CoRe Water – Van RWZI naar duurzame waterfabriek

De transitie naar hoe we in de toekomst omgaan met ons afvalwater wordt vormgegeven door een aantal ontwikkelingen gericht op het verbeteren van de effluentkwaliteit, de reductie van de emissie van broeikasgassen, de terugwinning van waardevolle grondstoffen en energie en de behoefte aan een modulair en adaptief zuiveringsconcept.

CoRe is een vernieuwend zuiveringsconcept dat staat voor “Concentrate, Recover and Reuse” In het CoRe-Water-concept wordt afvalwater eerst geconcentreerd, voordat het verder wordt behandeld. Op deze manier kan rioolwater energiezuinig en efficiënt worden gezuiverd met een hoger zuiveringsrendement (N,P en micro’s) en optimale terugwinning van resources zoals nutriënten, energie en vooral ook water: van RWZI naar duurzame waterfabriek.

Technologie

De sleuteltechnologie van dit nieuwe concept is Forward Osmosis (FO) waarmee in feite het zuiveringsproces wordt omgedraaid. Als eerste stap wordt namelijk schoon water geproduceerd van hoge kwaliteit door met een sterke zoutoplossing (draw solution) water te onttrekken aan het afvalwater. De afvalstoffen blijven achter in een geconcentreerde stroom met een 20 keer kleiner volume. Die geconcentreerde stroom kan vervolgens worden benut voor terugwinning van grondstoffen en voor energieproductie. Omdat de stroom geconcentreerd is, is de hypothese dat dit effectiever en efficiënter kan verlopen.  

Uitdaging

De partners in dit project hadden zich als hoofddoel gesteld het CoRe-Water-concept verder te ontwikkelen tot een nieuw modulair en adaptief concept voor de behandeling van communaal afvalwater. Onderdeel van het project was het ontwerp en bouw van een CoRe-pilot gericht op de combinatie FO-RO met een beoogde capaciteit van 2 m3/uur, een te realiseren flux van 5 liter per m2 per uur en een concentratiefactor van 20.  Het terugwinnen van resources uit het concentraat was geen onderdeel van de in dit onderzoek verrichte pilotstudies. Met een bestaande (kleinere) pilot is eerst ervaring opgedaan op de RWZI Wehl en bij een rioolwatergemaal in Leusden. Die ervaringen waren van belang voor het ontwerp van de CoRe-pilot en de bedrijfsvoering daarvan. Naast de ervaringen met de combinatie FO-RO in de praktijk, is het FO-proces op kleine schaal onder goed geconditioneerde omstandigheden in het laboratorium onderzocht.  Hierbij is vooral gekeken naar de mogelijkheden om de membraanvervuiling van de FO-membranen te beheersen via (een combinatie van)  luchtwaterspoeling (AWF), osmotische terugspoeling (OBW) en chemische behandeling (CIP). Via deskstudies is meer inzicht verkregen in de meeste kritieke parameters van het CoRe-Water-Concept voor toepassing in de praktijk, in de belangrijkste kwaliteitseisen die bijvoorbeeld door de landbouw en industrie worden gesteld aan het geproduceerde water, en in de beste opties voor het terugwinnen van nutriënten uit het concentraat. De potentie voor biogasproductie uit het concentraat van het CoRe-Water-concept is op laboratoriumschaal onderzocht uitgaande van het concentraat van de pilot op de RWZI Wehl.

Resultaten

Op basis van praktijktesten met de nieuw gebouwde CoRe-pilot op RWZI Roermond is vastgesteld dat het CoRe-Water-concept in de huidige vorm met spiraalgewonden FO-membranen (SWFO-RO) technisch en economisch niet haalbaar is. De FO kan niet stabiel en met een voldoende flux (5 L/m2/h) worden bedreven bij een relevante concentratiefactor (≥20). De voornaamste oorzaak hiervoor was een complexe combinatie van deeltjesvervuiling, organische vervuiling en biofouling als gevolg van onvoldoende voorbehandeling van het rioolwater. De CoRe-pilot liet zien dat het concept wel een robuuste barrière vormt voor nutriënten (CZV, tot-N, tot-P, NH4 en zouten) en een breed scala aan organische microverontreinigingen. De kwaliteit van het geproduceerde water (RO-permeaat) was zeer goed.

Nieuw perspectief

Het CoRe-Water-concept is technisch haalbaar als vervuiling en verstopping kunnen worden beheerst. Een alternatief FO module-ontwerp biedt mogelijk een oplossing voor de vervuilingsgevoeligheid, het hoge energieverbruik en de hoge CAPEX/OPEX. In het rapport is een nieuw CoRe-Water-concept voorgesteld uitgaande van een ondergedompeld systeem, waarbij de FO-membranen worden toegepast als ondergedompelde platen en/of door een capillair/tubulair FO (cap-FO/TFO) systeem en waarbij de voeding van binnen naar buiten wordt aangevoerd. Een dergelijk systeem is minder vervuilingsgevoelig, beter te reinigen, heeft minder energie nodig, is eenvoudiger qua ontwerp en de membranen zijn goedkoper dan de spiraalgewonden FO-membranen (SWFO).  Voor dit nieuwe CoRe-Water-concept is inmiddels een octrooi aangevraagd. Het biedt nieuw perspectief voor het uitvoeren van vervolgonderzoek.