Environmental Management

# Classificatie en karakterisering van luchtvervuiling Dit onderwerp behandelt de indeling van luchtvervuilende stoffen op basis van hun chemische samenstelling, oorsprong en aggregatietoestand, alsook de wiskundige beschrijving van de karakterisering van partikels. ### 1.1 Definitie van luchtvervuiling Luchtvervuiling treedt op wanneer concentraties van bepaalde stoffen in de atmosfeer een niveau bereiken dat significant hoger is dan de normale achtergrondspiegel en een waarneembaar effect veroorzaakt op mens, dier, planten of materialen. Deze vervuilende stoffen kunnen van natuurlijke oorsprong zijn of door de mens zijn geproduceerd, en manifesteren zich als gassen, vloeistofdruppels of vaste deeltjes. Hoewel emissies niet volledig geëlimineerd kunnen worden, streeft men naar een reductie van vervuiling tot een niveau zonder noemenswaardige schadelijke effecten. Emissies ontstaan uit bronnen zoals transport, energieopwekking, afvalverbranding, verwarming en industriële processen. De atmosfeer fungeert als een medium voor transport, verdunning en chemische omzetting van deze stoffen. Broncontroles zijn essentieel voor de bestrijding van luchtvervuiling door het voorkomen van emissies [6](#page=6) [7](#page=7). ### 1.2 Classificatie van luchtvervuilende stoffen Luchtvervuilende stoffen kunnen op verschillende manieren worden geclassificeerd. #### 1.2.1 Naar chemische samenstelling Een beperkte groep chemische verbindingen vormt de hoofdmoot van luchtverontreiniging [7](#page=7): * **S-houdende verbindingen:** Belangrijke zwavelverbindingen zijn COS, CS₂, (CH₃)₂S, H₂S, SO₂ en sulfaten. Bronnen omvatten biologische afbraak, verbranding van fossiele brandstoffen en zeenevel. COS is de meest voorkomende biogene component in de troposfeer [7](#page=7). * **N-houdende verbindingen:** De belangrijkste zijn N₂O, NO, NO₂, NH₃ en zouten van NO₃⁻, NO₂⁻, en NH₄⁺. N₂O (lachgas) is chemisch inert en wordt beschouwd als niet-vervuilend. NO en NO₂, samen NOx genoemd, zijn belangrijke vervuilende stoffen, waarbij NO₂ ontstaat uit de oxidatie van NO. Andere stikstofoxiden (N₂O₃, N₂O₄, N₂O₅, NO₃) komen in zeer lage concentraties voor. Nitraten en ammoniumzouten ontstaan uit de omzetting van NO, NO₂ en NH₃. De verblijftijd van gasvormig NOx en HNO₃ in de troposfeer is kort (1-4 dagen), wat duidt op voornamelijk lokale schadelijke effecten. NH₃ is een basisch gas, met bronnen zoals dierlijk afval, ammonificatie van humus en meststoffen [7](#page=7) [8](#page=8). * **C-houdende verbindingen:** Dit omvat alkanen, alkenen, alkadiënen, alkynen, aromaten, aldehyden en ketonen [8](#page=8). * **Halogeen verbindingen:** Deze zijn van belang vanwege hun rol bij atmosferische fenomenen zoals het effect van CFK's op de ozonlaag en HCl bij zure regen. Natuurlijke halogeenverbindingen zijn voornamelijk afkomstig uit oceanen en omvatten CH₃Cl, CH₃Br en CH₃I [8](#page=8). #### 1.2.2 Naar oorsprong Vervuilende stoffen worden ingedeeld als: * **Primaire vervuilende stoffen:** Direct door de bron uitgestoten stoffen. Voorbeelden zijn SO₂ en deeltjes uit schoorstenen [8](#page=8) [9](#page=9). * **Secundaire vervuilende stoffen:** Gevormd in de atmosfeer door chemische reacties. Voorbeelden zijn ozon en fotochemische aerosolen die ontstaan uit de reactie van zonlicht op een atmosfeer met organische gassen en stikstofoxiden [8](#page=8) [9](#page=9). #### 1.2.3 Naar aggregatietoestand Luchtvervuilende stoffen worden ingedeeld in vast, vloeibaar en gasvormig. Partikels zijn alle materie (uitgezonderd zuiver water) in vloeibare of vaste vorm, met microscopische of sub-microscopische afmetingen groter dan moleculaire afmeting (0,2 nm). Fijn stof heeft afmetingen < 2,5 µm, terwijl grof stof > 2,5 µm is. Aerosolen variëren van enkele nanometer tot honderden micrometer. Aerosolen kunnen ook primair (direct uitgestoten) of secundair (in de atmosfeer gevormd) zijn. De oorsprong en afmetingen van partikels zijn samengevat in Tabel 1-1. Partikels worden voornamelijk door gravitatie uit de atmosfeer verwijderd; kleinere deeltjes kunnen eerst coaguleren, terwijl neerslag grotere deeltjes kan verwijderen [9](#page=9). ### 1.3 Bronnen van verontreiniging #### 1.3.1 Verbranding van koolwaterstof-brandstof Volledige verbranding van koolwaterstof-brandstoffen produceert CO₂ en H₂O. Onvolledige verbranding leidt tot de uitstoot van onvolledige koolwaterstoffen en CO. Hoge verbrandingstemperaturen en een brandstofrijke lucht/brandstofverhouding bevorderen de vorming van CO [10](#page=10). #### 1.3.2 Vorming van stikstofoxides Hoge temperaturen en grote zuurstofbeschikbaarheid bevorderen de vorming van thermische stikstofoxides (NOx). Daarnaast worden stikstofverbindingen in de brandstof zelf omgezet tot NOx (brandstof-NOx), wat minder temperatuurafhankelijk is dan thermische NOx-vorming [10](#page=10). #### 1.3.3 Vorming van SO₂ Thermale centrales zijn de grootste bron van SO₂-emissies, voornamelijk door de verbranding van zwavelrijke brandstoffen zoals steenkool en aardolie. In de non-ferro metallurgie ontstaat SO₂ bij het roosteren van sulfideren ertsen [10](#page=10). #### 1.3.4 Vorming van stofdeeltjes Stofdeeltjes worden in grote mate gevormd tijdens de productie van staal, waarbij ijzererts met cokes wordt gereduceerd. De afvalgassen bevatten vaste deeltjes zoals Fe₂O₃, Al₂O₃, CaO en silicaten [10](#page=10). ### 1.4 Karakterisering van partikels De interpretatie van gegevens verkregen uit de analyse van deeltjesgroottespectra is cruciaal. #### 1.4.1 Elementaire begrippen van distributieleer * **Histogram:** Een visuele voorstelling van mogelijke waarden van een variabele, onderverdeeld in klassen. De hoogte van de staven (relatieve frequentie gedeeld door klassebreedte) zorgt ervoor dat de totale oppervlakte onder de trapjesfiguur gelijk is aan 1 [11](#page=11) [12](#page=12). * De ordinaat (ΔΦᵢ / (xᵢ - xᵢ₋₁)) stelt de fractie gedeeld door de klassebreedte voor [12](#page=12). * **Probabiliteitsdichtheidsfunctie (pdf) of differentiële distributiefunctie (p(x)):** Een vloeiende curve die de waarschijnlijkheid dat de variabele x een waarde aanneemt binnen een infinitesimaal interval (x, x+dx) voorstelt, wiskundig uitgedrukt als $p(x)dx$. De oppervlakte onder de pdf-curve tussen twee waarden geeft de waarschijnlijkheid dat de variabele binnen dat interval valt [12](#page=12) [13](#page=13). $$ P(x_1 < x < x_2) = \int_{x_1}^{x_2} p(x) dx $$ [13](#page=13). De totale oppervlakte onder de pdf curve is gelijk aan 1 [13](#page=13). * **Cumulatieve distributiefunctie (cdf of Φ(x)):** De waarschijnlijkheid dat de variabele een waarde aanneemt kleiner dan of gelijk aan x, gedefinieerd als $ \Phi(x) = \int_{-\infty}^{x} p(t) dt $. Dit is een monotoon stijgende functie van 0 tot 1 [13](#page=13). * De waarschijnlijkheid dat de variabele een waarde aanneemt tussen x₁ en x₂ is: $$ P(x_1 < x < x_2) = \Phi(x_2) - \Phi(x_1) $$ [14](#page=14). * De waarschijnlijkheid dat de variabele een waarde aanneemt groter dan x₁ is: $$ P(x > x_1) = 1 - \Phi(x_1) $$ [14](#page=14). #### 1.4.2 Locatieparameters Deze parameters duiden specifieke plaatsen in de distributie aan [14](#page=14). * **Modus:** De waarde waar de differentiële distributiecurve zijn maximum bereikt [15](#page=15). * **Mediaan:** De waarde die 50% van de waarnemingen niet overschrijdt en 50% wel; overeenkomend met Φ = 0.5 [15](#page=15). * **Gemiddelde of verwachte waarde (μ):** Een gewogen gemiddelde van alle mogelijke waarden, gewogen met de waarschijnlijkheidsdichtheid [15](#page=15). $$ \mu = \int_{-\infty}^{\infty} x p(x) dx $$ [15](#page=15). Bij symmetrische distributies vallen modus, mediaan en gemiddelde samen [15](#page=15). #### 1.4.3 Dispersieparameters Deze meten de spreiding van de waarschijnlijkheidsmassa rond een locatieparameter [15](#page=15). * **Variantie (σ²):** Het tweede centrale moment, dat de spreiding rond het gemiddelde aangeeft [15](#page=15). $$ \sigma^2 = \int_{-\infty}^{\infty} (x - \mu)^2 p(x) dx $$ [15](#page=15). Een grotere variantie duidt op een wijdere en vlakkere distributie [16](#page=16). * **Standaardafwijking (σ):** De vierkantswortel uit de variantie [16](#page=16). #### 1.4.4 Distributiewetten bij stofdeeltjeskarakteristieken * **Normale distributie:** Gekenmerkt door de volgende differentiële distributiewet: $$ p(x) = \frac{1}{\sigma\sqrt{2\pi}} \exp\left(-\frac{(x-\mu)^2}{2\sigma^2}\right) $$ [16](#page=16). Deze distributie is symmetrisch rond μ. Voor deeltjesdiameter (Dp) wordt dit: $$ p(D_p) = \frac{1}{\sigma_p\sqrt{2\pi}} \exp\left(-\frac{(D_p-\mu_p)^2}{2\sigma_p^2}\right) $$ [17](#page=17). Hoewel theoretisch, kan de normale distributie een accurate benadering zijn wanneer de kans op negatieve diameters verwaarloosbaar klein is [17](#page=17). * **Log-normale distributie:** De natuurlijke logaritme van de deeltjesdiameter (u = ln Dp) is normaal verdeeld. De differentiële distributiefunctie voor ln Dp is [17](#page=17): $$ p(\ln D_p) = \frac{1}{\theta\sqrt{2\pi}} \exp\left(-\frac{(\ln D_p - \tau)^2}{2\theta^2}\right) $$ [17](#page=17). Hierin zijn τ en θ² de verwachte waarde en variantie van ln Dp. Een ln-normaal verdeelde variabele kan alleen positieve waarden aannemen en vertoont een asymmetrische differentiële distributiefunctie met positieve scheefheid. Deze distributie is van groot belang omdat veel atmosferische aerosolen en industrieel geproduceerd stof eraan voldoen [17](#page=17) [18](#page=18). De wiskundige uitdrukking voor $p(D_p)$ voor een log-normaal verdeelde variabele wordt: $$ p(D_p) = \frac{1}{D_p \sigma_g \sqrt{2\pi}} \exp\left(-\frac{(\ln D_p - \ln D_{pg})^2}{2\sigma_g^2}\right) $$ [20](#page=20). Hierbij is $D_{pg}$ het geometrisch gemiddelde en $\sigma_g$ de geometrische standaardafwijking [20](#page=20). #### 1.4.5 Grafische voorstelling van een aërosol distributie Om het ln-normale karakter van de deeltjesgrootte te verifiëren, wordt de distributie getekend op ln-probabiliteitspapier, met ln Dp op de abscis en de gecumuleerde fractie (geschaald volgens de error-functie) op de ordinaat. Een rechte lijn moet worden verkregen indien de distributie ln-normaal is [20](#page=20) [21](#page=21). * **Geometrisch gemiddelde ($D_{pg}$):** De mediaan van de distributie, waarvoor Φ = 0.5 [21](#page=21). * **Geometrische standaardafwijking ($\sigma_g$):** Een maat voor de spreiding, gerelateerd aan de waarden bij Φ = 0.841 en Φ = 0.159 [21](#page=21). $$ \sigma_g = \frac{D_{p, 0.841}}{D_{p, 0.5}} = \frac{D_{p, 0.5}}{D_{p, 0.159}} $$ [21](#page=21). --- # Dispersie van vervuilende stoffen in de atmosfeer Dit hoofdstuk beschrijft de principes van verspreiding en verdunning van luchtvervuiling, voornamelijk afkomstig uit schoorstenen, in de atmosfeer. ### 3.1 Inleiding De bestrijding van luchtvervuiling door middel van dispersie en verdunning in de atmosfeer, met name bij lozing uit schoorstenen, wordt in dit hoofdstuk geïntroduceerd. Zowel horizontale luchtbewegingen, gedreven door wind als gevolg van drukverschillen, als verticale luchtbewegingen, veroorzaakt door verticale temperatuurgradiënten, spelen een cruciale rol in de verspreiding en verdunning van vervuilende stoffen in de onderste lagen van de atmosfeer (troposfeer) [23](#page=23). #### 3.1.1 Horizontale verplaatsing De horizontale verplaatsing van luchtmassa's wordt hier beperkt tot de micro-schaal, met karakteristieke afstanden variërend van millimeters tot kilometers. De onregelmatige beweging van lucht op deze schaal, bekend als turbulentie, wordt beïnvloed door terreinruwheid en temperatuurvariaties. Een gedetailleerde beschrijving hiervan vereist inzicht in turbulentie en turbulent transport van momentum [23](#page=23). #### 3.1.2 Verticale verplaatsing De variatie van windrichting en -snelheid met de hoogte boven het aardoppervlak verdeelt de atmosfeer in de nabijheid van de grond in drie lagen: de oppervlaktelaag (0-50 meter), de Ekmanlaag (tot 300-500 meter) en de vrije atmosfeer. De oppervlaktelaag en Ekmanlaag vormen samen de planeet-grenslaag. In de Ekmanlaag draait de windrichting in het noordelijk halfrond met de hoogte mee met de klok mee als gevolg van het Coriolis-effect, en neemt de windsnelheid toe. Dit fenomeen staat bekend als de Ekman-spiraal. De precieze distributie van wind hangt af van factoren zoals de verticale drukgradiënt en atmosferische stabiliteit [23](#page=23) [24](#page=24). Het temperatuurprofiel in de lagere atmosfeer bepaalt de verticale luchtbeweging, oftewel de atmosferische stabiliteit. Een hoge mate van stabiliteit onderdrukt turbulentie en menging, wat kan leiden tot ernstige luchtvervuilingsrampen zoals waargenomen in de Maasvallei Donora en Londen. Het uiteindelijke doel is het voorspellen van de concentratie van vervuilende stoffen op een willekeurige locatie windafwaarts van de bron met behulp van een mathematisch model [24](#page=24). ### 3.2 Verticale beweging #### 3.2.1 Stijgkracht Verticale beweging wordt gedreven door stijgkracht (buoyancy): een object stijgt in een medium als het een lagere dichtheid heeft dan het medium. Een luchtpakket dat opwarmt, expandeert volgens de ideale gaswet ($pV = nRT$). Aangezien het gewicht van het luchtpakket constant blijft, neemt de dichtheid ($\rho = G/V$) af bij toenemende temperatuur. De druk op het bodemniveau van het luchtpakket is hoger dan de druk op het bovenniveau, wat resulteert in een netto-opwaartse druk, oftewel stijgkracht [24](#page=24) [25](#page=25). Warme lucht stijgt, en de vrijgekomen ruimte wordt ingenomen door koudere lucht die daalt. De dichtheid van lucht neemt af met de hoogte, wat wordt beschreven door de hydrostatische voorwaarde ($\Delta p = -\rho g \Delta z$). Een stijgend luchtpakket ondervindt afnemende druk en moet uitzetten, waarbij het arbeid verricht op de omgeving en daardoor energie verliest, wat leidt tot temperatuurdaling. Deze temperatuurdaling is cruciaal voor de verticale luchtbeweging en de menging van vervuilende stoffen [25](#page=25) [26](#page=26). #### 3.2.2 Temperatuur-vervalsnelheid (lapse rate) ##### 3.2.2.1 Adiabatische vervalsnelheid van stijgende warme lucht Wanneer een luchtpakket verticaal beweegt zonder warmte-uitwisseling met de