Methaan- en lachgasemissies uit afvalwater

Nederlandse Organisatie voor toegepast-natuurwetenschappelijk onderzoek / Netherlands Organisation for Applied Scientific Research Laan van Westenenk 501 Postbus 342 7300 AH Apeldoorn TNO-rapport R 2004/486 Methaan- en lachgasemissies uit afvalwater www.mep.tno.nl T 055 549 34 93 F 055 549 32 01 info@mep.tno.nl Datum november 2004 Auteurs Ir. J. Oonk Projectnummer 35378 Trefwoorden Bestemd voor broeikaseffect methaanemissies lachgasemissies afvalwaterzuivering SenterNovem t.a.v. A. Nout Postbus 8242 3503 RE Utrecht Alle rechten voorbehouden. Niets uit deze uitgave mag worden vermenigvuldigd en/of openbaar gemaakt door middel van druk, fotokopie, microfilm of op welke andere wijze dan ook zonder voorafgaande toestemming van TNO. Indien dit rapport in opdracht werd uitgebracht, wordt voor de rechten en verplichtingen van opdrachtgever en opdrachtnemer verwezen naar de Algemene Voorwaarden voor onderzoeksopdrachten aan TNO, dan wel de betreffende terzake tussen de partijen gesloten overeenkomst. Het ter inzage geven van het TNO-rapport aan direct belanghebbenden is toegestaan. 2004 TNO

TNO-MEP R 2004/486 2 van 33 Conclusies en samenvatting Afvalwaterzuivering is een bron voor zowel methaan als N 2 O. In dit rapport wordt een methode voorgesteld om deze methaan- en N 2 O-emissies te kwantificeren voor zowel communale afvalwaterzuiveringen (AWZI s), septic tanks en industriële AWZI s. Totale methaan- en lachgasemissies uit communale AWZI s kunnen worden berekend als: CH 4, AWZI (in kg jr -1 ) = 0,0085 * CZV influent (in kg jr -1 ) N 2 O AWZI (in kg jr -1 ) = 0,01 * N kj, influent (in kg jr -1 ) De methaanemissies uit septic tanks worden berekend uit het aantal personen zonder aansluiting op de riolering (n st ): CH 4, st (in kg jr -1 ) = 7,5* n st (in kg jr -1 ) Voor industriële AWZI s is gebruik gemaakt van bekende ontwerpcapaciteiten van anaërobe zuiveringen. De methaanemissies uit industriële anaërobe AWZI s worden berekend als: CH 4ind (in kg jr -1 ) = 0,056 * capaciteit (in i.e.) De aldus berekende emissies voor 2002 staan weergegeven in Tabel S1. Tabel S1 Emissies uit afvalwaterzuivering in 2002. CH 4 en N 2 O (kton) CO 2 -equivalenten (kton) emissies communale AWZI s: 8,0 kton CH 4 170 0,9 kton N 2 O 270 emissies septic tanks 2 kton CH 4 40 emissies industriële AWZI s 0,3 kton CH 4 6 490 De methaanemissies uit waterzuivering zijn hiermee een kleine bron. Om die reden wordt voorgesteld de internationaal geaccepteerde emissiefactoren van IPCC (1996, 2001) over te nemen, alhoewel er aanwijzingen zijn dat dit leidt tot een overschatting van de werkelijke emissie. Aanbevolen wordt om deze inzichten in te brengen in het IPCC-proces, welke binnenkort van start gaat en welke mogelijk zal leiden tot vaststellen van nieuwe default-waarden.

TNO-MEP R 2004/486 3 van 33 Inhoudsopgave Conclusies en samenvatting...2 1. Inleiding...5 2. Ontstaan van methaan en lachgas in afvalwaterzuivering...6 2.1 Beschrijving van het systeem...6 2.2 Karakterisering van Nederlandse AWZI s...7 2.3 Ontstaan van methaan...8 2.4 Lachgas...9 3. Emissies uit communaal afvalwater...10 3.1 Methaanemissies uit AWZI s...10 3.1.1 IPCC-Methodiek...10 3.1.2 Stap 1: bepaal de hoeveelheid biodegradeerbare organische component en de hoeveelheid slib...10 3.1.3 Stap 2: bepaal de emissiefactor van methaan uit afvalwater en slibbehandeling...12 3.1.4 Stap 3: bepaal de emissie van methaan...17 3.2 Emissies uit septic tanks...18 3.2.1 Stap 1: bepaal de hoeveelheid biodegradeerbare organische component en de slibvorming...18 3.2.2 Stap 2: bepaal de emissiefactor van methaan uit afvalwater...18 3.2.3 Stap 3: bepaal de emissie van methaan...19 3.3 Lachgasemissies...19 4. Emissies uit industrieel afvalwater...22 4.1 Industrieel afvalwater, beschikbare gegevens...22 4.2 Bepaling van methaanemissies...22 4.2.1 Stap 1: bepaal de hoeveelheid biodegradeerbare organische component in de anaërobe vergister...22 4.2.2 Stap 2: bepaal de vorming van methaan in de anaërobe vergister...23 4.2.3 Stap 3: bepaal de emissie van methaan...24 5. Uitwerking methodiek...25 5.1 Methaanemissies uit AWZI s...25 5.2 Methaanemissies uit septic tanks...27 5.3 Lachgasemissies uit AWZI s...27 5.4 Methaanemissies uit industriële AWZI...28 5.5 Resultaten voor 2002...29

TNO-MEP R 2004/486 4 van 33 6. Referenties...29 7. Verantwoording...33

TNO-MEP R 2004/486 5 van 33 1. Inleiding Achtergrond Methaan (CH 4 ) en lachgas (N 2 O) zijn broeikasgassen, waarvoor in 1997 in Kyoto afspraken zijn gemaakt voor emissiereductie. Tegelijkertijd zijn in de revised IPCC-guidelines (IPCC, 1996) afspraken gemaakt hoe de sterktes van de bronnen kunnen worden gekwantificeerd. In de good-practice guidelines (IPCC, 2000) zijn aanvullende aanbevelingen opgenomen, wanneer af te wijken van de in 1996 vastgestelde default-methode en hoe deze afwijking vervolgens te documenteren. Methaan en lachgas uit de waterlijn van de afvalwaterverwerking is door DHV geïdentificeerd als een mogelijk belangrijke bron (0,095 Mton CO 2 -equivalenten), waarvan de bronsterkte momenteel onvoldoende goed vastligt. De studie van DHV had, in tegenstelling tot wat de titel methaanemissies uit de waterlijn van de afvalwaterverwerking doet vermoeden, uitsluitend betrekking op methaanemissies veroorzaakt door anaërobe gistingsreactoren bij industriële bedrijven en niet door installaties waarin communaal afwater wordt behandeld. In vervolg op deze studie is daarom door CBS in het kader van werkzaamheden binnen de taakgroep MEWAT een snelle ruwe schatting gemaakt van de mogelijke methaanemissies uit communale rioolwaterzuiveringsinstallaties. Uit deze ruwe schatting blijkt dat mogelijk 11 kton methaan, overeenkomend met 0,24 Mton CO 2 -equivalenten, uit communale rioolwaterzuiveringsinstallaties zou kunnen vrijkomen. De resultaten van beide exercities samen (0,34 Mton) zijn niet verwaarloosbaar klein. Voor NOVEM is dit aanleiding geweest om TNO-MEP te verzoeken om een projectvoorstel te maken voor twee protocollen waarmee de emissies uit beide bovenstaande bronnen jaarlijks geschat kunnen worden in het kader van de jaarlijkse emissiejaarrapportage. Doelen 1. Methodiekontwikkeling Om emissieberekeningen te kunnen uitvoeren zullen de werkbare methodes moeten worden verkend en ontwikkeld die jaarlijks kunnen worden toegepast om de emissies te bepalen volgens de globale richtlijnen van IPCC. 2. Emissieberekeningen van 1990 t/m 2003 Op grond van de ontwikkelingen in activiteiten zullen emissieberekeningen voor de gehele reeks van jaren van 1990 t/m 2003 moeten worden uitgevoerd. Deze ontwikkeling van emissies wordt separaat gerapporteerd. 3. Beschrijving van de methodieken in protocollen De methodiek die jaarlijks zal worden toepast moet worden beschreven volgens een van te voren vastgelegd format. In de protocollen zal tevens aandacht worden besteed aan de toekomstige kwaliteitscontrole (QA/QC-procedures). Ook deze procedures worden separaat gerapporteerd.

