RESEARCH  
Aquarama 96 – juni 2022

Massa’s nieuwe projecten voor waterzuivering

KU Leuven heeft op campus De Nayer in Sint-Katelijne-Waver heel wat projecten op stapel staan op het vlak van waterzuivering. We hadden een gesprek met Lise Appels, hoofddocent aan het Process and Environmental Technology Lab (PETLab) van het Departement Chemische Ingenieurstechnieken KU Leuven (Universiteit Leuven).

Op campus De Nayer (KU Leuven) in Sint-Katelijne-Waver wordt er heel wat onderzoek gedaan op het gebied van waterzuivering. Samen met andere gerenommeerde Europese universiteiten en bedrijven maakt de onderzoeksgroep deel uit van het InnovEOX Project (International Training Network), dat zich toespitst op de ontwikkeling van innovatieve elektrochemische oxidatieprocessen voor het behandelen van afvalwater. De afbraak en verwijdering van micropolluenten maakt hier een belangrijk deel van uit. De onderzoeksgroep is een strategische partner in het door NAWA gefinancierde MonGOS project. Dit project wordt gecoördineerd door dr. Marzena Smol (Mineral and Energy Economy Research Institute, Polish Academy of Sciences) en is een samenwerking tussen Polen, België, Finland, Litouwen, Estland en Letland. In 2018 zijn er door de Europese Commissie een set van 10 CE-indicatoren voorgesteld, maar er is een beperkte relatie met water- en afvalwaterbeheer. Het hoofddoel van dit project is het ontwikkelen van een monitoringkader voor de circulaire economie (CE) voor de Europese water- en rioleringssector. “Dit type van projecten is belangrijk aangezien technologische innovaties hand in hand moeten gaan met beleidsmatige beslissingen”, zegt Lise Appels. “Voor dit laatste is er een gedegen kennis nodig van de good practices in verschillende landen binnen de EU op gebied van slibverwerking.”

Onderzoeksdomeinen

Er zijn drie onderzoekslijnen binnen de onderzoeksgroep. De eerste gaat over geavanceerde waterzuivering. “We doen onderzoek naar de verschillende waterstromen, zoals industriële afval- en landbouwwaterstromen”, zegt Lise Appels. “Er wordt ook onderzoek gedaan naar waterzuiveringsinstallaties, zoals biologische waterzuivering. Bij de koppeling met bestaande biologische waterzuivering kijken we in het bijzonder naar de reactie van de aanwezige microbiële gemeenschappen op de micropolluenten. Vervolgens maken we de koppeling met chemische of fysicochemische degradatietechnieken. Om de biologische zuivering van de eerder vermelde waterstromen te verbeteren worden op de campus verschillende reactoren ontwikkeld.” Er wordt veel tijd gestoken in het ontwerpen, optimaliseren, monitoren en controleren van de processen ten voordele van de eindgebruikers.

Technologieën

Op de campus worden vervolgens verschillende chemische en fysische technologieën ontwikkeld om water als een bron te gaan recupereren. Sinds enkele jaren wordt in de onderzoeksgroep veel aandacht besteed aan nanomaterialen, waarbij onder andere biochar wordt gebruikt om polluenten te gaan afbreken. In het labo staat ook een ozon-UV-installatie. De installatie kan tientallen liters afvalwater verwerken in een continu systeem. Er kunnen gassen, zoals pure zuurstof, op aangesloten worden. “We proberen om het modulair op te bouwen”, zegt Appels. “Een bedrijf is niet altijd geneigd om meteen iets op grote schaal te testen. Bedrijven kunnen bij problemen hun afvalwater hier testen in verschillende set-ups van verschillende volumes. We volgen ook waterzuiveringsinstallaties op, zoals voor bedrijven die hun lozingsnormen niet halen. We kunnen ook nagaan in welke stap van het zuiveringsproces het probleem zit. En moeten we misschien een andere techniek ter ondersteuning testen?” Bij de ontwikkeling van technologieën en de optimalisering van processen hecht de onderzoeksgroep veel belang aan de industriële toepasbaarheid en inpasbaarheid.

