TKI Sustainable airport cities

Transcriptie

1 KWR Augustus 2015 TKI Sustainable airport cities Closing the phosphorus cycle at Amsterdam Airport Schiphol

2 KWR Augustus 2015 TKI Sustainable airport cities

3 KWR Augustus 2015 TKI Sustainable airport cities TKI Sustainable airport cities Closing the phosphorus cycle at Amsterdam Airport Schiphol KWR Augustus 2015 Projectnummer Projectmanager Luc Palmen Opdrachtgever TKI Watertechnologie Kwaliteitsborger Frank Oesterholt Auteurs Kees Roest (KWR Watercycle Research Institute) en Justina Racyte (Evides Industriewater) Samenwerkingspartners Vewin, Evides Industriewater, Amsterdam Airport Schiphol & KWR Watercycle Research Institute Dit rapport is verzonden aan de deelnemende partijen en is openbaar. Dit project is mede gefinancierd uit de Toeslag voor Topconsortia voor Kennis en Innovatie (TKI s) van het ministerie van Economische Zaken. Jaar van publicatie 2015 Meer informatie Dr. Kees Roest T +31 (0) E kees.roest@kwrwater.nl PO Box BB Nieuwegein The Netherlands T +31 (0) F +31 (0) E info@kwrwater.nl I KWR Augustus 2015 KWR Alle rechten voorbehouden. Niets uit deze uitgave mag worden verveelvoudigd, opgeslagen in een geautomatiseerd gegevensbestand, of openbaar gemaakt, in enige vorm of op enige wijze, hetzij elektronisch, mechanisch, door fotokopieën, opnamen, of enig andere manier, zonder voorafgaande schriftelijke toestemming van de uitgever.

4 2 Samenvatting Dit TKI-project is bedoeld als showcase voor de manier waarop verschillende sectoren elkaar kunnen versterken in het verduurzamen van hun eigen sector (win-win gedachte) door middel van het toepassen van innovatieve technologie afkomstig uit de watersector. De praktische doelstelling van het pilotproject omvat het terugwinnen van fosfaat uit afvalwater van Schiphol, zodat het teruggewonnen fosfaat zonder nabewerking als kunstmest kan worden ingezet op of in de omgeving van de luchthaven. Een belangrijk onderdeel van dit project was de technologiekeuze, waarbij verschillende technologieën zijn vergeleken. Eén van de belangrijkste selectiecriteria in de technologiekeuze voor fosfaatterugwinning uit afvalwater van Schiphol was de kwaliteit en daarmee de afzetbaarheid van het gewonnen fosfaat. Er is uiteindelijk gekozen voor een technologie waarbij struviet (NH 4 MgPO 4.6H 2 O, ofwel magnesiumammoniumfosfaat) in korrelvorm wordt verkregen, omdat dit het meest overeenkomt met traditionele kunstmest. De meeste geproduceerde korrels waren echter niet groter dan een halve millimeter en dit is kleiner dan reguliere kunstmestkorrels. Gedurende de proef is ongeveer 700 kg struviet gewonnen uit centraat (dat is het water dat vrijkomt bij de ontwatering van uitgegist slib) en het sanitair afvalwater uit vliegtuigen (fecaliënwater). Het gevormde struviet is geanalyseerd op samenstelling, verontreiniging met pathogenen en microverontreinigingen. Het kristallijne bestanddeel van het gevormde product bleek voor 96,8% uit struviet te bestaan bij winning uit centraat en voor 100% bij winning uit fecaliënwater. Uit de eerste microbiologische metingen door middel van indicatoren is gebleken dat het gewonnen struviet minder pathogenen bevat dan de grondstof waaruit het is gemaakt. Het product is echter niet vrij van pathogenen. Aangezien de gemeten concentraties van indicatoren voor pathogenen in struviet laag zijn, en in principe weinig contact van het product met mensen en dieren plaatsvindt, lijkt toepassing van struviet in plaats van dierlijke mest op Schiphol niet tot een hoger risico te leiden. De gemeten concentraties microverontreinigingen in struviet uit centraat en fecaliënwater liggen in dezelfde orde groottes en zijn vergeleken met de maximaal toegestane waarden voor deze microverontreinigingen die zijn gegeven in de wetgeving (Tabel 1 en Tabel 4 van Bijlage II van het Uitvoeringsbesluit Meststoffenwet). Hieruit blijkt dat de gevonden concentraties microverontreinigingen in het gewonnen struviet veel lager zijn dan de maximaal toegestane concentraties. Struviet gewonnen uit afvalwater werd voorheen gezien als een afvalstof waardoor nuttige afzet in de praktijk niet mogelijk was. Vanuit de gedachte dat fosfaaterts steeds schaarser wordt en fosfaat een eindige grondstof is, heeft de overheid de toepassing van struviet in de wet- en regelgeving verwerkt en daarmee de toepassing mogelijk gemaakt. Onder andere het Uitvoeringsbesluit Meststoffenwet en de Uitvoeringsregeling Meststoffenwet zijn aangepast. Hierbij moet worden opgemerkt dat het Besluit gebruik meststoffen nog in behandeling is. Hierdoor is het nog lastig om besluiten over gebruik van het gewonnen struviet te kunnen nemen. De algehele conclusie van dit project is dat fosfaatterugwinning d.m.v. struvietproductie haalbaar lijkt op AWZI Schiphol, ook al is de schaal waarop dit kan relatief klein. Een belangrijke voorwaarde voor struvietterugwinning is de invoering van biologische

5 3 fosfaatverwijdering op de AWZI. De belangrijkste onzekerheid op dit moment is of het verwijderingsrendement van 85% voor fosfaat in de struvietreactor ook haalbaar zal zijn op continue basis. De kostenbesparing die met de productie van struviet wordt bereikt, zit vooral in de AWZI en is gerelateerd aan de reductie van het ijzerverbruik en afvoer van chemisch slib (ijzerfosfaat).

6 4 Inhoud 1 Introductie Achtergrond Doel Fosfaatterugwinning Struviet Leeswijzer 9 2 Materialen en Methoden De afvalwaterzuiveringsinstallatie (AWZI) Schiphol Pilot Algemene uitvoering Data acquisitie & analyses 15 3 Resultaten en discussie Pilot resultaten Analyseresultaten Gevolgen struvietwinning op het afvalwaterzuiveringsproces Financiële beschouwing Relevante wet- en regelgeving 33 4 Conclusies en aanbevelingen Conclusies Aanbevelingen 35 Bijlage I 37 Toepassing van Struviet (memo dd. 6 mei 2013) 37 Samenvatting 37 Inleiding 37 Praktijkproeven struviet 37 Bijlage II 41 Technologiekeuze fosfaatterugwinning TKI Sustainable airport cities (memo dd. 23 september 2013) 41 Bijlage III 46 Advies CDM: Opname van struviet als categorie in het Uitvoeringsbesluit Meststoffenwet (Memo dd. 23 augustus 2013) 46 Samenvatting 46 Aanvullende informatie 46 Bepalingen voor zuiveringsslib: artikel 16, lid 1 48 Europese activiteiten wat betreft wetgeving 48

