Knikkerbaan maakt waterzuiveringen circulair

Pavlina Nanou 11-11-2023
929 keer bekeken 2 reacties

Een slibloze waterzuivering! Dat is de belofte van de immense knikkerbaan. Het is de belichaming van de techniek TORWASH op een rioolwaterzuivering van waterschap Aa en Maas. Een pilot in 2019 bij waterschap Zuiderzeeland toonde al aan dat dit concept werkt. En nu, op naar meer!

Voor wie dient u dit project in?

Ik ben zelf betrokken bij dit project

Voor welke organisatie werkt u?

TORWASH

Is de innovatie slim bedacht en nog onder de radar (relatief kleine innovatie, maar mooie impact)?

Nee, deze inzending voldoet niet aan bovenstaande omschrijving.

Heeft de innovatie (onafhankelijk van de categorie waarvoor je de inzending indient) een aspect van digitale transformatie? Wordt er bijvoorbeeld slim gebruik gemaakt van data?

Na de pilot is nu een opgeschaalde demonstratie-installatie gebouwd die continu data vastlegt en verwerkt. Zo komen we tot een beter inzicht en kunnen we het systeem continu verbeteren. Bovendien gaan we met deze data een ‘digital twin’ ontwikkelen die helpt om het proces te sturen en voorspellend onderhoud uit te voeren aan de hand van variaties in de samenstelling van het slib op basis van drogestof, fosfor en stikstof.

In hoeverre lost deze innovatie een probleem op? Wat is de impact van deze innovatie?

• In Nederland produceren de 300 rioolwaterzuiveringsinstallaties 1,5 miljoen ton (330 kton droge stof) zuiveringsslib per jaar. Dit wordt momenteel getransporteerd en verwerkt in verbrandingsinstallaties waar slib verbrand wordt zonder terugwinning van nutriënten of energie. Dit kan veel efficiënter en duurzamer.
• Steeds strengere EU-regelgeving dringt aan op verdere terugwinning van energie en materialen uit rioolslib. Zo wordt ook de slibverwerkingscapaciteit in Nederland beïnvloed door de aangepaste regelgeving in Duitsland, aangezien een deel van het Nederlandse slib in de Duitse (bruin)koolcentrales en cementindustrie wordt verwerkt. Vanaf 2029 moeten Duitse afvalwaterzuiveringsinstallaties fosfor terugwinnen uit zuiveringsslib volgens de Duitse zuiveringsslibverordening (AbfKlärV). Dit sluit elke vermenging van zuiveringsslib met andere brandstoffen uit en vereist de verbranding van zuiveringsslib in zogenaamde monoverbrandingsinstallaties (SVI).
Dit leidt ertoe dat er steeds meer zuiveringsslib beschikbaar komt voor verbranding, waardoor er de komende jaren een tekort aan verwerkingscapaciteit wordt verwacht.
• Door toepassing van TORWASH, blijft slechts 15% van de oorspronkelijke slibmassa over, dat geen restproduct meer is, maar als voeding voor productie van groene chemicaliën of van energie kan worden gebruikt.
• De CO2-uitstoot wordt aanzienlijk minder, doordat minder slib met vrachtwagens vervoerd hoeft te worden en doordat kolen worden vervangen door de teruggewonnen brandstof.
• Er wordt geen (fossiele) polyelectrolyt (PE) meer gebruikt (flocculant voor ontwatering). In Nederland kan op ongeveer 90 middelgrote tot grote zuiveringen economisch rendabel een TORWASH installatie gebouwd worden. Dit betekent een CO2-reductie van 24 kton CO2/jaar vanwege vermeden transport, 326 kton CO2/jaar vanwege vermeden kolen verbranding en ook nog eens 7 kton CO2/jaar vanwege vermeden PE gebruik.
• De TORWASH-techniek kan wereldwijd op waterzuiveringen worden toegepast, overal waar slib ontstaat, dat tegen hoge kosten verwerkt moet worden.

