Watertechniek en mestverwerking Workshop Wetsus & Innovatienetwerk 27 juni 2012 Leon Korving combining scientific excellence with commercial relevance 1
Rioolwater vs mest Overeenkomsten: Herkomst (vnl. faeces, urine) Nutriënten (N, P, K) Organische stof 2008 Eenheid Rioolwater Mest N kton N 89 426 P kton P 15 76 2
Verschillen Riool Gericht op gemak & hygiëne: verdunning Afbraak & verwijdering Ook andere bronnen (industrie, regen) Mest Geconcentreerd Focus op benutting nutriënten Grotere volumes 3
Ontwikkelingen Riool Van zuivering naar grondstoffen- en energiefabriek Focus op winning P Feedstock biobased? Decentraal? Mest Overschot Reductie via voeding Mestverwaarding 4
In ontwikkelingslanden Verwerking faecal sludge 5
Rioolwater & Mest Vergelijkbare problematiek Verschillende werelden Verschillende technieken Maar: gedeelde visie op de toekomst: => Verwaarding van nutrienten en organische stof 6
Wat is nodig Logistiek Interessante Producten Partners Techniek Durf => Interactief innoveren 7
Van afval naar product Restproduct Mengsel Diffuse bron Verontreinigingen Negatieve waarde Producten Geconcentreerd Samenstelling op maat Kwaliteit Volume Hoge waarde Erts/grondstof Geconcentreerd Enkele verontreinigingen Volume Positieve waarde 8
Mestverwerken Biogas Org. stof Mest Vergisting dun/dik scheiding Dikke mest/ digestaat Organische stof N, P, K N, K, (P) Org. stof, P (Co-substraat) Organische stof Concentreren Mineralen concentraat N, K Afvalwater 9
Voorscheiding Biogas Org. stof Mest Vergisting dun/dik scheiding Dikke mest/ digestaat Organische stof N, P, K N, K, (P) Org. stof, P (Co-substraat) Organische stof Concentreren Mineralen concentraat N, K Afvalwater 10
Influentzeven Rioolwater zeven op 0,5 mm Zeefgoed bevat 80% cellulose Pilotonderzoek op rwzi Blaricum & demosite rwzi Leeuwarden Verdere verwaarding cellulose aandachtspunt 11
Scheiding aan de bron Watertechniek: Zwart water Sneek Saniphos Microbiële brandstofcel Gele stroom Mestverwerking Hercules, Kempfarm g/l N P K Urine (mens) 9 2 2 Urine (varken, Kempfarm) 6-9 0,1-0,6 4 12
Verbeteren vergisting Biogas Org. stof Mest Vergisting dun/dik scheiding Dikke mest/ digestaat Organische stof N, P, K N, K, (P) Org. stof, P (Co-substraat) Organische stof Concentreren Mineralen concentraat N, K Afvalwater 13
Stappen in een gisting Mest Hydrolyse Suikers Aminozuren Vetzuren Verzuring Methaan vorming Lage vetzuren Methaan 14
Thermische drukhydrolyse Hydrolyse van organische stof: 4-10 bar, 140-200 C Verhoging biogasproductie Verbetering slibontwatering Vrijmaken nutrienten Full scale op rwzi s in buitenland Trend naar kleine schaal Ecoferm/Sustec 15
Alternatieven voor biogas Bioplastics uit vetzuren Bacteriën zetten vetzuren om in PHA als energie reserve PHA is winbaar als bioplastic Pilotonderzoek op rwzi Brussel (Veolia) Vooraanstaand onderzoek bij TU Delft Of vetzuren zelf Mest: slechte vergistbaarheid is aandachtspunt 16
Onderzoeksvragen? Verbeteren vergistbaarheid Thermische technieken Enzymen Zure hydrolyse Alternatieve producten voor biogas Vetzuren Suikers Ethanol Bioplastics 17
Behandeling dunne fractie Biogas Org. stof Mest Vergisting dun/dik scheiding Dikke mest/ digestaat Organische stof N, P, K N, K, (P) Org. stof, P Co-substraat Organische stof Concentreren Mineralen concentraat N, K Afvalwater 18
Ontwatering Ontwatering rwzi-slib, ontwikkelingen Toename polymeer gebruik Keuze en aanmaak polymeer van belang Duitsland: aandacht voor gebruik biologisch afbreekbaar polymeer voor toepassing in de landbouw Proeven met gruisontwatering 19
