Met zonlicht en elektriciteit medicijnresten verwijderen uit afvalwater: PEC-AOP

Jan Peter van der van der Hoek 31-10-2023
132 keer bekeken 1 reacties

Hoe verwijder je medicijnresten uit afvalwater op een effectieve en duurzame manier? Door die verbindingen te oxideren met halfgeleiders en zonlicht in een foto-elektro-katalytisch proces. Vereist: twee elektroden, waarvan één gemaakt van halfgeleiders, (duurzame) elektriciteit en zonlicht!

Voor wie dient u dit project in?

Ik ben zelf betrokken bij dit project

Indien u het project voor een derde voordraagt, wat is de naam van deze collega en voor welke organisatie werkt deze?

-

Voor welke organisatie werkt u?

Waternet en Technische Universiteit Delft

Is de innovatie slim bedacht en nog onder de radar (relatief kleine innovatie, maar mooie impact)?

Nee, deze inzending voldoet niet aan bovenstaande omschrijving.

Heeft de innovatie (onafhankelijk van de categorie waarvoor je de inzending indient) een aspect van digitale transformatie? Wordt er bijvoorbeeld slim gebruik gemaakt van data?

Nee

In hoeverre lost deze innovatie een probleem op? Wat is de impact van deze innovatie?

Medicijnresten in rioolwater vormen een probleem waarmee veel waterschappen te maken hebben. De bekende zuiveringstechnieken voor afvalwater doen weinig met medicijnresten. Om het oppervlaktewater schoon te houden en de drinkwaterbronnen te beschermen zijn nieuwe technieken nodig die deze stoffen uit het afvalwater verwijderen. Een goede mogelijkheid is medicijnresten foto-elektrokatalytisch te oxideren. De term “elektro” betekent dat gebruik gemaakt wordt van een spanningsverschil dat wordt aangelegd tussen twee elektroden: een anode en een kathode. Fotokatalyse betekent dat er licht nodig is om de anode te activeren. Op metaaloxiden gebaseerde fotokatalysatoren blijken erg geschikt te zijn hiervoor. Door combinatie van verschillende fotokatalysatoren, die geactiveerd worden door zonlicht (gratis beschikbaar!), ontstaat een proces dat effectief en duurzaam is. De naam van het proces: PEC-AOP, ofwel geavanceerde oxidatie (AOP) gebaseerd op foto-elektrokatalyse (PEC).

Hoe innovatief, creatief en vernieuwend is de innovatie?

Veel processen voor de verwijdering van resten van medicijnen uit afvalwater zijn op bekende technieken gebaseerd, zoals adsorptie aan actieve kool, oxidatie door ozon, en membraanfiltratie. Gebruik van fotokatalysatoren voor elektrochemische oxidatie is bekend, maar nieuw is het slim combineren van verschillende halfgeleiders (de materialen waaruit één van de elektroden, de anode, wordt gemaakt) om de effectiviteit te verbeteren. Als dat ook nog gecombineerd wordt met het gebruik van zonlicht (zichtbaar licht) om de halfgeleiders te activeren, is er sprake van een dubbele innovatie.
Momenteel wordt met computersimulaties bepaald wat een optimale reactorconfiguratie en elektrodenconfiguratie is. Ook worden een uitgebreide techno-economische evaluatie en duurzaamheidsanalyse uitgevoerd. Voorafgaand hieraan was het nodig om in het laboratorium de “proof-of-principle” aan te tonen. Dat is gedaan in een driejarig onderzoek gefinancierd door de EU. Veel combinaties van materialen moesten worden getest in “minireactoren” om te bewijzen dat er combinaties zijn die goed werken met zonlicht als activator.

Draagt deze innovatie bij aan meer kostenefficiëntie: hoe is de verhouding in kosten in geld en tijd en de (verwachte) impact van de innovatie?

