Voorspelling en validatie van de verwijdering van organische microverontreinigingen uit water; deel 2: oxidatieve processen

Drinkwaterbedrijven zien zich regelmatig geconfronteerd met de aanwezigheid van “nieuwe” organische microverontreinigingen (OMV). Soms gaat het om echt nieuwe verbindingen, maar soms ook om stoffen die al langere tijd in het water voorkomen, maar nu pas geanalyseerd kunnen worden. Om vast te stellen of deze verwijderd kunnen worden in de bestaande zuivering, of om te bepalen welke additionele zuiveringstechniek het effectiefst zou zijn om dergelijke OMV te verwijderen, zijn meestal kostbare experimenten nodig. Indien het mogelijk zou zijn om vooraf met enige zekerheid te kunnen voorspellen hoe deze OMV zich in een zuiveringsproces gedragen, zou dat een forse besparing, zowel in geld als in tijd, betekenen. Dit geldt zeker ook voor (geavanceerde) oxidatieprocessen, het onderwerp van dit rapport, dat het vierde deel is uit de serie over het ontwikkelen van modellen voor veel toegepaste of nieuwe behandelingstechnieken voor drinkwater (filtratie over actieve kool, membraanfiltratie en dus ook (geavanceerde) oxidatie).
De afgelopen jaren heeft KWR kinetische modellen ontwikkeld waarmee afbraak van OMV door UV-fotolyse en UV/H2O2 kan worden berekend en voorspeld. Deze modellen zijn gebaseerd op reactieparameters als quantum yield, reactiesnelheidsconstanten en molaire absorptie, die vaak experimenteel bepaald zijn. Deze parameters zijn niet alleen gemeten door KWR, maar vaak ook gerapporteerd in de literatuur (Wols and Hofman-Caris 2012). De voorspelde afbraak bleek een heel goede overeenkomst te vertonen met experimentele data, maar het feit dat de waarden van de benodigde parameters niet altijd beschikbaar zijn beperkt de toepassing van de modellen. Dit probleem kan worden opgelost door het opstellen van QSPRs: Quantitative Structure Property Relationships. Hierbij wordt aan de hand van een uitgebreide dataset een statistisch verband uitgerekend tussen de moleculaire structuur van een stof en bijvoorbeeld die reactieparameters. Door deze berekende reactieparameters in te vullen in de kinetische modellen, kan worden voorspeld hoe een stof zich zal gedragen in een zuiveringsproces. Voor het UV/H2O2 proces gaf dit goede resultaten, maar voor fotolyse was de overeenkomst tussen voorspelling en
experimentele data iets minder accuraat. Mogelijk was dit een gevolg van onvoldoende kennis over het gedrag van een stof in de aangeslagen toestand (dus na absorptie van een foton).
In het huidige project zijn de kinetische modellen voor UV-fotolyse en UV/H2O2-processen verfijnd, en ontwikkeld voor op ozon gebaseerde processen. Dit leverde voor een breed scala aan OMV redelijke tot goede overeenkomsten op voor zowel middendruk als lagedruk UV-lampen in verschillende matrices (milli-Q, drinkwater uit Nieuwegein en snelfiltraat van Dunea) en voor O3/H2O2 in het water van Dunea. Voor UV/O3 kon het model echter niet gecontroleerd worden met data uit de literatuur, omdat die niet beschikbaar bleken te zijn.