Circulaire economie in afvalwaterzuiveringsinstallaties

De ‘Agenda: 2030’ van de Verenigde Naties heeft universele toegang tot schoon water gedefinieerd als een van de doelstellingen voor duurzame ontwikkeling en moedigt regeringen aan om afvalwaterzuiveringsinstallaties (AWZI’s) op te richten om de kwaliteit van het water te verbeteren en de toegang tot drinkwater te waarborgen voor mensen die te maken hebben met ernstige watergerelateerde problemen. Waterbronnen over de hele wereld raken steeds meer vervuild door het ontbreken van strikte voorschriften voor industrieën voor afvalverwerking. Industrieën en fabrieken die industrieel afval, zware metalen, kleurstoffen, organische stoffen, bacteriën en giftige stoffen in waterbronnen lozen, vervuilen het water verder.

Principes van circulaire economie

Om elk initiatief met betrekking tot de circulaire economie te overwegen, is het noodzakelijk om te wijzen op de correlatie tussen circulaire economie en afvalwaterzuivering. Om ondernemers te helpen focussen op de transitie naar een circulaire economie en oplossingen te ontwikkelen met experts op het gebied van watersystemen, moet er een gemeenschappelijk begrip zijn van de belangrijkste concepten.

Circulaire economie bestaat uit activiteiten die waarde behouden in de vorm van energie, arbeid en materialen. Circulaire economie komt voornamelijk tot stand via drie belangrijke “acties”, namelijk de zogenaamde 3R’s Principles: Reductie, Hergebruik en Recyclen (Reduction, Reuse en Recycle).

• Het reductieprincipe heeft tot doel de input van primaire energie, grondstoffen en afval te minimaliseren door de efficiëntie in productie- (zogenaamde eco-efficiëntie) en consumptieprocessen te verbeteren, b.v. invoering van betere technologieën in RWZI.
• Het hergebruikprincipe verwijst naar “elke handeling waarbij producten of componenten opnieuw worden gebruikt voor hetzelfde doel waarvoor ze zijn ontworpen”. Zo hebben watertekorten in aride en semi-aride regio’s in sommige delen van de wereld geleid tot hergebruik van water als alternatieve watervoorziening.
• Het recyclingprincipe verwijst naar “elke terugwinningshandeling waarbij afvalstoffen opnieuw worden verwerkt tot producten, materialen of stoffen, hetzij voor de oorspronkelijke doeleinden, hetzij voor andere doeleinden. Recycling van RWZI-slib biedt bijvoorbeeld de mogelijkheid om te profiteren van nog bruikbare hulpbronnen en de hoeveelheid afval die moet worden verwerkt en/of verwijderd te verminderen, waardoor ook de bijbehorende milieu-impact wordt verminderd.

Binnen het RWZI-raamwerk kunnen drie aanvullende principes die zijn ontwikkeld door de Ellen MacArthur Foundation [1] worden toegevoegd aan de 3R-principes:

• Het juiste ontwerp benadrukt het belang van de ontwerpfase bij het vinden van oplossingen om verspilling en verontreiniging te voorkomen. Dit principe wordt toegepast in RWZI’s en optimaliseert de hoeveelheid energie, mineralen en chemicaliën die in de besturingssystemen worden gebruikt.
• Middelen in gebruik houden betekent het optimaliseren van de prestaties van de middelen van de RWZI’s (gebruik en hergebruik van water, energie, terugwinning van nutriënten en chemicaliën). Bijvoorbeeld:
• Optimalisatie van de winning van energie of hulpbronnen uit het watersysteem,
• Maximalisering van het hergebruik ervan. Volgens de huidige nationale wetgeving over de hele wereld zijn de hergebruiksdoeleinden uiteenlopend – variërend van landbouw, industrieel, stedelijk, recreatief, milieuvriendelijk tot zelfs menselijke consumptie. Op dit moment wordt ongeveer 80% van het afvalwater zonder enige vorm van behandeling in de waterwegen van de wereld geloosd.
• Optimalisatie van de waarde gegenereerd in de interfaces van watersysteem (valorisatie van zuiveringsslib) met andere systemen zoals landbouw en andere toepassingen,
• Terugwinning van nutriënten uit afvalwater en hun gebruik als mest.
• Herstel van natuurlijk kapitaal – Dit principe is gebaseerd op het feit dat we het milieu niet alleen moeten beschermen, maar ook actief moeten verbeteren. Wat we moeten doen is om:
• Behoud en verbetering van het natuurlijk kapitaal (bijv. preventie van vervuiling, kwaliteit van afvalwater, enz.), en
• Zorgen voor minimale verstoring van natuurlijke watersystemen door menselijke interacties en gebruik.

