Actief Kool-filtratie

Beschrijving

Procesbeschrijving

(Desotec, 2002)

Actieve kool-filtratie is een techniek waarbij niet zozeer zwevende deeltjes, dan wel opgeloste, organische bestanddelen worden afgezonderd. Dit gebeurt door adsorptie van deze moleculen aan de actieve uiteinden van de koolstofkorrels.

Adsorptie is een proces waarbij vrije molecules zich aan een oppervlak hechten door fysische of chemische krachten (of een combinatie van beide). Bij fysische adsorptie worden verontreinigingen op het kooloppervlak gebonden door zwakke Van de Waals krachten, terwijl bij chemisorptie de bindingen relatief sterk zijn en optreden op actieve sites op het oppervlak.

Fysische adsorptie is overheersend bij gebruik van actieve kool in de waterzuivering, en de efficiëntie van de kool zal afhangen van het toegankelijk oppervlak.

Vairanten

• Klassieke actieve koolfiltratie: In deze vorm van filtratie vindt een enkelrichtings-adsorptiebeweging plaats van vervuilende bestanddelen naar de actieve kool. Wanneer het filter verzadigd is, dient de actief kool verwijderd te worden voor regeneratie.

• Beluchte actieve kool-filtratie (Desotec, 2002): Het principe van de beluchte actieve kool-filtratie bestaat erin actieve kool te beluchten, waardoor, naast de gekende adsorptiewerking, de actieve kool eveneens als katalysator optreedt voor chemische oxydatieprocessen. Verder fungeert de kool als draagstructuur voor bacteriën, die dan instaan voor een aërobe zuivering van het water en in-situ bioregeneratie van de kool. 
  De beluchting gebeurt in een extern waterrecirculatiecircuit, waarin perslucht geïnjecteerd wordt, zodat het water verzadigd raakt met zuurstof.

Stand van de techniek en referenties

Actieve kool-filtratie wordt veelvuldig als (na-)zuiveringstechniek gebruikt in sectoren waar moeilijk tot niet biologisch afbreekbare verbindingen in het afvalwater voorkomen, zoals de zuivering van grondwater uit bodemsaneringen.

In de car- & truckwashsector wordt de techniek van de klassieke actieve kool-filtratie toegepast bij o.a. City Carwash (wasstraat) te St. Niklaas (zie bijlage 4 van de BBT-studie).

Een voorbeeld van beluchte actieve kool-filtratie is te vinden bij het bedrijf Tack Tank-& Truckcleaning te Oostrozebeke.

Voor- en nadelen

Voordelen

• Actieve kool-filtratie zorgt voor een zeer efficiënte verwijdering van verbindingen die met andere technieken niet te verwijderen zijn, zoals minerale oliën, aromaten, PAK’s (=Polycyclische Aromatische Koolwaterstoffen) en chloorhoudende oplosmiddelen.

Bijkomende voordelen van beluchte actieve kool-filtratie (Desotec, 2002)

• De standtijd en werking van de kool wordt aanzienlijk verlengd (+150%), met bijhorende positieve economische gevolgen.
• Naast de gewone klassieke biodegradatie is er ook afbraak van recalcitrante, niet biodegradeerbare moleculen uit afvalwater.

Nadelen

• Actieve kool is minder geschikt voor de adsorptie van waxproducten en niet-ionische detergenten. De adsorptie op zich stelt geen probleem, maar, aangezien het om complexe moleculen gaat, raakt het actieve kool snel verzadigd (Maes & Gysen, 1999; Peys en Gysen, 2000).
• Actieve kool maakt ook geen onderscheid in de te verwijderen vervuilende bestanddelen. Daardoor zal het evengoed componenten verwijderen die eigenlijk op een andere (en goedkopere manier) ook kunnen behandeld worden, als dat het moeilijk afbreekbare verbindingen afvangt.
• De vervanging van actieve kool is een dure aangelegenheid. Het product kost immers zowat 500 à 750 euro/m³, inclusief de afvoer en de regeneratie van de verzadigde kool. Regelmatige vervanging kan dus leiden tot aanzienlijke uitbatingskosten.
• Actieve kool-filters zijn zeer gevoelig voor verstopping wegens hun zeer fijne poriënstructuur. Het inkomende afvalwater moet daarom grondig ontdaan zijn van zwevende stof.

Bijkomend nadeel van beluchte actieve kool-filtratie (Desotec, 2002)

• In vergelijking met klassieke actieve kool-filtratie is beluchte actieve kool-filtratie een dure aangelegenheid (zie Financële aspecten). Zij worden immers aanzienlijk groter gedimensioneerd, om een optimale biologische werking te bekomen.

Werkingsgraad

Het verwijderingsrendement van actieve kool-filters is zeer hoog. Tests, uitgevoerd door Maes & Gysen (1999) op een praktijkinstallatie, geven volgende resultaten:

• Het hoge rendement voor detergentverwijdering geldt voor verse actieve kool. De detergentmoleculen zullen de actieve kooldeeltjes echter snel verzadigen, met een aanzienlijke rendementsdaling tot gevolg.
• Zwevende stof wordt niet in de actieve kool-filter verwijderd, omdat die daardoor verstopt. De zwevende delen dienen al in een voorgaande stap verwijderd te zijn.

Hulpstoffen

Geen

Automatiseringsgraad

Aan het filtratieprocédé komt geen sturing of regeneratie te pas. Het proces verloopt dus per definitie automatisch.

Leveranciers

Volgende firma’s zijn leverancier van zowel de filters als van de actieve kool:

• Chemviron, Brussel
• Desotec, Roeselare
• Norit, Brussel

Toepasbaarheid

• Gezien de hoge kostprijs voor de vervanging van het actieve kool-bed, kan actieve kool-filtratie enkel ingezet worden voor de nazuivering van afvalwater in functie van lozing in oppervlaktewater.
• Indien het weinig vervuilde afvalwaterstromen betreft, die moeilijk afbreekbare componenten bevatten, kan de techniek ingezet worden voor de hoofdzuivering.
• Om verstopping te vermijden, moeten actieve kool-filters altijd voorafgegaan worden door een zandfilter.

Voordeel voor het milieu/veiligheidsniveau

Milieu- aspecten

Er komt een afvalproduct vrij, nl. de verzadigde actieve kool.

Deze kan echter gereactiveerd worden (d.m.v. een thermisch re-activatieprocédé) en zo opnieuw gebruikt worden.

Energieverbruik

Laag: Tijdens het filtratieproces is enkel energie vereist voor een hogedrukpomp die het afvalwater doorheen het actieve kool-bed moet stuwen.

Veiligheidsaspecten

Geen speciale aandachtspunten.

Financiële aspecten

• Investeringskost (voor installatie 5 m³/h): (Desotec, 2002; Logisticon, 1999)
  • klassieke actieve kool-filtratie (met 1m³ actieve kool): 10.000 euro
  • beluchte actieve kool-filtratie (met 14m³ actieve kool): 70.000 euro
• Uitbatingskost (vooral kosten voor verversing actieve kool): afhankelijk van de  adsorptie-efficiëntie, dewelke bepaald wordt door de aard en de concentratie van de te verwijderen componenten.

Hier kan nog aan toegevoegd worden dat vele actieve kool-leveranciers werken met verhuur- of leasingcontracten. Dit houdt in dat ze de actieve koolfilter in zijn geheel komen ophalen, wanneer deze verzadigd is, en hem vervangen door een ander exemplaar met nieuw of geregenereerd actief kool. Op die manier kan de investering in de filterkuip en de accessoires vermeden worden.