Water: behandeling en zuivering

Waterbehandeling is een sector in groei. Slechts een vijfde van wereldbevolking heeft momenteel voldoende zuiver water. Het behoort tot het primordiaal beleid van de UNO om daar verandering in te brengen. Door deze bezorgdheid nam de vraag naar middelen voor waterbehandeling spectaculair toe. Een stijgende hoeveelheid industriële producten wordt aangewend als desinfectiemiddel, coagulant, floculent, pH-corrector of mineralisatiemiddel.

Inorganische clorides

Een belangrijk flocculatiemiddel is ijzerchloride (FeCl3), evenals aluminiumchloride (AlCl3) dat dezelfde werkingen heeft. Het zuivert afvalwater van sulfaten en fosfaten door een neerslag te vormen met deze negatieve ionen. De precipitatie gebeurt in het algemeen in een 1 op 1 molverhouding, bijgevolg is een grote hoeveelheid ijzerchloride gevraagd. De neerslag kan door middel van filtratie, flotatie of bezinking afgescheiden worden. Het is een typisch voorbeeld van fysicochemische zuiveringstechniek. Ook enkele andere microscopisch kleine deeltjes met een ladingsdubbellaag, gestabiliseerd in water, kunnen door ‘coagulant’ FeCl3 gedestabiliseerd worden, zodat ze niet in oplossing blijven, maar samenklonteren in vlokken. Ook aan de lokale drinkwaterleidingen wordt FeCl3 toegevoegd. Evenzo in zwembadinstallaties.

Bleekwater en zoutzuur

Javel (NaOCl) en zoutzuur (HCl) vinden nu steeds meer afzet in de sector van de waterbehandeling, zoals trouwens chloorproducten in het algemeen: Belgochlor berekende immers dat reeds 20 % van de productie in de chloorindustrie dient voor minerale chemische middelen voor waterbehandeling. Chloor zorgt voor de specifieke eigenschappen zoals ontsmettend of etsend vermogen. Het beïnvloedt de oppervlakte-eigenschappen en de alkaliniteit van water. In het geval van HCl gaat het meestal om pH-correctie. Javel, veruit het oudste en meest gebruikte kiemdodend middel, zorgt voor desinfectie. Het middel wordt doorgaans geproduceerd door elektrolyse van pekel waarbij chloorgas ontstaat. Vermenging met natronloog geeft natriumhypochloriet als resultaat.

Al tientallen jaren worden waterstofchloride en javel gebruikt in zwembaden. Javel ontsmet doordat het optreedt als oxidans in de reacties met de schimmels en bacteriën in het water. Zo wordt bijvoorbeeld de immer aanwezige legionella-bacterie ( 1 per liter ) uitgeschakeld. Voor desinfectie is het van belang dat chloor aanwezig is als “actief chloor”. Actief chloor is een maat voor het oxiderend vermogen van een oplossing. Er moet regelmatig een juiste hoeveelheid toegevoegd worden, omdat onder invloed van UV-licht hypochlorigzuur gedeactiveerd wordt. Er zijn reeds andere systemen uitgedacht (ozon, …), maar javel blijft het beste, want meest remanente middel, ondanks de incidenten die wel eens optreden: irriterende chlooramines, chloorgassen die vrijkomen boven het wateroppervlak bij een slechte pH-correctie (<5), nevenreacties met organisch materiaal, met vorming van bijvoorbeeld ongewenste verbindingen zoals trichloormethaan (chloroform).

Oxidatie met natriumhypochloriet is eveneens een zuiveringstechniek die reeds lange tijd gebruikt wordt in de drinkwaterbereiding, en in mindere mate in de afvalwaterzuivering : NaOCl-oxidatie is het klassieke proces voor het ontgiften van cyanide (CN-), nitriet (NO2-) en zwavelverbindingen (S-, S2O3 en SO3, omzetten van sulfiet naar sulfaat). Cyanide bijvoorbeeld wordt bij pH 10 omgezet in natriumcyanaat, dat bezinkt.

NaOH (a.k.a. ‘Red Devil lye’)

Zoals gezegd is natriumhydroxide-oplossing (natronloog) nodig om javel te maken. Reeds de Egyptenaren verstonden de kunst om uit soda (natriumcarbonaat) en kalk natronloog te bereiden. Nu wordt het samen met chloor geproduceerd tijdens de elektrolyse van NaCl.

Het is een van de meest gebruikte industriële chemicaliën met een brede waaier aan toepassingen: aluminium productie, in de pulp- en papiernijverheid, synthese van detergenten en zepen, textielsector en ook in de waterbehandeling. In 2001 werd in West-Europa 9,6 miljoen ton zuiver NaOH geproduceerd. De watersector neemt 3% in van de (aan wisselingen onderhevige) afzetmarkt. Natronloog wordt door de watermaatschappijen gebruikt voor:

• de verhoging van de pH en de neutralisatie van alle types verzuurd water vooraleer het in de
• riolering terechtkomt;
• het ontharden van drinkwater door het verhogen van de pH. Calciumionen slaan hierdoor
• gedeeltelijk neer waardoor de hardheid van het water sterk afneemt;
• de regeneratie van ionenwisselaars;
• het verwijderen van zware metalen. De positieve ionen kunnen door de pH-verhoging neergeslagen worden als hydroxide.

Milieu

Een voorbeeld van voor het milieu schadelijke stoffen zijn zware metalen zoals cadmium. Dit wordt op hoger vermelde manier neergeslagen en vervolgens in zuiveringsslib geconcentreerd. Natuurlijk radium-226 is een ander element dat in de industrie wel eens in de reststoffen achter blijft, evenals kwik, arseen, chroom, koper, lood en zink. Voor de behandeling van chroomhoudend afvalwater worden de volgende stappen uitgevoerd: eerst wordt het zeswaardig chroom gereduceerd tot driewaardig chroom. Als reductiemiddelen worden natriumsulfiet (Na2SO3), natriumbisulfiet (NaHSO3) of SO2-gas toegepast. Vervolgens wordt in zwak alkalisch milieu het chroom geprecipiteerd door de vorming van chroomhydroxiden, gevolgd door afscheiding van de gevormde chroomhydroxiden door bezinking. Voor arseen is er een gelijkaardig proces: As(+III) wordt geoxideerd (+V) en neergeslagen. Er bestaan ook biologische filters voor verwijdering van schadelijke organische stoffen en N-verbindingen. Ze bezitten een denitrificatiezone waar gevormde nitraten omgezet worden tot onschadelijk stikstofgas. Gechloreerde koolwaterstoffen tenslotte worden door stoomstrippen uit het afvalwater gezuiverd.

Er wordt permanent gecontroleerd door meerdere milieulabo’s die officieel geaccrediteerd zijn. Ze voeren hun metingen uit volgens de ISO-17025 norm: de bepaling van Hg, As, Sb, Se gebeurdt er met fluorescentiespectroscopie. Het totaal aan cyanide wordt colorimetrisch gemeten na UV-destructie. Simultaananalyse van metalen wordt uitgevoerd door ICP met cross-flow verstuiving op aangezuurde en niet gefiltreerde monsters. Voor zware metalen als cadmium en lood is de procedure ICP met ultrasoonverstuiving op aangezuurde en niet gefiltreerde monsters. De meting van purgeerbare koolwaterstoffen in water gebeurt via gas chromatografie en massa spectrometrie.