Energiefabriek HHNK. De kracht van zuiveringsslib. Biogas. Slib. Slib. R.J.J. de Boer december Definitief. Afdeling Waterketen

Transcriptie

1 Biogas Slib Slib Auteur R.J.J. de Boer Registratienummer Versie 2 Status Definitief Afdeling Afdeling Waterketen

2 Inhoudsopgave 1 Inleiding Zuiveringsproces Slibverwerking Slib als grondstof Leeswijzer 5 2 Slibverwerking huidige situatie Slibroutes Slibvergisting 7 3 Uitwerking varianten Varianten Opvullen restcapaciteit Opvullen rwzi Alkmaar Opvullen rwzi Beverwijk Opvullen rwzi Zaandam-Oost Realiseren zesde gisting Thermofiel vergisten op rwzi Beverwijk Thermische drukhydrolyse op rwzi Beverwijk 12 4 Ambities duurzaamheid 13 5 Variantkeuze Vergelijking varianten Conclusie en aanbevelingen Relatie met slibstrategie Relatie met HVC Vervolg 15 6 Nieuwe ontwikkelingen Superkritisch vergassen 16

3 6.2 Zuivering met AB-systeem Verbeteren slibontwatering Schroefpers Gruisontwatering 18 Bijlage 1 Deelnemers projectgroep Energiefabriek 19

4 4 1 Inleiding 1.1 Zuiveringsproces Voor het verwerken van afvalwater heeft het Hoogheemraadschap Hollands Noorderkwartier (HHNK) in haar beheersgebied vijftien rioolwaterzuiveringsinstallaties (rwzi's) in bedrijf. Het influent bestaat uit een mix van huishoudelijk afvalwater, bedrijfsafvalwater en afstromend regenwater. Na het zuiveringsproces doorlopen te hebben is dit omgezet in schoon effluent en zuiveringsslib. Het effluent wordt geloosd op oppervlaktewater en het zuiveringsslib verlaat de rwzi als afvalproduct. In figuur 1 is het zuiveringsproces schematisch weergegeven, waarbij het toepassen van een voorbezinktank optioneel is. INFLUENT VOORBEZINK TANK BELUCHTINGS TANK NABEZINK TANK EFFLUENT HARK ROOSTER primair slib secundair slib ZUIVERINGS SLIB figuur 1 Zuiveringsproces 1.2 Slibverwerking In het verleden werd zuiveringsslib afgezet in de landbouw, waar het als meststof diende. Omdat met name het primaire slib veel stank veroorzaakt, werden rwzi's met een voorbezinktank altijd uitgerust met een slibgisting. Het rottingsproces van organisch materiaal kan daarin gecontroleerd plaatsvinden. Eenmaal uitgegist slib is meer stabiel, stinkt minder en bevat minder pathogene micro-organismen (ziekteverwekkers) meer. Bij HHNK zijn om die reden gistingen gebouwd op de rwzi's van Den Helder, Alkmaar, Heiloo, Zaandam-Oost en Beverwijk. Sinds 1993 is het verwerken van zuiveringsslib in de landbouw niet meer toegestaan, omdat het naast nuttige nutriënten ook verontreinigingen bevat als zware metalen en olieachtige bestanddelen. Als alternatief is toen in Beverwijk de slibdrooginstallatie (SDI) gebouwd, die sinds 1995 het zuiveringsslib droogt tot granulaat. Dit granulaat werd in eerste instantie gestort bij Nauerna, maar later gebruikt als groene brandstof door de Limburgse cementindustrie (ENCI). Sinds 2011 gaat het granulaat naar de HVC in Alkmaar, die het in hun bio-energiecentrale verbrandt en omzet in elektriciteit.

5 5 1.3 Slib als grondstof Inmiddels zien we zuiveringsslib al lang niet meer alleen als afvalproduct, maar ook als bron van energie en grondstoffen. De volgende toepassingen zijn denkbaar: slib vergisten en het vrijkomende biogas omzetten in stroom en warmte; slib vergisten en het vrijkomende biogas opwaarderen tot aardgas en CO 2 ; slib drogen en het verkregen granulaat middels verbranding omzetten in stroom en warmte; slib verbranden en uit de as fosfaat terugwinnen; (uitgegist) slib ontwateren en uit het rejectiewater fosfaat terugwinnen; slib superkritisch vergassen, waar biogas bij vrijkomt (omzetten in stroom en warmte), een mineralenbrij (terugwinnen fosfaat en stikstof) en water. Onder de noemer Energiefabriek en Grondstoffenfabriek zijn de Nederlandse waterschappen initiatieven gestart om het winnen van energie en grondstoffen op rwzi's verder uit te werken. Niet alleen uit het zuiveringsslib, maar ook uit het influent. Dit heeft geleid tot een veelheid aan projecten op de 351 rwzi's die ons land telt. 1.4 Leeswijzer Voorliggend rapport richt zich alleen op het benutten van slib als energiebron. Onderzocht is op welke wijze vorm gegeven kan worden aan een Energiefabriek. In hoofdstuk 2 is de huidige wijze van slibverwerking beschreven en zijn de varianten opgenomen die moeten leiden tot meer energiewinst uit het slib. De varianten zijn in hoofdstuk 3 verder uitgewerkt in kosten en opbrengsten. In hoofdstuk 4 is de relatie gelegd tussen de Energiefabriek en de duurzaamheidsambities van HHNK. De vergelijking van de varianten en de variantkeuze treft u aan in hoofdstuk 5, de conclusies en aanbevelingen treft u daar ook aan. In hoofdstuk 6 ten slotte zijn de toekomstige ontwikkelingen geschetst.