TNO-MEP R 2004/486 6 van 33 2. Ontstaan van methaan en lachgas in afvalwaterzuivering 2.1 Beschrijving van het systeem Figuur 1 geeft een vereenvoudigd schema van een AWZI. Afvalwater wordt aangevoerd en komt meestal terecht in een ontvangwerk. Hier komen gassen vrij (geur, CH 4 ) die in het afvalwater opgelost zitten, of die via microbiële activiteit ontstaan. Vervolgens passeert het afvalwater nog een rooster, ter verwijdering van de grove delen (takken, stenen, pastic) en een zandvanger. In veel gevallen wordt het afvalwater daarna voorbezonken in voorbezinktanks. Op deze plek wordt het primair slib en bezinksel uit riool verwijderd. Vervolgens gaat het afvalwater de eigenlijke waterzuivering in. Deze waterzuivering bestaat uit een groot aantal stappen; de hoofdstap is de omzetting van verontreinigingen onder aërobe omstandigheden in een beluchtingstank of beluchtingsbassin. Deze aërobe behandeling kan vooraf worden gegaan door een anaërobe behandeling of een anoxische behandeling ten behoeve van de defosfatering respectievelijk denitrificering. CH 4 biofilter afvalwater verzameling en transport ontluchting CH 4 N 2 O CH 4 ontvangstkelder slibnabezinking voorbezinking beluchtingsbassin effluent anaëroob/anoxisch deel aëroob deel secundair slib CH 4 CH 4 slibvoorbehandeling slibgisting digestaat primair slib/sediment andere wijze van slibverwerking eventuele reststoffen Figuur 1 Vereenvoudigde weergave van een AWZI en haar bronnen voor methaan en lachgas. Tijdens de aërobe zuivering van afvalwater ontstaat zuiveringsslib (dit slib ontstaat ook tijdens het anaërobe proces). Dit zuiveringsslib wordt voor een belangrijk deel gevormd door de bacteriepopulatie, verantwoordelijk voor de aërobe afbraak van organisch materiaal (zie boven). In de nabezinking wordt slib uit het effluent verwijderd en teruggevoerd in het beluchtingsbassin. Een spui aan zuiveringsslib wordt via de slibnabezinking uit het beluchtingsbassin verwijderd, wat ontwaterd en vervolgens en in ongeveer de helft van de gevallen in Nederland anaëroob ver-

TNO-MEP R 2004/486 7 van 33 gist, samen met het primaire slib. Ook tijdens deze anaërobe vergistingsstap ontstaat methaan. In de andere helft van de waterzuiveringen wordt het slib niet vergist maar op een andere manier omgezet. In de meeste gevallen betreft dit een slibcompostering (aërobe omzetting), of wordt slib simultaan met de CZV omgezet in het beluchtingsbassin van de waterzuivering. Hierbij ontstaat geen biogas, maar alleen CO 2. Na slibvoorbewerking wordt het slib gedroogd en gaat de slib tenslotte naar de eindverwerking. Deze eindverwerking kan composteren of storten zijn; in de laatste jaren wordt het grootste deel van het slib verbrand. Omdat tijdens de slibgisting en de daaropvolgende droging niet al het organisch materiaal in het gist is omgezet, kan in de stortplaats hieruit methaan ontstaan. Deze methaanemissie wordt echter meegenomen in de kwantificering van methaanemissies uit stortplaatsen. 2.2 Karakterisering van Nederlandse AWZI s CBS verzamelt karakteristieken en prestaties van de Nederlandse AWZI s. Deze studie is voor een belangrijk deel gebaseerd op de bestanden van CBS. Een aantal relevante gegevens voor 2002 van de AWZI s in Nederland uit de CBS-bestanden wordt hieronder weergegeven: Tabel 1 Gegevens AWZI s in 2002 (CBS, 2004). Aantal AWZI s 380 Totale debiet afvalwater 2 miljard m 3 jr -1 Totaal aangesloten populatie 15.700.000 personen Vervuilingswaarde 26,8 miljoen inwonerequivalenten CZV in 939 miljoen kg jr -1 ; 60 kg cap -1 jr -1 CZV uit 90 miljoen kg jr -1 ; 90% verwijderingsrendement N kj,in 86 miljoen kg jr -1 ; 5,5 kg cap -1 jr -1 1) N totaal,uit - 1) Som van N Kj en NO 3 28 miljoen kg jr -1 ; 67% verwijderingsrendement Onderscheid kan worden gemaakt tussen hoogbelaste en laagbelaste installaties. Het belangrijkste verschil tussen beide is de hoeveelheid actief slib in het bassin ten opzichte van de aanvoer van organische verontreiniging in het afvalwater. De laagbelaste installaties zijn over het algemeen wat kleiner. In veel laagbelaste installaties wordt het slib simultaan met de organische verontreinigingen gemineraliseerd in het beluchtingsbassin. Tabel 2 laat echter zien, dat dit niet het karakteristieke onderscheid is tussen hoogbelaste en laagbelaste installaties. Bij het opzetten van de methodiek is nagegaan of het zinvol is om onderscheid te maken tussen beide soorten installaties. Echter bij de methodiek die in hoofdstuk 3 wordt voorgesteld, levert dit onderscheid geen voordelen op en om die reden is hier verder vanaf gezien.

TNO-MEP R 2004/486 8 van 33 Tabel 2 Onderscheid hoogbelaste en laagbelaste AWZI s (CBS, 2004). Laagbelast Hoogbelast Aantal installaties 321 59 totaal debiet (m 3 ) 1,28 miljard 0,76 miljard gem. debiet per installatie (m 3 ) 4 miljoen 13 miljoen CZV in (kg jr -1 ) 590 349 CZV- verwijderingsrendement 91% 89% N Kj,in (kg jr -1 ) 53 33 N tot -verwijderingsrendement 75% 55% hoeveelheid slib verwerkt door slibgisting 1) 38% 81% hoeveelheid slib gemineraliseerd in het 54% 3% beluchtingsbassin 1) 1) Percentages hebben betrekking op de fractie van het geproduceerde slib, dat wordt gemineraliseerd in het beluchtingsbassin, resp. wordt vergist in een slibgisting. 2.3 Ontstaan van methaan Onder aërobe omstandigheden wordt biodegradeerbaar organisch materiaal (DOC) in het afvalwater bacteriologisch omgezet naar CO 2. Methaan wordt gevormd onder anaërobe omstandigheden. DOC in afvalwater in of het slib wordt hierbij in een eerste stap gehydrolyseerd en vervolgens door methanogene bacteriën omgezet in biogas: een mengsel van CO 2 en methaan. CO 2 CO 2 DOC Figuur 2 aëroob slib anaëroob biogas biogas Vorming van methaanhoudend biogas uit organisch materiaal. De overall reactievergelijking van de anaërobe omzetting van DOC is (CH 2 O) n ½ n CH 4 + ½ n CO 2 Volgens deze reactievergelijking wordt per kg DOC 16/60 ( 0,27) kg methaan gevormd, hetgeen goed in overeenstemming is met de defaultwaarden die IPCC formuleert: 0,25 kg methaan per kg anaëroob omgezette DOC en 0,2 kg methaan per kg anaëroob omgezet slib (IPCC, 1996, GPG-background papers, 2001).

