Waterzuivering in de toekomst
Waterzuivering ondergaat een ingrijpende verandering en wint wereldwijd aan belang. Water is een goed dat steeds schaarser wordt. Vooral in armere landen is water niet in voldoende mate beschikbaar. De toenemende vraag van de industrie, de landbouw en de energieproductie leidt tot steeds ernstigere knelpunten. Hoewel problemen zoals waterschaarste in Duitsland van beperkt belang zijn, is een verantwoorde, grondstofbesparende benadering van water een belangrijke kwestie voor de toekomst. Waterzuivering speelt een sleutelrol in de beschikbaarheid van water. Ongeveer 80% van het rioolwater in de wereld wordt nog steeds niet gezuiverd, ook al zou het in veel gevallen technisch gezien wel mogelijk zijn. Er is dus op lange termijn een aanzienlijk potentieel om het waterverbruik van de industrie drastisch te verminderen.
De mogelijkheden benutten van de waterzuivering van de toekomst
Tegelijkertijd ligt de nadruk ook op energiezuinigheid, vooral in geïndustrialiseerde landen. Rioolwaterzuiveringsinstallaties worden beschouwd als echte energievreters vanwege de energie-intensieve processen in de beluchtingstanks. In het kader van de ambitieuze doelstellingen op het gebied van klimaatbescherming en de stijgende energieprijzen zal energiezuinigheid bij waterzuivering in de toekomst een van de belangrijkste aandachtspunten worden.
Vooral op het gebied van energietechnologie voor rioolwaterzuiveringstanks bestaan er natuurlijk al betrouwbare technologieën voor het duurzaam verminderen van het energieverbruik, die vanuit het oogpunt van de exploitant zeer aantrekkelijk zijn. Investeringen in moderne beluchtingstechnologie betalen zich zeer snel terug en verbeteren zonder onnodige kosten de efficiëntie van de installaties, vooral in het geval van oudere waterzuiveringsinstallaties. De waterzuivering van de toekomst biedt verstrekkende mogelijkheden om waterschaarste te beperken, een verantwoord beheer van grondstoffen te stimuleren en het energieverbruik terug te dringen. Het opwekken van energie uit rioolwater is een voorbeeld van een groot potentieel voor de toekomst.
Het opwekken van elektriciteit en warmte uit rioolwater
Een van de allerbelangrijkste aandachtspunten voor de toekomst op het gebied van waterzuivering is het opwekken van energie uit rioolwater. 1 m³ rioolwater bevat vier keer meer energie dan de hoeveelheid die wordt gebruikt om datzelfde water te zuiveren; vanuit puur theoretisch oogpunt zou een rioolwaterzuiveringsinstallatie dus meer energie kunnen produceren dan er wordt verbruikt. Het principe achter deze gedachte is simpel: De vaste stoffen in het rioolwater, zoals uitwerpselen, toiletpapier of andere stoffen, kunnen normaliter worden gebruikt in biogasinstallaties om elektrische energie en warmte op te wekken. De technologieën voor dit proces zijn succesvol toegepast, maar er is nog veel ruimte voor groei. Vandaar dat er momenteel onderzoek wordt gedaan naar nieuwe technologieën die gericht zijn op het verhogen van de slibverbranding. Deze worden in de vorm van prototypes getest, met veelbelovende resultaten.
Er moeten echter nog veel obstakels worden overwonnen voordat het volledige potentieel van rioolwater in de energieopwekking kan worden benut. Een van de uitdagingen is het verhogen van het percentage vaste stoffen dat aan het rioolwater kan worden onttrokken voordat het eigenlijke zuiveringsproces plaatsvindt. Dit kan bijvoorbeeld worden bereikt door het toevoegen van polymeren die ervoor zorgen dat het slib samenklontert.