7 5 Bijlage IV 49 Analyseplan (memo dd. 23 december 2013) 49 Inleiding 49 Stand-van-zaken 49 Pilotinstallatie 49 Onderzoeksdoel 49 Benodigd 49 Globale planning 50 Uitvoering 50 Bijlage V Resultaten SEM-EDX analyse aanvullende neerslag bij bezinking struviet 52 Bijlage VI 54 Grafieken met pilotresultaten 54 Bijlage VII 57 Interpretatie van microbiologische analyse struviet (memo dd. 20 januari 2015) 57 Inleiding 57 Systeem 57 Microbiologische analyses 58 Resultaten 58 Effect (struviet)proces op micro-organismen 59 Kwaliteitseisen meststoffen 59 Conclusies en volgende stappen 60 Referenties 60 Bijlage VIII 62 Resultaten analyse struviet op microverontreinigingen en samenstelling 62 STRUVIET GEWONNEN UIT CENTRAAT 62 STRUVIET GEWONNEN UIT FECALIEN WATER 64 Bijlage IX 66 Financiële beschouwing: Aannames en berekeningen 66 Bijlage X Struviet - Relevante wet- en regelgeving 68

8 6 1 Introductie 1.1 Achtergrond De aanleiding voor dit TKI-project, dat gericht is op fosfaatterugwinning uit afvalwater, is ontstaan vanuit een dubbele behoefte vanuit de luchtvaart- en watersector. De luchtvaartsector streeft naar een concrete invulling van haar ambities om de bedrijfsvoering te verduurzamen middels maatschappelijk verantwoord ondernemen (MVO). Water, beperking van CO 2 -uitstoot en het Cradle to Cradle principe zijn hierin belangrijke speerpunten. De watersector ambieert een verduurzaming van de waterketen waarbij innovatieve technologie uit hun sector een kans krijgt. Er zijn meerdere redenen waarom beide sectoren elkaar hebben gevonden in dit project, met specifieke interessante aspecten voor een showcase op Schiphol, waarin fosfaatterugwinning uit afvalwater op het Schipholterrein centraal staat: Momentum: het algemeen besef van fosfaat als essentiële maar eindige grondstof vertaalt zich in diversen initiatieven om duurzamer gebruik te stimuleren. Technologie: er is nu technologie beschikbaar die kan voorzien in de behoefte van fosfaatterugwinning uit afvalwater. Beschikbaarheid: fosfaathoudend afvalwater is beschikbaar op de afvalwaterzuivering van Schiphol. Synergie met biogasproductie: fosfaat komt vrij bij vergisten van zuiveringsslib ten behoeve van biogasproductie op de afvalwaterzuivering van Schiphol. Potentie lokaal hergebruik: er is potentieel voor toepassing van teruggewonnen fosfaat in de vorm van kunstmest op en in de directe omgeving van Schiphol. 1.2 Doel Het hoofddoel van dit project is om een voorbeeld te stellen ( showcase ) van hoe sectoren elkaar kunnen versterken in het verduurzamen van hun eigen sector (win-win gedachte) door middel van het toepassen van innovatieve technologie afkomstig uit de watersector. Het project heeft de volgende twee praktische doelstellingen: Terugwinnen van fosfaat uit afvalwater van Schiphol d.m.v. pilot onderzoek met een innovatieve en duurzame technologie afkomstig uit de watersector. Inzetten van het teruggewonnen fosfaat, zodanig dat het zonder nabewerking als kunstmest kan worden ingezet, op of in de omgeving van de luchthaven. 1.3 Fosfaatterugwinning Er zijn inmiddels een aantal technologieën beschikbaar voor fosfaatterugwinning uit afvalwater, maar de praktische implementatie blijft nog achter bij de ontwikkelingen. Dit komt voornamelijk door twee aspecten: (1) men kent de risico s van de nieuwe technologie vooraf niet goed en (2) het is meestal niet duidelijk of het teruggewonnen fosfaat wel kan worden toegepast als kunstmest. Deze twee onzekerheden zorgen ervoor dat het niet op voorhand duidelijk is of het teruggewonnen fosfaat rendabel is of juist een extra kostenpost zal zijn. In dit project is gestuurd op de toepassing en waarde-maximalisatie van het teruggewonnen fosfaatproduct. Dit betekent dat een technologie is gekozen die naar verwachting een recycleproduct maakt dat kan en mag worden toegepast als kunstmest. Dit in verband met de voorkeur voor een recycleproduct dat een zo hoog mogelijke waarde

9 7 vertegenwoordigt, zodat de rentabiliteit op full-scale geborgd is. Dit kan alleen als er een product wordt gemaakt dat past in de filosofie van de kunstmestbranche, dus past in de huidige structuren voor gebruik en toepassing. Verschillende afvalwaterstromen komen voor terugwinning in aanmerking: Pure urine verkregen door gescheiden sanitatie, waarbij de urinestroom aan de bron al apart wordt opgevangen. Fecaliënstort, het afvalwater dat uit vliegtuigen wordt opgevangen. Deelstromen op de afvalwaterzuivering, specifiek het centraat dat vrijkomt bij de ontwatering van uitgegist slib. Fosfaatterugwinning uit afvalwater komt in zicht als een geschikte technologie beschikbaar is. Momenteel gaan de ontwikkelingen snel en zijn er al verschillende technologieën op de markt. De gemene deler van bijna alle beschikbare technologie is dat fosfaat wordt teruggewonnen als struviet uit afvalwater met hoge fosfaat en stikstofconcentraties, al zijn er ook enkele andere producten mogelijk. Niet elke techniek levert hetzelfde rendement op qua fosfaatterugwinning, en niet elke technologie produceert struviet in een direct toepasbare vorm. De rendementen variëren tussen de 35 tot 90% afhankelijk van de gekozen techniek (Stowa rapport ). Ook de kwaliteit van het eindproduct varieert per technologie sterk qua consistentie en zuiverheid. Dit heeft consequenties voor de toepasbaarheid als kunstmest en ook voor de waarde van het recycleproduct. 1.4 Struviet Ammoniumstruviet (NH 4 MgPO 4.6H 2 O) ofwel magnesiumammoniumphosphate (MAP) bevat fosfaat, stikstof en magnesium, wat het geschikt maakt als meststof. De reactievergelijking van de struvietvorming rond ph 8 is als volgt: Mg 2+ + NH 4+ + PO H 2 O MgNH 4 PO 4.6H 2 O. Vooral boven ph 9 kan ook kaliumstruviet (MgKPO 4.6H 2 O) ontstaan. Struviet is één van de minerale vormen die tot de struvietgroep behoren. Lindsay et al. (1989) 1 rekenen naast struviet de volgende mineralen tot deze groep: Newberyiet HMg(PO 4 ).3H 2 O Phosphorrossleriet HMg(PO 4 ).7H 2 O Scherteliet (NH 4 ) 2 H 2 Mg(PO 4 ) 2.4H 2 O Stercoriet NH 4 NaH(PO 4 ) 2.8H 2 O Hannayiet (NH 4 ) 2 H 4 Mg 3 (PO 4 ) 4.8H 2 O Vanwege de wetgeving is er in Nederland nog maar weinig ervaring met het hergebruik van fosfaatproducten uit afvalwater. Sinds kort worden een paar struvietproducten toegestaan als grondstof voor de minerale meststofindustrie. In dit project speelt onderzoek naar de afzetmogelijkheid van struviet bij eindgebruikers - bij voorkeur op/of in de nabijheid van Schiphol - een belangrijke rol. Hierdoor wint het project aan betekenis omdat lokale toepassing het duurzame karakter van het project vergroot. Bovendien neemt de kans op economische haalbaarheid toe als het struvietproduct voldoende waarde vertegenwoordigt en/of er weinig of geen aanvullende kosten hoeven worden gemaakt om het te kunnen toepassen als kunstmest. Om de afzetmogelijkheden zo groot mogelijk te houden, wordt in de eerste plaats gestreefd naar de productie van hoogwaardig struviet, dat binnen de regelgeving en kwaliteitseisen van de kunstmestwet valt of kan vallen. 1 Lindsay, W,L,., P.L.G. Vlek en S.H. Chen, Chapter 22. Phosphate minerals. In: J.B. Dixon and S.B. Weed (Eds.), Minerals in Soil Environments. Second Edition. Soil Science Society of America Book Series; no 1. ISBN , pp

