Impact of ionic composition of groundwater on oxidative iron precipitation

In the Netherlands, approximately 60% of drinking water is obtained from groundwater. Raw groundwater generally is anaerobic and thus requires aeration followed by rapid sand filtration (RSF) to remove iron, manganese, arsenic and ammonium. The mechanisms responsible for the removal of different constituents, clogging of RSFs and breakthrough of colloidal iron or manganese oxides have not been fully elucidated in previous studies. In this work, factors affecting iron precipitation and co-precipitation of other ions have been studied in a laboratory simulated environment of the supernatant layer of submerged sand filters is studied through the use of an aerated, continuously stirred bench scale jar experiments. Time series data of the iron concentration of filtered samples and precipitate size have been collected in experiments with synthetic groundwater solutions with varying concentrations of P, Si, HCO3 and Ca at neutral pH. We show that different HCO3 concentrations have no significant impact on the precipitate growth kinetics of Fe, silicate additions in the presence of HCO3 result in reduced Fe precipitate growth, and NOM, in the presence of HCO3, drastically hampers the precipitation rate of Fe. The addition of P appears to hamper precipitate growth to some extent, but more research is needed to understand the impact of P on Fe precipitation. We also observe that addition of Ca improves the growth of Fe precipitates in the presence of Si and NOM. These results have great significance for improving Fe removal efficiency of groundwater treatment plants in Netherlands and abroad.

Dit onderzoek biedt inzicht in de interactie tussen verschillende ionen de groei van ijzer-neerslagen beïnvloeden. Dit helpt bij het vinden van effectievere operationele maatregelen voor ontijzering om m.n. vorming van colloidaal ijzer(Fe) tegen te gaan, bijvoorbeeld door het plaatsen van ontharders na snelle zandfilters (RSF) Onttrokken grondwater is over het algemeen anaeroob en vereist dus beluchting, gevolgd door zandfiltratie om metalen zoals ijzer, maar ook ammonium te verwijderen. Neerslag van Fe zonder verdergaande coagulatie kunnen verantwoordelijk zijn voor een verminderde verwijdering van ijzer en andere metalen en doorbraak van colloïdale ijzerdeeltjes. Tests zijn uitgevoerd waarin de ijzeroxidatie en -precipitatie in de bovenwaterlaag van een RSF is nagebootst, waar de precipitatie voornamelijk plaatsvindt. Gebruik is gemaakt van een beluchte, continu geroerde tank op laboratoriumschaal. De resultaten tonen aan dat (a) HCO3 geen significante invloed heeft op de neerslag van Fe, (b) toevoeging van silicaat in aanwezigheid van HCO3 resulteert in verminderde Fe-neerslag, (c) NOM, in aanwezigheid van HCO3, de neerslag van Fe drastisch belemmert en (d) toevoeging van Ca de Fe-neerslag verbetert in aanwezigheid van Si, NOM en HCO3.