Zuiver. karakter. zo snel dat er geen nabezinktank meer nodig is. Wetenschap. Het nieuwe korrelslib bezinkt

Transcriptie

1 Zuiver Wetenschap op karakter Waterschap Veluwe beleeft in Epe de primeur van een nieuwe generatie rioolwaterzuivering. De Nereda korrelslibtechnologie bespaart ongeveer een kwart van de energie en driekwart van de ruimte. Over tien jaar is dit de standaard. Projectleider André Welmer van Waterschap Veluwe heeft het er maar druk mee. Net heeft hij twee mensen van de gemeente Epe een rondleiding gegeven, nu weer een journalist. Hier op de rand van het Epense industrieterrein ademt alles de sfeer van afronding. De grote bouw met kranen en betonwagens is voorbij. Nu is het een komen en gaan van consultants, projectmedewerkers en diverse specialisten om de kabels aan te sluiten, deelsystemen te testen en om laatste afspraken te maken. Drie enorme betonnen tanks van negen meter hoog en kubieke meter inhoud staan naast elkaar. Daarvoor een klein zwart gebouwtje waarin luchtcompressoren zijn ondergebracht en besturingselektronica. Vanuit diverse richtingen duiken hier van onder het zand kabels op die door buizen het gebouwtje in lopen. Langs de bovenrand van de tanks loopt een dikke stalen Het nieuwe korrelslib bezinkt zo snel dat er geen nabezinktank meer nodig is afvoerbuis onder een loopbrug. Vanaf die hoogte is de oude installatie goed te zien. Het is er een zoals je overal in Nederland ziet: met een grote ronde nabezinktank en het luidruchtige gespetter van schoepen die lucht door het water slaan. Dat is hier straks verleden tijd, vertelt Welmer. De TU Delft en ingenieursbureau DHV ontwikkelden namelijk in samenwerking met de Nederlandse waterschappen de Nereda korrelslibtechnologie. Het nieuwe korrelslib de vorm van bacteriën die organisch koolstof, stikstof en fosfaat uit het afvalwater verwijderen - bezinkt zo snel dat er geen nabezinktank meer nodig is. En bij de nieuwe beluchtingtechniek blazen compressoren belletjes vanonder door de diepe tank veel stiller en energiezuiniger dan de spetterende schoepen. Het was de favoriete demonstratie van biotechnologe dr.ir. Merle de Kreuk, destijds promovenda bij milieubiotechnoloog prof.dr.ir Mark van Loosdrecht (faculteit Technische Natuurwetenschappen). Om het verschil tussen reguliere waterzuivering en de korrelslibtechnologie te illustreren bracht ze bij presentaties graag twee gesloten cilinders met slib mee en keerde die dan om. In de ene verspreidde zich een troebele laag door de hele waterkolom, terwijl in de andere korreltjes van enkele millimeters groot binnen enkele seconden door helder water naar de bodem dwarrelden. Ook de voordelen van de korrelslibtechnologie waren helder: de nieuwe generatie waterzuivering bespaart veel ruimte (driekwart zeggen de bouwers) en ook een kwart van de energie doordat pompen en beluchten efficiënter gebeurt, maar ook omdat het afvalwater minder heen en weer gepompt hoeft te worden. Bovendien leiden het kleinere oppervlak van de installatie en het lagere energieverbruik tot lagere kosten voor bouw en bedrijfsvoering. Of zoals Van Loosdrecht zegt: Een innovatie moet niet alleen beter zijn, maar ook goedkoper. Tot slot is de waterkwaliteit beter dan bij de conventionele zuivering, zo bleek uit een proef die aan de bouw in Epe vooraf ging. De technologie won de Vernufteling 2005 de prijs van Kivi-Niria en NLingenieurs voor het meest innovatieve project van een ingenieursbureau, en daarna nog zeven onderscheidingen. Waarom duurt het dan toch twaalf jaar voordat zo n bekroonde technologie vanuit het laboratorium in de praktijk belandt? Dat is veel te lang, beaamt ir. Helle van der Roest, leading professional bij ingenieursbureau DHV. Snelheid is van groot belang, meer nog dan patenten. Want je moet er vanuit gaan dat zo n veelbelovende technologie gekopieerd wordt. Je kunt het onderzoek alleen terugverdienen zolang je de concurrentie nog voor bent. Korrelslib Wat is eigenlijk korrelslib? Op het oog zijn het bolletjes van enkele tienden tot een paar millimeter groot, die voor honderd procent uit bacteriën bestaan. Onder bepaalde omstandigheden, en daarin schuilt de crux, klonteren bacteriën spontaan tot korrels samen. De eerste vermelding dateert al uit eind jaren zestig, vertelt Van Loosdrecht. Professor Lettinga uit Wageningen had bacteriële slibkorrels waargenomen in de anaerobe >> 6

