RWZI Circulair en CO2 negatief, van riool naar drinkwater

Wiebe Pronker 05-11-2023
112 keer bekeken 2 reacties

RWZI Circulair vervangt (an)aerobe vergisting door een bewegend helofytenfilterbed met actief koolsubstraat. Helofyten en substraat samen zorgen voor volledig schoon effluent. De helofyten met slib en substraat worden omgezet in syngas en nieuw, schoon actief kool voor nieuw substraat en verkoop.

Voor wie dient u dit project in?

Ik ben zelf betrokken bij dit project

Voor welke organisatie werkt u?

DOPS Recycling Technologies

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

Ja, dit is een slimme innovatie die nog onder de radar is.

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?

Deze innovatie maakt de rioolwateringzuivering CO2 negatief door zowel de bacteriële vergisting als de slibverbranding te voorkomen. De helofyten (riet en/of lisdodde cultuur) nemen CO2 uit de lucht op en van slib en biomassa wordt actief kool en syngas gemaakt. Bovendien wordt de uitstoot van methaan en lachgas uit bezinkings-, beluchtings- en vergistingsbasins voorkomen.
Het rioolwater wordt gezuiverd tot drinkwater basis kwaliteit door de combinatie van helofytenfilter en een laatste zuiveringsstap met een steeds vernieuwend actief koolfilter. Het proces produceert actief koolstof en recyclet weer het actieve koolstof.
Door de productie van synthese gas (H2 en CO) en vers actief kool wordt rioolwater een grondstof en wordt de zuivering een proces met geldelijke opbrengst in plaats van alleen kosten.

De impact op CO2 uitstoot is niet eenvoudig vast te stellen. Er wordt circa 250.000 ton droge stof aan slib verbrand. Dit leidt tot meer dan 500.000 ton directe CO2 uitstoot die met RWZI Circulair voorkomen wordt. Echter, omdat de hoeveelheid vrijkomende CO2 uitstoot uit bezinkings-, beluchtings-, vergistingsbasins door de RWZI's niet gerapporteerd wordt (omdat dit beschouwd wordt als kort-cyclische CO2 van biogene oorsprong), is de totale CO2 uitstoot voor mij moeilijk te schatten. In tegenstelling tot de emissies van de huidige RWZI's zullen RWZI-Circulair waterzuiveringen ook nog veel CO2 uit de lucht opnemen: De riet en/of lisdodde planten leggen CO2 vast in hun biomassa die vervolgens omgezet wordt in syngas en actief koolstof (en vervangt daarmee actief kool die momenteel op basis van steenkool geproduceerd wordt).
Daarnaast hebben de RWZI's aanzienlijke methaan emissies, deels uit de riolen (dit valt met RWZI Circulair natuurlijk niet te voorkomen), maar voor een aanzienlijk deel ook uit de bezinkings-, beluchtings- en vergistingsbasins. Deze emissies worden met RWZI Circulair wel (voor een zeer groot deel) voorkomen. Tenslotte zal ook de emissie van lachgas sterk reduceren: De helofyten krijgen hun zuurstof via de wortels van hun gastplant, bij goed bedrijf zullen er geen anoxische omstandigheden in het actief kool-bed ontstaan. Voor de RWZI's zal de impact groot zijn: De RWZI Circulair oplossing zal de huidige bezinkings-, beluchtings en vergistingsbasins overbodig maken. In plaats daarvan komen grote kassen met lopende banden met actief kool met helofytenculturen. Dit betekent een vrijwel volledige verbouwing van de waterzuiveringsinstallaties.

Hoe innovatief, creatief en vernieuwend is de innovatie?

Helofytenbed-zuivering (voor nitraten en fosfaten) bestaat al.
Actief koolfilters bestaan al.
Wat nieuw is:
* De combinatie van deze twee waarbij de een het substraat is voor de ander;
* De continue verversing van zowel het koolfilter substraat als de helofyten op een slow moving belt;
* Dat het drogen van substraat, het gevangen slib en de helofyten gastplanten (het riet en/of de lisdodde) zelf door de gastplanten gebeurt;
* Dat dit gedroogde mengsel grondstof is voor een nieuw vergassingsproces waarbij schoon syngas en vers actief kool gevormd worden, (vrijwel) zonder CO2 uitstoot;
* Dat hiermee dus uit rioolwater nieuwe waardevolle grondstoffen gevormd worden en het effluent vrij is van medicijnresten en PFAS.
Het gepatenteerde DCI - vergassingsproces wordt reeds succesvol getest op pilot schaal. Omzetting van slib naar actief, goed adsorberend kool is ook op kleine schaal reeds bewezen.
De techniek van een lopende band met daarop substraat en een helofyten cultuur is een combinatie van bestaande technieken.
Om dit project verder te brengen zou een proef-band moeten worden getest om de groeisnelheid van de helofyten te optimaliseren en de invloed van rioolwater op dit bed te testen. Bijvoorbeeld in een lab bij de TU Delft of bij een van de waterschappen.