6 6 2 Slibverwerking huidige situatie 2.1 Slibroutes De vijftien rwzi's van HHNK produceren jaarlijks circa ton zuiveringsslib. Dit slib is op de zuiveringslocatie gravitair of mechanisch ingedikt of ontwaterd, eventueel nog vergist en heeft vervolgens een eindontwatering ondergaan. Op het moment dat dit slib naar de SDI wordt verreden, bestaat het altijd nog voor circa 79% uit water. Dit water wordt door de SDI verdampt zodat uiteindelijk circa ton granulaat over blijft, dat vervolgens bij de HVC in Alkmaar wordt verbrand en omzet in elektriciteit. De route die het zuiveringsslib aflegt is weergegeven in figuur 2. Legenda (ds = droge stof) figuur 2 Verwerkings- en transportroutes zuiveringsslib

7 7 2.2 Slibvergisting Momenteel zijn vijf van onze rwzi's voorzien van een slibgisting, namelijk die van Den Helder, Alkmaar, Heiloo, Zaandam-Oost en Beverwijk. Het doel van slibvergisten is vierledig: 1) uitgegist slib stinkt minder, het verladen van slib veroorzaakt minder overlast voor de omgeving; 2) het vergisten van slib levert biogas op, wat met een warmte-krachtkoppeling installatie (WKKinstallatie) omgezet kan worden in stroom en warmte; 3) uitgegist slib is beter te ontwateren, wat kosten bespaart op het slibtransport en de slibeindverwerking; 4) door slib te vergisten neemt de slibhoeveelheid af, wat kosten bespaart op het slibtransport en de slibeindverwerking. Naast het slib van de vijf bovengenoemde rwzi's worden ook de slibstromen van rwzi Everstekoog en Ursem vergist, respectievelijk in de gisting van Den Helder en Beverwijk. Een klein deel van het slib van rwzi Stolpen wordt ook op rwzi Den Helder vergist. Van de totale slibproductie wordt momenteel circa 45% vergist. figuur 3 Hoeveelheid vergist (rood) en onvergist (blauw) slib in ton droge stof per jaar

8 8 3 Uitwerking varianten 3.1 Varianten Meer dan de helft van het zuiveringsslib van HHNK gaat onvergist naar de SDI. Gezocht is naar een manier om ook die slibstroom te vergisten. De volgende varianten zijn onderzocht: 1) het opvullen van de restcapaciteit van de vijf bestaande gistingen; 2) het realiseren van een zesde gisting op rwzi Wervershoof voor slib van Wervershoof en Geestmerambacht; 3) de gisting van rwzi Beverwijk thermofiel bedrijven, waardoor dezelfde gisting meer slib kan verwerken; 4) het plaatsen van een thermische drukhydrolyse (TDH) op rwzi Beverwijk, waardoor dezelfde gisting meer slib kan verwerken. In de volgende paragrafen zijn de varianten nader beschreven en zijn de kosten van de investering steeds vergeleken met de jaarlijkse opbrengsten. De verhouding van die twee geeft de terugverdientijd. Bij deze berekening is geen rekening gehouden met de jaarlijkse lasten die de investering met zich meebrengt. 3.2 Opvullen restcapaciteit Van de vijf bestaande gistingen hebben die van rwzi Alkmaar, Beverwijk en Zaandam-Oost nog capaciteit beschikbaar om meer slib te verwerken. De gistingscapaciteit op rwzi Den Helder wordt al volledig benut, terwijl het opvullen van de gisting op rwzi Heiloo vergunningstechnisch niet mogelijk is Opvullen rwzi Alkmaar De gisting van rwzi Alkmaar is in 1974 gebouwd en ontworpen als koude gisting, wat inhoudt dat het slib op een temperatuur van circa 20 C wordt vergist. In 1976 is de gisting omgezet naar een mesofiel proces, dat uitgaat van een temperatuur van circa 37 C. Dat had tot gevolg dat het slib geen 40 dagen maar circa 20 dagen verblijftijd nodig had. Er kan derhalve meer slib verwerkt worden, omgerekend circa ton ds/jaar, bijvoorbeeld van rwzi Geestmerambacht. Om meer slib te kunnen verwerken zijn echter wel maatregelen nodig op zowel rwzi Geestmerambacht als rwzi Alkmaar. In tabel 1 zijn de kosten van deze maatregelen geraamd op circa 4,3 miljoen (stichtingskosten). Tegenover deze investering staat een opbrengst in de vorm van biogas. Daarnaast neemt het slibvolume door vergisten af en zo ook de kosten voor het drogen van slib. De totale opbrengt is geschat op per jaar. Als je de investering afzet tegen jaarlijkse opbrengsten, bedraagt de terugverdientijd 18 jaar.

