Een gedetailleerde handleiding voor 9 veelvoorkomende waterzuiveringsmethoden: kent u ze allemaal?

Veelgebruikte waterzuiveringsmethoden zijn onder andere: sedimentfiltratie, waterontharding, adsorptie met actieve kool en deionisatie. Omgekeerde osmoseUltrafiltratie, destillatie, ultraviolette (UV) desinfectie en biochemische behandeling.

1. Sedimentfiltratie

Het doel van sedimentfiltratie is het verwijderen van zwevende deeltjes of colloïdale stoffen uit de waterbron. Als deze deeltjes niet worden verwijderd, kunnen ze de delicate filtermembranen beschadigen die in latere waterzuiveringsstappen worden gebruikt (zoals die voor dialysewater) of zelfs verstoppingen in de waterleidingen veroorzaken. Dit is een oude en eenvoudige methode voor waterzuivering; daarom wordt deze stap vaak als voorbehandeling in waterzuiveringsprocessen toegepast. Bovendien kunnen, indien nodig, extra filters in het leidingsysteem worden geïnstalleerd om grotere onzuiverheden te verwijderen. Er wordt een breed scala aan filters gebruikt om zwevende deeltjes te filteren, waaronder gaasfilters, korrelfilters (zoals kwartszand) en MembraanfilterAlle deeltjes die groter zijn dan de poriegrootte van het filter worden effectief opgevangen en verwijderd. Deze methode kan echter geen in het water opgeloste ionen verwijderen.

2. Waterontharding

Het verzachten van hard water vereist het gebruik van de ionenwisselingsmethode. Het doel hiervan is om kationenwisselingsharsen te gebruiken om natriumionen uit te wisselen voor de calcium- en magnesiumionen die in hard water aanwezig zijn, waardoor de concentratie van calcium- en magnesiumionen in de waterbron wordt verlaagd.

3. Geactiveerde koolstof

Geactiveerde koolstof wordt geproduceerd door droge destillatie en carbonisatie bij hoge temperaturen van diverse materialen, zoals hout, houtsnippers, fruitpitten, kokosnootschalen, steenkool of aardolieresiduen. Na de productie moet het materiaal een activeringsproces ondergaan met hete lucht of stoom. De primaire functie is het verwijderen van chloor, chlooraminen en andere opgeloste organische stoffen met een molecuulgewicht van 60 tot 1000 Dalton. Het oppervlak van geactiveerde koolstof is korrelig, terwijl de interne structuur zeer poreus is; deze poriën bevatten talloze capillairen met een grootte van ongeveer 10 nm tot 1 Å. Een enkele gram geactiveerde koolstof heeft een intern oppervlak van maar liefst 700 tot 1400 m²; het adsorptieproces vindt plaats binnen de interne oppervlakken van deze capillairen, evenals op de externe oppervlakken van de korrels.

4. Deionisatie

Het doel van deionisatie is het verwijderen van anorganische ionen die in het water zijn opgelost. Net als bij waterontharding werkt deze methode op basis van ionenwisselingsharsen. Bij dit proces worden twee soorten harsen gebruikt: kationenwisselingshars en anionenwisselingshars. De kationenwisselingshars gebruikt waterstofionen (H+) om kationen te vervangen, terwijl de anionenwisselingshars hydroxide-ionen (OH-) gebruikt om anionen te vervangen; de waterstofionen en hydroxide-ionen combineren vervolgens tot neutraal water.

5. Omgekeerde osmose
Omgekeerde osmose is een effectieve methode voor het verwijderen van opgeloste anorganische stoffen, organische stoffen, bacteriën, pyrogenen en andere deeltjes uit water; het vormt een essentieel onderdeel van de behandeling van water dat voor dialyse wordt gebruikt. "Osmose" verwijst naar een proces waarbij twee oplossingen met verschillende concentraties worden gescheiden door een semipermeabel membraan. Als de opgeloste stof niet door het membraan kan, zullen watermoleculen migreren van de kant met de lagere concentratie naar de kant met de hogere concentratie totdat de concentraties aan beide zijden gelijk zijn. Voordat dit evenwicht is bereikt, kan geleidelijk druk worden uitgeoefend op de kant met de hogere concentratie om de bovengenoemde beweging van watermoleculen tijdelijk te stoppen; de druk die hiervoor nodig is, wordt "osmotische druk" genoemd. Als de uitgeoefende druk de osmotische druk overschrijdt, zal de beweging van watermoleculen omkeren – ze stromen van de kant met de hogere concentratie naar de kant met de lagere concentratie – een fenomeen dat bekend staat als "omgekeerde osmose".