omgeving (adiabatisch proces), wordt de temperatuurverandering veroorzaakt door de arbeid die het verricht. De verticale temperatuurgradiënt of adiabatische vervalsnelheid wordt gegeven door [26](#page=26): $$ \frac{\Delta T}{\Delta z} = -\frac{g}{c_p} $$ (3.3) [26](#page=26). Voor droge lucht is dit ongeveer 10 graden Celsius per kilometer ($\Delta T/\Delta z \approx -10^\circ C/km$). Een adiabatisch stijgend luchtpakket koelt dus af met ongeveer 10 graden Celsius per kilometer, terwijl een dalend luchtpakket opwarmt met dezelfde snelheid [26](#page=26). Bij aanwezigheid van waterdamp in stijgende lucht, kan condensatie optreden bij het bereiken van het dauwpunt, waarbij condensatiewarmte vrijkomt. Dit resulteert in een kleinere temperatuurdaling dan bij droge lucht [26](#page=26). ##### 3.2.2.2 Temperatuur-vervalsnelheid van de omgevingslucht De omgevingslucht vertoont vaak een ander temperatuurprofiel dan de adiabatisch stijgende luchtbel. De werkelijke verandering van de omgevingstemperatuur met de hoogte kan sterk afwijken van de adiabatische verandering [27](#page=27). ##### 3.2.2.3 Vervalsnelheid en stabiliteit De vervalsnelheid van de omgevingstemperatuur is bepalend voor de verticale beweging van warme lucht [27](#page=27). * **Onstabiele atmosfeer (superadiabatisch):** Als de omgevingslucht sneller afkoelt dan de adiabatisch stijgende luchtbel ($\Delta T/\Delta z > -10^\circ C/km$), blijft de bel warmer en stijgt deze voortdurend. Dit leidt tot hevige verticale menging en minimaliseert grondniveauconcentraties van vervuilende stoffen. Intense zonnewarmte op de bodem bevordert deze toestand [28](#page=28). * **Stabiele atmosfeer (subadiabatisch):** Als de omgevingslucht minder snel afkoelt dan de adiabatisch stijgende luchtbel ($\Delta T/\Delta z < -10^\circ C/km$), neemt het temperatuurverschil tussen de bel en de omgeving af tot nul, waardoor de verticale beweging stopt. Dit beperkt de verticale menging en kan leiden tot hoge concentraties vervuilende stoffen op lage niveaus. Ernstige luchtvervuilingsrampen komen vaak voor onder dergelijke omstandigheden [28](#page=28). * **Neutrale atmosfeer:** De vervalsnelheid van de omgeving is gelijk aan de adiabatische vervalsnelheid ($\Delta T/\Delta z = -10^\circ C/km$). De pluimvorm is symmetrisch in verticale zin [29](#page=29) [30](#page=30). **Temperatuurinversie:** Een extreme vorm van stabiliteit treedt op wanneer de temperatuur met de hoogte toeneemt. In deze inversielagen is verticale luchtbeweging nagenoeg uitgesloten. De bovenste stratosfeer is een permanent inversiegebied. Inversielagen kunnen ook op lagere hoogten voorkomen, zoals boven steden gedurende de dag, waarbij ze fungeren als een deken die vervuilende stoffen in de menglaag houdt [29](#page=29). > **Tip:** Inversielagen zijn kritieke factoren voor het beheersen van luchtvervuiling, omdat ze de verdunning van vervuilende stoffen sterk beperken. ### 3.3 Effluent-dispersie Het verdunnen van vervuilende stoffen tot aanvaardbare concentraties is een manier om hinder te voorkomen. Het lozen van stoffen vanuit een hoge schoorsteen bevordert deze verdunning door menging met omgevingslucht. De dispersie wordt beïnvloed door atmosferische stabiliteit, windsnelheid en terreinkenmerken [31](#page=31). #### 3.3.1 Gedrag van rookpluimen ##### 3.3.1.1 Invloed van de vervalsnelheid Een rookpluim mengt horizontaal en verticaal met de omgevingslucht terwijl deze met de wind meedrijft. De verticale menging hangt af van de stabiliteit van de troposfeer, terwijl horizontale menging voornamelijk door windtransport wordt veroorzaakt [29](#page=29). * **Looping:** Bij sterke atmosferische instabiliteit kunnen hevige turbulenties de pluim naar de grond voeren, wat leidt tot hoge lokale grondniveauconcentraties en grillige pluimvormen [29](#page=29). * **Coning:** In een neutrale atmosfeer is de pluim symmetrisch in verticale zin rond de pluimlijn [30](#page=30). * **Fanning:** In een stabiele atmosfeer is er beperkte verticale beweging. De pluim waaiert horizontaal uit in een vlak parallel aan de bodem en neemt een waaierachtige vorm aan [30](#page=30). * **Lofting:** Wanneer de vervalsnelheid boven de schoorsteen groter is dan adiabatisch en eronder sprake is van inversie, leidt dit tot opwaartse menging maar geen neerwaartse. De pluim waaiert naar boven uit, wat gunstig is voor industriële lozingen omdat vervuilende stoffen naar hogere regionen worden gedispergeerd [30](#page=30). * **Fumigation:** Omgekeerd aan lofting, waarbij schoorsteeneffluent naar de grond wordt gemengd als gevolg van opstijgende warme lucht vanaf de grond die de koudere pluim bereikt. Dit creëert een potentieel ernstig pollutieprobleem met hoge grondniveauconcentraties. Dit fenomeen treedt vaak op in de ochtend na een koude nacht met een lokale inversielaag. Een hoge schoorsteen is essentieel om emissies boven de inversielaag te lozen en fumigatie te voorkomen [31](#page=31). > **Tip:** Het bouwen van hoge schoorstenen is een effectieve strategie om de impact van luchtvervuiling op de grond te verminderen, met name om fumigatie te vermijden. Theoretische modellen voor de dispersie van rookpluimen hebben beperkingen omdat ze uitgaan van uniforme vervalsnelheid, windsnelheid en turbulente kenmerken, en een vlak terrein zonder grote obstakels. De stijgkracht van een warme rookpluim is ook moeilijk theoretisch te beschrijven, waarbij empirische methoden vaak worden gebruikt [31](#page=31) [32](#page=32). ##### 3.3.1.2 Atmosferische menging Alle materie heeft de neiging te uniformiseren. Moleculaire diffusie is een mechanisme dat concentratie-uniformisering veroorzaakt, beschreven door de wet van Fick [32](#page=32): $$ q_x = -D \frac{\partial c}{\partial x} $$ (3.5) [32](#page=32). Hierbij is $q_x$ de flux, $D$ de diffusiecoëfficiënt en $\partial c/\partial x$ de concentratiegradiënt. Moleculaire diffusie is echter traag [32](#page=32). Turbulentie, veroorzaakt door hevige luchtbewegingen, is een veel belangrijker mechanisme voor transport van warmte, materie en impuls. Er is echter geen algemene theorie voor turbulente menging op grote hoogten. Daarom wordt turbulentie vaak benaderd met diffusiewetten die analoog zijn aan moleculaire diffusie, maar met empirisch bepaalde parameters. Turbulentie wordt gekenmerkt door het willekeurige karakter van de fluïdum-snelheid. De intensiteit van turbulentie neemt af met de hoogte en is meer isotroop boven 700-1500 meter [32](#page=32) [33](#page=33). ##### 3.3.1.3 Tijdsgemiddelden De concentratie van vervuilende stoffen op grondniveau, afkomstig van een puntbron zoals een schoorsteen, fluctueert door turbulentie. Momentane pluimbeelden en concentratieprofielen tonen grote variaties in de tijd en ruimte. Gemiddelde concentraties over langere perioden (bv. één uur) zijn lager en breder verspreid dan kortetermijnpieken. Gemiddelden over 3 minuten laten pieken zien die 2-3 keer groter zijn dan gemiddelden over 1 uur. De voorspelling van kortetermijnfluctuaties is onmogelijk, daarom worden lange duurgemiddelden gebruikt, waarbij atmosferische turbulentie wordt beschreven met diffusiewetten [33](#page=33) [34](#page=34). #### 3.3.2 Dispersie van een rookpluim uit een puntbron op grondniveau Een model voor de windafwaartse spreiding van een pluim uit een puntbron op de grond kan worden afgeleid met behulp van de diffusiewet van Fick en een effectieve diffusiviteit. Dit model beschrijft de gemiddelde vervuilende stofconcentratie op elke locatie windafwaarts en op elke hoogte. De diffusie wordt beschreven in drie richtingen: de gemiddelde windrichting (x), de laterale richting (y) en de verticale richting (z) [34](#page=34) [35](#page=35). De vergelijking voor het globale transport in stationaire toestand (constante emissie) is: $$ \frac{\partial c}{\partial t} = -u \frac{\partial c}{\partial x} + D_y \frac{\partial^2 c}{\partial y^2} + D_z \frac{\partial^2 c}{\partial z^2} $$ (3.12) [35](#page=35). In stationaire toestand ($\partial c/\partial t = 0$), wordt dit: $$ u \frac{\partial c}{\partial x} = D_y \frac{\partial^2 c}{\partial y^2} + D_z \frac{\partial^2 c}{\partial z^2} $$ (3.13) [35](#page=35). Onder aanname van constante diffusiviteiten ($D_y, D_z$) en windsnelheid ($u$), kan deze vergelijking geïntegreerd worden tot het bi-Gaussiaanse model voor de gemiddelde vervuilende stofconcentratie $c(x, y, z)$: $$ c(x, y, z) = \frac{Q}{\sigma_y \sigma_z \sqrt{2\pi}} \exp\left(-\frac{1}{2}\left(\frac{y^2}{\sigma_y^2} + \frac{z^2}{\sigma_z^2}\right)\right) $$ (3.14) [35](#page=35). met $\sigma_y^2 = 2 D_y x / u$ en $\sigma_z^2 = 2 D_z x / u$ [35](#page=35). Hierbij is $Q$ het uitstootdebiet, $u$ de gemiddelde windsnelheid, en $\sigma_y, \sigma_z$ de standaardafwijkingen van de concentratieverdeling in de y- en z-richting [36](#page=36). ##### 3.3.2.1 Vervullende stof-concentratie op een willekeurige plaats Het bi-Gaussiaanse model (3.14) heeft de volgende eigenschappen: 1. De concentratie verloopt als functie van de laterale afstand $y$ volgens een normale verdeling (Gauss) symmetrisch rond de pluimlijn ($y=0$) [36](#page=36). 2. De standaardafwijkingen $\sigma_y$ en $\sigma_z$ nemen parabolisch toe met de afstand $x$ (evenredig met $x^{1/2}$) [37](#page=37). 3. De varianties $\sigma_y^2$ en $\sigma_z^2$ zijn evenredig met de diffusiviteiten en de afstand $x$, en omgekeerd evenredig met de windsnelheid $u$ [37](#page=37). 4. De theorie is primair geldig voor gasvormige vervuilende stoffen; voor deeltjes die onderhevig zijn aan sedimentatie gelden andere regels, hoewel in sterk turbulente gebieden ook grotere deeltjes kunnen worden meegenomen [37](#page=37). Voor een verheven bron zoals een schoorsteen wordt de formule aangepast met een coördinaatstranslatie ($z = z - H$, waarbij $H$ de schoorsteenhoogte is) en rekening houdend met reflectie aan de grond. De algemene vergelijking wordt [38](#page=38): $$ c(x, y, z) = \frac{Q}{\sigma_y \sigma_z \sqrt{2\pi}} \left[ \exp\left(-\frac{1}{2}\left(\frac{y^2}{\sigma_y^2} + \frac{(z-H)^2}{\sigma_z^2}\right)\right) + \exp\left(-\frac{1}{2}\left(\frac{y^2}{\sigma_y^2} + \frac{(z+H)^2}{\sigma_z^2}\right)\right) \right $$ (3.17) [38](#page=38). Dit model beschrijft de bijdrage van de werkelijke bron en een spiegelbeeldbron aan de grond [38](#page=38). > **Tip:** Theoretische dispersiemodellen worden vaak vervangen door empirische versies waarbij diffusiviteitswaarden worden bepaald uit waarnemingen, vanwege de complexiteit van turbulente diffusie en lokale omstandigheden [39](#page=39). ##### 3.3.2.2 Maximale grondniveau-concentratie De maximale grondniveau-concentratie wordt bepaald door het oplossen van de vergelijkingen $\partial c/\partial x = 0$ en $\partial c/\partial y = 0$ voor $y=0$. De plaats van maximale concentratie is op een afstand $x$ van de bron, gegeven door [39](#page=39): $$ x = \left(\frac{H}{C_z}\right)^{1/n} $$ (3.24) [40](#page=40). waarbij $C_z$ een diffusie-parameter is en de exponenten $n$ en $m$ empirisch worden bepaald. De bijbehorende maximale concentratie is [40](#page=40): $$ c_{max} = \frac{Q}{C_y C_z \pi} \left(\frac{C_z}{H}\right)^{2/n} \exp\left(-\frac{H^2}{2 C_z^2 (H/C_z)^{2/n}}\right) $$ (3.25) [40](#page=40). De maximale concentratie ($c_{max}$) is omgekeerd evenredig met het kwadraat van de schoorsteenhoogte ($H^2$) en recht evenredig met de mate van turbulentie (via $C_z$) en de diffusiviteit in de y-richting ($C_y$). Een hogere turbulentie leidt tot een snellere impact op de grond. Sterke wind vermindert de maximale concentratie omdat de pluim verder wordt uitgetrokken en meer verdunning optreedt. De berekende maximale concentraties zijn gemiddelde waarden, geen piekbelastingen [40](#page=40). --- # Mechanismen en apparaten voor stofafscheiding Dit hoofdstuk beschrijft de diverse mechanismen en apparaten die worden gebruikt voor het efficiënt verwijderen van partikels uit gasstromen, met een focus op hun werkingsprincipes, voordelen en nadelen [41](#page=41). ## 4.1 Verwijderingsmechanismen De basismechanismen voor het verwijderen van deeltjes uit een gasstroom zijn gebaseerd op verschillende fysische principes [41](#page=41): * **Zwaartekracht-bezinking:** Dit mechanisme is effectief voor grotere deeltjes (meer dan 50 μm) waarbij hun gewicht volstaat om ze te laten bezinken in een stilstaande gasstroom in een stofkamer [41](#page=41). * **Centrifugale afscheiding:** Door een draaikolkbeweging van de gasstroom worden deeltjes door centrifugale kracht naar buiten gedrukt, weg van het rotatiecentrum, waardoor ze kunnen worden afgescheiden. Dit principe wordt toegepast in cyclonen en centrifugale scrubbers [41](#page=41). * **Elektrostatische precipitatie:** Elektrisch geladen deeltjes worden aangetrokken door een collectorelektrode onder invloed van een elektrostatisch veld [41](#page=41). * **Inertiële baanwijziging:** Wanneer de gasstroom wordt afgebogen, zullen deeltjes met hogere inertie de nieuwe baan van de gasmoleculen niet volgen, wat leidt tot scheiding [41](#page=41). * **Inertiële botsing:** Deeltjes die een gebogen stroomlijn volgen rond een obstakel (zoals een waterdruppel of filterdraad) kunnen door hun traagheid de stroomlijn niet volgen en botsen met het obstakel [42](#page=42). * **Directe interceptie:** Lichtere deeltjes die de gebogen stroomlijn wel volgen, kunnen toch worden afgescheiden als ze binnen contactafstand van een obstakel komen [42](#page=42). * **Diffusie-afzetting:** Kleine deeltjes (minder dan 0.1 μm) gedragen zich als gasmoleculen en ondergaan Brownse beweging, wat de kans op contact met een obstakel vergroot [42](#page=42). In het algemeen zijn inertiële impact en directe interceptie efficiënter dan zwaartekracht en centrifugale kracht voor deeltjesafscheiding [42](#page=42). ## 4.2 Overzicht van de apparaten en bedrijfsparameters Tabel 4-1 (niet weergegeven in de tekst) geeft een overzicht van de karakteristieken en bedrijfsparameters van diverse stofafscheidingsapparaten, waaronder de kleinste afscheidbare deeltjesgrootte, stofbelading, energieverliezen, benodigde utilities, gebruikelijke gassnelheden, maximale gasdebiet en ruimtebeslag [42](#page=42). ## 4.3 Voor- en nadelen van droge collectie