijf is het onderzoek
hierover nog in volle gang.
Een goede oplossing van het smaakprobleeffi is eigenlijk alleen te vinden in de zuivering van het afvalwater der fabrieken,die deze stoffen juist in de rivieren brengen.
SCHEMABESPREKING.
Ruw water kan uit de Nieuwe Maas alleen bij laag water
worden ingenomen,daar bij hoog water het zoutgehalte
te hoog is t.g.v. het binnendringen van zeewater.
Het innarnepompstation voert het water in een klein reservoir
waar norit en kalk worden toegevoegd m.b.v. normale
voederapparaten.Er moet zoveel kalk worden toegevoegd
tot de pH ongeveer
7,8
bedraagt. Bij deze pH ligt gewoonli,j khet kalk-koolzuur evenwicht van het I'Ilaaswater (A).
Via een overstort vloeit het water verder in een van de twee bezinkbassins,waarin het 10 tot 12 uur verblijft.
Tijdens deze bezinktijd wordt aan het andere bassih,
dat 12 uur eerder volgepompt was,water ter zuivering onttrokken.
Afwisselend l aat men dus in het ene bassin bezinken
en uit het andere tapt men af.
De ruimte waar de voederapparaten staan opgesteld moet«x voorzien zIJn van een afzuiginstallatie om de arbeiders tegen de stuivende kalk te beschermen.
Uit de bassins wordt het water afgetapt door de pompen van het filterpompstation en in een betonnen ru.wwater kanaal
gepompt. Om de bezinking niet te niet te doen "'Jordt van
het wateroppervlak afgetapt.Om dit te bereiken is het begin van de zuigleidinGen flexibel en is de mond hiervan aan
drijvers bevestigd die op het water drijven.
Aan het water wordt nu de benodigde hoeveelheid chloor
toegevoegd in de vorm van een bijna verzadigde waterige C1
2-oplossing. Deze oplossing ·wordt continu bereid in een
z.g. chlorator vlg. dr.Ornstein (litt:2~A).In het mengglas
wordt C1
2-gas onder atmosferische druk opgelost in welwater.
~elwater wordt gebruikt omdat dit een bijna constante temperatuur
van + 10°C heeft,zowel 's zomers als 's winters.De oplosbaarheid van het C1
2- is dan steeds constant (A).
De hoeveelheid welwater die toegevoerd wordt,~ordt op een flowmeter afgelezen en de hoeveelheid C1
2-gas met een meter
Een C1
2-verdamper zorgt voor de toevoer van C12-gas.
Hierin wordt vloeibaar C1
2-verdampt dat er onder een ,
druk van
7
ata wordt ingevoerd vanuit een t ank. ,L~I'vt' 1·"
o (u·w \ ' .,'.'
De verhitting geschiedt met stoom ~an l~, C en 1~35 ata. \,Je'.'"
,I>
..
!;i
Het gechloreerde waterstroo~';:;;: ~
l
';;~~;~~:r
het een ,&" ".t, .. , ,-,~
.
verblijf tijd van15
minuten heeft. Bij het verlateni
, van bet bassin moet het een vrij C12-gehalte van ~
0,5
mg/lhebben.
Tengevolge van de reactie van Cl
2 met water is de p~
tot ongeveer
7
,
3
gedaald (A). Ook tijdens de coagulatiedaalt de pi en komt er CO
2 vrij (reacties bl.6) .
Aan het water wordt daarom weer kalk ter ontzuring toegevoegd
tot een p~ van ongeveer 8,2 (A) .Dit ligt dus iets boven
het kalk-koolzuur evenwicht,maar caco
3
slaat nog niet neer.Tijdens de coagulatie wordt het evenwic~t weer vrijwel
herste16.Voor de tweede keer wordt nu weer norit toegevoegd ,
doch in ~rotere hoeveel heden.Het koolstof zal ook een deel
van het overgebleven chloor absorberen.De dosering van
kalk en norit geschiAdt weer met normale voederapparaten
die boven het betomnen kanaal staan opgesteld. De dosering
wordt geregeld door de snelheidsregeling van het molentje
onderin de apparaten.
liet water wordt nu uit het kanaal toegevoerd aan een
batterij precipitatoren waarbij tegelijkertijd het coagulans
toegevoerd wordt. Het coagulans wordt bereid door in een
tank Feso
4
• 7
aq. op te lossen' in welwater,door roerenmet een turboroerder.De Feso
4
-oplossing wordt dan tezamenmet de C1
2-oplossing,die nodig is voor de oxidatie van
het FeSo
4
,aan het ruwwater toegevoerd.De precipitator bestaat uit een rechthoekige betonnen bak.
