Chill Out Phosphate (COP)

28-05-2021
44 keer bekeken 1 reacties

Chill out phosphate - geïntegreerde warmtepomp met eutectische vrieskristallisatie Bij thermische energiewinning uit oppervlakte water vindt onherroepelijk een verlaging van de oppervlaktewatertemperatuur plaats.

De mate waarin dit gebeurt is grotendeels een systeemkeuze. Dit gegeven kan worden gebruikt voor de verwijdering van fosfaat uit het oppervlaktewater in één geïntegreerd systeem. 

Voor het nuttige gebruik van thermische energie uit oppervlaktewater (typisch 10 graden Celsius) is een warmtepomp noodzakelijk. Door een warmtepomp te pakken die tot het vriespunt (0 graden Celsius) warmte kan onttrekken aan het oppervlaktewater wordt het mogelijk om eutectische vrieskristallisatie toe te passen voor het terugvoeren van zuiver oppervlaktewater en het afscheiden van zouten en daarmee ook fosfaat. Tegelijkertijd wordt ook de smeltenthalpie van water gebruikt waardoor meer warmte uit een kleiner volume onttrokken kan worden.

Bij eutectische vrieskristallisatie wordt het water bevroren waardoor waterkristallen vormen van (in beginsel) zuiver water. Deze kristallen kunnen makkelijk worden afgescheiden (drijven naar boven en/of kunnen gefilterd worden als vaste stof) waardoor een geconcentreerdere zoutoplossing (incl fosfaat) achterblijft. Eigenlijk is het een omgekeerde benadering: normaliter worden opgeloste stoffen onttrokken aan een oplossing door ze te kristalliseren, nu wordt in feite het oplosmiddel aan de oplossing onttrokken door kristallisatie. Op deze wijze kan het aanwezige fosfaat in het oppervlaktewater sterk worden geconcentreerd, mogelijk tot een niveau waarop de maximale ook de oplosbaarheid voor fosfaatzouten bereikt wordt en deze kristalliseren (het eutectische punt). In dat geval kunnen de fosfaatzouten als vaste stof worden verkregen. Indien door aanwezigheid van verschillende andere ionen of om andere technische redenen fosfaatzouten niet uitkristalliseren kan op de sterk geconcentreerde fractie relatief makkelijk andere scheidingstechnieken worden toegepast (bijvoorbeeld toevoeging chemicaliën) maar kan ook gekozen worden voor het afvoeren van deze (kleine) fractie op het riool waarmee het in de standaard zuivering verder verwerkt wordt. Het doel van het afscheiden van fosfaat uit het oppervlaktewater is daarmee nog steeds bereikt.

De afgescheiden ijskristallen bestaan uit zuiver water en worden teruggevoerd naar het oppervlaktewater waaruit ze gekomen zijn en smelten daar. 

Voordelen:

  • Logische integratie van warmteonttrekking en eutectische vrieskristallisatie als geïntegreerde warmtepomp en scheidingstechniek
  • Gelijktijdig met het fosfaat verwijdering van alle andere ionen waaronder stikstof
  • Geen toevoeging van chemicaliën nodig
  • Door een warmtepomp te kiezen die tot het vriespunt terugkoelt wordt een relatief grote delta T in het oppervlaktewater bereikt en is een kleiner debiet nodig voor het onttrekken van dezelfde hoeveelheid warmte. Ook de smeltenthalpie kan aan het oppervlaktewater onttrokken worden.
  • Er hoeft dus minder water uit de natuurlijke omgeving gehaald te worden en minder voorfiltering plaats te vinden en bijgevolg kan minder biologie in het systeem terecht kan komen en is minder pompenergie nodig is.

Nadelen:

  • Een warmtepomp die tot het vriespunt terugkoelt heeft mogelijk een lagere COP (of in ieder geval suboptimaal ten opzichte van zijn optimale werkpunt)
  • Het retourwater is in een ijstoestand, dit zorgt mogelijk voor een koude waterlaag (met ook nog een andere osmotische waarde dan het oppervlaktewater, want ontdaan van alle opgeloste delen) waardoor mogelijk slechte menging optreed bij het retourpunt. Een oplossing zou kunnen zijn om deze techniek m.n. in bewegende oppervlaktewateren toe te passen of bij het retourpunt kunstmatig menging te bewerkstelligen.

Afbeeldingen

Toegevoegde bestanden

31-07-22 om 14:25

Beste Gijs,

Allereerst dank voor het indienen van jouw idee!

De challenge is nu gesloten. Er zijn in totaal 16 ideeën ingediend. In de komende weken zal de jury alle ideeën zorgvuldig beoordelen, aan de hand van de criteria die te vinden zijn in de challenge-beschrijving. 

Op dinsdag 6 juli worden de prijswinnaars bekend gemaakt. We willen op diezelfde middag graag bij de drie prijswinnaars langs gaan om de prijzen te overhandigen. Daarom vragen we je om de middag van 6 juli alvast vrij te houden.

Met hartelijke groeten,

Bart Bergmans

challenge manager

24 jun. 2021 om 10.11

READAR | Gebouwinformatie en mutatiesignalering uit luchtfoto's

Contact

Het Waterschapshuis
Stationsplein 89
3818 LE Amersfoort

033-4603100

winnovatie@hetwaterschapshuis.nl 

 

 

Cookie-instellingen