TNO-MEP R 2004/486 9 van 33 2.4 Lachgas Lachgas kan ontstaan als nevenproduct bij nitrificatie en denitrificatie van stikstofhoudende verontreinigingen. Tijdens de nitrificatie wordt ammonium omgezet tot nitraat: NH 4 + NH 2 OH NO 2 - NO 3 - Wanneer onvoldoende zuurstof aanwezig is, kan NO 2 - als oxidant dienen, waarbij N 2 O ontstaat. N 2 O wordt ook gevormd tijdens de opvolgende denitrificatie: NO 3 - NO 2 - NO N 2 O N 2 Nitrificatie- en denitrificatieprocessen zijn wereldwijd de belangrijkste bron voor N 2 O. De bulk hiervan ontstaat uit stikstof in al dan niet bemeste bodems. N 2 O uit nitrificatie/denitrificatie heeft in de afgelopen 10 jaar dan ook veel aandacht gehad en de kennis van N 2 O-vorming in de bodem staat aan de basis van de IPCCemissiefactoren. IPCC geeft een default waarde van 0,01 kg N 2 O-N per kg afvalwater-n. Dit is echter zeer onzeker, gezien de range die IPCC (1996, 2001) zelf aangeeft (0,002-0,12 kg N 2 O-N per kg afvalwater-n).

TNO-MEP R 2004/486 10 van 33 3. Emissies uit communaal afvalwater 3.1 Methaanemissies uit AWZI s 3.1.1 IPCC-Methodiek Als methodiek voor het kwantificeren van methaanemissies uit AWZI s beveelt IPCC (1996) de volgende driestappenmethode aan: Stap 1: bepaal de hoeveelheid biodegradeerbare organische component en de hoeveelheid slib. Stap 2: bepaal de emissiefactor van methaan uit afvalwater en slibbehandeling. Stap 3: bepaal de emissie van methaan. Voor al deze stappen definieert IPCC (1996, 2001) default-waarden, waarvan gemotiveerd kan worden afgeweken. Voorgesteld wordt om bij de kwantificering van methaanemissies dicht bij deze IPCC-methodiek te blijven. In de volgende paragrafen wordt de IPCC-methodiek stap voor stap doorlopen. 3.1.2 Stap 1: bepaal de hoeveelheid biodegradeerbare organische component en de hoeveelheid slib a) bepaling hoeveelheid organische componenten in afvalwater De hoeveelheid biodegradeerbare organische component (DOC) in het afvalwater wordt niet gemeten. In plaats daarvan worden twee indicatoren bepaald, welke er veel op lijken: het biologisch zuurstofverbruik (BZV) en het chemisch zuurstofverbruik (CZV): Het biologisch zuurstofverbruik wordt bepaald door afvalwater te enten met actief slib en gedurende een bepaalde tijd (veelal 5 dagen) aan een zuurstofrijke omstandigheden bloot te stellen en de consumptie van zuurstof en de vorming van CO 2 te bepalen. Deze BZV 5 is echter een onderschatting van de biodegradeerbare organische component, omdat een deel van het biodegradeerbaar materiaal in deze vijf dagen onder aërobe omstandigheden niet is omgezet. Eigenlijk zou een BZV-test oneindig lang moeten worden doorgevoerd (BZV u ) om een goede indruk te krijgen van afbreekbare organische component. BZV 5 is in de ordegrootte van 60-70% van BZV u (Metcalf and Eddy, 1991). Het chemisch zuurstofverbruik wordt bepaald door afvalwater met een chemische oxidant (dichromaat) gedurende twee uur te verhitten. De CZV wordt vervolgens bepaald uit de dichromaatconsumptie. De CZV is echter een overschatting van de biodegradeerbare component, omdat ook niet biologisch afbreekbaar organisch materiaal en bepaalde metalen kunnen reageren met dichromaat.

TNO-MEP R 2004/486 11 van 33 IPCC (1996, 2000) en Doorn et al. (1997) bevelen aan om CZV te gebruiken als indicator voor BOC. IPCC geeft een default-methode om de hoeveelheid biodegradeerbare organische component in te schatten op basis van bevolkingsgrootte en een schatting voor de per capita productie van DOC. In Nederland is echter de CZV-toevoer aan en omzetting in zuiveringsinstallaties goed bekend en daarom wordt voorgesteld om de Nederlandse kwantificering hierop te baseren, in plaats van op de bevolkingsomvang. b) vaststellen hoeveelheid geproduceerd slib De hoeveelheid in het beluchtingsbassin van AWZI s geproduceerd slib wordt in Nederland niet door CBS geregistreerd. Een aantal slibgerelateerde parameters wordt echter wel bijgehouden, zoals de biogasproductie uit slibgistingsinstallaties, de hoeveelheid droge stof en organische droge stof in het digestaat van de slibgisting. Voor 2001 zijn bovendien gegevens bekend van de omzetting van droge stof in de slibgisting. Voor 2001 kan dus een inschatting worden gemaakt van de hoeveelheid organische droge stof voor slibgisting uit de omzetting van droge stof en de hoeveelheden droge stof en organische droge stof. Wanneer de hoeveelheid organische droge stof in het slib wordt vergeleken met statistieken uit 2001 over de afname van CZV in AWZI s en de hoeveelheid geproduceerd biogas in de gistingsinstallaties, dan lijkt 40% van de CZV in AWZI s te zijn omgezet naar slib; omzetting van organisch materiaal in het slib produceert vervolgens 1,1 m 3 biogas per kg omgezette droge stof (CBS, 2004). Tabel 3 Verwijdering van CZV en vorming van organische droge stof (o.d.s.) in slib voor AWZI s met slibgisting: interpretatie van CBS-gegevens over 2001. CZV, slib en biogasafbraak en vorming totaal van de installaties met slibgisting opmerking omzetting CZV 257 miljoen kg 1) 27% van totale Nederlandse CZV-verwijdering in 2001 opname o.d.s. in slib 91 miljoen kg 35% van afname CZV omzetting o.d.s. in slibgisting 38 miljoen kg 42% van de o.d.s. in slib productie van biogas 44 miljoen m 3 1,1 m 3 per kg o.d.s. omgezet 1) N.B. deze gegevens wijken iets van de gegevens in tabel 1, welke betrekking hebben op het jaar 2002. De kwaliteit van de inschatting van de geproduceerde hoeveelheid slib lijkt goed. Dit wordt bevestigd doordat de onafhankelijk van elkaar gemeten gasproductie en de statistieken over slibproductie goed met elkaar in overeenstemming zijn. Theoretisch wordt per kg omgezet organisch materiaal iets minder dan 1 m 3 biogas geproduceerd. De biogasproductie zoals die bij de AWZI s wordt gemeten, is gebaseerd op nat biogas en wordt niet P,T-gecorrigeerd en daarmee kan de iets verhoogde waarde van 1,1 m 3 per kg omgezet organisch materiaal worden verklaard.