10 Toepassingsmogelijkheden voor struviet Als onderdeel van het project is een memo over de struviettoepassingsmogelijkheden opgesteld (Bijlage I). Deze memo geeft een overzicht van beschikbare openbare kennis over toepassing van struviet. Een typische eigenschap van struviet is dat het fosfaat in struviet minder goed oplosbaar is dan in gangbare fosfaatmeststoffen, waardoor het een slow release meststof is. Stuviet is derhalve zeer geschikt voor gewassen waarbij de nutriënten langzaam beschikbaar mogen komen. Uit groeiproeven met gewassen waarvoor de nutriënten sneller beschikbaar moeten komen blijkt overigens dat struviet vooral in gronden met een lage ph vaak effectiever is dan in gronden met een hogere ph, omdat het struviet dan sneller oplost. Vooralsnog lijken toepassingen in de (pot)plantenteelt en containerteelt, waarbij de meststof door de potgrond wordt gemengd, de groenvoorziening en sportvelden het meest voor de hand te liggen. Struviet kan direct worden afgezet als meststof voor de landbouw of als grondstof voor meststofproducenten. Voor de afzet in de landbouwsector moet struviet erkend zijn als meststof. Volgens enkele studies bevat struviet geen resten van medicijnen, hormonen e.d. (Gell et al. 2011) 2. Uit de gepubliceerde analyseresultaten blijkt dat de gehalten aan zware metalen lager zijn dan die in conventionele kunstmeststoffen en struviet uit afvalwater overschrijdt niet de gehalten van zware metalen en pathogenen zoals vastgelegd in de huidige Nederlandse wetgeving (Gell et al. 2011) Technologiekeuze voor struvietterugwinning Een onderdeel van dit project was de technologiekeuze, waarbij verschillende technologieën zijn vergeleken (Bijlage II). Voor de afzetbaarheid van het gewonnen fosfaat is de kwaliteit van het uiteindelijk gevormde struvietproduct één van de belangrijkste selectiecriteria in de technologiekeuze voor fosfaatterugwinning uit afvalwater van Schiphol. Een uiteindelijk product in korrelvorm wordt hierbij gezien als het meest overeenkomstig met traditionele meststoffen. Daarnaast spelen financiële zaken een belangrijke rol. De kosten van de beoogde pilotinstallatie en van de projectuitvoering (produceren en toepassen van een kunstmestproduct) zullen in het budget van het TKI-project moeten passen. De perspectieven van de uiteindelijke technologie moeten natuurlijk gunstig zijn voor toepassing op volle schaal hebben. Hierbij speelt de uiteindelijke prijs van het gevormde product voor een specifieke toepassing een belangrijke rol als indicatie voor de CAPEX/OPEX. Overigens zijn er geen gespecificeerde CAPEX/OPEX-berekeningen uitgevoerd. Bovendien moet de gekozen technologie inpasbaar zijn op de AWZI Schiphol. Er werd op voorhand beoogd om minimaal 1 ton fosfaat terug te winnen uit respectievelijk centraat, de fecaliënstroom uit vliegtuigen en eventueel uit uitgegist slib. Robuustheid van de technologie voor een stabiele bedrijfsvoering hoort ook bij de inpasbaarheid. De hoeveelheid hulpstoffen (energie/chemicaliën/reststoffen) voor fosfaatterugwinning zou idealiter zo klein mogelijk moeten zijn. De volgende criteria zijn gebruikt bij de technologiekeuze voor fosfaatterugwinning uit afvalwater van Schiphol: Korrelvormig fosfaatproduct met hoge zuiverheid (> 80% struviet) Aanbiedingsprijs offerte Mogelijke opbrengst gevormd product (minimaal 1 ton struviet en positieve waarde) Inpasbaarheid van de technologie op AWZI Schiphol Labschaal ontgroeid (robuustheid van de technologie) Hoeveelheid hulpstoffen (zo min mogelijk) Uiteindelijk is gekozen voor de aanbieding van Solis met NuReSys-technologie met als additioneel voordeel dat met deze technologie fosfaat ook direct uit uitgegist slib gewonnen 2 Gell K., de Ruijter F.J., Kuntke P., de Graaff M. & Smit A.L. (2011) Safety and effectiveness of struvite from black water and urine as a phosphorus fertilizer. Journal of Agricultural Science 3 (3),

11 9 kan worden, waardoor het systeem flexibel toepasbaar is op alle relevante stromen. Ook met deze stroom als voeding naar de reactor worden volgens de leverancier struvietkorrels gevormd (80-90% struviet). De struvietkorrels met de NuReSys-technologie zijn o.a. in België gebruikt als meststof. De verwachting is dat de korrels zullen voldoen aan de eisen van de Nederlandse meststoffenwet. De technologie kan ook voor fosfaatwinning uit centraat gebruikt worden en de mogelijkheid voor winning van fosfaat uit de fecaliënstroom is in dit project onderzocht. De installatie heeft een verwerkingscapaciteit van 5 m 3 /uur Beoordelingscriteria proefresultaat De hoofddoelstelling van dit project is het creëren van een showcase duurzame fosfaatterugwinning uit afvalwater met potentieel lokaal hergebruik. In verband met toepassing door middel van bestaande apparatuur zou de korrelgrootte vergelijkbaar moeten zijn met traditionele kunstmest (> 1 mm). Daarnaast is het voor een effectief resultaat belangrijk dat de fosfaatconcentratie in het effluent van de pilot laag genoeg is, omdat daarmee een efficiënte fosfaatverwijdering wordt gerealiseerd. Streefwaarde hierbij is 20 mg/l fosfaat in het effluent. Het gebruik van hulpmiddelen is optimaliter minimaal en dit alles zou moeten resulteren in een haalbare business case. Er zijn momenteel nog geen eenduidige normen en kwaliteitseisen voor gewonnen struviet uit afvalwaterstromen. De wetgeving is begin 2015 aangepast. Een commissie (CDM; Commissie van Deskundigen Meststoffenwet) heeft destijds advies uitgebracht ten aanzien van de kwaliteitseisen (Bijlage III). Het advies van CDM is dat het geproduceerde struviet als een vorm van secundaire fosfaten onder de meststoffenwet valt met de volgende eisen: 3 Gehalte van minimaal 5% (gewicht) P 2 O 5 of 15% (gewicht) P 2 O 5 Verontreinigingen conform tabel 1 en 4 uit bijlage II, Uitvoeringsbesluit Meststoffenwet Mogelijk eisen aan voorbehandeling om risico s van overdracht pathogenen (bepalingen voor zuiveringsslib) en residuen van geneesmiddelen te beperken Het advies van CDM is om een onderscheid te maken naar verschillende afvalstromen en dan met name een onderscheid tussen afvalstromen met mogelijke pathogenen en residuen van geneesmiddelen en afvalstromen die daar niet mee zijn belast. Voor ons project betekent dit dat we rekening moeten houden met mogelijke eisen om risico s van overdracht van pathogenen en residuen van geneesmiddelen te beperken, naast redelijk standaard eisen voor wat betreft verontreinigingen zoals vermeld in tabel 1 en 4 uit bijlage II van het Uitvoeringsbesluit Meststoffenwet. Er worden momenteel nog onderzoeken hieromtrent uitgevoerd, die de regelgeving mogelijk gaan beïnvloeden. In dit TKI-project zijn struvietmonsters geanalyseerd op zware metalen, organische micro-verontreinigingen en microbiologische parameters. 1.5 Leeswijzer In hoofdstuk 2 wordt inzicht gegeven in de gebruikte materialen en methoden voor uitvoering van dit TKI-project. Hoofdstuk 3 geeft een overzicht van de behaalde resultaten. De interpretatie van deze resultaten wordt ook in dit hoofdstuk gegeven. 3 Een minimum eis van 15% lijkt de huidige Nederlandse initiatieven niet te belemmeren. Sturing op zuiverheid verlaagt risico s op contaminanten. Momenteel staat in het Uitvoeringsbesluit Meststoffen bij Landbouwkundige eisen een minimale hoeveelheid P 2 O 5 van 5% gewichtsprocenten van de droge stof.