2 Foto s: Sam Rentmeester/FMAX Het zuiveringsproces draait in Epe op grote schaal in drie bassins van 9 meter hoog en 25 meter doorsnede. 7

3 Wetenschap Dit apparaat zeeft het korrelslib uit het afvalwater. Een buis onder het water voert het gezuiverde water af. waterzuivering bij CSM. Al snel volgde het idee dat de waterzuivering met korrelslib versneld zou kunnen worden omdat het sneller bezinkt. De technologie gebaseerd op anaeroob (zonder beluchting) korrelslib werd in de jaren tachtig en negentig een succesvol exportproduct. De bacteriën verwijderden organische vervuiling uit het afvalwater en produceerden daar biogas bij. Maar stikstofverbindingen en fosfaten bleven achter. Ook verliep het proces minder goed bij lage temperaturen. Vandaar dat men op zoek ging naar aeroob korrelslib waarvan betere resultaten werden verwacht. Het idee was dat anaerobe bacteriën bij uitstek geschikt zijn voor korrelslib omdat ze complexe gemeenschappen vormen om het substraat (voedingsstoffen, red.) om te zetten, legt Van Loosdrecht uit. Zelf geloofde hij dat niet zo. Begin jaren negentig wekte hij verwondering onder biotechnologen met de ontdekking van aerobe bacteriën in korrelslibvorm. Zijn promovenda van destijds, dr.ir. Janneke de Beun, had aangetoond dat ook simpele snelgroeiende bacteriecultures als korrelslib konden groeien. Je moet de selectiedruk goed leggen, zegt hij nu. De biologie past zich wel aan. Die selectie bestaat er in Epe uit dat de bacteriën een cyclus doorlopen van één periode voeding onder anaerobe omstandigheden gevolgd door twee perioden beluchting. Daarna stroomt nieuw afvalwater in de tank, en stroomt het gezuiverde water door. Het wisselende regime van anaeroob voeden en aeroob groeien bevoordeelt traag groeiende bacteriën die makkelijker stabiele korrels vormen. Ingenieursbureau DHV raakte in 1999 bij de korrelslibtechnologie betrokken, na een bezoek van ir. Helle van de Roest aan het lab van Van Loosdrecht. Helle is de trekker geweest binnen DHV, zegt Van Loosdrecht. Voor de ontwikkeling is subsidie verkregen bij technologiestichting STW en financiële ondersteuning van kenniscentrum Stowa. Merle de Kreuk werd aangetrokken als promovenda om de bacteriën ook stikstof- en fosfaatverbindingen te laten verwijderen. In 2007 benoemde STW haar tot Simon Stevin Gezel vanwege de brugfunctie die ze had vervuld tussen het wetenschappelijk onderzoek aan de TU en de ingenieurspraktijk bij DHV. Merle deed dat uitzonderlijk goed, zegt Van der Roest. Ze heeft een belangrijk stempel gedrukt op de ontwikkeling van Nereda. Vanaf 2005 was Nereda de handelsnaam voor de aerobe korrelslibtechnologie, afgeleid van de gelijknamige waternimf uit de Griekse mythologie. Crisis Opschaling en onderzoek gingen hand in hand. Van der Roest mocht de biotechnologen graag uitdagen om de procescondities aan te passen aan de praktijk waar bijvoorbeeld de pompcapaciteit beperkt is en het zuurstofgehalte nooit zo hoog kan zijn als in een laboratoriumopstelling. De overstap naar echt afvalwater in plaats van het laboratoriumbrouwsel bleek lastiger dan gedacht. In een proefopstelling van zes meter hoog en zestig centimeter diameter zou vanaf 2003 tot 2005 een Stowa-onderzoek lopen met rioolwater op de afvalwaterzuivering van Ede (niet Epe). Het was totaal anders dan het lab, herinnert Van der Roest zich. We werden er soms wanhopig van omdat het korrelslib niet wilde groeien. Toen er zich na negen maanden toch een beetje korrelslib begon te ontwikkelen, voltrok zich een ramp. Er werd tijdens een weekend een computer gestolen waardoor het proces niet langer gecontroleerd werd. Na het weekend bleek door een technische storing al het korrelslib uitgespoeld te zijn. Dat bracht DHV in een lastig parket. De schadepost evenaarde bijna de omzet, maar stoppen zou gezichtsverlies betekenen bij opdrachtgevers en waterschappen. Projectmedewerkers waren zo gemotiveerd dat ze besloten het werk in de eigen tijd voort te zetten. Toch had die crisis iets nieuws losgemaakt. Van der Roest: We beseften dat we de micro-organismen zo slecht moesten behandelen dat ze wel in korrels moesten groeien, dat ze elkaar keihard nodig hadden om te overleven. Ingenieurs in de stress, dan ook de bacteriën. En ja hoor, na vier maanden zat de proefreactor vol met korrels en de verwijdering van stikstof en fosfaat (nutriënten) was zelfs beter dan verwacht. 8

