Innovatie en circulaire economie in afvalwaterzuiveringsinstallaties: uitdagingen en belemmeringen.

Het watersysteem maakt deel uit van milieu-, landbouw-, industriële en gemeentelijke systemen. Weten hoe deze systemen met elkaar zijn verbonden, is van cruciaal belang voor het identificeren van kansen voor de circulaire economie die zich ook binnen het watersysteem en andere gerelateerde systemen voordoen.

De afvalwaterzuiveringsinstallaties (RWZI’s) kunnen een belangrijk onderdeel zijn van circulaire duurzaamheid door integratie van energieproductie en terugwinning van hulpbronnen tijdens de productie van schoon water [2, 3]. In de nabije toekomst zullen RWZI’s ‘ecologisch duurzame’ technologische systemen worden. Momenteel bepalen de wereldwijde behoefte aan nutriënten en de terugwinning van water en energie uit afvalwater de ontwikkeling van de afvalwaterindustrie [4-6]. Deze figuur van Cerahelix.com toont de watercyclus in een circulaire economiemodel:

Bron: https://www.cerahelix.com/news/treat-reuse-extract-create-and-repeat-the-circular-economy-explained-using-the-water-cycle-as-an-example/

Om de uitdaging aan te gaan om de vervuiling van afvalwater te verminderen, vooruitlopend op de bevolkingsgroei, veranderingen in industriële processen en technologische ontwikkelingen, heeft de US Environmental Protection Agency (US EPA) een document opgesteld om informatie over recente ontwikkelingen en innovatieve technieken voor iedereen beschikbaar te maken [7]. Het doel van het document is duidelijk: een gids bieden voor personen die op zoek zijn naar informatie over innovatieve en opkomende technologieën voor afvalwaterzuivering. De gids somt nieuwe technologieën op, beoordeelt hun verdiensten en kosten en verschaft bronnen voor verder technologisch onderzoek. Dit document moet als richtlijn dienen voor eigenaren/nutsbedrijven, operators, planners en adviseurs van afvalwaterinstallaties.

In de volgende paragrafen presenteren we de belangrijkste middelen die kunnen worden verkregen uit RWZI’s en de mogelijkheden voor ondernemers, terwijl we de sterke en zwakke punten van deze processen laten zien.

3.1 Landtoepassing van biologische vaste stoffen

Biosolids (zuiveringsslib) zijn gemaakt van verbindingen die waardevol zijn voor gebruik in de landbouw (organische stof, stikstof, fosfor, kalium en micronutriënten zoals calcium, zwavel en magnesium), en verontreinigende stoffen zoals zware metalen, organische verbindingen en ziekteverwekkers. Hoewel ze een waardevolle hulpbron kunnen zijn, moeten ze met de nodige voorzichtigheid worden gebruikt. Ze bevatten vaak micro-organismen die ziekten, chemische verontreinigingen of andere onstabiele stoffen kunnen overbrengen.

Biosolids kunnen de bodem verrijken en commerciële meststoffen aanvullen of vervangen. Biosolids-landtoepassing vindt plaats op verschillende locaties, waaronder landbouwgronden, bossen, mijnwinningslocaties en andere landen, parken en golfbanen. Landtoepassing van biovaste stoffen heeft significant positieve effecten op de bodemvruchtbaarheid, waardoor ze op een duurzamere manier kunnen worden gebruikt. Naast een hoge voedingswaarde verbeteren biosolids de eigenschappen van de bodem (bodemconditionering) door het verhogen van de organische stof in de bodem, de aggregatie van bodemdeeltjes, de bodemstructuur en porositeit en het verlagen van de bulkdichtheid.