9 9 tabel 1 Maatregelen en kosten [ ] opvullen gisting Alkmaar met slib Geestmerambacht Geestmerambacht Turbodrain met afvoerpomp (circa 35 m³/uur) Slibbuffersilo (circa 500 m³) Alkmaar Aanpassen verharding op terrein rwzi, in verband met toename slibtransporten Plaatsen slibbuffertank Aanpassen gistingsinstallatie Vervangen centrifuges (alleen meerkosten t.o.v. studie systeemkeuze) Plaatsen fosfaatverwijdering Vervangen WKK (304 kw) Aanpassen affakkel Totaal aanneemsom Toeslagen 85% Totaal stichtingskosten Opvullen rwzi Beverwijk De gisting van rwzi Beverwijk draait op 70%. De restcapaciteit kan opgevuld worden met ton ds/jaar uit Wervershoof. Om dit mogelijk te maken zijn de volgende maatregelen nodig: tabel 2 Maatregelen en kosten [ ] opvullen gisting Beverwijk met slib Wervershoof Wervershoof Zeefbandpers ombouwen tot bandindikker (van 19% ds naar 6½% ds) Afvoerpomp vanaf bandindikker Slibbuffersilo (circa 500 m³) Beverwijk Plaatsen slibbuffertank Pompinstallatie die slib naar gisting verpompt Bandindikker in oude gistingsgebouw voor eigen slib (6½%; 20 m³/uur) Totaal aanneemsom Toeslagen 85% Totaal stichtingskosten Naast de investeringen uit tabel 2, zijn er ook nog extra exploitatiekosten in de vorm van meer transport (slib uit Wervershoof gaat dunner naar Beverwijk) en chemicaliën (ten behoeve van de ontwatering). De opbrengsten bestaan uit extra biogas, dat met de Biogast installatie wordt opgewerkt tot groen gas, en minder slibdrogingskosten vanwege het afgenomen volume aan slib. Per saldo zijn de jaarlijkse baten groot. Dat brengt de terugverdientijd van deze investering op 7,5 jaar Opvullen rwzi Zaandam-Oost Slechts 45% van de gistingscapaciteit op Zaandam-Oost wordt momenteel benut. In theorie kan er ton ds/jaar meer vergist worden. Reeds in de variantenstudie voor uitbreiding van rwzi Beemster is ervoor gekozen om daar Beemsterslib voor te gebruiken. Er hoeft dan namelijk op rwzi Beemster niet geïnvesteerd te worden in een nieuwe eindontwateringsinstallatie. Het is voordeliger

10 10 om Beemsterslib alleen mechanisch te ontwateren, te verrijden naar rwzi Zaandam-Oost en daar te vergisten. Rwzi Zaandam-Oost wordt dan wel uitgebreid met een eindontwateringsinstallatie. tabel 3 Maatregelen en kosten [ ] opvullen gisting Zaandam-Oost met slib Beemster Zaandam-Oost Buffer voor Beemsterslib Tweede warmtewisselaar Nieuwe WKK Aansluiten WKK op warmtesysteem Uitgegist slibbuffer Centrifuge voor eindontwatering Silo of containers voor ontwaterd slib Vergroten gashouder Totaal aanneemsom Toeslagen 85% Totaal stichtingskosten Rwzi Beemster produceert circa ton ds/jaar aan slib. De gisting van rwzi Zaandam-Oost houdt dan nog steeds circa ton ds/jaar aan restcapaciteit over. Die ruimte zou opgevuld kunnen worden met het slib uit Katwoude, waar jaarlijks circa 950 ton ds wordt geproduceerd. Dit heeft echter negatieve gevolgen voor de effluentkwaliteit van rwzi Zaandam-Oost. Wanneer uitgegist slib wordt ontwaterd, ontstaat er een restwaterstroom die rijk is aan stikstof en fosfaat. Deze stroom moet terug de zuivering in. Als ook slib uit Katwoude wordt mee vergist, kan de huidige rwzi die extra stikstof- en fosfaatbelasting niet meer verwerken. De verwerking van slib uit Katwoude op rwzi Zaandam-Oost is daarom niet meegenomen in deze variant. De te treffen maatregelen op Zaandam-Oost zijn opgenomen in tabel 3. Het opvullen van de gisting met slib uit de Beemster levert extra biogas op en slibvolume wordt verkleind. Door Zaandam-Oost uit te breiden met een eindontwatering, wordt het slib veel droger afgevoerd naar Beverwijk (SDI). Dat geeft een besparing op de transportkosten. De totale baten zijn berekend op per jaar. De terugverdientijd van de investering is derhalve 10 jaar. 3.3 Realiseren zesde gisting Van de vijftien rwzi's produceren Geestmerambacht en Wervershoof het meeste slib, dat onvergist naar de SDI gaat. Een optie is om op bijvoorbeeld Wervershoof een slibgisting te realiseren, waar het slib van Geestmerambacht dan ook heen gereden wordt. Het volume aan slib dat dan wordt vergist stijgt dan van 45% naar 80%. Voor het realiseren van een slibgisting op rwzi Wervershoof zijn de maatregelen uit tabel 4 benodigd. Een groot deel van de kosten zit in het uitbreiden van de zuiveringscapaciteit. Wanneer uitgegist slib wordt ontwaterd, wordt de zuivering belast met een waterstroom die rijk is aan stikstof en fosfaat. Dit kan de huidige rwzi niet verwerken. Tegenover de kosten staan ook jaarlijkse opbrengsten. Het geproduceerde biogas wordt omgezet in stroom voor eigen gebruik, wat dus niet meer ingekocht hoeft te worden. Ook krijgt de SDI van deze twee zuiveringen voortaan geen ton slib maar ton slib aangevoerd. Het totaal

