Maatschappelijke baat bij valorisatie omgekeerde osmose concentraat?

Het project ‘Kansen voor Concentraat’ valt binnen het WiCE-programma (Water in de Circulaire Economie) van het Bedrijfstakonderzoek (BTO) van de waterbedrijven. Onderzocht wordt hoe geconcentreerde reststromen door een circulaire behandeling kunnen bijdragen aan een toekomstbestendige zoetwatervoorziening en een maatschappelijk verantwoorde manier van reststroombehandeling. Omgekeerde osmose (RO) membraanfiltratie is een effectieve techniek om bijvoorbeeld brak kwelwater in te zetten als bron voor drinkwaterproductie of brak grondwater te zuiveren tot goed gietwater voor tuinbouwgewassen. Maar de techniek levert concentraat op als reststroom en de verwerking daarvan kan (blijvende) toepassing in de weg staan. De concentraatstroom met verhoogd zoutgehalte die na zuivering overblijft, kan uitsluitend met gemeentelijke vergunningen worden teruggebracht in dieper gelegen bodemlagen, of in sommige gevallen worden geloosd in zee. In het project ‘Kansen voor Concentraat’ wordt de komende jaren verkend hoe het water en de componenten uit deze reststroom zijn te verwaarden.

Van lozen naar verwaarden

“Op veel plaatsen is brak grondwater te zout om ongezuiverd te kunnen gebruiken”, zegt KWR-onderzoeker Luuk de Waal. “Omgekeerde osmose is een goede zuiveringstechniek, mits er onder andere een passende managementmethode voor het concentraat wordt gevonden. Door de hoofdstroom te vereenvoudigen en de componenten ervan uit te wisselen tegen andere componenten en vervolgens het water terug te winnen, ontstaan kansen voor het verwaarden hiervan. Dit betekent dat het concentraat niet volledig een reststroom hoeft te zijn, maar dan moeten we er letterlijk en figuurlijk wel wat energie instoppen.” In vier werkpakketten werken De Waal en andere onderzoekers aan een technisch proof of concept en bekijken ze hoe dit economisch en maatschappelijk verantwoord kan worden geïmplementeerd. Dit is niet alleen relevant voor tuinbouwbedrijven, maar ook voor drinkwaterbedrijven en andere gebruikersgroepen die met behulp van RO kwalitatief goed water willen produceren. “We nemen ook andere reststromen onder de loep die perspectief bieden voor het concentreren en verwaarden van componenten, zoals organische reststromen”, vult de KWR-onderzoeker aan.

Keukenzout en de rest

Voor Stichting Kennis in je Kas/Glastuinbouw Nederland is op korte termijn vooral het eerste werkpakket van ‘Kansen voor Concentraat’ relevant: de valorisatie van brak grondwaterconcentraat. Het overgrote deel van de zouten in brak grondwater – ongeveer 65-85 procent – bestaat ‘van nature’ uit natrium en chloride. De Waal: “Het zou heel mooi zijn als het lukt om de overige componenten uit te wisselen zodat een hoofdstroom ontstaat met bijna uitsluitend deze twee elementen. Bij volledige terugwinning van hoogkwalitatief zoetwater blijft geen waterstroom over die naar de ondergrond en/of zee moet, maar resteert enkel keukenzout dat mogelijk bij andere (industriële) sectoren afgezet kan worden.” Het zal echter niet meevallen om het keukenzout te verwaarden, want dit ligt in zuivere vorm voor het opscheppen en is niet duur. De uitgewisselde zoutbestanddelen, zoals calcium, magnesium, sulfaat en carbonaat, zouden op tuinbouwbedrijven of elders een nuttige toepassing kunnen krijgen.

Ionenwisseling en verdamping

Zuiveringstechnieken om het beoogde doel te bereiken zijn in principe voorhanden, maar niet getest op brak grondwater. De Waal legt uit. “Gedurende het hele proces wordt het brakke grondwater verwerkt tot drie stromen: schoon giet- of drinkwater, een geconcentreerde oplossing met natriumchloride en een reststroom met overige zoutbestanddelen, die eventueel na kristallisatie zijn te verwaarden. We zijn nu bezig om methoden te inventariseren die de tweedeling in ionen mogelijk maken. Hierbij gaat het om harskolommen die de ionen kunnen binden. Met hulpstoffen worden de verzadigde harskolommen vervolgens selectief ontladen, zodat er mogelijk gescheiden reststromen ontstaan. Daarop volgt het indikken van de hoofdstroom via RO, waarna het resterende volume op energie-efficiënte wijze zal moeten worden gedroogd.”

Hoe zouter, hoe lastiger

Deze methode klinkt vrij eenvoudig, want ionenwisseling werkt goed in relatief schoon, zoet water. In zeewater is dat echter niet het geval. “Brak grondwater zit daar feitelijk tussenin”, stelt De Waal vast. “Daarom is het de vraag in hoeverre de verschillende harsen bij oplopende elektrische geleidbaarheid blijven functioneren. Dat gaan we het komende half jaar voor uiteenlopende brakwaterstromen in kaart brengen.” Vervolgens wordt er aan de bestaande en innovatieve reststroombehandelingscenario’s ook maatschappelijke waarde toegekend, waaronder kosten/baten, energie en duurzaamheid. Op basis daarvan kunnen alle stakeholders goed onderbouwde afwegingen maken.

Het project Kansen voor Concentraat (2022-2024) wordt uitgevoerd door KWR in samenwerking met de Nederlandse drinkwaterbedrijven, De Watergroep, AquaMinerals, Glastuinbouw Nederland/Kennis in je Kas, Aquafin, SCW Systems, Waterschap Rivierenland, HVC en Hoogheemraadschap van Schieland en de Krimpenerwaard.