PROJECT
Aquarama 80 – juni 2018
Singapore zoekt voor omgaan met water inspiratie in de Lage Landen
Emile Cornelissen in een labo van Universiteit Gent. (foto KV)
De mogelijkheden van een ééntraps omgekeerde osmose worden onderzocht. (foto KWR)
Singapore’s Public Utilities Board is verantwoordelijk voor de watervoorziening van de stadstaat. (foto Wikimedia Commons)
De Singaporezen zijn trots op hun gezuiverd afvalwater NEWater. (foto Wikimedia Commons)
In Singapore is efficiënt omgaan met water van levensbelang. Om dat voor mekaar te krijgen, kijkt de stadstaat geregeld naar België en Nederland. Zo start daar op 1 maart een project naar waterhergebruik met een innovatieve nanofiltratie membraanbioreactor: daarmee kan volgens de betrokken partijen tot meer dan 90 procent van het afvalwater worden hergebruikt. Nederlander Emile Cornelissen, gastprofessor aan Universiteit Gent, treedt op als medeonderzoeker. Eerder gooide hij hoge ogen in Singapore met zijn pleidooi voor éénstaps omgekeerde osmose, een technologie die een belangrijke energiebesparing zou opleveren.
Singapore is een eiland met weinig waterbronnen. Om minder afhankelijk te zijn van buurland Maleisië wil de stadstaat waterzelfvoorzienend worden. De Public Utilities Board (PUB), Singapore’s nationale waterautoriteit, heeft uitgestippeld dat dit kan door in te zetten op vier bronnen. In volgorde van belangrijkheid zijn dat ontzilt zeewater, gezuiverd afvalwater (’NEWater’ gedoopt), lokaal opgevangen regenwater en pas in laatste instantie water uit Maleisië. Tegen 2060 moet liefst 85 procent van zijn water afkomstig zijn van zee- of afvalwater. Daarvoor worden membranen ingezet. Maar: er is veel energie nodig om het water door de membranen gepompt te krijgen. Een technologie die in aanmerking komt om die energienood te doen dalen, is de membraanbioreactor (MBR). Maar dan wel een heel bijzondere.
Nanofiltratie-MBR
Op 1 maart startte SMTC (het Singapore Membrane Technology Centre) een project naar waterhergebruik met een lagedruk nanofiltratie-MBR die in Singapore is ontwikkeld. Prof. dr. ir. Emile Cornelissen, gastprofessor aan Universiteit van Gent en senior wetenschappelijk onderzoeker bij de Nederlandse kennisinstelling KWR, is er medeonderzoeker. “Een conventioneel actief slibsysteem heeft een nabezinker”, begint hij. “Maar het kan zinvol zijn in de plaats van dat actief slibsysteem en de nabezinker een MBR te plaatsen. Daar pompen we het slib langs. Nu maken MBR’s in de regel gebruik van micro- of ultrafiltratiemembranen. Daarmee hou je vooral slibdeeltjes en hele grote macromoleculen tegen. De rest vinden we dan terug in het effluent: kleinere, opgeloste moleculen zoals bivalente zouten, organisch materiaal en organische micropolluenten zoals geneesmiddelen en pesticiden. Dus, als we dit effluent willen hergebruiken, voor industriële toepassingen of zelfs drinkwater, moet nog een behandeling plaatsvinden. Dat kan met omgekeerde osmose, kortweg RO, wat ook monovalente zouten zoals natriumchloride en organische micropolluenten tegenhoudt.”