Rioolwaterzuiveringsinstallaties zijn ware energievreters – hier kan energie worden bespaard
Energiezuinigheid is het belangrijkste aandachtspunt voor de waterzuivering van de toekomst. Aan de ene kant worden exploitanten van rioolwaterzuiveringsinstallaties voortdurend geconfronteerd met steeds strengere milieueisen die door de politiek worden opgelegd. Aan de andere kant moeten zij efficiëntiemaatregelen invoeren om de stijgende elektriciteitsprijzen tegen te gaan. Om het belang van energiezuinigheid in rioolwaterzuiveringstanks te begrijpen, is het zinvol om de energiebalans van een zuiveringsinstallatie onder de loep te nemen.
De ongeveer 10.200 rioolwaterzuiveringsinstallaties in Duitsland gebruiken in totaal ongeveer 4.400 gigawattuur (GWh) elektrische energie per jaar. Dit komt neer op een specifiek verbruik van 35 kWh per IE per jaar. Rioolwaterzuiveringsinstallaties zijn daarom nog steeds verantwoordelijk voor ongeveer 0,7% van het stroomverbruik in Duitsland.
Het blijkt dat beluchting verreweg de grootste verbruiker is voor bijna alle rioolwaterzuiveringsinstallaties met slibprocessen. Het percentage stroom dat wordt verbruikt door installaties met aërobe slibstabilisatie ligt tussen de 60 en 80%, maar voor installaties met slibvergisting ligt dit percentage nog steeds rond de 50%. Daarnaast zijn er andere energieverbruikers die minder belangrijk zijn dan het slibproces. De belangrijkste energieverbruikers in een oogopslag:
Een blik op het gemiddelde stroomverbruik van deze installaties laat zien dat het grootste potentieel voor het verminderen van het energieverbruik ligt in de beluchting van de beluchtingstanks en in de continu draaiende pompstations, bijvoorbeeld de inlaat, het intermediaire hefmechanisme en de interne recirculatie. De beluchting van de beluchtingstanks speelt de belangrijkste rol, vandaar dat dit aspect later in detail wordt behandeld.
Focus op energieverbruik: aanvullende maatregelen om de efficiëntie te verhogen
Het verhogen van de energiezuinigheid van de beluchtingstanks en het gebruik van slib of vergistingsgas voor het opwekken van energie en warmte zijn niet de enige maatregelen op weg naar de waterzuivering van de toekomst. Bijkomend potentieel ligt bijvoorbeeld in het integreren van hernieuwbare energieën in de energiesystemen van rioolwaterzuiveringsinstallaties.
Er kunnen bijvoorbeeld op de terreinen van rioolwaterzuiveringsinstallaties zonnecellen of windturbines worden geïnstalleerd, zodat de opgewekte energie beter wordt afgestemd op het totale energieverbruik. Daarbij mag uiteraard niet uit het oog worden verloren dat deze maatregelen aan dezelfde beperkingen onderhevig zijn als andere locaties en dat de winstgevendheid van de investering afhankelijk is van de weersomstandigheden, zoals de plaatselijke zon- en windcondities. Het gebruik van zonnecollectoren voor het opwekken van warmte is ook van groot belang voor installaties zonder slibvergisting, maar deze aanpak zal in de toekomst waarschijnlijk slechts een ondergeschikte rol spelen. Voor installaties met aërobe slibstabilisatie is er ’s zomers doorgaans al een overschot aan warmte beschikbaar, waardoor de maatregel voor dit soort rioolwaterzuiveringsinstallaties overbodig is. Andere maatregelen waardoor in de toekomst een energiezuinige waterzuivering kan worden gegarandeerd, zijn gericht op het gebruik van waterkracht in de aan- en afvoerleidingen van de rioolwaterzuiveringsinstallatie. Deze aanpak biedt echter slechts een beperkt potentieel, omdat de aanwezige valhoogte gering is en de hoeveelheid opgewekte energie de inspanning en de kosten niet rechtvaardigt.
Met name bij grotere installaties met slibverbranding is het aan te bevelen om gebruik te maken van staafroostergoed als extra brandstofbron om de energiezuinigheid verder te verhogen. Het potentieel van deze technologie wordt echter beperkt door het gebruik van reinigers voor het staafroostergoed, die ervoor zorgen dat er zich minder vuil ophoopt.
