RWZI’s: revolutie op komst?

In Nederland geeft Waterschap Vallei en Veluwe groen licht voor een waterfabriek. Die moet het rioolwater zuiveren, maar op een bijzondere manier: louter fysicochemisch, en zonder bacteriën. Het water dat eruit komt, zou buitengewoon zuiver zijn. Bovendien zou de installatie het potentieel grondstoffen terug te winnen, verhogen. De plannen van het Waterschap dragen het potentieel in zich disruptief te worden.

Bert van Vreeswijk is lid van het dagelijkse bestuur van Waterschap Vallei en Veluwe – in Nederland staan waterschappen onder meer in voor rioolwaterzuivering. Zijn Waterschap zette stappen richting circulariteit. Een eerste stap die het daarvoor heeft gezet, was uit slib biogas maken, als energiebron. Ook zette het stappen om uit het proces grondstoffen te putten. “Bijvoorbeeld”, stelt hij, “produceren sommige bacteriën in de zuiveringsinstallatie PHA. Dat kan je gebruiken voor de productie van bioplastics. Ook winnen we Kaumera, een stof die we halen uit slibkorrels die zich vormen bij het Nereda-zuiveringsproces. Dat is een heel bijzonder biopolymeer. Zo is het amfofiel: soms houdt het van water en soms van vet. Daar kan je een heleboel toepassingen voor bedenken. Onder meer ontdekken we dat de stof brandvertragend is en uithardingsprocessen van beton verbetert.” Dit jaar wordt in Nederland, onder meer door het waterschap Vallei & Veluwe, de eerste fabriek ter wereld gebouwd die deze innovatieve grondstof produceert.

“Maar dat is in principe nog allemaal klassiek, want je bent nog steeds bezig met afbreken of tussenstof er uit te halen”, stelt Bert van Vreeswijk. “Dat is een wezenlijk verschil met de aanpak van de Waterfabriek. Ook die gaat voor circulariteit, maar dan op een hoger niveau. Daar ga je niet meer je stoffen biologisch afbreken, maar ze fysicochemisch scheiden. Er komen dus geen bacteriën meer aan te pas. Wat je doet, is in de eerste plaats er zuiver water uithalen. En op de tweede plaats pas je op het, zeg maar dik slib, dat je overhoudt, technieken toe om er de grondstoffen uit te halen.”

Processtappen

Henry van Veldhuizen is programmamanager waterketen bij Waterschap Vallei en Veluwe. Hij legt kort uit hoe de Waterfabriek werken zou. “We beginnen, dat is nog klassiek, met de zandvang die het zand er uithaalt en een rooster dat grove materialen tegenhoudt. De volgende stap is een fijnzeef waarmee we de cellulosevezels, afkomstig van wc-papier, afscheiden. Dat doen we al in een aantal zuiveringen in Nederland. Er is ook ontwikkeling bezig om die vezels nuttig in te zetten. Daarna gaan we naar de volgende stap: EC-DAF. Dat is als het ware een combinatie van elektrocoagulatie en dissolved air flotation. Elektrocoagulatie zien we als alternatief voor coagulatie met polymeren, omdat we zo weinig mogelijk chemicaliën willen gebruiken. Nadat het organische materiaal daarmee gecoaguleerd is, scheiden we het af met DAF: dan zorgen luchtbelletjes ervoor dat zwevende stof gaat drijven, waarna we het afschuimen. Zo krijgen we organische stof in een geconcentreerde vorm. Na deze stap ondergaat het water een nanofiltratie, die vergaand alle stoffen die er nog in zitten, verwijdert: het gaat dan vooral over organische microverontreinigingen en medicijnen. Dit is een van de doelen die we met de Waterfabriek hebben: er medicijnen en alle andere organische microverontreinigingen tot meer dan 80% uit verwijderen. Als we dat gedaan hebben, is de waterstroom al heel schoon. Er zitten alleen nog wat eenwaardige ionen in die niet zijn tegengehouden door de nanofiltratie. De eenwaardige ionen zijn in ons geval met name ammonium, en dat verwijderen we met een ionenwisselaar. Dat leidt dan weer tot een geconcentreerde ammoniumstroom waar we ook weer een toepassing voor gaan zoeken. Met deze opeenvolgende stappen hebben we het water zo schoon gemaakt dat het bijna puur water is, eigenlijk te schoon om te lozen in het oppervlaktewater. Dus sturen we het vervolgens nog door een natuurlijk moerasveld, een helofytenfilter, om het, zeg maar, opnieuw wat natuurlijker te maken. In dat moerasveld combineren we het water ook met regenwater.”

Nu is er nog steeds een gemengde riool op die locatie. De riolen vervoeren dus en vuil water (droogweeraanvoer) en regenwater. Henry van Veldhuizen: “Het rioolwater dat naar onze Waterfabriek toe zal komen, heeft een debiet van 600 kuub per uur. 200 kuub daarvan is droogweeraanvoer. Maar in de Waterfabriek zullen we hoogwaardige, dure technologie inzetten. We willen dan ook een installatie bouwen met voldoende capaciteit voor de 200 kuub droogweeraanvoer, en niet voor de 400 kuub regenweeraanvoer. Om dat waar te maken, hebben we een grote buffer aan de voorkant. De buffer vangt bij droog weer al het afvalwater uit de riolen op. Anders is het als het regent. Als je een regenbui hebt, komt er eerst een stroom vuil water uit de riool, de zogenaamde ‘first flush’. Vervolgens komt gewoon regenwater. Het vuile water vangen we dan op in die buffer en behandelen we. Het schone water dat achteraan komt, kan direct in de helofytenfilter en mengen we met de stroom die gezuiverd uit de Waterfabriek komt, het effluent dus.”

