Hergebruik

Hergebruik in de waterketen

De watersector draagt bij aan een circulaire economie door gezamenlijk praktijkgericht onderzoek uit te voeren naar vermindering van grondstofgebruik, terugwinnen van grondstoffen en meer duurzame alternatieven voor de hulpstoffen die de watersector op het moment inzet bij de behandeling van water. Partners in de watersector winnen grondstoffen terug op verschillende plekken in de waterketen. De kwaliteit van de teruggewonnen stoffen varieert sterk en het is vaak een logistieke en organisatorische uitdaging om deze stoffen te transformeren tot hoogwaardige handelsproducten met een constante kwaliteit en leveringsomvang, ook omdat ze vaak afkomstig zijn van verschillende locaties. De voorkeur gaat uit naar upcycling voor hergebruik in de oorspronkelijk toepassing, waardoor werkelijk circulair gebruik wordt gerealiseerd. KWR onderzoekt en ontwikkelt marktconcepten om al deze uitdagingen aan te gaan, met een integrale aanpak die de overgang naar een circulaire economie en een circulair systeem bevordert.

Methoden, tools en producten

Reststromen vormen een waardevolle bron van cruciale grondstoffen zoals water, nutriënten en diverse andere componenten. Bestaande en nieuwe toepassingen voor reststoffen en teruggewonnen stoffen uit de waterketen zijn geïdentificeerd en ontwikkeld, inclusief de technologieën voor terugwinning, maar dat garandeert niet dat deze reststoffen ook al duurzaam en veilig worden benut. Voor concrete stappen naar verantwoorde kringloopsluiting is het nodig in kaart te brengen welke mogelijkheden het best aansluiten op de omstandigheden en randvoorwaarden die gelden. Daarin neemt KWR waar mogelijk de hele valorisatieketen van winning, verwerking en gebruik van herwonnen reststoffen mee.

Oude en nieuwe concepten

KWR combineert oude en nieuwe concepten en verbindt verschillende sectoren uit de energie-voedsel-water-nexus zodat ze samen hergebruik kunnen realiseren. Ons onderzoek vertaalt zich in praktische aanbevelingen, technieken en concepten voor onder meer waterbedrijven, waterschappen, gemeenten en industrie.

Van scenariostudie tot praktijktoepassing

KWR is inmiddels betrokken geweest bij heel wat inspirerende voorbeelden van veilig en duurzaam hergebruik van reststoffen die vrijkomen bij de behandeling van water: soms in het eigen proces of elders in de waterketen, maar regelmatig ook voor toepassingen buiten de watersector. Het komt vaak aan op maatwerk om de beste oplossing en toepassing te vinden. KWR zet een uitgebreid netwerk en ervaring uit een breed scala projecten in om samen met u tot nieuwe mogelijkheden te komen. Heeft u een reststof die u zou willen (laten) hergebruiken? Wilt u weten welke mogelijkheden voor duurzaam hergebruik in uw processen te vinden zijn? KWR kan u ondersteunen van scenariostudie tot advies en van kleinschalige (laboratorium)testen tot veilige circulaire praktijktoepassingen.

Projecten rondom water

Waterrotonde Eerbeek

Het circulaire watermanagementsysteem – de ‘waterrotonde’ – zuivert proceswater van papier- en kartonfabrieken en herwint restproducten voor hergebruik. KWR was verantwoordelijk voor verschillende aspecten, waaronder het meten van microverontreinigingen, membraanintegriteit en brijnmanagement. Uit het pilotonderzoek bleek dat hergebruik van RWZI-effluent een optie is om waterverliezen in de waterrotonde aan te vullen. Geavanceerde technologieën als nanofiltratie en Electrodialysis Reversal (EDR) zijn ingezet om water te zuiveren en te recyclen, waardoor in principe geen grondwater meer nodig is voor de papier- en kartonfabrieken.

 

Effluent reuse – Modulaire Duurzame Rioolwaterzuivering

Voor twee gebieden in Limburg is verkend welke bijdrage een Modulaire Duurzame Rioolwaterzuivering (MDR) kan vervullen in het optimaliseren van de watercyclus van het gebied. De MDR is ontwikkeld door Waterschapsbedrijf Limburg (WBL) en is inmiddels bekend onder de naam Verdygo, Deze studie heeft een systematiek opgeleverd om de kosten voor lokale inzet van Verdygo-technologie te berekenen door middel van een GIS-tool gekoppeld aan een rekenmodel. Voor twee gebieden zijn de kansen voor matching van watervraag en -aanbod volgens deze rekensystematiek doorgerekend, wat diverse kansrijke business cases heeft opgeleverd.