12 10 Tot slot volgen in hoofdstuk 4 de belangrijkste conclusies die zijn getrokken tijdens de uitvoering van dit TKI-project. Ook worden er aanbevelingen gegeven.

13 11 2 Materialen en Methoden 2.1 De afvalwaterzuiveringsinstallatie (AWZI) Schiphol De watercyclus van Schiphol is vergelijkbaar met die van een kleine stad. De locatie biedt daarom een goede context voor een proefproject waarbij fosfaat duurzaam wordt teruggewonnen. Verwijdering van fosfaat uit afvalwater van de luchthaven en de vliegtuigen is noodzakelijk voor een goede effluentkwaliteit. Fosfaatterugwinning en hergebruik is mogelijk efficiënter en vereist minder additieven dan de bestaande ijzersulfaatdosering (Fe 2 (SO 4 ) 3 ) voor fosfaatverwijdering. De AWZI Schiphol is gelegen op Schiphol-Oost. De AWZI van Schiphol is in gebruik sinds 1965 en de installatie is eigendom van, en wordt geëxploiteerd door Evides Industriewater sinds Deze installatie zuivert op voornamelijk biologische wijze circa m 3 afvalwater per etmaal tot een eindkwaliteit die geschikt is voor lozing op de Haarlemmerringvaart. De hoeveelheid afvalwater is vergelijkbaar met die van een kleine stad van inwoners. Ongeveer 50% van het afvalwater is afkomstig van passagiers en bedrijven op de luchthaven (Amsterdam Airport Schiphol), 25% is afkomstig van het vliegverkeer (fecaliënstort) en de catering en de resterende hoeveelheid is afkomstig van andere, luchtvaart gerelateerde bedrijven in de omgeving van Schiphol. Een schematisch overzicht van de afvalwaterzuivering is gegeven in Figuur 1. FIGUUR 1 SCHEMA VAN AWZI SCHIPHOL. Enkele relevante gegevens voor de waterketen op de luchthaven: Amsterdam Airport Schiphol heeft meer dan 50 miljoen reizigers per jaar. Er wordt ongeveer 1,2 miljoen m 3 drinkwater gebruikt per jaar. Er zijn zo n 1000 toiletten en 450 urinoirs (waarvan ruim 250 watervrije urinoirs) met afvoer op het riool.

14 12 De afvalwaterzuiveringsinstallatie zuivert ongeveer 1,5 miljoen m 3 afvalwater en de vervuilingswaarde komt overeen met zo n i.e. Ongeveer 60 m³/dag afvalwater komt via storten in het riool van vliegtuigtoiletten. Centraat afkomstig uit de slibontwatering op de AWZI is een interne stroom van circa 40 m 3 /dag. Potentiële fosfaatterugwinning tot 100 kg struviet per dag als droge massa, theoretisch berekend uitgaande van de P vracht op AWZI Schiphol Afvalwaterstromen Gedurende de proef is er met twee verschillende stromen in de pilot gewerkt: 1. Centraat (het water dat vrijkomt bij de uitgegiste slib ontwatering) 2. Fecaliën (het sanitair water uit de vliegtuigen) Met de stroom digestaat (de stroom die uit de vergister vrijkomt) waren oorspronkelijk ook testen voorzien, maar die zijn uiteindelijk niet uitgevoerd. Voor deze fase zou de pilot aangepast moeten worden door installatie van een cycloon en een extra pompfase. Omdat de concentratie ortho-fosfaat in het centraat echter was gedaald tot 22 mg/l (ook in het digestaat was circa 20 mg/l gemeten) en niet herstelde tot eind september (laatst mogelijke datum om naar slib verwerking om te schakelen), werd het bedrijven van de reactor met digestaat niet zinvol geacht. Daarom werd besloten om de resterende projecttijd te continueren met de verwerking van fecaliënwater. Omdat deze stromen op verschillende plekken vrijkomen en de capaciteit van de pilot de facto te groot is, moesten beide stromen eerst worden gebufferd. Hiervoor is een buiten gebruik zijnde voorindikker gebruikt. Vanaf deze tank is de processtroom naar de pilot gepompt (3-10 m³/uur). 2.2 Pilot De pilot voor fosfaatterugwinning bestond uit de volgende hoofdonderdelen: 1. Stripper (6,8 m³) 2. Reactor en bezinker (9,3 m³) In Figuur 2 is het process flow diagram van de pilot weergegeven en in Figuur 3 staat een foto van de pilot op AWZI Schiphol. In de stripper werd gedurende behandeling van centraat lucht geblazen om de CO 2 uit de stroom te verwijderen. Als CO 2 gestript wordt stijgt de ph. Om de ph verder omhoog te brengen (gewenste ph van 8) werd NaOH (32%) gedoseerd in de aanvoerleiding. Voor de verwerking van fecaliënwater werd de stripper om verschillende redenen niet gebruikt. Omdat fecaliënwater al een ph waarde had van 9, was er geen ph correctie nodig. Bovendien zou vanaf ph 8 ook ammonia worden gestript. Dit zou stankoverlast kunnen opleveren. In de stripper werd de ph continu gemeten met een sensor van het type (7AA21 Orbisint CPS11D Memosens, ph combi electrode, Endress+Hauser AG) en gelogd (PLC). Vanuit de stripper stroomde de processtroom over naar de reactor. Deze werd gemengd met een roerpropeller op de bodem van de reactor (20-50 Hz). In de reactor bevonden zich 3 doseerlansen. Hiermee werd MgCl 2 gedoseerd net boven de bodem van de reactor (op dezelfde hoogte als de propeller). De benodigde hoeveelheid MgCl 2 werd berekend aan de hand van het debiet, de ingestelde ortho-fosfaatwaarde en de gewenste Mg/P mol verhouding. In de reactor werd de ph continu gemeten met eenzelfde type sensor als in de stripper.

15 13 FIGUUR 2 PROCESS FLOW DIAGRAM VAN DE PILOT VOOR FOSFAATTERUGWINNING BIJ BEHANDELING VAN CENTRAAT. FIGUUR 3 FOTO VAN DE PILOT VOOR FOSFAATTERUGWINNING OP AWZI SCHIPHOL; LINKS ACHTER STRIPPER, RECHTS REACTOR MET BEZINKER EN VOOR BESTURINGSCONTAINER.