Landtoepassing van zuiveringsslib wordt veel toegepast in Europa en andere landen [8]. Het risico verbonden aan landtoepassing van biosolids hangt af van de oorsprong van de vuilvrachten die de afvalwaterzuiveringsinstallaties binnenkomen (gemeentelijke versus industriële belastingen). De belangrijkste problemen die verband houden met de verwijdering van biovaste stoffen zijn de gezondheids- en veiligheidskwesties, geur, overlast en andere publieke zorgen. Bovendien kan een te hoge landtoepassing een negatieve invloed hebben op de grondwaterkwaliteit door uitspoeling van nutriënten. Om die reden heeft US EPA een gids ontwikkeld voor landtoepassing op basis van de federale normen voor het gebruik of de verwijdering van zuiveringsslib. De bedoeling van dit federale programma is ervoor te zorgen dat zuiveringsslib wordt gebruikt of verwijderd op een manier die zowel de menselijke gezondheid als het milieu beschermt. Deel 503, Normen voor het gebruik of de verwijdering van zuiveringsslib stelt de algemene vereisten, grenswaarden voor verontreinigende stoffen, operationele normen en beheerpraktijken vast, evenals de frequentie van monitoring, registratie en rapportagevereisten, voor zuiveringsslib dat op het land is aangebracht, geplaatst op een oppervlakteberging, of gestookt in een zuiveringsslibverbrandingsoven [9].

Behandelingen die nodig zijn voor het op het land brengen van biologische vaste stoffen

Om te voldoen aan de regels die door de wetgeving worden voorgesteld, moet zuiveringsslib op de RWZI’s worden behandeld (ontwaterd en gestabiliseerd) vóór landtoepassing, hetzij in termen van bodembemesting of landaanwinning. De verwerkingsprocessen voor biovaste stoffen voordat ze op de bodem worden aangebracht, zijn anaërobe of aerobe vergisting, compostering, drogen en chemische behandeling (meestal alkalische behandeling).

• Anaërobe vergisting (in het algemeen) is een natuurlijk voorkomend biologisch proces waarbij grote aantallen anaërobe bacteriën organisch materiaal omzetten in methaan en koolstofdioxide (een mengsel dat biogas wordt genoemd). Dit proces stabiliseert de organische stof in de vaste stoffen van afvalwater, vermindert ziekteverwekkers en geuren, en vermindert de totale hoeveelheid vaste stoffen/slib door delen van de fractie vluchtige vaste stoffen (VS) om te zetten in biogas.
• Anaërobe vertering. Het proces kan worden onderverdeeld in drie afzonderlijke stappen, die elk worden uitgevoerd door een andere groep micro-organismen:
  • Hydrolyse, waarbij de eiwitten, cellulose, lipiden en andere complexe organische stoffen worden afgebroken tot kleinere moleculen en oplosbaar worden door water te gebruiken om de chemische bindingen van de stoffen te splitsen
  • Vergisting van vluchtige zuren, waarbij de producten van hydrolyse worden omgezet in organische zuren door de biochemische processen van acidogenese (waarbij monomeren worden omgezet in vetzuren) en acetogenese (de vetzuren worden omgezet in azijnzuur, koolstofdioxide en waterstof)
  • Methaanvorming, waarbij de tijdens de fermentatie geproduceerde organische zuren worden omgezet in methaan en koolstofdioxide.
• Composteren. Het composteren van afvalwaterresiduen is een biothermisch aëroob proces waarbij het organische deel van het residu voor ongeveer 25 procent wordt afgebroken. Voor het composteren is het noodzakelijk om het residu te ontwateren. Ontwatering vermindert niet alleen het volume van het overschot, maar vermindert ook de hoeveelheid vocht die zal verdampen tijdens de warmte die wordt gegenereerd door de afbraak van het organische deel van het residu, het stabiliseert het ook en zet het overschot om in bruikbare biologische vaste stoffen. Het probleem bij het composteren van ruwe reststoffen is de intensere geur van de reststoffen met een hoger percentage organisch materiaal. Er kunnen verschillende methoden worden gebruikt om de geur te beheersen. Over het algemeen wordt de geur onder controle gehouden door ongebluste kalk (CaO) toe te voegen om de pH van de reststoffen te veranderen. Als geur een probleem blijft, kan de eenvoudige procedure om lucht door de composthopen te zuigen en de lucht af te voeren naar een biofilter, de geur verder verminderen.
• Drogen. Het type en de populatie van micro-organismen varieert tijdens het composteringsproces. Daarom is het van cruciaal belang om de composteringsomgeving te beheersen, zodat de micro-organismen kunnen gedijen. De parameters van de composteeromgeving omvatten de temperatuur van de composthoop, het vochtgehalte van de compost, het zuurstof- en kooldioxidegehalte in de composthoop en de beschikbaarheid van voedingsstoffen, waaronder koolstof, stikstof, fosfor en kalium voor de micro-organismen. Deze parameters moeten worden gecontroleerd omdat ze de vitaliteit van de micro-organismen beïnvloeden. Zuurstof wordt aan de composthoop toegevoerd door de introductie van lucht. De hoeveelheid toegevoerde lucht is afhankelijk van het vochtgehalte van de composthoop. Hoe hoger het vochtgehalte, hoe meer lucht er nodig is. Er moet een minimaal zuurstofgehalte worden gehandhaafd, terwijl het kooldioxidegehalte een maximumgehalte niet mag overschrijden.