Vraaggestuurde beluchtingstechnologie: maatregelen voor hoge efficiëntie
Wat gebeurt er in een beluchtingstank?
Om te begrijpen waarom beluchtingstanks zoveel energie verbruiken, werpen we een korte blik op de processen in een biologische reinigingsinstallatie. In de beluchtingstanks worden organische stoffen zoals fosfaten en stikstofverbindingen uit het mechanisch voorgezuiverde rioolwater verwijderd. Dit gebeurt met behulp van micro-organismen zoals bacteriën, het beluchte slib.
Om in de eerste stap de fosfaten biologisch uit het rioolwater te verwijderen, wordt het eerste deel van de tank zuurstofarm gehouden. Vervolgens wordt er met behulp van perslucht een grote hoeveelheid zuurstof aan het rioolwater toegevoegd. Door het gebruik van zuurstof vermenigvuldigen de bacteriën zich snel en binden de fosfaten zich door het toevoegen van een opgelost neerslagmiddel met het biologische slib. Het slib wordt vervolgens in secundaire zuiveringstanks afgebroken, waarna het kan worden teruggevoerd naar de beluchtingstanks of naar het slibbehandelingsysteem. Dit proces gebruikt veel energie, omdat er aanzienlijke hoeveelheden perslucht worden toegevoegd.
Uitdagingen en potentieel voor optimalisatie in de beluchtingstechnologie
De uitdaging van de beluchtingstechnologie bestaat vooral uit het leveren van een vraaggestuurde luchttoevoer die in staat is om te voldoen aan de sterke schommelingen in de belastingsprofielen en de verschillende niveaus van vervuiling. Oudere rioolwaterzuiveringsinstallaties zijn vaak uitgerust met blowertechnologieën die altijd dezelfde hoeveelheid zuurstof leveren, ongeacht de toevoer, zelfs als dit niet altijd nodig is. De uitdaging is dus om enerzijds vraaggestuurde beluchting te implementeren en anderzijds de bereiken met gedeeltelijke belasting van het belastingsprofiel zo efficiënt mogelijk te kunnen leveren.
Voor een efficiënte energievoorziening van de beluchtingstanks vertrouwt AERZEN op een productportfolio dat bestaat uit één of meerdere blowertechnologieën die volgens de individuele eisen van een rioolwaterzuiveringsinstallatie worden toegepast. Met deze aanpak kan een maximale efficiëntie worden bereikt en kan het besparingspotentieel ten volle worden benut.
Het portfolio bestaat uit turboblowers, draaizuigerblowers en draaizuigercompressoren. Het voordeel is duidelijk: Elk van deze technologieën heeft zijn eigen voordelen en sterke punten, die aan de individuele eisen kunnen worden aangepast. Turboblowers zijn bijvoorbeeld vanuit een ontwerpoogpunt energiezuinig, maar draaizuigermachines blinken uit door het feit dat ze gemakkelijk instelbaar zijn en in het bereik van gedeeltelijke belasting bijna constant efficiënt zijn. De draaizuigercompressor is een hybride en combineert dus de voordelen van de blower- en compressortechnologie in één systeem. Afhankelijk van de toepassing wordt aanbevolen om te kiezen voor een combinatie van verschillende technologieën of voor de meest efficiënte technologie. Tegelijkertijd is het mogelijk om niet alleen verschillende technologieën, maar ook verschillende maten te installeren. En er kan nog meer worden bespaard als deze aanpak wordt gecombineerd met een intelligent wereldwijd besturingssysteem.
De ervaring leert dat door geoptimaliseerde beluchting een aanzienlijke energiebesparing kan worden gerealiseerd. De rioolwaterzuiveringsinstallatie in Rheda-Wiedenbrück heeft bijvoorbeeld met de installatie van een AERZEN turboblower en een Delta Hybrid € 40.000 aan energiekosten per jaar weten te besparen.