16 14 De bezinker was van onder en boven verbonden met de reactor. Hierdoor stroomde de processtroom van de reactor in de bezinker. In de bezinker kon het struviet uit de processtroom bezinken en worden afgescheiden in de trechtervorm. Vanuit de bezinker liep de processtroom met verlaagde fosfaatconcentratie over naar het riool van AWZI Schiphol. Het rioolwater werd gemengd met AWZI influent en afgevoerd naar het begin van het AWZI Schiphol zuiveringsproces. 2.3 Algemene uitvoering De pilot voor fosfaatterugwinning is ongeveer een half jaar in bedrijf geweest, waarbij uiteindelijk struviet uit twee verschillende stromen (centraat en fecaliënwater uit vliegtuigen) is gewonnen. De installatie is alleen gedurende werkdagen en -tijden gebruikt (gemiddeld 6 uur per dag met een gemiddeld debiet van 5 m³/uur) en is dus iedere dag opnieuw gestart. Voor een vlotte start is éénmalig 60 kg droog struviet geënt uit een vergelijkbare full-scale installatie. Monsters voor analyses zijn ongeveer 2 uur na de reactor opstart (vloeistof verblijftijd in de reactor ±2 uur) genomen. Verzamelde monsters werden zo nodig verdund met demiwater, om te passen binnen het meetbereik van de kuvettentest. Voor de metingen in de waterfase werd gebruik gemaakt van Hach Lange kuvettentesten. Om de nauwkeurigheid van de metingen te verbeteren, werden dezelfde monster in duplo of, bij relatief grote verschillen in het duplo resultaat, in triplo geanalyseerd. Ook zijn er ter validatie van analyseresultaten enkele monsters naar Aqualab Zuid gestuurd. Om te voorkomen dat gevormde struvietkorrels konden oplossen door de chemicaliën van de kuvettentest werden de monsters gefiltreerd (Centraat - Filtermate 0,45 µm PTFE voor 50 ml, Boom B.V.; fecaliënwater wegwerpfilters 0,45 µm, met 20 cm 2 filtrerend oppervlak, Eijkelkamp Agrisearch Equipment). Alleen op deze manier kan de opgeloste concentratie van de parameters (P en N) nauwkeurig worden gemeten. Om te bepalen of struvietkorrels de juiste vorm en omvang hadden werden ze regelmatig bekeken met een microscoop met 100x vergroting (Paralux L1200, France) Centraat fase In de eerste fase werd struviet geproduceerd uit de vloeibare processtroom (centraat) uit de centrifuge voor ontwatering van het uitgegist slib. Dit is een geconcentreerde stroom die hogere concentraties van fosfaat (in de vorm van ortho-fosfaat), stikstof (in de vorm van ammonium), magnesium, ijzer, carbonaat en andere elementen bevat dan het AWZI influent. Deze stroom is beschikbaar op AWZI Schiphol met een debiet van 3,5 m³/uur, 24 uur per dag, 3-4 dagen per week. Omdat de pilot moest worden bedreven met een hoger debiet dan 3,5 m³/uur, werd een voorraad opgebouwd van 180 m³ in een dichte buffertank. De gemiddelde ph van de centraatstroom was 7,5 en moest worden verhoogd naar 7,8 (setpoint) in de struvietreactor om de juiste ph voor struvietkristallisatie, te bereiken. Magnesiumchloride (MgCl 2 ) werd gedoseerd om een molaire verhouding van 1,1-1,2 voor Mg/P te verkrijgen Fecaliën fase Fecaliënwater is de geconcentreerde stroom (zwart water) uit vliegtuigen. Het werd in de buffertank (5 m³) op luchthaven Schiphol verzameld en gehomogeniseerd (gemaal). Daarna werd dit direct met een zuigwagen naar AWZI Schiphol gebracht. Er zijn in totaal 105 vrachtwagenritten naar AWZI Schiphol uitgevoerd. Dit heeft m³ fecaliënwater opgeleverd. Om het fecaliënwater te verzamelen op de AWZI was een verzameltank van 15 m³ voorgeschakeld. Van de verzameltank werd het fecaliënwater met een verdringerpomp naar een bandfilter (± 400 CFM) gepompt, waar zeefgoed (onder andere cellulose) van de vloeistof werd afgescheiden (dikke fractie). Het afvoerdebiet van de bandfilter was 7 m³/uur. De afgescheiden vloeistof (dunne fractie) werd naar de dichte buffertank gepompt om

17 15 voorraad op te bouwen voor verwerking in de pilot. Op de bandfilter afgescheiden zeefgoed werd tot 9% droge stof ingedikt en direct afgevoerd naar de gisting met 5 m³/uur (pomp schakelde aan wanneer er genoeg voorraad was). Het fecaliënwater werd met de bandfilter verwerkt met 90% vloeistofscheidingsrendement en in de pilot werd m³ aangevoerd en verwerkt. Na afloop van de pilottesten heeft het externe bedrijf Desah in een alternatieve batchtest ongeveer 1 m 3 fecaliënwater verwerkt, waarbij ook specifiek onderzoek is gedaan naar de korrelgrootte, naast de concentratie ortho-fosfaat in de afvoer en het verwijderingsrendement. De gemiddelde ph van de fecaliënstroom was 9. MgCl 2 werd gedoseerd om een molaire verhouding van 1; 1,1; 1,3 of 2,3 voor Mg/P te verkrijgen. Om aanvullende neerslagvorming te verminderen is gedurende de laatste maand een zoutzuur (10%) doseerinstallatie voorgeschakeld zodat fecaliënwater in de pilot werd verwerkt met lagere ph. Het debiet van de zuurdosering werd gestuurd middels een in-line aangesloten ph meter op een ingestelde ph (7,9-7,7). Er werd l/uur zuur gedoseerd. In de periode waarin zuurdosering is toegepast, werd 330 m³ fecaliënwater verwerkt waarbij ongeveer liter 10% zoutzuur is gedoseerd. 2.4 Data acquisitie & analyses Data acquisitie De pilot was uitgerust met een aantal sensoren, waarvan de data automatisch is gelogd. Het gehele proces werd aangestuurd met een PLC. Deze zorgde ook voor de registratie van de meetgegevens. De in te stellen parameters waren: ph (in de reactor en in de stripper); toevoerdebiet (m³/uur); MgCl 2 dosering (L/uur). Deze gegevens konden op afstand worden uitgelezen Algemene analyses In bijlage IV staat het analyseplan en in Tabel 1 een samenvattend overzicht van de gemeten parameters op de verschillende stromen. De gevormde hoeveelheid struviet in de reactor werd 2-3 keer per week bepaald d.m.v. bezinking in een imhofglas (ml struviet per liter reactorvloeistof). De bezinking werd afgelezen na 30 min bezinkingstijd. De ph (in stripper en reactor) werd continu gemeten en geregistreerd met een data logger. Daarnaast werd de ph bepaald van verschillende monsters (influent/effluent/reactor) met een handheld ph meter (WTW ph330, Boom B.V.). De droge massa van struviet werd bepaald van monsters die gedroogd waren in een oven op 40 C (Memmert universal oven 100), en een enkele keer van monsters die in de buitenlucht gedroogd waren indien de oven niet beschikbaar was. Het gebruik van een hogere temperatuur (>40 C) leidt tot vervluchtiging van ammonia en daarmee zou de massa en samenstelling van struviet (MgNH 4 PO 4 *6 H 2 O) veranderen en afnemen. Tijdens de proef met fecaliënwater werden naast de genoemde parameters aanvullend CZVconcentraties voor en na het gebruikte bandfilter bepaald. In zeefgoed werd alleen het percentage droge stof bepaald.

