Geïntegreerde behandeling van industrieel afvalwater met niet-ionogene surfactanten: proces optimalisatie, materiaalselectie en levenscyclusanalyse

Hormoonverstorende polluenten worden meer en meer erkend als een ernstige bedreiging voor aquatische (micro-)organismen en voor de volksgezondheid. Niet-ionogene surfactanten, zoals alkylfenol ethoxylaten (APEOs), hebben hormoonverstorende eigenschappen. Nonyl- en octlyfenol ethoxylaten zijn de meest gebruikte niet-ionogene surfactanten en worden gebruikt als wasmiddel in de textielindustrie. Tot op heden worden dergelijke niet-ionogene surfactanten nog steeds geproduceerd en getransporteerd in bulk. Hierdoor worden deze stoffen teruggevonden als restlading in transporttanks. Tijdens het reinigen van deze transporttanks bij een tankreinigingsbedrijf, komt deze restlading vrij in het spoelwater. Het geproduceerde afvalwater wordt samen met de APEOs ter plaatse gezuiverd door de on-site afvalwaterzuiveringsinstallatie. Echter, de aanwezigheid van de hormoonverstorende eigenschappen blijft door de vorming van biologische degradatieproducten.

Alkylfenolen zijn biologische degradatieproducten, afkomstig van alkylfenol ethoxylaten (APEO's). Intensief onderzoek is reeds verricht omtrent de verwijdering van APEOs maar onderzoek naar verdere afbraak van alkylfenol is schaars. Alkylfenolen zoals nonyl- en octylfenol kunnen interfereren met het hormonaal systeem van zowel aquatische (micro-)organismen en zelfs het menselijk hormonaal systeem. Onderzoek naar de verdere degradatie van alkylfenol is hierdoor noodzakelijk. De meest frequent aangetroffen alkylfenol is nonylfenol (NP).

Geavanceerde oxidatieprocessen (AOP) zijn zeer effectief voor de verwijdering van verschillende klassen van verontreinigende stoffen. De verschillende AOPs hebben een gemeenschappelijk doel, namelijk de oxidatie van organische stoffen door OH-radicalen (OH*). Er zijn verschillende soorten AOP's ontwikkeld (bijvoorbeeld op basis van ozon en waterstofperoxide), welke verschillen in het productieprincipe van de OH*. Hun gebruik voor de afbraak van detergenten is reeds in wetenschappelijke literatuur vermeld.

De implementatie van AOPs als zowel na- en voorbehandelingstechniek voor de verwijdering van NP werd onderzocht. Pilootschaal experimenten werden uitgevoerd om de NP verwijdering te evalueren via een gecombineerde biologische-ozoninstallatie. Tijdens de ozonatieperiode bedroeg de gemiddelde NP-concentratie van het geozoneerde afvalwater 0.27 µg/L terwijl het effluent dat werd verkregen na een louter biologische behandeling een gemiddelde NP concentratie van 1.89 µg/L bereikte, wat resulteert in een verbeterd gemiddeld verwijderingsrendement van 32%.

Uitzonderlijk hoge corrosiebestendige materialen worden in het algemeen aanbevolen voor AOP-installaties, vooral in de aanwezigheid van hoge gehaltes aan chlorides (bijv. super duplex of 6Mo roestvast staal, legeringen op basis van nikkel, enz.) Deze legeringen zijn echter zeer duur terwijl de toepasbaarheid van goedkopere (lean) duplex roestvast staalsoorten onder bepaalde omstandigheden kunnen worden overwogen. Elektrochemische en immersie experimenten werden in dit werk uitgevoerd om de corrosie van lean duplex roestvast staal te evalueren en de grenzen van hun gebruik in verschillende AOP-milieus te bepalen. Uit de corrosie-experimenten blijkt dat ozonatie bij de geteste ozonniveaus niet leidt tot een grotere gevoeligheid voor putcorrosie bij de geteste legeringen. Terwijl de toevoeging van Fenton reagentia wel leidt tot putcorrosie van de onderzochte lean duplexlegeringen. Verder tonen de immersie experimenten aan dat spleetcorrosie een problematiek is in afvalwater behandeld met zowel ozon als Fenton reagentia. Voor gelaste monsters werd bevestigd dat hogere putdieptes werden waargenomen in het met Fenton behandelde water dan in het ozon milieu.

Het onderhoud van leidingsystemen (WWTPs) en het effect daarvan op de milieu-impact en levenscycluskost (LCC) voor zowel austenitische als duplex roestvast staallegeringen werd geëvalueerd. Een gebruiksvriendelijke tool werd ontwikkeld die in de industrie kan worden gebruikt voor een geschikte materiaalkeuze voor pijpleidingen in WWTPs. De resultaten tonen aan dat de duplex legering EN 1.4462 een lagere milieu-impact heeft dan de austenitische legering EN 1.4404 na de totale levensduur van de waterzuiveringsstation door meerdere vervangingen van pijpleidingen in afvalwater met hoge chloride concentraties (> 3000 ppm).