4 >> Prof.dr.ir. Mark van Loosdrecht met korrelslib: Een innovatie moet niet alleen beter zijn, maar ook goedkoper. In de daaropvolgende periode hebben Stowa, TU Delft en DHV met zes waterbeheerders het Nationaal Nereda Ontwikkelingsprogramma (NNOP) opgesteld. Dit programma loopt tot eind 2012 en het omvat onder meer de bouw van enkele zuiveringsinstallaties. Voor de bouw van een eerste volledige zuivering, was een waterschap nodig als opdrachtgever en een garantiefonds voor het geval de installatie onverhoopt niet zou werken als voorspeld. Als eerste opdrachtgever diende Waterschap Hollandse Delta zich aan, het was toen Maar het garantiefonds kwam niet van de grond. De eerste Neredazuivering had al jaren eerder kunnen draaien, stelt Van der Roest, als er een garantiefonds was geweest. Maar De micro-organismen en korrels hebben elkaar keihard nodig teleurgesteld zijn of gewoon beseffen dat tegenslagen bij innovatie horen. Hij vindt wel dat regels innovatie vaak in de weg staan en dat het innovatieproces zelf aan innovatie toe is. Hij heeft geleerd eerst op zoek te gaan naar mensen die de moed hebben om de zaak in beweging te brengen. Mensen als Merle de Kreuk, Douwe-Jan Tilkema (sectorhoofd waterzuivering bij Waterschap Veluwe, red.) en Jacques Leenen (directeur Stowa, red.) hebben de moed om door te gaan bij tegenslag. Daar gaat het om, want er komen nóg honderd hobbels. (JW) Meer informatie: Prof.dr.ir. Mark van Loosdrecht, Ir. Helle van der Roest het liep anders, en met drie jaar vertraging staat nu de eerste Nereda zuivering dus niet bij Zuidland, maar in Epe (Waterschap Veluwe), binnenkort gevolgd door Dinxperlo (Waterschap Rijn & IJssel) en Vroomshoop (Waterschap Regge en Dinkel). Van Loosdrecht, die dit jaar een ridderorde ontving voor zijn verdiensten voor de afvalwaterzuivering, werkt hard aan nieuwe zuiveringsconcepten zoals inzet van de anammox bacterie bij lage temperaturen en productie van chemicaliën uit afvalstromen. Een universiteit moet op tijd vindingen uit handen durven geven, vindt hij, maar wel onderzoek blijven doen naar vragen die opduiken bij de opschaling. Van der Roest, die zichzelf typeert als een positief ingesteld ventje wil niet met vingers wijzen. Je kunt soms Helle van der Roest: Tegenslagen horen bij innovatie. 9