Droge inertiecollectoren, ook mechanische collectoren genoemd, bieden verschillende voordelen ten opzichte van natte collectoren [43](#page=43): * **Besparing op herbewerkingskosten:** Indien het stof een waardevol product is [43](#page=43). * **Behoud van stijgkracht van gas:** Door het ontbreken van koeling, wat nuttig is voor lozing via schoorstenen [43](#page=43). * **Minimale corrosie:** Tenzij de gassen corrosieve mist bevatten [43](#page=43). Echter, er zijn ook nadelen verbonden aan de behandeling van gecollecteerd stof [43](#page=43): * **Ventilatiebehoefte:** Voor droge, stoffige materie [43](#page=43). * **Samenkoeken:** Indien het stof hygroscopisch is [43](#page=43). * **Volumetrische omvang:** De apparaten kunnen volumineus zijn [43](#page=43). * **Temperatuurbeperkingen:** Bij hete gassen moeten de materiaaltoleranties in acht worden genomen [43](#page=43). Droge collectoren zijn het meest geschikt voor middelgrote tot grove deeltjes, kunnen hoge stofbeladingen aan, en hebben relatief lage energiekosten en onderhoudskosten door hun simpele constructie. Hun afscheidingsrendement is echter niet bijzonder hoog [43](#page=43). ## 4.4 Beschrijving van de apparaten ### 4.4.1 Systemen op basis van krachten #### 4.4.1.1 Zwaartekracht-bezinkingskamer of Stofkamer De bezinkingskamer is een van de oudste apparaten voor stofafscheiding. Het principe berust op het vertragen van de gasstroom in een verwijding, waardoor deeltjes onder invloed van zwaartekracht bezinken en worden opgevangen in een stofbak [44](#page=44). * **Voordelen:** Eenvoudige constructie, lage initiële en onderhoudskosten, kleine ladingsverliezen [44](#page=44). * **Beperkingen:** Industrieel gebruik is beperkt tot deeltjes van ongeveer 40-50 μm. Voor kleinere deeltjes is het benodigde oppervlakte te groot [44](#page=44). * **Toepassing:** Wordt tegenwoordig voornamelijk gebruikt als voorzuivering om delicatere apparaten te beschermen [44](#page=44). De **Howard bezinkingskamer** maakt gebruik van meerdere horizontale tussenbodems om het volume te reduceren of het rendement te verbeteren. Nadelen zijn moeilijkheden bij stofverwijdering, mogelijke kromtrekking van platen bij hoge temperaturen, en een beperkt vermogen om grote belastingen te verwerken [44](#page=44). De **elutriator** is een modificatie met verticale torens waarin deeltjes neerslaan als hun bezinkingssnelheid groter is dan de opwaartse gassnelheid. Door stelselmatig lagere gassnelheden in opeenvolgende torens, werkt de elutriator ook als een classificeerder [45](#page=45). #### 4.4.1.2 Cyclonen Cyclonen gebruiken centrifugaalkracht om stofdeeltjes uit een gasstroom te verwijderen [45](#page=45). * **Constructie:** Bestaat uit een cilindrisch bovendeel en een conisch onderlichaam. Gas wordt tangentieel binnengeleid, spiraalt neerwaarts, keert om en stijgt opwaarts via een coaxiale uitlaatpijp (vortex finder) [45](#page=45). * **Werking:** Deeltjes worden door centrifugale kracht naar de wanden gedreven en vallen onder invloed van zwaartekracht en schuifkracht van de luchtstroom in de stofbak [45](#page=45). * **Varianten:** * **Fines eductor:** Om fijne deeltjes die in de bovenste sectie blijven rondwentelen af te voeren [46](#page=46). * **Bevochtigde wanden:** Om meesleuring en aankleven van stof te voorkomen [46](#page=46). * **Multi-cyclonen:** Meerdere cyclonen in parallel geplaatst in één behuizing voor hogere efficiëntie bij vergelijkbare drukval [46](#page=46). * **Voordelen:** Veelzijdigheid, speciale uitvoeringen mogelijk (bv. refractaire voering voor hoge temperaturen), lage aankoop- en onderhoudskosten, geen bewegende delen [46](#page=46). * **Rendement:** Conventionele cyclonen hebben een rendement van 80-95% voor deeltjes van 10 μm. Hoogrendement cyclonen halen 95-99% voor kleinere deeltjes, maar met een kleinere doorzet en hogere drukval [46](#page=46). * **Toepassingen:** Mijnbouw, metallurgie, cement- en kunststofindustrie, papierfabrieken, chemische en farmaceutische processen, aardolieraffinage, en verbrandingsprocessen [47](#page=47). #### 4.4.1.3 De elektrostatische precipitator Elektrostatische precipitatie (EP) berust op het elektrisch opladen van stofdeeltjes door ionisatie van lucht, gevolgd door precipitatiesnelheid onder invloed van een elektrostatische kracht in een elektrisch veld [47](#page=47). * **Werking:** Deeltjes worden geladen en vervolgens aangetrokken tot een collectorelektrode. Om de afscheiding te verbeteren, wordt vaak mechanische hulp geboden (trillen, kloppen) of natgemaakt [48](#page=48). * **Typen:** * **Tubulaire precipitator:** Gebruikt voor nevels, waarbij de collectorelektrode met water wordt afgespoeld [48](#page=48). * **'Duct'-type (Plaat-en-Draad):** Voor droge afscheiding en hoge gasdebieten [48](#page=48). * **Rendement:** Hoge rendementen [48](#page=48). * **Voordelen:** Laat droge collectie toe en is efficiënt bij kleine deeltjes [49](#page=49). * **Nadelen:** Hoge kapitaalinvestering [50](#page=50). * **Belangrijke parameter:** De elektrische resistiviteit van het stof is cruciaal voor een optimale werking (idealiter tussen 10⁴ en 10¹⁰ Ohm.cm) [48](#page=48). * **Toepassingen:** Verwijdering van vliegas uit rookgassen, cementovenstof, zwavelzuurnevel, katalysatorstof, hoogovenstof [48](#page=48). ### 4.4.2 Inertiële baanwijziging #### 4.4.2.1 Tussenschot-kamer Deeltjesbezinking wordt bevorderd door momentum bij richtingveranderingen van de gasstroom rond schotten. Zwaardere deeltjes kunnen de bocht niet nemen en volgen hun neerwaartse beweging naar de stofbak. Dit type kamer neemt minder ruimte in dan een 'straight-through' bezinkingskamer [50](#page=50). #### 4.4.2.2 "Skimming"-kamer Gas wordt tangentieel in een cilindrische ruimte geleid, waardoor stof door inertie naar de wand wordt gedreven. Geconcentreerd stoffig gas wordt "afgeroomd" en naar de stofbak geleid. Een secundaire collector is vaak nodig voor fijne deeltjes [50](#page=50). #### 4.4.2.3 Louver-type collector Gas wordt door een kamer met gehelde schotten geleid. Zwaardere deeltjes worden door inertie naar het smallere uiteinde gevoerd en afgevangen. De gezuiverde gasstroom heeft een secundaire collector nodig [50](#page=50). #### 4.4.2.4 "Impingement"-collector In een Venturi-achtige sectie wordt de gassnelheid verhoogd. Deeltjes worden door hun momentum door spleten of gaten gevoerd en komen terecht op een achterliggende baffle, waarna ze neervallen in de stofbak. De gasstroom en lichtere deeltjes zwenken rond de baffle naar een volgend compartiment. Reiniging kan plaatsvinden door kloppen van de baffles of wassen met water [51](#page=51). #### 4.4.2.5 Dynamische collector Dit apparaat functioneert als een ventilator met een speciaal ontworpen rotor en huis. De centrifugale kracht opgewekt door de snel draaiende rotorbladen verzamelt stofdeeltjes aan de omtrek. * **Voordelen:** Kleine ruimtebehoefte, lage drukval [51](#page=51). * **Rendement:** 40-50%, iets lager dan een gewone ventilator [52](#page=52). ### 4.4.3 Systemen met obstakels: Filters van geweven stof (fabric filters) Geweven filters kunnen, net als droge inertiecollectoren, stof in bruikbare vorm recupereren en het gezuiverde gas niet koelen. Ze zijn echter veel effectiever in het afscheiden van kleinere deeltjes met hoge rendementen [52](#page=52). * **Werking (oppervlakte/koekfiltratie):** Een poreuze laag stof (filterkoek) vormt zich op het filterdoek, wat het eigenlijke filtermedium is. Deze laag vangt de fijnere deeltjes op [53](#page=53). * **Rendement:** Filters kunnen deeltjes kleiner dan 0.5 μm met een hoog rendement (> 99%) vangen, ondanks grote poriën in het doek zelf [53](#page=53). * **Nadelen:** * **Temperatuurbeperking:** Bepaald door het type filterdoek [53](#page=53). * **Vochtgehalte:** Beperkt om dichtkoeken van poriën te voorkomen [53](#page=53). * **Ruimtebehoefte:** Kan groot zijn [53](#page=53). * **Reiniging:** Kan intermitterend of continu gebeuren [53](#page=53). * **Intermitterende reiniging:** Filters zijn in compartimenten opgedeeld. Reiniging gebeurt door schudden of omgekeerde luchtstroom (reverse-airjets). Gebruikelijke gasdebiet/doekoppervlakteverhouding is 0.45 - 0.9 m³/m².min [53](#page=53). * **Continue reiniging:** Met een bewegende blaasring. Laat weinig filterkoek over, waardoor geperste media nodig zijn voor behoud van rendement. Luchtsnelheden zijn hoger, wat compactere eenheden mogelijk maakt [54](#page=54). Varianten zoals rigide zig-zag-structuren en patroonfilters (cartridge filters) worden ook gebruikt. Patroonfilters werken via dieptefiltratie, waarbij deeltjes binnendringen in de vezels. Deze laatste zijn moeilijk te regenereren [54](#page=54). --- # Natte gaswassing en scrubber prestaties Hier is een gedetailleerd overzicht van natte gaswassing en scrubberprestaties, gebaseerd op de verstrekte documentatie: ## 4 Natte gaswassing en scrubber prestaties Natte gaswassers (scrubbers) worden gebruikt om zowel gasvormige verontreinigingen als stofdeeltjes uit een gasstroom te verwijderen, waarbij een product vaak als suspensie wordt teruggewonnen. ### 4.1 Algemene kenmerken van natte gaswassers Kenmerken die specifiek zijn voor natte scrubbers omvatten: * Gas wordt gewassen én gekoeld, wat nadelig kan zijn voor de opwaartse beweging van de rookpluim [75](#page=75). * Verwijdering van zowel gassen (bv. CO2, SO2, H2S) als stofdeeltjes [75](#page=75). * Neutralisatie van corrosieve gassen door toevoeging van reagentia aan de wasvloeistof [75](#page=75). * Schoorsteenuitstoot is doorgaans 'schoon', maar kan niet-bevochtigde fijne deeltjes bevatten en een zichtbare stoompluim produceren [75](#page=75). * Er zijn weinig beperkingen qua temperatuur en vochtigheidsgehalte van het inlaatgas [75](#page=75). * Vriesomstandigheden moeten in acht worden genomen [75](#page=75). * Risico's gerelateerd aan explosieve stof/luchtmengsels zijn verminderd doordat apparaten over het algemeen niet te volumineus zijn [75](#page=75). De prestaties van natte scrubbers, uitgedrukt in het stofafscheidingsrendement, zijn variabel en sterk afhankelijk van het toegevoerde vermogen. Dit wordt goed gekwantificeerd door de 'cut-off diameter' (ook wel afsnij- of afkapdiameter genoemd). De cut-off diameter is de deeltjesdiameter waarbij het afscheidingsrendement per definitie 50% bedraagt. De prestaties verlopen doorgaans zeer steil rond deze diameter; deeltjes die twee keer zo groot zijn, worden voor ongeveer 90% tegengehouden, terwijl deeltjes die half zo klein zijn, voor ongeveer 10% worden doorgelaten. Een populaire interpretatie is dat alle deeltjes groter dan de cut-off diameter worden gevangen en alle kleinere deeltjes worden doorgelaten [75](#page=75). De initiële apparaatkost van natte scrubbers is redelijk, maar de operationele kosten zijn hoog, vooral bij vereisten voor een hoog rendement, vanwege het directe verband met energieverbruik [75](#page=75). ### 4.2 Types scrubbers #### 4.2.1 Preformed spray-scrubbers Deze scrubbers vernevelen vloeistof met sproeikoppen in een lege behuizing om vloeistofdruppels te creëren die stofdeeltjes vangen via directe interceptie en inertiële impact. De eigenschappen van de druppels worden bepaald door de sproeikop, de vloeistof en de sproeidruk [76](#page=76). * **Simpele zwaartekracht-sproeitoren:** Vloeistof wordt aan de top gespoten en valt in grove druppels in tegenstroom met het gas [76](#page=76). * **Voordelen:** Kan hoge gasdebieten aan met zware stofbeladingen van niet al te fijne deeltjes (10-20 μm), verwijdert ook schadelijke gassen en heeft een klein ladingsverlies [76](#page=76). * **Nadelen:** Laag rendement voor fijnere deeltjes, significante overdracht van vloeistof naar de gasstroom (vereist druppelafscheider), en meestal nabehandeling van het afvalwater nodig [76](#page=76). * **Ejector venturiscrubber (jet scrubber):** Gebruikt een hogedruksproei om vaste deeltjes te vangen en het gas in beweging te houden. Hoge relatieve snelheid tussen druppels en gas verbetert de stofafscheiding [76](#page=76). * **Prestaties:** Kan cut-off diameters bereiken rond 0.7 μm met hoge snelheid. Rendement verbetert met hogere sproeidruk en vloeistof/gas (V/G) verhouding (typisch 4-14 l/m³ gas) [77](#page=77). * **Nadelen:** Genereert veel meegesleurde vloeistof die afgescheiden moet worden. Weinig gevoelig voor gaszijde verstoppingen, maar kan vloeistofzijde problemen geven [77](#page=77). #### 4.2.2 Plaat-scrubbers Deze scrubbers bestaan uit een verticale toren met horizontale, geperforeerde platen (schotels), eventueel met klepjes. Gas stroomt door de gaten, terwijl vloeistof over de platen naar beneden stroomt via overlopen. Het gas wordt door de vloeistof perst, wat stofverwijdering en gasabsorptie bevordert [77](#page=77). * **Types platen:** * Zeefplaten (sieve plates): Geperforeerde platen [78](#page=78). * Klokjesplaten (bubble caps): Met klokjes boven de gaten voor betere gas-vloeistof contact en om vloeistofdoorloop te beperken [78](#page=78). * Klepjesplaten (valve plates): Met klepjes die zich aanpassen aan het gasdebiet [77](#page=77) [78](#page=78). * **Prestaties:** Rendement voor gasabsorptie neemt toe met het aantal platen. Voor stofverwijdering is dit minder waar; een plaat is niet voor alle deeltjesgroottes even effectief en kent een scherpe rendementsverandering rond de cut-off diameter [77](#page=77) [78](#page=78). * Voor zeefplaten: Een cut-off diameter van ongeveer 1 μm wordt gehaald met perforaties van 1/8 inch [78](#page=78). * **Overwegingen:** Gevoelig voor verstopping door afzetting van vaste deeltjes. Problemen kunnen ontstaan bij sterk wisselende gasdebieten [77](#page=77) [78](#page=78). #### 4.2.3 "Impingement"-plaat-scrubber Een variant van de plaat-scrubber waarbij gas met hoge snelheid door kleine perforaties wordt gedwongen om op plaatjes (baffles) te botsen die ondergedompeld zijn in de vloeistof. De hoge botsingssnelheid creëert een fijne nevel van vloeistofdruppels die deeltjes vangen [78](#page=78). * **Voordelen:** Verstopping van perforaties is minder een probleem door agitatie en reinigingssprayers [78](#page=78). * **Kenmerken:** Vaak 1 tot 3 platen [78](#page=78). #### 4.2.4 Vullingskolom-scrubber