Bron: https://pixabay.com/images/search/sewage%20sludge%20composting/

3.2 Nutriëntenterugwinning

Nutriëntenterugwinning is de praktijk van het terugwinnen van nutriënten zoals stikstof en fosfor uit gebruikte waterstromen die anders zouden worden weggegooid en deze om te zetten in een milieuvriendelijke meststof voor ecologische en agrarische doeleinden. Dit proces helpt het afvalwater te reinigen door deze voedingsstoffen te verwijderen en ze uiteindelijk om te zetten in een efficiënte, herbruikbare grondstof. Met deze doelstellingen voor ogen zijn er in de afvalwaterindustrie verschillende processen ontwikkeld om deze nutriënten optimaal terug te winnen.

Het herstelproces van nutriënten biedt gemeenten de mogelijkheid om inkomsten te genereren en tegelijkertijd agrarische bedrijven te voorzien van geraffineerde, bruikbare fosfor – een steeds schaarser wordende natuurlijke hulpbron. Bovendien stelt het afvalwaterentiteiten in staat om te dienen als meer dan alleen behandelingsfaciliteiten, maar uiteindelijk als middelen voor het terugwinnen van hulpbronnen, waardoor de perceptie van traditionele afvalwaterzuivering wordt getransformeerd. De recycling van nutriënten uit RWZI’s heeft dus een positief effect op het milieu door de vraag naar conventionele fossiele meststoffen te verminderen en bijgevolg het verbruik van water en energie te verminderen.

Terugwinning van nutriënten uit afvalwater kan gebeuren uit ruw afvalwater, halfbehandelde afvalwaterstromen en rioolslib (biosolids) [10].

Momenteel wordt fosfor (P) op RWZI’s voornamelijk gerecycled door chemische methoden zoals het struvietkristallisatieproces, bijvoorbeeld Pearl-, NuReSys- en AirPrex-technologieën, die op volledige schaal zijn geïmplementeerd [11]. Momenteel wordt in Europa meer dan 2000 Mg P/jaar technisch teruggewonnen [12]. De belangrijkste problemen in verband met struvietkristallisatie zijn de hoge chemische kosten en onbedoelde vorming van struviet die de kleppen, leidingen, pompen enz. verstoppen. Hoewel de hoge bedrijfskosten de economische haalbaarheid van de terugwinning van nutriënten beperken, kan het systeem een ​​groot aantal andere voordelen opleveren. Zo zou de terugwinning van nutriënten uit afvalwater de productie van slib en ongewenste neerslag aanzienlijk kunnen verminderen, zodat de verwijderingskosten die verband houden met de onverwachte stoffen beter kunnen worden beheerst of zelfs verlaagd. Ook zou de terugwinning van nutriënten uit afvalwater de ontwatering van behandeld slib kunnen verbeteren en de snelheid van de schaalvergroting kunnen verlagen, wat beide resulteert in een verbetering van het afvalwaterbeheer [14]. Het is duidelijk dat het terugwinnen van nutriënten ook de concentratie van ammonium en fosfaat in de lozing van een afvalwaterzuiveringsinstallatie kan verminderen, waardoor eutrofiëring in aquatische milieus wordt voorkomen. Echter, zowel milieuvoordelen als overheidsvoorschriften zouden niet dienen om nutriëntenterugwinning op gang te brengen als er onvoldoende economische prikkels zijn.

