Removal of organic micropollutants from municipal wastewater by combining ozone and activated carbon : towards spectral surrogate monitoring and dosing optimization

Organische micropolluenten (μP’s) — zoals geneesmiddelen, verzorgingsproducten, PFAS en pesticiden — worden steeds vaker aangetroffen in rivieren en meren. Zelfs in zeer lage concentraties kunnen ze schadelijk zijn voor mens en milieu. Afvalwaterzuiveringsinstallaties (RWZI’s) spelen een belangrijke rol in de verspreiding van μP’s, omdat klassieke biologische zuivering deze stoffen maar beperkt verwijdert. Daardoor groeit wereldwijd de aandacht voor maatregelen om μP’s te verminderen, zowel aan de bron als aan het einde van het zuiveringsproces. Europa heeft al decennialang ervaring met geavanceerde technieken om μP’s te verwijderen. Vooral Duitsland, Zwitserland en Nederland hebben effectieve strategieën ontwikkeld, zoals het prioriteren van RWZI’s voor upgrades en het grootschalig toepassen van ozonisatie en actieve kool (AC). Deze kennis is waardevol voor andere landen, maar wordt internationaal nog onvoldoende benut. Daarom bespreekt dit onderzoek de Europese aanpak en verkent het hoe zulke methoden kunnen worden toegepast in bijvoorbeeld China, waar demonstratiezones worden aanbevolen. In dit doctoraat wordt verder een nieuwe geïntegreerde methode ontwikkeld om ozonisatie (O3) en adsorptie met poedervormige actieve kool (PAC) te monitoren en te optimaliseren. Met behulp van spectrale metingen (UVA254 en fluorescentie) werd aangetoond hoe deze technieken samen efficiënt μP’s uit RWZI-effluent kunnen verwijderen. Voor zes representatieve μP’s, waaronder het moeilijk afbreekbare atrazine, is onderzocht welke doseringen O3 en PAC nodig zijn om minstens 80% verwijdering te bereiken. Een combinatie van ongeveer 0,5 mg O3/mg DOC en 1,4 mg PAC/mg DOC bleek optimaal, mede dankzij een nieuwe online sturingsstrategie. Daarnaast werd onderzocht welke volgorde van O3- en PAC-dosering het meest effectief is in een RWZI-context. Ozonisatie vóór of gelijktijdig met PAC verbeterde de verwijdering met 5–10% en verkortte de benodigde contacttijd aanzienlijk. Dit komt doordat ozon eerst de organische stof verandert, waardoor PAC later efficiënter kan adsorberen. Ook werden acht soorten PAC met verschillende eigenschappen getest om beter te begrijpen welke factoren de verwijdering van μP’s bepalen. Vooral het volume aan mesoporiën en het specifieke oppervlak bleken cruciaal voor snelle adsorptie. Actieve kool katalyseerde de ozonreacties in echt afvalwater echter nauwelijks, waarschijnlijk door afscherming en massatransferbeperkingen. Tot slot bespreekt het proefschrift hoe de opgedane kennis hiaten in internationale kennisdeling kan opvullen en welke technologische uitdagingen nog moeten worden aangepakt. Het werk biedt daarmee handvatten voor landen die geavanceerde zuiveringstechnieken willen implementeren om μP’s beter te beheersen.