11 11 aan besparingen bedraagt circa per jaar. De terugverdientijd van de investering komt daarmee op 20 jaar. tabel 4 Maatregelen en kosten [ ] nieuwe gisting Wervershoof incl. slib Geestmerambacht Geestmerambacht Turbodrain met afvoerpomp (circa 35 m³/uur) Slibbuffersilo (circa 500 m³) Wervershoof Slibgistingstanks (6.500 m³) Fakkel en gashouder Gasmotoren/WKK Slibbuffer/ontgassing Rejectiewaterbehandeling (N+P) Gebouwen Elektrische installaties CE-markering/ATEX Bedrijfswater/proceswater/afvoergemaal Terreininrichting incl. leidingen Luchtbehandeling Opstart Totaal aanneemsom Toeslagen 85% Totaal stichtingskosten Thermofiel vergisten op rwzi Beverwijk De vijf gistingen van HHNK worden allemaal mesofiel bedreven. Dat wil zeggen dat het slib bij een temperatuur van ongeveer 37 C wordt vergist. Dit proces kun je ook bij een temperatuur van circa 52 C laten plaats vinden, het zogenaamde thermofiel vergisten. Je creëert dan een andere bacteriecultuur die ten opzichte van mesofiel meer organische stof weet om te zetten in biogas. Daarnaast kan het slib door de hogere temperatuur dikker de gisting in en kun je dus meer slib verwerken. De viscositeit gaat met het thermofiele vergisten namelijk omlaag, waardoor het slib in de tank toch nog goed mengbaar blijft. Op rwzi Beverwijk staan drie gistingstanks: twee kleine van ieder m³ uit 1956 en een grote van m³ uit Vanwege hun leeftijd zijn de twee kleinere tanks niet geschikt te maken voor thermofiel vergisten. De grote tank kan wel omgebouwd worden voor een bedrag van (stichtingskosten). Omdat de biogasproductie toeneemt en er tevens meer slib kan worden vergist, is er aan jaarlijkse baten te noteren. De investering heeft zich daardoor in 10 jaar terugverdiend. Op rwzi Beverwijk is het thermofiel vergisten beproefd. Een half jaar lang is een mini-gistingstank van 3 m³ gevoed met slib. Gebleken is dat het proces minder stabiel verloopt dan het mesofiel vergisten. Wanneer niet goed wordt gestuurd, is de kans aanwezig dat het mengsel te zuur wordt. Slib verwerkende bacteriën sterven dan af en het gistingsproces komt stil te liggen.

