Elektrocoagulatie veelbelovende techniek om ijzerchloride bij drinkwaterproductie verder te verlagen

Onlangs is een TKI-project afgerond waarbij is gekeken naar de technische en financiële haalbaarheid van elektrocoagulatie als vervanger van chemische coagulatie in de drinkwaterproductie. “Een veelbelovende techniek”, concludeert Ruud Steenbeek van Dunea. “Met elektrocoagulatie kunnen we zwevende stof en fosfaat verwijderen, zonder gebruik te maken van ijzerchloride.”

In 2050 wil de watersector duurzaam en circulair zijn. “Om dit te bereiken hebben we ons een aantal doelen gesteld”, vertelt Steenbeek. “Een daarvan is het terugdringen van chemicaliëngebruik.” Het TKI-project ‘Toepassing van elektrocoagulatie op water met lage geleidbaarheid’ had als doel om te onderzoeken in hoeverre deze nieuwe techniek de drinkwatersector kan helpen bij hun duurzaamheidsdoelen.

Vlokvorming bij lage stroomsterkte

Tijdens de zuivering van oppervlaktewater passen drinkwaterbedrijven ijzerchloride toe als vlokmiddel. Daarmee verwijderen zij onder meer zwevende stof en fosfaat. Met elektrocoagulatie worden die vlokken ook gevormd, maar dan met stroom die door een reeks ijzeren platen gaat. De ijzerdeeltjes uit de platen lossen langzaam op en gaan aan het werk. Steenbeek: “In een pilot op een van onze productielocaties hebben we bij verschillende stroomsterkten de effectiviteit van elektrocoagulatie getest op oppervlaktewater en op spoelwater van onze zandfilters. Bij de verschillende stroomsterktes zagen we de vlokvorming. Maar doordat bij elektrocoagulatie meer ijzer nodig is voor hetzelfde resultaat, is meer onderzoek nodig om de effectiviteit van elektrocoagulatie te vergroten.”

Meeste potentie voor spoelwater

Gedurende de pilot is door KWR een monitoringplan ontwikkeld. Ook coördineerde deze kennispartner de toetsing van de resultaten met input van wateringenieurs en procestechnologen van de deelnemende drinkwaterbedrijven Dunea, Brabant Water en De Watergroep. “We hadden al ervaring met elektrocoagulatie op laboratoriumschaal”, vertelt Julian Muñoz Sierra, onderzoeker bij KWR. “De technologie is beschikbaar op de markt, maar wordt vooral gebruikt voor de behandeling van industrieel afvalwater. Je hebt het dan over afvalstromen die veel zwaarder belast zijn met vervuilende stoffen dan in het geval van oppervlakte- of grondwater. Want bij elektrocoagulatie geldt: hoe viezer het water, hoe beter het werkt. Daarom hebben we gedurende de pilot ook testen gedaan met spoelwater van zandfilters die rivierwater zuiveren. En het werkte prima, ik zie daar veel potentie. Een verdere uitrol van elektrocoagulatie voor de behandeling van spoelwater zou mijns inziens een goede manier zijn om de technologie bij drinkwaterbedrijven te introduceren en verder te optimaliseren.” Steenbeek deelt deze visie. “We hebben nu getest met een capaciteit van 1.000 liter per uur. Bij spoelwater gaat het weliswaar over veel meer water, maar het is wel behapbaar. Rivierwater is een ander verhaal. Dan heb je het over 10.000 kuub per uur, dat is 10.000 keer zoveel. Ik zie dat niet zo snel gebeuren.”