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

Kosten die bespaard worden zijn de bezinkings-, beluchtings en vergistingsbasins, de aeratie kosten en kosten van flocculanten. Ook kosten van de verwijdering, het transport, de droging en de verbranding van het slib worden voorkomen. Tenslotte worden de kosten van secondaire processen (secondaire vergisting, nafiltratie technieken, etc.) uitgespaard.
De benodigde actief kool voor het substraat wordt zelf gemaakt (kost normaal 5000 euro per ton). Er blijft nog royaal over voor externe verkoop.
Het verzadigde substraat wordt zelf verwerkt met DOPS' DCI technologie. Omzetting van biomassa tot syngas en actief koolstof heeft een positieve business case en een terugverdientijd van minder dan 5 jaar. Er blijft synthese gas over voor elektriciteitsproductie en als grondstof voor de chemische industrie. Restwarmte van de vergassing verwarmt de kas. Samen met ledverlichting kunnen de helofyten (gastplanten) 24/7 groeien.
De processen voorzien in de benodigde energie voor de helofyten kas en voor de beweging van de band en pompen voor het water. CO2-verwijderingscredits kunnen worden verkocht.
Een gedetailleerde business case van het gehele proces kan pas gemaakt worden wanneer de benodigde oppervlakte van de helofytenbedden bekend zijn.

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

Zie ook hiervoor.
* CO2 wordt opgenomen door de helofyten die biomassa maken.
* De biomassa wordt vergast zonder CO2 emissies, koolstof wordt als actief kool vastgelegd.
* De processen samen voorzien in hun eigen energie.
* Vanuit de biomassa in het rioolwater en van de groeiende helofyten worden syngas, actief kool en mineralen geproduceerd.
* Verwerking van verzadigd slib, uitgedroogde helofyten en actief kool substraat gebeurd met een proces dat medicijnresten volledig en PFAS grotendeels afbreekt.
* Enige transport vanaf de RWZI is een surplus aan syngas (of methanol als dat ter plaatse wordt geproduceerd) en van volledig droog actief kool.
Het reinigen van rioolwater wordt met RWZI Circulair volledig energie neutraal en sterk CO2 negatief: Er wordt meer CO2 afgevangen en omgezet naar syngas en koolstof dan dat er CO2 geproduceerd wordt.

Is de inzending een voorbeeld van excellente samenwerking en participatie?

Ik ben zelf co-founder van DOPS Recycling Technologies BV waarmee we met diverse partijen samenwerken om de vergassings- en carbonisatietechniek van TRL5 (nu) en TRL6 (Q1, 2024) naar TRL8/9 (Q3, 2025) te brengen.
Het idee van een helofytenband op een actief kool substraat is bij de TU Delft reeds besproken en hopelijk komt er dit jaar een project met afstudeerders van de studierichting Circulaire Technieken.

RWZI Circulair is een combinatie van twee technieken, de helofyten / actief kool filterband en de DCI vergassingstechnologie van DOPS Recycling Technologies. De beide technieken versterken elkaar door wederzijds grondstoffen en energie uit te wisselen.

1 Helofyten / actief kool filterband

Dit is een combinatie van diverse bestaande technieken.

Het rioolwater passeert eerst een groffilter en vet/olie afscheider zoals ook nu worden toegepast.

Vervolgens wordt het rioolwater verdeeld over een langzaam opschuivende band met een bed van riet en lisdodde. Deze groeien op een substraat (bv 1 meter diep) van actief-koolstof korrels. De combinatie van riet en/of lisdodde, hun wortels en het substraat filtert alle niet-oplosbare bestanddelen uit het water (de microplastics, cellulose, etc.). De helofyten in de wortels van het riet en/of de lisdodde nemen de nitraten, fosfaten en suikers op uit het langsstromende water. Dit is bestaande technologie.  Stroomafwaards wordt het actief kool continu ververst. Hier worden na de eerste meter(s) stekken van riet en/of lisdodde aan het substraat toegevoegd. Deze groeien in korte tijd (6 tot 8 weken in een kas met optimale temperatuur, 24 uur per dag licht en CO2 beluchting) uit tot een dicht rietbed tot de plaats waar het riet voldoende dicht is en waar het rioolwater over het bed wordt uitgespreid. Het verse actieve kool bindt stroomafwaards de laatste opgeloste bestanddelen uit het water (medicijnresten, PFAS, etc).