12 12 Thermofiel vergisten levert in theorie meer biogas op. De proef heeft dat in de praktijk echter niet aangetoond. De gemeten biogasproductie was niet veel hoger dan met mesofiel vergisten verkregen zou worden. Daarnaast is het ontwateren van het thermofiel uitgegist slib niet gelukt. De conclusie die uit de proef getrokken kan worden is dat de meerwaarde van thermofiel vergisten niet is aangetoond. Ook uit het STOWA-rapport Haalbaarheid van thermofiele slibgisting in Nederland 1 blijkt dat er nog veel onduidelijkheid is over dit proces. Het wordt daarom afgeraden om dit op Beverwijk grootschalig te gaan toepassen. Waterschap Brabantse Delta gaat bij rwzi Bath wel thermofiel vergisten toepassen. Dit betreft geen definitieve ombouw, maar een uitbreide proef waar EU-subsidie (Life+) voor aangevraagd is. Van twee identieke gistingstanks zal er straks één mesofiel en één thermofiel worden bedreven. Onderzocht gaat worden wat het verschil is in biogasproductie en in hoeverre thermofiel vergist slib beter ontwatert of niet. HHNK volgt de ontwikkelingen bij waterschap Brabantse Delta nauwgezet en zal ook via de landelijke werkgroep Energiefabriek geïnformeerd blijven. 3.5 Thermische drukhydrolyse op rwzi Beverwijk Zuiveringsslib vergist beter als het eerst een thermische drukhydrolyse (TDH) ondergaat. Daarbij wordt het slib eerst onder hoge druk en temperatuur (circa 5 bar en 140 C) 'gekraakt'. De celwand van in het slib aanwezige bacteriën breekt open, waardoor organisch materiaal vrijkomt en vergist kan worden. Het gekraakte slib wordt daarna in de gisting ook sneller omgezet in biogas. Door de kortere verblijftijd kun je daardoor meer slib verwerken met dezelfde gisting. De kosten voor het realiseren van een TDH op Beverwijk zijn circa 8,5 miljoen (zie tabel 5). De besparing die het oplevert bestaat uit extra biogas en een gereduceerd slibvolume dat ook nog eens beter ontwatert, waardoor je minder slib overhoudt om te drogen. Samen geeft dat een besparing van circa per jaar. De terugverdientijd komt daarmee op 18 jaar. tabel 5 Maatregelen en kosten [ ] thermische drukhydrolyse Beverwijk Slibontvangstwerk, slibbuffer, slibmenging TDH-installatie Uitbreiden gashouder Slibontwateringsinstallatie Uitbreiden deelstroombehandeling (SHARON) Wegen, voetpaden en terreininrichting Diverse voorzieningen Totaal aanneemsom Toeslagen 85% Totaal stichtingskosten Waterschapbedrijf Limburg heeft in 2012 een TDH gerealiseerd op rwzi Venlo. De beoogde resultaten werden in eerste instantie niet gehaald, maar na aanpassingen aan de installatie in 2014 werkt de TDH naar behoren. De TDH is destijds door Waterschapbedrijf Limburg berekend op een terugverdientijd van 8 jaar. Nadien zijn echter de externe verwerkingskosten voor ontwaterd slib met 20% gedaald, waardoor de beoogde baten lager uitvallen. Wanneer de terugverdientijd nu opnieuw wordt berekend is die meer dan 10 jaar. 1 Rapport Stowa , Haalbaarheid van thermofiele slibgisting in Nederland, ISBN

13 13 4 Ambities duurzaamheid Waterschappen willen een bijdrage leveren aan een duurzame economie en samenleving. De ambities van de waterschappen zijn in 2010 vastgelegd in het Klimaatakkoord en in 2013 in het SER Energieakkoord. Deze ambities gelden dus eveneens voor HHNK en zijn als volgt: 1) 30% energie-efficiënter en zuiniger werken tussen 2005 en 2020; 2) 30% minder uitstoot van broeikasgas tussen 1990 en 2020; 3) 40% zelfvoorzienend door eigen duurzame energieproductie in 2020; 4) 100% duurzame inkoop in De Energiefabriek draagt bij aan de ambitie over eigen energieproductie. De varianten uit hoofdstuk 3 leiden allemaal tot meer biogas. In figuur 4 is dit in een grafiek weergegeven. In 2012 bedroeg voor HHNK het totale energieverbruik GJ. Daarvan wekken we een deel zelf op door biogas om te zetten in stroom en warmte (5,4%) of op te waarderen tot groen aardgas (3,0%). De zonnepanelen op het dak van het hoofdkantoor leveren tot slot nog 0,1% van onze energiebehoefte. De resterende energie wordt groen ingekocht. Door uitvoering van de varianten wordt HHNK meer zelfvoorzienend. Het aandeel zelf opgewekte energie stijgt van 8,5% tot maximaal 15,8%. 8,5% 12,3% 12,6% 15,8% 15,8% figuur 4 Aandeel energiestromen per variant Op dit moment is nog onduidelijk of de energie die de HVC uit het granulaat van HHNK haalt, meetelt als door HHNK opgewekte duurzame energie. Dit gaat om circa GJ ofwel ruim 24% van het energieverbruik van HHNK.

