1. Werktitel: Ontwikkeling van een Continu Aeroob Korrelslibsysteem

Transcriptie

1 1. Werktitel: Ontwikkeling van een Continu Aeroob Korrelslibsysteem 2. Aanleiding: In het afgelopen decennium heeft de TU Delft met STOWA en RHDHV een systeem ontworpen, Nereda, dat aerobe korrelvorming uitnut om nabezinktanks overbodig te maken en ruimte bespaart. Dit systeem is gebaseerd op een sequencing batch technologie, en is inmiddels op diverse plaatsen toegepast. De korrelslibtechologie bespaart ruimte en energie, levert grondstoffen uit afvalwater en verbetert de zuiveringsprestaties. De ontwikkeling van een continue uitvoeringsvorm van aeroob korrelslib is nodig om bestaande zuiveringen zoals AWZI Harnaschpolder(HNP) om te kunnen ombouwen naar een energie-, water- en grondstoffenfabriek. De basale principes voor het produceren van aeroob korrelslib kunnen waarschijnlijk ook worden ingepast in een continue werkwijze die niet heel veel afwijkt van de uitvoeringsvorm van; een anaerobe ruimte waar alle makkelijk afbreekbaar COD geheel wordt opgenomen, preferentieel met een propstroomkarakter, een nitrificatie/denitrificatieruimte, en een compacte afscheider die korrelslib van vlokkig slib scheidt. Dit idee moet echter nog wel worden uitgewerkt en uitvoerig getest om te kijken of een dergelijk systeem stabiel te beheersen is. Realisatie van energie- en grondstoffenfabriek HNP: Energiebesparing (~30% reductie) Minder slibafzet (~10% reductie) Geen ijzerzout nodig voor fosfaatverwijdering ( 100% reductie) Minder polymeer voor slibindikking ( 45% reductie) Minder polymeer voor slibontwatering ( 10% reductie) Alginaat productie (potentieel grondstofproduct met een aanzienlijke waarde) Realisatie waterfabriek HNP: Verbetering effluentkwaliteit N-totaal < 7 mg N/l; P-totaal < 0,7 mg P/l Realisatie extra zuiveringstappen voor de waterfabriek mogelijk in procesonderdelen die niet meer gebruikt worden. Ruimte voor behandeling afvalwater van extra afvalwater 3. Doel van het project: Onderzoek en ontwerp van een continue aeroob korrelslibproces dat geïmplementeerd kan worden op de AWZI HNP. De installatie heeft naar verwachting een significant lager energieverbruik en kan een waardevolle grondstof (alginaatachtige polymeren) produceren. Door de compactheid van het proces komen bestaande installatie onderdelen vrij, waardoor de capaciteit sterk kan worden vergroot en/of er ruimte ontstaat voor nabehandelingstechnieken ter verbetering van de effluentkwaliteit (effluent polishing). Het onderzoek zal zo veel mogelijk worden uitgevoerd voor en met huishoudelijk afvalwater (voorbezonken) van awzi HNP.