18 16 TABEL 1 OVERZICHT VAN GEMETEN PARAMETERS PER STROOM MET MONSTERFREQUENTIE PER WEEK. Reactor Reactor Reactor Struviet Effluent AWZI influent effluent Fosfaat totaal ,1 5 Ortho-fosfaat Stikstof totaal Ammonium ,1 5 Magnesium ,1 Bicarbonaat 0,5 0,5 Calcium 0,5 0,5 IJzer 0,5 0.5 Zwevende stof 0,5 0,5 ph Temperatuur Struviet hvh. 2-3 Pathogenen 0,1 Microverontreinigingen 0,1 Er vormde aanvullende neerslag in de pilot reactor en deze werd geanalyseerd op fractie organisch/anorganisch door droging in de oven op 103 C graden (organisch) en 450 C (anorganisch). De anorganische, resterende stof werd geanalyseerd met SEM-EDX voor het bepalen van de elementsamenstelling Analyse van microverontreinigingen en pathogenen Het gevormde struviet is geanalyseerd op samenstelling en verontreiniging met pathogenen en microverontreinigingen. Ook een aantal monsters van de centraat- en fecaliëntoevoer, de pilot reactor inhoud en het AWZI-effluent zijn geanalyseerd op aanwezigheid van pathogenen (Tabel 2). Bij de eerste meetserie werd struviet geproduceerd uit centraat. Bij de tweede en derde meetserie werd struviet geproduceerd uit toiletwater van vliegtuigen. De monsters van het centraat- en de fecaliëntoevoer geven een beeld van de mate van verontreiniging van de grondstof van struviet. De monsters uit de struvietreactor zijn een momentopname van het productieproces. De struvietmonsters geven de mate van verontreiniging van het struviet weer. AWZI-effluent biedt een indruk van de kwaliteit van behandeld afvalwater, dat in principe op oppervlaktewater mag worden geloosd en dient als referentie. Hoofdcomponenten struviet analyse Struviet is geanalyseerd op de chemische componentensamenstelling en kristallijne structuur (XRD-analyse) door uitbesteding via Omegam Laboratoria in Amsterdam. Neutraliserende waarde en organische koolstof is bepaald bij VITO in België. Pathogenenanalyse Het analyseren van water op de aanwezigheid van ziekteverwekkende micro-organismen (pathogenen) is duur en geeft niet altijd betrouwbare resultaten omdat ook concentraties onder de meetgrens relevant kunnen zijn voor de gezondheid. Daarom worden zogenaamde indicatororganismen gemeten die in veel hogere concentraties voorkomen in fecaliën. Omdat de diverse soorten pathogenen, zoals virussen, bacteriën en protozoa, verschillend reageren op behandeling zijn ook diverse soorten indicatororganismen onderzocht. Coliformen,

19 17 enterococcen en E. coli zijn representatief voor bacteriën, Clostridium perfringens en sporen van sulfiet reducerende Clostridia (SSRC) zijn representatief voor persistente protozoa zoals Cryptosporidium en Giardia, en bacteriofagen en somatische fagen (bacterie-virussen) zijn representatief voor virussen. Vloeistoffen zijn op gebruikelijke wijze geanalyseerd. Bij de analyse van struviet is een aantal gram van het product gewassen met water en vervolgens is dit water onderzocht op microorganismen. Voorbehandelen van struvietmonsters ging als volgt: Weeg 16 gram struviet af in 100 ml water. Schud de fles met het monster 2 minuten krachtig. Laat de fles met het monster 10 minuten staan zodat de zware delen kunnen bezinken. Schenk de bovenstaande vloeistof af en gebruik dit voor de bepalingen. Microverontreinigingenanalyse Analyse van struviet op microverontreinigingen is uitbesteed aan Omegam Laboratoria in Amsterdam. De analyseresultaten zijn vergeleken met de gehalten en verontreinigingen genoemd in tabel 1 en 4 uit bijlage II van het uitvoeringsbesluit meststoffenwet (Bijlage III). TABEL 2 OVERZICHT VAN MONSTERS VOOR ANALYSE OP PATHOGENEN, MICROVERONTREINIGINGEN EN STRUVIETSAMENSTELLING. Monster Monstername Analyse(s) datum 1. Struviet Pathogenen en microverontreinigingen 2. Centraat Pathogenen 3. Pilot reactor Pathogenen 4. Struviet Samenstelling, pathogenen en microverontreinigingen 5. Fecalien toevoer Pathogenen 6. Pilot reactor Pathogenen 7. Struviet Pathogenen en microverontreinigingen 8. Effluent AWZI Pathogenen 9. Fecalien toevoer Pathogenen 10. Pilot reactor Pathogenen 11. Struviet Samenstelling, pathogenen en microverontreinigingen 12. Effluent AWZI Pathogenen

20 18 3 Resultaten en discussie 3.1 Pilot resultaten Struvietproductie uit centraat Vanaf 10 april 2014 (entdatum) werd de struvietpilot met de centraatstroom gevoed. In het begin was de concentratie ortho-fosfaat in het centraat redelijk hoog (130 mg/l) en de pilot leverde een gemiddelde verwijderingsrendement voor ortho-fosfaat van 65 % (Figuur 4 en Bijlage V). De gemiddelde struvietproductie was in deze periode circa 16 kg/dag gedurende 20 dagen, zodat in totaal 320 kg struviet werd geproduceerd (droge massa). Vervolgens waren aanpassingen en optimalisaties van de pilot nodig. Tijdens het onderhoud aan de pilot nam de concentratie ortho-fosfaat in het centraat af. Toen de pilot weer werd opgestart na het onderhoud was de concentratie ortho-fosfaat 50 mg/l en daalde verder tot 30 mg/l. Dit resulteerde in een verlaagd verwijderingsrendement voor ortho-fosfaat (35%) en verlaagde struvietproductie (< 5 kg/dag). Over de gehele periode varieerde het verwijderingsrendement voor ortho-fosfaat tussen 9 en 80%. De afname in concentratie ortho-fosfaat in het centraat werd veroorzaakt door een verhoogde ijzerdosering in de hoofdzuivering - AWZI Schiphol. Tijdens de centraatfase is in totaal m³ centraat verwerkt en is uiteindelijk 364 kg droge struviet geproduceerd, bovenop de ent van 60 kg struviet centraat Influent PO 4 Effluent fecalien mrt 22-mrt 29-mrt 5-apr 12-apr 19-apr 26-apr 3-mei 10-mei 17-mei 24-mei 31-mei 7-jun 14-jun 21-jun 28-jun 5-jul 12-jul 19-jul 26-jul 2-aug 9-aug 16-aug 23-aug 30-aug 6-sep 13-sep 20-sep 27-sep 4-okt 11-okt 18-okt 25-okt 1-nov 8-nov 15-nov PO 4 - P mg/l FIGUUR 4 GEMETEN FOSFAATCONCENTRATIE VAN PILOT INFLUENT EN EFFLUENT. De centraatfase werd beëindigd op 31 juli 2014 zonder dat de criteria voor korrelgrootte waren bereikt. De korrelgroottedistributie van de centraatfase was 0,1% > 1 mm; 6,2% > 0,5 mm; 83% > 0,25 mm; 10% < 0,25 mm (gezeefd monster= 220 g). De bulk van het geproduceerde struviet had dus een korrelgrootte tussen de 0,25 en 0,5 mm. De initiële verwachting was dat de korrels groter zouden groeien.