Hoe innovatief, creatief en vernieuwend is de innovatie?

Met het TORWASH-concept verwerkt een zuivering álle slib zelf en zet dit om in herbruikbare producten. Hierdoor wordt de zuivering in feite slib-loos. Alle andere gangbare technieken om slibvolume te verkleinen vormen nog steeds slib dat via de conventionele wijze verwerkt moet worden. En slibdroging met gebruik van hoogwaardige (rest)warmte is ook geen duurzame oplossing nu wij in Nederland steeds minder aardgas kunnen gebruiken om gebouwen te verwarmen.

Onze methode is circulair, vereist aanzienlijk minder transportbewegingen en verbruikt geen fossiele chemicaliën.

Om TORWASH naar dit niveau te brengen was moed en doorzettingsvermogen nodig:
• Financiering van het project: Het kostte 1.5 jaar om tot afspraken te komen met waterschappen en investeerders over de projectfinanciering, voordat het projectvoorstel en de subsidieaanvraag bij Rijksdienst voor Ondernemend Nederland kon worden ingediend. Daarnaast hadden we door de oorlog in Oekraïne te maken met onverwacht hoge prijsstijgingen die leidden tot een gat in de begroting. Dit wisten we uiteindelijk te dichten met een lening van het NWB Waterinnovatiefonds.
• Vertragingen in het project: Sinds de start van dit project medio 2021 hadden we te maken met projectvertragingen vanwege: gebrek aan personeel door COVID, lange levertijden van onderdelen, ontwerpaanpassingen om kosten te besparen en de doorlooptijd van de vereiste vergunningen.
• Het opzetten van het bedrijf: TORWASH is een spin-off bedrijf van onderzoeksinstituut TNO en is in januari 2020 opgericht door drie voormalige TNO-medewerkers. Tegelijkertijd met de technische opschaling, hebben we ook gewerkt aan de definitie van de markt, het businessmodel en de waarde propositie. Aangezien wij alle drie een technische achtergrond hebben en geen eerdere ervaring met ondernemerschap, was dit een steile leercurve waar wij ook veel leerden van andere ondernemers en waterschappen.

Draagt deze innovatie bij aan meer kostenefficiëntie: hoe is de verhouding in kosten in geld en tijd en de (verwachte) impact van de innovatie?

Na de pilottesten op de zuivering in Almere (300.000 i.e.) is een financiële berekening gemaakt, die is opgenomen in STOWA rapport 2020 26:
Onderstaande bedragen geven de investering voor een waterschap voor de installatie van een TORWASH-systeem.

Ontwerp, bouw en installatie = 7.500.000 EUR
Stichtingskosten (interne kosten waterschap) = 5.000.000 EUR
Totale investering = 12.500.000

Voor de kosten voor slibverwerking is de volgende vergelijking gemaakt voor de bestaande praktijk (ontwatering, transport en verbranding) en voor de verwerking met het TORWASH-proces (zie onderstaande bedragen). Onder Operationele kosten vallen de kosten voor personeel, hulpstoffen, energie, onderhoud en slibeindverwerking. Met Financiële kosten worden de afschrijving en rente bedoeld.
Een waterschap kan tot 85% kan besparen op haar operationele kosten. De jaarlijkse kosten voor slibverwerking worden met meer dan 50% verminderd.

Operationele kosten: Bestaande praktijk = 2.600.000 EUR, TORWASH-proces = 400.000 EUR
Financiële kosten: Bestaande praktijk = 100.000 EUR, TORWASH-proces = 900.000 EUR
Totale kosten: Bestaande praktijk = 2.700.000 EUR, TORWASH-proces = 1.300.000 EUR
verschil = 1.400.000 EUR

Met dit lagere kostenniveau zou op basis van de (conservatieve) calculatiemethode van het waterschap een economische terugverdientijd van 9 jaar gerealiseerd worden. Dit is ruim binnen de afschrijvingstermijn van 15 jaar.