Microbiële processen

De tweede lijn van het onderzoeksprogramma gaat over complexe microbiële processen, onder meer in de landbouw. “Er wordt met duizenden micro-organismen tegelijkertijd gewerkt, zoals je ook in een typische waterzuivering hebt”, zegt professor Appels. “We gaan microbiële gemeenschappen gebruiken om organische afvalstromen te verwerken, zoals grasmaaisel, waterzuiveringsslib, kippen- en koeienmest. We gaan de fermentatieprocessen optimaliseren om onder andere meer biogas te produceren.” Op de campus wordt ook meer en meer onderzoek gedaan om uit organische afvalstromen vetzuren te halen. “We gaan er van alles uit produceren, zoals waterstof”, Prof. Appels. “We maken een koppeling tussen biologische processen en chemische technologie. We willen de beste weg ernaartoe vinden. Dan moeten we de koolstof niet van elders halen, zoals fossiele grondstoffen.”

Kippenmest

De onderzoeksgroep heeft ook lopende projecten met kippenmest. In kippenmest zitten veel eiwitten en stikstof, wat veel ammoniak maakt. “Kippenmest wordt veelal geëxporteerd”, weet Appels. “De processen waarmee we vetzuren maken renderen goed als er veel ammoniak is. Ammoniak kan je terug gebruiken in een meststof of als energiebron (brandstofcel). De brandstofcel wordt gevoed met ammoniak wat resulteert in een rechtstreekse elektriciteitsproductie. Hoe meer ammoniak, des te beter. Echter, er wordt nooit zuivere ammoniak geproduceerd bij de fermentatie van kippenmest. Er is altijd CO₂ en methaan aanwezig in het gasmengsel. We zijn nu de eerste validatietesten aan het lopen en de resultaten zijn veelbelovend.”

Restmest

De universiteit is ook partner in het Vlaio TETRA-CORNET (BioDEN). Het voornaamste innovatiedoel van dit project is het realiseren van een doorgedreven valorisatie van digestaat tot bestaande en nieuwe biogebaseerde meststoffen. Het gaat over het terugwinnen van stikstof en fosfor uit de restmest. “In de mest zit nog veel stikstof en fosfor en die gaan we eruit halen. We gaan kijken naar onder andere het gebruik van alternatieve zuren voor het maken van meststoffen. We willen de boer laten zien dat er met de reststroom veel meer kan gebeuren. We willen laagdrempelige projecten op grote schaal testen. We gaan de meststoffen testen: dat is de waarde van de stoffen die je maakt en dat kan je ermee winnen. Hoe kunnen we het beleid ondersteunen? We willen de boer meer ondernemer maken.”

MBBR-reactor

Op de campus werd een MBBR-reactor (Moving Bed Bioreactor) ontwikkeld. Het flexibel en low-cost systeem neemt amper plaats in beslag. Het is een installatie waar vooral landbouwers mee aan de slag kunnen gaan om nitraten uit het drainagewater af te breken zodat ze het water onder hun normen kunnen lozen. “In de landbouw zit je met seizoenen en kent het afvalwater pieken”, zegt Appels. “Je moet zien dat je die pieken opvangt. We enten de bacteriën op een drager, op plastiekjes, en laten ze groeien. Hoe dichter bij elkaar (in groep), hoe beter ze werken. Als het 5 graden warm is, worden er nog steeds nitraten afgebroken Het is een alternatief voor een biologische waterzuivering. Er zijn al enkele installaties geplaatst bij een paar boeren in de buurt. We hebben ook een lopend project met een slakweker. De opstarttijd van de installatie is wel redelijk lang. Daar moet de landbouwer rekening mee houden.”

De laatste onderzoeklijn is thermochemische conversie. Hier werd op de campus technologie ontwikkeld op basis van ultrasoon en microgolven. “We gaan die gebruiken om vaste biomassa(neven)stromen (bv. landbouwafval, Fungal waste of zeewier) aan te pakken”, zegt Appels. “We hebben hierbij minder chemicaliën nodig en zijn dat proces verder aan het uitbreiden.”

Lise Appels

“We doen onderzoek naar de verschillende waterstromen, zoals industriële afval- en landbouwwaterstromen”

“We willen laagdrempelige projecten op grote schaal testen”

“In de mest zit nog veel stikstof en fosfor en die gaan we eruit halen.”

Tweet