Stroom opwaards, voorbij het punt waar het rioolwater over het bed verspreid wordt, stijgt de lopende band zodat het substraat boven het waterniveau uit komt. De wordtels van het riet en/of de lisdodde onttrekken eerst maximaal water uit het slib/substraat mengsel zodat er een zeer hoog droge-stof gehalte overblijft. Tenslotte droogt het riet in. Dit droge mengsel is pefecte grondstof voor de DCI techniek.

De band met substraat loopt in circa 8 tot 10 weken over de lengte van de kas. Het water stroomt in een aantal uren van het injectiepunt naar het effluent uitstroompunt.

De volledige koek van gedroogd substraat, slib en riet/lisdodde wordt continu geoogst en gevoed aan de tweede techniek. 

2 DCI vergassingstechnologie

De DCI (Direct Carbon Immobilization) vergassingstechniek van DOPS Recycling Technologies is een nieuw ontwikkelde techniek. Hierbij worden reststromen (afval, biomassa) in schachten in een vuurvaste stenen structuur zonder toelating van lucht of zuurstof vergast. Alle koolwaterstoffen (zowel biomassa als papier en plastics) worden door de hoge temperatuur (1000 Celsius) volledig vergast. Ook het verzadigde actieve kool uit het filterbed wordt volledig schoon 'gebrand'. Er blijft een vers koolstof - mineralen mengsel over. De koolstof heeft alle kenmerken van actief koolstof zoals dat nu van steenkolen gemaakt wordt. Mineralen (met onder andere calcium en fosfor) en metalen kunnen teruggewonnen worden.

Een deel van dit koolstof residu wordt opnieuw ingezet als filter en substraat voor het helofytenbed. Een ander deel kan als actief kool worden verkocht aan derde partijen.

Het ontstane gas wordt binnen dezelfde vuurvast structuur verder verhit door gedoseerde zuurstofinjectie. Hierbij verbrand circa 25% van de verbrandingswaarde van het gas. Door de hoge temperatuur (1400 Celsius) worden zelfs de meeste PFAS stoffen afgebroken. Het overblijvende syngas kan in een gasmotor gebruikt worden om elektriciteit op te wekken of kan worden omgezet in methanol als grondstof voor de chemische industrie.

 Samenvattend

De combinatie van helofyten op een actief koolstof substraat met de DCI vergassingstechnologie maakt de rioolwaterzuivering volledig circulair en voorkomt de CO2 uitstoot van de huidige processen. Bovendien wordt het water schoner dan nu het geval is door de actief kool filtratie waarbij het actieve kool met het DCI proces vers gemaakt wordt dan wel geregenereerd wordt.

 

Afbeeldingen

2  reacties

Wiebe Pronker

15-11-23 om 13:55

Beste Michael, dank voor jouw vraag.

Verwarmen van de kas is geen probleem: Bij het DCI proces komt ook warmte vrij (van het afkoelen van het syngas en en vaste residu). Deze warmte kan gebruikt worden om de kas te verwarmen.
Voor de verlichting is electriciteit nodig. Die kan van buiten komen, van eigen opslag van zonnepanelen op de kas of van omzetting van een deel van het syngas in electriciteit. Dit laatse kan met een gasmotor en produceert zo weer extra warmte (met name in de winter wanneer meer electriciteit en warmte nodig is) en CO2 dat in de kas weer door het riet en/of lisdodde wordt opgenomen.

Wiebe Pronker (indiener)

 

Michael Bentvelsen

13-11-23 om 20:54

werkt dit ook in de winter, en moet je dan de kas continu verwarmen en met lampen belichten om de helofyten te laten groeien? Is dan de energiebalans nog positief?

Vriendelijke groet, 

Michaël Bentvelsen

READAR | Gebouwinformatie en mutatiesignalering uit luchtfoto's

Contact

Het Waterschapshuis
Stationsplein 89
3818 LE Amersfoort

033-4603100

winnovatie@hetwaterschapshuis.nl 

 

 

Cookie-instellingen