14 14 5 Variantkeuze 5.1 Vergelijking varianten De kosten, opbrengsten en terugverdientijd (TVT) van de vier varianten zijn in tabel 6 samengevat. De TVT zal kleiner moeten zijn dan de technische levensduur van de investering. Gezien de landelijke ontwikkelingen en innovaties in de slibverwerking is het eveneens raadzaam een lage TVT te hebben. Voor de Energiefabriek gaan we uit van een maximale TVT van 10 jaar. Tabel 6 geeft ook weer hoeveel slib er per variant extra wordt vergist, voordat het naar de SDI gaat om gedroogd te worden. In de laatste kolom is opgenomen wat de hoeveelheid extra opgewekt biogas per variant betekent voor het aandeel zelf opgewekte duurzame energie. tabel 6 Vergelijking varianten Varianten Investering [mln ] Opbrengst [ ] TVT [jaar] Hoeveelheid vergist slib Zelf opgewekte energie t.o.v. totaal E-verbruik 0) Huidige situatie % 8,5% 1) Opvullen gisting Alkmaar 4, % + 1,8% gisting Beverwijk 0, % + 1,0% gisting Zaandam-Oost 4, % + 1,0% 2) Realiseren 6 e gisting 11, % + 4,1% 3) Thermofiel vergisten 4, % + 7,3% 4) Thermische drukhydrolyse 8, % + 7,3% 5.2 Conclusie en aanbevelingen Geadviseerd wordt te kiezen voor het opvullen van de gistingen op rwzi Beverwijk en Zaandam- Oost. Het aandeel vergist slib stijgt daarmee van 45% naar 65%. Het aandeel zelf opgewekte duurzame energie neemt met 2,0% toe tot 10,5%. Het opvullen van de gisting op rwzi Alkmaar laten we gezien de lange terugverdientijd achterwege. Op rwzi Beemster wordt op dit moment al rekening gehouden met het feit dat Beemsterslib straks naar Zaandam-Oost gaat om vergist te worden. De aanstaande verbouwing op rwzi Beemster voorziet niet meer in het vernieuwen van de eindontwatering aldaar. Op basis van de informatie uit tabel 6, lijkt eigenlijk de variant met thermofiel vergisten de beste keuze. De terugverdientijd is 10 jaar en de totale biogasproductie verdubbeld. Maar zoals in paragraaf 3.4 vermeld, is de meerwaarde van thermofiel vergisten (grotere slibafbraak en meer biogas) tijdens de proef op rwzi Beverwijk niet aangetoond. Het is derhalve niet verstandig op dit moment thermofiele vergisting toe te passen. Aanbevolen wordt eerst de resultaten van de proef op praktijkschaal van waterschap Brabantse Delta op rwzi Bath af te wachten.

15 15 Met een TDH kunnen we ook veel extra slib extra vergisten, de totale biogasproductie van HHNK verdubbeld. Het is echter een kostbare ingreep waarvan de terugverdientijd 18 jaar bedraagt. Economisch gezien is de TDH niet rendabel. Alleen als veel waarde wordt gehecht aan de grote biogasproductie, komt deze variant in beeld. Met een zesde gisting op rwzi Wervershoof kunnen we een groot extra aandeel van het slib vergisten. Het rendement van deze mesofiele gisting is lager dan bij thermofiel vergisten of met TDH, dus de extra biogasproductie is ook lager. Met een terugverdientijd van 20 jaar is deze investering niet rendabel. 5.3 Relatie met slibstrategie Op 10 december 2014 heeft het CHI over de slibstrategie 2 van HHNK besloten. Daarin is met name een keuze gemaakt over de verwerking van ontwaterd slib. Op dit moment wordt dat slib door de SDI gedroogd tot granulaat. Het CHI heeft besloten deze werkwijze minimaal tot en met 2020 aan te houden. Het opvullen van de gistingen op rwzi Beverwijk en Zaandam-Oost doet daar geen afbreuk aan. 5.4 Relatie met HVC Volgens contract levert HHNK het granulaat uit de SDI minimaal tot en met 2018 aan de HVC, die het granulaat verbrandt en omzet in elektriciteit. Op het moment dat HHNK zelf meer slib gaat vergisten, heeft dat gevolgen voor het granulaat. De hoeveelheid neemt af en de energie-inhoud, de calorische waarde, wordt lager. Met de gekozen variant van het opvullen van gistingen zijn de gevolgen voor het granulaat, zeker ten opzichte van de andere varianten, beperkt. Zoals is het contract met de HVC is afgesproken, legt HHNK deze wijziging ter bespreking voor. 5.5 Vervolg Op het moment dat krediet voor de Energiefabriek beschikbaar is gesteld, starten de voorbereidende werkzaamheden voor de maatregelen op rwzi Zaandam-Oost. Als die maatregelen ook daadwerkelijk zijn uitgevoerd, kan slib van rwzi Beemster op rwzi Zaandam-Oost worden vergist. Uitgegist slib ondergaat dan voortaan ook een eindontwatering op rwzi Zaandam-Oost, wat direct naar de SDI kan worden getransporteerd. Momenteel vindt de eindontwatering van slib uit rwzi Zaandam-Oost plaats op rwzi Beverwijk. Zodra rwzi Zaandam-Oost zelf een eindontwatering heeft, ontstaat er op rwzi Beverwijk ruimte om slib van rwzi Wervershoof te ontvangen. Maatregelen op rwzi Beverwijk volgen daarom op de werkzaamheden op rwzi Zaandam-Oost. In tabel 7 is de voorlopige planning opgenomen. Tabel 7 Planning maatregelen opvullen gisting Zaandam-Oost V V V V R R R N N opvullen gisting Beverwijk V V V R R R N N (V=voorbereiding; R=realisatie; N=nazorg) 2 Slibstrategie Hoogheemraadschap, onze strategie tot en met 2020 ( ).

