Het afvalwaterzuiveringsconcept CoRe wordt een jaar lang getest op de rioolwaterzuiveringsinstallatie in Roermond. De bedoeling van de pilot is om de stabiliteit en prestaties van de innovatieve technologie aan te tonen. Volgens Waterschapsbedrijf Limburg is de CoRe technologie van strategisch belang voor de toekomstige ontwikkeling van de afvalwaterketen.
CoRe is de afkorting van ‘concentrate, recover & reuse’. Waterschapsbedrijf Limburg (WBL) spreekt over ‘the next generation’ afvalwaterzuivering. Het CoRe concept staat volgens WBL voor een totaal zuiveringsconcept, waarbij verschillende producten uit het afvalwater worden gewonnen voor hergebruik. De kern is een fysisch-chemische methode om water en vuil van elkaar te scheiden. Daarvoor wordt een innovatieve combinatie van de membraantechnologieën ‘forward osmose’ en ‘reverse osmose’ gebruikt (zie toelichting onderaan Hoe werkt de techniek?)
Strategisch belang
“Het proces levert niet alleen zeer schoon water op dat uitermate geschikt is voor hergebruik in de industrie, landbouw of natuur. Ook worden energie in de vorm van biogas en grondstoffen als cellulose en nutriënten teruggewonnen”, aldus WBL in een toelichting aan H2O. Het dochterbedrijf van Waterschap Limburg noemt het concept van strategisch belang voor de toekomstige ontwikkeling van de afvalwaterketen. WBL hoopt hiermee een flinke stap in de richting van een klimaatneutrale en circulaire bedrijfsvoering te zetten.
De ontwikkeling van het CoRe concept is een coproductie van zes partijen. Het samenwerkingsverband bestaat uit technologieleverancier Blue-tec, wateronderzoeksinstituut KWR, ingenieurs- en adviesbureau Royal HaskoningDHV (verenigd in Allied Waters), Waterschap Rijn en IJssel, Waterschap Vallei en Veluwe en Waterschapsbedrijf Limburg. Het onderzoek wordt medegefinancierd uit de Toeslag voor Topconsortia voor Kennis en Innovatie (TKI’s) van het ministerie van Economische Zaken en Klimaat.
Stabiliteit en prestaties onderzocht
De stap is nu gezet naar een groot pilotproject op de rioolwaterzuiveringsinstallatie in Roermond. De installatie hiervoor is eind september geplaatst en wordt momenteel gereedgemaakt voor de proef die binnenkort begint. Daarbij staat de concentratiestap centraal. Het betreft een duurtest van een jaar om de stabiliteit en prestaties van de CoRe technologie nader te onderzoeken en tevens te bewijzen.
Hieraan gingen drie kleinere pilots in Leusden, Simpelveld en Wehl vooraf, waarbij verschillende aspecten van het concept onder de loep zijn genomen. De test in Simpelveld in 2017 was een eerste ‘proof of concept’, hetgeen neerkomt op een Technology Readiness Level (TRL) van 4-5. De capaciteit was 200 liter per uur.
WBL licht toe: “Hiermee wilden we de werking van het nieuwe zuiveringsconcept aantonen. Dat ging in het begin met vallen en opstaan, maar uiteindelijk hebben we aangetoond dat het proces werkt. De technologie moest echter wel nog verder worden geoptimaliseerd en doorontwikkeld naar een hoger TRL.”
Flinke opschaling
In de pilot in Roermond is de capaciteit met een factor tien opgeschaald naar 2 kubieke meter water per uur. “We gaan nu langdurig proefdraaien op een wijze die echt lijkt op de toekomstige toepassing”, meldt WBL. “Een kleinschalige demo van TRL 6-7 zou je kunnen zeggen. Daarbij hebben we uiteraard de kennis en leerpunten van de drie eerdere pilottesten toegepast.”
Er worden diverse variabelen onderzocht: onder meer algehele stabiliteit van het proces, voorbehandeling, energieverbruik van de installatie, typen en concentraties van ‘draw solutions’ (trekvloeistoffen), en kwaliteiten van de diverse producten (onder andere permeaat, concentraat en spoelwaters) inclusief verwijderingsrendementen van bijvoorbeeld medicijnresten. Hierbij wordt ook een vertaalslag gemaakt naar kosten en verbruikshoeveelheden.
Schadelijke stoffen gericht verwijderd
Bij CoRe worden zowel waardevolle als schadelijke stoffen samengebundeld in een kleine volumestroom concentraat, ongeveer 1/30e deel. “Daardoor is verdere behandeling van dit concentraat veel beter en efficiënter mogelijk”, licht WBL toe. “Zo kan energie worden teruggewonnen door bijvoorbeeld vergisting van het concentraat, waarna de nutriënten (P, N) kunnen worden gerecupereerd. Ook is het mogelijk om de schadelijke stoffen, zoals medicijnresten en hormoonverstorende stoffen, gericht te verwijderen. Bijvoorbeeld door middel van geavanceerde oxidatieprocessen of adsorptie.”
De technologie is tevens compact en modulair, meldt WBL. “Daarmee past het prima bij onze Verdygo-filosofie. Al deze voordelen maken het CoRe concept interessant en adaptief naar de toekomst.”