TNO-MEP R 2004/486 12 van 33 Voorgesteld wordt om in de Nederlandse methodiek aan te nemen dat 35% van de binnenkomende CZV als slib wordt verkregen. 3.1.3 Stap 2: bepaal de emissiefactor van methaan uit afvalwater en slibbehandeling a) vorming in afvalwater De vorming van methaan (CH 4,form ) in afvalwater kan worden berekend uit de totale omzetting van DOC en de fractie hiervan die onder anaërobe omstandigheden wordt omgezet: EF AWZI = B 0 * η DOC * MCF AWZI B 0 is hierin de hoeveelheid methaan (in kg), welke wordt gevormd bij de anaërobe omzetting van 1 kg BOD. IPCC (1996) geeft een default voor B 0 van 0,25 kg per ton DOC. Deze defaultwaarde is in overeenstemming met de theoretische vorming van methaan uit koolwaterstoffen. 1 Er is geen aanleiding om hiervan af te wijken voor de NL situatie. η DOC is de mate waarin DOC wordt omgezet naar gasvormige componenten (in %). Het rendement DOC kan worden bepaald uit statistieken over het effluent in Nederlandse zuiveringsinstallaties. Het gemiddelde verwijderingsrendement van CZV in Nederlandse AWZI s is 90%. 10% van de CZV wordt omgezet in actief slib (zie 3.1.2 onder b), dus de conversie naar gasvormige componenten is 80%. MCF AWZI is de methaan correctie factor; de fractie van de DOC welke onder anaërobe omstandigheden wordt afgebroken. Afvalwater in de verzamel- en transportleidingen van het riool en in de eerste behandelingsstappen van een AWZI kan aan anaërobe omstandigheden worden blootgesteld. Het is bekend dat hierbij methaan wordt gevormd. De bepaling van MCF levert echter problemen op, omdat goede informatie nog ontbreekt. IPCC-default De IPCC-default waarden (IPCC, 1996), wanneer geen verdere informatie beschikbaar is, is 0. In een attachment bij de backgroundpapers bij de IPCC-Good practice guidelines (IPCC, 2001) wordt verwezen naar Doorn et al. (1997). Deze 1 Wanneer de wat beter afbreekbare koolwaterstoffen (met de bruto-formule (CH 2 O) n ) onder anaërobe omstandigheden worden omgezet, kan de theoretische methaanvorming worden berekend uit: (CH 2 O)n ½ n CH 4 + ½ N CO 2 Theoretisch wordt per mol CH 2 O (30 g) een halve mol (8 g) CH 4 geproduceerd, hetgeen overeen komt met 0,27 g methaan per g CH 2 O omgezet.

TNO-MEP R 2004/486 13 van 33 stelt een waarde van 5% voor Amerikaanse AWZI s en een waarde van 3,5% voor Europese installaties. Uit verblijftijden in anaërobe deel en vormingssnelheden van methaan Op basis van statistieken van het aanwezige leidingensysteem en het volume aan afvalwater verzameld, getransporteerd en behandeld (CBS, 2004) kan een inschatting worden gemaakt van de gemiddelde verblijftijd van afvalwater onder deze anaërobe omstandigheden. Tabel 4 geeft een overzicht van de gemiddelde verblijftijd in de diverse anaërobe zones. Tabel 4 Gemiddelde verblijftijd in rioolsysteem en anaërobe en anoxische zones in de AWZI. Gemiddelde verblijftijd (indien aanwezig) gemeentelijk rioolstelsel n.b. 1) transportstelsel 5 uur % AWZI s met anaërobe of anoxische voorfase anaërobe voorfase 1¼ uur 24% anoxische voorfase 1¼ uur 22% 1) n.b. is niet bekend Tabel 4 geeft de gemiddelde verblijftijd. Afvalwater, zoals dat in het riool terecht komt is echter niet homogeen. Een belangrijk deel van het organisch materiaal is echter vast en dit rioolsediment heeft een langere verblijftijd en kan dagen in het riool blijven. Hierbij speelt mee dat Nederland vlak is en het rioolwaterstelsel niet onder een al te groot afschot kan worden ontworpen, waardoor vooral in tijden met weinig neerslag de verblijftijd van het rioolsediment lang is (Korving, 2004). Figuur 2 geeft de afbraak van DOC weer in afvalwater onder anaërobe omstandigheden bij 35 C. Uit deze figuur blijkt dat onder deze omstandigheden en bij een verblijftijd van enkele dagen, enkele procenten van organisch materiaal kunnen worden omgezet. De omzetting van DOC is echter sterk temperatuurafhankelijk en bij lagere temperaturen neemt de snelheid van methaanvorming snel af. Echter zelfs bij temperaturen rond 10 C kan methanogenese nog optreden (Burton en Watson-Craik, 1997).

TNO-MEP R 2004/486 14 van 33 Figuur 3 Omzetting van COD (chemical oxygen demand, CZV) in afvalwater onder anaërobe omstandigheden (Valentini et al., 1997). De daadwerkelijke vorming is afhankelijk van onder meer verblijftijd in de anaërobe zones en de temperatuur in het riool. Hiermee zal de mate van anaërobe omzetting sterk seizoensgecorreleerd zijn: in de winter zijn de temperaturen laag en is ook de verblijftijd kort als gevolg van de verhoogde regenval en zal de methanogenese minder zijn, dan in de zomermaanden. Als anaërobe afbraak van organisch materiaal daadwerkelijk optreedt in het rioleringsstelsel, dan komt dit mogelijk tot uitdrukking in een seizoensfluctuatie van het CZV-aanbod aan de AWZI s. Figuur 3 geeft de seizoensfluctuatie weer van het CZV aanbod, zoals in 2003 is waargenomen op de AWZI s van het waterschap Vallei en Eem (van Doorn, 2004). Voor de maanden juli, augustus en september wordt een lichte daling waargenomen. Dit hoeft echter niet geheel door omzetting in het rioleringsstelsel te worden veroorzaakt, maar kan ook deels een andere oorzaak hebben. 1 Uit figuur 3 kan echter wel een bovenschatting voor de afbraak in het riool worden vastgesteld. Als wordt aangenomen dat het aanbod van CZV gedurende het jaar constant is, fluctuaties in CZV geheel verklaard kunnen worden door afbraak van CZV in het rioleringsstelsel en als de afbraak in het rioleringsstelsel in de koude, natte wintermaanden verwaarloosbaar wordt verondersteld, dan wordt voor de maanden juli, augustus en september een gemiddelde afbraak van 13% berekend, oftewel een jaargemiddelde afbraak van 3,5%. 1 Een reden kan ook worden gevonden in de vakantieperiode, tijdens welke minder mensen in de omgeving verblijven. Dit vakantie-effect wordt deels gecompenseerd door de AWZI s te Bennekom en Woudenberg, waar veel campings op zijn aangesloten. N.B. er wordt ook een lichte daling waargenomen in maart. Dit kan in ieder geval deels worden verklaard uit de vogelpestepidemie, welke in die maanden heeft geleid tot de ruiming en tijdelijke sluiting van veel kippenhouderijen en slachterijen in de regio.