16 16 6 Nieuwe ontwikkelingen Met de keuze voor het opvullen van de gistingen op rwzi Zaandam-Oost en Beverwijk, houdt HHNK straks nog steeds 35% van het slibvolume over dat onvergist naar de SDI gaat. Dit gaat met name om de slibstroom uit rwzi Geestmerambacht. Op dit moment kiezen we ervoor daar nog niets mee te doen. Het is echter niet zo dat energie uit dit slib niet wordt benut. De energie van onvergist slib vinden we na het droogproces bij de SDI terug in de granulaatkorrel. Het granulaat gaat naar de HVC die het verbrand in de bio-energiecentrale. Op dat moment komt de energie als groene stroom alsnog vrij. Slib wordt echter niet alleen vergist om er energie uit te halen. Een ander voordeel is dat je het slibvolume ermee verkleint, je houdt dus minder slib over om te drogen. Dit levert een financieel voordeel op bij de SDI. Daarnaast ontwatert vergist slib beter, zodat er bij de SDI minder water verdampt hoeft te worden. Het is dus belangrijk uit te blijven kijken naar een behandelingswijze voor het slib uit rwzi Geestmerambacht. Zoals vermeld houden we de ontwikkelingen op het gebied van thermofiel vergisten bij waterschap Brabantse Delta in de gaten. Daarnaast voorzien wij ook de volgende ontwikkelingen: 6.1 Superkritisch vergassen Bij deze techniek wordt zuiveringsslib onder hoge druk (250 bar) en bij hoge temperatuur (circa 500 C) gekraakt. Koolstofketens in het slib worden onder die omstandigheden kapot gemaakt en vervallen onder andere in eenvoudige brokken CH 4, CO 2 en H 2. Die komen in gasvorm vrij en kunnen in principe benut worden. Daarnaast komt er een waterstroom uit het apparaat, die naar de rwzi moet worden geleid om gezuiverd te worden. De derde stroom die vrijkomt is een mineralenconcentraat, waar je eventueel grondstoffen uit kunt winnen en vervolgens naar de SDI brengt om te drogen. Biogas Waterstroom Zuiveringsslib Mineralenconcentraat figuur 5 Techniek van superkritisch vergassen

17 17 Het superkritisch vergassen van zuiveringsslib staat nog in de kinderschoenen. Vanaf 2015 gaat een leverancier van deze techniek op eigen terrein proeven met zuiveringsslib van HHNK. Later volgt mogelijk een pilottest op een zuiveringslocatie van HHNK. 6.2 Zuivering met AB-systeem Bij de huidige rwzi's wordt het afvalwater veelal eerst belucht in de aeratietank, waarna het doorstroomt naar een nabezinktank en vervolgens als schoon effluent het terrein verlaat. Bij een AB-systeem wordt daar een extra stap voorgezet, namelijk een apart zuiveringsgedeelte waar influent en slib belucht wordt (A-trap). Het voordeel daarvan is dat een groot deel van het organisch materiaal (CZV) zo uit het afvalwater kan worden verwijderd, alsvorens het afvalwater het eigenlijke zuiveringsproces doorloopt (B-trap). Het slib dat vrijkomt in de A-trap is zeer goed vergistbaar, dus met een grote afbraak en veel biogas. Deze manier van zuiveren werd in de jaren '80 veel toegepast, maar bleek voor vergaande stikstofverwijdering niet handig. Voor het verwijderen van stikstof is bij de denitrificatiestap namelijk CZV nodig. Als alternatief kunnen dan chemicaliën worden gedoseerd, maar dat is met het oog op kostenbesparing en duurzaamheid niet gewenst. Er zijn inmiddels industriële zuiveringstechnieken beschikbaar die bij afwezigheid van organisch materiaal toch vergaand stikstof kunnen verwijderen. Momenteel zijn deze technieken nog niet goed bruikbaar voor het zuiveren van huishoudelijk afvalwater, maar daar vinden wel ontwikkelingen in plaats. De verwachting is dat deze technieken over enkele jaren ook toegepast kunnen worden voor het zuiveren van huishoudelijk afvalwater. Het voordeel van deze nieuwe zuiveringstechnieken is een lager energie- en grondstoffenverbruik. De energieopbrengst via biogas neemt juist toe. Bij HHNK zal intern de haalbaarheid onderzocht worden voor het realiseren van een AB-systeem op rwzi Geestmerambacht. Net als bij de reeds onderzochte varianten worden de kosten en de baten bepaald. Dit onderzoek zal worden uitgevoerd in Verbeteren slibontwatering Het vergisten van slib heeft onder andere als voordeel dat uitgegist slib zich beter laat ontwateren. Er blijft een kleiner volume aan slib over, waardoor je bespaart op transportkosten. Daarnaast hoeft er bij de SDI minder water verdampt te worden, zodat je op energiekosten bespaard. Een betere ontwatering kan echter ook op andere manieren worden gerealiseerd. De technieken die momenteel in Nederland worden onderzocht zijn de schroefpers en de gruisontwatering Schroefpers De eindontwatering van zuiveringsslib gebeurt in Nederland vooral met centrifuges, zeefbandpersen en kamerfilterpersen. Deze technieken kenmerken zich door gebruik van chemicaliën (polymeer) en energie. Dat levert een grote kostenpost op. In dit kader zijn de waterschappen voortdurend op zoek naar slimmere technieken/technologieën voor slibontwatering, die minder polymeer en minder energie verbruiken (met hetzelfde of een beter ontwateringsresultaat). Ook onderhoud en betrouwbaarheid van de slibontwateringsapparatuur speelt een belangrijke rol.