Deze scrubbers gebruiken een opvulmateriaal (pakking) om het contactoppervlak tussen gas en vloeistof te vergroten. * **Vast bed (fixed bed):** De pakking bestaat uit elementen zoals bolletjes of ringen [78](#page=78). * **Werkingsmechanisme:** Hoofdzakelijk centrifugale afzetting en inertiële impact door de zig-zag gasstroom. Efficiënte gasabsorptie draagt bij aan stofverwijdering door diffusie [79](#page=79) [80](#page=80). * **Prestaties:** Rendement voor deeltjes > 0.3 μm stijgt met kleinere pakkingelementen. Een cut-off diameter van 1.5 μm kan gehaald worden met 1 inch Berl zadels of Raschig ringen, en 0.7 μm met 1/2 inch pakking bij 10 m/s gassnelheid [80](#page=80). * **Nadelen:** Gevoelig voor verstopping. Temperatuur is belangrijk voor kunststof pakkingen, en metalen pakkingen kunnen aangetast worden door corrosieve gassen [80](#page=80). * **Bewegend-bed (moving bed):** Gebruikt gefluïdiseerde pakking (vaak bolletjes) waar gas en vloeistof intensief vermengd worden. De bewegende deeltjes houden zichzelf schoon [81](#page=81). * **Prestaties:** Cut-off diameters tot 1 μm kunnen worden gehaald met een bewegend bed van het "ping-pong-bal"-type [82](#page=82). * **Voordelen:** Goede massa-overdracht en stofverwijdering [82](#page=82). * **Nadelen:** Slijtage van de pakking kan aanzienlijk zijn [81](#page=81). * **Vezel-pakking (fiber packing):** Bestaat uit vezels (kunststof, glas, staal) met een zeer hoge holle ruimte (97-99%) [82](#page=82). * **Prestaties:** Rendement verbetert met kleinere vezeldiameters. Diffusie-afzetting wordt belangrijk voor zeer kleine deeltjes, waarbij afname van gassnelheid het rendement verbetert [82](#page=82). * **Cut-off diameters:** Tot 1-2 μm met geknoopte vezels (0.01 inch diameter), en tot 0.5 μm met zeer fijne draden of hogere gassnelheden [83](#page=83). * **Nadelen:** Zeer gevoelig aan verstopping en niet praktisch bij afzetting. Gevoelig aan chemische, mechanische en thermische invloeden [83](#page=83). * **Vloeistof-verstuivers (liquid atomizers):** Exploiteren de kinetische energie van het gas om vloeistof te vernevelen in fijne druppels [82](#page=82). * **Hoogvermogen Venturiscrubber:** Een bekend type, bestaande uit een toelopende sectie, een vernauwde keel en een ontspanningssectie. Hoge gassnelheden (60-120 m/s) bevorderen deeltjescollectie door inertiële impact [82](#page=82) [83](#page=83). * **Prestaties:** Cut-off diameters van 0.2 μm en kleiner zijn haalbaar. Rendement verhoogt met snelheid in de keel en V/G-verhouding (0.7-2.7 l/m³) [83](#page=83). * **Nadelen:** Genereren veel meegesleurde vloeistof die een grote afscheider vereist. Gevoelig voor erosie [83](#page=83). #### 4.2.5 Centrifugale scrubbers Deze scrubbers passen een roterende beweging toe op het gas, vaak door tangentiële gasinvoer of wervelschoepen, gecombineerd met sproeistralen om deeltjes te vangen [83](#page=83). * **Prestaties:** Zonder sproeiing (vergelijkbaar met cycloon) kunnen cut-off diameters van 4-5 μm gehaald worden. Met sproeiing zijn de prestaties vergelijkbaar met sproeiscrubbers [84](#page=84). * **Voordelen:** Eenvoudige constructie, geen smalle doorgangen, dus ongevoelig voor verstopping [84](#page=84). #### 4.2.6 Mechanische natte scrubbers Ook wel dynamische natte scrubbers genoemd, waarbij vloeistof mechanisch wordt verstuifd door bijvoorbeeld roterende ventilatorbladen [84](#page=84). * **Prestaties:** Hoog rendement voor fijne deeltjes. Cut-off diameters tot 2 μm haalbaar met fijne sproeiing en lage rotorsnelheid [84](#page=84) [85](#page=85). * **Gebruik:** Voornamelijk voor verwijdering van vaste deeltjes; beperkte capaciteit voor massa-overdracht vanwege de relatief kleine hoeveelheid vloeistof [84](#page=84). * **Mechanismen:** Inertial impact op geatomiseerde vloeistof, inertiële impact op rotorbladen, en centrifugale afzetting op de behuizing [85](#page=85). ### 4.3 Scrubber prestatie en selectie #### 4.3.1 Globaal rendement vs. cut-off diameter (voor een log normale verdeling) Het globale stofafscheidingsrendement ($\eta_{tot}$) wordt uitgedrukt in relatie tot de cut-off diameter ($D_{pc}$). Een hogere energie-input leidt tot een beter rendement en een kleinere cut-off diameter [86](#page=86). Het puntverwijderingsrendement ($\eta$) kan worden beschreven met een exponentieel verband [86](#page=86): $$ \eta(D_p) = 1 - \exp(-a D_p^b) $$ waarbij $D_p$ de deeltjesdiameter is en $a, b$ empirische constanten zijn die afhangen van het apparaattype [86](#page=86). Het puntverlies ($P$) is gerelateerd aan het rendement: $$ P(D_p) = 1 - \eta(D_p) = \exp(-a D_p^b) $$ Voor veel scrubbers, zoals gepakt bed, plaat-type en vloeistofverstuivers, geldt $b=2$. Centrifugale scrubbers hebben $b \approx 0.7$ [87](#page=87). De cut-off diameter ($D_{pc}$) wordt gedefinieerd als de diameter waarvoor het rendement $\eta = P = 0.5$ [87](#page=87): $$ 0.5 = \exp(-a D_{pc}^2) $$ Door deze relaties te combineren, kan het globale rendement worden berekend door het puntrendement te integreren over de deeltjesgrootteverdeling. Voor een lognormaal verdeelde diameter ($D_p$) met distributiefunctie $p(D_p)$ [87](#page=87): $$ \eta_{tot} = \int_0^\infty \eta(D_p) p(D_p) dD_p $$ $$ P_{tot} = \int_0^\infty P(D_p) p(D_p) dD_p $$ Voor een lognormale verdeling is de distributiefunctie $p(D_p)$ gegeven door [87](#page=87): $$ p(D_p) = \frac{1}{\sqrt{2\pi} \sigma_g D_p} \exp\left(-\frac{(\ln D_p - \ln D_{pg})^2}{2\sigma_g^2}\right) $$ waarin $D_{pg}$ de geometrische mediaan is en $\sigma_g$ de geometrische standaardafwijking [87](#page=87). De totale verliezen ($P_{tot}$) kunnen worden uitgedrukt als functie van $\sigma_g$ en de verhouding $D_{pg}/D_{pc}$. Figuur 9-1 toont het resultaat van numerieke integratie van deze verliezen als functie van $D_{pc}/D_{pg}$ met $\sigma_g$ als parameter [87](#page=87). * Bij $D_{pc}/D_{pg} = 1$ is de fractie doorgelaten stof 0.5 [88](#page=88). * Voor een gegeven $\sigma_g$ neemt het verlies af naarmate $D_{pc}$ kleiner wordt [88](#page=88). * Een wijdere distributie (grotere $\sigma_g$) vereist een kleinere $D_{pc}$ voor een bepaald rendement, wat strengere eisen stelt aan het apparaat [88](#page=88). #### 4.3.2 Cut-off diameter t.o.v. ladingsverlies en vermogen Prestaties, uitgedrukt in cut-off diameter, kunnen gerelateerd worden aan de drukval in de gasstroom of het ventilatorvermogen. Figuur 9-2 illustreert de cut-off diameter als functie van het vermogen (in pk per 1000 ft³/min) en de drukval (in inches waterkolom) voor diverse typen scrubbers [88](#page=88) [89](#page=89). --- # Beheersing van SOx, NOx en VOS emissies Dit onderwerp behandelt de emissies van zwaveloxiden (SOx), stikstofoxiden (NOx) en vluchtige organische stoffen (VOS) en de diverse technieken die worden ingezet om deze emissies te beheersen en te reduceren. ### 5.1 SOx emissie en beheersing SOx emissies ontstaan voornamelijk door de verbranding van zwavelhoudende fossiele brandstoffen, maar ook procesgebonden emissies komen voor in sectoren zoals de zwavelzuurproductie en de metaalverwerkende industrie. Rookgassen van verbranding bevatten doorgaans minder dan 0.5% SOx, terwijl roostprocessen van sulfide-ertsen tot wel 7-15% SO2 kunnen hebben [90](#page=90). Rookgasontzwavelingssystemen worden geclassificeerd als "wegwerp" (genereren afval) of "verkoopbaar" (produceren waardevolle producten zoals zwavel of zwavelzuur). Wegwerpsystemen, zoals gaswassers op basis van kalk/kalksteen, Na-alkali-oplossingen of zeewater, en droge scrubbing-processen, zijn momenteel het meest gebruikelijk [90](#page=90). #### 5.1.1 Absorptieprocessen in vloeistoffen Het kalk-kalksteen (Ca(OH)₂-CaCO₃) proces is een veelgebruikte methode voor SO₂-verwijdering uit rookgassen. De chemie omvat het oplossen en ioniseren van SO₂ in water, gevolgd door reactie met calciumionen uit opgeloste kalk of kalksteen, wat leidt tot precipitatie van calciumsulfiet en -sulfaat [92](#page=92) [93](#page=93). De belangrijkste reacties zijn: * Oplossen en ionisatie van SO₂: $SO_2(g) \leftrightarrow SO_2(aq)$ [92](#page=92). $SO_2(aq) + H_2O \leftrightarrow H^+ + HSO_3^-$ [92](#page=92). $HSO_3^- \leftrightarrow H^+ + SO_3^{2-}$ [93](#page=93). * Oplossen en ionisatie van kalk/kalksteen: $Ca(OH)_2(s) \leftrightarrow Ca(OH)_2(aq) \leftrightarrow Ca^{2+} + 2OH^-$ [93](#page=93). $CaCO_3(s) \leftrightarrow CaCO_3(aq) \leftrightarrow Ca^{2+} + CO_3^{2-}$ [93](#page=93). * Reactie met opgelost SO₂ en precipitatie: $Ca^{2+} + SO_3^{2-} \leftrightarrow CaSO_3(aq)$ [93](#page=93). $Ca^{2+} + SO_4^{2-} \leftrightarrow CaSO_4(aq)$ [93](#page=93). $CaSO_3(aq) + 1/2 H_2O \leftrightarrow CaSO_3 \cdot 1/2 H_2O(s)$ [93](#page=93). $CaSO_4(aq) + 2 H_2O \leftrightarrow CaSO_4 \cdot 2H_2O(s)$ (gips) [93](#page=93). De gevormde calciumsulfiet en -sulfaat zijn inert slib dat gestort wordt. Dit proces is een "wegwerp"-proces omdat de grondstoffen niet worden geregenereerd [94](#page=94) [95](#page=95). > **Tip:** Het belangrijkste voordeel van natte absorptieprocessen is de hoge SO₂-verwijderingsefficiëntie, maar het nadeel is de afkoeling van het rookgas, wat kan leiden tot lokale neerslag en milieuproblemen. Het opnieuw opwarmen van het gas is daarom vaak noodzakelijk. #### 5.1.2 SO₂ verwijdering door droge sorptie Droge sorptieprocessen maken behandeling van rookgas bij hoge temperatuur mogelijk [95](#page=95). ##### 5.1.2.1 Injectie van vaste alkalische stoffen Bij het kalksteen-droog-injectieproces wordt fijngemalen kalksteen in het fornuis of rookgas geïnjecteerd. De reactie vindt plaats tijdens de korte contacttijd. Optimale reactietemperaturen liggen tussen 540 °C en 1095 °C. Te lage injectiepunten kunnen leiden tot "verbranding" van de kalksteen [95](#page=95) [96](#page=96). ##### 5.1.2.2 Gealkaliseerde alumina Dit proces gebruikt Na-aluminaat als absorbens en kenmerkt zich door een regeneratieve cyclus [96](#page=96). #### 5.1.3 SO₂ recuperatie door adsorptie Adsorptie op actieve kool is een aantrekkelijke methode voor SO₂-recuperatie vanwege de gemakkelijkheid van regeneratie. Actieve kool fungeert als katalysator voor de oxidatie van SO₂ tot SO₃, wat vervolgens H₂SO₄ vormt in aanwezigheid van water [96](#page=96). $SO_2 + 1/2 O_2 + H_2O \xrightarrow{\text{actieve kool}} H_2SO_4$ [96](#page=96). Regeneratie kan plaatsvinden door spoelen met water (resulterend in verdund H₂SO₄) of door verhitting, waarbij H₂SO₄ wordt gereduceerd tot SO₂ [97](#page=97). $2H_2SO_4 + C \longrightarrow 2SO_2 + 2H_2O + CO_2$ [97](#page=97). Het Sulfacid-proces van Lurgi en het actieve-koolproces van Hitachi maken gebruik van dit principe. Deze processen kunnen een verwijderingsrendement van ongeveer 95% bereiken [97](#page=97). #### 5.1.4 SO₂ recuperatie door middel van katalytische oxidatie Het Cat-Ox proces, ontwikkeld door Monsanto, oxideert SO₂ met zuurstof tot SO₃ in aanwezigheid van een V₂O₅-katalysator. Het gevormde SO₃ reageert met waterdamp tot H₂SO₄, dat gecondenseerd en afgescheiden wordt [97](#page=97) [98](#page=98). Het proces omvat: 1. Hoge-temperatuur elektrostatische precipitatie om vliegas te verwijderen [98](#page=98). 2. Katalytisch bed (convertor) waar SO₂ naar SO₃ wordt geoxideerd [98](#page=98). 3. Koeling van het gas, waarbij boven het zwavelzuurdauwpunt gebleven moet worden om corrosie te voorkomen [98](#page=98). 4. Absorptiekolom waar het gas in contact komt met koude H₂SO₄, wat leidt tot verdere koeling en productie van zuur [98](#page=98). 5. Verwijdering van H₂SO₄-mist met een filter [98](#page=98). Het SO₂-verwijderingsrendement is ongeveer 90% [98](#page=98). ### 5.2 NOx emissie en beheersing Stikstofoxiden (NOx) worden hoofdzakelijk gevormd bij de verbranding van fossiele brandstoffen, maar ook bij salpeterzuurfabricage. Ongeveer 43% van de NOx-emissies komt van mobiele bronnen. Er zijn twee hoofdmechanismen voor NOx-vorming [100](#page=100): 1. **Thermische NOx:** Ontstaat door directe oxidatie van stikstof in de verbrandingslucht bij hoge temperaturen in de vlam. De vormingssnelheid is sterk temperatuurafhankelijk en wordt bevorderd door hoge temperaturen en hoge zuurstofbeschikbaarheid [100](#page=100) . Globale reactie: $½ N_2 + ½ O_2 \rightarrow NO - \Delta H$ . 