21 19 Na de centraatfase werd de pilot schoongemaakt ( ). Het meeste struviet was hierbij uit de reactor verwijderd. Hiervan werd 200 kg struviet geoogst en bewaard om te drogen, zodat het later uitgestrooid kan worden. De resterende circa 220 kg is terug in de reactor gebracht als entmateriaal voor de fase met fecaliënwater Struvietproductie uit fecaliën In het fecaliënwater was de gemiddelde concentratie voor ortho-fosfaat mg/l (Figuur 4). De pilot leverde een gemiddeld verwijderingsrendement voor ortho-fosfaat van 55%. Om een hoger verwijderingsrendement voor ortho-fosfaat te bereiken, werd meer MgCl 2 gedoseerd dan stoichiometrisch nodig was om ortho-fosfaat te verwijderen (1,1-1,3). Over de gehele periode varieerde het verwijderingsrendement voor ortho-fosfaat tussen 21 en 87%. Om de hoeveelheid struviet in de reactor te bepalen werd de bezinking gemeten. Deze kon echter niet nauwkeurig afgelezen worden door de aanwezigheid van een tweede neerslag in het bezinkingsglas (Figuur 5). Deze anorganische neerslag (vermoedelijk MgOH 2 ) werd waarschijnlijk veroorzaakt door de hoge ph (ph 9). Dit leidde er tevens toe dat meer MgCl 2 werd verbruikt dan theoretisch nodig is voor struvietkristallisatie. FIGUUR 5 AANVULLENDE NEERSLAG BIJ BEPALING HOEVEELHEID STRUVIET IN BEZINKINGSGLAS. De samenstelling van de neerslag dat zich bovenop het struviet vormde, was 40% organisch (waarschijnlijk slib) en 60% anorganisch. De elementensamenstelling in het anorganisch deel van de neerslag is door middel van SEM-EDX in duplo bepaald (Bijlage V). Naast de elementen O en Mg (vermoedelijk MgOH 2 ) is er ook P waargenomen.

22 20 Een ander aandachtspunt was de korrelgrootte van het geproduceerde struviet. Deze nam niet zichtbaar toe. Mogelijke redenen hiervoor zijn: Te hoge mengenergie; Hoge ph van het fecaliënwater (ph 9); Onvoldoende kritische massa in de reactor. De volgende acties zijn ondernomen om de struvietkorrelgroei in de pilot op AWZI Schiphol te verbeteren: De mengenergie is geoptimaliseerd met behulp van bezinkingstests, om te bevestigen dat alle struviet gesuspendeerd is maar de menging niet te hoog is zodat wrijving wordt voorkomen ( ). De hoge ph van het fecaliënwater is verlaagd door middel van zuurdosering. Hiermee is geprobeerd de vorming van de tweede neerslag te verminderen, maar ook om te voorkomen dat bij hogere ph sneller het verzadigingspunt wordt bereikt waardoor microkorrels struviet gevormd worden wat niet in het voordeel is voor groei van bestaande korrels (zuur gedoseerd t/m ). Om de kritische massa in de reactor te verhogen is er aanvullend 165 kg eerder geoogst struviet in de pilotreactor gebracht om meer korrels te hebben voor groei ( ). De mengenergie is geoptimaliseerd om te voorkomen dat enerzijds het struviet in de reactor bezinkt waarbij niet alle struvietkorrels worden gefluïdiseerd, en anderzijds dat de gevormde struvietkorrels kapot worden gemaakt door de wrijving. De test is eenmalig uitgevoerd. De roerenergie is geleidelijk aangepast van 20 Hz naar 45 Hz, en op verschillende reactor hoogtes zijn monsters genomen waarmee bezinkingstests zijn uitgevoerd. Van 1 liter monsters is na 30 min de bezinkingswaarde in ml/l genoteerd. Er is aangenomen dat de minimale mengingsenergie om alle struvietkorrels gefluïdiseerd te houden, bereikt is zodra op verschillende hoogtes de bezinking gelijk was, en met verhoging van de mengerfrequentie de bezinking niet veranderde. Uit deze test is gebleken dat een minimale mengenergie van 30 Hz nodig is. Als de menger op een hogere frequentie zou werken, kan wrijving van korrels plaatsvinden, waardoor de korrelgrootte negatief wordt beïnvloed. Daarom is na deze test de menger ingesteld op 30 Hz. Om de ongewenste neerslagvorming te verminderen werd zuur-dosering (10% HCl) ingesteld. Van 8 tot 29 oktober 2014 werd de pilot installatie bedreven met een verlaagde ph (range 8,1 8,6). In deze periode is 330 m 3 fecaliënwater behandeld, waarbij 6,66 L 10% zoutzuur is gedoseerd per m 3 fecaliënwater. De verlaagde ph verminderde de aanwezigheid van aanvullende neerslaag, al was het onderscheid tussen het struviet en de neerslag minder duidelijk. Bovendien, daalde de ortho-fosfaat-verwijdering en ondanks een verhoogde MgCl 2 dosering, was de concentratie ortho-fosfaat in het effluent gemiddeld 58 mg/l (min 35; max 75 mg/l). Op de laatste draaidag was de MgCl 2 dosering verdubbeld, echter de concentratie ortho-fosfaat in het effluent was 68,8 mg/l (in plaats van de beoogde 20 mg/l). Tijdens de fecaliënfase is m³ fecaliënwater verwerkt en is uiteindelijk 283 kg droge struviet geproduceerd, bovenop de ent van 220 kg struviet bij de start van de fecaliënfase en een tweede ent van 150 kg struviet op 15 oktober in een poging om grotere struvietkorrels te verkrijgen. De fecaliënfase werd beëindigd op 31 oktober 2014 zonder dat de resterende concentratie ortho-fosfaat in het effluent en de korrelgroottecriteria waren bereikt. De korrelgroottedistributie aan het eind van de fecaliënfase was 0,2% > 1 mm; 5,2% > 0,5 mm; 78,7% > 0,25 mm; 16% < 0,25 mm (gezeefd monster= 320 g).