 

Sluiten van de watercyclus

Om de watercyclus te kunnen sluiten moet effluent worden gezuiverd van organische microverontreinigingen. De huidige rwzi’s zijn niet specifiek ontworpen om dit brede scala aan stoffen uit afvalwater te verwijderen, maar de kwaliteit van afvalwater neemt sterk toe wanneer organische microverontreinigingen worden verwijderd – dat biedt bijvoorbeeld de mogelijkheid om het effluent niet te lozen op oppervlaktewater, maar in te zetten voor hoogwaardigere toepassingen. Voor de effluentbehandeling zijn een combinatie van ozonatie met keramische membraanfiltratie en biologische actievekoolbehandeling onderzocht.

Projecten rondom nutriënten

KNAP

Een breed consortium doet onderzoek naar het sluiten van de kringlopen van nutriënten uit de communale rioolwaterzuivering en industriële proceswaterzuivering (Kringloopsluiting van Nutriënten uit Afvalwater en Proceswater). Met de partners brengen we in kaart welke recyclebare meststoffen er zijn (kwantitatief en kwalitatief) en welke landbouwkundige waarden en mogelijke afzetroutes daarbij horen en werken we aan een kwaliteitssysteem met criteria waarop gerecyclede meststoffen kunnen worden beoordeeld.

 

Micronutriënten in de Kringloop

In dit project is de basis gelegd voor het sluiten van de kringloop van essentiële micronutriënten in de gehele voedselketen (het agro-voedsel-afvalsysteem). Het gaat daarbij om direct hergebruik van micronutriënten via de stromen die micronutriënten bevatten en om indirect hergebruik na behandeling van die stromen. Veel micronutriënten zijn sporenelementen die onmisbaar zijn voor de plantengroei en worden daarom in de landbouw vaak toegevoegd aan kunstmest en meststoffen. In het licht van de circulaire economie is het belangrijk de doorgaans lineaire toepassing van micronutriënten om te buigen naar het sluiten van de kringloop. Er is onder meer onderzoek gedaan naar hergebruik van zuiveringsslib uit de drinkwaterproductie, hergebruik van de aerobe biomassa uit de suikerbietenindustrie, gft en huishoudelijk afvalwater.

 

Sustainable Airport Cities

Doel van dit pilotproject was het terugwinnen van fosfaat uit afvalwater van Schiphol om het zonder nabewerking als kunstmest in te zetten op of in de omgeving van de luchthaven. Het gevormde struviet is geanalyseerd op samenstelling, verontreiniging met pathogenen en microverontreinigingen. Op grond van deze resultaten lijkt fosfaatterugwinning via struvietproductie op AWZI Schiphol haalbaar te zijn, zij het op relatief kleine schaal. Het struviet dat is gewonnen tijdens de pilot is gebruikt voor bemesting op de luchthaven.

Projecten rondom waterijzer

Bij de Nederlandse waterbedrijven komt jaarlijks circa 95.000 ton waterijzer vrij (vloeibaar 62.000 ton en steekvast 33.000 ton). AquaMinerals neemt dit waterijzer in en zorgt voor de afzet in allerlei toepassingen, zoals in biogas-energiecentrales, RWZI’s en als bouwmateriaal.

Productie en toepassing van granulair waterijzer

Door steekvast waterijzer om te zetten in granulair materiaal is een verdere vergroting van de afzet mogelijk. De korrels kunnen als filtermateriaal worden ingezet, bijvoorbeeld bij gas- of luchtreiniging (H2S-binding) of waterzuivering (verwijderen van fosfaat en zware metalen). Ook bij de ontwikkeling van natuurterreinen zijn de korrels bruikbaar (fosfaatbinding in waterlopen en bodem).

 

Verwijdering van waterstofsulfide uit biogas met granulair ijzer(hydr)oxide

Vloeibaar waterijzer kan door pelletiseren verwerkt worden tot granulair waterijzer. Deze korrels kunnen worden ingezet als filtermateriaal bij de reiniging van gistingsgas van biogasinstallaties. Bij deze toepassing wordt zwavelwaterstof in de gasfase gebonden. Dit vermindert de corrosieve eigenschappen van het gas, zodat niet langer overdosering van (water)ijzer in de vergisting nodig is; alleen het voor de gasfase relevante deel van het sulfide wordt gebonden. Hierdoor blijft bovendien fosfaat in het digestaat beschikbaar voor terugwinning. Ook kan het granulair ijzer(hydr)oxide eenvoudig vervangen en ingezameld worden.