Ontwatering Fosfaat? Rwzi met bio-p: 40% in centraat en winbaar als struviet Rwzi met chemische P: <10% in centraat Mest: 20-50% in dunne fractie, afhankelijk van scheidingsmethode Bepalende factoren: Scheidingsmethode (P in fijn colloïdale fractie) Bindingsvorm voor P Flocculantkeuze (polymeer / Fe-zouten) Thermische hydrolyse (vrij maken gebonden P) Rol fytase in veevoer? 20
Struviet voor ontwatering Full scale RWZI Emmen: Dosering van Mg voor slibontwatering Geen struviet afscheiding Resultaten: Daling PE verbruik Toename ds van slibkoek 21
Onderzoeksagenda? Sturingsmogelijkheden voor P Naar dunne fractie: separate P-winning mogelijk Hydrolyse Verhitting Fytase Invloed fytase in veevoer Optimalisatie flocculantkeuze Verbruik Milieu-effecten (afbreekbaarheid) 22
Behandeling dunne fractie Biogas Org. stof Mest Vergisting dun/dik scheiding Dikke mest/ digestaat Organische stof N, P, K N, K, (P) Org. stof, P (Co-substraat) Organische stof Concentreren Mineralen concentraat N, K Afvalwater 23
Concentratie dunne fractie Veel kennis bij Wetsus over ontzouten van water: Capacitieve deionisatie Elektrodialyse Ontzouten met elektrospray Eutektische vrieskristallatie Ontzouten in superkritisch water Ionische vloeistoffen Fouling van membranen 24
Capacitieve deionisatie 25
Ontzouten met elektrospray 26
Ontzouten in superkritisch water 27
Benutting dunne fractie Alternatief: benutten nutrienten en COD Microbiële brandstofcel Algen productie 28
Behandeling dunne fractie Biogas Org. stof Mest Vergisting dun/dik scheiding Dikke mest/ digestaat Organische stof N, P, K N, K, (P) Org. stof, P (Co-substraat) Organische stof Concentreren Mineralen concentraat N, K Afvalwater 29
Digestaat & rioolslib Verwerking rioolslib in NL: Verbranding Compostering en meeverbranding Drogen en meeverbranding Aandachtspunt: fosfaat in asrest Hergebruik P alleen mogelijk bij monoverbranding 30
P-winning uit as Meest interessant: Afzet bij Thermphos (Fe/P < 0,2 mol/mol) Inzet bij ICL Fertilizers Nat-chemische opwerking tot TSP Thermo-chemische opwerking (Rhenania-fosfaat) Meeste technieken waarschijnlijk ook toepasbaar op as van mestverbranding 31
Nieuwe technieken Productie van biochar Pyrolyse Hydrothermale omzetting Vergassen in superkritisch water Oxidatie in superkritisch water 32
Superkritische vergassing In onderzoek voor rwzi-slib en mest Vergassing natte biomassa zonder droging Interessant potentieel voor winning nutriënten, evt. destillatie 33
Superkritisch vergassen Biogas Org. stof Mest Vergisting dun/dik scheiding Dikke mest/ digestaat Organische stof N, P, K N, K, (P) Org. stof, P? Concentreren Mineralen concentraat N, K, P? Afvalwater 34
Superkritische vergassing Veel expertise in NL Onderzoek: Universiteit Twente, Delft, Wetsus Bedrijven: Gensos, Sparqle, Procede Aandachtspunten: Omzettingsgraad Nutriëntenwinning Voorkomen afzettingen Conversie bij algen (Chakinala 2009, Twente) 35
Mestverwerking Biogas Org. stof Mest Vergisting dun/dik scheiding Dikke mest/ digestaat Organische stof N, P, K N, K, (P) Org. stof, P (Co-substraat) Organische stof Concentreren Mineralen concentraat N, K Afvalwater 36
Mest raffinage? Mest Vezelscheiding Vezels (suikers, ethanol) Chemicaliën productie Vetzuren PHA Residu behandeling Energie Biochar Nutriënten winning Mineralen N, K, P Water 37
Dank voor uw aandacht 38