2 In overleg met het team van Evides/HHDelfland/Delfluent Services BV/Royal HaskoningDHV zijn aandachtspunten voor het onderzoek geformuleerd gerelateerd aan de implementatie van de technologie op HNP: Vaststellen van de reproduceerbaarheid van de korrelvorming onder continue procescondities, inclusief inzicht in de factoren die de stabiliteit van de korrel bepalen. Vaststellen en optimaliseren van de bedrijfszekerheid/robuustheid van het proces, bepalen van proces verstorende factoren en aandragen van oplossingen daarvoor. Vaststellen van de gevoeligheid voor wisselende belastingen, zowel biologisch als hydraulisch (DWA-profiel [dag/nacht ritme] en RWA-omstandigheden). Vaststellen van slibbezinking (SVI5) en verwijderingsprestaties (CZV, N, P, SS). Vaststellen van de temperatuurafhankelijkheid. (Voor zover mogelijk) bepalen van de belangrijke opschaalfactoren en de daarbij behorende aandachtspunten t.a.v. ontwerp, engineerings- en uitvoeringsaspecten. Met het oog op een interessante business case voor Harnaschpolder het onderkennen van de belangrijke kostenfactoren m.b.t. de aanpassing van de huidige AWZI. Het zuiveringsconcept zodanig uitwerken dat keuzes ten behoeve van een volle schaal ontwerp onderbouwd kunnen worden ten aanzien van: Minimale anaerobe verblijftijd voor opname van makkelijk afbreekbaar CZV in korrelslib Volgorde van anaerobe, anoxische en aerobe zones Verblijftijd in de verschillende zones onder DWA en RWA-omstandigheden Benodigde recirculaties Welke pompen zijn geschikt voor aeroob korrelslib Wijze van, en omvang van de zuurstofinbreng In hoeverre kan van simultane denitrificatie gebruik worden gemaakt Heeft toevoer van nitraat in anaerobe fase effect op korrelvorming Wijze van menging/suspendering van slib in continu aeroob korrelslibproces Is manier van menging in anaerobe fase van invloed op korrelvorming? Wijze van spuien van slib Wijze van scheiden van zwaar korrelslib en lichter vlokkig slib Wijze van buffering van slib en verdere slibverwerking Wat zijn eigenschappen van biopolymeren in huidig slib en in korrelslib in een continu korrelslibproces Wijze van voorkomen van P-release Noodzaak en opties voor nabehandeling Onderzoeksvragen zullen bij start onderzoek verder worden aangescherpt door de PhD student, in overleg met de betrokken organisaties en in overleg met de promotor. 4. Beoogd eindresultaat: Al tijdens het PhD traject wordt kennis uit het onderzoek gebruikt om een full scale ontwerp voor te bereiden. Uiteindelijk zal er een nieuw zuiveringsconcept ontwikkeld worden. Bovendien zal er een

3 ontwerp worden gemaakt waarin een bestaande klassiek continue biologische zuiveringssysteem wordt omgebouwd naar een continue korrelslibzuiveringssysteem. Delfland krijgt een unieke kans om zeer waardevolle kennis op te doen over de mogelijkheden om de AWZI Harnaschpolder te moderniseren, nog gedurende de contractperiode met Delfluent. Evides en DSBV zijn bereid om dit onderzoek evenredig mee te financieren. Delfland kan hiermee de ambitie van de doorontwikkeling naar Grondstoffen en Energiefabriek vorm geven. Bovendien ontstaat er ruimte om ook de derde ambitie, namelijk de zoetwaterfabriek, vorm te geven. 5. Innovatieve karakter: Het afgelopen decennium heeft de TU Delft samen met STOWA en RHDHV de batchtechnologie Nereda tot een bewezen techniek doorontwikkeld. Delfland en Delfluent Services hebben een quick scan naar de mogelijkheden van een batchmethode uitgevoerd. Dit blijkt mogelijk te zijn, het grote nadeel van de batchmethode is dat de zuivering lange tijd buiten gebruik zal moeten worden gesteld en er aanzienlijke verbouwingen plaats moeten vinden. Professor Mark van Loosdrecht en RHDHV hebben vervolgens het idee geopperd om een continue korrelslibsysteem te ontwikkelen. In theorie zijn hier reeds ideeën voor ontwikkeld. Ombouwen naar een continue variant is minder risicovol en vergt aanzienlijk lagere investeringen. De techniek is echter alleen op labschaal uitgetest. Er bestaan nog vele onderzoeksvragen die enkel op pilotschaal kunnen worden beantwoord. De kennisexperts van TU Delft en RHDHV hebben bevestigd dat het kansrijk is om de continue variant door te ontwikkelen en RHDHV is bereid hierin te investeren. Omdat er nog een flink aantal onderzoeksvragen beantwoord moeten worden is het advies is om dit eerst op pilotschaal te onderzoeken. Wanneer het onderzoek succesvol is creëert Delfland samen met de partners een methode om bestaande zuiveringen om te bouwen naar continue korrelslibreactoren. Hiermee kan een aanzienlijke energiebesparing worden gerealiseerd (>30%), wordt er ruimte bespaard, verbeterd het zuiveringsproces (betere kwaliteit) en kan een interessante grondstof worden gewonnen (Alginaat).