Energieverbruik

Met de opmerking van Muñoz over optimalisatie, doelt de KWR-onderzoeker op de hoeveelheid energie (of ijzerdosis) die de installatie nodig heeft om te functioneren en voldoende verwijderingen te realiseren. In de pilot experimenten is dit energieverbruik aanzienlijk. Muñoz: “We hebben een levenscyclus- en kostenanalyse voor de technologie uitgevoerd. Hieruit blijkt dat de voordelen van elektrocoagulatie ten opzichte van conventionele chemische coagulatie beperkt blijven tot de benodigde ijzerdosering, het elektriciteitsverbruik voor de werking en de heersende energieprijzen. Bij een duurzame toepassing hoort natuurlijk sowieso gebruik van groene stroom. Dankzij de projectresultaten hebben we meer zicht gekregen in wat de drinkwatersector nodig heeft en in hoeverre elektrocoagulatie een voldoende aantrekkelijk alternatief is”.

Inbreng financiële kennis

Voor het totaalplaatje van elektrocoagulatie in de drinkwaterproductie heeft projectpartner QStone Capital de financiële haalbaarheid en aantrekkelijkheid voor een drinkwaterbedrijf doorgerekend. Jeroen Tielman, CEO en oprichter van QStone Capital: “We hebben de kennis en technologie verder geoptimaliseerd tijdens een project in Zuid-India. In deze regio werken we veel samen met de kledingindustrie, die te maken heeft met zwaar vervuilde afvalwaterstromen. Toen vroeg KWR ons om bij het project in te stappen. Komend uit de financiële wereld, weet ik hoe belangrijk het is om verder te kijken dan de kosten van een techniek per eenheid behandeld water. Je moet ook meewegen wat het betekent voor de eindgebruiker, hoe het past in hun business case.”

Vertrouwen bij technologieleverancier

De kanttekening die KWR-onderzoeker Muñoz noemde bij het energieverbruik van elektrocoagulatie, plaatst Tielman vanuit zijn financiële achtergrond in een bredere context. “Als je naar het totaalplaatje kijkt, is energieverbruik gedurende het proces slechts één dimensie. Tegen het eind van het project hebben we tevens een kosteninschatting gemaakt van de indirecte maatschappelijke kosten van het gebruik van ijzerchloride. Al met al hebben we een indruk gekregen van de business case voor drinkwaterbedrijven bij het bestaande proces van dosering van ijzerchloride, en dit afgezet tegen elektrocoagulatie. Er blijkt nog steeds een kostenverschil te bestaan met conventionele coagulatie. Deze uitkomst stimuleert ons om het elektrocoagulatie-ontwerp verder te optimaliseren voor water met een relatief lage vervuiling en geleidbaarheid. Als het ons lukt om vergelijkbare ijzerdoseringen te leveren en vergelijkbare of zelfs betere resultaten te behalen dan door ijzerchloride te doseren, zullen we kosteneffectiever en duurzamer zijn dan de huidige praktijk” Tielman vult aan: “Elektrocoagulatie is een interessante technologie omdat het modulair is toe te passen. Tevens is gebleken dat de prijs en beschikbaarheid van ijzerchloride gevoelig is voor geo-politieke spanningen. Op deze aspecten valt  winst te halen.”

Nieuwe drinkwaterbronnen

Wat betreft de stap naar de praktijk, ziet Steenbeek zeker kansen. “We kunnen bijvoorbeeld kijken of elektrocoagulatie een uitkomst is als de huidige bronnen last krijgen van verzilting. Hierdoor kan het chloridegehalte van het behandelde water dichtbij de drinkwaternorm komen. Voeg je ijzerchloride als vlokmiddel toe, dan wordt het water nog zouter en moet je maatregelen nemen. Elektrocoagulatie zou hier een gunstige optie kunnen zijn. Er zijn echter nog optimalisaties nodig om elektrocoagulatie efficiënter te maken, zodat het een duurzamer en financieel aantrekkelijker alternatief kan zijn voor dosering van ijzerchloride.”

Samenwerkingspartners

Het project ‘Toepassing van elektrocoagulatie op water met lage geleidbaarheid’ kwam tot stand met de volgende samenwerkingspartners: Brabant Water, De Watergroep, Dunea, KWR en QStone Capital.