23 21 De ongeveer 1 m 3 fecaliënwater die Desah heeft verwerkt na afloop van de pilottesten lieten zien dat er grotere struvietkorrels geproduceerd kunnen worden Overall resultaten pilotinstallatie De pilot is ongeveer een half jaar in bedrijf geweest, eerst met centraat als voeding en vervolgens met fecaliënwater uit vliegtuigen. Digestaat is uiteindelijk niet als voeding gebruikt, omdat dit door de lage concentratie ortho-fosfaat in de digestaatstroom niet zinnig was. In Tabel 3 staat een samenvatting van de resultaten. TABEL 3 SAMENVATTING VAN PILOT RESULTATEN. Criteria Centraat Fecaliënwater Digestaat ph 7,4-7,6 8,8 9,2 7,5 P concentratie max (influent pilot) 142 mgp/l 109 mgp/l n.v.t. P concentratie min (influent pilot) 31 mgp/l 85 mgp/l n.v.t. P concentratie max (effluent pilot) 74mgP/l 76 mgp/l n.v.t. P concentratie min (effluent pilot) 17 mgp/l 14 mgp/l n.v.t. P verwijderingsrendement max 80% 87% n.v.t. P verwijderingsrendement min 9% 21% n.v.t. P verwijderingsrendement gem. 45% 55% n.v.t. Bezinking max 115 ml/l 180 ml/l n.v.t. Korrelgrootte < 1 mm < 1 mm n.v.t. Massa droog gewogen struvietproductie 364 kg 283 kg n.v.t. Een belangrijke parameter in dit onderzoek is de fosfaatconcentratie. Figuur 4 is een weergave van de gemeten ingaande en uitgaande fosfaatconcentraties van de pilot. De fosfaatverwijdering was gemiddeld over de gehele projectperiode circa 50%, maar in de periode dat de concentratie ortho-fosfaat in het centraat laag was liep het fosfaatverwijderingsrendement terug (Bijlage VI). Met hoge fosfaatconcentraties van rond de 100 mg/l zijn fosfaatverwijderingsrendementen van boven de 80% gehaald. De effluent fosfaatconcentratie is gedurende de hele testperiode nauwelijks onder de streefwaarde van 20 mg/l uitgekomen. In Bijlage VI is een grafiek opgenomen met de gemeten ingaande en uitgaande ammoniumconcentraties van de pilot. Daaruit blijkt dat de ammoniumverwijderingsrendementen over het algemeen tussen 0 en 10% liggen. Dit komt door de relatief hoge ammoniumconcentraties in het ingaande water; vooral in fecaliënwater, daarin zat circa mg/l ammonium. De ph van de ingaande en uitgaande stroom van de pilot zijn gemeten. In de grafiek is duidelijk te zien dat de ph van het fecaliënwater hoger is dan van het centraat (Bijlage VI). Daarom werd er vanaf 8 oktober 10% zoutzuur gedoseerd om de ph gecontroleerd te verlagen. In Bijlage VI is een grafiek opgenomen met de gemeten ingaande en uitgaande magnesiumconcentraties. Er is een overmaat aan magnesium gedoseerd en dat blijkt ook duidelijk uit deze grafiek, want de magnesiumconcentratie in de reactor en ook in het effluent is hoger dan de gemeten concentratie in het ingaande water. Vanaf 18 juni is er met 10% magnesiumoplossing gedoseerd in plaats van de eerder gebruikte 32% magnesiumoplossing. Dit is gedaan omdat de 32% magnesiumoplossing kristallisatieproblemen gaf in leidingen. De magnesiumdosering is weergegeven in Figuur 6.

24 22 40,00 centraat MgCl2 Dosering fecalien 32% MgCl2 gedoseerd 10 % MgCl2 gedoseerd 30,00 Berekend debiet MgCl2 (L/uur) 20,00 10,00 0,00 27-apr mei-14 6-jun jun jul-14 Datum 5-aug aug sep-14 4-okt okt-14 FIGUUR 6 MAGNESIUM-DOSERING. Vanaf half mei tot half juni was de pilot uit bedrijf voor aanpassingen om de nodige optimalisaties door te voeren aan o.a. het roerwerk. 3.2 Analyseresultaten Hoofcomponenten struvietanalyse De samenstelling van het gewonnen struviet uit centraat en fecaliënwater is door analyse vastgesteld (Tabel 4 en Bijlage VIII). Uit de XRD-analyse blijkt dat het gevormde kristallijne product bijna volledig (96,8%) bestaat uit struviet bij winning uit centraat. Newberyiet (HMg(PO 4 ).3H 2 O) is een mineraal uit de struvietgroep 4. Volgens de uitgevoerde XRD-analyse blijkt struviet (100%) de enige kristallijne structuur die is gevonden in het gewonnen product uit fecaliënwater. 4 Lindsay, W,L,., P.L.G. Vlek en S.H. Chen, Chapter 22. Phosphate minerals. In: J.B. Dixon and S.B. Weed (Eds.), Minerals in Soil Environments. Second Edition. Soil Science Society of America Book Series; no 1. ISBN , pp

25 23 TABEL 4 ANALYSERESULTATEN STRUVIET OP HOOFDCOMPONENTEN (ANORGANISCHE PARAMETERS EN XRD ANALYSE VIA OMEGAM EN ANALYSE VAN NEUTRALISERENDE WAARDE EN ORGANISCHE KOOLSTOF VIA VITO) 5. Parameters Struviet uit centraat van vergist slib (mg/kg) Struviet uit fecaliënwater na bandzeef (mg/kg) Anorganisch - Kalium (K) Calcium (Ca) Fosfor (P 2 O 5 ) Magnesium (Mg) Zwavel (S) Neutraliserende waarde 13 % CaO 12 % CaO Organische koolstof 0,15 m/m % C ds 0,49 m/m % C ds XRD-analyse - Struviet 96,8% 100% - Newberyiet 2,6% - Kwarts (silicaten) 0,7% Resultaten pathogenen analyse In Bijlage VII staat een overzicht en interpretatie van de analyse op pathogenen in struviet en enkele andere monsters. De gemeten concentraties micro-organismen in struviet zijn in algemene zin relatief laag (Tabel 5). Het droge struviet bevat nauwelijks E. coli en coliformen, maar het aantal enterococcen loopt uiteen van <3 tot 300 Kolonie Vormende Eenheden (KVE)/g. Het is bekend dat enterococcen persistenter zijn in het milieu en in zuiveringsprocessen dan E. coli. Ook het aantal bacteriofagen loopt sterk uiteen van <3,1 tot > Plaque Vormende Eenheden (PVE)/g, maar de analyseresultaten van twee struvietmonsters op somatische fagen (maximaal 35 PVE/g) komen overeen met die van de bacteriofagen. De concentraties C. perfringens en SSRC komen, zoals verwacht, sterk overeen en variëren van <3 tot KVE/g. Het monster op 28/10/2014 bevat de laagste concentraties voor alle microorganismen. De overige monsters geven geen consistent beeld. Dit is overigens niet ongebruikelijk voor microbiologisch onderzoek, omdat aantallen organismen zeer sterk kunnen variëren in de tijd en zelden homogeen zijn verdeeld in water of vaste stof. In vergelijking met het effluent van de AWZI bevat het struviet weinig bacteriën en een vergelijkbaar niveau aan fagen. Het struviet bevat meer persistente organismen (C. perfringens en SSRC) dan AWZI effluent. Het struviet betreft echter vaste stof, en het is niet mogelijk om aan te geven in hoeveel water deze organismen terecht zouden komen wanneer het struviet oplost in de praktijk. Bij de fecaliëntoevoer valt op dat er weinig bacteriën aanwezig zijn, met uitzondering van enterococcen die in één monster in een concentratie van KVE/ml zijn aangetroffen. Ter vergelijking, in afvalwater worden gemiddelde concentraties van resp Een zuivere struviet bevat 57,0 g N per kg, 289 g P 2 O 5 per kg en 164,2 g MgO per kg. Op het lokale afvalwaterlaboratorium gemeten waarden (na drogen van struviet bij maximaal 40 C) benaderen een nagenoeg zuiver struviet. De bij KWR bepaalde droogrest bij 40 C gaf 68,9% voor struviet uit centraat van vergist slib en 66,9% voor struviet uit fecaliënwater na bandzeef. VITO heeft monsters in ieder geval laten drogen bij 40 C voor analyse van neutraliserende waarde en organische koolstof.