O zo zacht

Gisteren nam het waterleidingbedrijf van Noord-Holland, pwn, een nieuwe fabriek in gebruik. Water wordt via membranen onthard en ontzout. Dat de fabriek er staat is puur toeval. Een reconstructie.

OORSPRONKELIJK WAS het helemaal niet de bedoeling om een membraanfabriek te bouwen. Sterker nog, tien jaar geleden werden de proeven met membraanzuivering stopgezet. ``Het was indertijd teveel een oplossing op zoek naar een probleem'', zegt ir. Peer Kamp, hoofd productie van het PWN, het waterleidingbedrijf van Noord-Holland dat gisteren zijn nieuwe `membraanfabriek' in gebruik nam. Alles veranderde toen Nederland weigerde om het Rijnzoutverdrag te ondertekenen – de reden waarom die moderne installatie er nu staat. In het Rijnzoutverdrag was voorzien dat Nederland zou meebetalen aan het opslaan van het zoutafval afkomstig uit de Franse kalimijnen. Daardoor zou het zoutgehalte in de Rijn en daarmee ook het IJsselmeer worden verlaagd.

Het PWN is een grootverbruiker van Rijn- en IJsselmeerwater. Het wordt ingenomen in Andijk, voorgezuiverd en vervolgens met een speciale leiding van de Watertransportmaatschappij Rijn-Kennemerland (WRK) naar de duinen getransporteerd. Daar wordt het geïnfiltreerd en vervolgens weer opgepompt. Kamp: ``We waren indertijd juist bezig met het ontharden van water, dat wil zeggen het verwijderen van calcium- en magnesiumionen. Dat deden we met behulp van natronloog. Omdat het zoutgehalte in de Rijn en daarmee in het IJsselmeerwater voorlopig niet leek af te nemen hadden we een probleem. Met onze onthardingsmethode zou de natriumnorm worden overschreden. Die is vooral van belang voor mensen die een zoutloos dieet hebben.''

Ongeveer tegelijkertijd diende zich een tweede probleem aan: bentazon. Dit pesticide bleek voor te komen in het drinkwater in concentraties die boven de norm van 0,1 microgram per liter lagen. De gehaltes waren niet zo hoog dat er risico bestond voor de volksgezondheid, maar aldus Kamp, ``pesticiden horen nu eenmaal niet in drinkwater.'' Omdat ook de capaciteit moest worden uitgebreid, besloot het PWN tot een hele nieuwe opzet van de drinkwatervoorziening. Er moest een nieuwe productielokatie komen, waar de grondstof niet alleen zou worden gezuiverd van pesticiden, maar ook van zouten. Het ontzoute water zou vervolgens worden gemengd met conventioneel gezuiverd water tot de gewenste hardheid.

omgekeerde osmose

In de nieuwe opzet kwam ook membraanfiltratie weer in beeld, meer in het bijzonder hyperfiltratie, ook wel omgekeerde osmose genoemd. Bij hyperfiltratie maak je gebruik van membranen waarvan de poriën niet groter zijn dan 1 nanometer (een nanometer is een miljoenste millimeter). Noch zouten, noch pesticiden kunnen daar doorheen. Het is een bekende techniek, onder meer om zeewater in zoet water om te zetten. In de Verenigde Staten wordt omgekeerde osmose veel gebruikt voor het zuiveren van brak grondwater. Het PWN koos in eerste instantie voor een opzet waarbij het WRK-water door een extra zandfilter werd geleid en vervolgens door een membraan van cellulose-acetaat. Om te voorkomen dat micro-organismen in het drinkwater terechtkomen door lekken in het membraan, werd het water vervolgens behandeld met ozon en waterstofperoxide en over een actief koolfilter geleid.

Terwijl de ingenieursbureaus al werden uitgenodigd om offerte te doen voor het ontwerp van deze vijftraps-installatie, deden zich twee problemen voor. Het ene had te maken met het membraan. Praktijkproeven lieten zien dat het na verloop van tijd dichtslibt door vervuiling. Dat ging veel sneller dan verwacht. Bovendien was de vervuiling lastig te verwijderen. Het tweede probleem was ernstiger van aard. Het eindproduct bleek teveel bromaat te bevatten. Bromaat ontstaat doordat bromide, dat van nature in kleine hoeveelheden in het water zit, reageert met ozon. Kamp: ``In die tijd werd duidelijk dat bromaat mogelijk kankerverwekkend was. Om aan de veilige kant te blijven zou drinkwater niet meer dan 10 microgram per liter mogen bevatten. Met onze vijftraps-installatie zaten we op 40 microgram. Cellulose-acetaat houdt namelijk niet alle bromiden tegen. Daarmee zaten we dus ruimschoots boven de aanbevolen limiet.''