Het water met coagulans stroomt via de horizontale goot A,
die gaten in de bodem bevat,in de coagulatiez8ne B. Hierin
beweegt het uit horizontale latten bestaande roerwerk C,
it.·
, .. ,.t'J
In de coagulatiez6ne wordt de vlok gevormd. Eet behandelde
water en de vlok passeren de spleet D tussen de betolli1en
pyramide vormige opzetstukl<:en en de betonnen platen dme
aan goot A vastzitten en de coagulatieruimte vormen, en
komen in de trechtervormi ge ruimte E.-De vlok is iets zwaarder
dan het water,zodat ze door de zwaartekracht wordt afgeremd.
Aan de andere kant oefent het water,dat in de trechter E
omhoogstroomt,een opwaartse kracht op de vlok uit .Daar
de trechter steeds breder wordt ,zull~n de beide krachten op
een bepaalde hoogte evenwicht maken. ;Iier blijven de vlokleen
zweven en vormen de z. g. vlokkendeken,die als filtermediwn
fungeert en met het bovenstaande water een scherpe scheiding
vormt rEet van de vlok bevrijde water boven de vlokkendeken
stroomt viagaten in de goten F,die evenwi.jdi g aan goot 1'".
lopen doch iets lager l iggen. Links van de pyramiden stroomt
het water niet en i s er dus geen opwaartse kracht,zodat de
vlok hier naar beneden kan zakl{en en zich verdichten.
Via de goten G wordt de verdichtte vlok van tijd tot tijd
gespuid.De verblijf tijd van het water in de precipitator is
ongeveer 1 uur en de opwaartse filtratiesnel heid door de
vlokkendeken
3
m/h. ( l i t t.4) .Uit de goten F stroomt het water in verzamelkanalen,die
een batterij snelfilters voeden. De snelfilters zijn iets
lager opgesteld dan de precipitätoren,teneinde pompen te
vermijden. De filters bestaan uit betonnen bakken met een
zandbed als filtermedium. De bovenste 80 cm bestaat uit
rivierzand,van boven naar beneden toenemend in grofheid.
Dan volgt een laagl !ijn gr!-?d_J:van
15
cm: en vervolgens eenlaag grof grinÇl. van ~
15
cm. Op de bodem l igr;en over dwars,tussen het grind,gietijzeren buizen met gaatjes,die in een
verzamelbuis uitmanden. Op de tekening is het rechterfilter
..
li
et
water
stroomt uit
het
toevoerkanaal
het
filter binnen
en zakt door
het
zandbed
heen
.Via
de
bdizen
met gaatjes
wordt het
naar de verzarnelbuls
gevoerd
,die
het gefiltreerde
water weer naar een
betonnen verzamelkana
a
l voert.
Regelmat
ig schoonmaken der filters noodzak:elij
k
,
daar door
vervuiling de filterweerstand toeneemt.Het
schoonmaken
geschiedt door
de toevoer
af
te sluiten,het
filter
leeg te
laten lopen en onderin
gefiltreerd water
te
pompen
in
combinatie
met perslucht,via
de buizen
met
g
a
a
tjes.
E
et bed expande
e
rt dan iets,de
perslucht maakt het
vuil
van de
korrels
los
en dit wordt met het spoelwater af
g
evoerd
na
a
r de
riolering.~letlinlmr filter is in
spoeltoestand
g
etekend
.
A
l na
a
r
gelang de snel
h
eid
van
verVUilin
g
moet
iedere
24-48 uur gespoeld worden
.
Het drukverlies
over
een sc
h
oon
filter bedra
ag
t ongeveer
15
cm
'.,
'!ater
.
N
an
n
eer
het
is opgelopen tot
3
à4 meter moet gespoeld worden
(
litt.3;4).
---
-Om het drukverlies
te
meten
is
a
a
n
h
et filter e
e
n
weerstandsmeter
aangebracht.De
hoeveelheid
benodigde lucht
en
spoelwater
moeten
experimenteel bepaalt
worden
.
Hun druk
is ongeve
e
r
3
ata.
Aan het
filter is nog
een a
p
paratuur aangebrac
h
t,tussen
de
afvoerbuis
en
l:i
et betonnen
kanaal
,o
m
een constante
filtersnelheid te
wa
a
rborgen.Voor een constant
filtreerresultaat
is een constante filtersnelheid noodzakelijk.