2. **Brandstof-NOx:** Ontstaat uit de oxidatie van stikstofverbindingen die in de brandstof aanwezig zijn. Dit proces is minder temperatuurafhankelijk, maar wel gevoelig voor zuurstofbeschikbaarheid en het stikstofgehalte van de brandstof [100](#page=100) . #### 5.2.1 NOx-emissie beheersing bij stationaire bronnen ##### 5.2.1.1 Technieken ter onderdrukking van NOx-vorming aan de bron (primaire maatregelen) Deze technieken zijn gericht op het voorkomen van NOx-vorming en hebben de voorkeur boven effluentbehandeling . * **Rookgasrecirculatie (RGR):** Terugvoer van koud rookgas naar de vlam verlaagt de vlamtemperatuur en zuurstofbeschikbaarheid, wat thermische NOx-vorming reduceert. RGR is vooral effectief bij brandstoffen met een laag stikstofgehalte (bv. aardgas) . * **Trapsgewijze verbranding ('Low-NOx'-branders):** Dit kan op twee manieren: * **Staged air combustion:** Lucht wordt in twee trappen toegevoegd, waarbij de eerste trap een brandstofrijk mengsel heeft dat de temperatuur verlaagt en de vorming van reducerende agentia bevordert, wat NOx-vorming remt . * **Staged fuel combustion:** Brandstof wordt in twee fasen geïnjecteerd. Verbranding in een brandstofarme, zuurstofrijke omgeving reduceert de vlamtemperatuur en dus de NOx-vorming . > **Tip:** Er is een conflict tussen de optimale omstandigheden voor CO- en NOx-onderdrukking. Lage lucht/brandstofverhoudingen (rijk mengsel) onderdrukken NOx maar bevorderen CO, terwijl hoge lucht/brandstofverhoudingen (arm mengsel) de NOx-vorming verminderen maar CO- en KWS-vorming minimaliseren bij stoichiometrische verhoudingen . ##### 5.2.1.2 End-of-pipe-technieken * **Selectieve katalytische reductie (SKR):** NOx wordt gereduceerd met ammoniak (NH₃) over een katalysator (bv. V₂O₅/TiO₂) bij temperaturen van 300-400 °C . Reacties: $4NO + 4NH_3 + O_2 \Leftrightarrow 4N_2 + 6H_2O$ . $6NO_2 + 8NH_3 \Leftrightarrow 7N_2 + 12H_2O$ . NH₃ wordt ondergedoseerd om slip te voorkomen. Het rendement ligt tussen 80-90%. Dit is een dure techniek . * **Selectieve niet-katalytische reductie (SNKR):** NOx wordt gereduceerd door injectie van NH₃ of ureum in de verbrandingskamer bij hogere temperaturen (900-1100 °C voor NH₃, 550-1030 °C voor ureum). Het nauwkeurig beheersen van het temperatuurvenster is cruciaal . * **Niet-selectieve katalytische reductie (NSKR):** Gebruikt reductantia die niet alleen met NOx, maar ook met zuurstof reageren . ##### 5.2.1.3 Gecombineerde SOx-NOx verwijderingstechnieken Het SNOX-proces (Haldor-ToPsoe) is een voorbeeld van een gecombineerde aanpak . #### 5.2.2 NOx-emissiebeheersing bij niet-stationaire bronnen (mobiele bronnen) Bij verbranding in motoren is de lucht/brandstof-verhouding (LBV) cruciaal voor het vermogen en het brandstofverbruik. Rijgedrag beïnvloedt de LBV en daarmee de emissies . * **Drieweg-katalysator:** Deze zuivert uitlaatgassen door NOx te reduceren, onverbrande koolwaterstoffen (KWS) te elimineren en CO te oxideren naar CO₂. KWS en CO fungeren als reductans voor NOx. Loodvrije benzine is essentieel omdat lood de katalysator vergiftigt . ### 5.3 VOS emissie - beheersing Vluchtige Organische Stoffen (VOS) vormen een aanzienlijke milieu-uitdaging in de Chemische Proces Industrie (CPI). Gangbare beheersingstechnieken omvatten thermische en katalytische verbranding, adsorptie op actieve kool, gecombineerde absorptie-verbrandingssystemen, condensatie en absorptie. De keuze hangt af van de concentratie van de VOS . #### 5.3.1 Thermische verbranding Hierbij worden gasvormige VOS omgezet naar CO₂ en H₂O . * **Recuperatieve systemen ("direct-flame"):** Vereisen direct contact tussen de contaminanten en de verbrandingsvlam. Extra brandstof is vaak nodig omdat de VOS-concentratie meestal te laag is voor zelfonderhoudende verbranding . * Optimale bedrijfsparameters: verblijftijd 0.5-1 sec, temperatuur 650-870 °C, adequate stroomsnelheden . * Voordelen: eenvoudig, geen vaste/vloeibare reststromen, hoge destructie-rendementen (>95%), lage initiële kosten . * Nadeel: hoge kosten voor supplementaire brandstof, die gedrukt kunnen worden door warmte-recuperatie . * **Regeneratieve systemen:** Herwinnen 80-90% van de energie met behulp van keramische media in bedden die beurtelings opwarmen en warmte afgeven. Initiële kosten zijn hoger, maar levenscycluskosten kunnen lager zijn, vooral bij lage VOS-concentraties. Speciale materialen en scrubbers kunnen nodig zijn voor gehalogeneerde verbindingen . * **Fakkels:** Worden voornamelijk gebruikt voor intermitterende en noodlozingen en niet voor continue VOS-beheersing . #### 5.3.2 Katalytische verbranding De katalysator verlaagt de oxidatie-activeringsenergie, waardoor verbranding bij lagere temperaturen (vanaf 320 °C) plaatsvindt . * **Recuperatieve systemen:** Katalysatoren (bv. platina op een keramische honingraatdrager) zorgen voor een hoog destructie-rendement (>95%) . * Voordelen: hoge destructie, geen afval, lage onderhoudskosten, lagere brandstofkosten . * Nadelen: hogere kapitaalkosten, desactivering van de katalysator, moeilijkheid bij gehalogeneerde KWS . Desactivering kan reversibel zijn door reiniging . * **Regeneratieve systemen ("Reversed Flow"):** De stromingsrichting wordt periodiek omgekeerd om warmte binnen het systeem te houden, waardoor het quasi zelfonderhoudend wordt . #### 5.3.3 Adsorptie VOS worden vastgehouden op de interne oppervlakte van poreuze media, met actieve kool als meest gebruikte adsorbens. Adsorptie is geschikt voor het recupereren van waardevolle chemicaliën . * Adsorptiecapaciteit wordt beïnvloed door moleculair gewicht, polariteit, ringvorming, relatieve vochtigheid, evenwichtsdampdruk en temperatuur . * Regeneratie gebeurt door lucht- of stoominblazing bij verhoogde temperatuur. Volledige desorptie is niet mogelijk, wat de levensduur van de actieve kool beperkt (typisch vijf jaar) . * Voordelen: hoog verwijderingsrendement, lage brandstofvereisten, verwijdering van gechloreerde KWS . * Nadelen: potentieel gevaarlijke organische afvalstroom, gecontamineerd afvalwater . #### 5.3.4 Adsorptie en verbranding Deze combinatie benut de aanrijking van VOS voor de incinerator (lagere brandstofkosten) en voorkomt afvalvorming en grote debieten naar de incinerator . #### 5.3.5 Condensatie Een gas wordt gekoeld tot het verzadigingspunt, waarna de contaminant condenseert als vloeistof . * Efficiëntie ligt tussen 50-95% en is afhankelijk van de VOS-concentratie en condensortemperatuur. Hoge initiële concentraties (>5.000 ppm) geven de beste rendementen . * Lagere temperaturen voor betere rendementen vereisen koelmiddelen zoals pekeloplossingen of chloorfluorkoolwaterstoffen . * Condensatie wordt vaak gebruikt als voorbehandeling voor adsorptie of verbranding . #### 5.3.6 Absorptie Absorptie wordt gebruikt voor VOS-emissiebeheersing wanneer de concentratie groter is dan 200-300 ppm . * Optimale systemen kenmerken zich door lage temperaturen, grote contactoppervlakken, hoge vloeistof-tot-gasverhoudingen (L/G) en hoge VOS-concentraties . * Verschillende typen kolommen (vulling, plaat, sproeitorens) en Venturi-scrubbers kunnen worden toegepast . --- ## Veelgemaakte fouten om te vermijden - Bestudeer alle onderwerpen grondig voor examens - Let op formules en belangrijke definities - Oefen met de voorbeelden in elke sectie - Memoriseer niet zonder de onderliggende concepten te begrijpen

| Term | Definition | |------|------------| | Luchtvervuiling | Toestand waarbij producten in de atmosfeer aanwezig zijn bij een concentratie die hoog genoeg is boven hun normale achtergrondspiegel om een waarneembaar effect te hebben op mens, dier, plant of materialen. | | Emissiebron | De oorsprong van waaruit vervuilende stoffen in de atmosfeer terechtkomen, zoals transport, elektriciteitsopwekking of industriële processen. | | Partikuulmaterie | Eender welke materie, uitgezonderd zuiver water, die onder de vorm van vloeistof of vaste stof onder normale omstandigheden in de atmosfeer aanwezig is en waarvan de afmetingen microscopisch of sub microscopisch zijn, doch groter dan de moleculaire afmeting. | | Histogram | Visuele voorstelling van alle mogelijke waarden die een willekeurige veranderlijke kan aannemen, waarbij het gebied van mogelijke waarden in klassen wordt verdeeld en de frequentie binnen elke klasse wordt geteld. | | Probabiliteitsdichtheidsfunctie (pdf) | Een functie die de relatieve waarschijnlijkheid aangeeft dat een continue willekeurige variabele een bepaalde waarde aanneemt, waarbij de integraal over een interval de waarschijnlijkheid van dat interval voorstelt. | | Cumulatieve distributiefunctie (cdf) | Een functie die de waarschijnlijkheid aangeeft dat een willekeurige variabele een waarde aanneemt die kleiner is dan of gelijk is aan een gegeven waarde. | | Locatieparameters | Paramaters die specifieke plaatsen in een waarschijnlijkheidsverdeling aanduiden, zoals de modus, mediaan of gemiddelde waarde. | | Dispersieparameters | Maten die de spreiding van waarschijnlijkheidsmassa rond een locatieparameter aangeven, zoals de variantie of standaardafwijking. | | Normale distributie | Een symmetrische kansverdeling die klokvormig is en wordt gekenmerkt door het gemiddelde en de variantie. | | Log-normale distributie | Een kansverdeling waarbij de natuurlijke logaritme van de variabele normaal verdeeld is, vaak gebruikt voor deeltjesgroottes. | | Lapse rate (temperatuur-vervalsnelheid) | De snelheid waarmee de temperatuur van de atmosfeer verandert met toenemende hoogte. | | Adiabatische vervalsnelheid | De theoretische temperatuurafname van een stijgend luchtpakket dat geen warmte uitwisselt met de omgeving. | | Stijgkracht (buoyancy) | De opwaartse kracht die een object ondervindt in een medium, gebaseerd op het dichtheidsverschil tussen het object en het medium. | | Effluent-dispersie | De verspreiding en verdunning van vervuilende stoffen in de atmosfeer nadat deze uitgestoten zijn, bijvoorbeeld uit een schoorsteen. | | Rookpluim | De zichtbare stroom van verbrandingsgassen die uit een schoorsteen opstijgt en zich verspreidt in de atmosfeer. | | Turbulente vermenging | Het proces waarbij luchtlagen met verschillende concentraties en temperaturen intens worden gemengd door chaotische luchtbewegingen. | | Moleculaire diffusie | Het proces van willekeurige beweging van moleculen, leidend tot een netto flux van hogere naar lagere concentratie. | | Zwaartekracht-bezinking | Het mechanisme waarbij grotere deeltjes uit een gasstroom vallen onder invloed van de zwaartekracht in een bezinkingskamer. | | Centrifugale afscheiding | Het mechanisme waarbij deeltjes door een roterende beweging naar buiten worden gedreven en zo uit een gasstroom worden afgescheiden. | | Elektrostatische precipitatie | Een methode om stofdeeltjes uit een gasstroom te verwijderen door ze elektrisch op te laden en vervolgens aan te trekken tot collectorelektroden. | | Inertiële baanwijziging | Het mechanisme waarbij deeltjes door hun traagheid een andere baan volgen dan de gasstroom wanneer deze van richting verandert. | | Inertiele impact | Het botsen van deeltjes met een obstakel, veroorzaakt door hun traagheid bij het volgen van een gekromde gasstroom. | | Directe interceptie | Het afscheiden van deeltjes doordat ze bij het volgen van een gekromde gasstroom het obstakel raken met hun fysieke omvang. | | Diffusie-afzetting | Het mechanisme waarbij zeer kleine deeltjes door Brownse beweging contact maken met oppervlakken en worden afgescheiden. | | Stofkamer (bezinkingskamer) | Een apparaat dat gebruik maakt van zwaartekracht om grotere stofdeeltjes uit een gasstroom te laten bezinken. | | Cycloon | Een apparaat dat centrifugale krachten gebruikt om stofdeeltjes uit een gasstroom te scheiden. | | Elektrostatische filter (elektrofilter) | Een veelgebruikt apparaat voor stofverwijdering dat gebruik maakt van elektrische lading en velden, hoewel de naam 'filter' misleidend kan zijn. | | Filterkoek | Een laag stof die zich op het filterdoek van een filter vormt en mede de filtratie-eigenschappen bepaalt. | | Oppervlaktefiltratie (koekfiltratie) | Een filtratiemethode waarbij het stof zich afzet aan de buitenkant van het filtermedium, waarbij de filterkoek een belangrijk rol speelt. | | Diepte-filtratie | Een filtratiemethode waarbij deeltjes binnendringen in het poreuze filtermedium en daarin worden tegengehouden. | | Propstroming (laminair stroming) | Een ideaal stromingspatroon waarbij deeltjes zich met de gasstroom meebewegen in parallelle, niet-mengende stroomlijnen. | | Turbulente stroming | Een ongeordend stromingspatroon waarbij deeltjes door willekeurige bewegingen worden beïnvloed. | | Cut-off diameter | De diameter van een deeltje waarvoor het afscheidingsrendement van een stofafscheider 50% bedraagt. | | Globaal afscheidingsrendement | De totale fractie stof die door een afscheider wordt afgescheiden over het gehele spectrum van deeltjesgroottes. | | Nette gaswassers (scrubbers) | Apparaten die gas- en stofdeeltjes verwijderen door contact met een vloeistof, waarbij het gas ook wordt gekoeld. | | Preformed spray-scrubbers | Scrubbers waarbij vloeistof wordt verneveld met sproeikoppen om stofdeeltjes te vangen. | | Plaat-scrubbers | Scrubbers die bestaan uit verticale torens met geperforeerde platen waar gas doorheen stroomt, in contact met vloeistof. | | Vullingskolom-scrubber | Scrubbers die gebruik maken van een vulling van elementen (zoals ringen of bollen) om gas en vloeistof contact te laten maken. | | Bewegend-bed-scrubbers | Scrubbers met gefluïdiseerde pakking waarbij gas en vloeistof intens vermengd worden. | | Vezel-pakking | Scrubbers die gebruik maken van vezels (kunststof, glas) als filtermedium voor gasreiniging. | | Vloeistof-verstuivers | Scrubbers waarbij de kinetische energie van het gas wordt gebruikt om vloeistof te vernevelen en stofdeeltjes te vangen. | | Centrifugale scrubbers | Scrubbers die een roterende gasstroom gebruiken in combinatie met vloeistofsproeiers om deeltjes te verwijderen. | | SOx (zwaveloxiden) | Een verzameling van zwavelverbindingen, zoals SO2 en SO3, die als emissies van verbranding of industriële processen voorkomen. | | NOx (stikstofoxiden) | Een verzameling van stikstofoxiden, voornamelijk NO en NO2, die ontstaan bij verbranding bij hoge temperaturen of uit brandstofcomponenten. | | VOS (vluchtige organische stoffen) | Een brede klasse van organische verbindingen die bij kamertemperatuur gemakkelijk verdampen, en vaak als polluenten worden beschouwd. | | Thermische verbranding | Een proces waarbij polluenten, zoals VOS, bij hoge temperatuur worden geoxideerd tot CO2 en water. | | Katalytische verbranding | Een proces vergelijkbaar met thermische verbranding, maar waarbij een katalysator de oxidatie van polluenten bij lagere temperaturen mogelijk maakt. | | Adsorptie | Het proces waarbij gassen of vloeistoffen zich hechten aan het oppervlak van een vast adsorbens, zoals actieve kool. | | Condensatie | Een proces waarbij een gas afkoelt tot het dauwpunt, waardoor de contaminanten condenseren tot een vloeistof. | | Absorptie | Een proces waarbij een stof uit een gasfase wordt opgenomen door een vloeistof of een ander medium. | | Selectieve katalytische reductie (SKR) | Een techniek om NOx te reduceren tot stikstof en water met behulp van ammoniak en een katalysator. | | Selectieve niet-katalytische reductie (SNKR) | Een techniek om NOx te reduceren door injectie van ammoniak of ureum in de verbrandingskamer, zonder katalysator. | | Drieweg-katalysator | Een katalysator in uitlaatsystemen die NOx, onverbrande koolwaterstoffen (KWS) en koolmonoxide (CO) omzet tot onschadelijke stoffen. |

