Meten van Duurzaamheid in het Web of Water

Transcriptie

1 Meten van Duurzaamhed n het Web of Water Antonette van chak 1 *, Markus A. Reuter 1-2, Hen van tokkom 3, Jack Jonk 3 en Vctor Wtter 3 1 MARA - Materal Recclng and ustanablt -, Den Haag, Nederland 2 Ausmelt Ltd., Melbourne, Australa 3 Waterschap Brabantse Delta, Breda, Nederland amenvattng De mplementate van de Europese Kaderrchtln Water (KRW) verest een gedetalleerde aanpak voor het vaststellen van de noodzakelke veranderngen en maatregelen om de hern neergelegde doelstellngen voor het oppervlaktewaterssteem te behalen, waarn kan worden bepaald welke actoren nadere aandacht veresen, en welke (zuverngs-) technologe dent te worden ontwkkeld om te garanderen dat de kwaltet van het oppervlaktewater voldoet aan deze rchtln. Dt artkel bespreekt een fundamenteel technologsch ssteemmodel voor het Web of Water ( WoW ), dat s ontwkkeld voor de holstsche optmalsate en beoordelng van het afval- en oppervlaktewaterssteem. Deze aanpak rcht zch tegelkertd op de verschllende facetten waardoor het afval- en oppervlaktewaterssteem wordt beïnvloed () afvalwaterstromen en lozngen afkomstg van o.a. hushoudens, ndustre, landbouw, transport, etc. en de hern aanwezge stoffen en hun onderlnge nteracte en () end-of-ppe technologe waarb net alleen de processen van de roolwaterzuverngsnstallates (RWZI s) worden meegenomen maar tevens de thermsche en metallurgsche processen voor de behandelng van zuverngsslb en de terugwnnng van materalen herut. Dt ssteemmodel s ter llustrate van de ontwkkelde aanpak toegepast op een waterschap n Nederland. In dt artkel wordt aangetoond dat het ontwkkelde model n staat s om de optmale combnate van maatregelen (technologe en polteke) te dentfceren, welke nodg zn voor de mplementate van de KRW. Deze optmalsate wordt beïnvloed door kwaltetsesen voor de dverse stromen n het afvalen oppervlaktewaterssteem, kosten, energe en mleu, evenals door nteractes tussen de verschllende materalen de aanwezg zn n de verschllende emssestromen. Het model geeft een overkoepelende structuur waarn bestaande procesmodellen en duurzaamhed ndcatoren kunnen worden geïntegreerd en gecombneerd en bedt dan ook een aanpak waarmee de prestate evenals de duurzaamhed van het Web of Water ( WoW ) kan worden gemeten en geoptmalseerd. Het WoW model beschouwt net alleen het afval- en oppervlaktewaterssteem, maar brengt materaalccl van o.a. voedng, transport, landbouw en ndustre samen met de zuverng van afvalwater en de terugwnnng van materalen ut de watercclus en de prometallurgsche en thermsche verwerkng van mneralen en materalen. Op deze wze draagt het model en de her gepresenteerde aanpak b aan het behoud van grondstoffen en duurzaamhed op het grensvlak van aquatsche- en productsstemen en de procesndustre. Trefwoorden: steemmodellerng, optmalsate, KRW, end-of-ppe technologe, bronmaatregelen 1

2 1. Inledng De Europese Kaderrchtln Water (KRW) defneert doelstellngen voor de kwaltet van het oppervlakte- en grondwater n Europa. Tezelfdertd leggen het socale en polteke streven naar duurzame ontwkkelng van onze samenlevng sterke nadruk op duurzaam beheer van het waterssteem en mleuvrendelke en kosteneffcënte toepassng en selecte van roolwaterzuverngs- en slbverwerkngsprocessen. De kwaltet van het oppervlaktewater en de mleubelastng van het (afval-) waterssteem worden bepaald door de emsses afkomstg van dverse bronnen, de daadwerkelke nstroom hervan n het oppervlaktewater, hun samenstellngen alsmede de end-of-ppe technologe voor roolwaterzuverngsnstallates (RWZI s) en thermsche en metallurgsche processen voor de behandelng van slbstromen. De effcënte van deze processen s bepaald door fsca, cheme en thermodnamca. De toepassng van deze processen n combnate met bronmaatregelen verlagen de stofvracht de nstroomt op het oppervlaktewater en hermee n het mleu. Om de kwaltet van het oppervlaktewater en de eco-techno-mleuprestate van het afval- en oppervlaktewaterssteem te verbeteren en optmalseren denen deze stromen, stoffen en processen gelktdg te worden beschouwd en te worden meegenomen wanneer dt ssteem wordt beoordeeld. Aangezen onderzoek en lteratuur n dt veld zch n het algemeen rcht op slechts één of meerdere aspecten of een geselecteerd sub-ssteem van het afval- en oppervlaktewaterssteem, s een ssteemoptmalsatemodel voor het Web of Water ( WoW ) ontwkkeld door de auteurs (Van chak et al, 2007), waarn alle actoren/ketens, stromen, processen en stoffen n het afval- en oppervlaktewaterssteem worden samengebracht met het doel het ssteem n zn totaltet te kunnen beoordelen en analseren. De optmalsate en management van afvalwaterbehandelngnetwerken wordt besproken door tatukha et al. (2006) en weene en Kabours (2006). tatkha et al. (2006) rcht zch op het ontwerp van afvalwaterbehandelngnetwerken, gebaseerd op een sequentële methode, waarb gebruk wordt gemaakt van net-lneare optmalsate. De beslssngsvarabelen n de optmalsateprocedure zn structurele varabelen (mxers en spltters) en debeten. Erbe en chütze (2005) presenteren een geïntegreerd modellerngconcept met als doel de stromen door het totale afvalwaterssteem te analseren, terwl Hoppe et al. (2004) smulatemodellen voor rolerng, afvalwaterzuverng en rverwaterkwaltet aan elkaar verbndt voor mmsse-gebaseerde controle van waterkwaltetsmanagement. Ander onderzoek rcht zcht op de modellerng en/of optmalsate van specfeke processen of plants. Corsano et al. (2006) bespreekt de optmalsate van economsche trade-offs n de snthese, ontwerp en utvoerng van een batchgewze geopereerde fermentateplant op bass van NLP (net-lnear programmeren). ech en uls (2009) ontwkkelden een vereenvoudgde aanpak voor een multreservor optmalsatemodel, waarb waterkwaltetsaspecten als lmterende factoren voor watergebruk zn opgenomen. Johansson et al. (2008) bespreekt de beoordelng en vergelkng van ver verschllende optes voor de behandelng van RWZI slb vanut een mleu ssteemperspectef op bass van levenscclusanalse (LCA). De slbbehandelngsprocessen zn n deze aanpak geïsoleerd van het afvalwaterssteem, waardoor deze stude net tot een mleugebaseerde ssteemoplossng kan leden. Tana et al. (2008) behandelt de analse en optmalsate van het waternetwerk n een staalplant. Deze stude kkt slechts naar een enkel tpe verontrengng als restrcte voor de waterkwaltet. rederco et al. (2007) presenteert een partële dfferentaalvergelkngmodellen en numereke smulates voor de verspredng van verontrengngen n een lucht-water ssteem. De relevante van het ontwkkelde werk wordt besproken voor potenteel gebruk n praktsche mleuanalseprocessen voor de formulerng van zowel preventeve alsook rengngsstrategeën. Gedetalleerde RWZI procesmodellen worden onder meer besproken door Brdanovc et al. (2000), molders et al. (1994), Hoa et al. (2001), Van Veldhuzen et al. (1999), Uhlenhut et al. (2001 en 2008). 2