Nieuwe technologieën in nutriëntenterugwinning

Ye et al. 2020 wees erop dat microbiële brandstofcellen (MFC), als geavanceerde technologie voor het terugwinnen van nutriënten, elektriciteit kunnen opwekken en een hoge pH-zone kunnen bieden voor chemische neerslag [15]. De technologie is veelbelovend voor het terugwinnen van voedingsstoffen. Daarom moeten de MFC en de modificaties ervan op grote schaal worden onderzocht om nutriënten terug te winnen in afvalwaterzuivering.

In dit scenario zijn voorwaartse osmose (FO), membraandestillatie (MD) en elektrodialyse (ED) processen de drie belangrijkste membraantechnologieën die worden gebruikt voor de terugwinning van nutriënten. MD- en ED-processen zijn compatibel met MFC’s terwijl MFC’s worden toegepast om voedingsstoffen uit verdund afvalwater te winnen. Een dergelijke integratie zou ongetwijfeld de kwaliteit en kwantiteit van de teruggewonnen nutriënten kunnen verhogen en is in de toekomst levensvatbaar. Een ander belangrijk aspect is het verhogen van de anaërobe vrijgave van fosfaat in de bestaande tanks in voldoende hoeveelheden [16]. Bovendien kan de eigenschap van voeroplossing de prestatie van membraanbioreactor bepalen door directe invloed uit te oefenen op slibeigenschappen, membraanvervuiling en permeaatflux [17]. De rol van voeroplossing in OMBR-systemen is echter onvoldoende geanalyseerd. Het is noodzakelijk verdere studies uit te voeren om de haalbaarheid van verschillende afvalwaterbronnen met betrekking tot de terugwinning van nutriënten te evalueren en indien nodig de juiste voorbehandeling voor voeroplossing voor te stellen. In dit geval kunnen zowel de technische haalbaarheid van het nutriëntenterugwinningssysteem als de prestaties ervan worden verbeterd.

In de toekomst kan worden verwacht dat nieuw onderzoek leidt tot de verdere ontwikkeling van economische afvalwaterzuiveringssystemen, en in het bijzonder op osmotische membraanbioreactoren (OMBR) en bio-elektrochemische systemen (BES) gebaseerde hybride systemen.

Dit kan nieuwe kansen creëren voor ondernemers en start-ups.

3.3 Teruggewonnen water

Waarom behandeld afvalwater hergebruiken?

Slechts 2,5% van het beschikbare water op de planeet is zoet water. Met de snelle toename van de wereldbevolking, de versnelling van de verstedelijking en de opwarming van de aarde wordt deze hulpbron schaars. Overmatige wateronttrekking is een belangrijke oorzaak van waterschaarste. De belangrijkste druk van het waterverbruik is geconcentreerd op irrigatie en de binnenlandse vraag, inclusief toerisme. Het gebruik van hergebruik van gezuiverd afvalwater als alternatieve bron van watervoorziening wordt nu algemeen erkend door internationale, Europese en nationale duurzaamheidsstrategieën. UN Sustainable Development Goal on Water (SDG 6) richt zich specifiek op een substantiële toename van recycling en veilig wereldwijd hergebruik tegen 2030. Waterhergebruik is een topprioriteit in het Strategisch Implementatieplan van het Europees innovatiepartnerschap op het gebied van water, en maximalisering van waterhergebruik is een specifieke doelstelling die is vastgelegd in de mededeling “Blauwdruk om de watervoorraden van Europa te beschermen”. Hergebruik van gezuiverd afvalwater kan aanzienlijke ecologische, sociale en economische voordelen opleveren. Volgens de Blauwdruk kan waterhergebruik de toestand van het milieu zowel kwantitatief als kwalitatief verbeteren, door de druk te verlichten door in de plaats van onttrekking. Vergeleken met alternatieve bronnen van watervoorziening, zoals ontzilting of wateroverdracht, vereist hergebruik van water vaak lagere investeringskosten en energie, waardoor de uitstoot van broeikasgassen wordt verminderd.