Bron: Own illustration

2.1 Wat zijn de belangrijkste afvalwaterzuiveringsprocessen?

Afvalwaterzuivering is de procedure waarbij water zodanig wordt verwerkt dat het direct kan worden hergebruikt of geloosd in de waterkringloop met een minimale negatieve impact op het milieu. Afvalwater zit vol verontreinigingen, waaronder bacteriën, chemicaliën en andere gifstoffen. De behandeling ervan is gericht op het verminderen van de verontreinigingen tot aanvaardbare niveaus om het water veilig te maken voor lozing in het milieu. De processen voor afvalwaterbehandeling zijn als volgt:

Fysische/chemische behandelingsprocessen

Fysische processen verwijderen vaste stoffen uit afvalwater terwijl het door schermen (of filtermedia) stroomt, of vaste stoffen worden verwijderd door bezinking door de zwaartekracht of luchtflotatie. Deeltjes worden vervolgens vastgehouden aan het oppervlak en kunnen worden verwijderd. Chemicaliën kunnen ook worden gebruikt in afvalwaterzuivering om veranderingen in de verontreinigende stoffen teweeg te brengen die het vermogen om ze te verwijderen vergroten. Veranderingen kunnen ertoe leiden dat stoffen vlokken vormen of een zwaardere deeltjesmassa om de verwijdering door fysische processen te vergemakkelijken. Het slib – het vaste afval dat aan het oppervlak van de tanks bezinkt – wordt verwijderd door grote schrapers en naar het midden van de cilindrische tanks geduwd en later uit de tanks gepompt voor verdere behandeling. Het resterende water wordt vervolgens opgepompt voor secundaire behandeling (ook wel biologisch proces genoemd).

Biologische behandelingsprocessen

Biologische zuiveringsprocessen (ook wel actiefslibproces genoemd) zijn systemen die micro-organismen gebruiken om organische verontreinigingen uit afvalwater af te breken. Lucht wordt in beluchtingstanks gepompt die het afvalwater mengen met het micro-organisme, waardoor bacteriën en andere microben zich verspreiden en de resterende organische stof consumeren. De micro-organismen metaboliseren voedingsstoffen, colloïden en opgeloste organische stoffen, wat resulteert in gezuiverd afvalwater. Overtollige microben worden door fysische processen uit het gezuiverde afvalwater verwijderd. Dit proces leidt tot de productie van grote deeltjes die neerslaan op de bodem van de tanks (biologisch slib).

Behandeling van biologische vaste stoffen

De vaste stof die na de primaire en secundaire behandelingsfase bezinkt, wordt naar vergisters geleid. De vergisters worden op kamertemperatuur verwarmd. De vaste afvalstoffen worden vervolgens behandeld waar ze anaërobe worden vergist. Tijdens dit proces worden methaangas geproduceerd en ontstaan voedingsrijke bio-vaste stoffen die worden gerecycled en ontwaterd naar lokale bedrijven. Het methaangas, een bijproduct van de verwerking van bio-vaste stoffen, wordt gewoonlijk gebruikt als energiebron in de zuiveringsinstallaties. Het kan worden gebruikt om elektriciteit te produceren in motoren of om eenvoudig fabrieksapparatuur aan te drijven. Dit gas kan ook worden gebruikt in ketels om warmte op te wekken voor vergisters.

Tertiaire behandeling

De tertiaire behandelingsfase kan tot 99 procent van de onzuiverheden uit het afvalwater verwijderen. De behandeling hangt af van het eindgebruik van het water (drinken, landbouw, industrie, enz.). Dit levert afvalwater op dat bijna de kwaliteit van drinkwater heeft. Helaas is dit proces vaak een beetje duur omdat het speciale apparatuur, chemicaliën, een constante energietoevoer en goed opgeleide en hoogopgeleide operators vereist.

Desinfectie

Na de fysisch/chemische en biologische processen zijn er nog steeds micro-organismen in het resterende gezuiverde afvalwater. Om ze te elimineren, moet het afvalwater worden gedesinfecteerd in tanks die een mengsel van chloor en natriumhypochloriet bevatten. Het effluent (behandeld afvalwater) komt later via de lokale waterlopen in het milieu terecht. Dit water kan nu worden gebruikt in industrieën, voor irrigatie en andere doeleinden.

Bron: https://pixabay.com/images/search/wastewater%20treatment%20plant/