3 Mleuanalse van het waterssteem of een geselecteerd sub-ssteem hervan wordt besproken door Jeppsson en Hellström (2007) en Icke et al. (1999). Jeppsson en Hellström presenteren een ssteemanalse voor een end-of-ppe ssteem versus een ssteem gebaseerd op schedng aan de bron. Deze verschllende sstemen worden beoordeeld en vergeleken door gebrukmakng van Materal low Analss (MA) en LCA afgelede ndcatoren. MA maakt slechts een zeer vereenvoudgde benaderng en weergave van een ssteem mogelk; complexe nteractes n een ssteem of het combneren van de verschllende te beoordelen sstemen s net mogelk op bass van MA, aangezen MA net gebaseerd s op fundamentele prncpes van verwerkng en technologe. Betrand-Kraewsk et al. (2000) dentfceert methodsche problemen n de modellerng, beslutvormngsmddelen, defntes van doelen en mult-dscplnartet voor het duurzame beheer van stedelke watersstemen. Icke et al. (1999) presenteert een eenvoudg model voor de stedelke watercclus, gebaseerd op massabalansen voor fosfaten en water. Dscusseerbare en utermate smpele duurzaamhedndcatoren voor de beoordelng en vergelkng van verschllende scenaro s zn gedefneerd op bass van de stroom van fosfaten naar verschllende water- en bodemlchamen. Het beheer van waterkwaltet (met het oog op de KRW) s besproken door e.g. Achletner et al. (2007) en Butler en chütze (2005). Achletner et al. (2007) bespreekt een Matlab/mulnk model voor de smulate van stedelke dranagesstemen. Dt model s een scenaro smulatemodel, dat zch rcht op de waterkwaltet met het oog op de KRW. Het geeft geen mogelkhed tot het utvoeren van optmalsates en s beperkt tot stedelke dranagesstemen, waarb de behandelng van slb en de mogelke terugwnnng van materalen herut buten beschouwng zn gelaten. Butler en chütze (2005) presenteren een geïntegreerd controlessteem voor het geïsoleerde subssteem van stedelk afvalwater gebaseerd op de smulatesoftware YNOPI. Het doel hervan s de maxmalsate van rverwaterkwaltet. Correlé et al. (2007) presenteert een overzcht van polteke maatregelen de een rol spelen n het watermanagement. Met het oog op de KRW onderzoekt het artkel of en hoe mleupolteke prncpes kunnen worden toegepast n een framework voor geïntegreerd watermanagement. De technsche mogelkheden en beperkngen van watermanagement (en zuverng/verwerkng) en het effect van dt watermanagement op mleugerelateerde consequentes zn net meegenomen. Dt maakt dat deze stude slechts een polteke exercte s, n plaats een aanpak waarb technologe-gedreven oplossngen kunnen worden aangerekt voor het watermanagement. Watermanagement en de beschkbaarhed van water wordt door vele auteurs besproken. Zhang et al. (2008) bespreekt een dnamsch smulatemodel, gebaseerd op scenaro-analse, als ondersteunng voor wetgevng op het gebed van waterplannng, terwl Mtchell et al. (2003) een analse presenteert voor het aanleveren van waterservces. Het artkel bespreekt de beoordelng en vergelkng van conventonele en alternateve optes hervoor op bass van een scenaroanalse utgedrukt n massabalansen voor water en verontrengngen alsmede nfrastructurele kosten. Zhao en Chen (2008) passen een mult-crtera fuzz evaluatemodel toe voor de kosten van stedelke waterbronnen. Wlson et al. (2007) presenteert het ontwerp en ontwkkelng van een Water Resource Management stem voor stedelk watermanagement en management van waternveaus n reservors. Maqsood et al. (2005) stelt een nterval-parameter optmalsatemodel voor, voor de plannng van waterbronnen en een landbouwssteem met wsselende klmaatnvloeden en waterschaarste. Eknc en Konak (2009) ontwkkelden een optmalsatestratege op bass van mnmalsate van kosten voor het ontwerp van waterdstrbutenetwerken. heral en mth (1997) wden ut over een globale optmalsateaanpak voor ontwerpproblemen n waterdstrbutenetwerken. Jacovks et al. (1989) presenteert een lnear programmerngsmodel voor toepassng n de analse van mult-parameter watersstemen, bestaande ut reservors, waterkrachtcentrales, geïrrgeerd land, kanalen, etc. voor een rverssteem. Wan Alwa et al. (2008) beschrft een neuw holstsch framework voor het ontwerp van kosten-effecteve waternetwerken voor ndustrële- en stedelke sstemen. De herboven besproken artkelen rchten zch (veelal) op een specfek deel van de watercclus, geïsoleerd van het totale waterssteem, waarn de veelhed aan actoren en processen de een rol spelen net n deze studes worden aangesproken. Het werk van u et al. (2008) wordt gepresenteerd als een meer gedetalleerd onderzoek naar de geïntegreerde stedelke afvalwatercclus. Het artkel bespreekt een mult-parameter optmalsatebenaderng gebaseerd op waterkwaltet en kosten. Dt tpe aanpak s 3