Waterhergebruik komt ten goede aan de bredere watersector, die een belangrijk onderdeel is van het eco-industriële landschap van de EU. Waterhergebruik heeft een aanzienlijk potentieel wat betreft het creëren van groene banen in de watergerelateerde industrie, en naar schatting zou een stijging van het groeipercentage in de EU-waterindustrie met 1% tot 20.000 nieuwe banen kunnen creëren [18]. Momenteel is de hoeveelheid gezuiverd stedelijk afvalwater die jaarlijks wordt hergebruikt goed voor ongeveer 2,4% van het gezuiverde afvalwater van stedelijk afvalwater en minder dan 0,5% van de jaarlijkse zoetwateronttrekking in de EU. Maar het EU-potentieel is veel groter, geschat op zes keer het huidige volume. Zowel de zuidelijke lidstaten zoals Spanje, Italië, Griekenland, Malta en Cyprus als de noordelijke lidstaten zoals België en Duitsland hebben al tal van initiatieven genomen met betrekking tot hergebruik van water voor irrigatie, industrieel gebruik en het aanvullen van watervoerende lagen. Cyprus en Malta hergebruiken al respectievelijk meer dan 90% en 60% van hun afvalwater, terwijl Griekenland, Italië en Spanje tussen de 5 en 12% van hun afvalwater hergebruiken, wat duidelijk wijst op een potentieel voor verdere opname.

Het hergebruik van gezuiverde afvalwater van RWZI’s voor huishoudelijk gebruik kwaliteit van het gebruikte rivierwater voor de winning van drinkwater [19]. Het gebruik van gezuiverde afvalwater voor irrigatie in de landbouw is al vele jaren bekend en kan zorgen voor watervoorziening ter vervanging van de landbouwvraag en vermindering van lokale waterstress. Het verminderen van de nutriënten in het afvalwater de noodzaak voor toepassing van commerciële meststoffen. Het wordt aanbevolen om effluent van secundaire behandeling te gebruiken voor irrigatie van voedselgewassen.

Hergebruik van stedelijk afvalwater kan gepland (direct of indirect) of ongepland zijn, wat meestal verband houdt met niet-drinkbaar gebruik, maar er zijn gevallen van ongepland hergebruik van drinkwater. Hergebruik van stedelijk water betreft voornamelijk residentiële irrigatie en commercieel gebruik voor brandbeveiliging, autowassen, toiletspoeling, enz. De belangrijkste problemen in verband met stedelijk hergebruik zijn: risico’s voor de menselijke gezondheid en hoge kosten van dubbele systemen voor de levering van teruggewonnen water [20]. Bij indirect drinkwater wordt hoogwaardig RWZI-effluent direct geloosd op grond- of oppervlaktewaterbronnen met als doel de drinkwatervoorziening te vergroten. Een andere oplossing kan direct hergebruik van drinkwater (pipe to pipe) zijn door behandeld afvalwater rechtstreeks in een waterdistributiesysteem te brengen [21].

Direct hergebruik van drinkwater verhoogt echter de operationele kosten sterk vanwege de zeer hoge kwaliteitseisen voor effluent. Het gebrek aan sociale acceptatie is ook belangrijk.

Bron: https://pixabay.com/images/search/water%20garden/?pagi=2

Teruggewonnen water voor industriële processen

Afhankelijk van de waterkwaliteitseisen, beperkte ruimte en budgettaire overwegingen, zijn er verschillende methoden beschikbaar voor het recyclen of hergebruiken van industrieel water. Voordelen kunnen zijn: vermindering van zoetwaterkosten, afvalwaterstromen en de omvang van de watervoetafdruk. De operationele efficiëntie en duurzaamheid kunnen ook worden verhoogd, samen met de verbeterde productiecapaciteit door de toename van beschikbaar schoon water.