TNO-MEP R 2004/486 15 van 33 2,5 CZV aanbod t.o.v. gemiddeld 2 1,5 1 0,5 0 dec-02 mrt-03 jun-03 okt-03 jan-04 maand Renkum Amersfoort Ede Soest Veenendaal Nijkerk Bennekom Bunschoten Woudenberg gemiddelde Figuur 4 Fluctuatie van het aanbod van CZV ten opzichte van het jaargemiddelde aanbod in 2003 voor AWZI s. De methaan die in het riool wordt gevormd, komt waarschijnlijk voor een belangrijk deel vrij in de ontvangstkelder. Om geuroverlast te voorkomen wordt lucht uit de opvangkelder vaak behandeld in een biofilter. In dit biofilter wordt ook een deel (in de ordegrootte van 50%: Gebert et al, 2001; Scharff et al, 2003) van de methaan afgebroken. Strikt genomen zou een correctie voor afbraak in dit biofilter in stap 3 niet in de MCF AWZI moeten worden meegenomen. Echter om de methodiek voor inschatten van methaanemissies uit AWZI s in overeenstemming met de IPCCmethodiek te houden, definiëren we hier MCF AWZI = vorming in riool* (1-fractie afgebroken in het biofilter). Conclusie In het rioleringsstelsel kan methaan ontstaan, met name in de zomermaanden als gevolg van een combinatie van hoge temperaturen en lange verblijftijden. Op basis van de interpretatie van de seizoensfluctuatie van het CZV-aanbod aan AWZI s, lijkt deze anaërobe afbraak van organisch materiaal in het riool beperkt te blijven tot maximaal 3,5%. De helft hiervan zal worden omgezet in het biofilter van de ontvangstkelder, zodat MCF maximaal 2% zal bedragen. Interpretatie emissiemetingen Er zijn enkele emissiemetingen beschikbaar van methaan uit AWZI s. Czepiel (1993) heeft in de zomermaanden via een groot aantal metingen aan allerlei onderdelen van één AWZI de verdeling van methaanemissies vastgesteld. Doorn et al. (1997) schatten op basis hiervan dat de methaanemissies op 1,7.10-3 g CH 4 per g BZV 5 verwijderd. Onder aanname van een verhouding CZV/BZV in het influent van 2,6 (samenstelling van Nederlands influent in 2002), wordt een methaanemissie berekend van 0,6.10-3 g CH 4 per g CVZ verwijderd. Per g CZV dat onder anaë-

TNO-MEP R 2004/486 16 van 33 robe omstandigheden wordt omgezet ontstaan 0,25 g CH 4 (B 0 = 0,25), dus de geschatte MCF uit deze meting is 0,24%. Hensen (2001) meet in de periode april-juni 2002 de totale methaanemissies aan vier AWZI s in Noord-Holland: in Heiloo wordt een emissie van 12-18 kton per jaar gemeten; in Alkmaar kunnen geen emissies worden vastgesteld; in Beverwijk wordt een emissie van 10-30 kton gemeten en bij Geestmerambacht wordt wel een methaanpluim waargenomen, maar deze wordt niet geïnterpreteerd. Al deze emissies zijn op grotere afstand van de bron gemeten en zijn dus inclusief eventuele emissies van de slibgisting. Deze waarden zijn dus maximale waarden voor emissies uit de waterlijn. In tabel 5 worden de emissies vergeleken met de specifieke CZV-afbraak in de desbetreffende installaties en is de CH 4 -productie uitgezet als percentage van de CZV-omzetting. Tabel 5 Interpretatie van resultaten emissiemetingen methaan uit AWZI s. CH 4 -emissie (% omgezet CZV) MCF (%) opmerking Czepiel et al. (1993) 0,06 0,24 sommatie van meetresultaten voor afzonderlijke delen AWZI, excl. slibgisting Hensen (2001) 0,3-0,4 1,2-1,6 Heiloo, incl. slibgisting 0 0 Alkmaar, inclusief slibgisting 0,1-0,2 0,4-0,8 Beverwijk, incl. slibgisting Conclusie MCF AWZI IPCC geeft een default-mcf AWZI van 0. Dit is niet helemaal reëel, aangezien wel degelijk methaan ontstaat in het rioleringsstelsel en in de anaërobe delen van de zuivering. In de backgroundpapers van de good practice guidelines (IPCC, 2001) wordt verwezen naar Doorn et al. (1997), welke de MCF AWZI voor Europese landen schatten op 3,5%. Emissiemetingen en een analyse van fluctuaties van CZVaanbod aan AWZI s lijken aan te geven dat ook deze 3,5% een overschatting kan zijn. De methaanemissies uit waterzuivering zijn echter een kleine bron (zie hoofdstuk 5.5) en dragen ook niet belangrijk bij aan de emissiereductie van broeikasgassen. Om die reden wordt voorgesteld qua emissiefactoren dicht bij de IPCC-methodiek te blijven en de MCF AWZI van 3,5% te handhaven. Aanbevolen wordt om bovenbeschreven inzichten in te brengen in het IPCC-proces, welke binnenkort van start gaat en welke mogelijk zal leiden tot nieuwe default-waarden voor MCF AWZI. b) vorming in slibgisting De methaan, welke wordt gevormd in de slibgisting kan worden berekend uit: EF slib = B 0, slib * rendement slib * MCF slib B 0, slib is hierin de hoeveelheid methaan (in kg), welke wordt gevormd bij de anaërobe omzetting van 1 kg BOD. IPCC (1996) geeft een default voor B 0 van 0,2 kg

TNO-MEP R 2004/486 17 van 33 per ton DOC. Deze defaultwaarde is in overeenstemming met de theoretische vorming van methaan uit koolwaterstoffen. 1 Rendement slib is de omzetting van slib in de anaërobe vergister. In een anaërobe vergister wordt gemiddeld 42% van het organisch materiaal omgezet (zie tabel 3). MCF slib is de methaan correctie factor; de fractie van de het organisch materiaal in het slib welke onder anaërobe omstandigheden afbreekt. Ongeveer 54% van de DOC in Nederland wordt afgebroken in een installatie met slibgisting (gewogen gemiddelde laag- en hoogbelaste installaties, zie ook tabel 2), dus de MCF slib is 0,54. 3.1.4 Stap 3: bepaal de emissie van methaan a) emissie in afvalwater De emissie in afvalwater kan vervolgens worden bepaald uit CH 4, AWZI = DOC AWZI * EF AWZI b) emissie in de slibgisting CH 4, slib = slib * EF slib * (1-MR slib ) MR slib is de fractie van de methaan die wordt afgevangen en verbrand in ketels, gasmotoren of fakkels. IPCC (2001) stelt de emissiefactoren voor van Hobson en Palfrey (1996), welke de methaanverliezen als gevolg van lekkage uit anaërobe slibvergisting schatten op 6-11% (zie tabel 6). In Nederland zijn alle slibvergisters uitgerust met vaste daken, dus het methaanverlies zal beperkt zijn en waarschijnlijk nog minder zijn dan deze 6% aan de onderkant van de range (Luning, 2004). De MR slib is voor Nederland dus minimaal 94%. 1 Wanneer de wat beter afbreekbare koolwaterstoffen (met de bruto-formule (CH 2 O) n ) onder anaërobe omstandigheden worden kan de theoretische methaanvorming worden berekend uit: (CH 2 O)n ½ n CH 4 + ½ N CO 2 Theoretisch wordt per mol CH 2 O (30 g) wordt een halve mol (8 g) CH 4 geproduceerd, hetgeen overeen komt met 0,27 g methaan per g CH 2 O omgezet.

TNO-MEP R 2004/486 18 van 33 Tabel 6 Lekken uit anaërobe slibgisting (Hobson en Palfrey, 1996; IPCC, 2001). Diffuse emissies 5% Watt (1994) Verliezen via annulaire ruimte drijvende daken Venting en onvolledige verbranding in fakkels/gasmotoren 0-5% 0% voor vaste daken; 5% voor drijvende daken 1% Totaal 6-11% 3.2 Emissies uit septic tanks De emissies uit septic tanks kan volgens dezelfde drie-stappen methodiek worden vastgesteld als emissies uit communaal afvalwater: 3.2.1 Stap 1: bepaal de hoeveelheid biodegradeerbare organische component en de slibvorming De hoeveelheid organische component verwerkt in septic tanks (DOC st ) kan worden berekend uit het per capita DOC-aanbod (DOC cap ) en het aantal personen aangesloten op septic tanks DOC st = n st * DOC cap Volgens opgave van RioNed (2004) zijn in Nederland in totaal 260.000 inwoners niet aangesloten op de riolering. Aangenomen wordt dat de afvalwaterproductie van deze groep even groot is als de afvalwaterproductie van de aangesloten Nederlanders en dus is het per capita vorming van BOD is deze groep 60 kg per capita (zie tabel 1). Aangenomen wordt dat de slibvorming verwaarloosbaar is, aangezien de verblijftijd in een septic tank voldoende lang is om slib vrijwel volledig te mineraliseren. 3.2.2 Stap 2: bepaal de emissiefactor van methaan uit afvalwater De emissiefactor wordt berekend uit EF st = B 0,st * η st * MCF st B 0,st is hierin de hoeveelheid methaan is (in kg), welke wordt gevormd bij de anaërobe omzetting van 1 kg BOD. IPCC (1996) geeft een default voor B 0 van 0,25 kg