4 6. Bijdrage aan de doelen van Delfland: Het project sluit uitstekend aan bij een van de ambitieuze doelen van Delfland zoals verwoord in het Waterbeheerplan 5 namelijk; in 2021 zijn alle voorbereidende technologische maatregelen getroffen om op een toekomstbestendige wijze de waterketen te sluiten en de zuiveringen te kunnen doorontwikkelen tot energie-, grondstoffen- en zoetwaterfabrieken. De ontwikkeling van een continue korrelslib zuiveringssysteem sluit hier op alle fronten bij aan. 7. Verbetering imago van Delfland: Delfland heeft nog wel eens het verwijt gekregen dat ze gekozen hebben voor een traditionele zuivering op AWZI Harnaschpolder. Delfland laat zien dat het zeker niet stil zit en dat ze bereid zijn om een, nog relatief jonge, zuivering om te bouwen naar een hypermoderne zuivering. Delfland zou hiermee een unieke stap kunnen zetten en wereldwijd aanzien genieten wanneer de ombouw van AWZI Harnaschpolder naar een continue korrelslibsysteem succesvol is. 8. Omschrijving van activiteiten: Jaar 1: Inventariseren van bestaande kennis, onderzoeks- en praktijkgegevens die relevant is voor het onderzoek naar de vorming van aeroob korrelslib in een continu systeem. Onderzoek aan huidig slib in HNP, microscopisch onderzoek naar slibmorfologie m.n. op aanwezigheid van aanzet tot korrelvorming en wat is biopolymeergehalte en kwaliteit. Evaluatie op laboratorium schaal in hoeverre continue voeding en toevoer nitraat in voeding korrelvorming beïnvloeden. Evaluatie van alle opties om korrelslib en gevlokt materiaal van elkaar te scheiden en korrelslib te verpompen en te suspenderen. Vaststellen van de meest kansrijke optie(s) om continue korrelslibproces te implementeren in HNP, alsmede het opstellen van een volle schaal schetsontwerp, op basis waarvan een eerste globale kosteninschatting wordt opgesteld. Ontwerp en start bouw pilot plant. Jaar 2: Afronden bouw en opstart pilot, vorming korrelslib op voorbezonken afvalwater HNP. Studie naar alginaatachtige polymeren in huidige HNP en gekweekt slib. Gedetailleerde studie ten behoeve van de beantwoording van de geformuleerde onderzoeksvragen en ontwerpvraagstukken op basis van de aeroob korrelslib pilot plant. Herijken van het volle schaal schetsontwerp. en toetsing business case. Jaar 3: Gedetailleerde studie ten behoeve van de beantwoording van de geformuleerde onderzoeksvragen en ontwerpvraagstukken op basis van de aeroob korrelslib pilot plant.

5 Herijken van het volle schaal schetsontwerp. en toetsing business case. Jaar 4: Evaluatie noodzaak nabehandeling. Definitief schetsontwerp van een volle schaal proces op basis van verkregen resultaten. Schrijven proefschrift. 9. Planning a. Gewenste startdatum, eerste kwartaal 2016 tot en met het laatste kwartaal b. Data en onderwerp van tussenrapportage: Elk eind van het jaar een voorgangsrapportage (2016, 2017, 2018 en 2019). 10. Organisatie a. Stuurgroeplid: Joyce Rombouts Onderzoeksgroeplid: Oscar Helsen b Deelnemende partijen: (incl. benoeming van rol, vakdisciplines en competenties) De projectorganisatie van het PhD project bestaat uit twee groepen: de onderzoeksgroep en de stuurgroep. De onderzoeksgroep is belast met de coördinatie en uitvoering van het PhD onderzoek, alsmede de directe begeleiding van de onderzoeker/promovendus. De onderzoeksgroep komt in wisselende samenstelling - maandelijks bijeen en bestaat uit: Mark van Loosdrecht (TU Delft) Projectleider PhD onderzoek Mario Pronk (TU Delft) Dagelijkse begeleiding Onderzoeker/promovendus (TU Delft) PhD Onderzoek David Weisbrodt (TU Delft) Microbiologische aspecten Yuemei Lin (TU Delft) Biopolymeer aspecten Cristian Picioreanu (TU Delft) Modellering Udo van Dongen (TU Delft) Technische ondersteuning Oscar Helsen (HHD) Klankbord/Advies Sigrid Scherrenberg (Evides) Klankbord/Advies, Beheer DBI hal en Voorzitter Mirabella Mulder (DSBV) Klankbord/Advies Edward van Dijk (RHDHV) Klankbord/Advies Naast de deelnemers van de TU Delft zullen ook specifiek de andere leden een actieve bijdrage leveren aan de totstandkoming van het pilotontwerp en het opstellen van het schetsontwerp van de volle schaal installatie. Specifiek brengt RHDHV kennis en ervaring in ten aanzien van: het ontwerp-, engineerings- en operationele expertise op het vlak van korrelsystemen Specialistische kennis (w.o. korrelslib, modellering, engineering,.) en ter beschikking stellen van RHDHV tools en kennisdatabases (w.o. operationele data Nereda installaties). Het opstellen ontwerpspecificatie pilotinstallatie en ondersteuning procurement