5 Zuivering in drie fasen Bij de slibkorreltechniek vinden alle zuiveringsprocessen plaats in één reactorvat dat periodiek gevuld en geleegd wordt. Het totale reinigingsproces duurt 3 uur en bestaat uit drie stappen. Testfase Momenteel worden alle pompen regelsystemen van de nieuwe rioolwaterzuiveringsinstallatie getest. 1 ZUIVEREN MET KORRELSLIB De reactor wordt vanaf onder gevuld met afvalwater. De korrels blijven op de bodem liggen terwijl het stijgende afvalwater het schone water 2 uit de reactor duwt. De kunst is om het vieze afvalwater zeer gelijkmatig in te brengen zonder dat er wervelingen ontstaan waardoor het vieze water zou gaan mengen met het schone water. Het gezuiverde water stroomt weg via een raster van afvoergoten 3. Per zuiveringscyclus wordt 25-50% van de reactorinhoud gewisseld. 1 1 uur Slibkorrels De innovatieve waterzuiveringstechniek Nereda maakt gebruik van slibkorrels in plaats van slibvlokken. Slibkorrels bezinken veel sneller dan slibvlokken waardoor de scheiding tussen korrelslib en gezuiverd afvalwater in de reactor zelf kan plaatsvinden. Er zijn geen grote nabezinktanks nodig. Opstartfase: korrels kweken Na de testfase worden in één reactorvat slibvlokken en een kleine hoeveelheid slibkorrels (afkomstig uit een kleine proefopstelling) in het water gebracht. De slibvlokken voeden zich met afvalwater en moeten uitgroeien tot korrels. Alleen korrels die samenklonteren tot compacte en zware korrels mogen overblijven. Het kweken van korrels op deze schaal is nog nooit eerder uitgevoerd en gaat naar verwachting 6 tot 12 maanden duren. a b Diameter 25 m Hoogte 9 m Afvalwater instroom Debiet maximaal (regenweeraanvoer) 6 a 7 5 TRADITIONELE VOORBEHANDELING 0 Roosterband & Zand- en vetvanger Nieuwbouw RWZI Epe Roostergoedverwijdering Het afvalwater passeert een roosterband 6 (gaten 2 mm) die alle In Epe is de eerste 'fullscale' rioolwaterzuiveringsinstallatie ter wereld gebouwd die afvalwater gaat zuiveren met aerobe slibkorrels. Het zuiveringsproces begint met een voorbehandeling, Beluchte zand- en vetvanger gevolg door biologische zuivering door de slibkorrels en eindigt Het water stroomt door een ondiepe bak 7. Beluchting genereert verticale wervelingen in het water waardoor zand naar de naar een van de drie reactoren geleid die zich in de vulfase bevindt, met een nabehandeling. Het aangevoerde afvalwater wordt steeds onderkant van de bak wordt geslingerd en daar blijft liggen. Een zodat het mogelijk is een continue stroom huishoudelijk afvalwater. Het Waterschap Veluwe kan met de nieuwe RWZI Epe elke schraper verzamelt vetdeeltjes die op het wateroppervlak blijven drijven. 24 uur het afvalwater van inwoners biologisch zuiveren. 10

6 ZUIVEREN MET KORRELSLIB 2 Beluchten 110 minuten Vanaf de bodem wordt met behulp van lucht, via beluchtingsplaten, zuurstof in het water gebracht. De slibkorrels mengen zich door het hele reactorvat. De bacteriën in de korrels breken de vervuiling in het water af. De drie compressoren 5 die de lucht samenpersen zijn de grootste energieverbruikers van de zuiveringsinstallatie. 4 VOORDEEL 75% minder grondoppervlak De concentratie bacteriën in een korrel is groter dan in een vlok worden verwijderd. Hierdoor is een kleinere reactor mogelijk. Ook zijn geen grote nabezinktanks nodig. Hierdoor kan de capaciteit van bestaande installaties worden verhoogd, zonder dat hiervoor extra terrein nodig is. VOORDEEL 20% lagere bouw- en exploitatiekosten De bouw- en exploitatiekosten van de compacte, relatief eenvoudige reactor met maar één compartizuiveringsinstallaties. VOORDEEL 20% lager energieverbruik Alle reinigingsstappen vinden plaats in één reactor waardoor er minder water verpompt en gemengd hoeft te worden. De totale energiebesparing ten opzichte van traditionele zuivering met slibvlokken bedraagt minimaal 20%. 4 8 Afvoer korrels blijven ze groeien. Voor een optimale werking mag de concentratie korrels in de reactor niet te hoog worden. Periodiek wordt er slib met slibkorrels afgevoerd naar een slibtank 8. Daarna wordt het slib mechanisch ingedikt, ontwaterd en afgevoerd naar een afvalverwerkingsinrichting. Ontwerp & Bouw DHV Kosten 15 miljoen euro In bedrijf 2012 Schoon water uitstroom ZUIVEREN MET KORRELSLIB 10 3 Bezinken minuten De relatief zware korrels zinken snel naar de bodem. Het proces herhaalt zich vanaf fase 1. 4 TRADITIONEL NABEHANDELING zwevend stof en fosfaat- en stikstofresten verwijderd. Door een (chemisch) vlokmiddel toe te voegen gaan de rest- b worden. Het water stroomt van boven naar onder door een zandbed. Alle onzuiverheden die groter zijn dan de zandkorrel worden tegengehouden. Onder het zandbed zitten buisjes met gaatjes die water doorlaten maar zandkorrels niet. illustratie & tekst: Eric Verdult C