(A).
Op
de tekenin
g
is
l
J
.
et voora
a
nzicht
gegeven
.
F
et
gefiltreerde
water stroomt
uit de verzamelbuis door de
klep
A
en door de
stroombreker
G
naar de afvoer bij
B
.Door
de overstroombuis D
hoger
of lager te
stellen
regelt
men
de
waterafvoer
na
a
r de
vlotter
Fen daarmee de stand van
klep
!I..en
dus de
afvoer
bij
B.
De vlotter
E dr
i
jft
op het
wateroppervlak
in
h
et filter
en
sluit klep
A
wanneer het
filter leegstroo
m
t,zodat bij het
spoelen
geen water
en lucht door
A
kUnnen
ontsna
p
p
en
•
Het
gefiltreerde
water
dat door het verzamelkanaal naar
de
rein
waterke
lder~s
tro
omt,o
m
van daaruit
~ea
istribue
ert
te
w
or
den
,
w
ordt nu
nog
ná-gechloreerd
omdat er van
het
C1
In tegenstelling tot de eerste chlorering,waar de dosering
met de hand geregelt wordt omdat daar vaak grote verschillen
optreden in de benodigde hoeveelheid chloor ,geschiedt de dosering hier automatisch.De dosering wordt zo geregelt
dat het gehalte in het begin van het nä-chlorerings kanaal
constant 0,5 mg 012/1 bedraagt.
De regeling werkt als volgt
(A):
]\flet een t andradpompj eAwordt continu een monsterstroompj e uit het kanaal opgepompt en in twee stroompjes gesplitst.
Het ene ga8t rechtstreeks via een regelkraan en flowmeter 0 naar de potentiometercel D.Ret andere wordt eerst ontchloord in de noritkolom D en wordt vervolgens via een regelkraan en flowmeter naar de andere zijde van de potentiometercel
gevoerd. De kant van de cel waar het chl oorbevattende water
doorstroomt ,l1eeft een gouden electrode;de andere zijde een
zilveren.De E.;\'(.}(. van de cel wordt gemeten met een torsie
-galvanometer,waar een spiegeltje aan vastzit,E.
Via het spiegeltje valt een hoeveelheid licht ,die varieert
met de stand van het spiegeltje ,op eon seleencel in het relais F.
Di t relais be~crac:Lt i gt een motort je G, dat een r egelkraan
in de 012-gasleiding van de chlorator bedient.
Daarnaast is een met de hand r egelbare l<:raan aanwezig,
voor het geval dat de automat ische r egeling uitvalt.
3et welwater is zuiver genoeg om bij de ná-chlorering te
kunnen gebruiken.
Upmerking:
Daar de in dit bedrijf gebruikte ap~aratuur zeer grote verschi l len onderling vertoont in afmet ingen, kon niet '311es op één schaal
getekend worden.De gebruikte schalen,die in de tekening zijn
STOF.::5TROTvlEN.
De
installatie
moet
13.000
m3
ru
Y~w
aterfh
kunnen
verwerken.
Ee
n
bezin~bassinwo
rdt in 10
uur leeggepompt
,
dit moet dus
130.000
m.)
wa
ter
kunnen bevatten.
Deze h
oeveelhei
d m
oet
in
zo
ko
rt
mogel
ij
ke
tijd,tijdens
eb,ingeno~enworden
.
'Z
Stel deze tijd één
uur
.
De
innamestroo
m
is
dan
130
.
000 m..J/h
.
Zoa
ls
eerder gezegd
hangen de hoeve8lheden kalk en norit
v
an
de
lt
wa
liteit van
het water af
.
Volgens (A)
is
er
max
.
'L
nodig aan Ca( OE) 2:
1,~,5kg/IOO m..J, dus 1950 kg Ca( OH)
2/h.
A
an norit:l
kg/l00
m..J
,
dus 1300 kg norit/h
.
Het
filterpompstation voert aan 1,3
.
000
1113
water/h
o
De benodigde
hoeveelhe
id
Cln wordt steeds
exp
.
bepaald
.
L
3
A
ls
max
.
word
t
a
a
ngenomen
30
g C1
2
/m
(A)
,
dus 390 kg C1
2
/h
.
De oplosbaarheid van
CL,
in
water
van 10°C
is
9
,
9
lcg/m3 (lit
.
,S)
.
c.... r;
Stel dat de
oplossing
9 kg
CLjm..Jbevat
.