Goede raad leek duur. Tot Kamp zich herinnerde dat hij in de Verenigde Staten een combinatie had gezien van omgekeerde osmose met micro-filtratie als voorzuivering. Bij micro- en de nog iets fijnere ultrafiltratie zijn de poriën van het membraan circa 100 nanometer in doorsnede. Een dergelijk membraan kan aardig wat potentiële vervuiling wegvangen. Zoveel dat je zelfs kunt overwegen om bij omgekeerde osmose niet de conventionele membranen van cellulose-acetaat te gebruiken, maar de allernieuwste Thin Film Composites. Het voordeel van die laatste is dat je veel minder druk en dus minder energie nodig hebt om het water door het membraan te persen. Bovendien ontzouten ze beter.

De combinatie van ultrafiltratie met omgekeerde osmose maakte de rest van de zuiveringsstappen overbodig. Er moesten alleen nog twee problemen worden opgelost. Het eerste was dat ultrafiltratie nog nauwelijks marktrijp was en in ieder geval nog nooit op zo'n grote schaal was toegepast. De totale capaciteit zou 3000 kubieke meter per uur moeten bedragen. De leveranciers hadden nog nooit de grote units gebouwd die nodig zijn om zo'n capaciteit te realiseren, maar ze namen de uitdaging aan. Uiteindelijk kwam het Nederlandse bedrijf X-Flow uit Almelo als beste uit de bus. Samen met PWN ontwikkelde het bedrijf een nieuw membraan-element, waarvoor inmiddels een octrooi is verleend.

Het tweede probleem werd veroorzaakt door het achterwege laten van de conventionele desinfectie met chloor en/of ozon. In principe houdt een intact membraan alle micro-organismen tegenhouden, maar de vraag is hoe je kunt garanderen, dat er geen ziekteverwekkers door de mazen, of beter door lekken in de membranen heen glippen. Daarbij gaat het vooral om virussen en de cysten Giardia en Cryptosporidium. Waar je van bacteriën meestal een aardige hoeveelheid binnen moet krijgen om ziek te worden, zijn van deze parasieten enkele exemplaren genoeg. Berucht is de uitbraak van cryptosporidiose in de Amerikaanse stad Milwaukee, als gevolg waarvan 400.000 mensen ziek werden en enkele tientallen mensen overleden.

lekkage

Om zonder conventionele desinfectie toch te kunnen garanderen dat er geen virussen, Giardia of Cryptosporidium in het drinkwater zitten, moet je, aldus Kamp ``onomstotelijk aantonen dat er geen lek in je membraan zit.'' Dat begint al bij de aanschaf van de membranen. Zo gauw ze worden geleverd, worden ze vacuüm gezogen en vervolgens wordt gekeken hoe snel dat vacuüm verdwijnt. Gebeurt dat sneller dan 10 kilopascal per minuut, dan is er bij de productie waarschijnlijk al een lek ontstaan. Ook tijdens gebruik kan lekkage optreden. Om dat te controleren wordt bij de ultrafiltratie continu het aantal deeltjes geteld voor en na de passage door het membraan. Verandert die verhouding, dan is er ergens lekkage en wordt de betreffende unit uit productie genomen. In geval van de omgekeerde osmose wordt sulfaat gebruikt als parameter. Sulfaten worden voor 99,9% tegengehouden; neemt het gehalte toe, dan is dat een aanwijzing voor lekkage.

Inmiddels draait de membraanfabriek op volle toeren. Het gedemineraliseerde water gaat naar de productiebedrijven van het PWN in Bergen en in Wijk aan Zee waar het wordt gemengd met conventioneel gezuiverd water tot 8,5 graad Duitse Hardheid en vervolgens als zacht water wordt gedistribueerd onder huishoudens en bedrijven. Het concentraat, dat overblijft – ongeveer een vijfde van de totale hoeveelheid – wordt via het zoutwaterriool van Hoogovens geloosd op zee. Milieuhygiënisch is dat geen probleem; die is immers al zout van zichzelf. Al met al is het PWN behoorlijk trots op de membraaninstallatie in de Noord-Hollandse duinen. Door als opdrachtgever het technische vernuft van de toeleveranciers uit te dagen is een installatie ontworpen en gebouwd die uniek is in de wereld. Voorlopig althans, want inmiddels worden elders in de wereld plannen gemaakt voor nog grotere installaties.

    • Joost van Kasteren