Energie uit drinkwater en afvalwater Inhoud 1. De cyclus van de stedelijke drinkwatervoorziening en afvalwater 2. Installeren van een turbine in het drinkwaternet 2.1. De druk in drinkwaternetten 2.2. Turbines 2.3. Waarschuwing! 3. Het gebruik van afvalwater als warmtebron voor warmtepompen 3.1. Waarschuwing! 4. Het gebruik van rioolslib als basis voor anaërobe vergisting Voor het produceren van drinkwater en het zuiveren van afvalwater is energie nodig. Dit procedé kan echter ook op verschillende manieren energie opleveren: Door het stromen van het water in het drinkwaternet te gebruiken om een turbine aan te drijven en zo elektriciteit op te wekken. Het gebruik van afvalwater als warmtebron voor warmtepompen Het gebruik van rioolslib (zuiveringsslib) om door middel van anaerobe vergisting biogas te produceren Om beter te kunnen begrijpen hoe deze energie opgewekt kan worden, moeten we eerst meer weten over de cyclus van stedelijke drinkwatervoorziening en afvalwater. De cyclus van stedelijke drinkwatervoorziening en afvalwater Het water dat uit onze kraan komt, is afkomstig van een bron, namelijk grondwater of een rivier. Tenzij de stad lager ligt dan de bron (dus de rivier of het grondwater) moet het water worden opgepompt voordat het eventueel kan worden gezuiverd in een drinkwaterfabriek. Het water wordt vervolgens opgeslagen in een reservoir (bijv. een watertoren) en stroomt door de zwaartekracht vanzelf naar de stad. Na het gebruik wordt het afvalwater opgevangen in een rioolsysteem en naar een waterzuiveringsinstallatie geleid. In deze installatie wordt het afvalwater behandeld om de vervuilende deeltjes eruit te halen.»het schone water dat overblijft wordt vervolgens in een rivier geloosd.
Source, river or water table = Bron, rivier of grondwater Drinking water treatment plant = Drinkwaterzuiveringsinstallatie Tank = Reservoir Drinking water (drinking water network) = Drinkwater (drinkwaternet) Consumer = Consument Wastewater (sewage system) = Afvalwater (rioolstelsel) Wastewater treatment plant = Waterzuiveringsinstallatie Sewage sludge = Zuiveringsslib To the river = Naar de rivier Energie kan op verschillende plaatsen in het proces worden verzameld: In het drinkwaternet: als de druk te hoog is, kan er een turbine worden geïnstalleerd. Dit betekent twee vliegen in één klap: de druk wordt verlaagd en er wordt tegelijkertijd energie opgewekt In het rioolsysteem: omdat afvalwater in huizen is gebruikt, is het warmer. Het kan daarom worden gebruikt als warmtebron voor een warmtepomp In de waterzuiveringsinstallatie: rioolslib is een van de producten van het zuiveringsprocédé. Het is organisch materiaal en kan worden gebruikt als basis voor anaërobe vergisting. Installeren van een turbine in het drinkwaternet De druk in drinkwaternetten In het drinkwaternet wordt altijd een druk van minimaal 2 bar gehandhaafd. Dit is alsof er altijd een 20 meter hoge kolom water boven de kraan in je huis staat. Door deze druk stroomt het water uit de kraan, zelfs als je je op de zesde verdieping bevindt.
In steden die in bergachtig gebied liggen, is het hoogteverschil tussen de huizen in het hoogstgelegen en huizen in het laagst gelegen gedeelte van de stad soms enorm. Dit geeft een probleem in verband met de druk: omdat de druk in de huizen ook in het hooggelegen deel van de stad 2 bar moet zijn, betekent dit dat de druk in de laaggelegen huizen hoger is. Als het hoogteverschil 100 meter bedraagt, is het drukverschil 10 bar! Dat betekent dat de druk in het laaggelegen deel van de stad 12 bar zou moeten zijn. Dit is veel te hoog: de kraan, de vaatwasser en de wasmachine kunnen niet tegen zo'n hoge druk. Dat betekent dat een drukverlager moet worden geïnstalleerd om de druk in het lagere gedeelte van het drinkwaternet te verlagen. Turbines Voor de werking van turbines zijn druk en stromend water nodig. De turbine onttrekt energie aan het water. Aangezien de snelheid vóór en na de turbine gelijk is, moet het verlies aan energie worden toegeschreven aan drukverlies. Turbines verlagen dus de druk! We kunnen een turbine dus gebruiken om de druk te verlagen in een drinkwaternet in een stad in een bergachtig gebied. Waarschuwing! Hoe harder het water stroomt, des te sneller zal de turbine draaien en hoe groter het drukverlies is. Tegelijk is het belangrijk dat de druk nooit onder de 2 bar komt. Dit gevaar kan zich voordoen op piekuren. Om een turbine te kunnen installeren moet er daarom sprake zijn van een aanzienlijk drukverschil tussen de twee gedeeltes van het waternet.
Het gebruik van afvalwater als warmtebron voor warmtepompen Doordat afvalwater afkomstig is van gebruik in huizen en andere gebouwen, is het iets warmer dan drinkwater. Afvalwater is ongeveer 13-20 ºC, afhankelijk van de regio, het seizoen en de activiteit. Dit temperatuurverschil is voldoende om energie te gebruiken voor warmtepompen, om gebouwen als zwembaden, winkels, schools, enz. te verwarmen. Zie voor een volledige beschrijving van warmtepompen het artikel: Een eerste kennismaking met aardwarmtepompen Waarschuwing! Afvalwater wordt gefilterd en gezuiverd in een afvalwaterzuiveringsinstallatie (AWZI), die meestal werken op basis van organisch materiaal. De micro-organismen die in dergelijke installaties worden gebruikt, vereisen een bepaalde minimale watertemperatuur om hun werk goed te kunnen doen. Dat betekent dat een lagere temperatuur van het afvalwater erin resulteert dat het rendement van het organische zuiveringsprocédé in de installatie lager wordt. Dit wordt bevestigd door het feit dat het rendement van biologische AWZI's in de winter lager is dan in de zomer. Daarom kan de gebruiker van afvalwaterwarmte niet alle warmte aan het afvalwater onttrekken. Zo mocht de IKEA-vestiging in Berlijn, die afvalwaterwarmte gebruikt, de temperatuur van het afvalwater maximaal 2 graden verlagen. Het gebruik van zuiveringsslib als basis voor anaerobe vergisting In organische waterzuiveringsinstallaties wordt de meeste vervuiling gezuiverd met behulp van micro-organismen. Deze organismen 'eten' de vervuiling en gebruiken deze als voedingsstof en bron van energie. Door zuurstof toe te voegen in de beluchtingstank, kunnen de organismen groeien en zich vermenigvuldigen. Het teveel
aan micro-organismen zet zich af in de bezinktank en wordt 'rioolslib' of 'zuiveringsslib' genoemd. Dit is het belangrijkste afvalproduct van een AWZI. Het slib dat wordt verzameld op de bodem van de bezinktanks (en dat bestaat uit micro-organismen), kan worden gebruikt als basis voor methanisatie. Meer informatie hierover is te vinden in Een eerste kennismaking met anaërobe vergisting.