Voor 390 kg/h is
dan nodig:
390
:
9
=
43
,
3~
43: 5 m3 vleh;ater /h
.
De d
ichtheid v
an
v!oeiba
a
r
C
1
2
is 1,56
(lit
.
8)
,
zodat
390 kg C1
2
'
::::::
0
,
25 m.)
.
pe bij
drage
aan
het
volume
van
de C1
2
-
Opl
.
door het
chloor i
s dus
vrij
ge
rin
g
.
S
tel
de stroom C1
2
-o
p
lossing
=44 m3 /h
.
Voor de tweede kalk en norit toevoeging
is
max
.nodi
g
(
A
):
lkg
Ca(
OH)2/l0 m3
,dus
1300
kg Ca(OII)2/h
.
en
50
g norit/m3
,
dus
650 kg
norit/h.
Vv
at het
co
agulans
betreft
,
kan
als
max
.
benodigde hoeveelheid
worden
aangenomen: 10
g Fe+++/m3
,
dus
voor 13.000
m3 water/h
nodig 130
kg
Fe+++/h.(A).
H
iervoor is nodig
645 kg Fes0
4
•
7
aq
/
h
.
Er
w
ordt een
oplossing
van
50 kg FeS0
4
•
7
aq/~~ebruikt (~5%).
(De oplosbaarheid
van dit
zout in
wate2'2:s
.
205 kg/m3
,lit.
8)
.
Voor 645 kg van het ijzerzout is dus nodig bijna 13 m3 welw./h.
Stel de stroom van de FeS0
4
.
7 aq.-opl.= 13 m3 /h.Uit de eerder gegeven reactieverg.volgt,dat voor de oxidatie
van 1 kg FeS0
4
.
7a q, ~ 7,8 kg chloor nodig is.Voor 645 kgdus 83 kg C12.Aan C1
2- opl. dus 83 : 9 =
9,3~9
,
5
m3 /h.Dit geeft dus tezamen een oplossing van
]'e~++
van 13+9,5=22,5 m3/h.De bij bovensta8nde berekeningen gebruikte afrondingen zijn
toegestaan,daar deze kleine verschillen te verwaarlozen zijn
op de grote waterstroom van 13.000 m3 /h.
Bij het spuien van de vlok uit de precipitators,gaat + 1,5%, (A),
van het water verloren,stel: 200 m3 /h.
De chloortoevoeging bij de na-chlorering bedraagt niet meer
dan 0,5 mg/l = 0,5 g
C12/m~
,
dit
is 1/60 deel van de eerstec111orering. Dus 1/60 x 44 = 0,75 m3 C12-opl. /h.
Het monsterstroompje,dat bij de regeli~g van de naTchlorering
aan de hoofdstroom onttrokken wordt,ligt in de orde van
1
á
2 l /h.Deze hoeveelheid is t .o.v. de hoofdstroom te verwaarlozen.stof-en warmtestromen van de C1
2-verdamper.
Per ~ur moet geleverd worden: 390 kg gas voor de eerste chlorering,
83 kg gas voor de coagulansbereiding,1
I
6,5 kg gas voor de na-ch1orering.
Totaal: 479.5 kg C1 2/h.
Aan de C1
2-tank wordt dus ook 479,5 vloeibaar C12 onttrokken.
Stel de temperatuur van het vloeibare C10 = 20°C.
<-In de verdamper heeft het C1
2-gas,door oververhitting,
naar schatting eGn temperatuur van 30°C.
Enthalpie C1
2G bij 30~C
=
165,67 kcal/kg (lit.6)~nthalpie C1
2L bij 20~C = 104.66 kcal/kg
Verschil: 61,01 kcal/kg
Voor de verdamping van 479,5 kg C1
2/h is dus nodig:
Voor de verhitting wordt verzadigde stoom gebruikt van 169°0 en 1,35 ata. De enthalpiën bedragen bij deze temperatuur (lit.7): Enthalpie ~20G
=
641,7 kcal/kgEnthalpie H
20L
=
108,8 kcal/kg Verschil:532,9 kcal/kg Om bovengenoemde hoeveelheid 012 te verdampen is dus nodig: 29245 : 533 ~
55
kg stoom/ho ?stofstroom bij het spoelen der filters.
Deze stroom valt buiten de eigenlijke processtroom.
Zoals verderop zal blijken zijn er 65 filters ingebruik. Stel dat de filters iedere 24 uur gespoeld moeten worden,
dan worden per uur 2 tot 3 filters eespoeld. Per filter is
per spoeling max. 200 m3 zuiver water en 500 m3 lucht nodig.
