Concept : Waterzuivering
Techniekbeschrijving
Ionenwisseling is gebaseerd op chemische adsorptie van verontreinigingen aan een vaste fase, waarbij de verontreiniging uitgewisseld wordt met kationen of anionen die aan de vaste fase geadsorbeerd zijn. Er kunnen kationische en anionische wisselaars worden onderscheiden. Kationwisselaars worden gebruikt voor het uitwisselen van positief geladen deeltjes (kationen, bijvoorbeeld zware metalen) met bijvoorbeeld natrium (Na+). Anionwisselaars worden gebruikt voor het uitwisselen van negatief geladen ionen (anionen, bijvoorbeeld cyaniden) met OH-, of Cl-. Tevens zijn er harsen beschikbaar die zeer selectief stoffen uit verontreinigd grondwater kunnen verwijderen.
Het verwijderingsrendement wordt in hoofdzaak bepaald door de capaciteit en de selectiviteit van de ionenwisselaar en de aanwezigheid van nevenverontreinigingen. De selectiviteit geeft de affiniteit van de ionenwisselaar aan voor een bepaald ion in relatie tot concurrerende ionen. De selectiviteit en beladingsgraad kunnen per hars verschillen. Op basis van laboratoriumproeven kan het meest geschikte hars worden bepaald.
De volgende verbindingen kunnen met behulp van ionenwisseling worden verwijderd:
metalen en verbindingen daarvan;
metalloïden en verbindingen daarvan;
zouten;
zuren (ook organisch);
basen (ook organisch).
Voor een kationwisselaar geldt globaal de volgende volgorde in bindingssterkte:
Cu > Pb > Zn > Ni > Cd > K > NH4 > Na
Voor een anionwisselaar geldt de volgende volgorde in bindingssterkte:
SO4 > NO3 > HCO3 > CN
Er zijn tevens harsen (non-ionisch) beschikbaar die in staat zijn om bijvoorbeeld organische verontreinigingen als tri-chlooretheen en tetra-chlooretheen te verwijderen.
Voor het regenereren van de ionenwisselaar wordt gebruik gemaakt van een oplossing met een hoge concentratie van het kation of anion dat oorspronkelijk aan de ionenwisselaar was gebonden. Dit is meestal een sterk zure of basische oplossing. De regeneratiefrequentie is afhankelijk van de vracht aan verontreinigingen. De regeneratievloeistof moet met een wasvloeistof uit het ionenwisselaarbed worden verwijderd voordat de ionenwisselaar weer in bedrijf kan worden genomen. De was- en regeneratievloeistof worden separaat behandeld of afgevoerd.
Toepassingsvoorwaarden
Bij toepassing van een ionenwisselaar moet rekening worden gehouden met vervuilende componenten zoals gesuspendeerde deeltjes, neerslagen van ijzeroxide, mangaanoxide en calciumsulfaat. Deze moeten eerst in een voorbehandeling door bijvoorbeeld zandfiltratie of microfiltratie worden verwijderd. Hoger ijzer- en mangaangehalten dienen door middel van ontijzering en ontmanganing te worden verwijderd om te voorkomen dat het harsbed verstopt raakt met ijzer en mangaanslibdeeltjes. De pH moet worden gecorrigeerd als het grondwater kalkafzettend is.
Resultaten
Effluentconcentraties kat- en anionen van 10 tot 20 g/l kunnen worden gerealiseerd. Het verwijderingsrendement wordt in hoofdzaak bepaald door de capaciteit en de selectiviteit van de ionenwisselaar en het voorkomen van nevenveronteinigingen.
Kosten
De kosten voor afvoer van de was- en regeneratievloeistof bedragen circa 250 EUR per m³. De hoeveelheid is afhankelijk van de concentratie aan (neven)verontreinigingen en de terugspoelfrequentie.
De kosten per m³ gezuiverd grondwater zijn sterk afhankelijk van het type verontreiniging, de concentratie, het te gebruiken hars, het debiet en de terugspoelfrequentie.
De kosten van deze systemen bedragen circa 1 tot 3,2 EUR per m³ gezuiverd grondwater.
Milieurendement
De verontreinigingen worden gebonden aan het hars. Door regeneratie van het beladen hars komen de verontreinigingen vrij in een sterk geconcentreerde oplossing (regeneraat). Het regeneraat zal moeten worden behandeld, waarmee kosten zijn gemoeid. Er zijn mogelijkheden om de geconcentreerde verontreinigingen te hergebruiken. Bij ionenwisseling worden chemicaliën gebruikt om het beladen hars te regenereren en te wassen.
Het energieverbruik is relatief laag en bestaat hoofdzakelijk uit pompenergie.
Veiligheidsmaatregelen moeten worden getroffen bij de regeneratie van de harsen, die plaatsvindt met sterke zuren en basen.
Energieverbruik 0
Reststoffen -
Ruimtegebruik +
Geluidshinder +
Geurhinder +
Ontwikkelingsstadium
Categorie 2
Er is met de techniek beperkte ervaring opgedaan in de bodemsaneringspraktijk.
Leveranciers
De meeste aannemers kunnen een ionenwisselaar leveren, verhuren en installeren. Het hars wordt door een beperkt aantal gespecialiseerde producenten geleverd.
Referenties
Grondwaterzuivering bij bodemsanering, RIVM Rapportnummer 772404001, januari 1995, Nederland.