6. Ultrafiltratie
Ultrafiltratie is vergelijkbaar met omgekeerde osmose doordat het ook gebruikmaakt van een semipermeabel membraan. Het kan echter de verwijdering van ionen niet nauwkeurig regelen, omdat de poriegrootte van het membraan relatief groot is, doorgaans tussen de 10 en 200 Å. Het is alleen in staat bacteriën, virussen, pyrogenen en deeltjes te verwijderen, maar kan geen wateroplosbare ionen filteren. De primaire functie van ultrafiltratie is als voorbehandeling voor omgekeerde osmose, waardoor bacteriële besmetting van het omgekeerde osmosemembraan wordt voorkomen. Het kan ook worden gebruikt als nabehandeling in waterzuiveringssystemen om te voorkomen dat het water stroomopwaarts besmet raakt met bacteriën in de leidingen. De effectiviteit van het ultrafiltratiemembraan wordt doorgaans gecontroleerd door het drukverschil tussen de inlaat en de uitlaat te meten. Net als bij actieve koolfilters wordt het membraan periodiek gereinigd door middel van terugspoelen om opgehoopte onzuiverheden te verwijderen.

7. Destillatie
Destillatie is een eeuwenoude, maar effectieve methode voor waterzuivering. Het is in staat alle niet-vluchtige onzuiverheden te verwijderen; vluchtige verontreinigingen kunnen echter niet worden geëlimineerd. Het proces vereist grote opslagtanks voor het gezuiverde water; ironisch genoeg vormen deze opslagtanks en de bijbehorende leidingen vaak een belangrijke bron van herverontreiniging. Daarom wordt deze methode over het algemeen niet gebruikt voor de zuivering van water dat wordt gebruikt bij hemodialyse.

8. Ultraviolet (UV) desinfectie
UV-desinfectie is een van de meest gebruikte methoden voor waterzuivering. In tegenstelling tot sommige andere technieken produceert UV-desinfectie geen secundaire verontreinigingen en wordt het beschouwd als een desinfectietechnologie van de volgende generatie. UV-desinfectie onderscheidt zich door zijn brede werkingsspectrum, lage operationele kosten, lange levensduur, hoge verwerkingscapaciteit en milieuvriendelijke karakter, en is daardoor geleidelijk uitgegroeid tot een gangbare desinfectiemethode in ontwikkelde westerse landen. Het sterilisatiemechanisme berust op het verstoren van de nucleïnezuren – het genetische materiaal dat essentieel is voor het leven – in bacteriën, waardoor ze zich niet meer kunnen voortplanten. Een belangrijke reactie in dit proces is de dimerisatie van pyrimidinebasen in de nucleïnezuurmoleculen. Dit wordt doorgaans bereikt door gebruik te maken van ultraviolette (UV) energie met een specifieke golflengte van 253,7 nm, kunstmatig opgewekt door lagedrukkwikontladingslampen (kiemdodende lampen). Het werkingsprincipe van UV-kiemdodende lampen is identiek aan dat van fluorescentielampen. In tegenstelling tot fluorescentielampen is de binnenkant van de buis echter niet bekleed met een fluorescerende fosforlaag, en de buis zelf is gemaakt van kwartsglas, dat een hoge doorlaatbaarheid heeft voor ultraviolette straling. Over het algemeen worden UV-sterilisatieapparaten op basis van hun toepassing in drie typen ingedeeld: bestralingssystemen, onderdompelingssystemen en doorstroomsystemen.

9. Biochemische methoden
Biochemische waterzuiveringsmethoden maken gebruik van diverse van nature voorkomende bacteriën en micro-organismen om organisch materiaal in afvalwater af te breken en om te zetten in onschadelijke stoffen, waardoor het effluent wordt gezuiverd. Deze biochemische zuiveringsmethoden kunnen grofweg worden ingedeeld in het actiefslibproces, biofilmprocessen, biologische oxidatietorens, bodemzuiveringssystemen en anaerobe biologische waterzuiveringsmethoden.
Het typische procesverloop voor biochemische waterzuivering is als volgt: Ruw water → Roosters → Egalisatietank → Contactoxidatietank → Bezinkingstank → Filtratie → Desinfectie → Behandeld effluent.