De spoeltijd bedraagt niet meer dan 10 minuten. ( Hoeveelheid spoelwater,perslucht en spoeltijd afhankelijk v.d. mate
van verontreiniging) ,(lit.2;4:A) .
l'er uur dus nodig: 3
x
200=
600 m3 water en 3x
500=
1500 m3 perslucht.Deze drie filters moeten tegelijk gespoeld kunneni,''lorden, en wel in tien miknuten.lIet perslucht aggregaat en het
spoelwater aggregaat moeten dus een capaciteit hebben van resp.
6
x 1:..;00=
8000 m3
/h en 6 x 600=
3600
m3
/h.In bijgaand blokjesschema zijn de stof en warmtestromen weergegeven.
~ ~ <"'~ f ."
-.~ .;.~D
.1
•
D
:l )' ~ "\ '" <·f...
o
Ir
I . I ~L..
~
..
~ ~ ..,0'"
-, ~....
~ ~ g ~t
~...
'< " onx
foo i --to~-~-! .J ~ ~ '1''''; , ~ ", '-~ G ti V ~ C" ,l\ f () t> <> M -~ .., -û :.: . .> 0 "-0 <> ~ :;r; -l." " E () o o C .., I-.~ > : ~DImENSIES D.ER AE?ARATEN.
Inn~eEomp~tatlon.
7
centrifugaalpompen à 22.000 m3 /h. Een behoorlijkeovercapaciteit is noodzakelijk;bij het uitvallen van
een pomp kan dan over een reservepomp beschikt worden. (A).
8lk heeft een oppervlak van 40 ha en een diepte van ~ 5 m.
De bassins moeten n.l. aanzienlijk meer water kunnen
bevatten dan 130.000 m3 ,omdat de laA.tste 1,5 à 2 m.eter water
boven de bodem te veel bezonken vuil bevat om gebruikt te
kunnen worden. ;!;ens in de 10 j aar moet de sliblaag die zich op de bodem gevormd heeft verwijderd worden (A).
FiltQr~omp~t~tion.
7
centrifugaalpompen à 2400 m3Ih
.
:üer moet ooJ.;: over reserve-capaciteit beschikt kunnen worden.AanvQerkanaal Ku~water~
De waterstroom is 13.000 m
3
/h=
3 ,61 m3 /sec.Stel de stroom-snelheid = 1,5 m/sec,het doorstroomde oppervlak is dan 2,4 m2•Om de verschillende stoffen makkelijk te kunnen doseren is
er enige ruimte nodig tussen wateroppervlak en kanaalplafond. Stel~"30 cm,de hoogte is dan 1,5 m en de breedte 2 m.
Chlorering~b~s~ig.
~~ dvi-i.fAJ.. j
De\Ve:fbllJf'fi3d is minstens 15 rninuten,dus '7.
is 13.000 : 4
=
3250 m~.Diepte bassin is 2 de kanaalbodem,oppervlakte bassin dus 1625Chlorators.
-de inhoud m beneden 2 m • .... "..l
Deze zijn in verschillende stand~tvoeringen verkrijgbaar.
Voor de eerste chlorering worden 4 toestellen gebruikt,
ieder met een max. capaciteit vam 100 kg C1 2/h. Voor de coagulansbereiding een zelfde apparaat.
Voor de na-chlorering een apparaat met een max. capaciteit van 10 kg C1 2/h.
•
.Q.12_-verdam"Eer.
Een standaardapparaat van het fabrikaat "The 7lhitlock
Manufacturing Co" wordt hier gebruikt.De capaciteit
bedraagt 907 kg C12-gas/h bij gebruik van verzadigde stoom
van 1,35 ata.Dit is dus bijna twee maal zoveol als er
totaal per uur nodig is.Een apparaat kan dus alle chlorators bed:ie nen.
Nori! en_Ca (O:~12_vQeQ.era.2.Par~ten~
Ook standaard apparaten.Bij het innamestation:
een ea(OH)~voeder van max.2200 kG/h; Gen norit-voeder van max.1500 kg/ho
Bij de tweede toevoeging: voor kalk een max. capaciteit van 1500 kg/h; voor norit 750 kg/ho
De ferro-oplossing wordt in batch bereid.