Geavanceerde oxidatie maakt vaak gebruik van UV-licht. Daarvoor zijn dure lampen nodig die veel energie gebruiken. In deze foto-elektrokatalytische geavanceerde oxidatie wordt gratis zonlicht gebruikt.
In deze fase is er nog geen business case beschikbaar, die gaat begin volgend jaar opgesteld worden als de optimale reactor- en elektrodenconfiguraties zijn vastgesteld: een techno-economische evaluatie en een duurzaamheidsanalyse staan op de planning.

Op welke manier draagt de innovatie bij aan de doelstellingen van de waterschappen om circulair, energieneutraal (en CO2-neutraal) te worden?

In de techniek wordt gebruik gemaakt van zonlicht in plaats van kunstmatig opgewekt UV-licht. Dat betekent dat er geen dure, energie slurpende UV-lampen nodig zijn, maar dat er gewoon vrij (en gratis) beschikbaar zonlicht toegepast kan worden. Dat heeft niet alleen een gunstig effect op de kosten, maar ook op de CO2-voetafdruk.Het labonderzoek heeft aangetoond dat de elektroden gedurende langere tijd zijn te gebruiken met slechts een zeer beperkte teruggang in activiteit. Dat is belangrijk, want dat betekent dat de elektroden herbruikbaar zijn. Waterschappen hebben ook als doelstelling de waterkwaliteit te verbeteren. Dat kan met deze techniek: zes van de elf organische microverontreinigingen (waaronder de meeste medicijnresten vallen) die STOWA aanmerkt als gidsstoffen om de effectiviteit van technieken aan te tonen voor verwijdering van deze stoffen uit afvalwater, worden voor meer dan 80% verwijderd. Daarmee biedt de techniek ook perspectieven voor de eis die opgenomen gaat worden in de nieuwe Richtlijn Stedelijk Afvalwater: ten minste 80% verwijdering van organische microverontreinigingen. Wanneer organische microverontreinigingen effectief uit rioolwater worden verwijderd, biedt dit perspectieven voor het hergebruiken van gezuiverd rioolwater in bijvoorbeeld industriële toepassingen. Dit kan leiden tot een vermindering van de energie-intensieve proceswaterproductie en daarmee tot een reductie van de CO2-uitstoot.

Is de inzending een voorbeeld van excellente samenwerking en participatie?

In de ontwikkeling van deze innovatieve technologie is samengewerkt tussen twee kennisinstellingen (TU Delft en KWR Water Research), een eindgebruiker (Waternet/AGV) en een technology developer (Nijhuis Saur Industries). Dat blijkt een erg goede samenwerking te zijn: de vraagstelling komt van de eindgebruiker die geconfronteerd wordt met een probleem, de kennisinstellingen zoeken naar een innovatieve oplossing, de technology developer let op de technische realisatie.
Dit sprak de Topsector Water & Maritiem / TKI Watertechnologie aan, zodat er een financiële ondersteuning is vanuit de Topsector Water & Maritiem.

Afb. 1: De labreactor voor verwijdering van medicijnresten uit rioolwater met geavanceerde oxidatie (AOP) gebaseerd op foto-elektrokatalyse (PEC)

Afb. 2: Het principe van PEC-AOP: twee elektroden, een spanningsverschil en zonlicht

Afb. 3: De eerste labresultaten: verwijdering van organische microverontreinigineg uit rioolwater met PEC-AOP

Afb. 4: Concept voor een full-scale PEC-AOP reactor

 

Afbeeldingen

1  reacties

Michael Bentvelsen 14-11-23 om 10:42

Inrteressante techniek! Omdat je gebruik maakt van zonlicht, kun je al iets zeggen over het benodigde oppervlak voor het behandelen van afvalwater, en of het procede dus alleen bij zonnig weer werkt ? 

READAR | Gebouwinformatie en mutatiesignalering uit luchtfoto's

Contact

Het Waterschapshuis
Stationsplein 89
3818 LE Amersfoort

033-4603100

winnovatie@hetwaterschapshuis.nl 

 

 

Cookie-instellingen