Technologieën

Vanuit het perspectief van afvalwaterzuivering zijn microfiltratie (MF), ultrafiltratie (UF), nanofiltratie (NF) en omgekeerde osmose (RO) de meest voorkomende membraanscheidingstechnieken die in de industrie worden toegepast. Voorwaartse osmose (FO) is onlangs ook geïntroduceerd als een geavanceerde membraantechniek voor afvalwaterzuivering. Een reeks andere geavanceerde waterzuiveringstechnologieën, waaronder actieve kool, ionenuitwisseling, deïonisatie, elektro-deïonisatie, UV (ultraviolet), ozondesinfectie en chemische dosering worden gebruikt voor industriële toepassingen.

In de afvalwaterzuivering wordt membraantechnologie erkend als de sleuteltechnologie voor het scheiden van verontreinigingen uit verontreinigde bronnen [22]. Membranen zijn selectieve barrières die twee verschillende fasen scheiden, waardoor bepaalde componenten kunnen worden doorgelaten en andere kunnen worden vastgehouden. Het middel dat membraanprocessen initieert, kan een drukgradiënt en een chemische of elektrische potentiaal over het membraan zijn. Membraanprocessen zijn afhankelijk van een fysieke scheiding, meestal zonder faseverandering en toevoeging van chemicaliën in de voedingsstroom, en onderscheiden zich dus als een alternatieve afvalwaterbehandelingstechniek voor conventionele processen (dwz destillatie, precipitatie, coagulatie/flocculatie, adsorptie door actieve koolstof, ionen uitwisseling, biologische behandeling, enz.) [22, 23]. Het lage energieverbruik, de vermindering van het aantal verwerkingsstappen, de grotere scheidingsefficiëntie en de hogere kwaliteit van het eindproduct zijn de belangrijkste voordelen van deze processen [22-24]. De beperkte chemische, mechanische en thermische weerstand van de membranen beperkt echter hun toepassing. Er zijn grote inspanningen geleverd om zowel de flux als de selectiviteit van de membranen te verbeteren. Bovendien hebben sommige onderzoekers zich gericht op het beheersen van membraanvervuiling, het belangrijkste probleem bij toepassing van membranen in afvalwaterzuivering. Als gevolg hiervan zijn de prestaties aanzienlijk verbeterd en zijn de commerciële markten van membranen de afgelopen jaren uitgebreid.

Het succes van membraanbewerkingen in afvalwaterbehandeling wordt toegeschreven aan de compatibiliteit tussen verschillende bewerkingen in geïntegreerde systemen. De afvalwaterzuivering door geïntegreerde systemen suggereert tegenwoordig het verminderen van milieuschadelijke effecten, het verminderen van het grondwater- en energieverbruik en het terugwinnen van waardevolle verbindingen als bijproduct. Membraanbioreactor (MBR), die membraanfiltratie combineert met biologische behandeling, wordt erkend als een van de meest succesvolle hybride membraansystemen in afvalwaterzuivering.

Drukgestuurde membraanbewerkingen, MBR’s, evenals een combinatie van membraanbewerkingen in hybride systemen voor de behandeling van afvalwater worden in verschillende industrieën gebruikt.

Teruggewonnen water voor irrigatie

De landbouw is veruit de grootste waterverbruiker ter wereld. Irrigatie van landbouwgronden was goed voor 70% van het water dat wereldwijd wordt gebruikt. In verschillende ontwikkelingslanden maakt irrigatie tot 95% van al het watergebruik uit en speelt het een belangrijke rol in de voedselproductie en voedselzekerheid. Toekomstige landbouwontwikkelingsstrategieën van de meeste van deze landen hangen af ​​van de mogelijkheid om geïrrigeerde landbouw in stand te houden, te verbeteren en uit te breiden.