Op welke manier draagt de innovatie bij aan de doelstellingen van de waterschappen om circulair, energieneutraal (en CO2-neutraal) te worden?

Met de TORWASH-techniek verbetert een waterschap haar duurzaamheidsprestaties op de volgende punten:

1. Beperking van uitstoot van broeikasgassen; 50% minder CO2-uitstoot:
a. Door de omzetting van slib in een biobrandstof vermijdt een energieproducent het gebruik van fossiele brandstof en dus uitstoot van fossiel CO2. Alle energie uit de biobrandstof is equivalent aan de helft van de elektriciteitsbehoefte van een rioolwaterzuiveringsinstallatie.
b. Doordat het geproduceerde biogas uit het TORWASH-proces genoeg energie bevat voor de eigen consumptie, wordt het proces energieneutraal en resulteert dit niet in een toename van fossiele CO2-emissies op de zuivering.
c. Omzetting van slib op de zuivering betekent een afname van 85% van het slibtransport naar de slibverbrandingsinstallaties en dus van de uitstoot van fossiel CO2, die daarmee gepaard gaat.
d. Het vermijden van het gebruik van fossiele additieven, zoals polyelectrolyt (PE), die aan het slib worden toegevoegd en worden meeverbrand, verlaagt emissies van fossiel CO2.
e. Bij toepassing na een vergister stript het TORWASH-proces de in het slib aanwezige methaan.

2. Fosfaat terugwinning
In de situatie van biologische fosfaatverwijdering (zgn. Bio-P) uit het afvalwater, wordt in een TORWASH-installatie 60% van het fosfaat uit het slib teruggewonnen.

Is de inzending een voorbeeld van excellente samenwerking en participatie?

Het huidige project is een consortium van 9 uitvoerende partijen uit de gehele waardeketen: TORWASH, waterschap Aa en Maas, TNO, HydroBusiness, Limburg Filter, Paques, CEW, Eneco en Witteveen + Bos. De rol van deze partijen varieert van het geven van advies en het aanleveren van randapparatuur tot aan het meewerken aan het testprogramma. Daarnaast zijn er binnen het consortium 3 niet-uitvoerende partijen: STOWA, en de waterschappen Zuiderzeeland en Rivierenland.

De governance van het project is als volgt georganiseerd in hiërarchische volgorde:
• De stuurgroep bestaat uit de partijen die financieel risico lopen in het project. Deze groep neemt beslissingen over wijziging in de inhoud, budget en planning, veelal aangedragen door de projectgroep.
• De projectgroep bestaat uit vertegenwoordigers van alle consortiumpartners. Deze groep beslist over de dagelijkse gang van zaken tijdens de bedrijfsfase van de demonstratie-installatie. Deze groep waakt over de kwaliteit van het project. Daarnaast beslist de projectgroep over de communicatie naar buiten over het project.
• Het bouwteam bestaat uit TNO (ontwerp), TORWASH (coördinatie) en waterschap Aa en Maas (eigenaar bouwlocatie). Deze groep wordt aangevuld met de hoofdaannemer, de firma Eliquo Water&Energy en kan beslissingen nemen over de werkzaamheden tijdens de ontwerp- en uitvoeringsfase.
• Door STOWA is een begeleidingscommissie aangesteld, bestaande uit technologen van 6 waterschappen en een aantal externe experts, die zich bezighoudt met technisch advies en bewaking van de kwaliteit van de experimentele fase.
• Een aparte groep stakeholders zijn die partijen, die de biobrandstof uit het project afnemen om in hun eigen installaties te testen. Deze groep heeft geen zeggenschap over de voortgang van het project, maar zijn belangrijke spelers in de keten. Zij koppelen hun testresultaten terug en kunnen bijvoorbeeld adviseren over in welke vorm zij de brandstof aangeleverd willen krijgen. Deze partijen zijn bijvoorbeeld SNB en HVC (slibverbranding), CRH (cementindustrie) en Aquaminerals.

