Drinkwater begint niet bij de kraan. Het begint diep onder de grond.

Een grote regionale drinkwatermaatschappij in het Verenigd Koninkrijk wint een deel van haar water uit boorgaten in de ondergrond. Dat water is schoon, koel en betrouwbaar, maar het bevat mangaan. Niet in concentraties die de Wereldgezondheidsorganisatie als zorgelijk beschouwt, maar wel in concentraties die zorgen voor bruine aanslag op de binnenkant van leidingen, verkleurde wastafels bij de eindgebruiker en klantenklachten die geen enkel waterbedrijf wil ontvangen.

De Britse drinkwatertoezichthouder hanteert een maximumwaarde van 50 microgram mangaan per liter, ruim onder de WHO-norm van 400, maar recente studies toonden aan dat zelfs waarden tot 2 microgram al voor problemen in het distributienet kunnen zorgen. Het spoelen van leidingen helpt, maar is kostbaar, verstorend en nooit definitief.

De vraag die dit waterbedrijf stelde was eenvoudig van formulering, maar allesbehalve eenvoudig van uitvoering: kan mangaan uit bronwater worden verwijderd tot onder de detectielimiet, met een systeem dat schaalbaarder en betaalbaarder is dan de traditionele zandfilterinstallaties die voor dit doel worden gebruikt?

Standaard behandeling voor een niet-standaard norm.

De gangbare aanpak voor mangaanverwijdering berust op oxidatie. Mangaan in opgeloste vorm wordt door pH-aanpassing en chlorering omgezet naar een neerslag dat gefilterd kan worden door een zandbed. Het werkt, maar het is duur in aanleg, vraagt veel ruimte en is logistiek nauwelijks haalbaar als een waterbedrijf tientallen boorgaten beheert die over een groot gebied verspreid liggen.

De wens was een systeem dat compacter is, goedkoper in installatie en flexibel genoeg om op meerdere winpunten tegelijk ingezet te worden. Niet één centrale zuiveringsinstallatie met hoge kapitaallasten, maar een oplossing die per locatie te plaatsen en te beheren is.

Wat dat technisch ingewikkeld maakt, is het concentratieniveau waarop gewerkt moet worden. De beginconcentratie in het testwater lag tussen de 4 en 5 microgram per liter, al ruim binnen de officiële norm, maar nog altijd boven de drempel waarbij problemen in het distributienet kunnen optreden. Om daar structureel, meetbaar en herhaalbaar onder te komen, was een filtratieoplossing nodig die verder gaat dan retentie alleen.

Meltblown filterkaarsen waar alleen zandbedden stonden.

Voor dit project werd een systeem ingezet op basis van polymere meltblown filterkaarsen, opgebouwd uit smeltgeblazen vezels. Deze vezels doen meer dan filteren in de klassieke zin. In contact met gechlooreerd, pH-gecorrigeerd bronwater gaan de vezels fungeren als enten: de eerste neergeslagen mangaandeeltjes hechten zich aan het vezeloppervlak en creëren zo een katalytisch actief filtermedium. Dat medium versnelt vervolgens de verdere verwijdering van opgelost mangaan uit het langsstromende water, niet door simpele mechanische retentie, maar door een zichzelf versterkend chemisch proces dat op de vezel zelf plaatsvindt.

De selectie van de juiste filterconstructie, de combinatie van vezeldiameter, filtratie-efficiëntie en doorstroomsnelheid, was essentieel om zowel de verwijderingsgraad als de levensduur van het filterelement te optimaliseren. Twee verschillende filtervarianten werden in parallelle testopstellingen geëvalueerd, gevoed vanuit hetzelfde boorgat, onder identieke procesomstandigheden. De doorstroomsnelheden werden tijdens de testperiode gehouden op 8 tot 10 liter per minuut per 10 inch filterelement.

Het systeem werd opgezet als een nevenstroom naast het bestaande boorgat, zodat het volledige productieproces onaangeroerd bleef. Meting van mangaanconcentraties vond plaats via laboratoriumanalyse op gezette tijden over een periode van vier weken.

Onder de detectielimiet. Niet bijna. Gewoon onder.

In de eerste twee weken van de test was een lichte daling van de mangaanconcentratie meetbaar. Het filterelement was nog in de opbouwfase van het katalytische oppervlak. Na vier weken continu bedrijf waren de mangaanwaarden in het filtraat gedaald tot onder de detectielimiet van het laboratorium. Niet tot 1 microgram, niet tot 0,5 microgram, maar aantoonbaar nul.

Dat resultaat haalt de strikte norm van minder dan 2 microgram, de grens waaronder ook in complexe distributienetten geen mangaanproblemen optreden, met ruime marge. Tegelijkertijd is de installatievoetafdruk een fractie van wat een klassieke zandbedinstallatie vereist, en liggen de geschatte aanlegkosten op ruwweg een kwart van een vergelijkbare zandbedinstallatie voor dezelfde capaciteit.

Naar aanleiding van de testresultaten zijn direct aanvullende filtersystemen besteld voor replicatie op andere boorgaten en oppervlaktewaterpunten van hetzelfde bedrijf. Budgetberekeningen voor de volledige opschaling naar 8,4 miljoen liter per dag laten een kostenbesparing zien van circa 75 procent ten opzichte van een traditionele installatie, met als bijkomend resultaat een structurele verlaging van de mangaanvracht op het distributienet van circa 30 kilogram per jaar.