Je leest:

Zuinig en schoon water filteren

Zuinig en schoon water filteren

Auteur:

Bastiaan Blankert (1976) houdt van breed onderzoek waarin theorie en praktijk nauw met elkaar verweven zijn. In zijn promotieonderzoek aan de Universiteit Twente slaagde hij erin ultrafiltratieprocessen voor water theoretisch beter te beschrijven en in de praktijk efficiënter te maken. Het resultaat is een mathematisch model voor optimale reiniging, en een automatische regeling waarmee waterzuiveringsinstallaties eenderde van de kosten kunnen besparen.

Zijn promotieonderzoek begon in 2002, direct na Blankerts afstudeeropdracht aan de Rijksuniversiteit Groningen. Al in het afstudeerproject ging het om filteren van water met behulp van membranen. Die membranen kunnen tot wel een paar vierkante meter groot zijn. De proefopstellingen waarin de filterinstallaties getest worden, zijn apparaten zo groot als een container met allemaal pompen en kleppen en drukmeters.

Het principe van de filtratietechniek kent drie fasen: filtratie, terugspoelen en chemische reiniging. In de eerste fase wordt water onder hoge druk door een zeer fijnmazig membraan gepompt. De spullen die in het water zitten, zoals virussen en bacteriën, blijven achter op het membraan. Na enige tijd is het membraan vastgekoekt en moet het worden gereinigd. Dat gebeurt door de stroomrichting van het water door het membraan om te keren. De koek wordt zo weggespoeld (fase twee). Maar niet alle vervuiling is op deze manier weg te halen, de reden dat fase drie nodig is om met chemicaliën het membraan te reinigen. Deze chemicaliën kunnen echter het milieu belasten en verkorten de levensduur van het membraan.

Small
Bastiaan Blankert

Blankert: “Het interessante is, dat er tot nu toe maar weinig theorie bestaat over de besturing van dit soort filtratie-installaties. In de praktijk kiest men voor veilige, conservatieve regelwaarden. Dat heeft twee nadelen: allereerst verlies je daardoor rendement – je gaat bijvoorbeeld vaker terugspoelen en chemisch reinigen dan nodig is. Ten tweede: als er problemen zijn, worden de al ruime veiligheidsmarges nog ruimer gemaakt. Zo’n aanpassing wordt nooit meer teruggedraaid, ook al levert het hogere kosten op.”

Unieke meetmethode

De doelstelling van Blankerts onderzoek was, om de instellingen van het filtratieproces te optimaliseren en ervoor te zorgen dat ze automatisch aan veranderende omstandigheden aangepast kunnen worden. Tijdens zijn afstuderen ontwikkelde Blankert daarvoor een unieke meetmethode: hij zette een soort schaalmodel van een filtratie-unit naast de eigenlijke installatie. Door beide stroomt hetzelfde water. Blankert: “Op die manier valt in het klein prachtig te zien hoe het grote filter ervoor staat. Zodoende kun je tijdens het bedrijf je parameters goed in de gaten houden.”

Medium

Na zijn afstuderen werkte Blankert enige tijd aan de Universiteit Twente om deze meetmethode te patenteren. Gewapend met het zelf ontwikkelde meetinstrument ging daarna het promotieonderzoek de diepte in. Voor iedere filtratiefase ging Blankert systematisch alle stuurvariabelen door, controleerde de wiskundige modellen, en keek daarna in de praktijk of er tijdens een bepaalde fase nog iets te optimaliseren viel. Na intensieve bestudering van de filtratie- en de terugspoelfase bleek dat die fasen afzonderlijk niet veel meer te optimaliseren waren. Daardoor kon Blankert een aantal stuurvariabelen in het hele filtratieproces constant houden.

Blankert: “De uitdaging was toen om alle fasen als aaneengeschakeld proces te bekijken.” Het bleek daarbij dat nog maar een handvol stuurparameters overbleven: de tijdsduur van filtratie en terugspoelen, de flux van de filtratie en het terugspoelen, en iets wat de ‘cogulatiegraad’ heet. Blankert: “Aan het voedingswater voegen we een sterk positief geladen deeltje toe, een zogenoemde ‘cogulant’. Dat zorgt ervoor dat de vervuiling in het water samenklontert, zodat je die er gemakkelijker uit kunt filteren. Het gaat daarbij om ijzerchloride of aluminiumchloride, en dat zijn stoffen die je graag zo weinig mogelijk in het milieu terecht wilt laten komen.”

Medium

Nat en vies

Nu de relevante stuurvariabelen in kaart gebracht waren, begon een lange fase waarin Blankert zowel aan de computer als in de praktijk ging kijken welke veranderingen in de stuurvariabelen het meeste kon besparen. Blankert: “In de praktijk betekent het dat je veel in zo’n pilot plant zit te schroeven. Je wordt er regelmatig nat en vies, omdat je voortdurend boven en onder en langs de buizen moet kruipen.”

Zo kwam Blankert tot een heel zuinige instelling van het waterfilter. Maar doordat in deze instelling de veiligheidsmarges niet meer zo ruim zijn, was het nodig om de instellingen dynamisch, dus tijdens het filtratieproces, automatisch te laten regelen. Essentieel daarvoor was Blankerts computermodel van het regelproces en ook het zelf ontwikkelde en gepatenteerde meetinstrument, die de toestand van het membraan optimaal in de gaten kan houden. Uiteindelijk ontwikkelde Blankert een geautomatiseerde regelaar die zelfstandig de verschillende stuurparameters kan instellen. Het apparaat meet en regelt veel beter een zuiveringsinstallatie dan een menselijke operator.

Medium

Inmiddels werkt Blankert bij Norit. Daar werkt hij aan het verbeteren van zijn regelaar. De eerste modellen komen binnenkort in commercieel verkrijgbare pilot-waterfilterinstallaties terecht. Blankert: “Mijn werk nu is een directe voortzetting van mijn proefschrift. Op de universiteit was het meer theorie, nu is het iets meer praktijk. Maar ik vind dat het goed aansluit. Bovendien leer ik nu om efficiënter om te gaan met al bestaande apparatuur. Ik vind het leuk dat de resultaten van mijn promotieonderzoek meteen in de praktijk gebruikt kunnen worden: gelukkig heb ik geen proefschrift geschreven dat nu in een bibliotheek staat te verstoffen.”

Dit artikel werd eerder gepubliceerd in de STW brochure Technologisch Toptalent 2008.

Lees ook op Kennislink:

Dit artikel is een publicatie van Technologiestichting STW.
© Technologiestichting STW, alle rechten voorbehouden
Dit artikel publiceerde NEMO Kennislink op 15 januari 2009

Discussieer mee

Vragen, opmerkingen of bijdragen over dit artikel of het onderwerp? Neem deel aan de discussie.

LEES EN DRAAG BIJ AAN DE DISCUSSIE