In de eerste fase van het project werd het bouwteam gevormd, dat aan het ontwerp van de demonstratie-installatie werkte. In het bouwteam werd vanaf het begin intensief samengewerkt om de randvoorwaarden met elkaar te bepalen, en ook welke vergunningen nodig waren en welke veiligheidsmaatregelen genomen moesten worden. Deze samenwerking leidde tot een geoptimaliseerd ontwerp en een installatie, waarin alle partijen het vertrouwen hebben dat deze veilig in bedrijf gesteld kan worden.
De input vanuit de begeleidingscommissie leidde tot een experimenteel plan, dat waardevolle informatie zal opleveren voor alle waterschappen over de toepassing van de TORWASH-technologie.

Het TORWASH-proces maakt het mogelijk om een waterzuivering slib-loos en geheel circulair te maken

Het zuiveringsslib wordt in een speciale reactor verhit, waardoor het slib van eigenschappen verandert. Dit leidt ertoe dat het water er zonder veel moeite mechanisch uitgeperst kan worden met standaard filtratieapparatuur tot een koek met maximaal 50% water, zonder gebruik van PE. Deze vaste fractie vormt na verdere droging een grondstof voor de productie van bio-chemicaliën of hernieuwbare energie.

Het filtraatwater wordt met behulp van een anaerobe behandeling voor 75% omgezet in biogas, wat voldoende energie oplevert voor de verwarming van de reactor en het nadrogen van de koek. Er kan ook worden gekozen voor productie van groen gas, waarbij een andere duurzame energiebron nodig is om het systeem te verwarmen, zoals bijvoorbeeld groene stroom.

Na de winning van biogas uit het filtraatwater, wordt daaruit het opgeloste fosfaat als struviet teruggewonnen. De techniek staat toe dat vervolgens de aanwezige stikstof als nutriënt (ammonium) kan worden teruggewonnen of met het Anammox-proces kan worden verwijderd door omzetting in moleculair stikstof (N2). De meeste zwavelhoudende verbindingen worden apart afgevangen, zodat de kenmerkende stankoverlast vanuit slibverwerking verdwijnt.

In het TORWASH-proces worden geen fossiele chemicaliën (flocculanten) of andere additieven toegepast en omdat ook de transportbewegingen sterk verminderen, ligt de CO2-footprint 50% lager dan met de huidige slibverwerking.

Het vernieuwende is dat een waterzuivering geen afval meer produceert, maar alleen herbruikbare grondstoffen. Hierdoor kan een waterschap meer dan 50% besparen op haar uitgaven voor slibverwerking.

Afbeeldingen

TORWASH demonstratie installatie op Land van Cuijk

Toegevoegde bestanden

Op de kaart

Een momentje...

2  reacties

Pavlina Nanou 14-11-23 om 12:54

Bedankt voor je reactie op onze inzending Michael. De geperste koek met 50% drogestof kan rechtstreeks ingezet worden als grondstof of kan verder thermisch gedroogd en verdicht worden, b.v. in de vorm van pellets. De pellets zelf bevatten dan nog 5-10% vocht. De zuivering wordt slibloos omdat het geen slib (afval) meer produceerd maar een hoogwaardiger product (energiedrager) dat ingezet kan worden voor de productie van bio-energie of bio-chemicaliën.

Michael Bentvelsen 13-11-23 om 20:10

Je zegt de rwzi wordt slibloos, maar wat gebeurd er met de 50 % droge koek die overblijft? 

Vr Gr. Michaël Bentvelsen

READAR | Gebouwinformatie en mutatiesignalering uit luchtfoto's

Contact

Het Waterschapshuis
Stationsplein 89
3818 LE Amersfoort

033-4603100

winnovatie@hetwaterschapshuis.nl 

 

 

Cookie-instellingen