Filtertrommel: de roterende zeef die water schoonmaakt zonder chemicaliën
Een filtertrommel, ook wel trommelfilter genoemd, is een mechanisch apparaat dat vaste deeltjes uit water zeeft met behulp van een langzaam ronddraaiende cilinder bekleed met een fijnmazig doek of gaas. Water stroomt aan de binnenkant de trommel in, dringt door het gaas naar buiten en laat daarbij vuil, voer resten, uitwerpselen of slib achter aan de binnenkant. Terwijl de trommel draait, wordt het vastgehouden vuil met sproeiers afgespoeld in een goot, waarna het gereinigde deel van het gaas weer onder water komt om verder te filteren.
Het principe is te vergelijken met een grote, langzaam draaiende wasmachinetrommel die in plaats van kleding water zeeft. Denk aan een vergiet dat zichzelf steeds omdraait en afspoelt voordat het vuil weer kan verstoppen: zo blijft het doorlopend werken zonder dat iemand het met de hand hoeft schoon te maken. Deze schijnbaar eenvoudige truc maakt de filtertrommel tot een van de meest gebruikte technieken om grote hoeveelheden water snel en energiezuinig te ontdoen van vaste stof, zonder dat daar chemicaliën aan te pas komen.
Wat is het precies?
Een filtertrommel bestaat uit een horizontaal geplaatste, holle cilinder van meestal roestvast staal, met aan de mantel een gaas of doek met heel kleine openingen. Bij toepassingen in visteelt en rioolwaterzuivering liggen die openingen doorgaans tussen de 20 en 100 micrometer, ongeveer de dikte van een mensenhaar of kleiner.
Het te zuiveren water stroomt via een instroomopening de trommel in en verdeelt zich over de lengte van de cilinder. Onder invloed van de zwaartekracht zakt het water door het gaas naar buiten, terwijl vaste deeltjes te groot zijn om mee te gaan en aan de binnenkant van het doek blijven plakken. Naarmate er meer vuil vastzit, stijgt het waterniveau in de trommel, en dat niveauverschil is precies het signaal waarmee het systeem zichzelf aanstuurt.
Zodra een sensor of vlotter merkt dat het waterpeil binnen de trommel oploopt omdat het gaas verstopt raakt, start een elektromotor die de trommel langzaam laat draaien. Boven de trommel spuiten sproeikoppen met schoon water onder druk het vastzittende vuil los, dat vervolgens in een aparte opvanggoot terechtkomt en wordt afgevoerd als slib of concentraat. Het gereinigde deel van het gaas draait weer terug het water in en de cyclus herhaalt zich, meestal automatisch en met minimale tussenkomst van mensen.
Het resultaat is een continu proces dat, in tegenstelling tot bijvoorbeeld zandfilters, geen chemische coagulanten nodig heeft om deeltjes te binden en dat relatief weinig energie en spoelwater verbruikt in verhouding tot de hoeveelheid water die het verwerkt.
Wat wil men ermee bereiken?
Het hoofddoel van een filtertrommel is het scheiden van vaste stof en water op een manier die snel, betrouwbaar en energiezuinig is, zodat het gezuiverde water direct hergebruikt of verder behandeld kan worden. Dat is om meerdere redenen aantrekkelijk in een tijd waarin waterschaarste en circulair watergebruik steeds belangrijker worden.
In de viskweek, met name in zogeheten RAS-systemen (recirculerende aquacultuursystemen), is de filtertrommel vaak de eerste stap in een keten van waterzuivering. Door uitwerpselen en voerresten snel uit het water te halen, kan tot wel 95 procent van het water worden hergebruikt in plaats van ververst, wat het kweken van vis op land met veel minder waterverbruik en zonder impact op open zee mogelijk maakt.
In de rioolwaterzuivering wordt de filtertrommel ingezet om grof en fijn vuil uit afvalwater te halen voordat het naar biologische zuiveringsstappen gaat, of juist als extra nazuivering om zwevende stof uit het effluent te halen voordat het geloosd wordt op oppervlaktewater. Ook in de papier-, voedingsmiddelen- en zuivelindustrie wordt de techniek gebruikt om procesw water te ontdoen van vezels, resten of andere vaste stof, zodat het water kan worden hergebruikt en er minder afvalwater geloosd hoeft te worden.
De belofte is dus niet zozeer een spectaculaire doorbraaktechnologie, maar een robuuste bouwsteen voor een waterzuiniger en circulairder gebruik van water in landbouw, industrie en stedelijk waterbeheer.
