Toepassing van elektrocoagulatie op water met lage geleidbaarheid

De afvalwater- en drinkwatersector in Nederland en Europa streeft naar een vermindering van de CO2-voetafdruk. Daarbij hoort ook de wens om het gebruik van chemicaliën omlaag te brengen. Bij de productie van drinkwater kan een ijzervlokmiddel in het water worden gedoseerd om troebelheid, fosfor, NOM en arseen te verwijderen en om terugspoelwater te behandelen. Elektrocoagulatie biedt een veelbelovend alternatief voor deze chemische coagulatie, dankzij de lagere CO2-voetafdruk en hoge coagulatie-efficiëntie. Bovendien vermindert deze methode het transport en de opslag van flocculanten. Het is nog onbekend of succesvolle toepassing van elektrocoagulatie in drinkwaterbronnen (in Nederland) mogelijk is met specifieke doelstellingen zoals verwijdering van zwevende deeltjes, troebelheid en verwijdering van TOC.

Deze pilotstudie onderzoekt de toepasbaarheid van elektrocoagulatie voor de behandeling van oppervlaktewater en spoelwater van zandfilters met een relatief laag geleidingsvermogen (≤600 μS/cm) in vergelijking met conventionele coagulatie (FeCl3-dosering).

Aanpak

In dit project werd elektrocoagulatie onderzocht aan de hand van pilottesten, een levenscyclusanalyse (LCA) en een kostenanalyse (CAPEX en OPEX). De pilot in de fabriek van Dunea in Bergambacht testte batches van 1m3 oppervlaktewater en spoelwater van zandfilters. Hierbij zijn waterkwaliteitsparameters zoals pH, troebelheid, kleur, arseen, opgeloste vaste stoffen en fosfaten gecontroleerd. De investerings- en operationele kosten werden berekend met behulp van workshops met experts en kostenberekeningsprogramma’s. In de LCA, die volgens de ISO 14040/44-normen is uitgevoerd, werden elektrocoagulatie en conventionele ijzerchloride-coagulatie vergeleken met behulp van SimaPro-software en Ecoinvent-data. Hierbij lag de nadruk op ecopunten en CO2-emissies, zodat de potentie van elektrocoagulatie kon worden beoordeeld.

Resultaten en conclusie

Elektrocoagulatie (EC) biedt een vergelijkbaar verwijderingsrendement als conventionele coagulatie, maar vereist hogere ijzerdoseringen. Voor spoelwater van zandfilters behaalde EC een verwijdering van 80% arseen, 75% opgeloste vaste deeltjes, 86% fosfor, 43% organische koolstof, 56% troebelheid en 48% kleur, met een verdere verbetering na bezinking. De investeringskosten en operationele kosten zijn echter aanzienlijk hoger, voornamelijk door het elektriciteitsverbruik (vanwege de hogere ijzerdosering).

Milieubeoordelingen lieten gemengde effecten zien: conventionele coagulatie heeft een hoger gebruik van hulpbronnen, verzuring en eutrofiëring vanwege de chemische input, terwijl elektrocoagulatie een grotere impact heeft op het klimaat vanwege het hoge elektriciteitsverbruik met de reactorconfiguratie van de pilot. Overschakelen op hernieuwbare energie zou de milieueffecten van elektrocoagulatie met 64-80% kunnen verminderen, en het optimaliseren van de ijzerdosering zou de energiebehoefte nog verder kunnen verlagen. Gevoeligheidsanalyses suggereren dat de economische en milieuprestaties van elektrocoagulatie sterk afhankelijk zijn van de energie-efficiëntie en -bron. Naar verwachting zijn aanzienlijke verbeteringen mogelijk wanneer gerichte optimalisaties worden doorgevoerd.

Toepasbaarheid en relevantie

Met elektrocoagulatie wordt een vergelijkbaar verwijderingsrendement bereikt als met conventionele coagulatie, maar er zijn hogere ijzerdoseringen nodig. Daardoor nemen de kosten en de energiebehoefte toe. Kritische factoren zijn onder andere de energie-efficiëntie (kg Fe/KWh), het ontwerp van de elektrodesamenstelling en de energieprijzen. Voor drinkwaterzuivering is het optimaliseren van elektrocoagulatie om de ijzerdoseringen van conventionele coagulatie te evenaren en het aanpakken van problemen met lage watergeleidbaarheid essentieel voor de levensvatbaarheid.

Partners en samenwerking

Het project ‘Toepassing van elektrocoagulatie op water met lage geleidbaarheid’ is ontwikkeld met de volgende partners: Brabant Water, De Watergroep, Dunea, QStone Capital en KWR.