TNO-MEP R 2004/486 19 van 33 per ton DOC. Deze defaultwaarde is in overeenstemming met de theoretische vorming van methaan uit koolwaterstoffen. 1 η st is de mate waarin DOC wordt omgezet. Aangenomen wordt dat de verblijftijd in een septic tank zo lang is dat alle organische componenten volledig worden omgezet. Doorn en Liles (1999) schatten dat 50% van het organisch materiaal in een septic tank anaëroob wordt afgebroken en dus methaan genereert. De MCF st voor septic tanks wordt dus vastgesteld op 0,5. 3.2.3 Stap 3: bepaal de emissie van methaan De methaanemissie uit septic tanks (CH 4,st ) kan worden berekend uit: CH 4, st = DOC st * EF st 3.3 Lachgasemissies IPCC-methodiek N 2 O ontstaat tijdens nitrificatie/denitrificatieprocessen in de AWZI. De emissie van N 2 O (N 2 O AWZI ) kan worden berekend uit het stikstofgehalte in het influent N Kj,influent en het omzettingsrendement van stikstof in de AWZI (η Nkj ) N 2 O AWZI = EF N2O * N Kj, influent * η Nkj IPCC geeft een default waarde voor EF N2O van 0,01 kg N 2 O-N per kg N Kj, welke in de AWZI wordt omgezet. De waarde van deze default-waarde is gebaseerd op inzichten in vorming van N 2 O tijdens nitrificatie/denitrificatie processen in landbouwgronden. De waarde is echter zeer onzeker, gezien de range die IPCC zelf aangeeft (0,002-0,12 kg N 2 O-N per kg afvalwater-n). 1 Wanneer de wat beter afbreekbare koolwaterstoffen (met de bruto-formule (CH 2 O) n ) onder anaërobe omstandigheden worden omgezet kan de theoretische methaanvorming worden berekend uit: (CH 2 O)n ½ n CH 4 + ½ N CO 2 Theoretisch wordt per mol CH 2 O (30 g) een halve mol (8 g) CH 4 geproduceerd, hetgeen overeen komt met 0,27 g methaan per g CH 2 O omgezet.

TNO-MEP R 2004/486 20 van 33 Emissiemetingen Deze emissiefactor lijkt aan de hoge kant, wanneer ze worden vergeleken met resultaten van gepubliceerde metingen (overzicht in tabel 7): Körner (1993) meet N 2 O-concentraties in het afvalwater van vier installaties en meten een N 2 O-emissie van 0,01% tot 0,33% van de N kj -aanvoer. Onder aanname van een N-rendement van 80% komt dit neer op 0,01-0,4% van de omgezette hoeveelheid N kj. Doorn en Scheehle (2003) refereren aan Schön (1993), welke een emissie van 7 g N 2 O per persoon per jaar rapporteert voor installatie met denitrificatie/denitrificatie. Uitgaande van een opname van proteïne-n per persoon in Duitsland van 5,4 kg per jaar, van een omzettingsrendement van N kj in de waterzuivering van 80%, komt dit neer op 0,2% van de hoeveelheid Nkj die door nitrificatie/denitrificatie wordt verwijderd. 1 Veltkamp en Oenema (1994) hebben metingen uitgevoerd aan twee Nederlandse AWZI s. In één geval bleken de emissies ongeveer 0,005% van de hoeveelheid N kj die door nitrificatie/denitrificatie werd verwijderd. In het tweede geval bleek de emissie 0,07% te zijn. DeBruijn et al. (1994) nemen monsters uit waterzuiveringen van drie AWZIs en bepaling daarin de N 2 O-vorming onder laboratoriumcondities. Op basis daarvan schatten ze de N 2 O-vorming in afvalwater op 0,8 mg N 2 O per g gesuspendeerde stof. Bij een CZV/N kj -verhouding van 10:1 komt dit neer op ongeveer 0,5% omzetting van N kj in het effluent. v. Schultess et al. (1994 en 1995) modelleren N 2 O-vorming in AWZI s op basis van laboratoriumexperimenten en valideren dit model aan de hand van metingen aan één Zwitserse installatie (v. Schultess en Gujer, 1996). Zij komen tot de conclusie dat zelfs bij ongunstige omstandigheden de N 2 O-vorming beperkt blijft tot 0,07% van de stikstof in het influent van de AWZI. Wicht et al (1995) meten lachgasconcentraties in de waterfase bij 25 communale en 12 industriële installaties in Duitsland. In de helft van de communale installaties werd geen N 2 O gemeten. Dit waren meestal laagbelaste installaties met een hoge stikstofomzetting. Op basis van de resultaten werd de N 2 O-Nvorming uit N kj geschat op gemiddeld 0,6%. Op basis van emissiemetingen aan één installatie schatten Czepiel et al. (1995) de Amerikaanse N 2 O- emissie op 3,2 g N 2 O (2 g N 2 O-N) per persoon per jaar. Uitgaand van een gemiddelde N kj -productie van gemiddeld 9,4 kg per persoon per jaar (Scheehle en Doorn, 2003) en een verwijderingsrendement van in de AWZI van 80%, komt dit neer op een N 2 O-vorming van 0,03% van de hoeveelheid N kj. Scheehle en Doorn (2003) stellen deze emissiefactor nog enigszins naar boven bij door het stikstofaanbod te corrigeren voor het N kj -aanbod van kleinere bedrijven aan deze communale waterzuivering. 1 Proteïne consumptie in Duitsland in 1993 was 92,2 gram per dag, oftewel 34 kg per jaar. 16% hiervan is stikstof (Doorn et al., 1997), dus de stikstofopname is 5,4 kg per jaar.

TNO-MEP R 2004/486 21 van 33 Hensen (2001) meet methaan en lachgasemissies aan vier AWZI s in Noord- Holland en meet alleen bij de installatie van Alkmaar (hoogbelast) een lachgasemissie in ordegrootte van 2,5% van de hoeveelheid stikstof die daar wordt omgezet. Bij drie andere RWZI s (twee laagbelast, één hoogbelast) wordt geen N 2 O waargenomen. Tabel 7 Emissies van lachgas uit AWZI s. Referentie IPCC (1996) N 2 O-emissie (% van N kj omgezet) 1 (met een onzekerheidsmarge van 0,2 12) opmerkingen Extrapolatie van inzichten m.b.t. N 2 O- vorming in bemeste bodems Körner et al. (1993) 0,01-0,4 vier metingen aan AWZI s Schön (1993) 0,2 metingen aan één installatie DeBruijn et al. (1994) 0,5 Vorming van N 2 O in het laboratorium uit monsters uit 3 AWZI s Veltman en Oenema (1994) 0,07-0,005 twee metingen aan AWZI s v. Schultess et al. (1994, 1995, 1996) < 0,07 Op basis van model, gevalideerd door metingen aan één AWZI Wicht et al. (1995) 0,6 gemiddelde van metingen aan 25 communale AWZI s Czepiel (1995) 0,03 meting aan één installatie Hensen (2001) 0-2,5 drie metingen aan AWZI s Scheehle (2003) 0,05 interpretatie resultaat Czepiel (1995) Voorstel Nederlandse methodiek De lachgasemissies uit waterzuivering blijken echter een kleine bron (zie hoofdstuk 5.5) en dragen ook niet belangrijk bij aan de emissiereductie van broeikasgassen. Om die reden wordt voorgesteld qua emissiefactoren dicht bij de IPCC-methodiek te blijven en de emissiefactor van 1% te handhaven. Aanbevolen wordt om bovenbeschreven inzichten in te brengen in het IPCC-proces, welke binnenkort van start gaat en welke mogelijk zal leiden tot nieuwe default-waarden voor deze emissiefactor.