In
t
ank~
van 10 m) worden Gedurende een uur .'700 kg Fes04•
7
aq.' )
en 10 m-" welwater Net een turboroerder gemeng.j.angenomen
wordt dat dan alles op~elost is (~) . Bij een normale
'~. I? r..::;
dagproductie Ilan 180.000 JY[.J ::;; 7500 m..J/ll wordt 7,5 m-" opl./h
verbruikt.~r zijn dan twee tanks nodig.ln de vij f lC'I"iJartier dat de ene le,;gloopt ,-,vordt in de andere ecn nieu".ve oplossing
bereid,en omgekeerd.Bij een groter productie,t/m de max.
capacitiet,moet met drio tanks gewerkt worden.
Pr~ciPitatQr!2.'
De normale capaciteit van eccn precipitator is 200 m
3
/hmet een opwa~)rtse snelhei d van rond 3 m/h.De afmeting zijn
h
=
4m,b=
6
~ en 1 ::;; 12 Dl (lit.4;A).Voor 13.000 mJ water/h zijn er dus 65 nodig. Daarnaast
worden nog
7
precipitators extra genomen als reserve.Ze st aan ili - - -een ---geb- - ouw in twee rijen van 36 opgestel d.
- 22
-Snelfilters.
-Ook deze hebben een capaciteit van 200 m
S/
ieder met eonfiltratiesnelheid van ca.5 m/h.Dit is proefondervindelijk
de beste snelheid gebleken.AfmetEingen ca. h =
5
m ,b
=
6
m em 1=
7
m(A).
~xperimenteel moet bepaald wordenwelke zandsoorten het geschiktst zijn voor het filterbed.
Er zijn dus
65
filters nodig en7
extra, daar er steedsenige buiten bedrijf zijn wegens spoelen en reparaties.
Ze zijn op dezelfde wijze opgesteld als de precipitators.
Reinwaterkelders.
=Uervan zijn er 5, ieder met e,-;;ninhoud van ca.lO.OOO m
3
•
Oe afmetincen zi,jn ca. 6 x 40 x 50 m.
~eze capaciteit is noodzakelijk om ~et vorbruik tijdens
de spitsuren op te vancen. -et bedrijf kan op zijn normale
uurproductie blijven doordraaien.Tijdens de ur en dat er
weinig ',:,'ordt af bcnomen worden ze we2r bij gev~üd. }eze
voorraadvorminG is ook nodig voor het Geval er zich
storingen in het bedrijf voordoen en de pr oductie terugvalt.
Di.§.t.!:.iÈ.u!i~oml?s!a!ion~
De afname tijdens de spitsuren is max. 1) . 000
mS/h
(/1_) .Naast deze capaciteit moet het pompstation over een
extra capaciteit beschikken,om aan een plotselinge grote
vraag te l{unnen voldoen. 8 pompen à 2400 m
S
/h is voldoende.Om van een voldoend hoge druk in het waterleidingnet
verzekerd te zijn moet de persdruk
5
à6
ata bedragen (A).Een watertoren heeft bij dit grote bedrijf weinig zin.
- +++ ++
Daar CI0 -water,Fe en Fe op vele materialen corrosief
c-werken,zijn de afvoerpijpen van de chlorators en xxx
de afvoer pijp van de oplostank van PVC vervaardigd,
evenals de pijp waar de oxidatie van Fe++ plaats heeft.
Ook de oplostank,die zelf van ijzer is,is van binnen met
PVC
bekleed. De turboroerder is van roestvrij staal,(lit .3) .-
-
LITERATUUR.
1.
G.
D
.Fair,J.C.
Geyer
&
J.C.tlorris,~aterSupp1y and
~aste-water
disposa1,1954.
2. J.lvlutschmann und 1!'.Stimme1mayer,Taschenbuch der
wasservers
orgung
,2
te
auflage,1958.
3.
H.E.
Babb
itt
&J.J.Do1and,.Vater Supp1y
Engineering
,
5
th
·edition,1955.
4
.
Drinkwatervoorziening
,
":':erste
vakantiecursus,27-28 sept.1948.
5. Drinbva tervoorz iening,
Vierde
vakant iecursus, 17-18 jan. 1952.
6
.
Ull
mans Enc
yk10pädie
der
Technis
c
hen Chèmie
,band
5,292,1954.
7.
J
.
~l
.
Ferry
,
Chemica1 Engineers' "
"
andbook
,
.3
thedi
tion,
27<3
.
8
.
J
.
D'Ans und
~.Lax,TaschenbuchfUr
Chemike~und
nhys
iker,
226
,1949
.
Andere gege
vens
bron.
A.