18 18 De schroefpers is een alternatieve ontwateringstechniek. Met deze techniek kan potentieel op polymeer en energie worden bespaard. Ontwateren met een schroefpers wordt al langer toegepast, maar dan met name voor afvalstromen als mest en compost. Bij de Nederlandse waterschappen is geen ervaring met het ontwateren van zuiveringsslib met behulp van een schroefpers. Samen met een aantal waterschappen zijn kleinschalige ontwateringstesten uitgevoerd. Waaronder op rwzi Den Helder. Op de rwzi Tollebeek is een wat langduriger test uitgevoerd. Met deze experimenten is de toepassing van slibontwatering met een schroefpers verkend. Tot op heden zijn de resultaten 3 wisselend, de techniek wordt verder ontwikkeld Gruisontwatering Sinds 2008 zijn de Rijksuniversiteit Groningen, Water & Energy Solutions en Waterschap Noorderzijlvest bezig met onderzoek naar het beter ontwateren van rioolwaterzuiveringsslib door het toevoegen van deeltjes die niet samendrukbaar zijn, in dit geval steenkoolgruis. De toegevoegde deeltjes zorgen vermoedelijk voor een sterkere structuur van de slibkoek, waardoor deze minder snel dichtslibt, Hierdoor kan verder ontwaterd worden. In het project, uitgevoerd door de projectgroep Gruisontwatering in samenwerking met STOWA, worden de mogelijkheden voor zogenoemde gruisontwatering in Nederland nader onderzocht, via bureaustudie en laboratoriumonderzoek. Het onderzoek richt zich op de technische mogelijkheden, maar ook op de economische en juridische aspecten van deze nieuwe vorm van slibontwatering. Naast de toepassing van kolengruis wordt gekeken of het toevoegen van slibverbrandingsassen hetzelfde effect heeft. Gruisontwatering wordt reeds toegepast op de rwzi in Bottrop (Duitsland), waar hoge (40%) drogestofgehaltes behaald worden. Normaal ligt dit tussen de 20 en 30 procent. De reden is dat er, als gevolg van kolenmijnen in de omgeving, oorspronkelijk veel kolengruis in het afvalwater aanwezig was. Een bijkomend voordeel van kolengruis is de verhoging van de calorische waarde van het granulaat na droging. 3 Rapport Stowa , Slibontwatering met een schroefpers, ISBN

19 19 Bijlage 1 Deelnemers projectgroep Energiefabriek Dit rapport was niet tot stand gekomen zonder de bijdragen van onderstaande collega s: Bob de Boer, Projectleider Waterketen Hans Bout, Hoofd Cluster Kennis & Ontwikkeling Waterketen Paul Broersma, Beleidsontwikkelaar Waterketen Fred Duineveld, Hoofd Cluster Beheer Rayon Zuid, Waterketen Simon Gaastra, Technoloog Waterketen Fons Geijsen, Adviseur Waterketen Jeroen Goverde, Teamleider Beheer Waterketen Frank Groot, Projectleider Waterketen Anton van der Kraan; Technisch Adviseur Ingenieursbureau Dirk Koot, Technoloog Waterketen Ralph Kramer, Maintenance Engineer Waterketen Rudy Petiet, Technisch Adviseur Ingenieursbureau Gerrit Post, Adviseur beheer, Rayon Zuid Waterketen George Zoutberg, Technisch adviseur, Onderzoek