Ondergronds ontijzeren bij WKO bodemenergiesystemen
Op steeds meer plekken in Nederland en daarbuiten wordt warmte-koudeopslag (WKO) toegepast om energie te besparen. Vaak bevat het grondwater dat hiervoor wordt gebruikt opgelost ijzer. Oxidatie van ijzer kan zorgen voor verstopping van de onttrekkings- of infiltratiebronnen, wat uiteraard ongewenst is. Ondergronds ontijzeren kan deze problemen voorkomen. Deze techniek wordt voor de drinkwaterproductie al vele jaren succesvol toegepast, en biedt ook mogelijkheden voor andere sectoren die problemen ondervinden bij het gebruik van ijzerhoudend grondwater. In dit project is de toepassing van ondergronds ontijzeren voor WKO-systemen onderzocht.
Technologie
Wanneer WKO-bodemenergiesystemen te maken krijgen met verstopping van grondwaterbronnen, functioneren ze niet goed. Deze verstoppingen ontstaan bijvoorbeeld wanneer grondwater met verschillende samenstellingen tijdens het onttrekken met elkaar mengt, waardoor ijzer oxideert en neerslaat. Door ijzer voorafgaand aan het oppompen uit het grondwater te halen, zijn putverstoppingsproblemen door ijzerneerslagen tegen te gaan. Dit is relatief eenvoudig te realiseren met ondergronds ontijzeren: een technologie die begint met het injecteren van zuurstofhoudend (belucht) water in een grondwaterput. De zuurstof reageert met ijzer in het grondwater, dat in de bodem neerslaat in de vorm van roest. Daarna is, meestal via dezelfde put, ijzervrij grondwater op te pompen. Het volume hiervan is vele malen groter dan wat er voorafgaand aan belucht water is geïnjecteerd. Vervolgens herhaalt de cyclus van injectie en onttrekking zich. In de drinkwaterproductie wordt deze techniek al jaren succesvol toegepast. Ook voor andere sectoren die problemen ondervinden bij het gebruik van ijzer- en of mangaanrijk grondwater, biedt ondergronds ontijzeren mogelijkheden.
Uitdaging
De uitdaging van dit project was het vinden van een duurzame oplossing voor bestaande WKO-systemen die kampen met chemische putverstopping als gevolg van ijzerneerslagen. Hiervoor is een pilotproef uitgevoerd aan het WKO-systeem van het Universitair Ziekenhuis Leuven (België). Dit systeem is ruim zes jaar geleden aangelegd, na een geslaagde test met twee proefputten. Na de testfase heeft het WKO-systeem echter nooit naar behoren gefunctioneerd. Al direct na de aanleg ervan bleek de vorming van ijzerhydroxide-neerslagen voor verstopping van de infiltratiebronnen te zorgen. In dit project hebben we onderzocht of door ondergronds ontijzeren de putverstoppingsproblemen zijn tegen te gaan.
Om tot de gewenste oplossingen te komen, moet rekening worden gehouden met het feit dat een WKO-systeem nogal iets anders is dan een drinkwaterwinning. De toepasbaarheid van ondergronds ontijzeren moet daarom in dit specifieke kader worden geplaatst. Enerzijds spelen er inhoudelijke kennisvragen rondom verschillen in de chemische samenstelling van het grondwater. Daarnaast gaat het om meer operationele vraagstukken met betrekking tot het cyclisch onttrekken en infiltreren van water en de aansturing hiervan. Belangrijk aandachtspunt is de langdurige opslag van water in de ondergrond. Ook geldt de randvoorwaarde dat het onttrokken grondwater op geen enkel moment ijzer mag bevatten, want aanvullend bovengronds ontijzeren – zoals gebruikelijk bij drinkwaterbedrijven – is voor WKO-systemen geen optie.
Oplossingen
De focus van dit project betrof de werking van ondergronds ontijzeren in de praktijk van WKO-systemen en ook hoe dit met een optimale sturing voor een langdurig stabiele situatie zorgt. Er is een pilot opgezet en uitgevoerd om de mogelijkheid vast te stellen van het oppompen van ijzerloos grondwater uit de koude bronnen van het WKO-systeem. Dit gebeurde met inzet van een tijdelijke Fermanox-installatie, waarna het grondwater langdurig in de warme bronnen werd geïnfiltreerd. De pilot heeft duidelijk laten zien dat met ondergronds ontijzeren zonder problemen ijzerloos grondwater kan worden opgepompt, zonder nadelige effecten op de grondwaterkwaliteit. Het UZ Leuven heeft op basis van deze resultaten besloten een definitieve installatie voor ondergrondse ontijzering te installeren. Mogelijk wordt het WKO-systeem van het ziekenhuis daarna uitgerust met meer warme- en koude bronnen.
Reiniging backbone met Ice-Pigging succesvol
Voor de revitalisering van het WKO-systeem moest vervolgens de verstopte warme bronnen en de transportleiding (backbone) worden schoongemaakt. Tijdens uitvoer van de pilot proef bleek de backbone dermate verontreinigd te zijn met ijzerneerslagen uit het verleden dat deze met het spuien van water alleen niet voldoende schoon werd. Nadat de verschillende mogelijkheden voor reiniging van de backbone zijn verkend hebben de TKI-partijen besloten om de backbone te reinigen door middel van Ice-Pigging. Dit is een innovatieve reinigingstechniek waarbij een ijsslurry door een buis wordt gepompt en hiermee sediment en andere ongewenste afzettingen verwijdert. Door middel van Ice-Pigging is naar schatting ongeveer 130 kg sediment uit de backbone verwijderd. On-site troebelheid en MFI-metingen tijdens spuien van de leiding met schoon water na uitvoeren van de Ice-Pigging lieten zien dat het water schoon blijft. Ice-Pigging is dus een geschikte methode om dit soort complexe leidingnetwerken te reinigen.
Risicokaart putverstopping
Een tweede doelstelling van dit project was het inventariseren of ondergronds ontijzeren kan bijdragen aan de realisatie van WKO-systemen in gebieden die hiervoor vanwege het optreden van chemische putverstopping met ijzer gewoonlijk niet geschikt worden geacht. Hiervoor is op basis van grondwaterkwaliteitsgegevens uit Vlaamse meetnetten een eerste risicokaart gemaakt voor het optreden van oxidatie van ijzer en/of mangaan bij onttrekking van water uit het freatische watervoerende pakket. Uit deze karting blijkt dat in grote delen van Vlaanderen putverstopping kan optreden door mening van nitraathoudend en ijzerhoudend grondwater. In deze gebieden biedt ondergrondse ontijzering een mogelijkheid om toch WKO-systemen te realiseren.