Onlangs ontwikkelde het SMTC capillaire nanofiltratiemembranen die gebruikt kunnen worden in MBR’s. Cornelissen: “Met state-of-the-art-technieken zoals MBR gevolgd door RO, of conventioneel actief slib gevolgd door micro- of ultrafiltratie en RO, is de opbrengst typisch 75 procent: je krijgt 75 procent permeaat, dus opgezuiverd water, en 25 procent geconcentreerde stof. Die 25 procent moet je lozen. Maar als we gebruik maken van Singapore’s nieuwe nanofiltratie-MBR worden veel stoffen die een gewone MBR zou doorlaten, alsnog tegengehouden. Het is niet zo dat je dan geen nabehandeling meer nodig hebt, maar die kan dan wel veel efficiënter worden bedreven: met een opbrengst van 90 procent. Gevolg is ook dat je minder energie nodig hebt per liter geproduceerd water. Tijdens het project dat in maart van start ging, willen we diverse vragen beantwoord zien, zoals: wordt met die innovatieve nanofiltratie-MBR de membraanvervuiling beheerst, produceren we genoeg water, en: worden de bivalente zouten en organische micropolluenten, die normaal gesproken door een ultrafiltratiemembraanbioreactor zouden passeren, nu wél tegengehouden? We willen ook nagaan wat het betekent voor de biomassa in het actief slib-bekken als alle stoffen die bij een gewone, dus micro- of ultrafiltratiemembraanbioreactor in het effluent zouden zijn beland, nu, met de nanofiltratie-MBR wél weer terechtkomen in de biomassa. Gaat die daar dood van? Past die zich aan? Breekt die de organische micropolluenten af? Allemaal boeiende vragen. Het gaat om zeer toegepast onderzoek, dat op pilootschaal hoopt aan te tonen dat nanofiltratie-MBR de verwachtingen inlost. Als alles naar wens verloopt, zullen we een systeem hebben dat robuust en relatief klein is, en in eerste instantie vooral voor industrieel afvalwater belangrijke mogelijkheden biedt.”
Eénstaps-RO
Emile Cornelissen sprak vorig jaar in april in Singapore tijdens de conferentie ‘Engineering with Membranes’. Hij presenteerde er zijn onderzoek over minimale voorbehandeling voor het beheersen van membraanvervuiling RO (omgekeerde osmose). Dat wekte veel belangstelling bij de Singaporezen en andere aanwezigen. En ook rond die technologie is er een proefproject gestart. Dat vindt plaats in Nederland. Het zal in de toekomst ook van toepassing kunnen blijken in de Oost-Aziatische staat. Voor de duidelijkheid: dat project houdt (voorlopig?) geen verband met het proefproject over nanofiltratie-MBR’s.
“De wereld staat vol met conventionele actiefslib-systemen met een nabezinker; membraanbioreactoren, kortweg MBR’s, zijn vooralsnog in de minderheid”, legt Cornelissen uit. “Om deeltjes in het effluent dat van de nabezinker komt af te vangen, wordt een micro- of ultrafiltratiemembraan nageschakeld, geen MBR. Als waterhergebruik aan de orde is, komt daarna nog een RO- membraan. Op die wijze wordt in Singapore overigens van afvalwater het water van drinkwaterkwaliteit NEWater gemaakt. Nu heb ik met het Nederlandse drinkwaterbedrijf Oasen een verkenning uitgevoerd op oppervlaktewater, maar dat zou ook op effluent hebben gekund, waarbij we die RO anders gaan ontwerpen zodanig dat we de dure micro – of ultrafiltratie-installatie uitsparen. We ontwierpen daarvoor het éénstaps-RO-systeem. We willen dat op een of andere manier aan de praat krijgen. We hebben enkele technieken in gedachten die dat zouden kunnen waarmaken. Bijvoorbeeld een voorbehandeling met een goedkope, vaak metalen screen, die een paar eurocent kost. Die vangt dan deeltjes zoals zandkorrels op die de – zoals gewoonlijk spiraalgewonden – RO zou kunnen beschadigen. Wat ook zou bijdragen tot het slagen van de opzet, is enkele minuten per dag of week een lucht-waterspoeling omhoog laten borrelen die het membraan schoon maakt: de ‘AiRO’ – Air in Reverse Osmosis-methode. Ook zal het verlagen van de fluxwaarden resulteren in minder membraanvervuiling: een lagere flux -datgene wat door het membraan wordt geperst – betekent minder vuillast naar het membraan toe, en dus ook minder vervuiling ervan. Voorts onderzoeken we de mogelijkheden van andere dan de bekende spiraalgewonden elementen. We hebben intussen een proefopstelling met het éénstaps-RO-systeem. We geloven dat het 20 procent lager in kosten zal blijken dan het ultrafiltratie-RO-scenario, vooral omdat de energie-intensieve ultrafiltratiestap niet nodig is bij één-staps-RO. En ja, installatie- en onderhoudskosten van beide methodes zijn in de financiële analyse mee opgenomen.”
Door Koen Vandepopuliere