Hierna mogelijk grote demo-installatie
Ervan uitgaand dat de Roermondse pilot een succes wordt, wat gaat er dan gebeuren? WBL denkt aan verdere opschaling: “Er zal zeker een grotere demo-schaal van bijvoorbeeld 50 kubieke meter water per uur worden overwogen. Dat is al een omvang waarbij op een interessante schaal hergebruik van het geproduceerde water mogelijk is. Bijvoorbeeld in de industrie of landbouw.”
Komt ook meteen het full-scale toepassen van de CoRe technologie in aanmerking, als vervanging van een bestaande biologische rioolwaterzuivering? “Dat is dan naar verwachting nog een brug te ver”, reageert WBL. “We zien deze technologie eerder toegepast worden op decentrale zuiveringslocaties waar de kansen voor waterhergebruik groot zijn. Het lozen van zo’n schoon water op oppervlaktewater zou mogelijk zonde zijn.”
De verdere opschaling vergt eerst nog meer onderzoek en doorontwikkeling van de gebruikte materialen, besluit WBL. “Als deze technologie aanslaat, zal de markt hier echter zeker op inspelen.”
HOE WERKT DE TECHNIEK?
De kern van het CoRe concept voor de behandeling van afvalwater wordt gevormd door een innovatieve combinatie van twee membraanprocessen: ‘forward osmose’ (FO) ofwel directe osmose en ‘reverse osmose’ (RO) ofwel omgekeerde osmose. Vanwege de gebruikte spiraalgewonden membraanmodules is momenteel eerst nog een voorbehandeling nodig. Er wordt een fijnzeef gebruikt om verstopping van de membranen te voorkomen.
Weergave van het CoRe concept (Beeld: KWR)
In de eerste stap (forward osmose) wordt schoon water via een semi-permeabel FO-membraan aan het gezeefde afvalwater onttrokken door aan de andere zijde van het membraan een sterk geconcentreerde zoutoplossing aan te brengen. Deze sterke zoutoplossing wordt de ‘draw solution’ (trekvloeistof) genoemd. Vanwege het concentratieverschil tussen afvalwater en zoutoplossing zal water uit het afvalwater via het membraan naar de zoutoplossing diffunderen om het concentratieverschil op te heffen. Dit is een natuurlijk proces dat in principe geen energie kost of kunstmatige druk vereist, aldus WBL. Op deze manier wordt het afvalwater ingedikt en de zoutoplossing verdund.
In de tweede stap (reverse osmose) wordt het water via een eveneens semi-permeabel RO-membraan onder hoge kunstmatige druk weer uit de zoutoplossing geperst. Het permeaat van deze RO-stap is zeer schoon water dat nauwelijks nog vervuiling bevat.
De zoutoplossing wordt in de RO weer opgeconcentreerd en kan daarna opnieuw worden gebruikt in de FO-stap. Deze oplossing dient dan ook slechts als intermediair tussen het FO- en RO-membraan en wordt in principe niet verbruikt.
Het concentraat dat ontstaat aan de afvalwaterzijde van het FO-membraan zal steeds verder worden ingedikt. Hierdoor is dit beter te behandelen met bijvoorbeeld anaerobe technieken waarbij biogas geproduceerd wordt. Ook kunnen uit deze beperkte, geconcentreerde stroom efficiënter nutriënten teruggewonnen worden. Bovendien leent de kleinere volumestroom zich beter voor bijvoorbeeld nabehandeling met oxidatieve of adsorptieve technieken voor de verwijdering van microverontreinigingen, zoals medicijnresten en hormoonverstorende stoffen.
In de pilotinstallatie worden voor beide stappen commercieel te verkrijgen spiraalgewonden membraanmodules gebruikt. Volgens Waterschapsbedrijf Limburg is in de toekomst toepassing van andere membraanmodules echter geen belemmering voor dit procedé.
MEER INFORMATIE
Bericht WBL over CoRe-pilot in Roermond
Toelichting concept op site TKI Watertechnologie
Een interessant gegeven is dat 80% van ons drinkwater thuis wordt verbruikt. Daar ligt een enorme uitdaging, maar ook een kans om echt verschil te maken. Door slimmer om te gaan met de distributie van water, kunnen we helpen om het verbruik te verminderen zonder dat we daar veel van merken. Dit zou niet alleen helpen om onze waterbronnen te sparen, maar ook de druk op het systeem tijdens droge perioden verlagen.
Dit gaat verder dan alleen maar korter douchen; het gaat om een bewuste verandering in ons dagelijks leven om ervoor te zorgen dat er genoeg water is voor iedereen. Iemand iets gunnen. Beginnen met het nadenken over de oplossingen menukaart ook met water zoals we dat met energie doen - waar kunnen we besparen, hoe kunnen we efficiënter zijn, en hoe kunnen we ons aanpassen aan nieuwe omstandigheden?
Er is geen eenduidige oplossing voor het probleem, en additionele productie levert ons op langere termijn niets op. Misschien is het tijd om deze uitdaging aan te gaan en te kijken naar hoe we thuis ons watergebruik kunnen optimaliseren.