TNO-MEP R 2004/486 22 van 33 4. Emissies uit industrieel afvalwater 4.1 Industrieel afvalwater, beschikbare gegevens Industrieel afvalwater wordt in veel gevallen behandeld in een anaërobe zuiveringsinstallatie. In de meeste gevallen betreft dit een anaërobe eerste stap voor een aërobe nazuivering. Voor deze anaërobe industriële installaties is niet zoveel informatie beschikbaar dan voor de communale zuiveringen. Informatie is alleen beschikbaar m.b.t. het aantal installaties en de ontwerpcapaciteit in inwonersequivalenten (i.e., zie tabel 8). Tabel 8 Aantal anaërobe zuiveringsinstallaties in de industrie (CBS, 2004). Bedrijfstak aantal awzi's Ontwerpcapaciteit (1000 i.e.) CZV/BZV-ratio Voedingsmiddelenindustrie 38 4663 w.o. - aardappelverwerking 14 1789 1,5 - (zet)meelindustrie 5 945 1,5 - bierbouwerijen 6 731 2 - overige drankenindustrie 2 99 2 - overige voedingsmiddelenindustrie 13 853 2 Papier-/karton(waren)industrie 2 255 2 Chemische industrie 6 567 2 Overige zakelijke dienstverlening 2 455 2 Milieudienstverlening 2 264 2 Overige bedrijven 2 118 2 Totaal 54 6076 4.2 Bepaling van methaanemissies De methaanemissie uit anaërobe zuiveringen kan in de IPCC-driestappenmethodiek worden bepaald: 4.2.1 Stap 1: bepaal de hoeveelheid biodegradeerbare organische component in de anaërobe vergister IPCC-methodiek IPCC (1996, 2001), en Doorn et al. (1997, 2003) beschrijven methoden voor kwantificering van methaanemissies uit industriële bronnen, waarmee op basis van productiegegevens de hoeveelheid afvalwater en kwaliteit afvalwater kan worden ingeschat. Hiervoor worden voor een groot aantal sectoren binnen de voedingsmid-

TNO-MEP R 2004/486 23 van 33 delenindustrie default waarden voorgesteld voor afvalwaterproductie en BZV/CZV-gehaltes in dit afvalwater. Er zijn een aantal problemen bij toepassing van de IPCC-methodiek: Voor een aantal niet-voedingsmiddelen sectoren zijn geen default waarden beschikbaar. Voor de groep overige voedingsmiddelen is daarentegen weer zulke gedetailleerde default-informatie aanwezig, dat de bijbehorende activiteiten moeilijk te achterhalen zijn. De default-waarden zijn onnauwkeurig, getuige de range die wordt aangegeven bij zowel de hoeveelheid afvalwater per eenheid product als de samenstelling van dit afvalwater. Bijvoorbeeld voor bier geeft IPCC (1996) een afvalwatervorming van 5-9 m 3 per m 3 bier en CZV-waarden in dit afvalwater van 1-17 kg CZV per m 3 afvalwater. De hoeveelheid CZV per m 3 bier wordt dan 5-150 kg CZV per m 3 bier. Voorstel voor Nederlandse methode Om deze reden wordt voorgesteld de schatting voor de hoeveelheid DOC in anaërobe vergisters te baseren op de geïnstalleerde capaciteit. De gemiddelde belastingsgraad van Nederlandse anaërobe vergisters is 80% (Habets, 2004). De hoeveelheid DOC in het industrieel afvalwater kan dan worden berekend als: DOC ind = belastingsgraad * capaciteit (in i.e.) * BZV/i.e. * CZV/BZV Hierin is 54 g BZV per dag per i.e. Doorn et al. (1997) geven waarden voor CZV/BZV-ratio s in industrieel afvalwater. Deze zijn opgenomen in Tabel 8. 4.2.2 Stap 2: bepaal de vorming van methaan in de anaërobe vergister De vorming van methaan kan worden berekend uit de omzetting van DOC in een anaërobe waterzuivering en de vorming van methaan per kg omgezette DOC. EF st = B 0,ind * η ind * MCF ind B 0,ind is de hoeveelheid methaan, welke wordt gevormd per kg omgezette DOC. Paques en Heineken (beide in Doorn, 1997) geven een methaanvorming van gemiddeld 0,22 kg per kg omgezette DOC (zie ook tabel 9). η ind is het verwijderingsrendement van DOC in de vergister: ongeveer 80% (tabel 9)

TNO-MEP R 2004/486 24 van 33 MCF ind is de mate waarin de afbraak onder anaërobe omstandigheden plaatsvindt. Dit is voor de groep van anaërobe vergisters gelijk aan 1. Tabel 9 Vorming van methaan in een anaërobe vergister. Sector CZV influent BZV influent CZV-verwijderingsrendement Methaanproductie (kg/kg DOC) Brouwerijen 1,5-7 1-4,5 75-90 0,25 Aardappelverwerking 4-16 2,4-7 70-80 0,16 Meelproductie 1,5-42 1-25 65-85 0,21 Papierproductie 1,5-8 0,8-4 75-85 0,24 4.2.3 Stap 3: bepaal de emissie van methaan De methaanemissie uit industriële anaërobe vergisters (CH 4, ind ) kan worden berekend als CH 4,ind = DOC ind * EF ind * (1-MR ind ) MR ind is de fractie van de methaan, die wordt afgevangen in de anaërobe zuivering en wordt verbrand in ketels, gasmotoren of fakkels. Lekverliezen van methaan uit anaërobe zuiveringen zijn volgens opgave van Paques in de regel zeer gering. Bij ontwerp en beheer van zuiveringen bestaat hier veel aandacht voor, omdat methaanemissie gepaard gaat met geuroverlast en dat laatste wil men vermijden. De benutting van het gas vindt voornamelijk plaats in ketels en soms in fakkels, waarvan het rendement van methaanvernietiging groot is (>> 99%). Slechts een klein deel van de methaan wordt benut in gasmotoren, welke een methaanslip kunnen hebben van 1 à 2% (Polman et al., 2001). Volgens Paques is de emissie van methaan uit vergisters maximaal 1% en waarschijnlijk in de praktijk nog aanzienlijk minder (Habets, 2004). Voorgesteld wordt om 1% aan te houden als waarde voor MR ind.

