Ultieme recept voor circulair adsorptiemateriaal is gevonden

Met een ‘sneeuwbalmethode’ en het juiste bindmiddel, vormt waterijzer – een restproduct uit de drinkwaterbereiding – de grondstof voor adsorptie-filtratiekorrels die bijvoorbeeld fosfaat uit oppervlaktewater kunnen halen. “Om de doelstellingen van de Kaderrichtlijn Water te halen, hebben we deze innovatie hard nodig”, zegt Jan Willem Voort van Waternet. “En ik zie nog meer toepassingen.”

Voor Waternet was het zoeken naar effectieve defosfateringsmaatregelen een belangrijke reden om aan te haken bij het TKI-project ‘Polishing Pellets’, vertelt Voort. “We hebben straks zes locaties met oppervlaktewater waar we defosfateren. Dit zijn KRW-waterlichamen waar niet-gebiedseigen water wordt ingelaten. Omdat dit water fosfaat bevat, gaat de waterkwaliteit langzaam maar zeker achteruit. Vandaar dat we hier iets aan moeten doen.”

Twee smaken

Om fosfaat uit oppervlaktewater te halen, bestaan twee ‘smaken’, licht Voort toe. “Op drie van onze locaties staan ijzerchloride-coagulatie installaties. Daar doseren we ijzerchloride, gevolgd door een bezinkinstallatie. Voor deze traditionele methode moet je chemicaliën gebruiken en periodiek het slib verwijderen door te baggeren. Het is dus niet circulair en vraagt veel beheer en onderhoud. Daarom zie ik de toepassing van adsorptie-filtratie als een beter alternatief. Op de andere drie locaties zijn we nu bezig met het aanleggen van zulke installaties. We beginnen waarschijnlijk met ijzerzand dat vrijkomt vanuit de zandfilters bij de productie van drinkwater uit grondwater. Met de resultaten van het afgelopen project zou dit weleens een opmaat kunnen zijn naar de toepassing van de korrels die we succesvol hebben getest: de Polishing Pellets.”

‘Sneeuwbalmethode’

Het doel van het project was om een adsorptie-filtratiekorrel te maken die én poreus genoeg is om stoffen te binden én stevig genoeg om te kunnen transporteren en terugspoelen. “Uit voorgaande projecten wisten we dat het drogen en vervolgens samenpersen van de korrel bepalend is voor de uiteindelijke korreleigenschappen”, zegt KWR-onderzoeker Luuk de Waal. “Zo kwamen we op het idee om de ‘sneeuwbalmethode’ toe te passen. In plaats van de korrels te persen, brengen we het waterijzer op een roterende schaal. Daarbij rolt het slib over zichzelf heen, net als een sneeuwbal die je de heuvel afduwt. Je maakt een korreltje dat in zichzelf een oppervlakte heeft waar stoffen aan kunnen hechten. De korreltjes mogen niet te groot zijn, omdat de stoffen mogelijk anders niet snel genoeg tot de kern kunnen doordringen. We hebben de proeven uitgevoerd met korrels van 1 tot 2 millimeter.”

Ultieme recept

Behalve de juiste vorm en structuur van de korrels, werd ook gezocht naar een bindmiddel dat de adsorptie van stoffen zou bevorderen. De Waal dook de literatuur in en identificeerde een geschikte kandidaat: een organisch bindmiddel dat normaal wordt gebruikt in bijvoorbeeld keramiek en de papierindustrie. “We hebben testen met dit bindmiddel gedaan bij IBR Consult, een Nederlands consultancybureau, gespecialiseerd in bouwmaterialen. Toen we verder wilden opschalen, hielpen zij ons aan het juiste adres: het Duitse onderzoeksinstituut IAB dat veel ervaring heeft met het testen en ontwikkelen van bouwmaterialen. Samen met onze projectpartner AquaMinerals en met een specialist van IBR Consult gingen we met onze potjes bindmiddel en waterijzer naar Duitsland. Het was fantastisch om met zoveel experts te werken, ook al hadden zij niet allemaal affiniteit met waterijzer. Na drie dagen puzzelen hadden we het ultieme recept voor de Polishing Pellet gevonden.”

Cirkel rondmaken

Ook Jacqueline de Danschutter van AquaMinerals, die bij het ‘eureka-moment’ in Duitsland aanwezig was, is enthousiast over de innovatieve korrel. “We hadden voor het product waterijzer al best een duurzame toepassing. Het wordt ingezet in vergistingsprocessen, als vervanging voor chemicaliën. Maar door er korrels van te produceren, kunnen waterschappen het bijvoorbeeld ook gebruiken voor waterkwaliteitsverbetering. Wanneer het fosfaat van de korrels is terug te winnen, kunnen we ze opnieuw gebruiken en het fosfaat benutten om er een duurzame meststof van te maken. Daarnaast kijken we tevens naar de drinkwatersector zelf, waar het waterijzer als reststroom vandaan komt. Behalve fosfaat kun je met de korrels bijvoorbeeld arseen uit water halen. Dat doen drinkwaterbedrijven nu met virgin grondstoffen. Hoe mooi zou het zijn om waterijzer op deze manier binnen de sector zelf toe te passen? Ik zie dus allerlei manieren om met de Polishing Pellets de cirkel rond te maken. Dat sluit naadloos aan op de doelstelling van AquaMinerals. Met drinkwaterbedrijven en waterschappen als onze aandeelhouders, zoeken wij naar functionele en duurzame toepassingen voor reststromen uit de drinkwaterbereiding en afvalwaterzuivering.”

Vervolgproject

Zodra het recept voor de korrels was gevonden, is hiermee tijdens het project gedurende negen maanden een praktijkproef uitgevoerd. Dit gebeurde bij de rioolwaterzuiveringsinstallatie Geestmerambacht van projectpartner Hoogheemraadschap Hollands Noorderkwartier. “De korrels deden het super”, vertelt De Danschutter. “Ze hadden een heel hoog verwijderingsrendement en waren in staat om pieken in fosfaatbelasting goed te verwerken.” Deze resultaten zijn aanleiding voor een vervolg TKI-project, dat momenteel in de aanvraagfase zit en waar AquaMinerals weer aan meedoet. De Waal schreef het voorstel en vertelt dat hierin een driesporentraject wordt bewandeld. “Ten eerste willen we de productiecapaciteit van de korrels opschalen. Hiertoe werken we samen met een marktpartij die geïnteresseerd is om zijn diensten voor de drinkwater- en afvalwatersector te verbreden. Op de tweede plaats willen we een praktijkvalidatie doen, waarbij we de korrels grootschaliger willen testen. Er staan al heel wat waterschappen klaar om hierbij aan te haken. Tot slot gaat het om circulariteitsonderzoek. Wanneer het fosfaat dat aan de korrels is gebonden kan worden teruggewonnen, wordt dit circulair. Bovendien kunnen we de korrels dan opnieuw inzetten. Als je het over impact hebt, is dit een prachtig voorbeeld!”

Draagvlak creëren door te doen

Ook Waternet is aangehaakt bij het vervolgtraject. Voort: “Ik vind het belangrijk om de resultaten verder te brengen. Mijn verwachtingen zijn hooggespannen. Ik zie het als een soort eindfase, waarna er een fabriek komt om op grote schaal de korrels te gaan produceren. Daarnaast zou ik het heel mooi vinden wanneer we als Waternet in de toekomst ook ons eigen waterijzer als grondstof zouden kunnen gaan aanleveren. Ook zie ik andere mogelijkheden om de korrels toe te passen. Bijvoorbeeld om in de stedelijke omgeving de fosfaatbelasting van het oppervlaktewater via hemelwaterriolering tegen te gaan. Met dit project hebben we kunnen laten zien dat het echt werkt. Dat helpt om ook andere mensen in de meewerk-stand te zetten. Door te doen, creëer je draagvlak. Daar heb je zo’n project als dit echt voor nodig.”

Samenwerkingspartners

Het project ‘Polishing Pellets’ kwam tot stand met de volgende samenwerkingspartners: AquaMinerals, KWR, Vitens, Waternet en Hoogheemraadschap Hollands Noorderkwartier.