4 echter gebaseerd op debeten en verschllende opzetten voor zuverngsflowsheets, maar omvat geen procesparameters, zoals zuverngsrendementen, etc. en heeft tevens slechts betrekkng op een subselecte van het waterssteem, waarn slbproducte en behandelng worden genegeerd. Het sluten van materaal- en waterccl s dan ook net mogelk gebruk makend van dt tpe modellerng, ssteemdefnërng en (ontbreken van) verwerkngsparameters. Het modelleren en optmalseren van de stedelke watercclus, als een van de facetten n het waterssteem s beschreven door Hard et al. (2005), Mtchell et al. (2001; 2007a), en Mtchell en Daper (2005; 2006). Hard et al. (2005) presenteert een eenvoudge aanpak voor het duurzaam ontwerpen van stromen n de stedelke waterketen. Het beoordeelde ssteem s echter zeer beperkt en beschrft bvoorbeeld net de connectes naar het oppervlaktewaterssteem en s daarom van zeer beperkte waarde voor de duurzame ontwkkelng van watersstemen. Interactes tussen materalen/stoffen n het ssteem worden tevens net n ogenschouw genomen. Mtchell et al. (2001) presenteert een eenvoudg waterbalansmodel, waarn alleen stromen ut de stedelke watervoorzenng, stormwater en afvalwater zn opgenomen. oftware voor eenvoudge massabalansmodellerng ten behoeve van de beoordelng van watermanagement-alternateven n stedelke gebeden s besproken door Mtchell en Daper (2005; 2006) Mtchell et al. (2007a) bespreekt de geïntegreerde watercclus met aandacht voor stormwater collecte. In Mtchell et al. (2007b) worden de tekortkomngen van bestaande modellen voor management van de geïntegreerde stedelke watercclus besproken. In tegenstellng tot het gepublceerde werk, s het her gepresenteerde holstsche ssteemmodel n staat om gelktdg een effcënte oplossng te genereren voor de technologsche confgurate van processen en stromen alsmede (wetgevng gedreven) bronmaatregelen. De optmalsate wordt utgevoerd als functe van alle stoffen, hun concentrates, n- en outputstromen en de aanwezge processen. Dt s een sgnfcante stap verder n de ssteemmodellerng van grootschalge watersstemen (n Nederland). De term Web of Water defneert het nauw verbonden en onderlng afhankelke Industreel Ecologsche steem van alle processen, stromen (emsse-, lozng-, output en ntermedate stromen) en stoffen (afkomstg van verschllende bronnen en actoren) n het afval- en oppervlaktewaterssteem. De her gepresenteerde aanpak beschouwt de behandelng van afvalwater en de recclng hervan terug naar het oppervlaktewater, waarmee een lnk wordt gelegd naar het mleu- en ndustrële ssteem. Tezelfdertd worden ndustreel en hushoudelk afvalwater samengebracht met de end-ofppe verwerkng van zuverngsslb, waardoor een verbndng wordt gelegd tussen afvalwater en metaalproducte- en afvalverwerkngndustreën. Dt maakt het WoW een excellent voorbeeld van Industrële Ecologe zoals besproken door Reuter et al. (2005), Capra (1997), Ares en Ares (1996) en Graedel en Allenb (1995). Het WoW llustreert het nauw verbonden en onderlng afhankelke karakter van complexe ndustrële sstemen en alle hern opgenomen stromen, stoffen en processen. Het realseren van de hoogst haalbare duurzaamhed van dt tpe sstemen verest dan ook een ssteem aanpak, waarn het complexe en afhankelke karakter van afval- en oppervlaktewater en gerelateerde ndustrële sstemen tot utdrukkng komt. g. 1 geeft een vereenvoudgde llustrate van het Web of Water. g. 1 Industrële Ecologe van het Web of Water Om de consequentes van de dverse mogelkheden n een oogopslag te kunnen overzen en af te wegen moeten de stromen, stoffen en processen tegelkertd worden beschouwd. Ook vanut de slbverwerkng s dt noodzakelk. De samenstellng van de totale stroom bepaalt de thermodnamsche nteracte tussen de verschllende elementen en hermee de beperkng van de verwerkbaarhed van het slb en terugwnbaarhed van de materalen n metallurgsche processen. De samenstellng van het afvalwater, effluent en zuverngsslb bepalen de mogelkhed om op een economsch rendabele wze waardevolle elementen ut het slb terug te wnnen, waarb nuttge endproducten worden gecreëerd evenals resduen en slakken de kunnen worden gestort, of economsch rendabel kunnen worden verkocht. De nteractes tussen materalen/elementen n de 4

5 metaalsmelter kunnen resulteren n ongewenste vormng van slak, emsses en het reduceren van de procesopbrengst. De terugwnnng van elementen ut zuverngsslb n metallurgsche en/of thermsche processen brengt net alleen de stofvracht terug van de materalen de n het mleu (en hermee n het oppervlaktewater) terecht komen door deze om te zetten n nuttge toepassngen, maar draagt tevens b aan het n de grondstoffenketen houden van deze materalen. Op deze wze wordt de vaak energentenseve producte van materalen/metalen ut prmare bronnen (ertsen) en de heraan verbonden mleubelastng teruggedrongen. Een grote verschedenhed aan methodeken/-modellen en ndcatoren s ontwkkeld voor de optmalsate en/of beoordelng van ndvduele processen en/of het gehele waterssteem. De mleuanalse van de verschllende facetten van het waterssteem en watermanagement, alsmede de ontwkkelng en toepassng van verschllende duurzaamhed ndcatoren s onder meer besproken door Ashle en Hopknson (2002), Rem en Jekel (2008), arang et al. (2008) en Wegert en tenberg (2002). De duurzaamhed van afvalwaterzuverngssstemen s onderwerp van veel artkelen, waarn verschllende methodeken en ndcatoren worden besproken voor het meten van de duurzaamhed van afvalwaterzuverng (Balkema et al. (2001); Lm en Park (2009); Malmqvst en Palmqust (2005); Muga en Mhelcc (2008); Palme et al. (2005)). De ontwkkelng en toepassng van deze verschllende modellen en ndcatoren werpt de vraag op welk van deze methodeken en/of ndcatoren het best toegepast kan worden om de duurzaamhed van het waterssteem ut te drukken en waar mogelk te verbeteren. Het ontwkkelde ssteemmodel voor het Web of Water zoals gepresenteerd n dt artkel verschaft een bass om deze methodeken/ndcatoren op te nemen, te combneren en/of te vergelken voor het meten van de duurzaamhed. Het model verschaft een overkoepelende structuur waarn bestaande meetmethodeken/ndcatoren kunnen worden opgenomen, n plaats van het ontwkkelen van nog een andere methodek en/of ndcator. Naast verschllende methodeken en/of ndcatoren de de duurzaamhed van een ssteem utdrukken, bestaat er tevens een grote verschedenhed aan technologsche en gedetalleerde procesmodellen voor de modellerng, verbeterng en beschrvng van afvalwaterzuverngsprocessen. Dt s tevens het geval voor metallurgsche en thermsche processen, zoals kunnen worden toegepast voor de behandelng van zuverngsslb. Het ontwkkelde ssteemoptmalsatemodel vervangt of mteert deze bestaande modellen net, maar verschaft een structuur waarn de kenns van deze gedetalleerde procesmodellen op een vereenvoudgde bass gelktdg kunnen worden geïntegreerd voor alle verschllende processen n de keten. Dt maakt het mogelk om het ssteem te optmalseren als functe van alle processen. Net mnder belangrk s dat door toepassng van het model senstvtetsanalses kunnen worden utgevoerd, waarmee de nvloed van de afzonderlke processen en parameters op het ssteem kan worden bepaald. Hermee kan worden vastgesteld voor welke processen/parameters nader onderzoek en/of verbeterng nodg s. Herdoor kan worden vermeden dat onderzoek wordt utgevoerd op processen/parameters de b nadere beschouwng van mndere relevante n de prestate van de gehele keten zn. Het model kan dan ook sturend worden gebrukt n de bepalng van noodzakelk onderzoek en ontwkkelng. Hermee onderschedt deze aanpak zch van meer algemeen toegepaste scenaroanalse, waarn oplossngen en rchtngen worden gegenereerd als een selecte ut een set van à pror vastgestelde optes/scenaro s (TOWA , 2005). De aanpak zoals wordt besproken n dt artkel, welke s ontwkkeld om een verneuwende bdrage te leveren aan het veld van afval- en oppervlaktewater s door de auteurs reeds succesvol toegepast n ndustrële omgevngen voor de modellerng van recclngsstemen van auto s n relate tot productontwerp en de Europese Rchtln voor de recclng van autowrakken. Dt werk wordt toegepast n een EU 6 e kader proect, uperlghtcar ( utgevoerd n samenwerkng met de Europese automobelndustre (VW, Opel, Damler, Volvo, Porsche, aab, Renault, etc). Deze recclngmodellen zn gekoppeld aan de Computer Aded Desgn (CAD) software van de automobelfabrkanten. De resultaten van dt werk zn tevens gebrukt n een werkgroep voor de evaluate en herzenng van de recclng/recover doelstellngen opgelegd door deze Rchtln. Een vergelkbare aanpak s ontwkkeld voor de modellerng en optmalsate van de recclng van 5

6 afgedankte elektrsche en elektronsche apparaten (WEEE - Waste Electrcal and Electronc Equpment). De modellen worden n dt veld tevens toegepast om de verspredng van gevaarlke stoffen n het mleu te controleren en beheersen. Deze voorbeelden geven een llustrate van de praktsche/ndustrële toepassngsmogelkheden van dt tpe ssteemmodellen en zn utgebred beschreven door Van chak en Reuter (Reuter en Van chak, 2008a&b; Reuter et al., 2006; Reuter et al., 2005; Van chak en Reuter, 2007, Van chak et al., 2004; Van chak et al., 2002). Dt artkel evolueert de bovenstaande prncpes naar een omschrvng en modellerng van afval- en oppervlaktewatersstemen. De toepassng van deze aanpak s n dt artkel aan de hand van een aantal casestudes besproken met een geselecteerde afval- en oppervlaktewaterssteem n Nederland als voorbeeld. Dt werk laat zen dat deze aanpak het mogelk maakt om een goede balans te bepalen tussen end-of- ppe verwerkng, de technologsche beperkngen hervan en benodgde bronmaatregelen. Dt artkel laat zen dat deze benaderng op de lange termn een obecteve en theoretsch (technologsch) verdedgbare bass kan verschaffen voor de kwaltetsdoelstellngen n de KRW. Belangrker nog, het kan een draagvlak creëren waarn dverse bestaande (mleugebaseerde) methodeken en modellen kunnen worden samengebracht om de benodgde focusserng en aandachtsgebeden n het afval- en oppervlaktewaterssteem te bepalen. 2. Web of Water - WoW ssteemoptmalsatemodel De (mleu-)prestate van het Web of Water, de kwaltet van het oppervlaktewater en de economsche consequentes hervan worden beïnvloed door een veelhed aan actoren, stromen, afvalwater- en slbbehandelngsprocessen, alsmede door bronmaatregelen om de emsse van stofvracht op het oppervlaktewater te reduceren. De omvang van dt ssteem en de veelhed en varate n parameters en actoren de dt beïnvloeden veresen een fundamentele bass om het ssteem op een technologsche, economsche en ecologsche bass te kunnen vergelken, beoordelen en optmalseren. Een ssteemoptmalsatemodel s ontwkkeld, waarn alle processen, emsses en lozngen afkomstg vanut verschllende bronnen (hushoudens, ndustre, landbouw, verkeer, etc.), ntermedate en outputstromen van de dverse processen en stoffen tegelkertd zn opgenomen en kunnen worden beoordeeld en geoptmalseerd. De procesparameters (recover, effcënte, zuverngsrendementen) van de verschllende afvalwaterzuverng- en slbbehandelngsprocessen zn op een fundamentele bass verkregen en afgeled van o.a. gedetalleerde procesmodellen, fsca, cheme en thermodnamca. De ssteembenaderng maakt het mogelk om de balans tussen bronmaatregelen voor emsses vanut ndustreën, landbouw en afvalwaterzuverng (zoals kwanttatef aangegeven n Oranewoud (2006)) en de vereste utbredng van RWZI s met bvoorbeeld een 4 e trap te bepalen om de mleubelastng van het afval- en oppervlaktewaterssteem te mnmalseren en de oppervlaktewaterkwaltet te verbeteren/behouden. Het ssteemgebaseerde karakter en de optmalsateaanpak maken het mogelk om verschllende prestate-ndcatoren, zoals proceseffcënte, energe, exerge, LCA ndcatoren, Carbon ootprnt ndcatoren etc. (als optmalsateparameters) n het ontwkkelde model op te nemen en te vergelken. Het dent dan ook te worden opgemerkt dat het ssteemmodel voor het Web of Water net als doel heeft de bestaande proces- en mleuanalse-modellen te duplceren, maar een structuur te verschaffen, waarn deze modellen en ndcatoren kunnen worden opgenomen, toegepast en gelktdg kunnen worden vergeleken. Hermee kunnen aandachtspunten en onderzoeksgebeden worden geïdentfceerd bnnen de veelhed en verschedenhed aan duurzaamhed ndcatoren, alsmede technologsche verbeterngen en (wetgevng gebaseerde) bronmaatregelen om de stofvracht naar het oppervlaktewater te reduceren. De bestaande proces- en mleuananalse-modellen kunnen dt overkoepelende model waar nodg aanvullen en ondersteunen. 6

7 2.1 Algemene beschrvng van optmalsatemodellen De beschrvng van een optmalsateprobleem kan als volgt generek worden gedefneerd (Reuter et al., 2006; Van chak et al., 2002), waarb de gedefneerde componenten fundamenteel deel utmaken van eng tpe optmalsatemodel (ourer et al., 2003): ets: Zoals materalen/stoffen (nutrënten, metalen opgeloste onen en chemsche componenten/precptaten organsche stoffen, etc.) en debeten van de stromen. Parameters: De nput van het ssteem (zoals emsses van hushoudens, ndustre, landbouw, verkeer, etc.) en proceseffcënte factoren (bv. zuverngsrendementen voor RWZI s, metaalterugwnnngspercentages, etc.) van de verschllende processen. Varabelen: De structuur van de flowsheet (ze g. 3) (=structuurvarabelen); varabele samenstellng van de stromen (bv. ntermedate, effluent, slb) en oppervlaktewater (ze g. 3); deze varabelen worden bepaald/berekend n het model als functe van de gedefneerde doelfuncte van de optmalsateprocedure en de bbehorende randvoorwaarden. Doelfuncte: Het doel van de optmalsateprocedure, welke gemnmalseerd of gemaxmalseerd dent te worden. Randvoorwaarden: Gelkhedsvoorwaarden (flowsheet van het Web of Water, massabalansen voor alle stoffen en stromen) en Ongelkhedsvoorwaarden (kwaltetsvoorwaarden, beperkngen op emsses, lozngen op het oppervlaktewater, concentratelmeten, etc.) waaraan de oplossng van de optmalsate moet voldoen. Het WoW optmalsatemodel s n algemene termen als volgt geformuleerd: Gegeven s een set van materalen/stoffen s een set van debeten Varabelen a, b en Maxmalseer c f( X ) c zn ssteemparameters u onder- en bovengrenzen voor de varabelen (randvoorwaarden) X Onder voorwaarde van a f( X ) b u X u lower upper Deze paragrafen bespreken het ontwkkelde ssteemmodel voor het afval- en oppervlaktewaterssteem aan de hand van bovenstaande algemene vergelkngen. 2.2 lowsheet van het afval- en oppervlaktewaterssteem ( Web of Water ) Een utgebrede en gedetalleerde flowsheet s voor het Web of Water opgesteld (ze guren 2 en 3). Deze flowsheet geeft een overzcht van alle processen, stromen en connectes, mogelkheden en beperkngen (structuurvarabelen) n het afval- en oppervlaktewaterssteem en verschaft hermee een grafsche blauwdruk voor het gedetalleerde ssteemmodel. De flowsheet en het model omvatten gelktdg de verschllende nauw met elkaar verbonden end-of-ppe processen voor: Roolwaterzuverngsnstallate (RWZI) (ze g. 4) De verschllende processen n de afvalwaterzuverng zn opgenomen n het model, zoals de verwderngstappen voor grove verontrengngen en zand, voorbeznkngsprocessen, alsmede dre verschllende routes voor de verdere behandelng van afvalwater:. Chemsche fosfaatverwderngsroute (gemodelleerd als blackbox nclusef de verwderng van zuurstofbndende stoffen, zware metalen, chemsche fosfaatverwderng (onder toevoegng van ecl 3 /eo 4.7H 2 O of AlCl 3 ) en nabeznkngsprocessen); 7

8 . Bologsche fosfaatverwderngsroute (gemodelleerd als blackbox nclusef de verwderng van zuurstofbndende stoffen, zware metalen, bologsche fosfaatverwderng (produceert groen fosfaat ) en nabeznkngsprocessen); en. MBR route (gemodelleerd als black box nclusef de verwderng van zuurstofbndende stoffen, zware metalen, chemsche fosfaatverwderng, stkstofverwderng en het MBR proces); In de flowsheet en het model s tevens de mogelkhed opgenomen de RWZI ut te breden met een extra processtap door het defnëren van een 4 e trap n aanvullng op bovengenoemde procesroutes. lbverwerkng (ze g. 4) De verschllende processen voor de verwerkng van zuverngsslb zn n het model opgenomen (ndkker, verterng, ontwaterng, evenals drogng versus composterng (bologsch) van de slbkoek). Thermsche verwerkng van zuverngsslb (ze g. 5) Afvalwater bevat een veelhed aan materalen en metalen n verschllende verschnngsvormen, welke zover als mogelk worden verwderd tdens de zuverng. Bovenden worden b de chemsche fosfaatverwderng metaalzouten toegevoegd (ecl 3 /eo 4.7H 2 O or AlCl 3 ). Deze metalen en materalen endgen (nden verwderd ut het afvalwater) n het zuverngsslb. Thermsche slbverwerkng kan dan ook worden aangewend om de hoeveelhed te storten materaal/afval terug te drngen, de energe-nhoud van de organsche componenten n het slb te benutten en de materalen herut waar mogelk terug te wnnen of te stablseren/nertseren. In het model zn verschllende processen voor de thermsche behandelng van slb(-koek) opgenomen, zoals verbrandng, co-verbrandng van slb en verwerkng van slb n afvalverbrandngscentrale of cementoven. In deze processen s slb slechts één van de nputs en wordt dan ook verwerkt tezamen met een veelhed aan andere stromen en s hermee gekoppeld aan andere product- en materaalsstemen. Metallurgsche verwerkng van zuverngsslb (ze g. 5) Zuverngsslb, alsook de outputstromen van thermsche (slb-)verwerkngsprocessen bevatten zowel waardevolle, alsook schadelk metalen (n verschllende fasen). Door het verwerken van deze stromen n ndustrële metaalverwerkngsprocessen (hoog-temperatuur ovens) zoals bv. znkrecclngprocessen, koper/lood- of nkkelproducte of fosforverwerkende metallurgsche processen, kunnen metalen worden teruggewonnen en worden gereccled naar de grondstoffenketen. De slbstromen en resduen van de thermsche slbverwerkngsprocessen worden n deze processen gezamenlk verwerkt met andere ndustrële recclng en/of prmare materaalstromen. Op deze maner brengt dt model de materaalccl van bv. voedng, vervoer, landbouw samen met de terugwnnng van materalen ut de watercclus en de prometallurgsche en thermsche verwerkng van mneralen en materalen. Op deze wze waarborgt het model en de her gepresenteerde aanpak het behoud van grondstoffen en duurzaamhed op het grensvlak van aquatsche- en productsstemen en de procesndustre. De meest relevante stromen n het oppervlaktewaterssteem zn opgenomen n het model, znde de n- en outputstromen van de herboven genoemde processen (zoals gedefneerd volgens Wtteveen+Bos, 2003). Het model beschrft de volgende stromen en hun samenstellngen en debeten: Afvalwaterstromen (hushoudens, ndustre/bedrven) (=nput van het ssteem); Effluent van RWZI routes; Roolwaterzuverngsslb; Outputstromen van de slbverwerkngsprocessen (zoals thermsche verwerkng en metallurgsche processen); Emsses (lozngen op het oppervlaktewater) afkomstg van wegverkeer, dakbedekkng, utltetsbouw, ndustre, deposte, oeverbeschermng, waterbouw, scheepvaart, landbouw, overge gronden, kwel, bagger, waterbodem en externe bronnen (nput van het ssteem) (ze g. 6). 8

9 De flowsheet en het model zn zodang opgesteld dat door het defnëren van structuur- of beslssngsvarabelen (of parameters) ( tot n g. 3, varërend tussen 0 of 1), dverse ssteemconfgurates kunnen worden gedefneerd als oplossng van de optmalsateprocedure en randvoorwaarden. Door deze structuur-/beslssngsvarabelen kunnen wllekeurge combnates van processen en allocate van stromen aan de verschllende processen worden gesmuleerd en getoetst om zodang het ssteem voor verschllende verwerkngsoptes en emsse(-reductes) te smuleren en optmalseren. Deze smulate en optmalsate omvatten tevens de (varërende) nput van de RWZI, kwaltetsrestrctes op de nput van de metallurgsche (slb-)verwerkng, oppervlaktewaterkwaltet doelstellngen (volgens de KRW) etc. Dt kan worden utgebred door het toevoegen van energe-, mleu- (ncl. gezondheds-) en/of economsche parameters aan het model, zoals reeds s gedaan voor onze autorecclngmodellen. De verschllende stromen en bronnen de het nfluent van de RWZI vormen, evenals de verschllende emsses op het oppervlaktewater afkomstg vanut dverse bronnen zn n de flowsheet en het model apart gedefneerd, om de nvloed van specfeke bronmaatregelen te kunnen bepalen op bass van de ndvduele samenstellngen en bdragen van de verschllende stromen en bronnen. g. 2 laat dudelk zen dat er nu nog een onbalans bestaat n het detal en/of de beschkbare data en daarom ook n de modellerng van het hudge oppervlaktewaterssteem; hetz n de zuverng van de verschllende emsseketens ten opzchte van de van het afvalwater n de RWZI s en/of n de beschkbaarhed van gegevens (de afvalwaterstroom va de RWZI s s veel gedetalleerder gemodelleerd dan de overge emsseprocessen/bronnen). Het maakt ook dudelk waar n een eventueel verdere utwerkng van deze aanpak aanvullende gegevens nodg zn voor een betere beoordelng en vergelkng van de dverse maatregelen, waarb het detalnveau van de modellerng voor de dverse stromen en processen n het oppervlaktewaterssteem meer n balans s (bv. het toevoegen van verwerkngsoptes en reductemaatregelen voor de drecte emsses op het oppervlaktewater). 2.3 Defnte van parameters en sets steemparameters De volgende parameters hebben betrekkng op het afval- en oppervlaktewaterssteem: Materaal- en stroomparameters. Inputstromen (nfluent) voor de RWZI s (en verdere verwerkng) zoals hushoudens en ndustreel afvalwater verzameld door het rolerngsssteem.. Input van het ssteem, waaronder emsses (lozngen het oppervlaktewater) afkomstg van wegverkeer, dakbedekkng, utltetsbouw, ndustre, deposte, oeverbeschermng, waterbouw, scheepvaart, landbouw, overge gronden, kwel, bagger, waterbodem en externe bronnen zn gedefneerde parameters n het ssteem (ze g. 2). Voor deze stromen zn echter geen behandelngs- of verwerkngsoptes n het model opgenomen de de nstroom van de stofvracht op het oppervlaktewater herut zouden kunnen reduceren. Om de vereste terugdrngng van stoffen ut deze stromen te beoordelen en bepalen, kunnen deze stromen nden gewenst ook als varabelen n het model worden opgenomen. De maxmaal toelaatbare stofvracht/nstroom kan vervolgens worden bepaald door het utvoeren van de optmalsate met bbehorende randvoorwaarden. Procesparameters. Zuverngsrendementen van de verschllende processen/processtappen n de RWZI gedefneerd voor elk materaal/stof en stroom n het ssteem.. Recover/terugwnnngsfactoren voor materalen en/of energe ut de materalen voor de thermsche en metallurgsche slbverwerkngsprocessen, gedefneerd voor elk materaal /stof (waar van toepassng) en stroom n het ssteem ets The sets n het afval- en oppervlaktewaterssteem zn: 9

10 Materalen/stoffen waaronder nutrënten, metalen opgeloste onen en chemsche componenten/precptaten organsche stoffen, etc n de nput-, ntermedate- en outputstromen n van het ssteem. Debeten van de stromen (nput, emsses, nfluent, effluent, slb, ntermedate en outputstromen van thermsche en metallurgsche verwerkng, etc.). De toepasbaarhed van het ontwkkelde WoW ssteemoptmalsatemodel s gedefneerd en geïllustreerd aan de hand van een selecte van relevante stoffen. In deze selecte s de beschkbaarhed van data ut verschllende referentebronnen n ogenschouw genomen (Waterschap Brabantse Delta, 2005; Oranewoud, 2006; Wtteveen+Bos, 2003) alsmede de mogelkhed om met de geselecteerde stoffen lcht te werpen op het effect van ongewenste materaalnteractes n de metallurgsche en/of thermsche verwerkng van zuverngsslb en dt mee te nemen n de optmalsate van het afvalwaterssteem. De volgende stoffen (set ) zn opgenomen n het Web of Water ssteemoptmalsatemodel: CZV en BZV (zuurstofbndende stoffen), KN en P (nutrënten), As, Cd, Cr, Cu, Hg, e, Pb, N en Zn (metalen/metaalverbndngen/onen) en glsofaat (voorbeeld van organsche mcroverontrengngen) n kg/ear. Het debet en/of volume van de stromen en het oppervlaktewater zn opgenomen n het model als set n m 3 /aar. 2.4 Defnte van varabelen De optmalsate van de prestate van het afvalwaterssteem en de kwaltet van het effluent en/of oppervlaktewater wordt bepaald door de varabelen n het ssteem. Deze varabelen worden berekend en geoptmalseerd als functe van de defneerde doelfuncte van optmalsate en de bbehorende randvoorwaarden met als doel de meest wenselke/optmale ssteemoplossng te verschaffen voor de gedefneerde omstandgheden en ssteemcondtes (zuverngsrendement, terugwnnng en hergebruk van stoffen, econome/kosten, mleundcatoren, of een combnate hervan). De verschllende varabelen bnnen het afval- en oppervlaktewaterssteem worden heronder besproken tructuurvarabelen van de flowsheet van het afvalwater- en verwerkngsssteem De debeten en massa s van de water- en stofstromen n het afval- en oppervlaktewaterssteem worden bepaald door de nput van het ssteem (welke wordt verondersteld bekend te zn) alsook door de selecte en combnate van de toegepaste verwerkngs- en zuverngsprocessen. De selecte van verschllende verwerkngsroutes en alternateven voor de dverse nputstromen wordt mogelk gemaakt n het model door de defnte van structuur- of beslssngsvarabelen. Deze structuurvarabelen maken het mogelk dat verschllende combnates van processen, verwerkngsalternateven, alsook maatregelen om de stofvracht nstromend op het ssteem te reduceren kunnen worden gegenereerd als oplossngen van het optmalsateprobleem. Dt onderschedt het ontwkkelde model van de meer generek toegepaste scenaro-analses voor deze grote sstemen. De structuurvarabelen kunnen n het model tevens worden gedefneerd als vastlggende parameters om een specfeke nfrastructuur of verwerkngsroute te smuleren amenstellng en debet effluent en RWZI-slb De samenstellng of kwaltet en het debet van het effluent en het zuverngsslb van de RWZI s afhankelk van de nput van de RWZI. Deze nput wordt bepaald door de structuurvarabelen zoals herboven besproken, de de bestemmng van de dverse afvalwaterstromen naar de verschllende verwerkngprocessen, behandelngsmogelkheden en lozngsmogelkheden drgeren (bv. als functe van bestaande nfrastructuur). De kwaltet van het effluent (en hermee tevens de samenstellng van het zuverngsslb) wordt beïnvloed door de zuverngprocessen/-routes en alternateven n de RWZI, en het al dan net toevoegen van een 4 e trap. De nstellng van deze processen en de proceseffcënte kunnen afhankelk zn van de gehele confgurate en combnate van processen (zowel voor afvalwaterzuverng alsook slbverwerkng). De meest optmale combnate van deze processen kan (n het model) worden bepaald als functe van de kwaltetsesen voor het effluent (en hermee oppervlaktewaterkwaltet), en s gelktdg afhankelk van de nputspecfcates van de 10

11 slbverwerkngsprocessen voor behandelng van het zuverngsslb. Wanneer zowel de oppervlaktewaterkwaltet (als functe van effluentkwaltet) en de terugwnnng van metalen/materalen ut het zuverngsslb worden geoptmalseerd, zal de stroom en samenstellng van bede deze stromen worden beïnvloed en kunnen varëren amenstellng en massastroom van outputstromen van thermsche en metallurgsche (slb-) verwerkngsprocessen De verwerkng van zuverngsslb n zowel thermsche en/of metallurgsche processen zoals eerder omschreven resulteert n verschllende (ntermedate) outputstromen. De samenstellngen en debeten/massa s van deze productstromen varëren onder nvloed van afvalwatersamenstellng en debet, de toegepaste combnate en tpen processen n de RWZI alsook de selecte van een of meerdere slbverwerkngsprocessen (bv. slbverbrandng versus opname van slb n de cementoven). Deze keuze wordt onder meer beïnvloed door (regonale) emssewetgevng voor deze processen alsmede door de veresten voor de samenstellng van de nput n de dverse verwerkngsoptes. Aangezen het zuverngsslb (of ntermedate stroom afkomstg van slbverwerkng) n deze grootschalge ndustrële processen (thermsche en/of metallurgsch) gelktdg worden verwerkt met een veelhed aan andere stromen en materalen, s de keuze van het toe te passen tpe proces(sen) net alleen bepaald door de samenstellng van de (ntermedate) slbstromen, maar tevens door de economsch schaalvoordeel hervan. Met elkaar beïnvloeden deze factoren de samenstellng, stroom/massa en tpe outputstromen resulterend ut de afvalwaterverwerkng en llustreren de complexe nteracte en verwevenhed van de verschllende processen en stromen n dt ssteem zoals de worden beschouwd n het WoW model. 2.5 Modellerng van processen, sets, parameters en varabelen De nputstromen van het ssteem (parameters) en de n- en outputstromen van de verschllende processen (varabelen) n het Web of Water zoals herboven beschreven en weergegeven n de flowsheet van g. 3 worden n het model beschreven op bass van hun stofvracht (kg/aar) en debet (m 3 /ear). De massabalansen voor de stoffen en stromen (=gelkhedsrandvoorwaarden de denen te worden gerespecteerd tdens de optmalsate) kunnen worden opgezet, waarut de concentrates van de stoffen n de verschllende stromen en het oppervlaktewater kunnen worden afgeled en toegepast als benodgde (ongelksheds-) randvoorwaarden voor het WoW ssteemoptmalsatemodel. De processen zoals herboven beschreven en weergegeven n g. 3 worden gemodelleerd op bass van hun respectevelke zuverngsrendementen/materaalterugwnnngsfactoren (0-100%) (=procesparameters) voor alle stoffen n set en alle debeten n set n de verschllende stromen zoals herboven besproken. Deze recoverfactoren (materaal- en energeterugwnnngsfactoren) en zuverngsrendementen zn verkregen ut procesdata (gebrukmakend van datareconclate zoals beschreven door (Ververka en Madron, 1997)) en/of procesmodellen. Deze parameters worden als constanten beschouwd n het model, aangezen de varate n de nput van het ssteem verondersteld s mnmaal te zn bnnen de voorwaarden van de optmalsate. In het model bestaat echter de mogelkhed om deze factoren tussen realstsche onder- en bovengrenzen te varëren bnnen de fundamentele en technologsche grenzen. Wanneer de nput zch buten de n het model vastgestelde grenzen begeeft, kan het model worden aangepast door het opnemen van een functonele relate tussen de (dnamsche) nput en procesprestates zoals gedefneerd door de gedetalleerde procesmodellen. Zoals reeds aangegeven s het doel van het WoW model dan ook net om bestaande (proces-) smulatemodellen voor de zuverng van afvalwater en slbbehandelng te vervangen, maar om alle actoren bnnen het WoW zoals weergegeven n guren 2 en 3 op een vergelkbaar detalnveau te koppelen en harmonseren. De complextet van het WoW model zelf (vanwege de grote hoeveelhed structuur-/archtectuurvarabelen, processen, stromen, prestate-ndcatoren etc.) zou het vanut een optmalsateperspectef mathematsch te gecomplceerd worden om een oplossng te genereren wanneer het detal van de verschllende procesmodellen (fssch, chemsch, knetsch, 11

12 thermodnamsch) hern meegenomen zouden worden. Bovenden s het utvoeren van dt nveau van procesoptmalsate net wenselk n het kader van de holstsche ssteemaanpak, aangezen de bestaande procesmodellen, de het WoW model ondersteunen, hervoor zorgdragen. Deze aanpak, waarb de proceseffcëntes met een gereduceerd detalnveau zn opgenomen n het model maakt het tevens mogelk het probleem van de onbalans tussen de technsche-, verwerkngs- en modeldetallerng (ze g. 2 en 3) van de verschllende stromen, actoren en processen n het WoW gebalanceerd te benaderen. In andere woorden, het model bedt een sectoroverbruggende aanpak om de datacollecte en structuur te standaardseren en harmonëren over de verschllende sectoren/ketens alsmede het detal van de procesbeschrvngen n het model, de verest zn om het gehele ssteem te beoordelen, n plaats van het detal van verschllende processen en actoren te sub-optmalseren. Om deze reden verschaft de keuze voor het toepassen van recover en/of een acceptabele en gelkwaardge bass om de verschllende tpen processen n het ssteem op een vereenvoudgde, maar rgoureuze en transparante wze te beschrven. Om dezelfde reden s de prestate van de thermsche en metallurgsche processen beschreven door gebruk te maken van recoverfactoren afgeled van fundamentele thermodnamsche modellen en software, gecombneerd met utgebrede ndustrële kenns en ervarng van de auteurs, n plaats van complexe thermodnamsche modellen n het model op te nemen. Deze recoverfactoren beschrven met een acceptabel nveau van accuraathed de verspredng en terugwnnng van alle n het model opgenomen stoffen en elementen. In het model s de vereenvoudgng gemaakt het oppervlaktewater te beschouwen als een nert volume, waarn geen (dnamsche) bologsche afbraakprocessen en/of nteracte plaatsvnden. Dt detalnveau wordt afgedekt door bestaande oppervlaktewatermodellen, alhoewel de dnamca van het ssteem kan worden opgenomen n het ontwkkelde ssteemmodel zoals wordt besproken door agan et al. (2008) voor watersstemen en door Van chak en Reuter (2004) en Reuter en Van chak (2008) voor autoen WEEE (Waste Electrc and Electronc Equpment) recclngsstemen. 2.6 Doelfuncte voor optmalsate Het bepalen en boordelen van de vereste combnate van maatregelen en technologeontwkkelng om (zover als mogelk) te voldoen aan de KRW esen, alsmede het vaststellen van de meest optmale prestate van het waterssteem (hetz vanut een oppervlaktewaterkwaltet-, mleu- en/of economsch oogpunt of een combnate van deze) gebeurt n het model door het utvoeren van een optmalsateprocedure. De optmalsate koppelt alle actoren, stromen, processen en stoffen bnnen het afval- en oppervlaktewaterssteem met de gedefneerde doelfuncte om het ssteem n zn totaltet te analseren en optmalseren, waarb alle processen, stromen, stoffen en ndcatoren met een vergelkbaar detalnveau zn opgenomen. De oplossng van het optmalsatemodel voor het afval- en oppervlaktewaterssteem, nclusef de verwerkng van zuverngsslb, s gedefneerd door de maxmalsate (of mnmalsate) van een doelfuncte met bhorende gelksheds- en ongelkhedsrandvoorwaarden. De oplossng vareert afhankelk van de parameters n de specfeke doelfuncte en n de geldende randvoorwaarden. De verschllende structuur- (beslssngs-)varabelen zoals de zn gedefneerd n het model, de de verschllende verwerkngsroutes en alternateven voor de dverse stromen faclteren, maken het mogelk dat verschllende combnates van processen, verwerkngsalternateven, addtonele verwerkngsstappen (zoals een 4 e trap n de RWZI) alsmede verschllende bronmaatregelen als oplossng van het optmalsateprobleem door het model kunnen worden geïdentfceerd/gegenereerd. Om bovengenoemde redenen s n het model een doelfuncte gedefneerd, de de volgende aspecten n ogenschouw neemt; () mnmale belastng van het oppervlaktewater; () maxmale terugwnnng van metalen/materalen ut het zuverngsslb; () mnmale kosten; (v) maxmale energe-effcënte en/of (v) maxmale exerge-effcënte; (v) kostentechnsche ssteemconfgurate, etc. Een voorbeeld van een mogelke doelfuncte s weergegeven n Vgl. 1a. De verschllende doelen van optmalsate kunnen worden gecombneerd tot één doelfuncte, waarb een oplossng wordt gegenereerd waarn gelktdg rekenng wordt gehouden met deze verschllende 12

13 optmalsatecrtera. Wegngsfactoren (a tot d n Vgl. 1) kunnen aan de afzonderlke parameters n deze doelfuncte worden toegekend om zodang het relateve belang van de dverse parameters ut te drukken of om de focus van de optmalsate te sturen tdens de optmalsateprocedure zoals s besproken door Ignatenko et al. (2007). Deze wegngsfactoren worden beïnvloed door polteke prorteten, technologe, etc. Bovenden zorgen de verschllende randvoorwaarden ervoor (zoals de heronder verder zullen worden besproken) dat de verschllende regmes van het ssteem n acht worden genomen. Maxmalseer: ( a m b m c m d m ) met a, b, c, d wegngsfactoren Teruggewonnenmetalen Verontrengng oppervlaktewater Verontrengng effluent tort / Afval Het dent te worden opgemerkt dat n het WoW model zoals n dt artkel wordt besproken nog geen economsche-, mleu-, exerge- en/of energeparameters zn opgenomen. Echter met passende economsche, mleu- en overge data kunnen deze parameters en optmalsatedoelen eenvoudg n het model worden opgenomen zoals besproken door Ignatenko et al. (2007) en agan et al. (2008). De massastromen, debeten, stroomsamenstellngen en processen zoals n het model zn gedefneerd verschaffen het draagvlak waarop verschllende tpen economsche en mleuparameters gelktdg kunnen worden opgenomen, herb de mogelkhed creërend om het Web of Water te optmalseren als functe van deze parameters alsmede om op bass hervan de meest relevante/domnerende verbeterngsparameters, -processen en/of -stromen aan te duden. Het zal dudelk zn dat dt de beschkbaarhed van uste data betreffende deze aanvullende parameters verest, behorende b alle stromen, stoffen en processen n het ssteem. De doelfuncte kan worden utgebred met o.a. kosten-, energe-, exergeparameters (ze voorbeeld n Vgl. 1b): Maxmalseer : ( m - m ) - (m + m ) (1b) Teruggewonnenmetalen tort / Afval Verontrengng oppervlaktewater Verontrengng effluent + etc. Energeterugwnnng Energegebruk Het afval- en oppervlaktewaterssteem s onderhevg aan verschllende randvoorwaarden en vrhedsgraden zoals massabalansvoorwaarden, procesrestrctes, kwaltetsesen, etc., welke n het model zn opgenomen om de te nemen (set van) maatregelen te bepalen voor de mplementate van de KRW. Deze randvoorwaarden zn n het model gepresenteerd als gelkheds- en ongelkhedsvoorwaarden en worden heronder verder toegelcht. (1a) 13

14 g. 2 Vereenvoudgde weergave van het Web of Water 14

15 g. 3 lowsheet van het Web of Water (ze g. 4 tot 6 voor detal) waarn de structuurvarabelen zn aangegeven, welke worden berekend n het optmalsatemodel om de archctectuur van het ssteem te defneren afhankelk van het gestelde doel en randvoorwaarden. Deze flowsheet toont de gedetalleerde behandelng/modellerng van afvalwater en zuverngsslb n de RWZI en metallurgsche en thermsche verwerkngsplants (onderzde van de flowsheet), terwl de andere emssebronnen drect op het oppervlaktewater lozen (bovenzde van de flowsheet) (vanwege ontbreken van (data en detal van) behandelng, verwerkng en/of controle van deze emssebronnen). g. 4 RWZI en slbverwerkng (deel van g. 3) geeft het detal weer van dt deel van de flowsheet g. 5 Thermsche en metallurgsche verwerkng van zuverngsslb (deel van g. 3) duurzaamhed verest om deze processen n een afval(water)verwerkngsarchtectuur op te nemen (deze technologe s ver ontwkkeld en beschkbaar n Europa) 15

16 g. 6 Emsse- en lozngsbronnen voor het afval- en oppervlaktewaterssteem (deel van g. 3), waarb tevens de structuurvarabelen zn weergegeven de kunnen worden berekend/geoptmalseerd n het WoW optmalsatemodel. g. 6 toont tevens de koppelng van afvalwater en slbverwerkng met de metaal-/materaalgrondstoffenketens en recclng en prmare materaal-/metaalproducte 2.7 Randvoorwaarden voor optmalsate Defnte van Gelkhedsvoorwaarden Massabalansen voor stoffen en stromen n het Web of Water (g. 3) De bass voor de defnte van de doelfuncte en bbehorende ongelkhedsrandvoorwaarden (Vgl. 1 en 2) wordt gevormd door de massabalansen voor alle processen, stoffen en stromen n het Web of Water zoals weergegeven n g. 3. De massabalansen beschrven de stroom van zowel stoffen en debeten, n de nputstromen, tussen de verschllende processtappen n de flowsheet van g. 3 (ntermedate stromen), en tevens de structuur van het netwerk van processen en stromen bepaald door de structuurvarabelen t/m (ze Vgl. 2 t/m 7). In deze vergelkng vertegenwoordgen M en M de nputstromen van het ssteem en de processen; en, x en x en z en z zn de en outputstromen van de dverse processtappen, en R, Rx, Rz R,Rx, Rz zn de zuverngsrendementen of recoverparameters (proceseffcëntes afgeled van ndustrële en fundamentele procesdata) voor elke processtap en voor respectevelk sets en. Deze procesparameters verspreden de nput M over elk van de outputstromen,x, and z van het proces. De algemene massabalansvergelkngen voor elk van de processtappen (of blackboxen), stoffen (kg/aar) en debeten (m 3 /ear) zn heronder weergegeven (Vgl. 2 t/m 7) (ze ook g. 7). De kwaltet/samenstellng (mg/l, kg/kg d.s.) van elk van de stromen n het ssteem kan aan de hand van deze massabalansvergelkngen worden berekend (ze ongelkhedsvoorwaarden). R M 0 (2) R M 0 x Rx M 0 x Rx M 0 z Rz M 0 z Rz M 0 waarn n 1 M m n 1 M m en R Rx Rz 1 R Rx Rz 1 (3) (4) (5) (6) 16