TNO-MEP R 2004/486 25 van 33 5. Uitwerking methodiek 5.1 Methaanemissies uit AWZI s De methodiek die in hoofdstuk 4.1 is voorgesteld sluit aan bij de IPCC-methodiek (1996). Er zijn een aantal afwijkingen, welke de nauwkeurigheid van de schatting bevorderen en welke gebaseerd zijn op de bij CBS beschikbare statistieken: COD-productie. IPCC stelt voor deze te baseren op bevolkingsgrootte. Omdat in Nederland goede statistieken bestaan van CZV in het influent en effluent, wordt de analyse gebaseerd op deze gegevens. Slibproductie. Op basis van bestaande Nederlandse statistieken wordt de slibproductie (in feite een combinatie van primair, secundair slib en bezinksel uit het riool) vastgesteld op 35% van de CZV in het influent. MCF AWZI. IPCC stelt 0 voor. Er zijn goede argumenten om aan te geven dat dit geen 0 is, en daarom wordt voorgesteld de waarde van Doorn et al. (1997) te hanteren van 3,5%. MCF slib is gebaseerd op statistieken van de fractie van het slib dat in anaërobe vergisters wordt verwerkt. Dit getal is gebaseerd op bestaande Nederlandse statistieken. De methaanmissies uit de waterlijn worden berekend in de volgende drie stappen: stap 1) DOC AWZI = CZV influent stap 2) EF AWZI = B 0,DOC * η DOC * MCF AWZI stap 3) CH 4,AWZI = DOC AWZI * EF AWZI De methaanemissies uit de slibverwerking worden berekend als: stap 1) DOC slib = 0,37 * CZV influent stap 2) EF Slib = B 0,slib * η slib * MCF slib stap 3) CH 4,slib = DOC slib * EF slib * (1-MR ind )

TNO-MEP R 2004/486 26 van 33 Hierbij worden de volgende waarden worden voorgesteld: Tabel 10 Parameters bij vaststellen van methaanemissies uit communale afvalwaterzuivering. parameter voorgestelde waarde CZV influent 939 mln kg jr -1 (in 2002) B 0,AWZI 0,25 (g CH 4 per g DOC) toelichting Hoeveelheid CZV in influent Nederlandse AWZI s vorming van methaan bij anaërobe omzetting DOC η DOC 0,8 (g/g) omzetting CZV naar CO 2 in de AWZI (het CZV-verwijderingsrendement - 10% opname van CZV in slib). MCF AWZI 0,035 (g/g) fractie omzetting DOC in anaërobe delen van het riool en de AWZI slib 0,35 (g slib /g CZV) B 0, slib 0,25 (g CH 4 per g slib) vorming van slib (primair en secundair) vorming van methaan bij anaërobe omzetting slib η slib 0,42 (-/-) omzetting slib naar gasvormige componenten in de slibgisting MCF slib 0,54 (-/-) fractie van de slib verwerkt in de vergister MR slib 0,94 (-/-) Winnings- en verbrandingsrendement van methaan in de slibvergisting verwijzing in dit rapport 2.2 3.1.3 onder a) 3.1.3 onder a) 3.1.3 onder a) 3.1.3 onder b) 3.1.3 onder b) 3.1.3 onder b) 3.1.3 onder b) 3.1.4 onder b) Invullen van deze waarde in de bovenstaande formules levert de volgende methode op voor methaanemissies uit AWZI s: Samenvatting methaanemissies communale AWZI s Emissie uit de waterlijn: CH 4 (in kg jr -1 ) = 0,007 * CZV influent (in kg jr -1 ) Emissies slibvergisting CH 4 (in kg jr -1 ) = 0,0015 * CZV influent (in kg jr -1 ) Totale emissies AWZI CH 4 (in kg jr -1 ) = 0,0085 * CZV influent (in kg jr -1 )

TNO-MEP R 2004/486 27 van 33 5.2 Methaanemissies uit septic tanks De methaanemissies uit septic tanks worden conform IPCC-methodiek berekend als: stap 1) stap 2) stap 3) DOC st = n st * DOC cap waarin DOC cap = CZV influent /n AWZI EF st = B 0,st * η st * MCF st CH 4, st = DOC st * EF st Hierbij worden de volgende waarden worden voorgesteld: Tabel 11 Parameters bij vaststellen van methaanemissies uit septic tanks. parameter voorgestelde waarde toelichting verwijzing in dit rapport n st 260.000 aantal personen niet aangesloten op het riool DOC cap 60 (kg/jaar) Hoeveelheid biodegradeerbaar organisch materiaal per persoon CZV influent 939 mln kg jr -1 (in 2002) Toevoer van CZV aan Nederlandse AWZI s n AWZI 15.700.000 Aantal personen wel aangesloten op het riool B 0,st 0,25 (g/g) Vorming van methaan bij anaërobe omzetting DOC η st 100% Omzetting DOC naar gasvormige componenten in de AWZI MCF st 0,5 (-) Fractie omzetting DOC in anaërobe delen van de septic tank 3.2.1 3.2.1 2.2 2.2 3.2.2 3.2.2 3.2.2 Samenvatting methaanemissies septic tanks CH 4 (in kg jr -1 ) = 7,5* n st (in kg jr -1 ) 5.3 Lachgasemissies uit AWZI s De emissies worden conform IPCC-methodiek gecorreleerd aan de N Kj afbraak in AWZI s N 2 O-N AWZI = EF N2O * N kj, influent * η Nkj

TNO-MEP R 2004/486 28 van 33 Oftewel N 2 O AWZI = 1,6 * EF N2O * N kj, influent * η Nkj Hierbij worden de volgende waarden worden voorgesteld: Tabel 12 Parameters bij vaststellen van lachgasemissies uit AWZI s. parameter voorgestelde waarde toelichting verwijzing in dit rapport EF N2O 0,01 Fractie N Kj omgezet naar N 2 O 3.3 N kj, influent 86 mln kg jr -1 (in 2002) Toevoer van N kj aan Nederlandse AWZI s η Nkj 67% verwijderingsrendement N kj naar gasvormige componenten in de AWZI 2.2 2.2 Samenvatting lachgasemissies AWZI s N 2 O AWZI (in kg jr -1 ) = 0,01 * N kj, influent (in kg jr -1 ) 5.4 Methaanemissies uit industriële AWZI De methaanemissies uit septic tanks worden conform IPCC-methodiek berekend als: stap 1: DOC ind = belastingsgraad * capaciteit (in i.e.) * BZV/i.e. * CZV/BZV stap 2: EF st = B 0,ind * η ind * MCF ind stap 3: CH 4,ind = DOC ind * EF ind * (1-MR ind )

TNO-MEP R 2004/486 29 van 33 Hierbij worden de volgende waarden voorgesteld: Tabel 13 Parameters bij vaststellen van methaanemissies uit industriële afvalwaterzuivering. parameter voorgestelde waarde toelichting belastingsgraad 80% gemiddelde belastingsgraad Nederlandse anaërobe vergisters capaciteit 6.067.000 i.e. (in 2002) totale capaciteit van de Nederlandse anaërobe vergisters verwijzing in dit rapport 4.2.1 BZV/i.e 20 kg jr -1 i.e. -1 BZV per i.e. 4.2.1 CZV/BZV 1,5-2 CZV/BZV-verhouding in industrieel afvalwater B 0,ind 0,22 (g /g) vorming van methaan bij anaërobe omzetting DOC 4.1 4.2.1 4.2.2 η ind 80% omzettingsrendement CZV 4.2.2 MCF ind 1 (-/-) fractie omzetting DOC in de anaërobe delen van de vergister MR ind 99% winnings- en verbrandingsrendement van methaan in de installatie 4.2.2 4.2.3 Samenvatting methaanemissies industriële AWZI s CH 4ind (in kg jr -1 ) = 0,056 * capaciteit (in i.e.) 5.5 Resultaten voor 2002 De Nederlandse emissies in 2002 kunnen worden ingeschat als: Tabel 13 Emissies uit afvalwaterzuivering in 2002. CH 4 en N 2 O (kton) CO 2 -equivalenten (kton) emissies communale AWZI s: 8,0 kton CH 4 170 0,86 kton N 2 O 270 emissies septic tanks 2 kton CH 4 40 emissies industriële AWZI s 0,3 kton CH 4 6 490 Informatie over de ontwikkeling van hoeveelheid en kwaliteit afvalwater in Nederland over de periode 1990-2003 worden beheerd door CBS. Afgesproken is dat CBS de ontwikkeling van de methaan- en lachgasemissies uit afvalwater zal vaststellen en rapporteren.