“Of rioolwaterzuiveringsinstallaties zonder biologie toekomst hebben? Ik zou het niet uitsluiten.”

Grondstoffen leveren

Met de combinatie van technieken in de Waterfabriek, luidt het, “halen we alle grondstoffen uit het water, waarna we ze kunnen omzetten in waardevolle producten. In de mate dat je er alles uithaalt, is dat nog niet vertoond. Het is een eerste stap naar een volledig circulaire zuivering. Voor zover we kunnen nagaan, is dergelijke rioolwaterzuiveringsinstallatie een primeur, wereldwijd.”

De stromen die uit het water worden gehaald en grondstoffen bevatten, zijn geconcentreerde stromen. Dat is belangrijk, stelt van Veldhuizen: “Want je kan wel nanofiltratie toepassen, maar als die een heel verdunde afvalstroom oplevert, zit je nog steeds met een probleem. Nu hebben we een volume van afval-, zeg maar reststromen, die ongeveer 2% is van de beginstroom. Dat is doenbaar: we kunnen dat afvoeren met enkele vrachtwagens per dag. Inzake grondstoffen hebben we overigens al wat ervaring. En we gaan daar mee om samen met AquaMinerals, een soort grondstoffenmakelaar voor de watersector. Die doen niet alleen de markt maar ook de juridische kant.”

Zuiver 2030

“We zijn nu bezig met de opbouw van de pilot”, laat Henry van Veldhuizen nog weten. “Die gaat vanaf 1 mei draaien: een half jaar om de ‘proof of concept’ te leveren, en dan nog een aantal maanden om wat optimalisaties te doen. Parallel gaan we door met het ontwerpen. Bedoeling is dat we in 2020 het ontwerp afmaken, alle vergunningen hebben en de financiële ondersteuning rond hebben. Dan kunnen we halfweg 2020 beginnen met de bouw en de Waterfabriek in 2022 in gebruik nemen.”

De nieuwe waterfabriek zou maar liefst 75% meer stikstof en fosfaat uit het vervuilde water halen dan een reguliere zuiveringsinstallatie. Doel is daarnaast om 80% van de medicijnresten te verwijderen, 90% minder slib over te houden en 90% minder chemicaliën te gebruiken. “Met de Waterfabriek”, stelt de programmamanager, “willen we een waterkwaliteit leveren die deze van 2030, 2035 is. We zijn in Nederland en België nog niet verplicht om bijvoorbeeld opkomende stoffen in afvalwater, zoals medicijnresten, te verwijderen. Maar daar wordt wel aan gedacht. Met onze nieuwe installatie willen we daarop voorbereid zijn.”

Energie en kosten

Maar misschien zal de installatie meer energie verbruiken? En meer kosten? Henry van Veldhuizen: “Als je puur naar de zuivering zelf kijkt, verbruikt die meer energie, maar als je naar de hele keten kijkt, dan is de totale uitstoot van broeikasgassen lager.”

Bert van Vreeswijk: “Als je naar het nieuwe proces kijkt, en je kijkt naar het financiële plaatje op locatie, dan ben je duurder uit. Maar breng je de opbrengsten van je circulaire stromen in rekening, dan ben je doorgaans goedkoper uit. Denk daarbij onder meer aan de vreemde situatie dat ontzettend veel ammonium uit afvalwater in gangbare zuiveringsinstallaties omgezet wordt in stikstof dat in de lucht gaat, terwijl kunstmest- en ammoniakfabrieken net stikstof uit de lucht gebruiken om hun producten te maken: dat is een veel duurdere methode dan deze die de Waterfabriek gebruikt.”

België

De technologieën die het waterschap inzet, zijn alleszins geen onbekende voor Marjoleine Weemaes, R&D-manager bij Aquafin: “Een jaar of twee geleden hebben we DAF getest, als alternatief voor de klassieke biologische beluchting. Het gaf inderdaad goede resultaten om de COD af te scheiden die je meteen, bijvoorbeeld via gisting, in energie kan omzetten. Nanofiltratie hebben we intussen eveneens getest. Om kort te gaan: ook bij ons vindt verkennend onderzoek met al die verschillende bouwblokken plaats. We hebben wel nog niet direct plannen om daarmee een full-scale installatie te bouwen. Ik heb het gevoel dat daarvoor nog iets te veel doorontwikkeling nodig is.”

Wel is Aquafin in Aartselaar een installatie op volledige schaal aan het inplannen die de medicijnresten uit het water haalt: “Daar gebruiken we wel geen nanofiltratie voor, omdat het daar over grotere debieten gaat en omdat het goedkoper en efficiënter is daarvoor ozon en actief kool te gebruiken. Maar welke technologie je kiest, hangt ook sterk af van wat de lokale mogelijkheden zijn. Zo is effluent na nanofiltratie superzuiver: als je ter plaatse een afnemer hebt voor dat zuiver water, of je kan dat koppelen aan andere mogelijkheden, dan zal het efficiënter zijn om nanofiltratie te gebruiken.”

Vraag is in hoeverre de toekomst ons rioolwaterzuiveringsinstallaties zonder biologie zal brengen. Marjoleine Weemaes: “Wat zeker bij ons, bij Aquafin, meegespeeld heeft, is dat we in Vlaanderen behoorlijk verdunde afvalwaters hebben. Dat maakt DAF voor ons iets minder efficiënt dan in Nederland, waar ze iets geconcentreerdere afvalwaters hebben, zodat het daar meer kans maakt. Maar of rioolwaterzuiveringsinstallaties zonder biologie toekomst hebben, is uiteindelijk erg moeilijk te voorspellen. Ik zou het alvast zeker niet uitsluiten.”

Door Koen Vandepopuliere

Foto’s Waterschap Vallei en Veluwe