Waterhergebruik wordt algemeen en met succes toegepast in verschillende EU-lidstaten, maar ook in bijvoorbeeld Israël, Californië, Australië en Singapore. Deze praktijk wordt tot dusver echter onder haar potentieel in de EU toegepast. Een beperkt bewustzijn van mogelijke voordelen bij belanghebbenden en het grote publiek, en een gebrek aan een ondersteunend en coherent kader voor hergebruik van water werden geïdentificeerd als twee belangrijke belemmeringen die een bredere verspreiding van deze praktijk in de EU in de weg staan. Om deze redenen heeft de Commissie in 2018 een verordening voorgesteld om het hergebruik van water te stimuleren wanneer dit kostenefficiënt en veilig is voor de gezondheid en het milieu.

De nieuwe verordening betreffende minimumeisen voor hergebruik van water voor landbouwirrigatie is onlangs in werking getreden en zal naar verwachting het hergebruik van water in de EU stimuleren en vergemakkelijken [25]. De Commissie heeft ook verschillende belangrijke documenten opgesteld die te vinden zijn op ec.Europa.eu [18].

Potentiële ziekteverwekkers moeten uit het afvalwater worden verwijderd. Wanneer pathogene organismen tijdens de behandeling niet specifiek worden verwerkt, moet het gebruik van behandeld afvalwater zorgvuldig worden geëvalueerd. Verschillende parameters beïnvloeden de efficiënte verwijdering van pathogene en indicatormicro-organismen [26]. De evaluatie van technologieën voor het verwijderen van pathogenen is meestal gebaseerd op fecale contaminatie-indicatoren, zoals totale coliformen, thermotolerante coliformen of Escherichia coli. Chloor, ultraviolet (UV), ozon, rijpingsvijvers, CW, membraanfiltratie, diepbedfiltratie en elektrochemische methoden zijn technieken die worden gebruikt voor desinfectie [26]. Als het gaat om het gebruik van oxidanten voor desinfectie, natriumhypochloriet (NaClO) en ozon, zijn er verschillende praktijkvoorbeelden te vinden in de literatuur met betrekking tot terugwinningssystemen voor irrigatie. Ultraviolette behandeling wordt door verschillende richtlijnen aanbevolen als de best beschikbare technologie voor desinfectie van teruggewonnen water die niet gepaard gaat met buitensporige kosten, met name voor hergebruiktoepassingen met hoog tot gemiddeld contact [26]. Met betrekking tot biologische behandeling worden rijpingsvijvers beschouwd als de beste praktijk van verschillende richtlijnen, waaronder de WHO [27]. Deze methode heeft enkele voor- en nadelen. Meer informatie is te vinden op TheWaterTreatments.com [28]

Als alternatief voor bedfiltratie en chemische behandeling, is membraanfiltratie een technologie die vaak als effectief wordt beschouwd voor het verwijderen van ziekteverwekkers uit afvalwater dat wordt gebruikt bij irrigatie. De resultaten geven aan dat een volledige reductie van virussen mogelijk is met een Ultra Filtration (UF) membraan, waardoor een chemisch desinfectieproces achterwege kan blijven [27].

Hormoonontregelende chemicaliën (EDC’s) krijgen de laatste jaren steeds meer aandacht vanwege hun schadelijke effecten op mens en dier. De aanwezigheid van EDC’s in irrigatiewater en landbouwbodems kan verontreiniging van landbouwproducten veroorzaken en een risico vormen voor de menselijke gezondheid. Nieuwe technologieën voor het verwijderen van EDC’s uit afvalwater bieden nieuwe kansen voor ondernemers en start-ups.

Bron: https://pixabay.com/images/search/agriculture%20water/?pagi=2

3.4 Energieterugwinning

Energieterugwinning bij afvalwaterzuiveringsinstallaties vormt een belangrijke beleidshefboom voor duurzaamheid, aangezien het de CO2-voetafdruk van afvalwaterzuivering aanzienlijk kan verminderen. Afvalwaterzuivering vereist een aanzienlijk energieverbruik. Een analyse van de chemische en warmte-energie in afvalwater laat zien dat er tot 14 keer meer energie is dan nodig is voor de behandeling. Hoewel dit grotendeels laagwaardige warmte is, zou het theoretisch mogelijk moeten zijn om energiepositiviteit in zuiveringsinstallaties te bereiken.