6 De vertaling van schetsontwerp(en) naar globale consequenties en betekenis voor praktijkschaal Harnaschpolder (inclusief globale kostenbegroting). Het promotieonderzoek zal vooral worden uitgevoerd op de faciliteiten op HNP met ondersteuning van proeven op het laboratorium voor biotechnologie TU Delft. Daar waar zinvol geacht, stelt RHDHV een werkplek met specialistische tools en support ter beschikking op haar hoofdkantoor of bij een relevante pilot- of praktijkinstallatie. De projectleider van het PhD onderzoek is verantwoordelijk voor alle aspecten (Tijd, Geld, Kwaliteit, Organisatie en Informatie) van het PhD project. De Stuurgroep ziet erop toe dat de overeengekomen afspraken worden nagekomen en stuurt bij waar dat nodig is. De stuurgroep komt driemaandelijks bijeen en bestaat uit: Mark van Loosdrecht (TU Delft) Projectleider PhD onderzoek Joyce Rombouts (HHD) Jan Willem Mulder (Evides) Rogier van Kempen (DSBV) Voorzitter Helle van der Roest of Andreas Giesen (RHDHV) (nader te bepalen) Bredere inbedding Van de waterschappen die nu reeds Nereda hebben, zouden eventueel als gebruikers voor een adviescommissie kunnen worden gevraagd. Het project zou kunnen aansluiten bij een WERF project - Mark van Loosdrecht is lid van de adviescommissie - naar de ontwikkeling van korrelslibreactoren in de USA. RHDHV zal haar nationale en internationale Nereda netwerk proactief aanwenden, om eventuele kansen die zich in andere projecten voordoen, en die de uitvoering van het onderhavige onderzoek op Harnaschpolder kunnen versterken en versnellen, in het project in te brengen. De bovenstaande mogelijkheden zullen bij aanvang van het project in de stuurgroep worden besproken. Geraamde inzet capaciteit Delfland (fte s): 0,25 fte per jaar t/m Inzet wordt opgevangen binnen de formatie. 11. Financiën Ontwikkeling van een Continu Aeroob Korrelslibsysteem Kosten (Cash) TU Delft k /j aanta k aar l jaar Promovendus Begeleiding Promovendus Analysekosten Labopstelling op TUD (obv werkelijke kosten) Reis/congreskosten

7 Labopstelling op HNP Subtotaal 476 Kosten (Cash) overig (niet TU Delft) Pilot HNP Analyses HNP Verbruiksmiddelen pilot HNP Onvoorzien Subtotaal 356 Totaal 832 k /ja ar 208 Verdeling kosten (Cash) k /ja k ar HHD Evides DSBV RHDHV RHDHV zal extra uren In kind beschikbaar stellen voor business case Totaal 832 In kind bijdrage (globale k /j aanta k inschatting) aar l jaar TU Delft PM 4 PM HHD % Evides % DSBV % HHD/Evides/DSBV DBI % Gebruik circa 40% van DBI proefhal proefhal RHDHV % Aanvullend nog 40 k per jaar voor uitwerking Business Case Totaal 850 Vanuit het innovatiefonds wordt de gehele out-of-pocket kosten van Delfland bekostigd vanuit het innovatiefonds. ( per jaar voor de jaren ). De in kind urenbesteding aan het project worden opgevangen binnen de eigen formatie, er is rekening gehouden in de teamplannen met dit project. 12. Communicatie en kennisborging a. Bij aanvang van het project zullen in de stuurgroep bindende afspraken worden gemaakt betreffende interne en externe communicatie. Daarbij dient met zowel de inhoud gedreven