# Belang en samenstelling van water Water is een fundamentele stof voor al het leven op aarde en van cruciaal belang voor diverse industriële en maatschappelijke sectoren [5](#page=5). ### 1.1 Het belang van water Water is essentieel voor het leven omdat het dient als medium voor het opnemen van voedingsstoffen door planten en het handhaven van de vochtbalans bij mens en dier. De gehele voedingsindustrie, inclusief landbouw, veeteelt en visserij, is volledig afhankelijk van water. Daarnaast speelt water een vitale rol in basishygiëne [5](#page=5). Voor de energievoorziening is water van kapitaal belang: aardolie is ontstaan uit waterleven, en elektrische energie wordt deels opgewekt in hydraulische centrales of, in thermische en nucleaire centrales, waarbij water als energiedrager fungeert [5](#page=5). Industriële activiteiten maken breed gebruik van water als proceswater, ketel-, koel- en waswater. De transportbranche is onlosmakelijk verbonden met water, met name door de scheepvaart, waarvan het belang naar verwachting zal toenemen. Ook voor recreatieve activiteiten zoals visserij en watersporten is water onontbeerlijk. In vele godsdiensten heeft water een symbolische en purifierende functie, soms zelfs met geneeskrachtige associaties, zoals in kuuroorden [5](#page=5). Gezien de immense rol van water en de beperkte beschikbaarheid van bruikbare bronnen, is zorgvuldig gebruik, beheer en recyclage strikt noodzakelijk [6](#page=6). ### 1.2 Hydrologie: de wetenschap van water Hydrologie bestudeert het water boven, op en onder het aardoppervlak, evenals de natuurlijke samenhang van alle waterverschijnselen. Ongeveer 70% van het aardoppervlak is met water bedekt, met een volume van circa 1.360 miljard km³ [6](#page=6). De verdeling van dit water is als volgt (tot 5 km diepte; ongeveer 25% bevindt zich dieper) [6](#page=6): * Atmosfeer (waterdamp): 0,001% [6](#page=6). * Oceanen en zeeën: 97,212% [6](#page=6). * Ijskappen en gletsjers: 2,15% [6](#page=6). * Oppervlaktewater: * Zoetwatermeren: 0,009% [6](#page=6). * Zoutwatermeren en binnenzeeën: 0,008% [6](#page=6). * Rivieren: 0,0001% [6](#page=6). * Grondwater: * Bodemvocht: 0,005% [6](#page=6). * Ondiep grondwater (tot 800 m): 0,307% [6](#page=6). * Diep grondwater (800 tot 5000 m): 0,307% [6](#page=6). Slechts ongeveer 0,6% van de totale hoeveelheid water is zoet water geschikt voor menselijke consumptie [6](#page=6). De totale hoeveelheid water op aarde is constant en ondergaat voortdurend transformaties in een gesloten kringloop, aangedreven door de zon. Jaarlijks verdampen 450.000 km³ zoutwater en 70.000 km³ zoetwater. Na condensatie valt dit water terug als neerslag. Meer water valt op het land (110.000 km³) dan in zee (410.000 km³). Het water dat op land valt, verdampt voor tweederde, deels direct en deels via planten of menselijke activiteiten. Het resterende eenderde vloeit af naar beken en rivieren (oppervlaktewater) of dringt de grond in (grondwater) tot het waterondoorlatende lagen bereikt waar het zich ophoopt, om vervolgens opgepompt te worden of als bron vrij te komen [6](#page=6). In België bedraagt de jaarlijkse neerslag ongeveer 26 miljard m³. Hiervan wordt circa 10 miljard m³ afgevoerd via oppervlaktewater, 4 miljard m³ sijpelt in de grond, en de rest verdampt [7](#page=7). Grondwater kan worden ingedeeld naar geologisch ontstaan [7](#page=7): * Paleozoïsche lagen (ouder dan 225 miljoen jaar): vooral in Zuid-België [7](#page=7). * Mesosoïsche lagen (225 tot 65 miljoen jaar): in Bergen en Haspengouw, intensief gebruikt voor drinkwaterproductie [7](#page=7). * Kenozoïsche lagen (jonger dan 65 miljoen jaar): voornamelijk in Noord-België, minder waterrijk en sterk geëxploiteerd, met beperkte voeding door bebouwing en verharding. Vlaanderen importeert 27% van zijn drinkwater [7](#page=7). België behoort tot drie stroombekkens: het Maasbekken (14.630 km²), het Scheldebekken (12.240 km²) en het Kustbekken (2.230 km²). Alleen Maaswater is goed bruikbaar voor consumptie, daar Scheldewater te vervuild is en de aanvoer van het Kustbekken gering is [7](#page=7). ### 1.3 Watersamenstelling De anorganische samenstelling van water varieert afhankelijk van de vindplaats [7](#page=7). Tabel 1-2: Type samenstellingen van zee-, rivier- en grondwater (mg/l) [8](#page=8). | Samenstelling | Zee | Rivier | Bodem | | :------------ | :----- | :----- | :----- | | Ca++ | 400 | 15 | 100 | | Mg++ | 1272 | 4,1 | 10 | | Na+ | 10561 | 6,3 | 80 | | K+ | 380 | 2,3 | - | | Cl- | 18980 | 7,8 | 100 | | SO4-- | 2712 | 11,2 | 165 | | HCO3- | 140 | 58,4 | 130 | De samenstelling van grondwater wordt sterk bepaald door de aardlagen waar het doorheen sijpelt; het neemt oplosbare stoffen op en filtert zwevende bestanddelen uit. In kalkhoudende lagen is het Ca++ gehalte hoog, terwijl elders het Na+ gehalte hoog kan zijn. Rivierwater bevat over het algemeen minder opgeloste stoffen door korter contact met de bodem, maar meer zwevende stoffen door gebrek aan percolatie [7](#page=7) [8](#page=8). ### 1.4 Waterverbruik Het waterverbruik kent diverse doeleinden, waarbij directe menselijke consumptie het kleinste deel uitmaakt (ongeveer 3 liter vocht per dag per persoon). Voor België zou dit neerkomen op ongeveer 30.000 m³ water per dag. Het verbruik aan drinkbaar leidingwater ligt echter aanzienlijk hoger, rond 1,1 miljoen m³/dag (ongeveer 400 miljoen m³/jaar), omdat leidingwater voor vele andere toepassingen wordt gebruikt, zoals het doorspoelen van toiletten (10 liter), ligbaden (ca. 150 liter) en douches (ca. 30 liter). Het gemiddelde leidingwaterverbruik wordt geschat op circa 110 liter per persoon per dag, met regionale verschillen [8](#page=8). Het verbruik aan industrieel water is ongeveer dubbel zo hoog. De Vlaamse nijverheid verbruikt circa 468 miljoen m³ water per jaar, waarvan ongeveer 39% uit oppervlaktewater wordt onttrokken, voornamelijk voor koelwater (90%). Ongeveer 21% van het industrieel verbruik betreft grondwater, 34% drinkwater en 6% overige bronnen (regenwater, hergebruik). Sommige industrieën hebben enorme waterbehoeften [8](#page=8). --- # Waterkwaliteit en -vervuiling Dit hoofdstuk behandelt de technische vereisten voor drinkwater en industrieel water, de diverse vormen van watervervuiling en de milieu-impact ervan. ### 2.1 Technische eisen aan water #### 2.1.1 Drinkwater Drinkwater moet voldoen aan strenge eisen vanwege de directe opname in het organisme. De schadelijke stoffen worden ingedeeld in drie groepen: zware metalen (zoals ijzer, koper, arseen, magnesium), toxische organische verbindingen (zoals fenolen, pesticiden) en pathogene bacteriën. Tabel 1-4 geeft de toegelaten maximale concentraties voor diverse elementen en verbindingen. In specifieke sectoren, zoals de voedingsindustrie, worden dezelfde strenge eisen gesteld aan proceswater of water dat in contact komt met voedingsmiddelen [10](#page=10) [9](#page=9). **Tabel 1-4: Limieten voor drinkwaterkwaliteit** [10](#page=10). | Element/Verbinding | Limiet | | :------------------------ | :----------------- | | pH | 6,5 - 9,2 | | Nitraat | 50 mg/l | | Nitriet | 0,1 mg/l | | Fe | 0,2 mg/l | | Cu | 1 mg/l | | Zn | 5 mg/l | | As | 0,05 mg/l | | Hg | 0,001 mg/l | | SO₄²⁻ | 250 mg/l | | Fenolen | 0,0005 mg/l | | Verzadiging aan O₂ | > 75% | | Colibacteriën | 0/100 ml | | Pesticiden & aanverwanten | < 0,0005 mg/l | #### 2.1.2 Industrieel water ##### 2.1.2.1 Water voor stoomproductie Water voor stoomproductie kent nog strengere eisen dan drinkwater om technische storingen in installaties te voorkomen. Tabel 1-5 specificeert de limieten voor ketelwater bij drukken tussen 60 en 80 bar, gericht op warmteoverdracht, metaalaantasting en stoomzuiverheid. Behandelingen omvatten externe processen (filtreren, ontharden, ontgassen) en interne processen (zuurstofbinders, alkaliseringsmiddelen) [10](#page=10). **Tabel 1-5: Limieten voor ketelwater (60-80 bar)** [11](#page=11). | Element/Verbinding | Limiet | | :------------------- | :----------------- | | pH | 10 - 10,9 | | Geleidbaarheid | < 1000 μS/cm | | Hardheid | niet aantoonbaar | | TAP (Titraattest Alkaliteit Profiel) | 0,8 - 5,0 o fh | | TAM (Titraattest Alkaliteit Methyl-Oranje) | 1,0 - 6,0 o fh | | OH⁻ | 0,6 - 4,0 o fh | | Fosfaat | 1 - 5 mg/l | | O₂ | niet aantoonbaar | | Totaal ijzer | < 0,5 mg/l | | Totaal koper | < 0,1 mg/l | ##### 2.1.2.2 Water voor koeling Bij koelwater worden eisen gesteld, maar vanwege de enorme volumes is behandeling vaak onuitvoerbaar. Soms worden inhibitoren toegevoegd tegen afzettingen en corrosie, en biociden tegen microbiologische activiteit [11](#page=11). ##### 2.1.2.3 Proceswater De behandeling van proceswater is industrieafhankelijk. Zo worden in de voedingsindustrie ontsmettingsmiddelen toegevoegd, in de papierindustrie bleekmiddelen, en in de auto-industrie anti-kleefmiddelen en coagulatiestoffen in spuitcabines [11](#page=11). ### 2.2 Watervervuiling Elke menselijke activiteit, zowel huishoudelijk als industrieel, leidt tot watervervuiling. Huishoudelijk afvalwater bevat voornamelijk organische stoffen zoals fecaliën, urine, etensresten en detergenten. Industrieel afvalwater kan zowel anorganische als organische producten bevatten, variërend van biologisch afbreekbaar tot toxisch en niet-afbreekbaar [11](#page=11). Landbouwactiviteiten kunnen pesticiden, herbiciden en grote hoeveelheden meststoffen in het water brengen, die ook grondwater kunnen vervuilen. Nitraten en fosfaten in oppervlaktewater veroorzaken eutrofiëring, wat leidt tot explosieve plantengroei en zuurstoftekort, waardoor ander waterleven sterft. Veehouderij draagt bij aan organisch afval, maar de mestoverschotten zijn vaak te groot voor volledige terugvoer naar landbouwgrond [12](#page=12). Temperatuurverhogingen door lozing van koelwater hebben ook een negatieve milieu-impact. Indirecte vervuiling kan optreden door het uitlogen van gestort vast afval. Verbrandingsgassen (CO₂, SO₂, NOx) leiden tot zure regen, wat het oplossend vermogen van water verhoogt en de bruikbaarheid ervan vermindert [12](#page=12). ### 2.3 Afvalwater Aan geloosd afvalwater worden technische eisen gesteld, vastgelegd in de Vlaamse wetgeving, met name het Milieuwetboek Vlarem II. Dit omvat een algemeen reglement en sectorale bepalingen voor specifieke industrieën [12](#page=12). **Tabel 1-6: Normen voor huishoudelijk en ander afvalwater** [13](#page=13). | Parameter | Normaal huisafvalwater (Riool) | Anders dan normaal huisafvalwater (Riool) | Anders dan normaal huisafvalwater (Oppervlakte) | Koelwater (Oppervlakte) | | :--------------------------------- | :----------------------------- | :---------------------------------------- | :---------------------------------------------- | :---------------------- | | pH | 6,5 - 9 | 6-9,5 | 6,5 - 9 | 6,5-8,5 | | BOD (mg O₂/l) | 15-30-50 | 15 of 30 | 30 | - | | COD (mg O₂/l) | - | - | - | - | | Temperatuur (°C) | - | - | - | 30 | | Bezinkbare stoffen (ml/l) | 0,56 | 0,56 | - | - | | Zwevende stoffen (mg/l) | 45 | 30 | - | - | | Afmet. Zwev. stof (mm) | 3 | - | - | - | | Extr. CCl₄ (mg/l) | 500 | 500 | - | - | | Extr. Petrol. Ether (mg/l) | 5 | 5 | - | - | | Detergent (mg/l) | - | - | 4 | - | | Opgeloste zuurstof (mg/l) | - | - | 3 | - | **Tabel 1-7: Sectorale bepalingen (voorbeeld)** [14](#page=14). | Parameter | Riool | Oppervlaktewater | | :---------------------------------- | :------- | :--------------- | | pH | 6-12 | 6,5-9 | | Zwevende stoffen (mg/l) | 1000 | 100 | | Afmeting zwevende stof (mm) | 10 | - | | Bezinkbare stoffen (mg/l) | 30 | - | | BOD (mg O₂/l) | 30 | - | | COD (mg O₂/l) | 500 | 400 | | Extr. CCl₄ (mg/l) | 5 | - | | Extr. Petrol. Ether (mg/l) | 0,03 | 0,003 | | Totaal org. Chloor (mg Cl/l) | verbod | verbod | | Org. Chloorpest. (mg/l) | 0,800 | - | | Org. Fosforpest. (mg/l) | - | - | | PCB | verbod | verbod | | N-nitrosodipropylamine | - | 0,5 | | Acrylonitrile | - | 0,06 | | Sulfiden (mg S²⁻/l) | 1 | verbod | | Sulfieten | - | verbod | | Kjeldahl N (mg N/l) | - | 50 | | Totaal fosfor (mg P/l) | 0,3 | 5 | | Totaal chroom (mg Cr/l) | 1 | 0,05 | | Chroom VI (mg Cr/l) | - | - | | Totaal koper (mg Cu/l) | 0,5 | 0,2 | | Totaal mangaan (mg Mn/l) | 1 | - | | Totaal zink (mg Zn/l) | 5 | - | | Totaal kobalt (mg Co/l) | 0,5 | - | | Totaal nikkel (mg Ni/l) | 0,5 | 0,1 | | Totaal lood (mg Pb/l) | 100,5 | 2 | | Som: Co,Cr,Cu,Pb,Mn,Fe,Sn,Ni | 5 | 0,1 | | Ontbindbare cyaniden (mg/l) | - | - | | Fenolen + deriv. (mg/l) | 30 | 3 | | Anion. Detergenten (mg/l) | - | 10 | | Kation. Detergenten (mg/l) | - | 3 | | Nonion. Detergenten (mg/l) | - | - | | Bio afbreekbaarh. Tens. Akt (%) | 90 % | - | | Actieve Cl + Br (mg/l) | 10 | - | | Sulfaten (mg/l) | 150 - 200| - | | Chloriden (mg/l) | - | - | **Tabel 1-8: Sectorale bepalingen (voorbeeld)** [15](#page=15). | Parameter | Riool | Oppervlaktewater | | :----------------------------- | :------- | :--------------- | | Temperatuur (°C) | 45 | 30 | | pH | 6-9,5 | 6,5-9 | | Zwevende stoffen (mg/l) | 1000 | 60 | | Afmetingen zwev. stoffen (mm) | 10 | - | | Bezinkbare stoffen (ml/l) | 0,5 | - | | Detergenten (mg/l) | 500 | 3 | | Extr. Petrol. Ether (mg/l) | - | - | | BOD (mg O₂/l) | 35 | 35 | | COD (mg O₂/l) | 200 | 250 | | Extr. CCl₄ (mg/l) | 20 | 350 | | TOC (mg/l) | 200 | 250 | | Totaal Chroom (mg Cr/l) | 0,5 | 0,5 | | Chroom IV (mg Cr/l) | 0,05 | 0,05 | | Totaal lood (mg Pb/l) | 0,05 | 0,05 | | Sulfiden (mg S²⁻/l) | 1 | 1 | | Totaal fosfor (mg P/l) | 2 | 2 | | Kjeldahl N (mg N/l) | 10 | 30 | | Fenolen (mg/l) | 0,5 | 1 | **Tabel 1-9: Sectorale bepalingen (voorbeeld)** [16](#page=16). | Parameter | Riool | Oppervlaktewater | | :-------------------- | :------- | :--------------- | | Temperatuur (°C) | 45 | 30 | | pH | 6-9,5 | 6,5 | | Zwevende stoffen (mg/l)| 100 | 100 | | Afmetingen zwev. stoffen (mm)| 10 | - | | BOD (mg O₂/l) | - | 100 | | COD (mg O₂/l) | 1000 | 1000 | | Extr. CCl₄ (mg/l) | 500 | - | | Extr. Petrol. Ether (mg/l)| 5 | 3 | | Detergent (mg/l) | - | - | | Totaal fosfor (mg P/l)| 100 | 100 | | Kjeldahl N (mg N/l) | 300 | 300 | | Ammoniakale N (mg N/l)| 150 | 150 | | Mest | art. 7 | - | ### 2.4 Kwantificeren van vervuiling #### 2.4.1 Samenstelling van afvalwater Afvalwater bestaat uit zichtbare/zwevende/onopgeloste stoffen (zand, vetten, colloïden) en opgeloste stoffen (zouten, organische stoffen). Beide kunnen van organische of anorganische aard zijn. Opgeloste anorganische bestanddelen zijn moeilijk te verwijderen en moeten aan de bron worden beperkt. Bij huishoudelijk afvalwater is de verhouding bezinkbare/niet-bezinkbare zwevende stoffen ongeveer 7/3 [17](#page=17). **Tabel 2-1: Grootte-orde stoffen in afvalwater per inwoner per dag** [18](#page=18). | Categorie | Anorganisch (g/inw.dag) | Organisch (g/inw.dag) | Totaal (g/inw.dag) | BZV (gO₂/inw.dag) | | :--------------------- | :---------------------- | :-------------------- | :----------------- | :---------------- | | **onopgelost** | | | | | | bezinkbaar | 20 | 40 | 60 | 19 | | niet bezinkbaar | 10 | 20 | 30 | 12 | | **opgelost** | | | | | | niet bezinkbaar | 50 | 50 | 100 | 23 | | **totaal** | **80** | **110** | **190** | **54** | #### 2.4.2 Zuurstofverbruik Zuurstofverbruik is een maat voor watervervuiling, omdat de afbraak van veel vervuilende stoffen zuurstof vereist. Dit geldt voor organische koolstof- en stikstofverbindingen, en anorganische stoffen die naar een hogere oxidatietoestand worden gebracht [19](#page=19). Er worden twee methoden onderscheiden voor het bepalen van zuurstofverbruik: 1. **Biochemisch Zuurstofverbruik (BZV):** De hoeveelheid zuurstof die nodig is voor bacteriële afbraak van biologisch oxideerbare koolstofverbindingen tot CO₂ en H₂O. Het wordt uitgedrukt in mg O₂/l. Het BZV kent twee trappen [19](#page=19): * **Koolstoftrap:** Oxidatie van organische koolstofverbindingen, duurt ongeveer 20 dagen bij kamertemperatuur [19](#page=19). * **Nitrificatietrap:** Oxidatie van stikstofverbindingen (NZV), begint later en overlapt met de koolstoftrap. Om deze overlapping te vermijden, wordt vaak 5 dagen gemeten (BZV₅₂₀) of worden nitrificatieremmers gebruikt [19](#page=19) [20](#page=20). De snelheid van zuurstofbehoefte omzetting is evenredig met de resterende behoefte: $$ \frac{db}{dt} = -k_1 b $$ (2.1) [20](#page=20). Dit leidt tot de exponentiële vervalwet voor de zuurstofbehoefte: $$ b(t) = b_0 e^{-k_1 t} $$ (2.2) [21](#page=21). Het gecumuleerd zuurstofverbruik tot tijd $t$ bij temperatuur $T$ (°C) is: $$ \text{BZV}(t) = \Delta b = b_0 - b(t) = b_0 (1 - e^{-k_1 t}) $$ (2.3) [21](#page=21). De constante $k_1$ is de de-oxigenatiecoëfficiënt, die empirisch bepaald wordt. Een formule om deze aan te passen aan temperatuur is: $$ k_{1, T} = k_{1, 20} \exp(0.046 (T - 20)) $$ (2.4) [21](#page=21). Met een $k_{1,20}$ van 0,23 wordt voor $t=5$ dagen en $T=20$°C: $$ \text{BZV}_5^{20} = 0.684 b_0 $$ (2.5) [21](#page=21). Het BZV₂₀₂₀ kan worden geëxtrapoleerd uit BZV₅₂₀: $$ b_0 = \text{BZV}_{20}^{20} = \frac{\text{BZV}_5^{20}}{0.684} \approx 1.46 \times \text{BZV}_5^{20} $$ (2.6) [21](#page=21). *Nadelen van BZV:* lange bepalingstijd (5 dagen), gevoeligheid voor toxische stoffen die de afbraak remmen, en geringe reproduceerbaarheid (#page=21, 22) [21](#page=21) [22](#page=22). 2. **Chemisch Zuurstofverbruik (CZV):** Meet de oxidatie van de meeste organische verbindingen met kaliumdichromaat. CZV is vrijwel altijd groter dan BZV en overschat de benodigde zuurstof voor biologische zuivering, omdat niet-biologisch afbreekbare stoffen wel worden gemeten. CZV-bepaling is sneller en beter reproduceerbaar dan BZV. Voor huishoudelijk afvalwater geldt de relatie bCZV/CZV = 0,7, waarbij bCZV de biologisch afbreekbare fractie van CZV is en BZV weerspiegelt [22](#page=22). #### 2.4.3 Industrieel afvalwater en Inwoner-Equivalent (I.E.) Industrieel afvalwater is divers, vaak toxischer dan huishoudelijk afvalwater, maar bevat ook oxideerbare bestanddelen. De hoeveelheid wordt uitgedrukt in Inwoner-Equivalenten (I.E.), waarbij 1 I.E. staat voor het BZV van afvalstoffen van één inwoner per dag. Eén persoon produceert ongeveer 190 gram afval dat 54 gram zuurstof nodig heeft voor omzetting. Na voorbezinking daalt de benodigde zuurstof naar 35 gram [22](#page=22). #### 2.4.4 Vervuilingseenheid (VE) De vervuilingseenheid houdt naast het BZV ook rekening met de belasting door zware metalen en nutriënten (stikstof en fosfor) [22](#page=22). ### 2.5 Belasting van oppervlaktewater door afvalwater Oppervlaktewater omvat zoet en zout water in beken, rivieren, meren, zeeën, etc.. Het wordt belast door huishoudelijk en industrieel afvalwater, evenals andere stoffen zoals vuilnis en bestrijdingsmiddelen. Om te voldoen aan de basiskwaliteitsnormen van VLAREM II, worden eisen gesteld aan oppervlaktewater [22](#page=22). **Tabel 2-2: Eisen aan oppervlaktewaterkwaliteit (VLAREM II)** [23](#page=23). | Parameter | Limiet | | :----------------------------- | :------------------ | | Zwevende stoffen | < 50 mg/l | | Opgeloste zuurstof | > 5 mg/l | | BZV₅₂₀ | < 6 mg/l | | CZV | < 30 mg/l | | Cl⁻ | < 200 mg/l | | SO₄²⁻ | < 100 mg/l | | T | < 25 °C | | pH | > 6 tot < 9 | | Detergenten | < 1 mg/l | | Kjeldahl - N | < 6 mg - N /l | | NH₄⁺ | < 5 mg - N /l | | NH₃ | < 20 mg - N /l | | NO₂⁻ en NO₃⁻ | < 10 mg - N /l | | Totaal fosfaat | < 0,1 mg - P /l | | Orthofosfaat in stromend water | < 0,3 mg - P /l | | Orthofosfaat in stilstaand water| < 0,05 mg - P /l | | Zware metalen | Voldoende laag | | Andere | Hygiënisch, Geen reuk, Vrij van giftige stoffen | --- # Zuivering van afvalwater Dit gedeelte behandelt de essentiële processen en methoden die worden toegepast in een waterzuiveringsinstallatie om afvalwater te behandelen en te voldoen aan de gestelde milieunormen [27](#page=27). ### 3.1 Fasen van afvalwaterzuivering De conventionele zuivering van industrieel en huishoudelijk afvalwater is onderverdeeld in drie hoofdfasen [27](#page=27): #### 3.1.1 Mechanische zuivering (eerste trap/voorbehandeling/primaire behandeling) Deze fase is gericht op het verwijderen van grove bestanddelen, zand en eventueel vetten uit het afvalwater, gevolgd door een bezinkingsproces. Het hoofddoel is het voorkomen van schade aan roterende onderdelen, uitschuring door harde stoffen zoals zand en grint, en verstoppingen in leidingen [27](#page=27). * **Roosters:** Verantwoordelijk voor het verwijderen van grove deeltjes uit het afvalwater. Ze worden geclassificeerd op basis van de openingen [33](#page=33): * Zeer fijn: tot 15 mm [33](#page=33). * Fijn: 15-30 mm [33](#page=33). * Grof: > 30 mm [33](#page=33). Roosters kunnen manueel of machinaal gereinigd worden en hun hellingshoek is afhankelijk van het reinigingsmechanisme (30-45° voor manueel, 60-80° voor mechanisch) [33](#page=33). * **Snijroosters:** Combineren roosteren met snijden om het vuil onder water te verkleinen, wat stankhinder beperkt [34](#page=34). * **Hoogteverlies over een rooster:** Veroorzaakt door de verkleining van de doorstroomoppervlakte. Kan berekend worden met de formule van Kirschmer of semi-empirische correlaties [35](#page=35). * Formule van Kirschmer: $h = \frac{v^2}{2g\beta} \left(\frac{b}{d}\right) \sin \gamma$ [35](#page=35). * Semi-empirische correlatie: $h = \frac{V^2}{2g} (1 - \alpha)^2 / 0.7$ [35](#page=35). * **Berekening van een rooster:** Omvat de keuze van de roosteropeningen, stroomsnelheid door het rooster, berekening van het vrije en benodigde oppervlak, en controle van het hoogteverlies [36](#page=36). * **Roostervuilhoeveelheid:** Afhankelijk van de roosteropening en reinigingsmethode [37](#page=37). * **Zandvanger:** Ontworpen om zand en grint te verwijderen, die niet biologisch afbreekbaar zijn en mechanische onderdelen kunnen beschadigen [50](#page=50). * **Doel:** Voorkomen van slijtage van bewegende onderdelen, afzettingen in leidingen en extra luchtinbreng in biologische bekkens [50](#page=50). * **Werking:** Zand wordt efficiënt verwijderd door bezinking. De zandvang wast het zand ook om organisch vuil te verminderen [50](#page=50). * **Berekening van zandvangen:** Vereist dat de horizontale stroomsnelheid ($v_h$) kleiner is dan de sleepsnelheid ($v_s$) om uitschuring te vermijden [50](#page=50). * $v_h L \ge v_s H$ [50](#page=50). * **Oppervlaktebelasting ($v_0$):** Cruciaal voor de dimensionering, bepaalt welke deeltjes nog net bezinken. Typisch 8.3 tot 11.1 mm/s voor zandvangen [50](#page=50) [51](#page=51). * **Constante horizontale stroomsnelheid:** Kan bereikt worden door meerdere goten naast elkaar te gebruiken of door een speciaal ontworpen profiel [52](#page=52) [53](#page=53). * **Geprofileerde zandvang:** Maakt gebruik van geprofileerde dwarsdoorsneden en speciale overstorten om de horizontale snelheid constant te houden [53](#page=53). * **Beluchte zandvang:** Combineert zand- en vetverwijdering door luchtbellen in te blazen, die vetdeeltjes naar de oppervlakte drijven [55](#page=55). * **Voorbezinkingsbekkens:** Scheiden de bezinkbare organische materie af voordat het water de biologische zuivering ingaat [56](#page=56). * **Concept:** Vaste deeltjes zinken naar de bodem en vormen primair slib, dat wordt verwijderd door slibschrapers [56](#page=56) [57](#page=57). * **Vormen:** Kunnen rechthoekige of cirkelvormige horizontale doorsneden hebben [56](#page=56). * **Ideale bezinkingsbekken berekening:** Focust op de oppervlaktebelasting ($v_0$) en de horizontale stroomsnelheid ($v_h$) [58](#page=58). * Horizontale oppervlakte: $A = B \cdot L = \frac{Q}{v_0}$ [58](#page=58). * Vertikale dwarsdoorsnede: $A_{dwars} = B \cdot H = \frac{Q}{v_h}$ [58](#page=58). * De hoogte van het bekken is in de praktijk vrij te kiezen, maar moet voldoende diep zijn om de horizontale stroomsnelheid onder de sleepsnelheid te houden [59](#page=59). * **Reëel bezinkingsbekken:** Houdt rekening met niet-idealiteiten zoals kortsluitstromen en dode zones, die de verblijftijdverhouding (TR) beïnvloeden [60](#page=60). * TR voor rechthoekige bekkens: 0.27 < TR < 0.95 [60](#page=60). * TR voor cirkelvormige bekkens: 0.35 < TR < 0.9 [60](#page=60). * **Turbulentie:** Kan de bezinking verstoren en wordt gekarakteriseerd door het Reynoldsgetal ($Re_h = \frac{v_h \rho_f D_h}{\mu}$) [60](#page=60) [61](#page=61). #### 3.1.2 Biologische zuivering (secundaire behandeling) In deze fase worden organische stoffen afgebroken met behulp van micro-organismen en kunstmatige zuurstofinbreng. Dit versnelt het natuurlijke zelfreinigend vermogen van afvalwater, waarbij organische stoffen worden omgezet in eenvoudige afbraakproducten zoals H₂O en CO₂ [27](#page=27). * **Aëratiebekkens:** Cruciaal voor biologische zuivering, waar de micro-organismen actief zijn [72](#page=72). * **Fundamentele kinetische vergelijkingen:** Beschrijven de snelheid van biochemische reacties [62](#page=62). * **Homogene type snelheidsvergelijkingen:** Gebaseerd op klassieke chemische kinetica, zoals machtswetten [62](#page=62). * Eerste orde: $r = k C_S$ [63](#page=63). * Tweede orde: $r = k C_S C_X$ [63](#page=63). * Pseudo-eerste orde: $r = k' C_S$ (wanneer $C_X$ constant is) [63](#page=63). * **Enzymatisch type snelheidsvergelijkingen (Michaelis-Menten):** Houdt rekening met de biologische aard van de afbraakreacties [63](#page=63). * $r_{max} = \frac{r_{max} C_S}{K_S + C_S}$ [64](#page=64). * Voor kleine substraatconcentraties: $r \approx \frac{r_{max}}{K_S} C_S$ (ogenschijnlijk eerste orde) [66](#page=66). * Voor hoge substraatconcentraties: $r \approx r_{max}$ (ogenschijnlijk nulde orde) [66](#page=66). * **Specifieke groeisnelheid van micro-organismen:** Beschreven door de Monod-wet [67](#page=67). * $\mu = \frac{\mu_m C_S}{K_S + C_S}$ [67](#page=67). * **Reactiesnelheid van het substraat:** Proportioneel met de concentratie biomassa [68](#page=68). * $r_S = q \cdot C_X$ [68](#page=68). * Algemene vergelijking: $r_S = \frac{q_m C_S C_X}{K_S + C_S}$ [68](#page=68). * **Afsterven van biomassa:** Beschreven door een snelheidsproportioneel met de biomassa concentratie ($r_E = k_D C_X$) [69](#page=69). * **Continuïteitsvergelijkingen:** * **Continue reactor met propstroming (PFR):** Alle fluïdumdeeltjes bewegen met dezelfde snelheid langs parallelle banen [70](#page=70). * **Continue reactor met volkomen vermenging (CSTR):** De inhoud wordt continu geroerd en is homogeen in elk punt [71](#page=71). * **Modellering van aëratiebekkens:** Beschouwt zowel CSTR als PFR types, en zowel klassieke als enzymatische kinetica [72](#page=72). * **Zuurstof-verbruik:** Essentieel voor het energiemetabolisme van heterotrofe organismen. De zuurstofvereiste is afhankelijk van de BZV-afname, cel-synthese, en endogene ademhaling [76](#page=76) [77](#page=77). * Zuursstofbalans: $OD (g/d) = Q(CS_i - CS_e) - 1.42 \cdot NSP$ [77](#page=77). * NSP = Netto-Slib-Productie [77](#page=77). #### 3.1.3 Tertiaire stap (voortgezette/progressieve zuivering) Deze fase wordt toegepast wanneer de kwaliteit van het effluent onvoldoende is qua bezinkbare, biologisch afbreekbare stoffen, of pathogene organismen. De doelen zijn [27](#page=27): * **Vermindering van pathogene organismen:** Door desinfectie (bv. met chloor, ozon) of sterilisatie [27](#page=27). * **Vermindering van anorganische voedingsstoffen (stikstof en fosfor):** * Stikstof: door biochemische oxidatie/reductie of chemisch-fysische methoden (bv. ionenuitwisseling) [27](#page=27). * Fosfor: door behandeling met anorganische zouten, kalk, of ionenuitwisseling; ook biologische methoden zijn mogelijk [27](#page=27). * **Verwijdering van biologisch niet-afbreekbare stoffen:** Door adsorptie op actieve kool of chemische oxidatie (bv. met ozon, UV-licht) [27](#page=27). * **Verwijdering van opgeloste anorganische stoffen:** Door elektrodialyse, ionenuitwisseling, hyperfiltratie (omgekeerde osmose), of verdamping [27](#page=27). ### 3.2 Belang van nutriëntenverwijdering: Eutrofiëring Het verwijderen van nutriënten zoals stikstof en fosfor is cruciaal vanwege eutrofiëring, het proces waarbij oppervlaktewateren overvoerd raken met deze voedingsstoffen. Dit leidt tot excessieve algengroei (algenbloei), wat overdag zuurstof produceert maar 's nachts de zuurstofvoorraad volledig uitput, met verstikking van het water als gevolg [28](#page=28) [29](#page=29). ### 3.3 Verwerking van slib Het slib dat tijdens de mechanische en biologische zuivering wordt gevormd, bevat veel water (meer dan 98%) en is geurhinderlijk. Het kan anaeroob of aeroob behandeld worden voor energieopwekking (gistingsgas) of valorisatie (bv. compost). Uiteindelijk wordt het slib mechanisch ontwaterd, gedroogd en/of verbrand, of gestort [29](#page=29). ### 3.4 Krachtenbalans en beweging van deeltjes in een fluïdum De beweging van deeltjes in een fluïdum wordt beschreven door de balans van krachten: zwaartekracht ($F$), opstuwingskracht ($F_B$), en wrijvingskracht ($F_D$) [38](#page=38). * **Wrijvingskracht ($F_D$):** Afhankelijk van relatieve snelheid, deeltjesdimensie/vorm, en fluïdumdichtheid/viscositeit [39](#page=39). * Newton's formule: $F_D = C_D \cdot \frac{1}{2} \rho_f \cdot A_p \cdot v^2$ [39](#page=39). * Reynoldsgetal ($Re$): $Re = \frac{\rho_f v D_p}{\mu}$ [39](#page=39). * Verschillende regimes: Stokes (< 0.1), overgangsgebied (0.1-500), Newton (500-200.000), turbulent (> 200.000) [40](#page=40). * **Algemene bewegingsvergelijking:** Beschrijft de versnelde beweging van een deeltje totdat de terminale snelheid wordt bereikt [41](#page=41) [42](#page=42). * Terminale valsnelheid ($v_t$): $m_p \frac{dv}{dt} = F - F_B - F_D$ [42](#page=42). * **Bezinking in zwaartekrachtveld:** De bewegingsvergelijking voor bezinkende deeltjes [42](#page=42). * Stokes-regime: $ \frac{d^2y}{dt^2} = \left(1 - \frac{\rho_f}{\rho_p}\right)g - \frac{18\mu}{D_p^2 \rho_p} \frac{dy}{dt}$ [42](#page=42). * **Vereenvoudigde uitdrukking voor terminale bezinkingssnelheid:** * Stokes: $v_t = \frac{D_p^2 g (\rho_p - \rho_f)}{18\mu}$ [44](#page=44). * Intermediair: $v_t = 0.153 g^{0.71} D_p^{0.43} \frac{\rho_p - \rho_f}{\rho_f^{0.29}} \left(\frac{\rho_f}{\mu}\right)^{0.29}$ [44](#page=44). * Newton: $v_t = 1.74 \sqrt{\frac{g D_p (\rho_p - \rho_f)}{\rho_f}}$ [44](#page=44). ### 3.5 Bezinking in continue stroming In continue stroming kunnen bezonken deeltjes opnieuw in suspensie komen door de horizontale doorstroomsnelheid [45](#page=45). * **Sleepsnelheid ($v_s$):** De kritische stroomsnelheid waarbij de bezonken laag wordt weggeduwd [45](#page=45). * Gelijk aan de schuifspanning die de schuifspanning compenseert [45](#page=45). * Formule gebaseerd op Darcy-Weisbach en schuifspanning [46](#page=46) [47](#page=47). * **Oppervlaktebelasting ($v_0$):** De bezinkingssnelheid van het kleinste deeltje dat nog net bezinkt binnen de verblijftijd [48](#page=48). * $v_0 = \frac{H}{L} v_h = \frac{Q}{L \cdot B}$ [48](#page=48). * Het "kritische deeltje" wordt gedefinieerd als het deeltje dat aan de oppervlakte binnenkomt en net de bodem bereikt bij het verlaten van het bekken [48](#page=48) [49](#page=49). ### 3.6 Voorbeelden van RWZI processen en apparatuur De tekst beschrijft specifieke apparatuur en processen in een waterzuiveringsinstallatie, zoals te zien is in de plattegrond van RWZI Brugge [30](#page=30) [31](#page=31) [32](#page=32). * **Effluent eisen:** Specificeert de maximale toegestane concentraties voor biologische zuurstofvraag (BZV), chemische zuurstofvraag (CZV), zwevende stoffen (ZS), stikstof (Ntot) en fosfor (Ptot) [32](#page=32). --- # Zelfzuiverend vermogen van oppervlaktewater Dit onderwerp analyseert het natuurlijke vermogen van oppervlaktewater om vervuiling af te breken en de dynamiek van zuurstofgehalten in rivieren na lozing van afvalwater [24](#page=24). ### 4.1 Het probleem van afvalwaterlozing in oppervlaktewater De lozing van afvalwaterstromen in natuurlijke oppervlaktewateren zoals beken en rivieren is van primordiaal belang voor het beheer van waterverontreiniging en waterkwaliteit. De afbraak van organische stoffen door bacteriën resulteert in een verbruik van opgeloste zuurstof in het water. Een tekort aan opgeloste zuurstof belemmert hogere vormen van biologisch leven en kan nadelig zijn voor de mens. De concentratie van opgeloste zuurstof is daarom een van de belangrijkste criteria voor de gezondmaking van rivieren. Elke rivier kan organisch afval assimileren, maar is hierin beperkt. Zolang deze limiet niet wordt overschreden, is het lozen van organisch afval in rivieren de meest economische manier om ervan af te geraken. Het evalueren van het natuurlijke zelfreinigend vermogen van een rivier, of de impact van een afvalwaterstroom op het zuurstofgehalte, is fundamenteel vanuit het oogpunt van milieuzorg [24](#page=24). ### 4.2 Zuurstofdynamiek na afvalwaterlozing Wanneer een rivier met een zuurstofgehalte $c_0$ en een zuurstofbehoefte $b_0$ een lozingspunt van vervuild, zuurstofarm afvalwater passeert, zakt het zuurstofgehalte onmiddellijk tot een lagere waarde, en de zuurstofbehoefte wordt dan $b_0$ (verondersteld wordt onmiddellijke en volkomen menging, wat in de praktijk niet het geval is). Als gevolg van deze behoefte wordt direct zuurstof verbruikt, waardoor het zuurstofgehalte van het water de neiging heeft af te nemen. Tegelijkertijd wordt echter ook zuurstof opgenomen uit de atmosfeer. Deze opname is evenredig met het verschil tussen de verzadigingsconcentratie $c_s$ (bij de betreffende temperatuur) en de actuele concentratie $c$ in het rivierwater [24](#page=24). Indien de snelheid van zuurstoftoevoer kleiner is dan de snelheid van verbruik, zal het zuurstofgehalte verder dalen totdat beide in evenwicht zijn, om vervolgens toe te nemen en te streven naar de verzadigingswaarde $c_s$. De curve die dit proces beschrijft, gaat door een minimum $c_m$ bij een stroomtijd $t_m$ en neemt de zogenaamde lepelvorm (dissolved oxygen sag) aan [24](#page=24). ### 4.3 Kwantitatieve beschrijving van de zuurstofverandering De verandering van de zuurstofconcentratie wordt kwantitatief beschreven door de som van de zuurstofverbruik en de zuurstofopname. De snelheid van verandering van de behoefte is recht evenredig met de plaatselijk bestaande behoefte, en de snelheid van zuurstoftoevoer is recht evenredig met de drijvende kracht $c_s - c$. Dit leidt tot de volgende differentiaalvergelijking [24](#page=24): $$ \frac{dc}{dt} = k_1 b - k_2 (c_s - c) $$ met $c = c_0$ bij $t = 0$ [24](#page=24). Hierin is: * $c$: de actuele concentratie opgeloste zuurstof in het rivierwater [24](#page=24). * $c_s$: de verzadigingsconcentratie van opgeloste zuurstof bij de betreffende temperatuur [24](#page=24). * $b$: de zuurstofbehoefte (de-oxygenatie) [24](#page=24). * $t$: de stroomtijd vanaf het lozingspunt [24](#page=24). * $k_1$: de de-oxygenatiecoëfficiënt [24](#page=24). * $k_2$: de re-aëratiecoëfficiënt [24](#page=24). #### 4.3.1 De re-aëratiecoëfficiënt ($k_2$) De re-aëratiecoëfficiënt $k_2$ is afhankelijk van de temperatuur en de aard van de rivier, met name van de mate van turbulentie. De temperatuurafhankelijkheid van $k_2$ wordt gegeven door [25](#page=25): $$ k_2(T) = k_{2,20} \exp \left( 0.018 (T - 20) \right) $$ waarbij $k_{2,20}$ de re-aëratiecoëfficiënt bij 20 graden Celsius is [25](#page=25). Tabel 3-1 geeft waarden voor $k_{2,20}$ die het effect van turbulentie reflecteren: | Aard rivier | $k_{2,20}$ (bij 20°C) | | :-------------------------------- | :-------------------- | | Grote diepte en bijna stilstaand water | 0,25 - 0,35 | | Grote diepte en geringe snelheid | 0,35 - 0,45 | | Grote diepte en matige snelheid | 0,45 - 0,70 | | Geringe diepte en grote snelheid | 0,70 - 1,20 | | Bergbeken met watervallen | > 1,20 | Een algemene correlatie voor $k_{2,20}$ is: $$ k_{2,20} = \frac{D_{O_2}^{1/2}}{H} \cdot v^{1/2} $$ waarin: * $D_{O_2}$: diffusiecoëfficiënt van zuurstof in water (m$^2$/s) bij 20°C [26](#page=26). * $v$: stroomsnelheid van de rivier (m/s) [26](#page=26). * $H$: diepte van de waterstroming (m) [26](#page=26). > **Tip:** De re-aëratiecoëfficiënt is een cruciale parameter die de snelheid bepaalt waarmee zuurstof vanuit de atmosfeer wordt opgenomen om het verbruik door organische afbraak te compenseren [25](#page=25). ### 4.4 De Streeter-Phelps vergelijking Door de temperatuurafhankelijkheid van $k_2$ in de algemene vergelijking (3.1) te substitueren en te integreren, verkrijgt men de Streeter-Phelps vergelijking: $$ c(t) = c_s + \frac{k_1 b_0}{k_2 - k_1} \left( e^{-k_1 t} - e^{-k_2 t} \right) - (c_s - c_0) e^{-k_2 t} $$ Deze vergelijking beschrijft de zuurstofconcentratie $c(t)$ als functie van de tijd $t$ na lozing [26](#page=26). #### 4.4.1 Bepaling van het zuurstofminimum Het minimum in het zuurstofprofiel wordt bepaald waar de afgeleide van de zuurstofconcentratie naar tijd gelijk is aan nul ($dc/dt = 0$). Volgens vergelijking (3.1) geldt in het minimum ($c = c_m$, $b = b_m$) dus [26](#page=26): $$ k_1 b_m - k_2 (c_s - c_m) = 0 $$ Hieruit kan de minimum zuurstofconcentratie ($c_m$) worden berekend. De tijd waarop dit minimum optreedt ($t_m$) wordt gegeven door: $$ t_m = \frac{1}{k_2 - k_1} \ln \left( \frac{k_2}{k_1} \left( 1 - \frac{(k_2 - k_1)(c_s - c_0)}{k_1 b_0} \right) \right) $$ De minimum zuurstofconcentratie $c_m$ wordt dan berekend als: $$ c_m = c_s + \frac{k_1 b_0}{k_2 - k_1} \left( e^{-k_1 t_m} - e^{-k_2 t_m} \right) - (c_s - c_0) e^{-k_2 t_m} $$ > **Voorbeeld:** Bij een lozing kan het zuurstofgehalte van een rivier eerst dalen (de-oxygenatie) en vervolgens weer stijgen richting de verzadigingswaarde (re-aëratie). Het dieptepunt in deze 'lepelvormige' curve is een kritieke indicator voor de waterkwaliteit [24](#page=24). --- ## Veelgemaakte fouten om te vermijden - Bestudeer alle onderwerpen grondig voor examens - Let op formules en belangrijke definities - Oefen met de voorbeelden in elke sectie - Memoriseer niet zonder de onderliggende concepten te begrijpen

| Term | Definition | |------|------------| | Afvalwater | Water dat verontreinigd is door menselijke activiteiten en dat afgevoerd moet worden voor behandeling en lozing. | | Aëratie | Het proces van het toevoegen van lucht of zuivere zuurstof aan water, meestal om de biologische afbraak van organische stoffen te versnellen. | | Aëratiebekken | Een tank of compartiment in een waterzuiveringsinstallatie waar lucht wordt toegevoegd om micro-organismen te helpen bij het afbreken van organische verontreinigingen in afvalwater. | | Biochemisch zuurstofverbruik (BZV) | De hoeveelheid zuurstof die nodig is om biochemisch afbreekbare stoffen in een watermonster te oxideren door middel van micro-organismen. Het is een maat voor de biologische vervuiling van water. | | Biomassa | De totale hoeveelheid levende organismen, in deze context voornamelijk micro-organismen, die aanwezig zijn in een bepaald volume. | | Continuïteitsvergelijking | Een wiskundige vergelijking die het behoud van massa beschrijft in een systeem, toegepast op de concentratie van stoffen en de stroming doorheen een reactor of een deel van een zuiveringsinstallatie. | | De-oxygenatiecoëfficiënt | Een maat voor de snelheid waarmee de zuurstofconcentratie in een waterlichaam afneemt als gevolg van biologische afbraakprocessen. | | Eutrofiëring | Een proces waarbij waterlichamen worden verrijkt met voedingsstoffen zoals stikstof en fosfor, wat leidt tot excessieve groei van algen en waterplanten, met zuurstofgebrek als gevolg. | | Hydraulische diameter | Een term die gebruikt wordt in de vloeistofmechanica om de diameter van een niet-cirkelvormige stroming te beschrijven, gedefinieerd als vier keer de natte oppervlakte gedeeld door de natte omtrek. | | Inwoner-Equivalent (IE) | Een eenheid die gebruikt wordt om de organische belasting van afvalwater uit te drukken, gebaseerd op de gemiddelde hoeveelheid afvalstoffen die één persoon per dag produceert. | | Kinetiek | De studie van de snelheden van chemische reacties en de factoren die deze snelheden beïnvloeden, zoals concentratie, temperatuur en de aanwezigheid van katalysatoren. | | Michaelis-Menten constante (KS) | Een parameter in de Michaelis-Menten kinetiek die de substraatconcentratie aangeeft waarbij de reactiesnelheid de helft is van de maximale snelheid. Het is een maat voor de affiniteit van een enzym voor zijn substraat. | | Michaelis-Menten vergelijking | Een vergelijking die de snelheid van enzymatische reacties beschrijft, gebaseerd op de concentratie van het substraat en de enzymconcentratie. | | Nabezinkingsbekken | Een deel van een waterzuiveringsinstallatie waar gesuspendeerde deeltjes na de biologische zuivering bezinken om het gezuiverde water te scheiden van het slib. | | Oppervlaktebelasting | De hoeveelheid water die per eenheid van horizontale oppervlakte per tijdseenheid door een bezinkingsbekken stroomt. Het is een belangrijke parameter voor het ontwerp van bezinkingsinstallaties. | | Plug Flow Reactor (PFR) | Een type reactor waarbij de vloeistof zich als een 'prop' door de reactor beweegt, zonder significante menging in de stromingsrichting. | | Pseudo-eerste orde wet | Een snelheidsvergelijking die functioneel lijkt op een eerste-orde reactie, maar waarbij één van de reactanten in grote overmaat aanwezig is, waardoor de reactiesnelheid effectief afhankelijk is van slechts één reactant. | | Re-aeratiecoëfficiënt | Een maat voor de snelheid waarmee zuurstof uit de atmosfeer in een waterlichaam wordt opgenomen, wat de afname van zuurstof door verbruik compenseert. | | Reynoldsgetal | Een dimensieloos getal dat de verhouding tussen de inertiële krachten en de viskeuze krachten in een stromend fluïdum weergeeft, en gebruikt wordt om de overgang van laminaire naar turbulente stroming te voorspellen. | | Slipsnelheid | De kritische stroomsnelheid van het water waarbij bezonken deeltjes worden meegesleept en opnieuw in suspensie komen. | | Stokes-regime | Het stromingsregime dat optreedt bij lage snelheden en kleine deeltjes, waarbij de wrijvingskracht wordt beschreven door de wet van Stokes. | | Streeter-Phelps vergelijking | Een wiskundige model dat de fluctuaties in opgeloste zuurstofconcentraties in een rivier beschrijft na lozing van afvalwater, rekening houdend met de-oxygenatie en re-aeratie. | | Substraat | De stof die door micro-organismen wordt afgebroken of omgezet tijdens een biologisch proces, zoals organische stoffen in afvalwater. | | Tertiaire zuivering | De laatste fase van waterzuivering, gericht op het verwijderen van specifieke verontreinigingen zoals nutriënten (stikstof, fosfor), pathogenen en moeilijk afbreekbare stoffen. | | Vlarem II | Een Vlaamse milieuwetgeving die voorschriften bevat voor de lozing van afvalwater en andere milieuaspecten. | | Vliegkracht (buoyancy) | De opwaartse kracht die een object ondervindt wanneer het zich in een vloeistof of gas bevindt, gelijk aan het gewicht van de verplaatste vloeistof of gas. | | Waterzuiveringsinstallatie (RWZI) | Een faciliteit die ontworpen is om vervuild water te behandelen en te zuiveren voordat het wordt teruggebracht in het milieu of opnieuw gebruikt. | | Zandvang | Een installatie aan het begin van een waterzuiveringsproces die ontworpen is om zand en ander zwaar anorganisch materiaal te verwijderen door middel van bezinking. |