 

Toepassing van granulair ijzer(hydr)oxide voor verwijdering van arseen en fosfaat

Er is een efficiënt adsorbens voor de verwijdering van fosfaat en arseen uit water ontwikkeld dat wordt vervaardigd uit de reststof ijzerslib, afkomstig uit de drinkwaterbereiding. Het adsorbens heeft een constante kwaliteit en samenstelling.

 

Polishing pellets

In dit project worden korrels gemaakt van het geoxideerde ijzer uit de drinkwaterbereiding om in te kunnen zetten als circulair adsorptiemateriaal (‘Polishing Pellets’). Met het oog op de KRW doelen voor oppervlaktewaterkwaliteit ligt toepassing van de Polishing Pellets voor fosfaatverwijdering uit oppervlaktewater en/of behandeld effluent voor de hand. Korrels afkomstig van verschillende typen waterijzer worden onderzocht. In een parallel lopend opschalingsinitiatief wordt de receptuur van de Polishing Pellets verder geoptimaliseerd door onder andere alternatieve, groene bindmiddelen te testen.

 

Hergebruik van coagulant uit waterijzer (HerCauWer)

Bij de winning en zuivering van drinkwater wordt vrijwel altijd waterijzer (ijzerslib) gevormd, ofwel door beluchting van ijzerhoudend grondwater, ofwel door toevoeging van ijzerzouten als flocculatiemiddel. Door dit ijzerslib met zuur te behandelen, ontstaat opnieuw ijzerzout dat kan worden hergebruikt als flocculatiemiddel in afvalwater- of drinkwaterzuivering. Op deze manier kunnen we het materiaal hergebruiken en de kringloop sluiten.

 

W-IJzer met Metaal

In deze praktijkgerichte studie onderzoeken we hoeveel waterijzer opgewerkt kan worden tot ijzermetaalpoeder van bekende kwaliteit. Indien zuiver genoeg kan dit ijzermetaalpoeder dienen voor diverse (hoogwaardige) toepassingen, waaronder dragermateriaal van (duurzame) energie. Specifiek onderzoeken we de mogelijkheden van dit poeder als circulaire (metaal)brandstof en als materiaal voor het compact opslaan van waterstof.

Projecten rondom metalen

Terugwinnen van metalen

Er is een methode ontwikkeld om in diverse stromen uit de waterketen de concentratie te meten van 66 elementen, waaronder zware en zeldzame (aard)metalen, inclusief monstervoorbehandeling. Op basis van de monitoringsresultaten is besloten om experimenten uit te voeren op influent en (ontsloten) vliegas met ionenwisselingshars en (chemische) precipitatie, gericht op het effectief verwijderen en/of terugwinnen van de metalen koper, zink, kobalt, ijzer, lithium, titanium, palladium, wolfraam, zilver, goud en arseen.

Projecten rondom cellulose

Screencap

De essentie van het innovatieve concept van Screencap is terugwinning van vaste stoffen uit ruw afvalwater op basis van deeltjesgrootte in plaats van op basis van dichtheid. De belangrijkste resultaten van het onderzoek zijn dat met inzet van de fijnzeeftechnologie voor behandeling van stedelijk afvalwater 15% minder energie nodig is voor beluchting, 10% minder slib ontstaat en de capaciteit van de RWZI met 10% toeneemt.

Projecten rondom calciet

Hoogwaardig hergebruik van kalkkorrels uit drinkwaterproductie

Ongeveer de helft van het Nederlandse drinkwater wordt onthard in pelletreactoren. Bij die technologie ontstaat een reststof in de vorm van kalkkorrels met een kern van zand (entmateriaal) en een schil van calciumcarbonaat (kalk). Vervanging van de zandkern door een kern van calciet (calciumcarbonaat) leidt tot een zuivere kalkkorrel, die uit één component bestaat en een lager ijzergehalte heeft. Daarmee ontstaan mogelijkheden voor hoogwaardige afzet in onder meer de glas-, tapijt- en papierindustrie en stijgt de opbrengst van kalkorrels.