8 aspecten als met de bestuurlijk gedreven aspecten rekening worden gehouden. Delfland gaat bepaalde aspecten zoals de opening van de pilot en het eindresultaat en tussentijdse publicaties op de publicatieagenda plaatsen zodat rekening kan worden gehouden met de inzet van communicatieadviseurs van Delfland binnen de formatie. b. Kennisborging & follow-up na het project (intern en extern): Resultaat van het project is een full scale ontwerp voor de ombouw van AWZI HNP. Wanneer dit project succesvol is zal de vergaarde kennis gebruikt worden om een bestuursvoorstel op te stellen voor de ombouw van de gehele AWZI Harnaschpolder naar een continue korrelslibinstallatie. Intellectueel eigendom Op dit moment vinden er gesprekken plaats met alle partijen hoe om te gaan met de verkregen kennis en mogelijke patenten die uit het onderzoek voort kunnen komen. Er zal een aparte overeenkomst worden afgesloten waarin deze zaken geregeld worden. Het team JVI zal te zijner tijd bij de overeenkomst betrokken worden. De eerste aanzet voor een concepttekst luidt als volgt: Artikel 3. Recht op resultaat 3.1 Het eigendom op de projectresultaten ligt bij de partij(en) die de resultaten genereert/genereren. 3.2 Projectresultaten worden in beginsel gepubliceerd, waardoor ze vrij toegankelijk en bruikbaar zijn voor iedereen (inclusief voor Partijen), tenzij één of meerdere partijen na onderling overleg besluit(en) octrooi aan te vragen. 3.3 Partijen hebben een gratis, niet-exclusief, niet-overdraagbaar gebruiksrecht op de projectresultaten, inclusief alle intellectuele eigendomsrechten daarop, voor zover ze die nodig hebben voor de uitvoering van het Project. 3.4 HH Delfland, Evides en DSBV hebben geen interesse in het vestigen van nieuw intellectueel eigendom maar zullen te allen tijde kosteloos en onbeperkt gebruik kunnen maken over eventueel in dit onderzoek te verkrijgen intellectueel eigendom. De stuurgroep zal toezien op potentieel voor patentaanvragen en RHDHV in de gelegenheid stellen dit al dan niet te doen. De kosten voor het verkrijgen en in stand houden van eventueel nieuw intellectueel eigendom zijn voor rekening van de aanvrager. De valorisatie van eventueel nieuw intellectueel eigendom zal gebeuren door RHDHV. RHDHV zal eventueel nieuw intellectueel eigendom kosteloos en onbeperkt licenseren aan HH Delfland, Evides en DSBV. 13. Risico s & aandachtspunten a. Aanbesteding van (deel)taken bij externe partijen: nvt b. Noodzaak bestuurlijke afstemming: nvt c. Andere aandachtspunten: Een belangrijk onderdeel van het project is het selecteren van een goede getalenteerde PhD student. Marc van Loosdrecht, begeleider van de PhD is een zeer gerespecteerde professor die waarschijnlijk een goede PhD-student aan weet te trekken.

9 Daarnaast zal deze student ook voldoende voortgang moeten boeken. Doordat vier partijen investeren in het project en er een uitgebreide begeleidingscommissie is samengesteld, zit er voldoende drive op het behalen van resultaten. Bovenstaande tekst is nog onderwerp van discussie. Hierbij wordt opdracht gegeven voor de uitvoering van de activiteiten zoals hierboven vermeld. Voor akkoord: Budgethouder innovatiefonds (naam + paraaf) : (verstrekt opdracht) Interne opdrachtgever (naam + paraaf) : (accepteert opdracht) Distributie: