Bijlage 4: Milieu en energieprestaties: Emissies van de toekomstige rwzi Utrecht (DM )

Transcriptie

1 Notitie HASKONINGDHV NEDERLAND B.V. WATER TECHNOLOGY Bijlage 4: Milieu en energieprestaties: Emissies van de toekomstige rwzi Utrecht (DM ) Aan : E. Rekswinkel, M. Boersen Van : Wim Wiegant Controle : Ellen van Voorthuizen Datum : 4 augustus 214 Kopie : W. de Jager Onze referentie : BC3162/N2/42316/Nijm Betreft : Emissies van de toekomstige rwzi Utrecht Inleiding Deze korte studie betreft de emissies die gepaard gaan met de verschillende opties voor de behandeling van afvalwater en de ontwatering en verdere (eind)verwerking van het slib op de rwzi Utrecht. Hierbij gaat het erom om voor enige verschillende opties voor de behandeling en ontwatering van het slib van de rwzi Utrecht, en de verdere eindverwerking van dit slib in te schatten: wat het energieverbruik is; wat de CO 2 -emissies zijn; wat het chemicaliënverbruik is. Deze notitie is een vervolg op een eerdere notitie van 7 november 213, waarin de verschillende opties werden vergeleken, maar dan mét slibgisting. Deze laatste is nu niet meer aan de orde. In het vervolg is zoveel mogelijk de opzet en presentatie van de vorige notitie aangehouden. Uitgangspunten De uitgangspunten voor de schatting van de emissies zijn de volgende geweest: 1. Voor het verbruik van energie en chemicaliën is gebruik gemaakt van gegevens die door het Hoogheemraadschap zijn aangeleverd. 2. Voor de schatting van het energieverbruik en de CO 2 -emissies van de eindverwerking van het slib en van de CO 2 -emissies die gepaard gaan met het gebruik van chemicaliën is uitgegaan van de uitgangspunten zoals deze zijn gehanteerd in Slibketenstudie II van de STOWA 1. Aan de hand van een van de berekeningsmodellen die voor deze studies zijn ontwikkeld, is een inschatting gemaakt van energieverbruik en emissies. 3. Voor de chemicaliën is als volgt geredeneerd: 1 STOWA 21. Slibketen II - Nieuwe technieken in de slibketen. STOWA, Amersfoort, rapport

2 methanol kan worden opgevat als een directe energiebron; daarom is het verbruik van methanol meegenomen in de berekening van de verbruikte energie; de overige chemicaliën ijzerzouten en polyelektrolyt zijn geen directe energiebron, maar er wordt wel energie gebruikt voor de productie van deze chemicaliën; deze chemicaliën zijn niet geteld als energieverbruik, maar er is wel CO 2 -emissie aan toegekend. voor de berekening van het energieverbruik voor het transport van ontwaterd slib is uitgegaan van een dieselverbruik,4 l/km voor een 34 ton vrachtwagen; energieverbruik en emissies van diesel zijn ontleend aan Slibketenstudie II. 4. De emissies zijn opgesplitst naar de verbruiken op de rwzi en die bij de eindverwerking. De verschillende opties De drie nu bestudeerde opties voor de rwzi kunnen als volgt worden samengevat: H : Huidige situatie: AB-proces, sliblijn handhaven, slib naar SNB; AB : AB-proces, geen slibgisting; Nereda :Nereda-proces, geen slibgisting; muct : muct proces, geen slibgisting; Voor iedere variant van de rwzi zijn twee varianten voor de slibeindverwerking meegenomen in de berekeningen: SNB :indirecte droging, wervelbedverbranding (SNB) GMB :Biologisch drogen, meeverbranding in e-centrale (GMB) Op deze manier is het energieverbruik en de CO 2 -emissie voor de drie varianten van de rwzi en de twee voor de eindverwerking inzichtelijk. Niet bestudeerd Warmte uit effluent Winning van warmte uit het effluent van de rwzi is niet nader bestudeerd. Wel worden in samenwerking met ENECO de mogelijkheden verkend van warmteterugwinning uit effluent. Hoewel het een gunstige invloed heeft op de energiebalans van de rwzi, is het niet onderscheidend in de keuze tussen de verschillende varianten. Terugwinning van fosfaat Hetzelfde geldt voor de terugwinning van fosfaat uit het slib. Ook hier zijn de verschillende mogelijkheden niet of nauwelijks onderscheidend tussen de verschillende varianten. Hoewel terugwinning bij een muct door de aanwezigheid van een aparte anaerobe ruimte relatief eenvoudig is, lijkt het logisch om, vanwege een hoger rendement, voor gecentraliseerde terugwinning te kiezen. In dat geval is een aparte installatie voor de terugwinning van fosfaat op rwzi Utrecht niet aan de orde. 4 augustus 214 BC3162/N2/42316/Nijm 2/1

3 Energieverbruik Het energieverbruik van de verschillende varianten is vastgesteld op basis van het elektriciteitsverbruik aangevuld met het eventuele methanolgebruik. In figuur 1 is het energieverbruik op de zuivering dus nog zonder slibeindverwerking -weergegeven, onderverdeeld in de verschillende onderdelen van de rwzi. Het energieverbruik van de huidige situatie (H) is inclusief slibgisting, de overige varianten zijn exclusief slibgisting. Beluchting bevat ook het energieverbruik van mengers en retourslib- en influentgemalen. Indikking bevat naast elektriciteit voor pompen en indikapparatuur ook het elektriciteitsverbruik ten behoeve van menging en ventilatie. 15 energievervbruik (TJPRIM/j) 1 5 beluchting methanol indikking gisting ontwatering rest totaal rwzi -5 Figuur 1. Samenvatting van het energieverbruik (in TJ PRIM /j) van de verschillende onderdelen van de rwzi, voor de 4 varianten. Methanol is apart aangegeven; het verbruik van methanol is ook al opgenomen in het verbruik van de waterlijn. Bij de berekening van het energieverbruik in het AB-proces is methanol meegenomen. Het methanolverbruik maakt in de huidige situatie 17% van het netto energieverbruik van de totale rwzi uit, en in de toekomstige variant waarin het AB-proces (zonder slibgisting) wordt toegepast 21%. Enige studie van de uitkomsten leert het volgende: De beluchting van het huidige AB-proces heeft een aanzienlijk hoger energieverbruik doordat minder efficiënte puntbeluchting wordt toegepast. Methanol is meegerekend in het energieverbruik; dit levert voor het AB-proces een aanzienlijke toename in het energieverbruik op. De variant met Nereda komt als het energiezuinigste uit de bus. 4 augustus 214 BC3162/N2/42316/Nijm 3/1

4 In figuur 2 is het totaal energieverbruik opgesplitst naar waterlijn (= beluchting + methanol + rest) en sliblijn (= indikking + ontwatering). 15 energievervbruik (TJPRIM/j) 1 5 waterlijn sliblijn totaal rwzi -5 Figuur 2. Samenvatting van het energieverbruik (in TJ PRIM /j) van de water- en sliblijnen van de 4 varianten. Uit figuur 2 is duidelijk dat de waterlijn aanzienlijk meer energie verbruikt dan de sliblijn. In figuur 3 is ook het energieverbruik bij de slibeindverwerking gegeven. De verschillende varianten hebben verschillende slibproducties, zodat de energieverbruiken bij de eindverwerking ook verschillend zijn. 15 energievervbruik (TJPRIM/j) 1 5 SNB GMB -5 Figuur 3. Samenvatting van het energieverbruik van de slibeindverwerking (in TJ PRIM /j) voor de vier varianten, bij de twee verschillende typen slibeindverwerking. 4 augustus 214 BC3162/N2/42316/Nijm 4/1

5 Uit figuur 3 komt naar voren: Compostering met daaraanvolgende verbranding in een energiecentrale (grijze kolommen, GMB) is energetisch redelijk gunstig (levert energie), terwijl indirecte droging en wervelbedverbranding (blauwe kolommen, SNB 2 ) energetisch minder gunstig is, en, met name bij handhaving van het AB-proces, veel energie kost. In figuur 4 is het totale energieverbruik van rwzi samen met slibeindverwerking (de hele keten) samengevat energievervbruik (TJPRIM/j) 1 5 SNB GMB -5 Figuur 4. Samenvatting van het totale energieverbruik van rwzi en eindverwerking (in TJ PRIM /j) voor de 4 varianten, bij de twee verschillende typen eindverwerking. Uit de vergelijking tussen figuur 3 en 4 blijkt dat het energieverbruik voor de eindverwerking onderschikt is aan het verbruik van de RWZI.. De volgorde (maar niet de absolute verschillen) in het energieverbruik (of -levering) als functie van de configuratie van de water- en sliblijn op de rwzi staat vrijwel los van de keuze voor de eindverwerking. Deze conclusie is in lijn met de conclusies van Slibketenstudie II 1 Het totale energieverbruik voor de variant met Nereda ligt het laagst, onafhankelijk van het type eindverwerking. 2 Bij SNB is men momenteel bezig met aanpassingen om de installatie energieneutraal te maken. 4 augustus 214 BC3162/N2/42316/Nijm 5/1

6 CO 2 -emissie De emissie van CO 2 voor de verschillende varianten van de rwzi is samengevat in figuur 5. De emissie is opgedeeld naar de emissie die verband houdt met het elektriciteitsverbruik (inclusief methanol), het verbruik van chemicaliën (polymeer en ijzerzouten) en het slibtransport. De emissie die het gevolg is van omzetting van vervuiling (CZV) in CO 2 (het afvalwaterzuiveringsproces zelf) is niet meegenomen. Deze CO 2 kan worden aangemerkt als korte kringloop CO 2. Deze hoeft niet in emissieberekeningen te worden opgenomen CO2-emissie (ton/j) electriciteit chemicaliën transport Figuur 5. Samenvatting van de CO 2 -emissie (in ton/j) van de rwzi voor de 4 varianten. Het aandeel van het transport aan de totale emissie is beperkt, evenals dat van polymeer en ijzerzouten. Dat geldt minder voor het aandeel van de methanol (onderdeel van de elektriciteitsbalken), dat wel voor een significant deel meetelt (zie ook figuur 1). Elektriciteit levert veruit het grootste aandeel CO 2 -emissie. De totale emissie van CO 2 voor de verschillende varianten is samengevat in figuur 6. Hoewel het lijkt alsof het dezelfde figuur betreft (maar dan met een andere Y-as) als figuur 4, is nu het energieverbruik van de (productie van de) gebruikte chemicaliën gebruikt voor de berekening van de CO 2 -emissie. De emissies zijn daarmee dus niet hetzelfde als de energieverbruiken. Het beeld komt echter sterk overeen met dat van figuur 4. 4 augustus 214 BC3162/N2/42316/Nijm 6/1

7 CO2-emissie (ton/j) SNB GMB 2. Figuur 6. Samenvatting van de CO 2 -emissie (in TJ PRIM /j) van de gehele slibketen inclusief eindverwerking, voor de 4 varianten van de rwzi en voor 2 varianten van de eindverwerking. Zoals duidelijk zal zijn, is het verschil tussen figuur 4 en 6 (afgezien van de schaal) niet erg groot. Kennelijk is de CO 2 -emissie zoals berekend voor de gebruikte chemicaliën anders dan methanol, dat al als energie is meegeteld niet van groot belang voor het onderscheid tussen de verschillende varianten. Emissies van lachgas en methaan Lachgas en methaan zijn broeikasgassen. De emissie van lachgas een belangrijk broeikasgas dat 298 x zo veel global warming potential heeft als CO 2, is vooral van belang in installaties met hoge concentraties van ammonium en nitriet. Bij een geschikt ontwerp is voor beide verbindingen de concentratie laag, en dan zal de emissie van lachgas zeker niet veel invloed hebben op de totale CO 2 -emissie, en zullen de verschillende varianten dan ook slechts geringe verschillen in lachgasemissie te zien geven. De emissie van methaan dat 25 x zo veel global warming potential heeft als CO 2 een speelt vooral een onderscheidende rol bij vergisting van slib en de opslag van het vergiste slib. De emissie uit het aangevoerde afvalwater is aanzienlijk (circa,7 kg CH 4 /kg CZV IN 3, neerkomend op circa 3 ton CO 2 per jaar), maar is niet onderscheidend voor de varianten. Met een hoog aandeel afvalwater dat onder vrij verval wordt aangevoerd zal deze schatting waarschijnlijk te hoog zijn; normaal wordt ervan uitgegaan dat de emissie uit met persleidingen 3 STOWA 21. Emissies van broeikasgassen uit rwzi s.. STOWA, Amersfoort, rapport augustus 214 BC3162/N2/42316/Nijm 7/1

8 aangevoerd afvalwater veel hoger is dan uit afvalwater dat onder vrij verval wordt aangevoerd 4. Deze is echter hetzelfde voor alle varianten. Het verschil tussen wel of niet vergisten bedraagt circa,15 kg CH 4 /kg CZV 3, en dat komt neer op circa 66 ton CO 2 per jaar. Deze extra emissie, alleen in de huidige situatie, is niet in figuur 6 opgenomen. CO 2 -emissie tijdens de bouw Men kan zich afvragen of in de berekening van de CO 2 -emissie het van belang is om verschillen in de hoeveelheden beton in de verschillende varianten in rekening te brengen. De bijdrage bij het gebruik van beton in de CO 2 -emissie blijkt echter betrekkelijk laag te zijn. Als wordt uitgegaan van een generieke emissie van circa 434 kg/m 3 gewapend beton, dan levert berekening van het beton van eerste trap, tussenbezinking, beluchte ruimte en nabezinking een schatting op van circa 5 8 m 3 beton, hetgeen zou neerkomen op circa 3 ton CO 2. Bij een levensduur van 3 jaar betekent dit circa 1 ton CO 2 /jaar. Dat valt in het niet bij de geschatte emissie van 6 tot 13 ton CO 2 /jaar voor de verschillende varianten. De emissie van de civiele constructies bedraagt circa,7 tot 1,6 % van de totale CO 2 -emissie. Dit betekent dat het verschil in emissies bij wel of geen hergebruik van verschillende elementen van de bestaande installatie kan worden verwaarloosd. Conclusies 1. Bij de beoordeling welke variant de meest duurzame is, is het elektriciteitsgebruik doorslaggevend, speelt methanol een significante rol en tellen chemicaliën en transport nauwelijks mee. 2. De inrichting van de rwzi heeft grote effecten op het totale energieverbruik. Nereda komt in de huidige berekeningen als gunstigste naar voren. In alle gevallen is de GMB route milieuvriendelijker. 3. De keuze voor een waterlijn staat los van het type slibeindverwerking: Nereda scoort in beide situaties het gunstigst, renovatie het ongunstigst. 4. De emissie van methaan vanuit een rwzi met name vanuit het aangevoerde afvalwater is aanzienlijk, maar niet onderscheidend voor de varianten.. 5. De emissie van CO 2 bij de bouw van de civiele werken van een (willekeurige) afvalwaterzuiveringsinstallatie kan worden verwaarloosd ten opzichte van de emissie die het gevolg zijn van het bedrijven van die installatie. 4 STOWA 212. Emissies van broeikasgassen uit rwzi s.. STOWA, Amersfoort, rapport augustus 214 BC3162/N2/42316/Nijm 8/1