Voorbeelden uit de praktijk
Een bekend Nederlands voorbeeld is The Kingfish Company, een landgebonden viskwekerij in Kats, Zeeland, die sinds de opening halverwege het vorige decennium gele staartmakreel (kingfish) kweekt in een volledig gesloten RAS-systeem. Filtertrommels vormen daarbinnen een van de eerste zuiveringsstappen om vaste uitwerpselen en voerresten uit het circulerende water te halen, voordat het water langs biofilters en ontsmettingsstappen gaat.
In de rioolwaterzuivering gebruiken Nederlandse waterschappen filtertrommels op verschillende zuiveringsinstallaties, onder meer als nabehandeling om zwevende stof uit gezuiverd afvalwater te verwijderen voordat het wordt geloosd, en als voorbehandeling om grof materiaal uit het inkomende afvalwater te zeven zodat pompen en verdere procesonderdelen niet verstopt raken.
Internationaal is het Zweedse merk Hydrotech, tegenwoordig onderdeel van Veolia Water Technologies, een van de bekendste leveranciers van trommelfilters voor zowel drinkwater- als afvalwatertoepassingen wereldwijd, met duizenden installaties in gebruik. Het Noorse Salsnes Filter, dat later werd overgenomen door Trojan Technologies, ontwikkelde een variant die specifiek gericht is op het afvangen van fijne organische deeltjes uit rioolwater, wat weer als grondstof kan dienen voor biogasproductie.
Ook in de garnalenkweek en andere vormen van aquacultuur buiten Nederland, bijvoorbeeld in Noorwegen bij zalmkwekerijen op land, zijn trommelfilters een standaardonderdeel geworden van de waterzuiveringsketen, precies om dezelfde reden als bij de Zeeuwse kingfish-kwekerij: minder waterverbruik en minder lozing van voedingsstoffen op open water.
Hoe ver is de techniek?
De filtertrommel is geen opkomende technologie maar een volwassen, breed toegepaste techniek die al decennia in gebruik is en inmiddels als standaardoplossing geldt in de industriële en agrarische watertechniek. De basisprincipes zijn sinds de introductie nauwelijks veranderd; de ontwikkeling zit vooral in verfijning.
Fabrikanten werken aan slijtvastere en fijnmaziger doekmaterialen die langer meegaan en kleinere deeltjes, tot in het bereik van microplastics, kunnen tegenhouden. Ook wordt er steeds meer sensordata en automatisering toegevoegd, zodat trommels op basis van waterkwaliteit en debiet slimmer schakelen tussen spoelen en stilstaan, wat energie en spoelwater bespaart.
Een belangrijk obstakel blijft de balans tussen filterfijnheid en doorstroomcapaciteit: hoe fijner het gaas, hoe sneller het verstopt en hoe vaker er gespoeld moet worden, wat weer extra energie en spoelwater kost. Voor toepassingen waarbij ook opgeloste stoffen of hele fijne microplastics verwijderd moeten worden, is de filtertrommel bovendien niet toereikend en is aanvullende zuivering, zoals membraanfiltratie, nodig. Onderzoekers, onder meer bij Nederlandse kennisinstellingen, verkennen daarom in hoeverre trommelfilters onderdeel kunnen zijn van een bredere aanpak tegen microplastics in afvalwater, maar dat onderzoek bevindt zich nog in een pril stadium en levert nog geen kant-en-klare grootschalige oplossing op.
Wie werken eraan?
Op het gebied van fabricage zijn Veolia Water Technologies, met het merk Hydrotech, en Trojan Technologies, met het merk Salsnes Filter, twee van de grootste internationale spelers. Ook Nordic Water uit Zweden en verschillende Franse en Duitse machinebouwers leveren trommelfilters voor industriële en gemeentelijke toepassingen.
In Nederland houden gespecialiseerde ingenieursbureaus voor aquacultuur en watertechniek zich bezig met het ontwerpen en integreren van trommelfilters in complete RAS-systemen voor viskwekerijen, terwijl de Nederlandse waterschappen als beheerders van rioolwaterzuiveringsinstallaties de belangrijkste toepassers zijn in de afvalwaterzuivering.
Op onderzoeksgebied speelt Wageningen University & Research een rol bij het onderzoeken van waterzuivering in aquacultuursystemen, terwijl STOWA, de stichting die toegepast onderzoek voor de Nederlandse waterschappen coördineert, en het KWR Water Research Institute zich richten op de bredere toepassing en optimalisatie van filtratietechnieken in de Nederlandse water- en zuiveringssector.