In RWZI’s, kan energieterugwinning worden gedaan via [29-30]:

• Biogasproductie. In een vergister wordt via anaerobe vergisting (AD) biogas gecreëerd, de belangrijkste energiebron in RWZI. Het biogas kan worden gebruikt voor verwarming en/of elektriciteitsopwekking. Verbetering van de AD-efficiëntie is een gangbare praktijk om de energiezelfvoorziening van RWZI’s te vergroten.
• Warmtepompen in afvalwater van zuiveringsinstallaties, en
• Energieterugwinning uit verschillende hoge temperatuurstromen door warmtewisselaar

De optimalisaties van AD omvatten verschillende voorbehandelingsmethoden van zuiveringsslib met als doel een hogere biologische afbreekbaarheid van slib. Momenteel zijn de meest voorkomende technologieën op de markt mechanische en thermische voorbehandelingen. Technologieën voor thermische hydrolyse (THP) zoals Cambi, Biothelys en Exelys zijn de meest gebruikte technologieën om de anaerobe vergisting in RWZI’s te verbeteren. De eerste RWZI in Noord-Amerika (Washington, DC, VS) die gebruikmaakte van Cambi-technologie zag een toename van 50% in de productie van biogas. Gezamelijke vergisting van zuiveringsslib met ander biologisch afbreekbaar afval is een andere optie, die een reeks economische en ecologische voordelen biedt. Medevergisting van GFT-afval in combinatie met zuiveringsslib zorgt er niet alleen voor dat RWZI’s energieneutraal zijn, maar verlaagt ook de kosten van gemeentelijk en industrieel GFT-beheer. Zo wordt in Mossberg (Duitsland) al 10 jaar co-vergisting van zuiveringsslib met zes verschillende co-substraten uitgevoerd. De warmte- en energieproductie op RWZI Mossberg is beduidend hoger dan de interne vraag van RWZI. Overtollige energie wordt teruggeleverd aan het net, terwijl overtollige warmte wordt gebruikt om ontwaterd slib van andere RWZI’s te drogen.

Technologieën die het meest worden gebruikt door bestaande zelfvoorzienende RWZI’s zijn “Gecombineerde warmte en kracht (CHP)”-technologieën, die tegelijkertijd zowel elektriciteit als warmte uit biogas opwekken. Betrouwbare en economische warmtebronnen voor gebruik in warmtepompen (HP) zijn het afvalwater van gemeentelijke RWZI’s-installaties [31]. De warmte van HP’s kan worden gebruikt voor verwarming en koeling van woon-, sociale en administratieve gebouwen van de fabriek en/of aangrenzende infrastructuur.

In de Deense stad Odense levert een zuiveringsinstallatie warmte en elektrische energie voor een bevolking van bijna 400.000 inwoners en heeft een energiepositie van 150 procent bereikt, waardoor elektriciteit en warmte wordt opgewekt voor het lokale elektriciteitsnet. De transformatie werd mogelijk gemaakt door een zorgvuldige analyse van historische operationele gegevens die een reeks opties voor energieoptimalisatie identificeerden, waarvan vele werden geïmplementeerd met wijzigingen in operationele strategieën in plaats van significante upgrades van de apparatuur. Sinds de eerste wijzigingen zijn er een aantal faciliteitsverbeteringen doorgevoerd die ervoor zorgen dat 200% energiepositiviteit is bereikt. De technische interventies waren gebaseerd op het aannemen van een zeer duidelijke ‘koolstofneutraliteit’-mentaliteit in de hele organisatie, wat op zijn beurt leidde tot de ontwikkeling en toewijding aan een zeer agressieve bedrijfsmilieudoelstelling [32].

Bron: https://www.billundbiorefinery.com/